1、GIS概论6 GIS应用模型聊城大学环境与规划学院聊城大学环境与规划学院肖肖 燕燕地理信息系统地理信息系统- 6 GIS概论6 GIS应用模型空间数据空间数据SDBMS地理信息系统地理信息系统应用人员应用人员 GUI应用模型应用模型系统硬件系统硬件系统软件系统软件1.2 GIS1.2 GIS基本构成基本构成应用模型应用模型GIS概论6 GIS应用模型本章节内容本章节内容1 应用模型概述2 土地定级估价模型3 适宜性分析模型4 发展预测模型5 区位选择模型6 交通规划模型7 地球科学模拟模型GIS概论6 GIS应用模型1 1 应用模型概述应用模型概述6.1 6.1 应用模型概述应用模型概述含义、
2、作用含义、作用含义GISGIS应用模型应用模型就是根据具体的应用目标和问题，借助于就是根据具体的应用目标和问题，借助于GISGIS自身的自身的技术优势，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。操作的机理和过程。作用用一定程度的简化和抽象，通过逻辑的演绎，去把握地理系统各要用一定程度的简化和抽象，通过逻辑的演绎，去把握地理系统各要素之间的相互关系、本质特征及可视化显示。素之间的相互关系、本质特征及可视化显示。 这种这种模型的构建模型的构建，不但是解决实际复杂问题的必要，不但是解决实际复杂问题的必要途径，而且也是途
3、径，而且也是GISGIS取得经济和社会效益的重要保证。取得经济和社会效益的重要保证。GIS概论6 GIS应用模型6.1 6.1 应用模型概述应用模型概述模型分类模型分类分类分类根据模型所表达的空间对象的不同分为三类： 数学模型数学模型 经验模型经验模型 混合模型混合模型根据研究对象的瞬间状态和发展过程可分为： 静态模型静态模型 半静态模型半静态模型 动态模型动态模型GIS概论6 GIS应用模型6.1 6.1 应用模型概述应用模型概述模型构建模型构建应用模型的构建应用模型的构建 GISGIS问题的求解过程问题的求解过程 应用模型构建步骤应用模型构建步骤 应用模型构建的途径应用模型构建的途径 应用
4、模型建模的方法应用模型建模的方法制图建模（制图建模（cartographic cartographic modelingmodeling）GIS概论6 GIS应用模型GIS问题的求解过程问题的求解过程需要解决的问题需要解决的问题多源数据收集多源数据收集问题的定义问题的定义问题的实质问题的实质问题的概念问题的概念解决问题的数据解决问题的数据数据库建立数据库建立问题数据子集问题数据子集问题求解问题求解问题答案问题答案规划定义过程规划定义过程应用操作过程应用操作过程用用GIS求解问题的基本流程图求解问题的基本流程图6.1 6.1 应用模型概述应用模型概述模型构建模型构建GIS概论6 GIS应用模型6
5、.1 6.1 应用模型概述应用模型概述模型构建模型构建GIS问题的求解过程问题的求解过程目的导向目的导向(goal-driven)(goal-driven)分析和数据导向分析和数据导向(data-(data-driven)driven)操作操作两个过程两个过程目的导向分析，是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；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，直到取得满意的结果，最后以图形或图表的形式输出最终结果。GIS概论6 G
6、IS应用模型6.1 6.1 应用模型概述应用模型概述模型构建模型构建1. 1. 明确分析的目的和评价准则明确分析的目的和评价准则2. 2. 准备分析数据准备分析数据3. 3. 空间分析操作空间分析操作4. 4. 结果分析结果分析5. 5. 解释、评价结果（如有必要，返回第一步）解释、评价结果（如有必要，返回第一步）6. 6. 结果输出（地图、表格和文档）结果输出（地图、表格和文档）应用模型建模的步骤应用模型建模的步骤GIS概论6 GIS应用模型1.明确分析目的和标准： 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；建筑面积和房产价值； 道路拓宽
