第六章 地理信息系统的应用模型

第六章地理信息系统的应用模型第一节GIS应用模型概述第二节土地定级估价模型第三节适宜性分析模型第四节发展预测模型第五节位址选择模型第六节交通规划模型第七节地学模拟模型第八节专家系统概述需要掌握的内容：1）GIS应用模型概念2)GIS应用模型的分类3）GIS应用模型的构建方法4）GIS应用模型的构建途径5）专家系统的概念、原理及基本模块6）适宜性分析等模型的建立的步骤、内容第六章地理信息系统的应用模型第一节GIS应用模型概述一、GIS应用模型的概念

GIS应用模型，就是根据具体的应用目标，具体化为信息世界中可操作的机理和过程。或是用一定程度的简化和抽象，通过逻辑的演绎，去把握地理系统各要素之间的相互关系、本质特征及可视化显示。第一节GIS应用模型概述二、GIS应用模型的分类1、根据所表达的空间对象的不同，分为：

理论模型，经验模型，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、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GIS应用模型概述三、GIS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、构建方法第一节GIS应用模型概述2、构建步骤（1）明确分析的目的和评价准则（2）准备分析数据（3）空间分析操作（4）结果分析（5）解释、评价结果（6）结果出图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。构建途径GIS内部的模型建造混合型的模型建造3、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GIS应用模型概述独立开发方法比较方法（1）方法（2）方法（3）充分利用GIS软件本身所具有的资源，模型建造和开发的效率比较高。运行比较慢，但实现软件嫁接，无需在GIS环境中再编分析软件，具有广泛的适用性。即利用GIS提供的功能，又具有一定灵活效果第一节GIS应用模型概述5、GIS中常用空间分析模型1）相关分析模型---用来分析研究各种地理要素数据之间相互关系的一种有效手段。2）趋势面分析模型—-用来将现象的空间分布特征及其区域变化趋势模拟出来。3）预测模型--反映地理要素的动态发展规律，并用于预测分析。---常用回归模型。4）聚类模型——描述各种地理要素数据之间的近似程度，相似的可合并。第一节GIS应用模型概述一、定级因素因子的确定

1、确定方法：一般采用特尔菲测定法。

2、程序：第一轮：设计定级因素因子权重值调查表，确定专家。第二轮：在第一轮专家征询情况分析的基础上，专家对第二轮表格中的每个因素因子作出评价。第二轮征询表收回后，立即进行统计处理，计算均值和标准差，并制定第三轮征询表。第三轮：将前一轮得出的专家总体意见的概率分布、均值和标准差反馈给各位专家，并对专家进行再征询。专家在重新评估时，可根据均值和标准差来修改自己前一次的评估意见，采用类似方法对第三轮结果进行统计处理，得到协调程度较高的结果。第二节土地定级估价模型

因素层一级因素层二级因子层

繁华程度0.3交通条件0.242基本设施0.221自然条件0.149环境条件0.05城镇规划0.038商服繁华影响度0.3道路通达度0.104公交便捷度0.068对外交通便利度0.07基础设施完善度0.103公用设施完善度0.118地形、地质条件0.149环境质量优劣度0.05城镇规划条件0.038长途汽车站

0.04火车站0.03供水0.035排水0.035供气0.033医院、诊所0.018中小学0.037幼儿园0.012农贸市场0.044银行0.001邮局0.001文化娱乐设施0.005大气污染0.02噪声污染0.01水污染0.02第二节土地定级估价模型（一）资料调查的一般要求

