第六章地理信息系统的应用模型

1、第六章第六章 地理信息系统的应用模型地理信息系统的应用模型第一节第一节 GIS应用模型概述应用模型概述第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型第三节第三节 发展预测模型发展预测模型第四节第四节 位址选择模型位址选择模型第五节第五节 交通规划模型交通规划模型第六节第六节 地学模拟模型地学模拟模型第七节第七节 专家系统概述专家系统概述需要掌握的内容：需要掌握的内容：1 1）GISGIS应用模型的分类应用模型的分类2 2）GISGIS应用模型的构建方法应用模型的构建方法3 3）GISGIS应用模型的构建途径应用模型的构建途径4 4）专家系统的概念、原理及基本模块）专家系统的概念、原理及基本模块5

2、5）适宜性分析模型的概念，及模型建立的步骤、）适宜性分析模型的概念，及模型建立的步骤、内容内容第六章第六章 地理信息系统的应用模型地理信息系统的应用模型第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述一、一、GISGIS应用模型的分类应用模型的分类1 1、根据所表达的空间对象的不同，分为：、根据所表达的空间对象的不同，分为： 理论模型理论模型，经验模型经验模型，混合模型。混合模型。模型分类模型分类理论依据理论依据应用领域应用领域模型模型理论理论物理或化学原理物理或化学原理地表径流地表径流运动方程运动方程经验经验数理统计数理统计+ +观测实验观测实验水土流失水土流失统计、回归统计、回归混合混合

3、用用理论原理理论原理确定的确定确定的确定性变量性变量+ +用用经验经验确定的确定的不确定性变量不确定性变量资源分配资源分配运输方程运输方程2 2、按照研究对象的瞬时状态和发展过程，分为：、按照研究对象的瞬时状态和发展过程，分为： 静态、半静态、动态模型静态、半静态、动态模型模型分类模型分类应用目的应用目的静态静态分析地理现象及要素相互作用的格局分析地理现象及要素相互作用的格局半静态半静态评价应用目标的变化影响评价应用目标的变化影响动态动态预测研究目标的时间、空间动态演变及趋势预测研究目标的时间、空间动态演变及趋势第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述1.2 GIS1.2 GIS应用

4、模型的构建应用模型的构建将要解决的问题与专业知识相结合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。型的逻辑结构和方法步骤。将已经形成的模型逻辑结构与将已经形成的模型逻辑结构与GISGIS技技术相结合，从各类数据开始，一步步术相结合，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。还需要进行反馈和修改。构构建建方方法法从目的出发：从目的出发：目的导向分析目的导向分析从数据出发：从数据出发：数据导

5、向操作数据导向操作1 1、构建方法、构建方法第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述用宏语言开发所需的空间分析模型用宏语言开发所需的空间分析模型如：如：ARCINFO 的的 AML语言语言前两种方法的结合，即既利用前两种方法的结合，即既利用GIS提提供的分析功能模块，同时根据需要开供的分析功能模块，同时根据需要开发其它所需的分析功能。发其它所需的分析功能。构构建建途途径径GIS环境内的环境内的模型建造模型建造混合型的模型混合型的模型建造建造2、构建途径、构建途径GIS外部的模外部的模型建造型建造用其它应用领域的软件开发模型，然用其它应用领域的软件开发模型，然后与后与GIS连接连接第一

6、节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述 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、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最适宜的土地等。等。（1 1）确定具体的开发活动）确定具体的开发活动一、主要步骤：一、主要步骤：（2 2）选择其影响因子）选择其影响因子（3 3）评判各个因子对这种开发活动的适宜程度）评判各个因子对这种开发活动的适宜程度（4 4）提供规划决策依据）提供规划决策依据第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型开发的目的

7、及意义开发的目的及意义国内外研究现状国内外研究现状技术路线技术路线预期成果预期成果第一步：确定具体的开发活动第一步：确定具体的开发活动第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型通过对开发活动的分析、论证后，确定：通过对开发活动的分析、论证后，确定：影响影响因素：因素：项目评价目标所涉及的项目评价目标所涉及的因素因素。参评参评因子因子：影响每个因素的影响每个因素的因子因子因子因子属性属性：每个因子所涉及的每个因子所涉及的属性属性第二步：选择主要影响因素及因子第二步：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步：选择某种评判方法，对各个因子进行适宜程度评价第二节

8、第二节 适宜性分析模型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。第四步：将评价结果（方案）提交用户，供用户选择。每个每个因子因子有有一组属性一组属性二、一般形式二、一般形式某项某项T T评价评价目标所涉及目标所涉及的影响的影响因素因素X X1 1 ， X X2 2 ， ， X Xm mx x1 1 ， x x2 2 ， xxl lv v1 1 ， v v2 2 ， ， v vm m每个因素对每个因素对应一组参评应一组参评因子因子第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型根据以上选择的因素，可以得到每个因素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：所对应一

