1、第九章第九章 地理信息系統(tǒng)的應用模型地理信息系統(tǒng)的應用模型第一節(jié)第一節(jié) GIS應用模型概述應用模型概述第二節(jié)第二節(jié) 土地定級估價模型土地定級估價模型第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)展預測模型發(fā)展預測模型第五節(jié)第五節(jié) 區(qū)位選擇模型區(qū)位選擇模型第六節(jié)第六節(jié) 交通規(guī)劃模型交通規(guī)劃模型第七節(jié)第七節(jié) 地球科學模擬模型地球科學模擬模型第一節(jié)第一節(jié) GISGIS應用模型概述應用模型概述一、一、GISGIS應用模型的分類應用模型的分類1 1、根據(jù)所表達的、根據(jù)所表達的空間對象空間對象的不同，分為：的不同，分為： 理論模型理論模型，經驗模型經驗模型，混合模型。混合模型。2 2、按照研究

2、對象的、按照研究對象的瞬時狀態(tài)和發(fā)展瞬時狀態(tài)和發(fā)展過程，分為：過程，分為： 靜態(tài)、半靜態(tài)、動態(tài)模型靜態(tài)、半靜態(tài)、動態(tài)模型第一節(jié)第一節(jié) GISGIS應用模型概述應用模型概述地學模型模擬地學模型模擬1.2 GIS1.2 GIS應用模型的構建應用模型的構建 將要解決的問題與專業(yè)知識相結合,從問題開始從問題開始，一步步地推導出解決問題所需要的原始數(shù)據(jù)、精度標準、模型的邏輯結構和方法步驟。 將已經形成的模型邏輯結構與GIS技術相結合，從各類數(shù)據(jù)開始從各類數(shù)據(jù)開始，一步步地將數(shù)據(jù)轉換為問題的答案，必要時還需要進行反饋和修改。從目的目的出發(fā)：目的導向分析目的導向分析從數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)出發(fā)：數(shù)據(jù)導向操作數(shù)據(jù)導向操作1

3、 1、構建方法、構建方法第一節(jié)第一節(jié) GISGIS應用模型概述應用模型概述 明確分析的明確分析的目標目標和評價準則和評價準則 準備分析準備分析數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 空間分析空間分析操作操作（疊加、緩沖區(qū)、網絡。）（疊加、緩沖區(qū)、網絡。） 結果結果分析分析 解釋解釋、評價結果、評價結果 制圖制圖輸出輸出2、構建步驟、構建步驟第一節(jié)第一節(jié) GISGIS應用模型概述應用模型概述應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法 例：道路拓寬改建中的拆遷指標計算例：道路拓寬改建中的拆遷指標計算 明確分析的明確分析的目的和標準目的和標準 目的是計算由于道路拓寬而需拆遷的建筑物的建筑面積和房產價值，道路拓寬改建的標準是

4、：道路從原有的20m拓寬至60m；拓寬道路應盡量保持直線；部分位于拆遷區(qū)內的10層以上的建筑不拆除。應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法準備進行分析的數(shù)據(jù)準備進行分析的數(shù)據(jù) 本例需要涉及兩類信息，一類是現(xiàn)狀道路現(xiàn)狀道路圖；另一類為分析區(qū)域內建筑物分布建筑物分布圖及相關信息。 應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法進行空間操作進行空間操作 首先選擇擬拓寬的道路，根據(jù)拓寬半徑，建立道路的緩沖區(qū)。 然后將此緩沖區(qū)與建筑物層數(shù)據(jù)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拓寬區(qū)內的建筑物信息。應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法進行統(tǒng)計分析進行統(tǒng)計分析 首先

5、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，將其從選擇組中去掉，并對道路的拓寬邊界進行局部調整。 然后對所有需拆遷的建筑物進行拆遷指標計算。應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法將分析結果以將分析結果以地圖和表格地圖和表格的形式打印輸?shù)男问酱蛴≥敵觥３觥?用宏語言開發(fā)所需的空間分析模型如：ARCINFO 的 AML語言前兩種方法的結合，即既利用GIS提供的分析功能模塊，同時根據(jù)需要開發(fā)其它所需的分析功能。GIS系統(tǒng)內部內部的模型建造混合混合型的模型建造3、構建途徑、構建途徑GIS系統(tǒng)外部外部的模型建造用其它應用領域的軟件開發(fā)模型，然后與GI

