GIS空间建模幻灯片.ppt

1、一、概述,(一)什么是GIS的应用模型 模型是一种现象或系统的简化表示 GIS应用模型： 根据具体的应用目标和问题，借助于GIS自身的优势，将观念世界中形成的概念模型，具体化为信息世界中的可操作的机理和过程。 是以空间分析的基本方法和算法模型为基础，针对客观世界专门应用目的而构建的解决专门问题的理论和方法。 是GIS技术应用向专业领域的发展。,(二)为什么需要GIS应用模型 GIS 应用模型是GIS的基本构成之一 GIS的空间分析是基本的、解决一般的通用问题的基本理论和方法； 尽管GIS 软件具有强大的空间分析功能，为解决各种现实问题提供了有效的基本工具，但对于某一专门应用目的的解决，还必须通

2、过构建专门的应用模型。 （例如土地利用适宜性模型、选址模型、洪水预测模型等）。,(三)、 GIS应用模型的技术优势 1）优良的硬件环境 2）多功能的软件模块 3）能够客观表达地理空间的数据模型 4）便于人机沟通的用户界面,(四)、应用模型的作用 GIS应用模型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，是GIS走向实用化的关键。 应用模型是联系GIS应用系统与专业研究的纽带； 应用模型是综合利用GIS应用系统中大量数据的工具； 应用模型是GIS应用系统解决各种实际问题的武器； 应用模型有利于系统使用者与设计者之间的信息交流；便于用户使用和操

3、作。,(五)、GIS应用模型的类型 数学模型：应用数学分析方法建立的模型； 如人口增长模型 经验模型：通过数理统计方法和观测实验建立的模型； 如适宜性分析模型 混合模型：既有基于理论原理的确定性变量、又有经验性的不确定变量； 如位置选择模型,(六)构建GIS应用模型的三种方法 1）利用GIS内部建模工具 利用GIS软件本身的宏语言（如MapInfo的MapBasic语言、ArcInfo的VBA语言等）、应用函数库（API）或功能组件（COM）开发所需的空间分析模型。 该方法是将GIS软件已经具有的功能模块作为模型部件，按照具体应用的目的和标准，将这些部件进行有机的组合而形成解决某个具体问题的应

4、用模型。 内部模型可以充分利用GIS软件本身的资源和功能，模型构建和开发的效率比较高。（如坡地分析）,2）利用GIS系统外部建模工具 这种方法是基于利用GIS的空间数据库和可视化输出功能，而模型的分析功能则主要利用其它应用软件进行开发，如MatLab和IDL。这种构模方法实现了不同软件与GIS软件的集成，无需在GIS环境中重新编制分析软件。 运行效率有一定影响。 （如人口统计分析）,3）混合型的模型构建 混合模型是上述两种建模法的结合。 既充分考虑利用GIS软件提供的功能，尽量减少用户自行开发的压力，又能兼具吸收其它功能软件的特殊功用，为解决用户实际问题提供更灵活、更适用的解决方法。,明确分析

5、的目的和评价准则 准备分析数据 进行空间分析操作 进行结果分析 解释、评价结果 结果输出,二、建立GIS应用模型的一般步骤,实例分析 （1）,问题背景 为了在某地建立一森林公园旅游点，需参考一定的旅游条件，假设该旅游点须满足距公路、铁路0.5km以外10km以内，非市区，有林地，要求在行政区划图上选出该旅游点位置，并注明面积大小。 数据源 公路及铁路分布图； 森林分布及权属图； 城镇行政区划图；,问题求解所涉及的GIS功能 属性重分类； 面状边界消除与合并； 缓冲区生成； 拓扑叠加； 面积量测； 绘图输出； 生成报表,实例分析 （1）,实例分析 （1）,具体步骤 (1)将城镇行政区划图重新分类

6、，生成市区、非市区两类； (2)拓扑叠加生成图层，得到 非林地； 林地且市区； 林地、非市区、距道路0.5km内； 林地、非市区、距道路0.5km外10km内； 林地、非市区、距道路10km外 (3)依约束条件，提取第4类多边形，并计算其面积； (4)与行政区划图叠加，打印输出结果；,实例分析 （2）道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算,要解决的问题及约束条件 计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑面积和房产价值 ； 道路拓宽改建的标准是： 道路从原有的20米拓宽到60米 ； 拓宽道路应尽量保持直线 ； 部分位于拆迁区内的10层以上的建筑不拆除 ； 所需资料 现状道路图； 区域内建筑物分布图；,实例分析

