GIS应用模型的建立

第6章地理信息系统

的应用模型

2021/5/91主要内容1GIS应用模型的概述1.1定义1.2GIS应用模型分类1.3GIS应用模型的构建2GIS应用模型举例2021/5/921GIS应用模型的概述1.1定义:GIS应用模型是根据具体的应用目标和问题，借助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。2021/5/931.2GIS应用模型分类1.2.1按照表达对象不同，可分为1）理论（数学）模型：应用数学分析方法建立的数学表达式，反映地理过程本质的理化规律。例如地表径流模型、海洋和大气环流模型等2）经验模型：通过数理统计方法和大量观测实验建立的模型。如水土流失模型、适宜性分析模型等3）混合模型：既有基于理论原理的确定性变量，也有应用经验加以确定的不确定性变量。例如位置选择模型1GIS应用模型的概述2021/5/94

1.2GIS应用模型分类1.2.2按照瞬间状态和发展过程，可分为静态模型用于分析地理现象及要素相互作用的格局半静态模型用于评价应用目标的变化影响动态模型用于预测研究目标的时空动态演变及趋势1GIS应用模型的概述2021/5/951应用模型建模的步骤：1）明确分析目的和评价准则2）准备分析数据3）空间分析操作4）结果分析5）解译、评价结果6）结果输出二GIS应用模型的构建2021/5/96空间数据库宏语言建立专业模型GIS空间数据库高级语言建立专业模型数据通讯(1)GIS环境内部的模型建造利用GIS软件的宏语言,将其模型部件进行有机组合(2)GIS环境外部的模型建造(3)混合型模型建造结合上述两种方法.尽可能利用GIS提供的功能,又具有外部建模的灵活性自行开发或用其它系统的软件构造,GIS用于空间数据操作(I/O)2应用模型的构建途径2021/5/97可视化的GIS建模辅助工具

应用模型建模的方法——制图建模2021/5/981)启动ArcToolbox；2)右键单击Toolbox，选择Newtoolbox，生成Toolbox13)右键单击Toolbox1，在New中选择Model，则生成model;可视化的GIS建模辅助工具

2021/5/992021/5/9102021/5/9112021/5/9122021/5/9132021/5/9142021/5/9152021/5/916实例:某一单位准备建立一个养殖试验室，请利用GIS空间分析方法确定适合建立养殖试验室的侯选区域.需参考的条件是,距离排水管道在300米之内,是灌木林地(土地利用类型),且是湿地(土壤类型).2GIS应用模型举例2021/5/917分析目的:解决养殖试验室的选址问题,即确定合适的区域评价准则：①土地利用类型为灌木林地；②适宜开发的土壤类型为湿地；③距离排水管道在300米之内。所需数据：土地利用类型图、土壤类型图、排水管网2021/5/918具体步骤：1将土地利用类型图和土壤类型图进行叠置分析(合并分析或相交分析);2按给定距离建立距离为300米的排水管道缓冲区;3利用合并后的图层与排水管道缓冲区进行叠置分析(裁剪分析);4SQL查询满足“土地利用类型=灌木林地”且“土壤类型=湿地”的区域，所选择的区域即为适合建立实验室的候选区域.2021/5/919实例二：某市准备建立一公园，请利用GIS空间分析方法确定适合建立公园的区域.要求该公园必须相对安静（离公路0.2公里之外）且交通方便（离公路0.8公里之内）,公园最好依附在大小适中的天然河流上（即河流分等级，河流分为1-3等，等级为2的河流才适合建公园），要避免沼泽地.2021/5/920分析目的：确定建立公园的合适区域评价准则：1)相对安静（离公路0.2公里之外）且交通方便（离公路0.8公里之内）2)依附在大小适中的天然河流上，即等级为2的河流才适合建公园。3)公园选址要避免沼泽地，即土地利用图中非沼泽地的适合建公园。2021/5/921所需数据：交通图水系图（带有分级属性的水系图）土地利用图2021/5/922具体步骤：1)对交通图中的公路分别建立0.8,0.2公里缓冲区2）将两缓冲区进行空间叠置（擦除分析）得到公园候选区域---zones3）通过赋属性再分类，将土地利用图分成沼泽地及非沼泽地两类（1为非沼泽地，0为沼泽地）；4）合并土地利用图中属性相同的相邻多边形的边界，得到Marsh层；5)将Marsh层和zones进行多边形空间叠置分析（相交分析或裁剪分析），得到zones内的土地利用区域Zmarsh；6)将Stream层与Zmarsh进行空间叠置（相交分析）7）查询输出所选中的区域。查询“土地利用类型=‘1’

