GIS應用模型PPT學習教案

1、會計學1GIS應用模型應用模型6.1 GIS應用模型概述應用模型概述應用模型的分類應用模型的分類1.根據所表達空間對象的不同，根據所表達空間對象的不同，GIS應用模型可分為：應用模型可分為：n數學（理論）模型數學（理論）模型n經驗模型經驗模型n混合模型混合模型見表見表6.12.根據研究對象的瞬時狀態(tài)和發(fā)展過程，可分為：根據研究對象的瞬時狀態(tài)和發(fā)展過程，可分為：n靜態(tài)靜態(tài)n半靜態(tài)半靜態(tài)n動態(tài)模型動態(tài)模型第1頁/共34頁第2頁/共34頁應用模型與應用模型與GIS空間分析空間分析 GIS應用模型與GIS空間分析關系密切，表現以下幾個方面。（1）GIS空間分析是基本的，是解決一般問題的理論和方法；而G

2、IS應用模型是復雜的，往往是兩種或多種GIS空間分析方法的復合，是為解決專門問題的理論和方法。（2）空間分析模型是聯(lián)系GIS應用系統(tǒng)與專業(yè)領域的紐帶，必須以廣泛、深入的專業(yè)研究為基礎。（3）空間分析模型是綜合利用GIS中大量數據的工具，而數據的綜合分析和應用主要又通過模型來實現。（4）空間分析模型是分析型和輔助決策型GIS，這是區(qū)別于管理型GIS的一個重要特征，是解決空間分析和輔助決策問題的核心。第3頁/共34頁應用模型的構建應用模型的構建n構建GIS應用模型，首先必須明確用GIS求解問題的基本流程；其次根據模型的研究對象和應用目的，確定模型的類別、相關的變量、參數和算法，構建模型邏輯結構框圖

3、；然后確定GIS空間操作項目和空間分析方法；最后是模型運行結果驗證、修改和輸出。n應用模型是GIS 與相關專業(yè)連接的紐帶，它的建立并不是純數學技術性問題，而必須以堅實而廣泛的專業(yè)知識和經驗為基礎，對相關問題的機理和過程進行深入的研究，并從各種因素中找出其因果關系和內在規(guī)律，有時還需要采用從從定性到定量的綜合集成法，這樣才能構建出真正有效的GIS應用模型。n用GIS求解問題的過程就是建立地理信息建模系統(tǒng)（Geographic Information Modeling System，簡稱GIMS）,研究如何根據給定條件（如已知數據和約束條件）自動生成解決問題（如確定候選地址）的整個操作過程。它能支

4、持面向用戶的空間分析模型的定義、生成和檢驗的環(huán)境，支持與用戶交互式地基于GIS的分析、建模和決策。GIMS是目前GIS研究的重要方向和熱點問題之一。第4頁/共34頁n通用GIS空間分析功能與各種領域專用模型的結合主要有三種途徑。（1）GIS環(huán)境內模型建造（嵌入式）：利用GIS軟件的宏語言發(fā)展各自所需的空間分析模型。此方法能充分利用GIS軟件本身所具有的資源，模型建造和開發(fā)的效率比較高。（2）GIS外部的模型建造（松散耦合式）：基于應用GIS的空間數據庫和輸出功能，而模型分析功能則主要是利用其它應用領域的軟件。此方法運行比較慢，但實現軟件嫁接，無需在GIS環(huán)境中再編分析軟件，具有廣泛的適用性。（

5、3）混合型的模型建造：上述兩者的結合。此方法既利用GIS提供的功能，又具有一定靈活的效果。第5頁/共34頁n從數理統(tǒng)計角度來看，地理模型的類型有：類似統(tǒng)計學的描述性模型和與推理統(tǒng)計技術相關的規(guī)則性模型。n從應用角度來考慮，常用的應用模型有： 適宜分析模型，從幾種方案中篩選最佳或適宜的模型。 考慮獨立狀態(tài)模型，注重樣式與處理的問題，長時間以來用于解釋類似農業(yè)活動與運輸成本間的關系； 位置-分配模型，最初為預測工業(yè)位置點的空間分布的樣式而設計的韋伯模型，結合實際進行改進后可使參與者尋找最佳商業(yè)和服務位置； 重力模型，建立在吸引力與到潛在市場的距離呈反比這一基礎上構建的經濟地理模型。 改進擴散模型，