6、S連接第一節(jié)第一節(jié) GISGIS應用模型概述應用模型概述應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法 還有一些GIS軟件提供了可視化的地圖建模輔助工可視化的地圖建模輔助工具具，用戶只需使用其提供的工具在窗口中繪出模型的流程圖，指定流程圖的意義、所用的參數(shù)，矩陣等即可完成制圖模型的設計，而無需書寫復雜的命令程序。 可視化制圖建模工具為用戶提供了高層次的設計高層次的設計工具和手段工具和手段，可使用戶將更多的精力集中于專業(yè)領域的研究。第一節(jié)第一節(jié) 應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法應用模

7、型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法遙感圖像處理軟件：遙感圖像處理軟件：Erdas應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法遙感圖像處理軟件：遙感圖像處理軟件：Erdas應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法 制圖建模的實例： 制圖建模的目標：獲得某研究區(qū)坡度大于獲得某研究區(qū)坡度大于20度度的區(qū)域占整個區(qū)域面積的比例。的區(qū)域占整個區(qū)域面積的比例。 面積比例/20面積整個面積？應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法20面積整個面積計算面積區(qū)域范圍計算面積20區(qū)域？應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法20區(qū)域坡度分類坡度圖？應用模型建模的步驟和方法應用模

8、型建模的步驟和方法坡度圖坡度分析DEM？應用模型建模的步驟和方法應用模型建模的步驟和方法DEM空間插值數(shù)字等高線第二節(jié)第二節(jié) 土地定級估價模型土地定級估價模型 對土地的使用價值使用價值進行綜合分析，揭示土地質量的地域差異地域差異，評價城鎮(zhèn)土地級別，以及以土地級別為基礎，選擇適宜的樣點資料和估價方法，分別測算商業(yè)、住宅和工業(yè)用地基準地價用地基準地價，為合理利用城鎮(zhèn)土地提供依據(jù)。技術路線：技術路線：定級估價因子數(shù)據(jù)的獲取因素因子的定量化處理定級估價單元的確定分值和參數(shù)計算土地級別評定級差收益測算面積量算和成果圖輸出納入系統(tǒng)的好處納入系統(tǒng)的好處：a) 減少量、提高評估、便于管理更新第二節(jié)第二節(jié) 土地

9、定級估價模型土地定級估價模型定級估價模型：定級估價模型：1）土地定級的生成方法 統(tǒng)一柵格數(shù)據(jù)格式和單元大小2）土地定級空間單元的產生方法， 緩沖區(qū)、疊加分析等：基礎設施、交通、自然環(huán)境、商貿3）土地理論級別的確定方法 定級總分值頻率直方圖實例：江蘇鎮(zhèn)江土地評估實例：江蘇鎮(zhèn)江土地評估 商貿、道路、公交、車站碼頭 給排水、供氣、電信 醫(yī)院學校、文化設施 地形、地基承載力、污染定義定義：在土地資源開發(fā)時，對開發(fā)活動的分析，這些開發(fā)活動包括農業(yè)應用、城市化選址、作物類型布局、道路選線、選擇重新造林的最適宜的土地等。（1）確定具體的開發(fā)活動開發(fā)活動一、主要步驟：一、主要步驟：（2）選擇其影響因子影響因子

10、（3）評判各個因子對這種開發(fā)活動的適宜程度適宜程度（4）提供規(guī)劃決策依據(jù)決策依據(jù)第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型 開發(fā)的目的及意義 國內外研究現(xiàn)狀 技術路線 預期成果第一步：確定具體的開發(fā)活動第一步：確定具體的開發(fā)活動第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型通過對開發(fā)活動的分析、論證后，確定：影響因素：因素：項目評價目標所涉及的因素因素。參評因子因子：影響每個因素的因子因子屬性屬性：每個因子所涉及的屬性第二步：第二步：選擇主要影響因素及因子第三步：第三步：選擇某種評判方法，對各個因子進行適宜程度評價第四步：第四步：將評價結果（方案）提交用戶，供用戶選擇。第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型

11、適宜性分析模型每個有一組屬性二、一般形式二、一般形式某項T評價所涉及的影響因素X1 ， X2 ， ， Xmx1 ， x2 ， xlv1 ， v2 ， ， vm每個對應一組參評因子第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型根據(jù)以上選擇的因素，可以得到每個因素每個因素 Xi 所對應一個屬性集屬性集：的對于 都有一個優(yōu)劣等級，且滿足：V1l Vjl Vnl向量表示屬性集屬性集：第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型各個因素各個因素按按屬性集屬性集的優(yōu)劣可用矩陣表示的優(yōu)劣可用矩陣表示其中：其中：P P 為為 X Xi i（每個因素）對（每個因素）對T T 貢獻值貢獻值 W W 為為 X Xi i（

