地理空间分析与建模课件

,单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,一、概述,(,一,),什么是,GIS,的应用模型,模型,是一种现象或系统的简化表示,GIS,应用模型：,根据具体的应用目标和问题，借助于,GIS,自身的优势，将观念世界中形成的概念模型，具体化为信息世界中的可操作的机理和过程。,是以空间分析的基本方法和算法模型为基础，针对客观世界专门应用目的而构建的解决专门问题的理论和方法。,是,GIS,技术应用向专业领域的发展。,一、概述(一)什么是GIS的应用模型,1,(,二,),为什么需要,GIS,应用模型,GIS,应用模型是,GIS,的基本构成之一,GIS,的空间分析是基本的、解决一般的通用问题的基本理论和方法；,尽管,GIS,软件具有强大的空间分析功能，为解决各种现实问题提供了有效的基本工具，但对于某一专门应用目的的解决，还必须通过构建专门的应用模型。,（例如土地利用适宜性模型、选址模型、洪水预测模型等）。,(二)为什么需要GIS应用模型,2,(,三,),、,GIS,应用模型的技术优势,1,）优良的硬件环境,2,）多功能的软件模块,3,）能够客观表达地理空间的数据模型,4,）便于人机沟通的用户界面,(三)、GIS应用模型的技术优势,3,(,四,),、应用模型的作用,GIS,应用模型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，是,GIS,走向实用化的关键。,应用模型是联系,GIS,应用系统与专业研究的纽带；,应用模型是综合利用,GIS,应用系统中大量数据的工具；,应用模型是,GIS,应用系统解决各种实际问题的武器；,应用模型有利于系统使用者与设计者之间的信息交流；便于用户使用和操作。,(四)、应用模型的作用,4,(,五,),、,GIS,应用模型的类型,数学模型：,应用数学分析方法建立的模型；,如人口增长模型,经验模型：,通过数理统计方法和观测实验建立的模型；,如适宜性分析模型,混合模型：,既有基于理论原理的确定性变量、又有经验性的不确定变量；,如位置选择模型,(五)、GIS应用模型的类型,5,(,六,),构建,GIS,应用模型的三种方法,1,）利用,GIS,内部建模工具,利用,GIS,软件本身的宏语言（如,MapInfo,的,MapBasic,语言、,ArcInfo,的,VBA,语言等）、应用函数库（,API,）或功能组件（,COM,）开发所需的空间分析模型。,该方法是将,GIS,软件已经具有的功能模块作为模型部件，按照具体应用的目的和标准，将这些部件进行有机的组合而形成解决某个具体问题的应用模型。,内部模型可以充分利用,GIS,软件本身的资源和功能，模型构建和开发的效率比较高。（如坡地分析）,(六)构建GIS应用模型的三种方法,6,2,）利用,GIS,系统外部建模工具,这种方法是基于利用,GIS,的空间数据库和可视化输出功能，而模型的分析功能则主要利用其它应用软件进行开发，如,MatLab,和,IDL,。这种构模方法实现了不同软件与,GIS,软件的集成，无需在,GIS,环境中重新编制分析软件。,运行效率有一定影响。,（如人口统计分析）,2）利用GIS系统外部建模工具,7,3,）混合型的模型构建,混合模型是上述两种建模法的结合。,既充分考虑利用,GIS,软件提供的功能，尽量减少用户自行开发的压力，又能兼具吸收其它功能软件的特殊功用，为解决用户实际问题提供更灵活、更适用的解决方法,。,3）混合型的模型构建,8,明确分析的目的和评价准则,准备分析数据,进行空间分析操作,进行结果分析,解释、评价结果,结果输出,二、建立,GIS,应用模型的一般步骤,明确分析的目的和评价准则二、建立GIS应用模型的一般步骤,9,实例分析（,1,）,问题背景,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，有林地，要求在行政区划图上选出该旅游点位置，并注明面积大小。,数据源,公路及铁路分布图；,森林分布及权属图；,城镇行政区划图；,实例分析（1）问题背景,10,问题求解所涉及的,GIS,功能,属性重分类；,面状边界消除与合并；,缓冲区生成；,拓扑叠加；,面积量测；,绘图输出；,生成报表,实例分析（,1,）,问题求解所涉及的GIS功能实例分析（1）,11,实例分析（,1,）,具体步骤,(1),将城镇行政区划图重新分类，生成市区、非市区两类；,(2),拓扑叠加生成图层，得到,非林地；,林地且市区；,林地、非市区、距道路,0.5km,内；,林地、非市区、距道路,0.5km,外,10km,内；,林地、非市区、距道路,10km,外,(3),依约束条件，提取第,4,类多边形，并计算其面积；,(4),与行政区划图叠加，打印输出结果；,实例分析（1）具体步骤,12,实例分析（,2,）,道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算,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；,实例分析（2）道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算 要解决的问,13,实例分析（,2,）,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，此图包括部分或全部位于拓宽区内的所有建筑物信息；,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。