6、在流體擴散模型的基礎上，通過地理空間跟蹤動植物運動，以空間驗證思想，構建擴散模型，如今已廣泛用于地理生態(tài)群落研究。第6頁/共34頁適宜分析模型適宜分析模型1.一般介紹一般介紹n適宜性分析在地學中的應用很多，如土地針對某種特定開發(fā)活動的分析，包括農業(yè)應用、城市化選址、作物類型區(qū)劃、道路選線、環(huán)境適宜性評價等。n建立適宜性分析模型，首先應確定具體的開發(fā)活動，其次選擇其影響因子，然后評判某一地域的各個因子對這種開發(fā)活動的適宜程度，以作為土地利用規(guī)劃決策的依據。2.應用實例應用實例第7頁/共34頁（1） 實例實例1選址應用模型選址應用模型選址問題應用很多，如：n輔助建筑項目選址n城市垃圾場選址、n印染

7、廠的選址、n國家森林公園的選址等。 以森林公園候選地址為例具體說明。A.問題提出：森林公園候選地址B.所需數據：公路、鐵路分布圖（線狀地物），森林類型分布圖（面狀），城鎮(zhèn)區(qū)劃圖（面狀）。C.解決方案：構建空間數據庫，信息提取并建模。D.步驟和方法見表6.2。F.依據應用模型出圖，供決策者參考。第8頁/共34頁第9頁/共34頁（2）實例）實例2道路拓寬規(guī)劃道路拓寬規(guī)劃A.問題提出：道路拓寬改建過程中的拆遷指標計算B.明確分析的目的和標準n目的：計算由于道路拓寬而需拆遷的建筑物的面積和房產價值。n道路拓寬改建的標準如下。（a）道路從原有的20m拓寬至60m。（b）拓寬道路應盡量保持直線。（c）部分

8、位于拆遷區(qū)內的10層以上的建筑不拆除。C.準備進行分析的數據：涉及兩類信息，一類是現狀道路圖；另一類是分析區(qū)域內建筑物分布圖及相關的信息。D.GIS空間操作（a）選擇擬拓寬的道路，根據拓寬半徑，建立道路的緩沖區(qū)。（b）將此緩沖區(qū)與建筑物層數據進行拓撲疊加，產生一幅新圖，此圖包括所有部分或全部位于緩沖區(qū)內的建筑物信息。第10頁/共34頁E.GIS統(tǒng)計分析（a）對全部或部分位于拆遷區(qū)內的建筑物進行選擇，凡部分落入拆遷區(qū)且樓層高于10層以上的建筑物，將其從選擇組中去除，并對道路的拓寬邊界進行局部調整。（b）對所有需拆遷的建筑物進行拆遷指標計算。F.將分析結果以地圖或表格的形式打印輸出。第11頁/共3

9、4頁（3）實例）實例3建設用地適宜性評價模型建設用地適宜性評價模型n一般原理：建模的關鍵在于適宜性評價過程中指標的選取、標準化和權重的確定以及如何將GIS和決策過程結合。n以福州為例，根據各因子中不同影響因素對建設用地生態(tài)適宜性重要程度的不同，對其賦予不同的等級值，見表6.3。n在GIS空間數據庫支持下，利用ArcView 3.3或ArcGIS 9.0的空間分析模塊，對評價因子進行單因素和綜合生態(tài)適宜性疊加分析，并對其生態(tài)適宜性評價結果進行分級，即最適宜、比較適宜、勉強適宜、不適宜、很不適等，形成單因子和綜合指標的生態(tài)適宜性系列分級圖，如圖6.1所示。n綜合的生態(tài)適宜性評價公式見下式。 n1k