12、每個因素）對（每個因素）對T T 的權重值的權重值P和和W的確定的確定：依據(jù)研究對象，通過計算，或者經驗公式來確定。第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型由以上矩陣，可求取基于柵格單元的評價分值評價分值:G(Pji) = 1- | R(T) Pji / 100 |評價分值計算評價分值計算計算某個計算某個 T 的適宜等級的適宜等級 Sj當使得 G 為最大值時所對應的 j ，即為適宜等級 Sj第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型適宜等級適宜等級S Sj j評價評價當適宜等級為S1 ：可認為最適宜S2 ：可認為次適宜S3：可認為臨界值S4：不適宜當適宜級為S S2 2或S S3 3時，必須

13、同時確定其限制性因子。限制性因子限制性因子的計算公式為 第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型例：利用GIS進行土地種植玉米的適宜性評價1、目標、目標 對玉米地進行土地適宜性評價，通過評價將研究區(qū)分成四種適宜性等級，S1、S2、S3、S4三、應用實例三、應用實例 S1(最適宜最適宜) S2(次適宜次適宜) S3(免強適合免強適合) S4(不適宜不適宜)第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型2、 評價方法及過程評價方法及過程：基于：基于GIS的土地質量評價法的土地質量評價法對評價對象的生態(tài)條件進行調查，得出結論：玉米屬于禾本科，為一年生草本植物；主導生態(tài)條件生態(tài)條件是：喜高溫、水量大、土

14、壤肥、土層松、根系要防水土流失；(1)評價對象生態(tài)條件生態(tài)條件的調查第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型 確定玉米地土地適宜性評價的主要因素和因子及等級標準因子及等級標準；其影響因素和因子為： (2)(2)確定評價對象的確定評價對象的影響因素和因子影響因素和因子第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型評價對象的影響因素和因子體系評價對象的影響因素和因子體系供水供水Q1供肥供肥Q2供氧供氧Q3侵蝕侵蝕Q4水源水源土層厚度土層厚度土有機肥土有機肥土孔隙率土孔隙率土壤質地土壤質地坡向坡度坡向坡度(3)(3)利用利用GISGIS生成影響因素數(shù)據(jù)生成影響因素數(shù)據(jù)通過GIS操作過程，可以有效的生成

15、基于柵格單元的供水條件等級等級數(shù)據(jù)文件R1例如：供水有效性，其影響因子為水源和土層厚度供水級別距水源（m）土層厚度（cm）1級502級100 - 20050 - 203級200 - 50020 - 104級50010因素因素F1F1供水供水因素因素F2F2供肥供肥因素因素F3F3供氧供氧因素因素F4F4土壤侵蝕土壤侵蝕因素因素F5F5溫度溫度主要因素和因子疊置分析供水分級供水分級水系圖土壤圖數(shù)字化數(shù)字化緩沖區(qū)屬性分級 因子1 因子2第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型同理，可以生成供肥條件等級數(shù)據(jù)文件R2、供氧條件等級數(shù)據(jù)文件R3和土壤侵蝕等級數(shù)據(jù)文件R4，（溫度反映在季節(jié)上） 。由于每

16、個影響因素Fi（i=1，2，3，4）對評價對象的貢獻大小和適宜程度不同，因此，可表述為： 不同因素有不同的權重（wi） 不同級別的因素對評價對象的貢獻函數(shù)值(Pij)也不相同。 (4)計算個因素的權重和貢獻函數(shù)值計算個因素的權重和貢獻函數(shù)值可通過計算來獲得權重（wi）和貢獻函數(shù)(Pij)值。第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型建立建立4 4個因素的重要性比較表個因素的重要性比較表將4個因素按重要性排隊，得Q4、Q3、Q2、Q1按倍數(shù)關系比較相互之間的重要性，即： 令Q4的重要性為1； Q3的重要性同Q4，為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倍求權重（