”且“河流等级=‘2’”的区域，该区域即为公园建立的候选地址。

2021/5/9231）建缓冲区将交通图层添加到新的Map中，点Layers的Properties，在General栏中的Unit设置为meters具体步骤（部分操作）：2021/5/9241）建缓冲区2021/5/9252）空间叠置分析2021/5/9263）查询

选择Selection菜单下的SelectByAttributes，在弹出的对话框中输入查询语句如下图图上显示的即为满足条件的备选地址，即距公路0.2—0.8km的区域（inside值为2表示），穿过非沼泽地（type值为99），分类级别为2的河流（class为2）

2021/5/927实例:设某药用植物的优势生长条件是：（1）地面坡度在15°--25°间、（2）土壤为碱性土壤。请利用GIS空间分析方法确定某流域交通线两侧500米范围内的适种区域。

2021/5/928分析目的：确定植物的适种区域评价准则：坡度在15°--25°间碱性土壤交通线两侧500米范围内数据源:DEM；土壤分布图；交通线图；2021/5/929具体步骤:(1)利用DEM生成坡度图，对坡度图进行重分类，将坡度图分为两类（1为15°--25°，0为其他坡度）(2)通过赋属性再分类，将土壤分布图分成碱性及非碱性两类（1为碱性，0为非碱性）；(3)合并土壤分类图中属性相同的相邻多边形的边界；(4)合并后的土壤分类图进行矢量转栅格；(5)建立交通线周围500米宽的缓冲区；(6)交通线缓冲区进行矢量转栅格；(7)将1、4、6进行栅格叠加；(8)满足“坡度=1”且“土壤=1”且“缓冲区=99”的区域，即为适合植物种植的区域.2021/5/930作业：为了在某地建立一森林公园旅游点，需参考一定的旅游条件，假设该旅游点须满足距公路、铁路0.5km以外10km以内，非市区(城镇行政区划图)，有林地(森林分布图)，要求在行政区划图上选出该旅游点位置。

2021/5/931分析目的：确定建立森林公园的区域评价准则：距公路、铁路0.5km以外10km以内城镇行政区划为非市区森林分布为有林地数据源:公路及铁路分布图；森林分布图；城镇行政区划图；2021/5/932具体步骤:(1)通过赋属性再分类，将森林分布图分成林地及非林地两类（1为林地，0为非林地）；(2)合并森林分类图中属性相同的相邻多边形的边界；(3)建立公路和铁路周围0.5km宽的缓冲区；(4)建立公路和铁路周围10km宽的缓冲区；(5)将城镇行政区划图重新分类，生成市区、非市区两类；(6)合并城镇行政区划图属性相同的相邻多边形的边界;2021/5/933具体步骤:(7)将森林分布图与城镇行政区划图进行叠置分析(合并分析或相交分析);(8)将(7)中叠置分析结果与(4)中缓冲区进行叠置分析(裁剪分析);(9)将(8)中叠置分析与(3)中缓冲区进行叠置分析(擦除分析)(10)SQL查询满足“森林分布类型=有林地”且“城镇行政区划类型=非市区”的区域，所选择的区域即为适合建立森林公园的候选区域.2021/5/934土地利用图土壤图排水管300米的缓冲区结果图2021/5/935道路拓宽改建中拆迁赔偿计算要解决的问题及约束条件计算由于道路拓宽而需拆迁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20米拓宽到60米

；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

；所需资料现状道路图；

区域内建筑物分布图；2021/5/936空间操作

选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区；将缓冲区图与建筑物分布图进行拓扑叠加，此图包括所有部分或全部位于拓宽区内的建筑物信息；统计分析

选择落入拆迁区内的楼层高为10层以上的建筑物，将其排除掉，其余为拆迁建筑物

；对所需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算，包括建筑物面积、房产价值。拆迁赔偿计算2021/5/937辅助建设项目选址需解决的问题和约束条件

需解决的问题：为一个轻度污染工厂的可能建设位置选址。约束条件：(1)地块建设用地面积不小于10000m2

；(2)地块的地价不超过1万元/m2

；(3)地块周围不能有幼儿园、学校等公共设施。2021/5/938所需数据

全市所有地块信息的数据层全市公共设施的分布图空间分析

从地块图中选取所有满足条件(1)(2)的地块与公共设施层数据进行拓扑叠加对叠加的结果进行邻域分析和特征提取，选择出满足要求的地块将选择的地块及相关信息以地图和表格形式打印输出

