GIS的应用模型PPT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,*,第六章 地理信息系统的应用模型,1,重点,1,、掌握,GIS,应用模型的类型和构建,2,、了解常用的,GIS,应用模型的构建过程,2,第一节,GlS,应用模型概述,3,4,二、应用模型的构建,应用模型的构建实际包括,目的导向分析,和,数据导向操作,两个过程。,5,（一）应用模型构建的,步骤,：,明确分析的目的和评价准则；,准备分析数据；,空间分析操作；,结果分析；,解释、评价结果；,结果输出。,6,例如：要进行道路拓宽改建中拆迁指标的计算。,首先明确分析的目的和标准：,目的,是计算由于道路拓宽而需要拆迁的建筑物的,建筑面积和房产价值,。,标准,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,10,层以上的建筑不拆除。,7,准备用于分析的数据,现状道路空间分布数据；,分析区域内建筑物分布数据及相关属性数据,(,如建筑面积和楼层数,),。,进行空间分析操作,缓冲区分析；,叠置分析。,8,进行统计分析,最后将分析结果以地图和表格的形式打印输出。,首先对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行按,楼层,属性的选择，凡落入拆迁区且楼层高于,10,层以上的建筑，将其从选择组中去掉，并对道路拓宽边界进行,局部调整,，然后对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。,9,（二）应用模型建模的,途径,：,10,制图建模的实现方法,采用空间分析流程的逆过程。,即从空间分析的最终结果开始，反向一步步分析为得到最终结果，需要采取哪些空间分析方法？哪些数据是必须的？并确定每一步要输入的数据以及这些数据是如何派生而来。,可视化制图建模工具,如,ArcView GIS,的,ModelBuilder,（三）应用模型建模的,方法,制图建模,11,第二节 适宜性分析模型,适宜性分析,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、道路选线、选择重新造林的最适宜的土地等。,12,建立适宜性分析模型的一般步骤,;,首先确定具体的开发活动；,其次选择其影响因子；,然后评判某一地域的各个因子对这种开发活动的适宜程度，以作为土地利用规划决策的依据。,13,一、一般形式,设有某项评价目标或开发活动,T,该,T,对应一组影响因素,X1,X2,Xm,； 每个因素对应一组参评因子 每个因子有一组属性,v1,v2,vn;,因此，每个因素对应一个属性集,Vi:,显然，每个因素的属性集都是一个对指定的,T,从优到劣的全序集，且满足：,各个参评因子及其属性值的取得由数据库提取或由,GIS,空间分析软件生成，各个因素按其属性集的优劣，可用下列矩阵表示,:,14,式中,: P,为,Xi,对,T,的贡献函数值,;,W,为,Xi,对,T,的权重值。,P,值的确定方法为,:,将各因子最适宜的指标值定为贡献函数值,l00,，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。有了上述矩阵数据和,GlS,功能的支持，可以求取基于栅格单元的评价分值：,15,然后，根据使,G(Pji)=1-|R(T)-Pji/100| (6-3),的值为最大时的,P,所对应的,j,即为所求的某个,T,的适宜级,Sj,。显然，当适宜级为,S2,或,S3,时，必须同时确定其限制性因子。限制性因子的计算公式为,16,二、 应用实例,以某地区的玉米种植地评价为例，介绍适宜性分析模型的应用及基于,GIS,的土地评价方法和过程,:,(1),评价对象：,玉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,:S1(,最适宜,),、,S2(,次适宜,),、,S3(,临界适宜,),和,N(,不适宜,),。,17,(2),评价方法。,采用基于,GlS,的土地质量评价法，即将玉米作物生长有关的,主导生态条件,与,土地质量,(,供水、供肥等,),相比照，从而评定土地的适宜性等级。,18,（,3,）评价过程：,评价对象,生态条件,的调查。,评价对象,玉米,属于禾本科，为一年生草本，其主导生态条件例如,:,性喜高温，需水量大，要求土壤肥沃和土层疏松，其根系生长要求防止土壤侵蚀等,。,19,确定评价对象的,影响因素和因子,。,根据将玉米作物生长有关的生态条件与土地质量相比照，除了温度可通过季节调节外，其他影响因素和因子如图,6-1,所示,:,因素,因子,20,利用,GIS,生成,影响因素数据。,例如供水有效性，其影响因子为水源和土层厚度，它们对供水或保水有效性的属性集如表,6-2,所示,:,21,22,根据表,6-2,和相应的空间数据，通过如图,6-2,所示的,GIS,操作过程，可以有效生成基于栅格单元的,供水条件等级数据文件,R1,。同理，可以生成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,。这些数据文件是土地适宜性评价的重要基础，而它们的可靠性又取决于各个参评因子及其属性集的确定。,23,计算各因素的,权重,和,贡献函数值,。,由于每个影响因素或土地质量,Qi(i=1,2,3,4),对评价对象的贡献大小和适宜程度不同，因此不同因素有不同的,权重,Wi,，不同级别的因素对评价对象的,贡献函数值,Pji,也不相同。,24,权重,Wi,的计算方法,首先，将土地质量按其对评价对象重要性的不同，进行,由小到大的排队,；,其次，确定,Qi+1,对,Qi,的重要性程度,Vi+1,i,，用倍数表示，并令,V1,0=1,，其结果如表,6-3,所示,;,土壤侵蚀,供氧,供肥,供水,25,2024/11/28,26,式中，,U1=V1,0, U2=V2,1,V1,0, Ui=Vi,i-1,Vi-1,i-2,V1,0,，所以，和土地质量,Qi(i=1,2,3,4),对应的权重分别为,W1=0.67,，,W2=0.17,，,W3=0.08,，,W4=0.08,。