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1、第九章第九章 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土地定级估价模型土地定级估价模型第三节第三节适宜性分析模型适宜性分析模型第四节第四节发展预测模型发展预测模型第五节第五节区位选择模型区位选择模型第六节第六节交通规划模型交通规划模型第七节第七节地球科学模拟模型地球科学模拟模型第一节第一节 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、根据所表达的空间对象空间对象的不同，分为：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。模型分类模型分类模型分类模型分
2、类理论依据理论依据理论依据理论依据应用领域应用领域应用领域应用领域模型模型模型模型理论理论物理或化学原理地表径流运动方程经验经验数理统计+观测实验水土流失统计、回归混合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运输方程2 2、按照研究对象的、按照研究对象的瞬时状态和发展瞬时状态和发展过程，分为：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半静态半静态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第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述地学模型模拟地学模型模
3、拟气候变迁沙漠化过程土地退化过程湖泊沼泽化河道冲淤沙嘴发育土壤侵蚀1.2 GIS1.2 GIS应用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,从问题开始从问题开始，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。构构构构建建建建方方方方法法法法从目的目的出发：目的导向分析目的导向分析从数据数据出发：数据导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1.明确分析的明确分析
4、的目标目标和评价准则和评价准则2.准备分析准备分析数据数据3.空间分析空间分析操作操作（叠加、缓冲区、网络。）（叠加、缓冲区、网络。）4.结果结果分析分析5.解释解释、评价结果、评价结果6.制图制图输出输出2、构建步骤、构建步骤第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法例：道路拓宽改建中的拆迁指标计算例：道路拓宽改建中的拆迁指标计算 明确分析的明确分析的目的和标准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
5、建筑不拆除。应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法准备进行分析的数据准备进行分析的数据本例需要涉及两类信息，一类是现状道路现状道路图；另一类为分析区域内建筑物分布建筑物分布图及相关信息。 应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法进行空间操作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。应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法进行统计分析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
6、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。应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法将分析结果以将分析结果以地图和表格地图和表格的形式打印输的形式打印输出。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。构构构构建建建建途途途途径径径径GIS系统内部内部的模型建造混合混合型的模型建造3、构建途径、构建途径GIS系统外部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连接第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述应用模型建模的
7、步骤和方法应用模型建模的步骤和方法还有一些GIS软件提供了可视化的地图建模辅助工可视化的地图建模辅助工具具，用户只需使用其提供的工具在窗口中绘出模型的流程图，指定流程图的意义、所用的参数，矩阵等即可完成制图模型的设计，而无需书写复杂的命令程序。可视化制图建模工具为用户提供了高层次的设计高层次的设计工具和手段工具和手段，可使用户将更多的精力集中于专业领域的研究。第一节第一节 应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法遥感图像处理软件：遥感图像处理软
8、件：Erdas应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法遥感图像处理软件：遥感图像处理软件：Erdas应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法制图建模的实例：制图建模的目标：获得某研究区坡度大于获得某研究区坡度大于20度度的区域占整个区域面积的比例。的区域占整个区域面积的比例。 面积比例/20面积整个面积？应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法20面积整个面积计算面积区域范围计算面积20区域？应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法20区域坡度分类坡度图？应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的步骤和方法坡度图坡度分析DEM？应用模型建模的步骤和方法应用模型建模的
9、步骤和方法DEM空间插值数字等高线第二节第二节 土地定级估价模型土地定级估价模型 对土地的使用价值使用价值进行综合分析，揭示土地质量的地域差异地域差异，评价城镇土地级别，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用地基准地价，为合理利用城镇土地提供依据。技术路线：技术路线：a)定级估价因子数据的获取b)因素因子的定量化处理c)定级估价单元的确定d)分值和参数计算e)土地级别评定f)级差收益测算g)面积量算和成果图输出纳入系统的好处纳入系统的好处：减少人工人工人工人工量、提高评估精度质量精度质量精度质量精度质量、便于动态动态动态动态管理更新第二节第二
10、节 土地定级估价模型土地定级估价模型定级估价模型：定级估价模型：1）土地定级空间单元空间单元空间单元空间单元的生成方法统一栅格数据格式和单元大小2）土地定级空间单元分值分值分值分值的产生方法，缓冲区、叠加分析等：基础设施、交通、自然环境、商贸3）土地理论级别分级界限分级界限分级界限分级界限的确定方法定级总分值频率直方图实例：江苏镇江土地评估实例：江苏镇江土地评估商贸、道路、公交、车站码头给排水、供气、电信医院学校、文化设施地形、地基承载力、污染定义定义：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
11、的开发活动开发活动一、主要步骤：一、主要步骤：（2）选择其影响因子影响因子（3）评判各个因子对这种开发活动的适宜程度适宜程度（4）提供规划决策依据决策依据第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型 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一步：确定具体的开发活动第三节第三节 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：影响因素：因素：项目评价目标所涉及的因素因素。参评因子因子：影响每个因素的因子因子属性属性：每个因子所涉及的属性第二步：第二步：选择主要影响因素及因子第三步：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：第
12、四步：将评价结果（方案）提交用户，供用户选择。第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型每个因子因子因子因子有一组属性二、一般形式二、一般形式某项T评价目目目目标标标标所涉及的影响因素X1，X2， ， Xmx1，x2，xlv1，v2， ， vm每个因素因素因素因素对应一组参评因子第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型根据以上选择的因素，可以得到每个因素每个因素Xi 所对应一个属性集属性集：每个因素每个因素的属性集属性集属性集属性集对于项目项目T T 都有一个优劣等级，且满足：V1l Vjl Vnl向量表示属性集属性集：第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型各个因素各个因素按按属性集属性