辅助建设项目选址2021/5/939地学模拟模型（P216）模拟地理过程或现象 气候变迁,沙漠化,土地退化,沼泽化,河道发育,土壤侵蚀,...例:土壤侵蚀数值分析确定数值模型设计数据处理流程输出土壤侵蚀图2021/5/940实例四：木材毁坏量回归预测模型根据多年的统计数字和经验方程，本例是一个林场砍伐木材时木材毁坏量回归预测模型。模型的因变量有坡度，树径，树高，蓄积量，树木缺矢量。公式如下：2021/5/941分析目的：对某林场砍伐木材时木材毁坏量进行预测。约束条件：预测公式模型数据（公式中各因子）：数字高程模型（坡度），树径，树高，蓄积量，树木缺矢量具体步骤：1）提取各因子2）进行要素叠合运算（栅格运算）：注意权重2021/5/942该模型可以表示成下面的形式：数字高程模型2021/5/943适宜性分析模型用途:土地利用规划方法:确定具体的开发活动选择影响因子确定各影响因子的权重及度量方法获取各因子取值按适宜性模型计算各单元适宜程度的分值划分适宜性等级2021/5/944适宜性分析模型应用实例评价对象:玉米种植用地评价方法:基于GIS的土地质量评价评价过程生态条件调查确定评价对象的影响因素利用GIS生成影响因素数据计算各因素权重和贡献函数值适宜性评级生成适宜性等级图2021/5/945发展预测模型定量预测利用系统的多目标统计数据,由一个或几个变量的值来预测或控制另一个研究变量的取值常用数学方法:移动平均法指数平滑法趋势分析法时间序列分析法回归分析法灰色系统模型2021/5/946发展预测模型应用实例人口发展预测模型Pt=P0e(-)预测结果表示把预测结果与市镇中心点坐标相联系绘制人口密度等值线

2021/5/947专家系统模拟专家的推理思维过程知识库推理机制基本构成用户用户接口解释模块知识库知识获取数据库推理机2021/5/948专家系统的基本组成用户专家知识库专家知识获取程序用户控制模块推理模块（模式）专家解释模块2021/5/949GIS应用——农业气候区划

中国气象局提出建设“第三次农业气候区划”项目的目的是：采用新技术、新方法、新资料，开发“农业气候区划信息系统（Agriculture&ClimateDistributedInformationSystem,简称ACDIS）”软件，建立气候资源开发利用和保护监测体系，实行资源平面与立体，时间与空间全方位优化配置；发挥区域气候优势，趋利避害减轻气候灾害损失，提高资源开发的总体效益。为各级政府分类指导农业生产，农村产业结构调整，退耕还林防止水土流失等提供决策依据，为地方政府服务。

2021/5/950农业气候区划信息系统（ACDIS）是基于GIS工具平台，建立起面对专业技术人员的专用工具，适用于农业气候资源监测评价、气候资源管理与分析，小网格气候资源推算与空间查询、省地县三级区划产品制作等。具体实现了以下功能：1）地理基础信息管理：管理工作区的基础地理数据，如行政区划，水系，交通数据等；2）小网格资源信息管理：管理栅格格式的、与农业气候区划有关的信息，包括各种DEM数据；3）小网格资源推算与区划产品制作；4）农业气候资源监测与评价；5）农业气候区划成果演示。

2021/5/951“3S”在项目中的应用1）利用GIS对农业气候区划综合要素空间查询和管理ACDIS利用GIS工具提供的基本功能，对其它子系统输入、处理和生成的气候资源等数据进行综合查询和管理。生成不同查询条件下的区划产品，作为区划专题内容，进而实现对区划各类产品的矢量图、栅格图、DEM、注记和属性数据进行以地理表达式为条件的逻辑查询以及不同图件和属性数据的综合查询、管理，并把查询结果制图输出到绘图仪或打印机，或保存为其它格式文件。2021/5/9522）利用GIS对气候资源进行小网格推算模式研究气候资源小网格推算模式研究是区划的一项基础性工作。在收集山区气候研究成果基础上，辅助以气象哨、水文站雨量资料后，通过GIS平台可快速计算和获取测点地理参数（高程、坡向、坡度）。采用统计分析方法，根据要素的统计特征值和地理特征将全省划分若干气候区，分别建立各区域气候要素推算统计模式，通过验证和残差订正，应用到气候资源小网格推算中。2021/5/9533）GIS在农业气候资源分析中的应用应用GIS来定量采集、管理、分析具有空间特性的气候资源，建立G