,最后，按照下列公式计算各土地质量的权重,:,27,贡献函数值可以按照影响因素的级别来确定,。例如，如果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,，当影响因素分为,4,级时，则各因素的,P,值分别为,P1i=100, P2i=67, P3i=33, P4i=0,贡献函数值,Pji,的确定,28,根据各因素的权重与贡献函数值的关系式，可以建立各因素的评价指标表,(,表,6,4),，该指标表与不同土地质量的数据文件,Ri,相结合，,为土地适宜性评价提供依据。,29,计算机适宜性评级,(,等级,),。,通过将不同土地质量数据文件,Ri,的等级，切换为与表,6-4,相同等级对应的指标值，便可计算出基于,栅格单元,(T),的,评价分值,R(T):,然后，根据使,G(Pji)=1-|R(T)-Pji/100|,的值为最大时的,P,所对应的,j,，即为所求的对,T,的适宜性等级,Sj,。,30,例如,，当某栅格单元,Q1,的指标值为,67.0,Q2,为,11.4,，,Q3,为,2.6,，,Q4,为,0,时，该栅格单元的,R(T)=0.81,，然后将该值和,Pji,的值依次代入式（,6,3,）进行计算，只有当取,P2i=67,时，,G(P2i),的值为最大,(0.86),，所以该栅格单元的适宜性等级为,S2(,次适宜）。直至研究地区全部栅格单元都获得相应的适宜性等级，得到玉米作物种植用地的,适宜性分级图,（图,6,3,）。,31,32,33,第三节 发展预测模型,一、 一般介绍,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，在地理信息研究中，如人口预测、资源预测、粮食产量预测以及社会经济发展预测等，都是经常要解决的问题。,34,预测方法通常分为定性、定量、定时和概率预测。,在信息系统中，一般采用定量预测方法，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，来预测或控制另一个研究变量的取值。这,种数量预测常用的数学方法有移动平均数法、指数平滑法、趋势分析法、时间序列分析法、回归分析法，以及灰色系统理论模型的应用。,35,二、应用实例,以下以,人口和劳动力的预测,为例，说明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：,式中：,Pt,第,t,年人口数,;,P0,基年人口数,;,人口出生率,;,人口死亡率,;,t,时间,(,年份,),。,36,设根据研究地区一组人口统计数据的分析，得,12.5%,6.5,，将基年定为,1985,年,，并且,P0=612.7,万人。设每年净迁入该研究地区的人口数为,W=5,万人。则,37,于是可得到规划期的人口预测数（表,6,5,）。,38,同理，,根据劳动力预测方程,:,L(t)=LR(t)*L(t-1)+LW(t),式中,: L(t),为第,t,年劳动力状态向量，即本年从,18-60,岁的劳动力,;,LW,（,t,）为第,t,年劳动力迁移向量；,LR(t),为劳动力存留系数矩阵，即,式中下标,18-60,表示劳动力的年龄,;,r,代表分年龄层的劳动力存留比率。,39,于是，得到研究地区规划期劳动力的预测数（表,6-6,）。,有了这些预测的结果，将这些结果与表示每个镇、市中心点的,x,、,y,坐标联系起来，便得到一组点的数据，这组数据加上研究地区的边界数据，输入,SYMAP,程序，通过使用绘制等值线这个权，便输出一幅人口发展预测图,(,图,6-4),40,41,第四节 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、土地退化过程、湖泊沼泽化、河道冲淤、沙嘴发育，以及土壤侵蚀等，,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、,工程论证,等提供依据。,42,土壤侵蚀的模拟模型,步骤：,首先确定土壤侵蚀的,数值分析模型,；,根据模型确定影响土壤侵蚀的,因子,，这些因子必须能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；,然后选择格网尺寸，建立各个影响因子的,栅格数据文件,；,最后将多种信息加以,复合,，确定研究地区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。,43,确定土壤侵蚀的数值分析模型,土壤侵蚀的数值分析模型随具体区域而不同，美国普渡大学曾根据,30,余个观测站的数以万计的资料，用电子计算机加以分析，得出下列通用的土壤流失方程。,式中：,A,为土壤流失量，,;,R,为降雨侵蚀力,;,K,为土壤可蚀性,;,L,为坡长,;,S,为坡度,;,C,为植被覆盖度,:,P,为土壤侵蚀控制措施,。,44,设计土壤侵蚀数据处理流程,根据模型确定的土壤侵蚀因子，,研究各个因子的计算,或提取所根据的数据源和方法、数据组织和编码方式，然后拟定具体的数据处理流程,(,图,6-18),。,45,46,土壤侵蚀图的输出,根据计算土壤侵蚀贡献的公式，将各网格的土壤侵蚀量换算为土壤侵蚀贡献量。流域内各网格土壤侵蚀贡献量之和等于流域年均产沙量，并应等于流域出口断面实测的年均输沙量。,47,在求取,流域年均产沙量,前，首先要提取,流域边界,，然后将流域边界文件与土壤侵蚀量的栅格数据文件进行叠合，结果流域边界外的栅格值均为零，流域内的栅格值被保留，这样计算流域产沙量时不再受流域外数值的影响，最后将栅格的土壤侵蚀贡献量，按照拟定的分级方法，并且不同等级的贡献量以不同色调的符号表示,(,图,6-19),。,48,49,如果根据试验区的土地利用方式、土层厚度、土壤性质和降水特点，确定区域的,土壤流失容许量,，例如设,T=0.8kg/(m,2,a),，则根据区域的,年平均土壤侵蚀量,减去,土壤侵蚀容许量,，结果大于零的栅格，表示其土壤侵蚀已超过容许限度，便得到土壤侵蚀超限区域分布图。,50,2024/11/28,51,