9、个属性集：每个每个属性集属性集对于项目对于项目T 都有一个优劣等级，且满足：都有一个优劣等级，且满足：V1l Vjl Vnl向量表示向量表示属性集属性集：第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型各个因素按属性集的优劣可用矩阵表示各个因素按属性集的优劣可用矩阵表示其中：其中：P 为为 Xi（每个因素）对（每个因素）对T 贡献值贡献值 W 为为 Xi（每个因素）对（每个因素）对T 的权重值的权重值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。第二节第二节 适宜性分析模型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由以上矩阵，可求取基于栅格单元的评价分值:G(Pji) = 1

10、- R(T) Pji / 100 评价分值计算评价分值计算计算某个计算某个 T 的适宜等级的适宜等级 Sj当使得当使得 G 为最大值时所对应的为最大值时所对应的 j ，即为适宜等级，即为适宜等级 Sj第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型适宜等级适宜等级 S Sj j评价评价当适宜等级为当适宜等级为S S1 1 ：可认为最适宜：可认为最适宜S S2 2 ：可认为次适宜：可认为次适宜S S3 3：可认为临界值：可认为临界值S S4 4：不适宜：不适宜当适宜级为当适宜级为S S2 2或或S S3 3时，必须同时确定其限制性因子。限制性因子时，必须同时确定其限制性因子。限制性因子的计算公式为的计

11、算公式为 第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型例一、利用例一、利用GIS进行土地适宜性评价进行土地适宜性评价1、目标、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，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、应用实例三、应用实例 S1(最适宜最适宜) S2(次适宜次适宜) S3(免强适合免强适合) S4(不适宜不适宜)第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型2、 评价方法及过程评价方法及过程：基于：基于GIS的土地质量评价法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：对评价对象的生态条件进行调查，得出结论

12、：玉米属于禾本科，为一年生草本植物；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；土流失；(1)评价对象生态条件的调查评价对象生态条件的调查第二节第二节 适宜性分析模型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；其影响影响因素因素和和因子因子为：为： (2)(2)确定评价对象的影响因素和因子确定评价对象的影响因素和因子F2F1F3F4第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型(3)(3)利用利用GISGIS生

13、成影响因素数据生成影响因素数据通过通过GISGIS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R R1 1例如：例如：供水有效性，其影响因子为水源和土层厚度供水有效性，其影响因子为水源和土层厚度供水级供水级别别距水源距水源（m）土层厚度土层厚度（cm）1级级502级级100 - 20050 - 203级级200 - 50020 - 104级级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土壤侵蚀土壤侵蚀因素因素F5F5温度温度主要因素和因子主要因素和因子叠置分析叠置分析供

14、水分级供水分级水系图水系图土壤图土壤图数字化数字化数字化数字化缓冲区缓冲区属性分级属性分级 因子因子1 1 因子因子2 2第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型同理，同理，可以生成可以生成供肥供肥条件等级数据文件条件等级数据文件R R2 2、供氧供氧条件等级数据文件条件等级数据文件R R3 3和和土土壤侵蚀壤侵蚀等级数据文件等级数据文件R R4 4，（，（温度温度反映在季节上）反映在季节上） 。第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型由于每个由于每个影响因素影响因素Fi（i=1，2，3，4）对评价对象的贡献大小和适宜程）对评价对象的贡献大小和适宜程度不同，因此，可表述为：度不同，因此，可

15、表述为： 不同因素有不同的权重（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不同级别的因素对评价对象的贡献函数值(Pij)也不相同。也不相同。 (4)计算个因素的权重和贡献函数值计算个因素的权重和贡献函数值可通过计算来获得权重（可通过计算来获得权重（wi）和）和贡献函数贡献函数(Pij)值。值。建立建立4个因素的重要性比较表个因素的重要性比较表将将4个因素按重要性排队，得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按倍数关系比较相互之间的重要性，即：重要性，即： 令令F4的重要性为的重要性为1； F3的重要性同的重要性同F4，为，为1 ； F2的重要

16、性是的重要性是F3重要性的重要性的2倍；倍； F1的重要性是的重要性是F2重要性的重要性的4倍倍求权重求权重（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 第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型P值的确定方法：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，将各因子最不适宜的指标值定为

17、贡献函数值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，在这之间，指标值与函数值按线性关系计算和确定。算和确定。 例如：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为100，不适合的定为贡献函数值为，不适合的定为贡献函数值为0。（3 3）按影响因素的级别确定贡献函数如下：）按影响因素的级别确定贡献函数如下：即即最适合最适合的指标的指标贡献函数贡献函数为为 P1i=100 （供水为一级）（供水为一级） 较适合较适合的指标的指标贡献函数贡献函数为为 P2i=67 （供水为二级）（供水为二级） 免强适合免强适合的

