第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型課件

1、第七章 GIS模型與建模,第一節(jié) GIS應(yīng)用模型概述 第二節(jié) 二值模型 第三節(jié) 指數(shù)模型 第四節(jié) 回歸模型 第五節(jié) 過程模型,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,第一節(jié) GIS應(yīng)用模型概述,GIS應(yīng)用模型的定義及分類 GIS在建模中的作用 空間分析與GIS應(yīng)用模型的關(guān)系,目前，GIS的應(yīng)用，已經(jīng)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索查詢，推進(jìn)到以時(shí)空分析為主，正走向支持區(qū)域空間演化預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)模擬及其空間布局的優(yōu)化發(fā)展,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,一 GIS應(yīng)用模型的定義和分類,1 就是根據(jù)具體的應(yīng)用目標(biāo)和問題，借助于GIS自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使觀念世界中形成的概念模型，具體化為信息世界中可操作的機(jī)理和過程。 2 作用：

2、用一定程度的演化和抽象，通過邏輯演繹，把握各地理要素間的本質(zhì)特征、相互關(guān)系及可視化顯示,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,一 GIS應(yīng)用模型的定義和分類,3 分類（1）：根據(jù)研究對(duì)象的瞬時(shí)狀態(tài)和發(fā)展過程，可分為靜態(tài)、半靜態(tài)和動(dòng)態(tài) 靜態(tài)模型分析地理現(xiàn)象及要素相互作用的格局； 半靜態(tài)模型用于評(píng)價(jià)應(yīng)用目標(biāo)的變化影響； 動(dòng)態(tài)模型用于預(yù)測(cè)研究目標(biāo)的時(shí)空動(dòng)態(tài)演變及趨勢(shì),第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,一 GIS應(yīng)用模型的定義和分類,3 分類（2）根據(jù)所表達(dá)的空間對(duì)象的不同，可分為數(shù)學(xué)模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃突旌夏Ｐ汀?數(shù)學(xué)模型基于理化原理的理論模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)分析方法建立的數(shù)學(xué)表達(dá)式，反映地理過程本質(zhì)的理化規(guī)律； 經(jīng)

3、驗(yàn)?zāi)Ｐ突谧兞恐g的統(tǒng)計(jì)關(guān)系或啟發(fā)式關(guān)系的模型，大部分通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法和大量觀測(cè)實(shí)驗(yàn)建立的模型； 混合模型基于原理和經(jīng)驗(yàn)的混合模型，既有基于理論原理的確定性變量，也有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)加以確定的不確定性變量,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,二 GIS在建模中的作用,GIS是可加工顯示與集成不同數(shù)據(jù)源的工具； 用GIS建立的模型可以基于矢量數(shù)據(jù)、也可是柵格數(shù)據(jù)甚至是對(duì)兩類數(shù)據(jù)的綜合。 基于柵格和基于矢量的模型的差別并不排除建模者在建模過程中對(duì)兩類數(shù)據(jù)的綜合。 GIS建模可在GIS環(huán)境以及其他建模程序結(jié)合：松散連接、緊密連接,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,三 GIS與其他建模程序的結(jié)合,松散連接 緊密連接

4、 嵌入,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,四 建模過程,明確建模目的 把模型分解成各種原色，定義各種元素的屬性和它們之間的相互作用。 流程圖 模型的應(yīng)用與校準(zhǔn),第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,五、空間分析與GIS應(yīng)用模型的關(guān)系,空間分析是基本的，解決一般問題的理論和方法，而一般應(yīng)用模型是很多的，是復(fù)合、復(fù)雜的；解決專門問題的理論和方法，它的解決應(yīng)以空間分析的基本方法和算法模型為基礎(chǔ)。 GIS空間分析和應(yīng)用模型可以看成是整體與局部的關(guān)系,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,第二節(jié) 二值模型,定義 步驟 舉例,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,一、定義及步驟,1、用邏輯表達(dá)式從組合要素圖層或多重柵格中選擇

5、感興趣的或符合條件的地圖要素與分布范圍?？僧?dāng)做數(shù)據(jù)查詢的擴(kuò)展 2、輸出結(jié)果也為二值模型（1為真，0為假） 3、方法 矢量：地圖疊加運(yùn)算、屬性組合 柵格：格網(wǎng)查詢,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,一）矢量二值模型建立,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,方法,確立河流緩沖區(qū),河流緩沖區(qū)與高度帶地圖疊加,在疊加地圖上選擇高度帶為2的區(qū)域,二值輸出,二）矢量二值模型應(yīng)用,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,三）柵格二值模型建立,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,三）柵格二值模型應(yīng)用示例,問題：植物潛在生存環(huán)境： 在高度帶2之內(nèi)，據(jù)河流不超過200米 數(shù)據(jù) 高度帶地圖（grid）、河流地圖（grid） 方法 距

