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1、第7章 地理信息系统的应用模型第1页，本讲稿共29页第一节 GIS应用模型概述oGIS应用模型的定义及分类oGIS在建模中的作用o空间分析与GIS应用模型的关系目前，目前，GISGIS的应用，已经从数据存储和检索查询，推进到以时空分的应用，已经从数据存储和检索查询，推进到以时空分析为主，正走向支持区域空间演化预测、动态模拟及其空间布局的析为主，正走向支持区域空间演化预测、动态模拟及其空间布局的优化发展。优化发展。第2页，本讲稿共29页一 GIS应用模型的定义和分类o1 1 就是根据具体的就是根据具体的应用目标和问题应用目标和问题，借助于，借助于GISGIS自身的技术优势，使自身的技术优势，使观
2、念世界观念世界中形成的中形成的概念模型概念模型，具体化为，具体化为，具体化为，具体化为信息世界中可操作的机理信息世界中可操作的机理和过程和过程。o2 2 作用：作用：用一定程度的用一定程度的演化和抽象演化和抽象，通过，通过逻逻辑演绎辑演绎，把握，把握各地理要素各地理要素各地理要素各地理要素间的间的本质特征、相本质特征、相互关系及可视化显示。互关系及可视化显示。第3页，本讲稿共29页一 GIS应用模型的定义和分类oo3 3 3 3 分类（分类（分类（分类（1 1 1 1）：）：）：）：根据研究对象的瞬时状态和发展过程，根据研究对象的瞬时状态和发展过程，可分为可分为静态、半静态和动态静态、半静态和
3、动态 静态模型静态模型分析地理现象及要素相互作用的分析地理现象及要素相互作用的格格局局；半静态模型半静态模型用于评价应用用于评价应用目标的变化影响目标的变化影响；动态模型动态模型用于预测研究用于预测研究目标的时空动态演变目标的时空动态演变及趋势及趋势。第4页，本讲稿共29页一 GIS应用模型的定义和分类3 3 分类（分类（2 2）根据所表达的空间对象的不同，可分）根据所表达的空间对象的不同，可分为为数学模型、经验模型和混合模型数学模型、经验模型和混合模型。n数学模型数学模型基于基于理化原理理化原理的理论模型，应用数学分析方法建立的理论模型，应用数学分析方法建立的数学表达式，的数学表达式，反映地
4、理过程本质的理化规律反映地理过程本质的理化规律；n经验模型经验模型基于基于变量之间的统计关系或启发式关系变量之间的统计关系或启发式关系的模型，大部分的模型，大部分通过通过数理统计方法和大量观测实验数理统计方法和大量观测实验建立的模型；建立的模型；n混合模型混合模型基于原理和经验的混合模型，既有基于理论原理的基于原理和经验的混合模型，既有基于理论原理的确定确定性变量性变量，也有，也有应用经验加以确定的不确定性变量应用经验加以确定的不确定性变量。第5页，本讲稿共29页二 GIS在建模中的作用oGIS是可加工显示与集成不同数据源的工具；o用GIS建立的模型可以基于矢量数据、也可是栅格数据甚至是对两类
5、数据的综合。o基于栅格和基于矢量的模型的差别并不排除建模者在建模过程中对两类数据的综合。oGIS建模可在GIS环境以及其他建模程序结合：松散连接、紧密连接第6页，本讲稿共29页三 GIS与其他建模程序的结合o松散连接o紧密连接o嵌入第7页，本讲稿共29页四 建模过程o明确建模目的o把模型分解成各种原色，定义各种元素的属性和它们之间的相互作用。流程图o模型的应用与校准第8页，本讲稿共29页五、空间分析与GIS应用模型的关系 o空间分析是基本的，解决一般问题的空间分析是基本的，解决一般问题的理论理论和方法和方法，而一般应用模型是很多的，是，而一般应用模型是很多的，是复复合、复杂合、复杂的；解决专门
6、问题的理论和方法，的；解决专门问题的理论和方法，它的解决应以空间分析的基本方法和算法它的解决应以空间分析的基本方法和算法模型为基础。模型为基础。oGISGIS空间分析和应用模型可以看成是整体与空间分析和应用模型可以看成是整体与局部的关系局部的关系 第9页，本讲稿共29页第二节 二值模型o定义o步骤o举例第10页，本讲稿共29页一、定义及步骤一、定义及步骤1、用逻辑表达式从组合要素图层或多重栅格中选择感兴趣的或符合条件的地图要素与分布范围。可当做数据查询的扩展2、输出结果也为二值模型（1为真，0为假）3、方法 矢量：地图叠加运算、属性组合 栅格：格网查询第11页，本讲稿共29页（一）矢量二值模型
7、建立（一）矢量二值模型建立123123IDPH132534ID Type1232453181354267IDPH132335Type2323454454642345187518Ph=4 AND Type=234第12页，本讲稿共29页问题：植物潜在生存环境问题：植物潜在生存环境 在高度带在高度带2 2之内，据河流不超过之内，据河流不超过200200米米 n n数据数据 高度带地图、河流地图高度带地图、河流地图 n n方法方法 l l 确立河流缓冲区确立河流缓冲区 l l 河流缓冲区与高度带地图叠加河流缓冲区与高度带地图叠加 l l 在叠加地图上选择高度带为在叠加地图上选择高度带为2 2的区域的