17、Wi）：Wi = Ui /mi=1UiW4=1/(1+1+2+2*4)=1/12=0.083 W3 =1/12=0.083 W2=0.083*2=1/6=0.17 W1=0.17*4=2/3=0.67 第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型P P值的確定方法：值的確定方法：貢獻函數(shù)值可以按照影響因素的級別來確定。一般將各因子最適宜的指標值定為貢獻函數(shù)值100，將各因子最不適宜的指標值定為貢獻函數(shù)值0，在這之間，指標值與函數(shù)值按線性關系計算和確定。 例如：例如：對供水因素，如按上所述分四級，將最適合的定為貢獻函數(shù)值為100，不適合的定為貢獻函數(shù)值為0。（3 3）按影響因素的級別確定貢獻函數(shù)如

18、下：）按影響因素的級別確定貢獻函數(shù)如下：即 最適合的指標貢獻函數(shù)為 P1i=100 （供水為一級） 較適合的指標貢獻函數(shù)為 P2i=67 （供水為二級） 免強適合的指標貢獻函數(shù)為 P3i=33 （供水為三級） 不適合的指標貢獻函數(shù)為 P4i=0 （供水為四級）第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型(4)計算玉米地土地適宜性評價等級，并輸出分級圖。 通過將不同土地質量數(shù)據(jù)文件Ri的等級，切換為與評價指標表相同等級對應的指標值，便可計算出基于柵格單元的評價分值R（T）： 如如對柵格點求出對柵格點求出F1F1指標為指標為6767，F(xiàn)2F2指標為指標為11.4 11.4 ， F3F3指標為指標為2

19、.6 2.6 ， F4F4指標為指標為0 0評分值評分值67+11.4+2.6+0=67+11.4+2.6+0=8181 最后分級得分級圖。最后分級得分級圖。R(T) = （WiPji）/100，j=1，2，n i=1mm為為因素因素n為為因子因子第三節(jié)第三節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型一、一般介紹一、一般介紹定義：定義：運用已有的存儲數(shù)據(jù)和系統(tǒng)提供的手段，對事物進行科學的數(shù)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。(1)(1)研究方向研究方向 人口預測、資源預測、糧食產量預測以及社會經濟發(fā)展預測(2)(2)數(shù)學方法數(shù)學方法 移動移動平均平均數(shù)法、指

20、數(shù)平滑指數(shù)平滑法、趨勢分析趨勢分析法、時間序列時間序列分析法、回歸分回歸分析析法,以及灰色系統(tǒng)理論模型第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)展預測模型發(fā)展預測模型二、二、 模型簡介模型簡介人口預測模型人口預測模型:Pt =P0e（-u）tPt 為 t 年的人口數(shù)P0 為基年的人口數(shù) 為人口出生率 為人口死亡率t 為年份第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)展預測模型發(fā)展預測模型勞動力預測方程勞動力預測方程: :L(t)=LR(t)L(t-1)+LW(t)L(t) 為t 年勞動力狀態(tài)向量LW(t) 為t 年勞動力遷移向量LR(t) 為勞動力存留系數(shù)矩陣第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)展預測模型發(fā)展預測模型概念概念: :選擇標準選擇標準: :指按照規(guī)定的標

21、準，通過空間分析的方法，確定廠址、電站、管線，或者交通路線等的最佳位址或路徑最佳位址或路徑。 環(huán)境環(huán)境：坡度、文化、自然保護區(qū)等 工程工程：工程實施的可能性，能否滿足工程標準。如：地形、土壤、氣候條件等 經濟經濟：工程造價第五節(jié)第五節(jié) 區(qū)位選擇模型區(qū)位選擇模型建立步驟建立步驟數(shù)據(jù)準備數(shù)據(jù)準備：明確要求，選擇影響因子；初步甄別環(huán)境敏感區(qū)、保護區(qū)綜合影響評價綜合影響評價：按照工程和經濟可行性，建立選擇條件、綜合影響評價標準和算法位址選擇分析位址選擇分析：實施區(qū)位選擇，并對結果進行評價。第五節(jié)第五節(jié) 區(qū)位選擇模型區(qū)位選擇模型例：上海例：上海 vs vs 南京建鋼廠？南京建鋼廠？限制條件：用水、用電、焦炭、鐵礦砂：水運方便（原料）、電力保證、用水保證；用地緊張、環(huán)境污染：用地較為寬松、廢渣處理；水運稍差、電力緊張含義含義: : 應用計算機、數(shù)字模擬技術及綜合分析的方法來模擬許多地理過程或現(xiàn)象。地理現(xiàn)象地理現(xiàn)象: : 氣候變遷、沙漠化過程、土地退化過程、湖泊沼澤化、河口沖淤、沙嘴發(fā)育、以及土壤侵蝕等