GIS设计与实现地理模型库设计PPT学习教案

1、会计学1GIS设计与实现地理模型库设计设计与实现地理模型库设计第1页/共102页第2页/共102页教学提纲教学提纲第一节第一节 地理模型地理模型第二节第二节 地理模型的建立地理模型的建立第三节第三节 地理模型库地理模型库第3页/共102页第一节第一节 地理模型地理模型第4页/共102页第一节第一节 地理模型地理模型一、一、地理模型概述地理模型概述二、地理模型的特点二、地理模型的特点三、地理模型在应用型三、地理模型在应用型GIS设计中的作设计中的作用用四、地理模型的分类四、地理模型的分类第5页/共102页这是应用GIS进行生产和科研的重要手段。第6页/共102页n简洁性n既是地理实体的抽象表达，

2、又必须是地理实体的简化，以降低求解难度。n正确性n必须使模型的运行结果与所模拟的地理实体的演变有较高的精确度。n可控性n以地理模型所表示的地理环境，要能进行控制下的运行及模拟。第7页/共102页第8页/共102页nGIS软件功能的选择n根据地理模型的管理和运行设计适用的软件功能。第9页/共102页第一节第一节 地理模型地理模型四、地理模型的分类四、地理模型的分类按空间对象分类按空间对象分类按对象状态分类按对象状态分类1.按功能分类按功能分类第10页/共102页n混合模型n基于理论原理和经验的混合模型。这类模型中既有基于理论原理的确定性变量，也有应用经验加以确定的不确定性变量，如资源分配模型、位

3、址选择模型等。第11页/共102页模型分类模型分类理论依据理论依据应用领域（举例）应用领域（举例）模型示例模型示例理论模型物理或化学原理地表径流运动方程经验模型启发式或统计关系水土流失统计、回归混合模型半经验性资源分配运输方程应用模型的空间对象分类应用模型的空间对象分类 （据陈述彭等）（据陈述彭等）第12页/共102页箱”方法建立。n混合模型n结合上述两种模型的特点，在地理建模中应用较为广泛。第13页/共102页散、火灾蔓延、洪水淹没等。n这是应用型GIS进行地理建模应重点关注的内容。第14页/共102页第15页/共102页第二节第二节 地理模型的建立地理模型的建立第16页/共102页第二节第

4、二节 地理模型的建立地理模型的建立一、一、地理建模的一般过程地理建模的一般过程二、地理建模常用方法二、地理建模常用方法三、地理模型的建立三、地理模型的建立四、四、GIS与地理模型的集成与地理模型的集成第17页/共102页第18页/共102页种类功能GIS空间数据处理 编辑处理：图形数据和属性数据的编辑，图形数据的拼接和分割等； 变换处理：投影变换、坐标变换、比例尺变换、几何校正等； 编码和压缩处理：数据编码、多余节点去除以及栅格数据压缩等； 数据的插值：点的内插、区域的内插等； 数据类型转换：矢量与栅格数据转换、系统间数据格式的转换等。GIS空间分析设计 查询分析：如拓扑查询、条件查询等； 几

5、何分析：如面积周长距离量算、开窗分析、多边形合并等； 地形分析：如空间内插分析、等值线分析、坡度和坡向分析、分水岭分析、淹没分析、流域分析：如地形剖面分析、三维地形显示与分析等； 叠置分析：如多边形叠置分析、视觉信息复合分析、条件与非条件叠置分析等。 邻域分析：如缓冲带分析、走廊分析、泰森多边形分析、拟合分析等； 网络分析：如最佳路径分析、时空规划分析、网络流量模拟分析等； 图像分析：如图像增强、图像分割、图像细化、空间滤波、高程影像叠置分析等； 多元分析：如聚类分析、主成分分析、判别因子分析、趋势面分析、回归分析等； 应用模型分析：与GIS应用密切相关的各种应用模型分析。GIS平台所具备的主

6、要空间数据处理与空间分析功能平台所具备的主要空间数据处理与空间分析功能第19页/共102页建模准备建模准备模型应用模型应用模型分析与检验模型分析与检验建模假设建模假设建立模型建立模型模型求解模型求解地理建模流程图地理建模流程图第20页/共102页第21页/共102页第22页/共102页第23页/共102页第24页/共102页第25页/共102页第26页/共102页第27页/共102页第28页/共102页第29页/共102页第30页/共102页第31页/共102页表明，模型假设是最易导致结果有误的环节。第32页/共102页第二节第二节 地理模型的建立地理模型的建立二、地理建模常用方法二、地理建模

