CH6-6 空间建模分析.ppt

靖娟利土木工程系 第五章空间查询与空间分析 主要内容 4 空间查询 1 2 3 5 叠加分析 网络分析 空间插值 6 7 三维空间分析 空间统计分析 缓冲区分析 6 6空间统计分析 为什么要进行空间统计分析 空间数据的直观 综合评价空间数据的主要特征和内在联系空间数据的分类和评价 统计图表分析 为什么要进行多变量统计分析 多变量统计分析主要方法主成分分析主因子分析关键变量分析变量聚类分析 多变量统计分析 数据类型繁多模型构建困难数据库负担运算复杂特性 数据之间相互关联目的 简化数据 多变量统计分析 6 7空间建模 空间建模概论数据查询 空间分析是建模的基础模型是一种现象或系统的简化表示模型与特定专业相关GIS使用空间数据 强调空间数据模型以及空间显示模型强调GIS在建模中的应用而非在模型中的应用 GIS是一种工具 能综合和管理各种不同类型的数据模型对GIS的数据结构并无限制 主要取决于模型本质 数据源和算法基于栅格和基于矢量的模型并不排除建模过程中对两类数据的综合GIS建模和模型的结合方式松散联合紧密联合植入系统 地理信息系统建模 建模的步骤和方法 建模的步骤 明确分析的目的和评价准则 准备分析数据 进行空间分析操作 进行结果分析 解释 评价结果 如有必要 返回第一步 结果输出 地图 表格和文档 例1 道路拓宽改建中的拆迁指标计算 明确分析的目的和标准本例的目的是计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的建筑面积和房产价值 道路拓宽改建的标准是 道路从原有的20m拓宽至60m 拓宽道路应尽量保持直线 部分位于拆迁区内的10层以上的建筑不拆除 准备进行分析的数据现状道路图分析区域内建筑物分布图及相关信息进行空间操作根据拓宽半径 建立道路的缓冲区缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加 例1 道路拓宽改建中的拆迁指标计算 例1 道路拓宽改建中的拆迁指标计算 进行统计分析选择落入拆迁区且楼层高于10层以上的建筑物 将其从选择组中去掉 并对道路的拓宽边界进行局部调整 然后对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算 将分析结果以地图和表格的形式打印输出 例2 FindingasiteforanewschoolinStowe Vermont USA 例2 FindingasiteforanewschoolinStowe Vermont USA 例3 Findinganalternativeaccessroadtothenewschoolsite 建模的工具 利用GIS系统内部的建模工具 利用GIS软件提供的宏语言 VBA 应用函数库 API 或功能组件 COM 等 开发自所需的空间分析模型 这种模型法是将由GIS软件支持的功能看作模型部件 按照分析目的和标准 对部件进行有机的组合 因此 这种建模法充分利用GIS软件本身所具有的资源 建模和开发的效率比较高 利用GIS系统外部的建模工具 独立开发实现一个GIS应用软件系统 制图建模 制图建模 CartographicModeling 应用分析建模 由于是建立在对图层数据的操作上的 所以又称为制图建模 它是通过组合各种空间分析的操作 回答有关空间问题的一个过程 更形式化的定义是通过作用于原始数据和派生数据的一组顺序的 交互的空间分析操作命令 对一个空间分析过程进行的实现模拟 制图建模的方法 制图建模的方法采用空间分析流程的逆过程 即从空间分析的最终结果开始 反向一步步分析为得到最终结果 需要采取哪些空间分析方法 哪些数据是必须的 并确定每一步要输入的数据以及这些数据是如何派生而来 制图建模的实例 制图建模的目标 获得某研究区坡度大于20度的区域占整个区域面积的比例 20 区域 制图建模的GIS实现 多数GIS软件提供宏命令或脚本描述语言 可将制图模型表示成空间操作命令序列 自动批处理完成整个分析过程 例如 根据DEM生成坡度图 可表达成GIS命令 CALCSlopeMap slope DEMmap 由多个原始图层生成一个新图可以写成下面的形式 Newmap f Map1 Map2 式中 f 表示一个GIS命令 建模实例 ArcView Erosionhazardmodeling 建模实例 ArcGIS 建模实例 ERDAS 应用模型的种类 1 GIS基本空间分析Overlay Buffering Voronoi 网络分析 2 遥感数字图像处理变换 Linear FFT Cosine Wavelet K L 增强 直方图均衡 滤波 合成 密度分割 模式识别 监督分类 非监督分类 数学形态学 应用模型的种类 3 DEM建模分析建模 数据源 离散点 GPS RS 多波束 插值方法 分析 面积 体积计算 剖面生成 坡度分析 坡向分析 流域分析 光照强度分析 通视分析 应用模型的种类 数据统计分析常规 均值 方差 标准差 变异系数 相关分析 回归分析 时间序列分析 马尔科夫过程 系统聚类分析 主成分分析 趋势面分析 地统计分析 Kriging 应用模型的种类 规划分析线性规划 多目标规划 非线性规划 决策分析随机决策 AHP决策 应用模型的种类 模糊分析模糊聚类 模糊综合评判 模糊网络 动力学模型分形 混沌 神经网络 遗传算法 元胞自动机 用逻辑表达式从组合地图中选择感兴趣的地图要素与分布范围输出结果也为二值模型 1为真 0为假 方法矢量 地图叠加运算 属性组合栅格 格网查询 常用求解模型 二值模型 问题 植物潜在生存环境 在高度带2之内 据河流不超过200米数据高度带地图 河流地图方法确立河流缓冲区河流缓冲区与高度带地图叠加在叠加地图上选择高度带为2的区域二值输出 矢量二值模型应用 矢量二值模型应用 问题 植物潜在生存环境 在高度带2之内 据河流不超过200米数据高度带地图 grid 河流地图 grid 方法距离量测 FindDistanceMapquery二值输出 栅格二值模型应用示例 栅格二值模型应用示例 由组和地图和多个格网计算的指数值产生的等级地图 过程评估变量的相对重要性 确定权重观测值进行分类并打分建立指数模型数值归一化并输出 指数值 最小指数值 指数值值域 常用求解模型 指数模型 通常用于适宜性分析和脆弱性分析例 森林保护区土地利用研究参数确定土壤条件 陡坡 洪涝靠近水体 湿地等非点源污染公路和开发区野生动物栖息地美学影响过程对每个参数按环境成本 开发约束从1到5排序对每个参数制作格网并进行叠加取出每个参数的最大值作为输出值从输出格网中选择低值区作为保护区域 指数模型应用 实例 土地适宜性评价 建立因变量和多个变量之间的关系 可用于预测和评估通过地图叠加运算进行实现类型线性回归 数值变量指数回归 因变量为二值而自变量为类别或数值类型数据并非所有的GIS软件都提供回归模型计算 常用求解模型 回归模型 积雪量模拟SWE a bXCol cXRow dXHeight松鼠生活环境适宜性模型Y 0 002 H 0 228 Slope 0 685 C1 0 433 C2 0 481 C3 0 009 AspectEW概率分布 p 1 1 exp Y 灰狼适宜生存环境与空间分布Logit p 6 5988 14 6189 R R为道路密度 出现狼的概率 p 1 1 elogit p 回归模型实