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第六章GIS的应用模型GIS的应用模型，是根据具体的应用目标和问题，借助于GIS自身的技术优势，使观念世界中形成的概念模型，具体化为信息世界中可操作的机理和过程。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（数学模型），经验模型，混合模型。模型分类理论依据应用领域模型理论物理或化学原理地表径流运动方程经验数理统计+观测实验水土流失统计、回归混合用理论原理确定的确定性变量+用经验确定的不确定性变量资源分配运输方程2、按照研究对象的瞬时状态和发展过程，分为：静态、半静态、动态模型模型分类应用目的静态分析地理现象及要素相互作用的格局半静态评价应用目标的变化影响动态预测研究目标的时间、空间动态演变及趋势二、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明确分析的目标和评价准则②准备分析数据③空间分析操作（叠加、缓冲区、网络。。。）④结果分析⑤解释、评价结果⑥制图输出1、构建步骤应用模型建模的步骤例：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。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。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。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。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环境内的模型建造混合型的模型建造2、构建途径GIS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3、应用模型建模的方法——制图建模制图建模的目标：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。(逆过程p175)面积比例//20°面积整个面积？？20°面积整个面积计算面积区域范围计算面积20°区域？20°区域坡度分类坡度图？坡度图坡度分析DEM？DEM空间插值数字等高线ModelBuilder示例复习题应用模型建模的步骤？适宜性分析是指土地针对某种开发活动的在分析，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、预期成果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。第一步：确定具体的开发活动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，…，Xmx1，x2，…xlv1，v2，…，vm每个因素对应一组参评因子（1）无量纲化：采用没有单位的相对数来替代各属性指标，通过相对数来反映原来指标的优劣差异。包括：定性指标的定量化、定量指标的无量纲化。（2）标准化：将无量纲化后的相对数全部按比例映射变换到设定的数值范围（0—100）。由极值标准化和位序标准化两种方式。极值标准化公式：标准化指数值=（原指标值-同类指标的最大值）/（同类指标的最大值-同类指标的最小值））×100标准化指数值=（原指标值/同类指标的最大值）×100位序标准化公式：标准化指数值=100*（实体总数-该指标排序数+1）/实体总数标准化（归一化）权重计算定级因素权重定义：定级因素权重反映定级因素对评价目标的影响程度的大小，权重值与因素对评价目标影响的大小成正比，权重值越大，说明该因素对评价目标影响程度越大。定级因素权重特点：(1)权重值数值在0-1之间，各因子最终的权重值和为1；(2)不同因素对评价目标影响程度不一样，应按实际情况选取相应权重。定级因素定权方法：调查方法和多元回归等模型方法（1）特尔菲法（Delphi法）（2）层次分析法（AnalyticHierarchyProcess简称AHP）（3）因素成对比较法权重精度：层次分析法〉特尔菲法〉因素成对比较法算法复杂度：层次分析法〉特尔菲法〉因素成对比较法实体记录医院等级病床数(张)职工人数（人）日均就诊人数（人）作用指数级别1三甲800200012002二甲5004006003三乙120400200………n三甲10002000560指标等级病床数职工人数日均就诊人数Σ权重0.50.20.150.151无量纲及标准化（0-100）各指标量化值加权求和划分级别定量化P为X对评价目标的贡献函数值；W为X对评价目标的权重值。P值的确定方法为：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。W值的确定？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(勉强适合)S4(不适宜)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供水级别距水源（m）土层厚度（cm）1级100502级100-20050-203级200-50020-104级50010因素F1供水因素F2供肥因素F3供氧因素F4土壤侵蚀因素F5温度主要因素和因子叠置分析供水分级水系图土壤图数字化数字化缓冲区属性分级因子1因子2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）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）计算单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。①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；Q2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②求权重（Wi）：Wi=Ui/mi=1∑UiW4=1/(1+1+2+2*4)=1/12=0.083W3=1/12=0.083W2=0.083*2=1/6=0.17W1=0.17*4=2/3=0.67P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）勉强适合的指标贡献函数为P3i=33（供水为三级）不适合的指标贡献函数为P4i=0（供水为四级）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）：指标等级因素(权重*贡献)F水F肥F氧F侵蚀10.67*100=67.00.17*100=17.00.08*100=8.00.08*100=8.020.67*67=44.80.17*67=11.40.08*67=5.40.08*67=5.430.67*33=22.20.17*33=5.60.08*33=2.60.08*33=2.640.67*0=0.00.17*0=0.00.08*0=0.00.08*0=0.0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。R(T)=（∑WiPji）/100，j=1，2，…，ni=1mm为因素n为因子择房分析（分析得到适宜购房的区域）如何使用栅格分析实现？回忆矢量空间分析的操作过程、结合课后习题3，讲解定性到定量的过程，并进行图解建模结合择房分析的两种不同方法，分析矢量空间数据的数据特征对比栅格空间数据的数据特征，摸索栅格空间分析的思路矢量缓冲区的建立建立点状实体的矢量缓冲区只需要以点状实体为圆心，以缓冲区距离为半径绘圆即可。线状实体和面状实体缓冲区的建立也是以线状实体或面状实体的边线为参考线，作参考线的平行线，再考虑端点圆弧，即可建立缓冲区。最后，使用字段计算器将各因子字段相加得到总分值。栅格缓冲区的生成可以通过两个步骤来实现。首先是对需要做缓冲区的栅格单元作距离扩散，即计算其他栅格到需要做缓冲区的栅格的距离。然后按照设定的缓冲区距离提取符合要求的栅格单元。2.4先计算距离，再进行重分类。重分类后，栅格中的属性值为分类值。学校因子多因子叠加分析复习题评价需考虑因素和因子，各因子属性所表示的数值量纲不同，为了使各因子能参与栅格运算，需对因子属性值做何种处理？概念:选择标准包括以下三个方面:区位选择模型指按照规定的标准，通过空间分析的方法，确定厂址、电站、管线，或者交通路线等的最佳区位或路径。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：工程造价第四节区位选择模型建立步骤①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②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③位址选择分析：实施区位选择，并对结果进行评价。选址问题一设某项应用为从A市到B市的铁路路线选址，要求所选的路线必须经过A、B两地之间的C县和D县(C县属于A市，D县属于B市，并且两县接壤)；铁轨经过的地段的地形坡度小于10度，土层坚实，避开水体；在此基础上，尽量使整个路线的造价最小。已有的空间数据资料是A市的全要素地图和B市的全要素地图（包含行政区划、人口、地形等高线、土壤类型、河流、湖泊分布等等），所需的的空间数据？请试以GIS方法，设计该路线选址的应用模型，用框图表示其运行过程，并说明其有关的操作和算子。AB市土壤类型图AB市水体分布图AB市等高线图AB市DEMAB市坡度图AB市坡度小于10度的地区AB