7、常用方法主成分分析法主成分分析法系统聚类分析法系统聚类分析法层次分析法层次分析法模糊综合评价法模糊综合评价法地统计分析方法地统计分析方法人工神经网络方法人工神经网络方法1.元胞自动机模型元胞自动机模型第33页/共102页第34页/共102页第35页/共102页n其相似程度由距离或相似系数定义，主要有绝对值距离、欧氏距离、切比雪夫距离、马氏距离、兰氏距离、相似系数、指数相似系数和定性指标的距离等。第36页/共102页指标，利用数学方法综合众人意见给出各层次、各要素的相对重要性权值。第37页/共102页n计算权向量并做一致性检验。n对于每一个成对比较阵计算最大特征根及对应特征向量，利用一致性指标、

8、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验。n计算组合权向量并做组合一致性检验。第38页/共102页n在地理学中，模糊综合评判方法常常被用于资源和环境条件评价、生态评价、区域可持续发展评价等方面第39页/共102页而地统计的主要插值方法之一，克里格（kringing），就是建立在边缘函数理论和结构分析基础之上的。第40页/共102页第41页/共102页n半变异函数n半变异函数又称半变差函数或半变异矩。是地统计分析所特有的工具。区域化变量在点和处的值和差的方差的一半，称为区域化变量的半变异函数，记为。( )Z xxxh( )Z x()Z xh( )Z x( )r h( )11( ) ( )( ) (

9、)()( )N hiiiiic hZ xZ xZ xhZ xhN hh( )iZ x( )Z xix()iZ xh( )Z xh1, 2,.,( )iN h( )N hh( )iZ x()iZ xh( )iZ x()iZ xh第42页/共102页析取克里格等。第43页/共102页第44页/共102页第45页/共102页n利用形式语言以一个四元组描述：fNSLMCA,第46页/共102页fNSLMCA,第47页/共102页第48页/共102页第49页/共102页第二节第二节 地理模型的建立地理模型的建立三、地理模型的建立三、地理模型的建立地理模型建模途地理模型建模途径径1.地理建模实例地理建模实

10、例第50页/共102页n构建的空间分析模型，开发的效率较高，GIS用户比较容易理解和应用。第51页/共102页可以利用现有的空间分析软件。第52页/共102页第53页/共102页第54页/共102页工具条工具条图形窗口图形窗口菜单条菜单条第55页/共102页第56页/共102页Tools（工具）（工具）:与与ArcToolbox一样，可以直接拖拽到一样，可以直接拖拽到Model中来使用，在中来使用，在Model中，默认用金黄色的方框表现；中，默认用金黄色的方框表现；Project data（业（业务数据）：在工具执行务数据）：在工具执行之前存在的任何数据，之前存在的任何数据，Project d

11、ata 作为工具作为工具的输入数据，用深蓝色的输入数据，用深蓝色的椭圆来表现；的椭圆来表现；Derived data（中（中间生成数据）：是根据间生成数据）：是根据业务数据与工具分析之业务数据与工具分析之后生成的新数据后生成的新数据,一般一般用绿色的椭圆来表现；用绿色的椭圆来表现；Values（值）：（值）：参考工具参数而不是数参考工具参数而不是数据集，如缓冲工具的缓据集，如缓冲工具的缓冲距离，冲距离，value一般用一般用浅蓝色椭圆表现；浅蓝色椭圆表现；Derived values（中间生成参数）：运行工具以后创建（中间生成参数）：运行工具以后创建的参考值，例如计算默认簇容限工具的输出值。用

12、浅绿色椭的参考值，例如计算默认簇容限工具的输出值。用浅绿色椭圆表现。圆表现。第57页/共102页研究区研究区DEM数据数据第58页/共102页l模型工作目录设置模型工作目录设置打开打开Arctoolbox，执行菜单命令：，执行菜单命令：“Tools”（工具）（工具）“Options”（选项）。（选项）。打开设置对话框，设置打开设置对话框，设置“Geoprocessing”（空间处理）选项页中（空间处理）选项页中“My Toolboxes”（我的工具箱）。（我的工具箱）。指定模型存储工作路径，如指定模型存储工作路径，如“D:ArcGIS Models”，下面建立的模型将会被保存到，下面建立的模型

13、将会被保存到该目录，文件后缀为该目录，文件后缀为 .tbx。第59页/共102页l新建工具集新建工具集在在Arctoolbox中，右键点击根目标中，右键点击根目标“ArcToolbox”。在右键菜单中执行在右键菜单中执行“New Toolbox”（新（新的工具箱）命令。的工具箱）命令。将会在上面定义的模型工作目录将会在上面定义的模型工作目录“D:ArcGIS Models”创建一个工具箱，创建一个工具箱，将新建工具箱改名，比如将新建工具箱改名，比如“MyFirst”。第60页/共102页l模型创建模型创建右键点击新建的工具箱右键点击新建的工具箱“MyFirst”，在右键菜单中，执行命令：，在右