1、城镇土地等级的更新调整评定以城镇土地现状为准；

2、外业调查、收集到的资料，要按实地位置标到工作底图上；

3、外业调查资料应填入相应的调查表格中，数值准确到小数点后一位；

第二节土地定级估价模型（二）定级资料的调查与整理

调查的内容：以2002年陕西省建立城镇地价体系实施技术方案中的各因素因子调查表格为例，本次更新在原表格的基础上进行更新补充调查。

1、商服繁华程度：（1）调查内容商服中心调查表第二节土地定级估价模型（2）整理资料

商服繁华度资料整理商店总数

（个）

年销售额

（万元）

利润额

（万元）

营业面积（m2）

占地面积（m2）

商服中心名称

现状

标准化

现状

标准化

现状

标准化

现状

标准化

现状

标准化

综合标准化值

综合规模指数

级别

作用分

服务半径（m）

100

市级

60

40

区级

25

15

小区级

15

权重

0.3

0.2

0.2

0.15

0.15

—

—

—

—

—

第二节土地定级估价模型*****商服繁华度级别图第二节土地定级估价模型2、道路通达度（1）调查内容第二节土地定级估价模型（2）整理资料道路通达度资料整理

路面宽度

车流量

（辆/小时）

路面材料

序号

道路名称

道路

长度

（米）

现状值

（米）

标准

化值

现状值

（辆/小时）

标准

化值

现状值

标准化值

综合规模指数

调整后规模指数

级别类型

服务半径（m）

100

主干道

60

次干道

35

支路

权重系数

0.4

0.3

0.3

—

第二节土地定级估价模型*****道路通达度级别图第二节土地定级估价模型3、公交便捷度（1）调查内容第二节土地定级估价模型（2）整理资料第二节土地定级估价模型*****公交便捷度级别图第二节土地定级估价模型4、对外交通便利度（1）调查内容第二节土地定级估价模型（2）整理资料第二节土地定级估价模型第二节土地定级估价模型交通条件等级图*****对外交通便利度——火车站级别图第二节土地定级估价模型5、基础设施状况（1）调查内容在此次基准地价更新范围内，对影响城镇土地定级和基准地价的供水、排水、供气、供热等基础设施资料进行更新调查。由于基础设施的因素是面状因素，无衰减，可以结合供、排水、供气、供热的管网分布图，更新调整2002年完成的基础设施各因子的分布范围及作用分值。

第二节土地定级估价模型*****基础设施——供水级别图第二节土地定级估价模型*****基础设施——排水级别图第二节土地定级估价模型6、公用设施状况

（1）调查内容分析在此次基准地价更新范围内，对影响城镇土地定级和基准地价的中小学、幼儿园、医院、银行、娱乐设施、公园、文体设施等公用设施的变化。第二节土地定级估价模型第二节土地定级估价模型*****公用设施——中小学级别图第二节土地定级估价模型第二节土地定级估价模型*****公用设施——医院级别图第二节土地定级估价模型*****公用设施——农贸市场级别图第二节土地定级估价模型*****公用设施——银行级别图第二节土地定级估价模型*****公用设施——邮电设施级别图第二节土地定级估价模型*****公用设施——文化娱乐设施级别图第二节土地定级估价模型（2）资料整理：由于公用设施的因素是点状因素，分布范围广，各因子的变化不大，所以可以对各设施的变化条件进行更新调查，对资料进行整理，具体的整理方法可以参考公交便捷度资料整理的方法，调整各因子的作用分值及影响半径。

第二节土地定级估价模型7、环境条件

环境条件包括环境质量、绿地状况和自然条件等，与基础设施状况的各因子相同，均为面状因素，具体的作法参考基础设施状况。8、城镇规划：规划条件也为面状因素，重点考虑城镇规划的发展方向，拟发展的重点区域，调整原来的规划因素的分布及作用分。第二节土地定级估价模型三、定级单元的划分和分值的计算及初步划分土地级别

这部分工作基本由计算机辅助完成。

第一步：确定定级因素因子。将确定特尔菲法确定的定级因素因子输入计算机，完成定级因素因子的确定。第二步：导入工作底图。将电子工作底图导入土地定级与基准地价动态更新系统软件。第三步：划分定级单元，计算单元分值。

第四步：初步划分土地级别。

第二节土地定级估价模型*****单元总分频率直方图第二节土地定级估价模型

因素层一级因素层二级因子层

繁华程度0.3交通条件0.242基本设施0.221自然条件0.149环境条件0.05城镇规划0.038商服繁华影响度0.3道路通达度0.104公交便捷度0.068对外交通便利度0.07基础设施完善度0.103公用设施完善度0.118地形、地质条件0.149环境质量优劣度0.05城镇规划条件0.038长途汽车站

0.04火车站0.03供水0.035排水0.035供气0.033医院、诊所0.018中小学0.037幼儿园0.012农贸市场0.044银行0.001邮局0.001文化娱乐设施0.005大气污染0.02噪声污染0.01水污染0.02第二节土地定级估价模型*****土地级别图（初步）第二节土地定级估价模型在土地资源开发时，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：（2）选择其影响因子（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三节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三节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：项目评价目标所涉及的因素。参评因子：影响每个因素的因子因子属性：每个因子所涉及的属性第二步：选择主要影响因素及因子第三步：选择某种评判方法，对各个因子进行适宜程度评价第三节适宜性分析模型第四步：将评价结果（方案）提交用户，供用户选择。每个因子有一组属性二、一般形式某项T评价目标所涉及的影响因素X1，

X2，

…，Xmx1，

x2，

…xlv1

，

v2，

…，

vm每个因素对应一组参评因子第三节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：第三节适宜性分析模型各个因素按属性集的优劣可用矩阵表示其中：P为Xi（每个因素）对T贡献值

W为Xi（每个因素）对T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∣评价分值计算计算某个T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第三节适宜性分析模型适宜等级Sj评价当适宜等级为S1：可认为最适宜S2

