第六章 GIS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 适宜性分析模型适宜性分析模型 第三节第三节 发展预测模型发展预测模型 第四节第四节 区位选择模型区位选择模型 第五节第五节 交通规划模型交通规划模型 第六节第六节 地球科学模拟模型地球科学模拟模型 第七节第七节 专家系统概述专家系统概述 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： 理论模型理论模型，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 理论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、动态模型 模型分类应用目的 静态分析

3、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 第一节第一节 GISGIS应用

4、模型概述应用模型概述 用宏语言开发所需的空间分析模型 如：ARCINFO 的 AML语言 前两种方法的结合，即既利用GIS提 供的分析功能模块，同时根据需要开 发其它所需的分析功能。 构 建 途途 径径 GIS环境内的 模型建造 混合型的模型 建造 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 第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述 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

5、其影响因子 （3）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 第二节第二节 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 第二节第二节 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 第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型 第四步：第四步：将评价

6、结果（方案）提交用户，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 第二节第二节 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： 第二节第二节 适宜性分析模型适宜

7、性分析模型 各个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。 第二节第二节 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 第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型

8、适宜等级适宜等级 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 第二节第二节 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) 第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模

9、型 2、 评价方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 第二节第二节 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 第二节第二节 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

10、过程，可以有效的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 第二节第二节 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

11、土 壤侵蚀等级数据文件R4，（温度反映在季节上） 。 第二节第二节 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

12、重要性是F3重要性的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 第二节第二节 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

13、值 为100，不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） 免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） 第二节第二节 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

14、水F1肥F1氧F1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) =

15、（WiPji）/100，j=1，2，n i=1 m m为为因素因素 n为为因子因子 第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型 第三节第三节 发展预测模型发展预测模型 一、一、一般介绍一般介绍 (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）t 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 第三节第三节 发展预测模型发

16、展预测模型 劳动力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 第三节第三节 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、三、应用实例应用实例 第三节第三节 发展预测模型发展预测模型 第四节第四节 区位选择模型区位选择模

17、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 数据准备 综合影响评价 位址选择分析 第四节第四节 区位选择模型区位选择模型 一、一、交通发生量预测模型交通发生量预测模型 方法：方法：回归分析法 回归方程回归方程: : 第五节第五节 交通规划模型交通规划模型 二、二、出行分布预测模型出行分布预测模型 2 2、出行分布预测模型、出行分布预测模型: :

18、1 1、因素、因素: : 出行方向、出行数量以及出行工具的空间分配。 第五节第五节 交通规划模型交通规划模型 三、三、交通量最优分配规划交通量最优分配规划 1 1、类型：、类型： 平衡运输模型与不平衡运输模型 2 2、交通量分配模型的考虑因素、交通量分配模型的考虑因素: : (1)道路功能的合理划分 (2)交通流对速度的要求 (3)道路使用的经济性 (4)对交叉路口流量的限制 第五节第五节 交通规划模型交通规划模型 第六节第六节 地球科学模拟模型地球科学模拟模型 含义含义: : 应用计算机、数字模拟技术及综合分析的方法来模拟许多地理 过程或现象。 地理现象地理现象: : 气候变迁、沙漠化过程、土地退化过程、湖泊沼泽化、河口冲 淤、沙嘴发育、以及土壤侵蚀等。 应用领域：应用领域： 资源开发、国土整治、水土保持、工程论证 一、确定土壤侵蚀的数值分析模型一、确定土壤侵蚀的数值分析模型 A=0.224RKLSCP 第六节第六节 地球科学模拟模型地球科学模拟模型 二、