7、（2）,空间操作 选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区； 将缓冲区图与建筑物分布图进行拓扑叠加，此图包括部分或全部位于拓宽区内的所有建筑物信息； 统计分析 选择落入拆迁区内的楼层高为10层以上的建筑物，将其排除掉，其余为拆迁建筑物 ； 对所需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算，包括建筑物面积、房产价值。,三、二值模型,一种GIS模型，用逻辑表达式从组合地图中选择感兴趣的地图要素 输出结果也为二值模型（1为真，0为假） 方法 矢量：地图叠加运算、属性组合 栅格：格网查询,矢量二值模型建立,矢量二值模型应用,问题：植物潜在生存环境 在高度带2之内，距河流不超过200米 数据 高度带地图、河流

8、地图 方法 确立河流缓冲区 河流缓冲区与高度带地图叠加 在叠加地图上选择高度带为2的区域 二值输出 演示：示例,栅格二值模型建立,栅格二值模型应用示例,问题：植物潜在生存环境： 在高度带2之内，距河流不超过200米 数据 高度带地图（grid）、河流地图（grid） 方法 距离量测: Find Distance 栅格计算器 二值输出,二值模型应用举例,选择潜在商业用地 如：面积大于5公顷，商业地带，闲置，距离小区距离小于3公里，坡度小于5度等 土地利用规划 土壤侵蚀分析 空间对象变化 建立精确模型,指数模型,由组合地图或多个格网计算的指数值生成分等地图。 过程 评估变量的相对重要性，确定权重

9、对观测值进行分类并打分 建立指数模型 数值归一化并输出： （指数值- 最小指数值）/ 指数值值域,基于矢量的指数模型建立过程,1,2,3,1,2,3,ID,PH,1,3,2,5,3,4,ID,Type,1,23,2,45,3,18,1,3,5,4,2,6,7,PH*2 + Type*3,13,分值,3,1,2,分值,2,1,3,基于栅格的指数模型建立过程,指数模型应用,通常用于适宜性分析和脆弱性分析 例一、森林保护区土地利用研究 参数确定 土壤条件、陡坡、洪涝 靠近水体、湿地等非点源污染 公路和开发区 野生动物栖息地 美学影响 过程 对每个参数按环境成本/开发约束从1到5排序 对每个参数制作格

10、网并进行叠加 取出每个参数的最大值作为输出值 从输出格网中选择低值区作为保护区域,指数模型应用,地下水污染评价模型 参数确定 水的埋置深度 净补给 蓄水层介质 土壤介质 地形 渗流带影响 导水率 每个参数评分，并加权计算,例：地下水评价污染分析,因素：土壤特征、埋置深度、土地利用 评分系统 0 - 50 埋置深度 1 - 25： 50 26 - 50：35 51 - 100：20 101 - 150：10,地下水评价污染分析（续）,土地利用 灌溉用地、野生动物栖息地等：50 非灌溉用地：20 城市与居民区：99（不纳入本模型）,土壤类型 1类 50 2类 49 3类 48.8 4类 45.2

11、5类 43.8 6类 40.8 7类 38.8,评价方程 3 X 土壤得分 + 土地利用得分 + 埋置深度得分,指数模型应用,野生生物栖息地适宜性指数模型HIS 参数 生物气候带a、点位类型b、优势种c、郁闭度d、演替阶段e; 指数模型 HIS = sqrt(3a+b+c)/6) (d+e)/2） 归一化 0 为不适宜做栖息地，1为理想栖息地,指数模型应用,森林火灾指数模型 参数 植被种类v、海拔高度h、坡度s、坡向a、与道路或主宅区的接近程度r; 每个因子分为不同层次，赋予标准得分0、1、2，分别对应高、中、低火灾 建立模型 H=1+100v+30s+10a+5r+2e 地图运算，产生森林火险指数分布图,回归模型,建立一个因变量和多个变量之间的关系，可用于预测和评估 通过地图叠加运算进行实现 类型 线性回归：数值变量 指数回归：因变量为二值而自变量为类别或数值类型数据 并非所有的GIS软件都提供回归模型计算,回归模型示例,积雪量模拟 SWE = a + b X Col+ c X Row + d X Height 松鼠生活环境适宜性模型 Y = 0.002*H + 0.228*Slope + 0.685*C1 +0.433*C2 + 0.481*C3