7、改建的道路拓宽改建的标准是，道路从原来的，道路从原来的20m20m拓拓宽至宽至60m60m，拓宽道路应尽量保持直线，部分位于，拓宽道路应尽量保持直线，部分位于拆迁区内的拆迁区内的1010层以上的建筑不拆除等。层以上的建筑不拆除等。6.1 6.1 应用模型概述应用模型概述模型构建模型构建模型构建步骤实例分析模型构建步骤实例分析GIS概论6 GIS应用模型2. 准备用于分析的数据： 一类是现状道路空间分布数据；一类是现状道路空间分布数据； 另一类为分析区域内建筑物空间分布数据及另一类为分析区域内建筑物空间分布数据及相关属性数据。相关属性数据。3.空间分析操作： 道路层数据道路层数据( (缓冲区分析
8、缓冲区分析)道路的缓冲区道路的缓冲区叠合分析叠合分析( (与建筑物层数据与建筑物层数据)新的建筑物分新的建筑物分布数据（包括全部或部分位于拓宽区内的建筑布数据（包括全部或部分位于拓宽区内的建筑物信息）物信息）6.1 6.1 应用模型概述应用模型概述模型构建模型构建模型构建步骤实例分析模型构建步骤实例分析GIS概论6 GIS应用模型4. 统计分析： 首先对全部或部分位于拆迁区内的建筑进行首先对全部或部分位于拆迁区内的建筑进行按楼层属性的选择，凡部分落入拆迁区且楼层高按楼层属性的选择，凡部分落入拆迁区且楼层高于于1010层以上的建筑，将其从选择组中去掉，并对层以上的建筑，将其从选择组中去掉，并对道
9、路的拓宽边界进行局部调整，然后对所有需拆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迁的建筑物进行拆迁指标计算；5.结果输出： 将分析结果以地图和表格的形式打印输出。将分析结果以地图和表格的形式打印输出。6.1 6.1 应用模型概述应用模型概述模型构建模型构建模型构建步骤实例分析模型构建步骤实例分析GIS概论6 GIS应用模型模型构建的途径模型构建的途径1.1. 利用利用GISGIS系统内部的建模工具系统内部的建模工具指应用者利用指应用者利用GISGIS软件的宏语言软件的宏语言( (如如ArcviewArcview的的Avenue)Avenue)、应用函数库、应用函数库(API
10、)(API)或功能组件或功能组件(COM)(COM)等，开发各自所等，开发各自所需的空间分析模型需的空间分析模型2.2. 利用利用GISGIS系统外部的建模工具系统外部的建模工具基于应用基于应用GISGIS的空间数据库和输出功能，而模型分析的空间数据库和输出功能，而模型分析功能则主要是利用其他应用领域的软件。功能则主要是利用其他应用领域的软件。3.3. 独立开发实现一个独立开发实现一个GISGIS应用软件系统应用软件系统如国产的如国产的MapGISMapGIS、SuperMapSuperMap、GeoStarGeoStar等软件就包含等软件就包含了很多自行开发实现的应用分析模型了很多自行开发实
11、现的应用分析模型。6.1 6.1 应用模型概述应用模型概述模型构建模型构建GIS概论6 GIS应用模型制图建模制图建模应用分析建模建立在对图层数据的操作上，通应用分析建模建立在对图层数据的操作上，通过组合各种空间分析操作，回答有关空间问题过组合各种空间分析操作，回答有关空间问题的一个过程。的一个过程。通过作用于原始数据和派生数据的一组顺序的通过作用于原始数据和派生数据的一组顺序的、交互的空间分析操作命令，对一个空间分析、交互的空间分析操作命令，对一个空间分析过程进行的实现模拟。过程进行的实现模拟。GIS概论6 GIS应用模型实例分析实例分析 -为新学校选址为新学校选址美国美国VermontVe
12、rmont州州stovestove镇正处于一个人口大量镇正处于一个人口大量增长的过程之中。人口统计数据显示，增长增长的过程之中。人口统计数据显示，增长的主要原因是大量有孩子的家庭为享受附近的主要原因是大量有孩子的家庭为享受附近大量娱乐设施而移居本地。当地决定新建一大量娱乐设施而移居本地。当地决定新建一所学校来缓解人口增长所带来的学校紧张状所学校来缓解人口增长所带来的学校紧张状况。况。作为一名城市规划师，你将负责新学校的选作为一名城市规划师，你将负责新学校的选址工作。址工作。 软件演示软件演示6.3 6.3 适宜性分析模型适宜性分析模型实例分析实例分析GIS概论6 GIS应用模型本地区高程栅格数
