第六章 地理信息系统的应用模型

1、第六章第六章 地理信息系统的应用模型地理信息系统的应用模型 第一节第一节 GIS应用模型概述应用模型概述 第二节第二节 土地定级估价模型土地定级估价模型 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 第四节第四节 发展预测模型发展预测模型 第五节第五节 位址选择模型位址选择模型 第六节第六节 交通规划模型交通规划模型 第七节第七节 地学模拟模型地学模拟模型 需要掌握的内容： 1）GIS应用模型的分类 2）GIS应用模型的构建方法 3）GIS应用模型的构建途径 4）专家系统的概念、原理及基本模块 5）适宜性分析模型的概念，及模型建立的步骤、内容 第六章第六章 地理信息系统的应用模型地理信息系统的应

2、用模型 第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述 一、一、GISGIS应用模型的分类应用模型的分类 1 1、根据所表达的空间对象的不同，分为：、根据所表达的空间对象的不同，分为： 数学模型数学模型，经验模型经验模型，混合模型。混合模型。 模型分类理论依据应用领域模型 数学物理或化学原理地表径流运动方程 经验数理统计+观测实验水土流失、适 宜性分析 统计、回归 混合用理论原理确定的确定性 变量+用经验确定的不确定 性变量 资源分配、位 置选择 运输方程 2 2、按照研究对象的瞬时状态和发展过程，分为：、按照研究对象的瞬时状态和发展过程，分为： 静态、半静态、动态模型静态、半静态、动态模

3、型 模型分类应用目的 静态分析地理现象及要素相互作用的格局 半静态评价应用目标的变化影响 动态预测研究目标的时间、空间动态演变及趋势 第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述 1.2 GIS1.2 GIS应用模型的构建应用模型的构建 将要解决的问题与专业知识相结合,从 问题开始，一步步地推导出解决问题 所需要的原始数据、精度标准、模型 的逻辑结构和方法步骤。 将已经形成的模型逻辑结构与GIS技术 相结合，从各类数据开始，一步步地 将数据转换为问题的答案，必要时还 需要进行反馈和修改。 构 建 方 法 从目的出发： 目的导向分析 从数据出发： 数据导向操作 1 1、构建方法、构建方法

4、第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述 第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述 明确分析的目的和评 价准则 GISGIS应用模型的构建步骤应用模型的构建步骤 准备分析数据 空间分析操作 解释评价结果 用宏语言开发所需的空间分析模型 如：ARCINFO 的 AML语言 MAPGIS,SUPERMAP等。 构 建 途途 径径 GIS环境内的 模型建造 独立开发一个 GIS应用软件 系统 2、构建途径、构建途径 GIS外部的模 型建造 用其它应用领域的软件开发模型，然 后与GIS连接，如MATLAB 第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述 第二节第二节 土地定级估

5、价模型土地定级估价模型 根据城镇土地的经济和自然属性及其在社会经济活动中根据城镇土地的经济和自然属性及其在社会经济活动中 的地位和作用，对其使用价值进行综合分析，揭示土地质量的地位和作用，对其使用价值进行综合分析，揭示土地质量 的地域差异，评定城镇土地级别，以及以土地级别为基础，的地域差异，评定城镇土地级别，以及以土地级别为基础， 选择适宜的样点资料和估价方法，分别测算商业、住宅和工选择适宜的样点资料和估价方法，分别测算商业、住宅和工 业用地基准地价，为合理利用城镇土地提供依据。业用地基准地价，为合理利用城镇土地提供依据。 一、技术路线一、技术路线 二、土地定级估价模型二、土地定级估价模型 土

6、地定级空间单元的生成方法土地定级空间单元的生成方法 采用基于栅格的评价单元，大小一般可选实地距离为采用基于栅格的评价单元，大小一般可选实地距离为10m10m。 土地定级空间单元分值的产生方法土地定级空间单元分值的产生方法 土地定级的影响因素和因子很多，除部分因子可以根据外业调查资料的土地定级的影响因素和因子很多，除部分因子可以根据外业调查资料的 区域划分直接赋值外，大部分因子需要利用区域划分直接赋值外，大部分因子需要利用GIS空间分析方法。空间分析方法。 土地理论级别分级界限的确定方法土地理论级别分级界限的确定方法 首先依次计算首先依次计算1100间各分值的栅格个数和频率数，形成定级总分值频间