：可认为次适宜S3：可认为临界值S4：不适宜当适宜级为S2或S3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适宜性分析模型例一、利用GIS进行土地适宜性评价1、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

S1(最适宜)

S2(次适宜)

S3(免强适合)

S4(不适宜)第三节适宜性分析模型2、评价方法及过程：基于GIS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)确定评价对象的影响因素和因子F2F1F3F4第三节适宜性分析模型(3)利用GIS生成影响因素数据通过GIS操作过程，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<100>502级100-20050-203级200-50020-104级>500<10因素F1供水因素F2供肥因素F3供氧因素F4土壤侵蚀因素F5温度主要因素和因子叠置分析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和土壤侵蚀等级数据文件R4，（温度反映在季节上）

。第三节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可通过计算来获得权重（wi）和贡献函数(Pij)值。①建立4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重要性的2倍；

F1的重要性是F2重要性的4倍②求权重（Wi）：Wi

=Ui

/mi=1∑UiW4=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

第三节适宜性分析模型P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：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，不适合的定为贡献函数值为0。（3）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）第三节适宜性分析模型(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F1侵蚀10.67*100=67.00.17*100=17.00.08*100=8.00.08*100=8.020.67*67=44.80.17*67=11.40.08*67=5.40.08*67=5.430.67*33=22.20.17*33=5.60.08*33=2.60.08*33=2.640.67*0=00.17*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）/100，j=1，2，…，n

i=1mm为因素n为因子第三节适宜性分析模型问题提出：农作物（如猕猴桃等）种植区划需要数据：区域农业背景指标确定：树种特性和适宜条件分析（温度、光照、土壤PH值、降水量、年均温、空气相对湿度等）适宜性分析：例二、利用GIS进行土地适宜性评价第三节适宜性分析模型猕猴桃种植区划图第三节适宜性分析模型第四节发展预测模型一、一般介绍(1)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)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、模型简介人口预测模型:Pt=P0e（λ-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

为年份第四节发展预测模型劳动力预测方程: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发展预测模型具体步骤①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。②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。③成果表达：

利用GIS输出功能，以图、报表的方式输出。三、应用实例第四节发展预测模型第五节位址选择模型概念: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：坡度、文化、自然保护区等工程：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：工程造价建立步骤①数据准备②综合影响评价③位址选择分析第五节位址选择模型问题提出：国家森林公园候选地址选址条件：找出森林地区、非市区、且距公路或铁路0.5至1公里范围内的地区已知数据：数据源包括公路铁路分布图（线状地物），森林类型分布图（面状），城镇区划图（面状），需要得到国家解决方案：森林公园候选地址信息提取的模型。选址分析模型实例1：第五节位址选择模型步骤空间操作命令找出所有森林地区（1为林地，0为非林地）合并森林分类图属性相同的相邻多边形的边界属性再分类（聚类）归组找出距公路或铁路0.5公里的地区（保持安静）缓冲区分析找出距公路或铁路1公路1公里的地区（交通方便）缓冲区分析找出非城市区用地再分类找出森林地区、非市区、且距公路或铁路0.5至1公里范围内的地区叠置分析步骤和方法第五节位址选择模型空间决策支持---GIS空间分析的主要目的1、空间决策支持定义是应用空间分析的各种手段对空间数据进行处理变换，以提取隐含于空间数据中的某些事实和关系，并以图形和文字的形式直观地加以表示，为现实世界中的各种应用提供科学、合理的支持。2、GIS解决空间问题的一般步骤

1）明确目的、要求；

2）收集（准备）数据并建库;3）确定GIS空间分析步骤；

4）输出结果；第五节位址选择模型例1：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算1.明确分析的目的和标准目的：计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的面积和房产价值；标准：

a)道路从原有的20m拓宽至60m；

b)拓宽道路应尽量保持直线；

c)部分位于拆迁区内的10层以上的建筑不拆除。2.准备进行分析的数据涉及两类信息：一类是现状道路图；另一类是分析区域内建筑物分布图及相关的信息；第五节位址选择模型3.进行空间操作

a)选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。

b)将此缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，产生一幅新图，此图包括所有部分或全部位于缓冲区内的建筑物信息。4.进行统计分析

a)对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行选择，凡部分落入拆迁区且楼层高于10层以上的建筑物，将其从选择组中去除，并对道路的拓宽边界进行局部调整。

b)对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。5.将分析结果以地图或表格的形式打印输出。

第五节位址选择模型例2：辅助建筑项目选址（1）建立分析的目的和标准目的：确定一些具体的地块，作为一个轻度污染工厂的可能建设位置。工厂选址的标准包括：

a）地块建设用地面积不小于10000平方米；

b）地块的地