13、据集本地区土地利用类型栅格数据集本地区现有学校点位置要素数据集本地区娱乐场所点位置要素数据集本地区线性道路网络要素数据集GIS概论6 GIS应用模型实质：找一个适宜性的范围，创建一个适宜性的地图实质：找一个适宜性的范围，创建一个适宜性的地图一般步骤：一般步骤：1 1、确定你需要哪些数据集作为输入、确定你需要哪些数据集作为输入2 2、需要派生那些数据集，从现存的数据派生出新数据以获得新、需要派生那些数据集，从现存的数据派生出新数据以获得新信息。信息。3 3、重新分类各数据集。用同一等级体系对每个数据集重分类，、重新分类各数据集。用同一等级体系对每个数据集重分类，给适宜性较高的属性赋较高的值。给适
14、宜性较高的属性赋较高的值。4 4、赋权重给各数据集，必要的话给在适宜性模型中影响较大的、赋权重给各数据集，必要的话给在适宜性模型中影响较大的数据集赋较高的权重，然后合并各数据集以寻找适宜位置。数据集赋较高的权重，然后合并各数据集以寻找适宜位置。6.3 6.3 适宜性分析模型适宜性分析模型实例分析实例分析GIS概论6 GIS应用模型解题思路或者操作流程解题思路或者操作流程与新建立的学校的相与新建立的学校的相关因素关因素1.1. 地表土地状况地表土地状况2.2. 距离娱乐场所距离娱乐场所3.3. 距离现有的学校距离现有的学校4.4. 不考虑道路的影响不考虑道路的影响什么土地类型及其地表情况适合学生
15、活动远？近？远？近？6.3 6.3 适宜性分析模型适宜性分析模型实例分析实例分析GIS概论6 GIS应用模型ImageElevationRecreationSchoolsLanduseCalculateslopeFind distanceFinddistance土地利用图坡度分析图娱乐场所距离图现有学校距离图reclassifyreclassifyreclassifyreclassifyWeight and combine datasetsNew school results6.3 6.3 适宜性分析模型适宜性分析模型实例分析实例分析GIS概论6 GIS应用模型坡度坡度分类影响度分类影响度0-
16、50-510105-105-109 910-1510-158 815-2015-207 720-2520-256 625-3025-305 530-4030-404 440-5040-503 350-6050-602 260-9060-901 1坡坡度度影影响响度度表表坡度越低，越坡度越低，越适宜建学校，适宜建学校，分值越高分值越高6.3 6.3 适宜性分析模型适宜性分析模型实例分析实例分析GIS概论6 GIS应用模型距娱乐场所的距离距娱乐场所的距离分类影响度分类影响度近近10109 98 87 76 65 54 43 32 2远远1 1娱娱乐乐场场所所影影响响度度表表距离越近，越距离越近，越
17、适宜建学校，适宜建学校，分值越高分值越高6.3 6.3 适宜性分析模型适宜性分析模型实例分析实例分析GIS概论6 GIS应用模型距现有学校的距离距现有学校的距离分类影响度分类影响度近近1 12 23 34 45 56 67 78 89 9远远1010现现有有学学校校影影响响度度表表距离越远，越距离越远，越适宜建学校，适宜建学校，分值越高分值越高6.3 6.3 适宜性分析模型适宜性分析模型实例分析实例分析GIS概论6 GIS应用模型VALUELANDUSE1Brush/transitional2Water3Barren land4Built up5Agriculture6Forest7Wetla
18、ndsGIS概论6 GIS应用模型土地利用类型土地利用类型分类影响度分类影响度农业用地农业用地5 51010荒地荒地3 36 6灌木丛灌木丛1 15 5林业用地林业用地6 64 4建设用地建设用地4 43 3水体水体2 2NodataNodata湿地湿地7 7NodataNodata土土地地利利用用类类型型影影响响度度表表土地利用类型的不同导致建设学校的费用不同土地利用类型的不同导致建设学校的费用不同,哪些土地利用类型更有优势哪些土地利用类型更有优势?分值高的表示适合分值高的表示适合建学校。建学校。6.3 6.3 适宜性分析模型适宜性分析模型实例分析实例分析GIS概论6 GIS应用模型赋权重并
19、合并各数据集赋权重并合并各数据集所有的影响因子并不是同等重要。哪些所有的影响因子并不是同等重要。哪些因子更为重要，在新学校的选址中？因子更为重要，在新学校的选址中？专家打分法赋权重：专家打分法赋权重：假设影响度总共为假设影响度总共为1 1，四因子占的比重：，四因子占的比重：因子图层（重分类后的栅格图）因子图层（重分类后的栅格图）比重比重百分比百分比娱乐距离图娱乐距离图121250%50%学校距离图学校距离图141425%25%土地利用类型图土地利用类型图181812.5%12.5%坡度状况图坡度状况图181812.5%12.5%6.3 6.3 适宜性分析模型适宜性分析模型实例分析实例分析GIS