7、各分值的栅格个数和频率数，形成定级总分值频 率直方图；然后依据其曲线变化趋势，选用等差、等比、标准差、率直方图；然后依据其曲线变化趋势，选用等差、等比、标准差、 样本分级、有序聚类分级等方法，由计算机自动分级，最后输出土样本分级、有序聚类分级等方法，由计算机自动分级，最后输出土 地级别图。地级别图。 三、应用实例三、应用实例江苏省镇江市土地定级信息系统江苏省镇江市土地定级信息系统 在土地资源开发时，对开发活动的分析，这些开发活动包括农业应用、 城市化选址、作物类型布局、道路选线、选择重新造林的最适宜的土地 等。 （1）确定具体的开发活动 一、主要步骤：一、主要步骤： （2）选择其影响因子 （3

8、）评判各个因子对这种开发活动的适宜程度 （4）提供规划决策依据 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 开发的目的及意义 国内外研究现状 技术路线 预期成果 第一步：确定具体的开发活动第一步：确定具体的开发活动 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 通过对开发活动的分析、论证后，确定： 影响因素：因素：项目评价目标所涉及的因素因素。 参评因子因子：影响每个因素的因子 因子属性属性：每个因子所涉及的属性 第二步：第二步：选择主要影响因素及因子 第三步：第三步：选择某种评判方法，对各个因子进行适宜程度评价 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 第四步：第四步：将评价结果（方案）提交

9、用户，供用户选择。 每个每个因子因子有有 一组属性一组属性 二、一般形式二、一般形式 某项T T评价 目标所涉及 的影响因素因素 X X1 1 ， ， X X2 2 ， ， ， X Xm m x x1 1 ， ， x x2 2 ， ， xxl l v v1 1 ， v v2 2 ， ， ， v vm m 每个因素对 应一组参评 因子因子 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 根据以上选择的因素，可以得到每个因素 Xi 所对应一个属性集： 每个属性集属性集对于项目T 都有一个优劣等级，且满足： V1l Vjl Vnl 向量表示属性集属性集： 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 各个

10、因素按属性集的优劣可用矩阵表示各个因素按属性集的优劣可用矩阵表示 其中：其中：P 为为 Xi（每个因素）对（每个因素）对T 贡献值贡献值 W 为为 Xi（每个因素）对（每个因素）对T 的权重值的权重值 P和W的确定：依据研究对象，通过计算，或者经验公式来确 定。 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 由以上矩阵，可求取基于栅格单元的评价分值: G(Pji) = 1- R(T) Pji / 100 评价分值计算评价分值计算 计算某个计算某个 T 的适宜等级的适宜等级 Sj 当使得 G 为最大值时所对应的 j ，即为适宜等级 Sj 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 适宜等级适宜等级

11、 S Sj j评价评价 当适宜等级为 S S1 1 ：可认为最适宜 S S2 2 ：可认为次适宜 S S3 3：可认为临界值 S S4 4：不适宜 当适宜级为S S2 2或S S3 3时，必须同时确定其限制性因子。限制性因子 的计算公式为 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 例一、利用GIS进行土地适宜性评价 1、目标、目标 对玉米地进行土地适宜性评价，通过评价将研究区分成四种适宜性等级， S1、S2、S3、S4 三、应用实例三、应用实例 S1(最适宜最适宜) S2(次适宜次适宜) S3(免强适合免强适合) S4(不适宜不适宜) 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 2、 评价方

12、法及过程评价方法及过程：基于：基于GIS的土地质量评价法的土地质量评价法 对评价对象的生态条件进行调查，得出结论： 玉米属于禾本科，为一年生草本植物； 主导生态条件是：喜高温、水量大、土壤肥、土层松、根系要防水 土流失； (1)评价对象生态条件的调查 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 确定玉米地土地适宜性评价的主要因素和因子及等级标准；其影响 因素和因子为： (2)(2)确定评价对象的影响因素和因子确定评价对象的影响因素和因子 F2F1F3F4 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 (3)(3)利用利用GISGIS生成影响因素数据生成影响因素数据 通过GIS操作过程，可以有效的

13、生成基于栅格单元的供水条件等级数据文件R1 例如：供水有效性，其影响因子为水源和土层厚度 供水级 别 距水源 （m） 土层厚度 （cm） 1级50 2级100 - 20050 - 20 3级200 - 50020 - 10 4级50010 因素因素F1F1供水供水因素因素F2F2供肥供肥因素因素F3F3供氧供氧因素因素F4F4土壤侵蚀土壤侵蚀因素因素F5F5温度温度 主要因素和因子 叠置分析 供水分级供水分级 水系图土壤图 数字化数字化 缓冲区属性分级 因子1 因子2 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 同理，可以生成供肥条件等级数据文件R2、供氧条件等级数据文件R3和土 壤侵蚀等级数