,实例分析（2）空间操作,14,三、二值模型,一种,GIS,模型，用,逻辑表达式,从,组合地图,中,选择,感兴趣的,地图要素,输出结果也为二值模型（,1,为真，,0,为假）,方法,矢量：地图叠加运算、属性组合,栅格：格网查询,三、二值模型一种GIS模型，用逻辑表达式从组合地图中选择感兴,15,矢量二值模型建立,1,2,3,1,2,3,ID,PH,1,3,2,5,3,4,ID,Type,1,23,2,45,3,18,1,3,5,4,2,6,7,ID,PH,1,3,2,3,3,5,Type,23,23,45,4,4,5,4,6,4,23,45,18,7,5,18,Ph=4 AND Type=23,4,矢量二值模型建立123123IDPH132534IDType,16,矢量二值模型应用,问题：植物潜在生存环境,在高度带,2,之内，距河流不超过,200,米,数据,高度带地图、河流地图,方法,确立河流缓冲区,河流缓冲区与高度带地图叠加,在叠加地图上选择高度带为,2,的区域,二值输出,演示：,示例,矢量二值模型应用问题：植物潜在生存环境,17,栅格二值模型建立,1,1,1,4,3,2,4,4,3,3,4,4,4,4,4,4,1,1,1,3,3,2,2,3,3,3,4,4,4,4,4,4,Cov1,Cov2,Cov1=3 AND Cov2=3,栅格二值模型建立1114324433444444111332,18,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，距河流不超过,200,米,数据,高度带地图（,grid,）、河流地图（,grid,）,方法,距离量测,:Find Distance,栅格计算器,二值输出,栅格二值模型应用示例问题：植物潜在生存环境：,19,二值模型应用举例,选择潜在商业用地,如：,面积大于,5,公顷，商业地带，闲置，距离小区距离小于,3,公里，坡度小于,5,度等,土地利用规划,土壤侵蚀分析,空间对象变化,建立精确模型,二值模型应用举例选择潜在商业用地,20,指数模型,由组合地图或多个格网计算的指数值生成分等地图。,过程,评估变量的相对重要性，确定权重,对,观测值进行分类并打分,建立指数模型,数值归一化并输出：,（指数值,-,最小指数值）,/,指数值值域,指数模型由组合地图或多个格网计算的指数值生成分等地图。,21,基于矢量的指数模型建立过程,1,2,3,1,2,3,ID,PH,1,3,2,5,3,4,ID,Type,1,23,2,45,3,18,1,3,5,4,2,6,7,1,3,2,3,3,1,ID,PH,Type,2,2,1,4,2,5,2,6,2,3,1,3,7,1,3,PH*2+Type*3,13,分值,3,1,2,分值,2,1,3,基于矢量的指数模型建立过程123123IDPH132534I,22,基于栅格的指数模型建立过程,7,21,32,49,1,3,4,2,45,57,63,31,1,3,4,5,1,3,4,2,3,4,5,2,0.6,1.8,2.4,3,0.2,0.6,0.8,0.4,0.6,0.8,1,0.4,*,0.6,*,0.2,*,0.2,1.4,3.2,4.2,3.8,基于栅格的指数模型建立过程72132491342455763,23,指数模型应用,通常用于适宜性分析和脆弱性分析,例一、森林保护区土地利用研究,参数确定,土壤条件、陡坡、洪涝,靠近水体、湿地等非点源污染,公路和开发区,野生动物栖息地,美学影响,过程,对每个参数按环境成本,/,开发约束从,1,到,5,排序,对每个参数制作格网并进行叠加,取出每个参数的最大值作为输出值,从输出格网中选择低值区作为保护区域,指数模型应用通常用于适宜性分析和脆弱性分析,24,指数模型应用,地下水污染评价模型,参数确定,水的埋置深度,净补给,蓄水层介质,土壤介质,地形,渗流带影响,导水率,每个参数评分，并加权计算,指数模型应用地下水污染评价模型,25,例：地下水评价污染分析,因素：土壤特征、埋置深度、土地利用,评分系统,0-50,埋置深度,1-25,：,50,26-50,：,35,51-100,：,20,101-150,：,10,例：地下水评价污染分析因素：土壤特征、埋置深度、土地利用,26,地下水评价污染分析（续）,土地利用,灌溉用地、野生动物栖息地等：,50,非灌溉用地：,20,城市与居民区：,99,（不纳入本模型）,土壤类型,1,类,50,2,类,49,3,类,48.8,4,类,45.2,5,类,43.8,6,类,40.8,7,类,38.8,评价方程,3 X,土壤得分,+,土地利用得分,+,埋置深度得分,地下水评价污染分析（续）土地利用 土壤类型 评价方程,27,指数模型应用,野生生物栖息地适宜性指数模型,HIS,参数,生物气候带,a,、点位类型,b,、优势种,c,、郁闭度,d,、演替阶段,e;,指数模型,HIS=sqrt(3a+b+c)/6)(d+e)/2,）,归一化,0,为不适宜做栖息地，,1,为理想栖息地,指数模型应用野生生物栖息地适宜性指数模型HIS,28,指数模型应用,森林火灾指数模型,参数,植被种类,v,、海拔高度,h,、坡度,s,、坡向,a,、与道路或主宅区的接近程度,r;,每个因子分为不同层次，赋予标准得分,0,、,1,、,2,，分别对应高、中、低火灾,建立模型,H=1+100v+30s+10a+5r+2e,地图运算，产生森林火险指数分布图,指数模型应用森林火灾指数模型,29,回归模型,建立一个因变量和多个变量之间的关系，可用于预测和评估,通过地图叠加运算进行实现,类型,线性回归：数值变量,指数回归：因变量为二值而自变量为类别或数值类型数据,并非所有的,GIS,软件都提供回归模型计算,回归模型建立一个因变量和多个变量之间的关系，可用于预测和评估,30,回归模型示例,积雪量模拟,SWE=a+b X Col+c X Row+d X Height,松鼠生活环境适宜性模型,Y=0.002*H+0.228*Slope+0.685*C1+0.433*C2+0.481*C3+0.009*AspectEW,概率分布：,p=1/(1+exp(-Y),灰狼适宜生存环境与空间分布,Logit(p)=-6.5988+14.6189*R,（,R,为