第5章 GIS与应用分析模型的集成.ppt

1、第五章 GIS与应用分析模型的集成,本章重点： 1：集成概述 2：应用分析模型常用算法的应用 3：网格数据 4：GIS与应用分析模型集成,仿真模型：通过计算机，根据建立的数学公式进行运算来模拟、预测客观世界的模型。 空间信息模型：通过针对存在于空间实体之间的信息及其变化机制的模拟和分析，来研究人类生存环境的发展规律。,第一节 集成概述,2、GIS应用分析模型特点： 空间性：描述、分析的都是具有空间特征的现象和过程。 动态性：现象和过程具有时间上的动态性。 多元性：模型、要素、对象都具有多元性。 复杂性：处理对象和处理方法的复杂性。 综合性：应用对象的综合性决定了模型的综合性。,3、模型质量：

2、准确性：强调经过模型转换后源域和目标域的匹配。 精确性：与分辨率有关，强调在目标域中量测的精细程度。域的分辨率是在一个域中所表现出来的能被量测的最小单位。,4、集成的意义： 提高GIS应用系统的分析功能，弥补GIS各个专业领域分析功能的不足。 提高地理信息系统的分析功能和应用分析模型的易用性。 扩展GIS应用领域，提高应用层次和深度。,5、集成的技术： 应用分析模型提供了对专业领域特定问题求解的能力，而应用分析模型所需的数据、计算结果的表达等则需要GIS开发人员解决，所以GIS与应用模型的集成其实就是以数据为通道，以GIS为核心的系统开发过程。,第二节 应用分析模型常用算法,1、GIS中的应用

3、分析模型，根据其使用功能大致可分为哪些类型？ 2、各应用分析模型在解决GIS应用问题时有什么优缺点？ 3、各应用分析模型分别适合解决哪类GIS问题？,学习思考：,第三节 模型计算网格生成技术,网格: 规则网格：有结构网格，纵横网格线是根据一定规则生成，网格的排列结构纵横有序，便于方程的离散和计算编程。 不规则网格：无结构网格，由任意三角形或四边形组成的网格。,一、矩形网格,1、矩形网格：每个网格单元都是矩形。 变步长：网格步长不是固定的。 定步长：X方向和Y方向的空间步长是定值。,二、三角形网格,三角形网格：相邻但不重叠的三角形构成的一种有限元网格，有限个点集将区域划分为相连的三角面网络。,特

4、点： 1、空圆特性； 2、最小角最大特性； 3、D网的唯一性。,三、格网技术,格网计算：源于计算机的并行计算，几台分布式的计算机，相互之间通过节点连接成网络，格网计算解决的两个主要问题是： 第一：共享计算机本身的计算能力； 第二：共享网络内计算机所掌握的资源。,格网技术：社会经济统计都是按照行政区划的，但是自然环境监测数据、监理数据都是以像元为基础的，因此必须在这中间找到一个共同沟通的语言，这个语言就是格网技术。,格网：利用高速国际互联网或专用网络把地理上广泛分布的计算资源、存储资源、通信资源、网络资源、软件资源、数据资源、信息资源、知识资源等连成一个逻辑整体,最终实现用户在格网这个虚拟组织环

5、境上进行资源共享和协同工作消除信息孤岛和资源孤岛。,格网技术对GIS的影响：,(1)对GIS的空间分析影响： 数据密集型计算是一种重要的格网计算类型。GIS中的空间分析通常涉及海量的地图数据、遥感数据、地理数据，是典型的数据密集型计算。用户的硬件投入很大,这在一定程度上给用户设置了较高的应用GIS的门槛。格网计算技术是有效解决这个问题的重要方法。,(2)对GIS地理数据存储手段的影响： 数据格网是海量数据分布式管理和分析的数据基础设施,是一种全新的数据存储、提取、传输手段。把地理位置分布的数据资源、系统用户(数据生产者和数据消费者)、存储资源连成一个逻辑的整体。用户只要列出一个数据集清单递交给

6、数据格网系统, 就可得到所需数据，不必关心数据集存放位置和提供机构。,(3)对GIS多维化发展的影响： 制约虚拟现实GIS（VRGIS）发展的瓶颈问题是实时场景渲染问题和海量场景数据存储问题。 VRGIS通常需要配备超级图形工作站, 但这种超级图形工作站价格非常的高,一般用户承受不起。采用格网计算技术把若干普通PC连接起来构成一个虚拟超级计算机,是经济有效途径。,(4)对GIS互操作的影响： 格网技术是解决异构系统之间互操作问题的新途径。在由空间数据库、属性数据库、元数据库、地理信息系统软件组成的格网系统中,当用户提出某个应用请求时,格网系统自动把任务分解, 提取特定数据并且把它传输到特定的地

7、理信息系统软件,最后处理结果以一致的用户界面方式呈现在用户面前。,(5)对GIS开发方式的影响： 构建格网的目标之一就是要实现软件资源的真正协同,使格网成为一个虚拟的软件智能体组件的装配工厂，这可以彻底改变地理信息系统软件的开发方式。,(6)对GIS产业模式的影响： 格网作为第3代的Internet,不仅将深刻影响WebGIS的体系结构,而且也将深刻影响地理信息系统产业结构。地理信息系统产业中的一些新的商业模式必将出现。,四、空间信息多级格网SIMG（Spatial information multigrid),空间信息多级格网：是对地理空间进行多层次划分的方法。既是空间位置的划分方法,也是自