20、概论6 GIS应用模型6.3 6.3 适宜性分析模型适宜性分析模型实例分析实例分析GIS概论6 GIS应用模型2 土地定级估价模型土地定级估价模型教材：技术路线 图6-16.2 6.2 土地定级估价模型土地定级估价模型GIS概论6 GIS应用模型3 适宜性分析模型适宜性分析模型是是指土地针对某种特定开发活动的分析，这些开发活动包括农业应用，城市化选址，作物类型布局，道路选址等步骤：步骤：首先确定具体的开发活动；确定具体的开发活动；其次选择其影响因子；选择其影响因子；然后评判某一地域的各个因子对这种开发活动的适宜评判某一地域的各个因子对这种开发活动的适宜程度。程度。6.3 6.3 适宜性分析模型
21、适宜性分析模型GIS概论6 GIS应用模型设有某项评价目标或开发活动设有某项评价目标或开发活动T，该，该T对应一组影响因对应一组影响因素素X1，X2，X3，.Xn，每个因素对应一组参评因子，每个因素对应一组参评因子x1,x2,x3.xn；每个因子有一组属性；每个因子有一组属性v1,v2,v3,.vn，因此，因此，每个因素对应一个属性集，每个因素对应一个属性集vi： viv11,.vjk,.,vnl i=1，2，m；j=1,2,.,n;k=1,2,.l. 显然显然,每个因素的属性集都是一个对指定的每个因素的属性集都是一个对指定的T从优到劣从优到劣的全序集的全序集,且满足：且满足：v1l vjlv
22、nl。适宜性分析的一般形式适宜性分析的一般形式6.3 6.3 适宜性分析模型适宜性分析模型-一般形式一般形式GIS概论6 GIS应用模型应用实例应用实例-玉米种植用地评价玉米种植用地评价1.1.评价对象：评价对象：米种植用地的土地适宜性评价，通过评价米种植用地的土地适宜性评价，通过评价将研究区分出不同的适宜性等级：最适宜、次适宜、将研究区分出不同的适宜性等级：最适宜、次适宜、临界适宜和不适宜。临界适宜和不适宜。2.2.评价方法：评价方法：采用基于采用基于GISGIS的土地质量评价法，即将玉的土地质量评价法，即将玉米作物生长有关主导生态条件与土地质量米作物生长有关主导生态条件与土地质量( (供水
23、、供供水、供肥等肥等) )相比照，从而评定土地的适宜性等级。相比照，从而评定土地的适宜性等级。3.3.评价过程评价过程评价对象生态条件的调查确定评价对象的影响因素和因子利用GIS生成影响因素数据计算各因素的权重和贡献函数值计算机适宜性评级6.3 6.3 适宜性分析模型适宜性分析模型实例分析实例分析GIS概论6 GIS应用模型4 4 发展预测模型发展预测模型6.4 6.4 发展预测模型发展预测模型含义含义含义：发展预测发展预测是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。 在地理信息系统研究中，如在地理
24、信息系统研究中，如人口预测、人口预测、资源预测、粮食产量预测以及社会经济发资源预测、粮食产量预测以及社会经济发展预测展预测等，都是经常要解决的问题。等，都是经常要解决的问题。GIS概论6 GIS应用模型6.4 6.4 发展预测模型发展预测模型预测方法预测方法预测方法：定性、定量、定时和概率预测。定性、定量、定时和概率预测。 在信息系统研究中，一般采用在信息系统研究中，一般采用定量预测定量预测方法，方法，它利用系统存储的多目标统计数据，由一个或几它利用系统存储的多目标统计数据，由一个或几个变量的值，来研究或控制另一个研究变量的取个变量的值，来研究或控制另一个研究变量的取值。值。GIS概论6 GI
25、S应用模型应用实例应用实例 以人口和劳动力的预测人口和劳动力的预测为例，说明人口统计数据人口统计数据如何在定量预测模型中的应用。根据人口预测模型：人口预测模型：P Pt t=P=P0 0e e( (-u)-u)式中：式中：P Pt t-第第t t年人口数年人口数 P P0 0-基年人口数基年人口数 -人口出生率人口出生率 u-u-人口死亡率人口死亡率 t-t-时间（年份）时间（年份）6.4 6.4 发展预测模型发展预测模型应用实例应用实例GIS概论6 GIS应用模型5 5 区位选择模型区位选择模型6.5 6.5 区位选择模型区位选择模型含义含义含义：含义：区位选择是指按照规定的标准，通过空是指