6、離量測(cè): Find Distance Map query 二值輸出,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,一 加權(quán)線性綜合法,第三節(jié) 指數(shù)模型,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,1、由組合地圖和多個(gè)格網(wǎng)計(jì)算的指數(shù)值產(chǎn)生的等級(jí)地圖。 2、過程 （1）評(píng)估變量的相對(duì)重要性，確定權(quán)重 （2）每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；(視情況而做，有單位的值轉(zhuǎn)為無單位的值) （3）觀測(cè)值進(jìn)行分類并打分（打分的依據(jù)要統(tǒng)一，可規(guī)定為1-10的范圍，從高到低或從低到高對(duì)應(yīng)的情況要統(tǒng)一）； （4）指標(biāo)值加權(quán)總和除以總權(quán)重并輸出： 注：第二、三個(gè)步驟不一定同時(shí)出現(xiàn)，具體情況具體分析,一 加權(quán)線性綜合法,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,一）基

7、于矢量的指數(shù)模型建立過程,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,二）基于柵格的指數(shù)模型建立過程,7,21,32,49,1,3,4,5,0.6,1.8,2.4,3.0,0.6,1,3,4,2,1,3,4,2,0.2,0.6,0.8,0.4,0.2,45,57,63,31,3,4,5,2,0.6,0.8,1.0,0.4,0.2,1.4,3.2,4.2,3.8,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,二 其它方法,加權(quán)線性合成不能處理兩個(gè)要素間的相互依賴性 權(quán)重的確定,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,三 指數(shù)模型應(yīng)用:適宜性分析和脆弱性分析,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,四 GIS求解適宜性問題的一般過程,包括

8、目的導(dǎo)向分析和數(shù)據(jù)導(dǎo)向操作兩個(gè)過程。 目的導(dǎo)向分析，是將要解決的問題與專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，從問題開始，一步步推導(dǎo)出解決問題所需要的原始數(shù)據(jù)、精度標(biāo)準(zhǔn)、模型的邏輯結(jié)構(gòu)和方法步驟。 數(shù)據(jù)導(dǎo)向操作，是將已經(jīng)形成的模型邏輯結(jié)構(gòu)與GIS技術(shù)相結(jié)合，從各類數(shù)據(jù)開始，一步步將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為問題的答案，必要時(shí)還需要進(jìn)行反饋和修改，直到取得滿意的結(jié)果，最后以圖形或圖表的形式輸出結(jié)果,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,四 GIS求解適宜性問題的一般過程,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,1 通常創(chuàng)建適宜性地圖需要的步驟,輸入數(shù)據(jù)：確定需要哪些數(shù)據(jù)集作為輸入 派生數(shù)據(jù)：從現(xiàn)存數(shù)據(jù)派生出新數(shù)據(jù)以獲得新信息 重分類各數(shù)據(jù)集：用同一

9、等級(jí)體系（例如，1-10）對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)集重分類，給適宜性較高的屬性賦較高的值 賦權(quán)重各數(shù)據(jù)集。必要的話給在適宜性模型中影響較大的數(shù)據(jù)集賦較高權(quán)重，然后合并各數(shù)據(jù)集以尋找適宜位置,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,作業(yè)：設(shè)某項(xiàng)應(yīng)用為核電站選址，要求核電站臨近海灣，交通便捷，地形坡度小于5度，地質(zhì)條件安全，并避開居民區(qū),第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,第四節(jié) 回歸模型,建立因變量和多個(gè)變量之間的關(guān)系，可用于預(yù)測(cè)和評(píng)估 通過地圖疊加運(yùn)算進(jìn)行實(shí)現(xiàn) 線性回歸：通過xi的值預(yù)測(cè)y的值； 對(duì)數(shù)回歸：因變量是類別數(shù)據(jù)和自變量是類別數(shù)據(jù)或數(shù)值變量 指數(shù)回歸：因變量為二值而自變量為類別或數(shù)值類型數(shù)據(jù) 并非所有的GIS

10、軟件都提供回歸模型計(jì)算,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,第四節(jié) 回歸模型示例,積雪量模擬 SWE = a + b X Col+ c X Row + d X Height 松鼠生活環(huán)境適宜性模型 Y = 0.002*H + 0.228*Slope + 0.685*C1 +0.433*C2 + 0.481*C3 + 0.009*AspectEW 概率分布：p=1/(1+exp(-Y) 灰狼適宜生存環(huán)境與空間分布 Logit(p)=-6.5988 + 14.6189*R （R為道路密度） 出現(xiàn)狼的概率: p=1/(1+elogit(p,第7章-地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,第五節(jié) 過程模型,關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境過程的