第六章-地理信息系统的应用模型

第六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位址选择模型第六节交通规划模型第七节地学模拟模型需要掌握的内容：1）GIS应用模型的分类2）GIS应用模型的构建方法3）GIS应用模型的构建途径4）专家系统的概念、原理及基本模块5）适宜性分析模型的概念，及模型建立的步骤、内容第六章地理信息系统的应用模型第一节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：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数学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、适宜性分析统计、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、位置选择运输方程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第一节GIS应用模型概述1.2GIS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、构建方法第一节GIS应用模型概述第一节GIS应用模型概述明确分析的目的和评价准则GIS应用模型的构建步骤准备分析数据空间分析操作解释评价结果结果输出用宏语言开发所需的空间分析模型如：ARCINFO的AML语言MAPGIS,SUPERMAP等。构建途径GIS环境内的模型建造独立开发一个GIS应用软件系统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，如MATLAB第一节GIS应用模型概述第二节土地定级估价模型根据城镇土地的经济和自然属性及其在社会经济活动中的地位和作用，对其使用价值进行综合分析，揭示土地质量的地域差异，评定城镇土地级别，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。一、技术路线二、土地定级估价模型土地定级空间单元的生成方法采用基于栅格的评价单元，大小一般可选实地距离为10m×10m。土地定级空间单元分值的产生方法土地定级的影响因素和因子很多，除部分因子可以根据外业调查资料的区域划分直接赋值外，大部分因子需要利用GIS空间分析方法。土地理论级别分级界限的确定方法首先依次计算1~100间各分值的栅格个数和频率数，形成定级总分值频率直方图；然后依据其曲线变化趋势，选用等差、等比、标准差、样本分级、有序聚类分级等方法，由计算机自动分级，最后输出土地级别图。三、应用实例——江苏省镇江市土地定级信息系统在土地资源开发时，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三节适宜性分析模型第四步：将评价结果（方案）提交用户，供用户选择。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所对应一个属性集：每个属性集对于项目T都有一个优劣等级，且满足：V1lVjl…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其中：P为Xi（每个因素）对T贡献值W为Xi（每个因素）对T的权重值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：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一、利用GIS进行土地适宜性评价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F2F1F3F4第三节适宜性分析模型(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）。第三节适宜性分析模型由于每个影响因素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F4、F3、F2、F1按倍数关系比较相互之间的重要性，即：令F4的重要性为1；F3的重要性同F4，为1；F2的重要性是F3重要性的2倍；F1的重要性是F2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=0.67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）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）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）：指标等级因素(权重*贡献)F水F1肥F1氧F1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=00.17*0=00.08*0=00.08*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为因子第三节适宜性分析模型第四节发展预测模型一、一般介绍(1)研究方向人口预测、资源预测、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二、模型简介人口预测模型:Pt=P0e（λ-u）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具体步骤①数据准备：主要依靠空间数据库，包括属性数据（人口、资源、粮食产量等）和图形数据。②模型选择：根据研究内容或目标，选择相关的地理模型，并进行预测计算。③成果表达：利用GIS输出功能，以图、报表的方式输出。三、应用实例第四节发展预测模型第五节位址选择模型概念: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，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：工程造价建立步骤①数据准备②综合影响评价③位址选择分析第五节位址选择模型一、交通发生量预测模型方法：回归分析法回归方程:第六节交通规划模型二、出行分布预测模型2、出行分布预测模型:1、因素:出行方向、出行数量以及出行工具的空间分配。第六节交通规划模型三、交通量最优分配规划1、类型：平衡运输模型与不平衡运输模型2、交通量分配模型的考虑因素:(1)道路功能的合理划分(2)交通流对速度的要求(3)道路使用的经济性(4)对交叉路口流量的限制第六节交通规划模型第七节地学模拟模型含义: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。应用领域：资源开发、国土整治、水土保持、工程论证一、确定土壤侵蚀的数值分析模型A=0.224·R·K·L·S·C·P第七节地学模拟模型二、设计土壤侵蚀数据处理流程三、土壤侵蚀图的输出第七节地学模拟模型