26、按照规定的标准，通过空间分析方法，确定厂址、电站、管线，间分析方法，确定厂址、电站、管线，或者交通路线等的最佳区位或路径。或者交通路线等的最佳区位或路径。GIS概论6 GIS应用模型区位选择考虑的标准区位选择考虑的标准环境标准：例如20%以上的坡度，主要的农业土壤分布区、湿地和湖区、文化活动区、国有林区、资源保护区，以及体育场和公园等。工程标准：包括地形条件、土壤的性质，气候因素及区域生态特点等。经济标准：包括开发成本、供水条件、铁路运输、空气质量等。6.5 6.5 区位选择模型区位选择模型考虑标准考虑标准GIS概论6 GIS应用模型一般建立的区位区位选择模型选择模型如图所示，分为：数据准备阶
27、段影响因子研究阶段综合影响评价阶段选址分析阶段 GIS概论6 GIS应用模型位址选择模型位址选择模型1. 数据准备阶段在数据准备阶段，要建立专家咨询组，明确选址的要求，选择影响因子，进行位址选择的数据准备。2. 综合影响评价阶段综合评价阶段的任务是按照工程和经济可行性的要求，建立选址条件、综合评价的标准和算法。3. 位址选择分析阶段位址选择分析阶段的任务是实施位址的选择，并对结果进行分析评价。 6.5 6.5 区位选择模型区位选择模型评价模型步骤评价模型步骤GIS概论6 GIS应用模型6 6 交通规划模型交通规划模型含义：城市交通模型包括城市交通发生量预测、出行分布预测和交通量最优分配三个部分
28、。目前，普通采用的是0-D（起点-终点）调查的方式了解城市交通的发生、分布和规划分析。交通发生量预测模型该模型采用因果分析法，综合考虑影响交通量发生的各因素，用该模型采用因果分析法，综合考虑影响交通量发生的各因素，用回归分析法建造多因素相关回归方程。回归分析法建造多因素相关回归方程。出行分布预测模型出行分布包括出行方向、出行数量以及出行工具的空间分配。以出行分布包括出行方向、出行数量以及出行工具的空间分配。以居民点为出发点的出行分布情况。居民点为出发点的出行分布情况。交通量最优分配规划交通量在交通网络中的最优分配，交通量在交通网络中的最优分配，对于客流，往往采用最短路经算法，以出行距离最小为原
29、则，求出各居住小区到各出行目的地以出行距离最小为原则，求出各居住小区到各出行目的地的出行量。的出行量。对于货流，一般采用线性规划中的运输模型。6.6 6.6 交通规划模型交通规划模型GIS概论6 GIS应用模型7 7 地球科学模拟模型地球科学模拟模型6.7 6.7 地球科学模拟模型地球科学模拟模型- -含义含义含义：地球科学模拟模型地球科学模拟模型是应用计算机、数字模拟技是应用计算机、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术及综合分析的方法来模拟许多地理过程或现象，例如气候变迁、沙漠化过程、土地退化过象，例如气候变迁、沙漠化过程、土地退化过程、湖泊沼泽化等，使得受几个因素的共同影程
30、、湖泊沼泽化等，使得受几个因素的共同影响，要经过若干年才能完成的地理过程，采用响，要经过若干年才能完成的地理过程，采用计算机模拟模型，只需几分钟就能得出类似的计算机模拟模型，只需几分钟就能得出类似的结果，为资源开发、国土整治、水土保持、工结果，为资源开发、国土整治、水土保持、工程论证等提供依据。程论证等提供依据。GIS概论6 GIS应用模型利用利用GISGIS的数值分析方法来估算土壤侵蚀量的数值分析方法来估算土壤侵蚀量1) 1) 确定土壤侵蚀的数值分析确定土壤侵蚀的数值分析模型；2) 2) 根据模型确定影响土壤侵蚀的根据模型确定影响土壤侵蚀的因子，这些因子必须能，这些因子必须能够反映不同的土壤
31、性质，不同的坡面形态，以及不同的够反映不同的土壤性质，不同的坡面形态，以及不同的植被条件等；植被条件等；3) 3) 选择选择格网尺寸，建立各个影响因子的栅格数据文件；4) 4) 将多种信息加以将多种信息加以复合，确定研究区域土壤侵蚀量的各，确定研究区域土壤侵蚀量的各种不同等级，为制定区域的水土保持规划提供依据。种不同等级，为制定区域的水土保持规划提供依据。6.7 6.7 地球科学模拟模型地球科学模拟模型- -实例实例GIS概论6 GIS应用模型本章小结本章小结名词：GISGIS的应用模型、的应用模型、适宜性分析、适宜性分析、地学模拟模型地学模拟模型GISGIS应用模型的分类应用模型的分类应用模型建模的步骤应用模型建模的步骤适宜性分析的步骤适宜性分析的步骤GIS概论6 GIS应用模型谢谢！谢谢！