8、然、社会、经济属性的信息载体,同时也是适合时空坐标系变化的空间信息的一种新的表示方法,是为了更方便地在网格计算环境下实现对空间信息资源的整合、共享与利用,实现将SIMG的空间划分、空间数据组织与表示方法作为网格节点上空间数据组织与管理的基础。,核心思想: 按不同格网大小将全国范围划分不同粗细层次的格网,每个层次的格网在范围上具有上下层涵盖关系; 每个格网以其中心点的坐标(格网中心点)来确定其地理位置,同时记录与此格网密切相关的基本数据项(如经纬度、全球地心坐标、各类投影参数下的坐标)；,落在每个格网内的地物对象(细部地物)记录与格网中心点的相对位置,以高斯坐标系为基准。在立足于多级格网技术的基

9、础上,重点考虑格网的基准问题、格网的投影技术和格网内不同坐标系的基础数据表示、转换方法和标准体系。,空间信息多级格网：,1、作为现有地图产品的补充产品： 如果有统一的格网,可以用GPS采集空间和非空间数据,并按照统一的格网数据标准填充到格网里,只要精度能满足要求,不必考虑行政区划,更不用考虑成图比例尺和投影坐标系,这种数据更新方法在数据更新时优势更加明显, 数据成果可以作为现有地图的补充产品。,2、作为适应时空坐标系变化的一种空间数据的表示和组织方法： 使用格网技术, 只需考虑格网中心点的坐标可以转换成不同坐标系,格网的中心点能在不同投影不同坐标系中变换,而格网内部的相对量(角度、长度、面积等

10、)不变(或是投影误差小到可以忽略),从而避免了坐标系变化时全部数据都要发生变化的问题。,3、是在网格计算环境下实现对现有各种空间数据库进行操作的工具： 在开放网格体系结构中, 吸收WebService的技术和标准,找出网格计算环境下的空间数据表示方法, 将对空间数据的应用扩展到网格服务的层面上,充分利用格网体系结构中的先进特性,使空间信息更好地满足用户需求。,第四节 GIS与应用分析模型的集成,一：源代码集成方式 利用GIS系统二次开发工具和其他的编程语言，将已经开发好的应用分析模型的源代码进行改写，使其与GIS完全兼容，成为GIS 整体得一部分。,优点： 灵活、有效。 缺点： GIS开发者必

11、须读懂应用分析模型的源代码，并在次基础上改写，改写可能出错；或者在对应用分析模型深入理解的基础上，编写模型源代码。,二：函数库集成方式 将开发好的应用分析模型以库函数的方式保存在函数库中，集成开发者通过调用库函数将应用分析模型集成到GIS中，包括动态连接和静态连接两种。,优点： GIS系统与应用分析模型可以实现高度的无缝集成，使用方便，不会发生因改写错误而使模型运行结果不正确的情况。 缺点： 应用分析模型的状态信息、函数相关性、难以有效表达，函数库的扩充与升级、接口扩展困难。,三：可执行程序集成方式 GIS与应用分析模型均以可执行文件方式独立存在，二者的交互以约定的数据格式通过文件、命名管道、

12、匿名管道或者数据库进行。分为独立方式和内嵌方式。,独立方式：以对等的可执行文件形式独立存在，两者间不直接发生联系，通过中间模块实现数据的传递与转换。 优点：集成方便、简单，代价低，不需太多编程工作。 缺点：系统运行效率、自动化程度不高，可操作性、视觉效果、二者交互性和亲和性不好。,内嵌方式：通过共同的数据约定进行，GIS通过对中间数据与空间数据的转换来实现操作，具有统一界面和无缝操作环境。 优点：便于开发、维护、项目的管理组织实施，运行性能较好，便于操作。 缺点：开发难度大。,四：DDE与OLE集成方式 该方式稳定性不高，效率低，要求应用分析模型和GIS软件都提供DDE或OLE的数据操作协议。

13、,五：组件集成方式与模型库集成方式 模型库：按一定的组织结构存储的模型的集合体。可有效地管理和使用模型，实现模型重用，符合C/S工作模式。,第五节 模型库支持下的集成,GIS应用分析的不足： 1、模型在系统中处于从属地位； 2、在辅助决策中GIS只能提供数据级支持，不能提供实质性决策方案，难以满足决策需求。,模型条件： 1、相关领域已有许多具有实用价值的应用分析模型，可为决策提供有力支持； 2、模型一般缺乏友好交互界面，分析结果不形象、不直观。,GIS与模型各自的功能和需求使得二者的集成具备可能性和潜力。 二者集成： 1、模型库技术与GIS的集成推动空间决策支持系统的发展和GIS向深层次应用发展； 2、空间决策支持系统的发展促使两者的集成取得突破性进展。,一、空间决策支持模型及模型库系统 决策支持系统（DSS）使模型在GIS系统中不再处于从属地位，而可能成为系统核心。,1、GIS的应用模型： 空间分析模型：管理决策中的半结构化和非结构化问题研究，无法用精确的数学模型表达，更多依赖于专家的知识和