10、ijijkkC?WS式中Sij為第ij個格網的綜合生態(tài)適宜性，k=1，2，表示第k個生態(tài)因子；W(k)表示第k個生態(tài)因子的權重；Cij(k)表示第 k個生態(tài)因子在第k個格網的適宜性等級。第12頁/共34頁表6.3 建設用地生態(tài)適宜性指標體系第13頁/共34頁圖圖6.1 福州建設用地生態(tài)適宜性評價系列等級圖福州建設用地生態(tài)適宜性評價系列等級圖第14頁/共34頁（4）實例4亞熱帶農作物種植區(qū)劃n這類模型用于描述和解釋某種現象空間分布的規(guī)律，可以回答“那里是什么”和“它們在哪里”之類的問題。n以亞熱帶農作物種植是否適宜為例說明建模方法：首先收集數據（如：區(qū)域農業(yè)背景的數據、影響農作物生長的生態(tài)因子（

11、積溫、光照、土壤Ph值、降水量、年均溫、空氣相對濕度等）；其次，構建空間數據庫；第三，建立指標圖層，確定指標等級（適宜、較適宜、一般適宜、不適宜）；第四，進行GIS疊加分析適宜性：第五，生成結果圖，為決策者提供參考意見。n圖6.2給出了一般描述性模型，該模型根據已知因素評價農作物種植的適應性，根據一定的分類分級標準，將土地劃分為適宜和不適宜或適宜、較適宜、一般適宜、不適宜等級，輸出的圖層可顯示區(qū)域種植適應性的差別。n圖6.3是福建壽寧縣的獼猴桃種植的區(qū)劃圖，對從事農業(yè)生產有一定的指導性。第15頁/共34頁第16頁/共34頁圖圖6.3 獼猴桃種植區(qū)劃圖獼猴桃種植區(qū)劃圖第17頁/共34頁第18頁/

12、共34頁第19頁/共34頁n一個地圖模型可以說是表示了解決某一問題的其中一種方案。根據已有的基本數據和一套GIS 軟件所提供的柵格或矢量數據分析的基本運算，不同的分析人員可能會使用不同的運算功能、采用不同的程序解決同一個問題，因此，他們?yōu)榻鉀Q同一問題所設計的地圖模型可能會不一樣，這就是說，用于解決某一問題的地圖模型不是唯一的。n但不同的地圖模型產生的最后結果可能會有所差別，應對不同的地圖模型進行實驗，對地圖模擬過程以及每個運算的結果進行評價，以保證地圖模擬結果的正確性和有效性n2.應用案例一應用案例一 已有某區(qū)域地形等基礎信息，通過構建GIS數據庫、建模，并在3DGIS系統(tǒng)中，可虛擬地理環(huán)境。

13、再通過改變參數可研究水土流失。圖6.5是某區(qū)域在GIS支持下實現的虛擬環(huán)境顯示。 第20頁/共34頁 圖圖6.5某區(qū)域在某區(qū)域在GIS支持下實現的虛擬環(huán)境支持下實現的虛擬環(huán)境（a）等高線圖（b）遙感圖（c） 虛擬環(huán)境一角第21頁/共34頁發(fā)展預測模型發(fā)展預測模型1.一般介紹一般介紹n發(fā)展預測模型是運用已有的存儲數據和系統(tǒng)提供的手段，對事物進行科學的數量分析，探索某一事物在今后的可能發(fā)展趨勢，并作出評價和估計，以調節(jié)、控制計劃或行動。在地理信息研究中，如人口預測，資源預測、糧食產量預測以及社會發(fā)展預測等，都是經常要解決的問題。n預測方法通常分為定性、定量、定時和概率預測。n在信息系統(tǒng)中，一般采用