13、集的优劣可用矩阵表示的优劣可用矩阵表示其中：其中：P P 为为 X Xi i（每个因素）对（每个因素）对T T 贡献值贡献值 W W 为为 X Xi i（每个因素）对（每个因素）对T T 的权重值的权重值P和和W的确定的确定：依据研究对象，通过计算，或者经验公式来确定。第三节第三节 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评价分值:G(Pji)=1-|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G 为最大值时所对应的j ，即为适宜等级Sj第三节第三节 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
14、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S S2 2或S S3 3时，必须同时确定其限制性因子。限制性因子限制性因子的计算公式为 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型例：利用GIS进行土地种植玉米的适宜性评价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，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)第三节第三节 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
15、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)评价对象生态条件生态条件的调查第三节第三节 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因子及等级标准；其影响因素和因子为： (2)(2)确定评价对象的确定评价对象的影响因素和因子影响因素和因子第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型评价对象的影响因素和因子体系评价对象的影响因素和因子体系供水供水Q1供肥供肥Q2供氧供氧Q3侵蚀侵蚀Q4水源水源土层厚度土层厚度土有机肥土有机肥土孔隙率土孔隙率土壤质
16、地土壤质地坡向坡度坡向坡度(3)(3)利用利用GISGIS生成影响因素数据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502级100-20050-203级200-50020-104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叠置分析供水分级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第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型同理，可以生成
17、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）。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。第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型建立建立4 4个因素的重要性比较表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； Q
18、3的重要性同Q4，为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倍求权重（Wi）：Wi =Ui /mi=1UiW4=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第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型P 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：例如：对供水因素，如按上所述分四级，将最适合的定
19、为贡献函数值为100，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 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） 免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）第三节第三节 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。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）： 指标指标等级等级因素因素( (权重权重
20、* *贡献贡献) )F水水F肥肥F氧氧F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=0.00.17*0=0.00.08*0=0.00.08*0=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
21、7+11.4+2.6+0=67+11.4+2.6+0=8181 最后分级得分级图。最后分级得分级图。R(T)=（WiPji）/100，j=1，2，ni=1mm为为因素因素n为为因子因子第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型一、一般介绍一、一般介绍定义：定义：运用已有的存储数据和系统提供的手段，对事物进行科学的数量分析，探索某一事物在今后的可能发展趋势，并作出评价和估计，以调节、控制计划或行动。(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(2)(2)数学方法数学方法 移动移动平均平均数法、指数平滑指数平滑法、趋势分析趋势分析法、时间序列时间序列分析法、回
22、归分回归分析析法,以及灰色系统理论模型第四节第四节 发展预测模型发展预测模型二、二、模型简介模型简介人口预测模型人口预测模型:Pt=P0e（-u）tPt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为年份第四节第四节 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第四节 发展预测模型发展预测模型概念概念: :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，或者交通路线等的最佳位址或路径最佳
23、位址或路径。环境环境：坡度、文化、自然保护区等工程工程：工程实施的可能性，能否满足工程标准。如：地形、土壤、气候条件等经济经济：工程造价第五节第五节 区位选择模型区位选择模型建立步骤建立步骤数据准备数据准备：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位址选择分析：实施区位选择，并对结果进行评价。第五节第五节 区位选择模型区位选择模型例：上海例：上海 vs vs 南京建钢厂？南京建钢厂？限制条件：用水、用电、焦炭、铁矿砂上海上海上海上海：水运方便（原料）、电力保证、用水保证；用地紧张、环境污染
24、南京南京南京南京：用地较为宽松、废渣处理；水运稍差、电力紧张含义含义: : 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、河口冲淤、沙嘴发育、以及土壤侵蚀等。需若干年甚至若干万年进行的过程，通过计算机及GIS可以几分钟内予以模拟应用领域：应用领域： 资源开发、国土整治、水土保持、工程论证第七节第七节 地球科学模拟地球科学模拟土壤侵蚀分析模型土壤侵蚀分析模型目标目标：计算土壤侵蚀量：计算土壤侵蚀量方法方法：首先确定土壤侵蚀的首先确定土壤侵蚀的数字分析模型数字分析模型，确定影响土壤，确定影响土壤侵蚀的因子；
25、侵蚀的因子；这些这些因子因子必须能反映土壤性质、坡面形态、植被条必须能反映土壤性质、坡面形态、植被条件等；件等；选择适宜的格网尺寸，建立影响因子的选择适宜的格网尺寸，建立影响因子的栅格数据栅格数据文文件；件；将多因子信息加以将多因子信息加以复合分析复合分析，确定研究区土壤侵蚀，确定研究区土壤侵蚀量及等级。量及等级。土壤侵蚀分析模型土壤侵蚀分析模型美国普渡大学根据数万观测资料，总结出通用美国普渡大学根据数万观测资料，总结出通用土壤侵蚀方程：土壤侵蚀方程：A=0.224*R*K*L*S*C*P土壤侵蚀量土壤侵蚀量降雨侵蚀力降雨侵蚀力土壤可蚀性土壤可蚀性坡长坡长-坡度坡度植被覆盖度植被覆盖度控制措施控制措施土壤侵蚀数据处理流程土壤侵蚀数据处理流程确定确定R计计算方法算方法确定确定K计计算方法算方法确定各类确定各类C计算计算计算坡度计算坡度坡向坡向数字化数字化暴雨数据暴雨数据土壤数据土壤数据土地利用土地利用数字高程数字高程离散点栅离散点栅格化格化土壤侵蚀分析模型土壤侵蚀分析模型计算计算P值值矢栅数据矢栅数据转换转换计算年均土壤侵蚀计算年均土壤侵蚀A=RKCPLS