8、区域 l l 二值输出二值输出（二）矢量二值模型应用（二）矢量二值模型应用第13页，本讲稿共29页（三）栅格二值模型建立（三）栅格二值模型建立1 1 1 43 2 4 43 3 4 44 4 4 41 1 1 33 2 2 33 3 4 44 4 4 4Cov1Cov2Cov1=3 AND Cov2=3第14页，本讲稿共29页（三）栅格二值模型应用示例（三）栅格二值模型应用示例问题：植物潜在生存环境：在高度带2之内，据河流不超过200米 数据 高度带地图（grid）、河流地图（grid）方法 距离量测:Find Distance Map query 二值输出第15页，本讲稿共29页一 加权线性
9、综合法 第三节第三节 指数模型指数模型第16页，本讲稿共29页1、由组合地图和多个格网计算的指数值产生的等级地图。2、过程 （1）评估变量的相对重要性，确定权重 （2）每个指标进行标准化；(视情况而做，有单位的值转为无单位的值)（3）观测值进行分类并打分（打分的依据要统一，可规定为1-10的范围，从高到低或从低到高对应的情况要统一）；（4）指标值加权总和除以总权重并输出：注：第二、三个步骤不一定同时出现，具体情况具体分析。一一 加权线性综合法第17页，本讲稿共29页（一）基于矢量的指数模型建立过程（一）基于矢量的指数模型建立过程123123IDPH132534ID Type1232453181
10、354267IDPH132331Type221425262313713PH*2+Type*313分值312分值213第18页，本讲稿共29页（二）基于栅格的指数模型建立过程（二）基于栅格的指数模型建立过程721324913450.61.82.43.0*0.6134213420.20.60.80.4*0.24557633134520.60.81.00.4*0.21.43.24.23.8第19页，本讲稿共29页二 其它方法o加权线性合成不能处理两个要素间的相互依赖性o权重的确定？第20页，本讲稿共29页三三 指数模型应用指数模型应用:适宜性分析和脆弱性分析适宜性分析和脆弱性分析第21页，本讲稿共2
11、9页四四 GIS求解适宜性问题的一般过程求解适宜性问题的一般过程o包括目的导向分析和数据导向操作两个过程。o目的导向目的导向分析，是将要解决的问题与专业知识问题与专业知识相结合，从问题开始，一步步推导出解决问题所需要的原始数据、精原始数据、精度标准、模型的逻辑结构和方法步骤。度标准、模型的逻辑结构和方法步骤。o数据导向数据导向操作，是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，一步步将数据转换为问数据转换为问题的答案题的答案，必要时还需要进行反馈和修改，直到取得满意的结果，最后以图形或图表的形式输出结果。第22页，本讲稿共29页四四 GIS求解适宜性问题的一般过程求解适宜性问题
12、的一般过程1.确定分析目的和评价准则2.收集、输入空间、属性数据3.作空间位置的处理、分析作属性信息的处理、分析4.获得简要分析结果（图、表）5.解释、评价结果，若不满意返回1、2、3任一处重做6.专题地图、文字报表的修饰形成正式结果，供决策者使用第23页，本讲稿共29页1 通常创建适宜性地图需要的步骤：o输入数据：确定需要哪些数据集作为输入o派生数据：从现存数据派生出新数据以获得新信息o重分类各数据集：用同一等级体系（例如，1-10）对每个数据集重分类，给适宜性较高的属性赋较高的值o赋权重各数据集。必要的话给在适宜性模型中影响较大的数据集赋较高权重，然后合并各数据集以寻找适宜位置第24页，本
13、讲稿共29页作业：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。第25页，本讲稿共29页第四节 回归模型o建立因变量和多个变量之间的关系，可用于预测和评估 o通过地图叠加运算进行实现 o线性回归：通过xi的值预测y的值；o对数回归：因变量是类别数据和自变量是类别数据或数值变量o指数回归：因变量为二值而自变量为类别或数值类型数据 o并非所有的GIS软件都提供回归模型计算第26页，本讲稿共29页第四节 回归模型示例oo积雪量模拟积雪量模拟 SWE=a+b X Col+c X Row+d SWE=a+b X Col+c X Row+d X Hei
14、ght X Height oo松鼠生活环境适宜性模型松鼠生活环境适宜性模型 n nY=0.002*H+0.228*Slope+0.685*C1+0.433*C2+Y=0.002*H+0.228*Slope+0.685*C1+0.433*C2+0.481*C3+0.009*AspectEW 0.481*C3+0.009*AspectEW oo概率分布：概率分布：p=1/(1+exp(-Y)p=1/(1+exp(-Y)oo灰狼适宜生存环境与空间分布灰狼适宜生存环境与空间分布 n nLogit(p)=-6.5988+14.6189*R Logit(p)=-6.5988+14.6189*R（R R为道路密度）为道路密度）n n出现狼的概率出现狼的概率:p=1/(1+elogit(p):p=1/(1+elogit(p)第27页，本讲稿共29页第五节 过程模型o关于现实世界环境过程的知识综合成一组用于定量分析该过程的关系或方程提供判断或内在解释能力 o方程可能比较复杂 o输出结果可用于进行预测第28页，本讲稿共29页过程模型示例o通用土壤流失方程USLE o农业非点源模型AGNPS o土壤和水评价模型SWAT o渗流带非点源污染模型 o滑坡模拟模型 o地下水污染模型第29页，本讲稿共29页