14、定量預測方法，它利用系統(tǒng)存儲的多目標統(tǒng)計數據，由一個或幾個變量的值，來預測或控制另一個變量的取值。n這種數量預測常用的數學方法有移動平均數法、指數平滑法、趨勢分析法、時間序列分析法、回歸分析法以及灰色系統(tǒng)理論等模型的應用。用GIS模型可以解決區(qū)域時空歷史變化的布局問題。第22頁/共34頁2.應用案例二應用案例二 在GIS人口數據庫支持下，可生成福建人口規(guī)模、GDP、經濟與人口關系以及空間聚類相關分析系列圖，如圖6.6、圖6.7、圖6.8和圖6.9所示。圖圖6.6 福建人口規(guī)模和福建人口規(guī)模和GDP曲線曲線 圖圖6.7 福建人口空間分布福建人口空間分布第23頁/共34頁圖圖6.8人口密度與土壤侵

15、蝕率的關系人口密度與土壤侵蝕率的關系第24頁/共34頁（a）福建省各縣市的人均GDP局部自相關分布 （b）福建省各縣市的人均GDP空間關聯(lián)分布圖圖6.9 福建福建GDP空間相關顯示圖空間相關顯示圖第25頁/共34頁n利用回歸分析方法，選用利用回歸分析方法，選用3個因子個因子GDP，第二、第，第二、第三產業(yè)占三產業(yè)占GDP 的比重，各行政區(qū)的土地面積。并設：的比重，各行政區(qū)的土地面積。并設：Y=總人口，總人口，X1=GDP，X2=第二、第三產業(yè)占第二、第三產業(yè)占GDP 的比的比重，重，X3=各行政區(qū)的土地面積。建立人口與社會經濟發(fā)各行政區(qū)的土地面積。建立人口與社會經濟發(fā)展相關模型，如表展相關模型

16、，如表6.4和表和表6.5所示。所示。n若再選用三個因子：人均若再選用三個因子：人均GDP、人口密度、城市化水平，、人口密度、城市化水平，并設：并設：Y=人均人均GDP，X1=人口密度，人口密度，X2=城市化水平，城市化水平，指標采用以指標采用以10為底的對數進行無量剛處理后，建立相關為底的對數進行無量剛處理后，建立相關模型則為：模型則為：Y=-0.937+1.838X1+0.812X2 n經檢驗復相關系數達到經檢驗復相關系數達到0.966，說明該方程的回歸效果顯，說明該方程的回歸效果顯著。著。第26頁/共34頁交通規(guī)劃模型交通規(guī)劃模型n交通規(guī)劃模型是確定交通目標與設計達到交通目標的策略和行動

17、的過程。n交通規(guī)劃的目的是設計一個交通系統(tǒng)，以便為將來的各種用地模式服務。n交通規(guī)劃在整個國民經濟中具有重要意義，它是建立完善的交通體系的重要手段，解決道路交通問題的根本措施以及獲得交通運輸最佳效益的有效方法。n引入GIS技術，能夠提高交通規(guī)劃工作的效率，簡化業(yè)務流程，為建設交通規(guī)劃行業(yè)的輔助決策支持系統(tǒng)打下了良好的基礎。第27頁/共34頁第28頁/共34頁n需解決的GIS 問題主要有：（1）空間布局問題有：既能夠展示現有的空間布局狀況，又能夠表達規(guī)劃人員對于未來空間布局的規(guī)劃與預期。 （2）網絡計算問題：這屬于優(yōu)化布局的問題。即看某種規(guī)劃方案是否合理，比如，從秦皇島出發(fā)運輸某種貨物到達廣州，在運輸路徑、運輸工具、時間和經費等方面的選擇上進行綜合的網絡計算，從而得出投入回報比最優(yōu)的方案。 （3）動態(tài)設置問題：交通狀況不是一成不變的，要根據時刻變化的動態(tài)來進行數據更新，在此基礎上再進行規(guī)劃設計。 （4）區(qū)域分析問題：交通不是一個孤立的存在，它與