14、据文件R4，（温度反映在季节上） 。 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 由于每个影响因素Fi（i=1，2，3，4）对评价对象的贡献大小和适宜程 度不同，因此，可表述为： 不同因素有不同的权重（wi） 不同级别的因素对评价对象的贡献函数值(Pij)也不相同。 (4)计算个因素的权重和贡献函数值计算个因素的权重和贡献函数值 可通过计算来获得权重（wi）和贡献函数(Pij)值。 建立建立4个因素的重要性比较表个因素的重要性比较表 将4个因素按重要性排队，得F4、F3、F2、F1按倍数关系比较相互之间的重 要性，即： 令F4的重要性为1； F3的重要性同F4，为1 ； F2的重要性是F3重要

15、性的2倍； F1的重要性是F2重要性的4倍 求权重（Wi）：Wi = Ui / m i=1 Ui W4=1/(1+1+2+2*4)=1/12=0.083 W3 =1/12=0.083 W2=0.083*2=1/6=0.17 W1=0.17*4=2/3=0.67 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 P值的确定方法：值的确定方法：贡献函数值可以按照影响因素的级别来确定。一般 将各因子最适宜的指标值定为贡献函数值100，将各因子最不适宜的 指标值定为贡献函数值0，在这之间，指标值与函数值按线性关系计 算和确定。 例如：例如：对供水因素，如按上所述分四级，将最适合的定为贡献函数值 为100，不

16、适合的定为贡献函数值为0。 （3 3）按影响因素的级别确定贡献函数如下：）按影响因素的级别确定贡献函数如下： 即最适合的指标贡献函数为 P1i=100 （供水为一级） 较适合的指标贡献函数为 P2i=67 （供水为二级） 勉强适合的指标贡献函数为 P3i=33 （供水为三级） 不适合的指标贡献函数为 P4i=0 （供水为四级） 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 (4)计算玉米地土地适宜性评价等级，并输出分级图。 通过将不同土地质量数据文件Ri的等级，切换为与评价指标表相同等级 对应的指标值，便可计算出基于栅格单元的评价分值R（T）： 指标 等级 因素(权重*贡献) F水F1肥F1氧F

17、1侵蚀 10.67 *100= 67 .00.17*100= 17.00.08*100=8.00.08*100= 8.0 20.67 *67= 44.8 0.17*67= 11.40.08*67= 5.40.08*67= 5.4 30.67 *33= 22.2 0.17*33= 5.60.08*33= 2.60.08*33= 2.6 40.67 *0= 0 0.17*0= 00.08*0 = 00.08*0 = 0 如对栅格点求出F1指标为67，F2指标为11.4 ， F3指标为2.6 ， F4指标为0 评分值67+11.4+2.6+0=81 最后分级得分级图。 R(T) = （WiPji）/

18、100，j=1，2，n i=1 m m为为因素因素 n为为因子因子 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 第四节第四节 发展预测模型发展预测模型 一、一般介绍一、一般介绍 (1)(1)研究方向研究方向 人口预测、资源预测、粮食产量预测以及社会经济发展预测 (2)(2)数学方法数学方法 移动平均数法、指数平滑法、趋势分析法、时间序列分析法、回归分 析法,以及灰色系统理论模型 二、二、 模型简介模型简介 人口预测模型人口预测模型: Pt =P0e（ （-u） Pt 为 t 年的人口数 P0 为基年的人口数 为人口出生率 为人口死亡率 t 为年份 第四节第四节 发展预测模型发展预测模型 劳动力

19、预测方程劳动力预测方程: : L(t)=LR(t)L(t-1)+LW(t) L(t) 为t 年劳动力状态向量 LW(t) 为t 年劳动力迁移向量 LR(t) 为劳动力存留系数矩阵 第四节第四节 发展预测模型发展预测模型 具体步骤具体步骤 数据准备：数据准备： 主要依靠空间数据库，包括属性数据（人口、资源、粮食产量等） 和图形数据。 模型选择：模型选择： 根据研究内容或目标，选择相关的地理模型，并进行预测计算。 成果表达：成果表达： 利用GIS输出功能，以图、报表的方式输出。 三、应用实例三、应用实例 第四节第四节 发展预测模型发展预测模型 第五节第五节 位址选择模型位址选择模型 概念概念: : 选择标准选择标准: : 指按照规定的标准，通过空间分析的方法，确定厂址、电站、管线， 或者交通路线等的最佳位址或路径。 环境：环境：坡度、文化、自然保护区等 工程：工程：工程实施的可能性，能否满足工程标准。如：地形、土壤、 气候条件等 经济：经济：工程造价 建立步骤建立步骤