18、指标的指标贡献函数贡献函数为为 P3i=33 （供水为三级）（供水为三级） 不适合不适合的指标的指标贡献函数贡献函数为为 P4i=0 （供水为四级）（供水为四级）第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型(4)计算玉米地土地适宜性评价等级，并输出分级图。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）： 指标指标等级等级因素因素( (权重权重* *贡献贡献) )F水水F1肥肥

19、F1氧氧F1侵蚀侵蚀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如如对栅格点求出对栅格点求出F1F1指标为指标为6767，F2F2指标为指标为11.4 11.4 ， F3F3指标为指标为2.6 2.6 ， F4F4指标为指标为0 0评分值评分值6

20、7+11.4+2.6+0=81 67+11.4+2.6+0=81 最后分级得分级图。最后分级得分级图。R(T) = （WiPji）/100，j=1，2，n i=1mm为为因素因素n为为因子因子第二节第二节 适宜性分析模型适宜性分析模型第三节第三节 发展预测模型发展预测模型一、一般介绍一、一般介绍(1)(1)研究方向研究方向 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)(2)数学方法数学方法 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、回归分析法析法, ,以及灰

21、色系统理论模型以及灰色系统理论模型二、二、 模型简介模型简介人口预测模型人口预测模型:Pt =P0e（-u）Pt 为为 t 年的人口数年的人口数P0 为基年的人口数为基年的人口数 为人口出生率为人口出生率 为人口死亡率为人口死亡率t 为年份为年份第三节第三节 发展预测模型发展预测模型劳动力预测方程劳动力预测方程: :L(t)=LR(t)L(t-1)+LW(t)L(t) 为为t 年劳动力状态向量年劳动力状态向量LW(t) 为为t 年劳动力迁移向量年劳动力迁移向量LR(t) 为劳动力存留系数矩阵为劳动力存留系数矩阵第三节第三节 发展预测模型发展预测模型具体步骤具体步骤数据准备：数据准备： 主要依靠

22、空间数据库，包括属性数据（人口、资源、粮食产量等）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。和图形数据。模型选择：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。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。成果表达：成果表达： 利用利用GISGIS输出功能，以图、报表的方式输出。输出功能，以图、报表的方式输出。三、应用实例三、应用实例第三节第三节 发展预测模型发展预测模型第四节第四节 位址选择模型位址选择模型概念概念: :选择标准选择标准: :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，指按照规定的标准，通过空间分析的

23、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。或者交通路线等的最佳位址或路径。环境：环境：坡度、文化、自然保护区等坡度、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、工程：工程实施的可能性，能否满足工程标准。如：地形、土壤、气候条件等气候条件等经济：工程造价经济：工程造价建立步骤建立步骤数据准备数据准备综合影响评价综合影响评价位址选择分析位址选择分析第四节第四节 位址选择模型位址选择模型一、交通发生量预测模型一、交通发生量预测模型方法：方法：回归分析法回归方程回归方程: :第五节第五节 交通规划模型交通规划模型二、出行分布预测模型二、出行分布预测模型

24、2 2、出行分布预测模型、出行分布预测模型: :1 1、因素、因素: :出行方向、出行数量以及出行工具的空间分配。出行方向、出行数量以及出行工具的空间分配。第五节第五节 交通规划模型交通规划模型三、交通量最优分配规划三、交通量最优分配规划1 1、类型：、类型：平衡运输模型与不平衡运输模型平衡运输模型与不平衡运输模型2 2、交通量分配模型的考虑因素、交通量分配模型的考虑因素: : (1)(1)道路功能的合理划分道路功能的合理划分(2)(2)交通流对速度的要求交通流对速度的要求(3)(3)道路使用的经济性道路使用的经济性(4)(4)对交叉路口流量的限制对交叉路口流量的限制第五节第五节 交通规划模型

25、交通规划模型第六节第六节 地学模拟模型地学模拟模型含义含义: :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。过程或现象。地理现象地理现象: :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。淤、沙嘴发育、以及土壤侵蚀等。应用领域：应用领域：资源开发、国土整治、水土保持、工程论证资源开发、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一、确定土壤侵蚀的数值分析模型A=0.224RKLSCP第六节第六节 地学模拟模型地学模拟模型二、设计土壤侵蚀数据处理流程二、设计土壤侵蚀数据处理流程三、土壤侵蚀图的输出三、土壤侵蚀图的输出第六节第六节 地学模拟模型地学模拟模型第七节第七节 专家系统概述专家系统概述一、概念：一、概念： 研究模拟人类专家的推理思维过程，将领域专家的知识和经验，研究模拟人类专家的推理思维过程，将领域专家的