第九章-GIS应用模型.ppt

1、第九章 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 区位选择模型 第六节 交通规划模型 第七节 地球科学模拟模型,第一节 GIS应用模型概述,一、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。,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,第一节 GIS应用模型概述,地学模型模拟,气候变迁 沙漠化过程 土地退化过程 湖泊沼泽化 河道冲淤 沙嘴发育 土壤侵蚀,1.2 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

2、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,明确分析的目标和评价准则 准备分析数据 空间分析操作（叠加、缓冲区、网络。） 结果分析 解释、评价结果 制图输出,2、构建步骤,第一节 GIS应用模型概述,应用模型建模的步骤和方法,例：道路拓宽改建中的拆迁指标计算 明确分析的目的和标准 目的是计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的建筑面积和房产价

3、值，道路拓宽改建的标准是： 道路从原有的20m拓宽至60m； 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。,应用模型建模的步骤和方法,准备进行分析的数据 本例需要涉及两类信息，一类是现状道路图；另一类为分析区域内建筑物分布图及相关信息。,应用模型建模的步骤和方法,进行空间操作 首先选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。 然后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拓宽区内的建筑物信息。,应用模型建模的步骤和方法,进行统计分析 首先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

4、从选择组中去掉，并对道路的拓宽边界进行局部调整。 然后对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。,应用模型建模的步骤和方法,将分析结果以地图和表格的形式打印输出。,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系统内部的模型建造,混合型的模型建造,3、构建途径,GIS系统外部的模型建造,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,应用模型建模的步骤和方法,还有一些GIS软件提供了可视化的地图建模辅助工具，用户只需使用其提供的工具在窗口

5、中绘出模型的流程图，指定流程图的意义、所用的参数，矩阵等即可完成制图模型的设计，而无需书写复杂的命令程序。 可视化制图建模工具为用户提供了高层次的设计工具和手段，可使用户将更多的精力集中于专业领域的研究。,第一节 应用模型建模的步骤和方法,应用模型建模的步骤和方法,应用模型建模的步骤和方法,应用模型建模的步骤和方法,遥感图像处理软件：Erdas,应用模型建模的步骤和方法,遥感图像处理软件：Erdas,应用模型建模的步骤和方法,制图建模的实例： 制图建模的目标：获得某研究区坡度大于20度的区域占整个区域面积的比例。,面积 比例,应用模型建模的步骤和方法,应用模型建模的步骤和方法,20 区域,应用

6、模型建模的步骤和方法,坡度 图,应用模型建模的步骤和方法,DEM,第二节 土地定级估价模型,对土地的使用价值进行综合分析，揭示土地质量的地域差异，评价城镇土地级别，以及以土地级别为基础，选择适宜的样点资料和估价方法，分别测算商业、住宅和工业用地基准地价，为合理利用城镇土地提供依据。 技术路线： 定级估价因子数据的获取 因素因子的定量化处理 定级估价单元的确定 分值和参数计算 土地级别评定 级差收益测算 面积量算和成果图输出 纳入系统的好处： 减少人工量、提高评估精度质量、便于动态管理更新,第二节 土地定级估价模型,定级估价模型： 1）土地定级空间单元的生成方法 统一栅格数据格式和单元大小 2）

7、土地定级空间单元分值的产生方法， 缓冲区、叠加分析等：基础设施、交通、自然环境、商贸 3）土地理论级别分级界限的确定方法 定级总分值频率直方图 实例：江苏镇江土地评估 商贸、道路、公交、车站码头 给排水、供气、电信 医院学校、文化设施 地形、地基承载力、污染,定义：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

8、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,第四步：将评价结果（方案）提交用户，供用户选择。,第三节 适宜性分析模型,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 ， ， Xm,x1 ， x2 ， xl,v1 ， 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

9、 所对应一个属性集：,每个因素的属性集对于项目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,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：

10、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：利用GIS进行土地种植玉米的适宜性评价 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

11、,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,第三节 适宜性分析模型,评价对象的影响因素和因子体系,供水Q1,供肥Q2,供氧Q3,侵蚀Q4,水源,土层厚度,土有机肥,土孔隙率,土壤质地,坡向坡度,(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,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） 。,由于每个影响因素Fi（i=1，2，3，4）

12、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。,第三节 适宜性分析模型,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Q4、Q3、Q2、Q1按倍数关系比较相互之间的重要性，即： 令Q4的重要性为1； Q3的重要性同Q4，为1 ； QF2的重要性是Q3重要性的2倍； Q1的重要性是Q2重要性的4倍,W4=1/(1+1+2+2*4)=1/12=0.083 W3 =1/12=0.083 W2=0.083*2=1

13、/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

14、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）：,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。,第三节 适宜性分析模型,一、一般介绍,定义：运用已有的存储数据和系统提供的手段，对事物进行科学的数量分析，探索某一事物在今后的可能发展趋势，并作出评价和估计，以调节、控制计划或行动。 (1)研究方向 人口预测、资源预

15、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,第四节 发展预测模型,二、 模型简介,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,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

16、，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,第五节 区位选择模型,建立步骤,数据准备：明确要求，选择影响因子；初步甄别环境敏感区、保护区 综合影响评价：按照工程和经济可行性，建立选择条件、综合影响评价标准和算法 位址选择分析：实施区位选择，并对结果进行评价。,第五节 区位选择模型,例：上海 vs 南京建钢厂？ 限制条件：用水、用电、焦炭、铁矿砂 上海：水运方便（原料）、电力保证、用水保证；用地紧张、环境污染 南京：用地较为宽松、废渣处理；水运稍差、电力紧张,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: 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。需若干年甚至若干万年进行的过程，通过计算机及GIS可以几分钟内予以模拟 应用领域： 资源开发、国土整治、水土保持、工程论证,第七节 地球科学模拟,土壤侵蚀分析模型,目标：计算土壤侵蚀量 方法： 首先确定土壤侵蚀的数字分析模型，确定影响土壤侵蚀的因子；