第六章地理信息系统的应用模型[]PPT课件.ppt

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 2020年1月27日星期一 2 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 2020年1月27日星期一 3 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 2020年1月27日星期一 4 明确分析的目标和评价准则准备分析数据空间分析操作 叠加 缓冲区 网络 结果分析解释 评价结果制图输出 1 构建步骤 2020年1月27日星期一 5 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 2020年1月27日星期一 10 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 区域 坡度图 DEM ModelBuilder示例 复习题 应用模型建模的步骤 2020年1月27日星期一 15 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 2020年1月27日星期一 16 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 2020年1月27日星期一 17 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 Xm x1 x2 xl v1 v2 vm 每个因素对应一组参评因子 2020年1月27日星期一 18 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 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 2020年1月27日星期一 22 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 2020年1月27日星期一 23 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 2020年1月27日星期一 24 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 2020年1月27日星期一 25 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 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 2020年1月27日星期一 26 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 2020年1月27日星期一 27 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 W4 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 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 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 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 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 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 2020 1 27 35 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 2020年1月27日星期一 40 建立步骤 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 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 位址选择分析 实施区位选择 并对结果进行评价 2020年1月27日星期一 41 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 2020年1月27日星期一 42 2020年1月27日星期一 43 选址问题二设某项应用为核电站选址 要求 核电站临近海湾 交通便捷 地形坡度小于5度 地质条件安全 并避开居民区 已有的空间数据资料是该地区的全要素地图 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 设计该位置选择的应用模型 用框图表示其运行过程 并说明其有关的操作和算子 2020年1月27日星期一 44 2020年1月27日星期一 45 学校选址 GIS产品的输出形式 1 按输出的载体类型分类常规地图 纸张地图 指印刷在纸张 塑料薄膜等材质载体上的地图 是地理信息系统产品的重要输出形式 它主要是以线划 颜色 符号和注记等表示地形地物 见p219 数字地图 以计算机为存储和显示载体的地图形式 2020年1月27日星期一 48 数字地图的核心是以数字形式来记录和存储地图 与常规地图相比 数字地图有以下几个优点 1 数字地图的存储介质是计算机磁盘 磁带等 与纸张相比 其信息存储量大 体积小 易携带 2 数字地图是以计算机可以识别的数字代码系统反映各类地理特征 可以在计算机软件的支持下借助高分辨率的显示器实现地图的显示 3 数字地图便于与遥感信息和地理信息系统相结合 实现地图的快速更新 同时也便于多层次信息的复合分析 数字地图 桌面或手持机 2020年1月27日星期一 50 按输出的内容和形式分类1 全要素地形图全要素地形图的内容包括水系 地貌 植被 居民地 交通 境界 独立地物等 它们具有统一的大地控制 统一的地图投影和分幅编号 统一的比例尺系统 1 l万 1 2 5万 1 5万 1 10万 1 25万 1 50万 1 100万 统一的编制规范和图式符号 属于国家基本比例尺地形图 图8 1 它们是编制各类专题地图的基础 2 各类专题图专题图是突出表示一种或几种自然或社会经济现象的地图 它主要由地理基础和专题内容两部分组成 从专题图内容或要素的显示特征来看 一般包括空间分布 时间变异以及数量 质量特征三个方面 专题图按照空间分布的点状 线状和面状分布大致有以下的一些表示方法 定点符号法 线状符号法 质别底色法 等值线法 定位图表法 范围法 点值法 分级比值法 分区图表法和动线法等 图8 3 专题地图定点符号法举例 专题地图质别底色法举例 专题地图分区图表法举例 专题地图点值法举例 以择房分析为例 3 遥感影像地图随着遥感技术 特别是航天遥感技术的发展 遥感影像地图以成为地理信息系