14、键菜单中，执行命令：“New”（新建）（新建）“Model”（模型），将打开（模型），将打开 “Model Builder”编辑窗口。编辑窗口。对已存在的模型，右键点击模型后，选择对已存在的模型，右键点击模型后，选择“Edit”（编辑）也可以打开（编辑）也可以打开“Model Builder”窗口，对已存在的模型进行编辑。窗口，对已存在的模型进行编辑。第61页/共102页l模型属性设置模型属性设置在在“Model Builder”窗口中，执行菜单命令窗口中，执行菜单命令 ：“Model”（模型）（模型）“Model Properties”（模型属性），在其中可对模型的名称及标注、（模型属性），

15、在其中可对模型的名称及标注、Environment Settings（环境参数）、（环境参数）、Diagram Properties（图解属性）等内容进行设置。（图解属性）等内容进行设置。第62页/共102页l模型编辑模型编辑应用应用ArcToolbox中中“Spatial Analyst toolbox Hydrology”工具集，使用工工具集，使用工具条上的绘图工具（如选择、添加连接具条上的绘图工具（如选择、添加连接等）在编辑窗口绘制模型。等）在编辑窗口绘制模型。第63页/共102页l模型运行模型运行在在“Model Builder”窗口中执行菜单命令：窗口中执行菜单命令：“Model”（

16、模型）（模型）“Run Entire Model”（运行整个模型），耐心等待计算结果。（运行整个模型），耐心等待计算结果。第64页/共102页第二节第二节 地理模型的建立地理模型的建立四、四、GIS与地理模型的集成与地理模型的集成GIS与地理模型的集成方法与地理模型的集成方法GIS与地理模型集成的三个层次与地理模型集成的三个层次第65页/共102页第66页/共102页第67页/共102页第68页/共102页n种相关性。n函数库的扩充与升级较为不便。第69页/共102页第70页/共102页第71页/共102页n系统的可操作性不强，视觉效果不好。nGIS与应用分析模型的交互性和亲和性不高。第72页

17、/共102页n缺点n开发难度很大。第73页/共102页流域界限图层水系图层土地利用图层土地易蚀性图层土地水文特性图层DEM层PC-ArcGIS（通用GIS功能）ArcPlot（输入/输出、数据显示）主控程度（DOS批处理文件）数据文件管理程度（PASCAL代码）用户进行流域分析的输入AGNPS非点源污染模型集成框架（据非点源污染模型集成框架（据Jonkowski et al.）第74页/共102页第75页/共102页n稳定性不高，效率低。n要求应用分析模型和GIS软件都提供DDE或者OLE的数据操作协议。第76页/共102页第77页/共102页nMicrosoftCOMCOM+和 .Net组件

18、技术第78页/共102页第79页/共102页n用户操作的界面不能一致，难以满足GIS与模型集成的高层次要求。第80页/共102页GIS功能。第81页/共102页第82页/共102页第83页/共102页第三节第三节 地理模型库地理模型库一、一、模型库系统概述模型库系统概述二、二、GIS地理模型库设计地理模型库设计三、三、GIS地理模型库管理地理模型库管理第84页/共102页第85页/共102页模型库应用模型库应用1模型库应用模型库应用2模型库应用模型库应用n模型库管理系统模型库管理系统（MBMS）模型字典（模型字典（MD）基础模型库基础模型库（MB）应用模型库应用模型库（MB）建建模模工工具具模

19、型库系统基本结构图模型库系统基本结构图 （龚敏霞等（龚敏霞等 2002）第86页/共102页n包含模型库中所有模型的描述、使用和存储等信息（即模型库元数据），是关于模型描述信息的特殊数据库。第87页/共102页第三节第三节 地理模型库地理模型库二、二、GIS地理模型库设计地理模型库设计实例一：耕地保护预警系统模型库设计实例一：耕地保护预警系统模型库设计实例二：土地利用规划支持信息系统实例二：土地利用规划支持信息系统第88页/共102页标准。n实现区域各方面、尤其是区域耕地与社会的协调统一发展。第89页/共102页第90页/共102页n用；后者则需要从时空变化两个方面来考察。因此，区域资源区位模型和预测推断模型占重要地位。第91页/共102页n区域耕地资源承载力分析模型与补充潜力分析n立足资源开发、考虑经济发展和社会进步是区域耕地资源开发的主要指导，而资源的人口承载力研究则是区域资源开发合理程度的度量标准。区域的耕地增加数量总有上限，对区域耕地利用的补充分析是耕地保护利用度的最佳体现。第92页/共102页定预警警示的触发分量。这是对区域耕地资源主要评价因子的综合评定，也是对区域耕地保护的总体成效的鉴定。耕地保护临界预警模型建立流程图耕地保护临界预警模型建立流程图第93页/共102页第94页/共102页土地利用规划专业模型土地利用规划专业模型系统分析模型系统分析模型模型类型