GIS设计和实现地理模型库设计省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第七章第七章 地理模型库设计地理模型库设计GIS设计与实现设计与实现教程教程第1页第七章第七章 地理模型库设计地理模型库设计地理模型地理模型l对地理实体特征及其改变规律一个表示或者抽象。对地理实体特征及其改变规律一个表示或者抽象。l透过地理模型，我们能够了解地理实体本质，便于对地理现象与地透过地理模型，我们能够了解地理实体本质，便于对地理现象与地理过程进行定量分析和科学处理。理过程进行定量分析和科学处理。地理建模过程地理建模过程l利用数学语言、地理知识和程序设计工具，对地理实体加以信息提利用数学语言、地理知识和程序设计工具，对地理实体加以信息提取、数据转换、空间分析与制图输出等程序化过程。取、数据转换、空间分析与制图输出等程序化过程。第2页第七章第七章 地理模型库设计地理模型库设计地理模型建立过程：地理模型建立过程：“实践实践-理论理论-实践实践”循环循环l实践：问题定义、模型假设、演绎求解及推断过程。实践：问题定义、模型假设、演绎求解及推断过程。l理论：给出数学上和地理上分析、预报、决议或控制。理论：给出数学上和地理上分析、预报、决议或控制。l实践：经过解译回到现实世界中。实践：经过解译回到现实世界中。l循环：假如检验结果正确或可行，即可用于循环：假如检验结果正确或可行，即可用于GIS分析和操作；不然分析和操作；不然就要重新进行分析、归纳与修改地理模型，直至得到满意检验结果。就要重新进行分析、归纳与修改地理模型，直至得到满意检验结果。第3页教学提要教学提要第一第一节节 地理模型地理模型第二第二节节 地理模型建立地理模型建立第三第三节节 地理模型地理模型库库第4页第一第一节节 地理模型地理模型第5页第一第一节节 地理模型地理模型一、一、地理模型概述地理模型概述二、地理模型特点二、地理模型特点三、地理模型在三、地理模型在应应用型用型GIS设计设计中作用中作用四、地理模型分类四、地理模型分类第6页一、地理模型概述一、地理模型概述地理模型地理模型l描述地理系统各地学要素之间相互关系和客观规律信息语言或数学描述地理系统各地学要素之间相互关系和客观规律信息语言或数学或其它表示形式或其它表示形式.l通常反应了地学过程及其发展趋势或结果。通常反应了地学过程及其发展趋势或结果。专题分析模型专题分析模型l对于对于GIS来说，专题分析模型是依据关于目标知识将系统数据重新来说，专题分析模型是依据关于目标知识将系统数据重新组织，得出与目标相关更为有序新数据集合相关规则和公式，这是组织，得出与目标相关更为有序新数据集合相关规则和公式，这是应用应用GIS进行生产和科研主要伎俩。进行生产和科研主要伎俩。第7页一、地理模型概述一、地理模型概述在建立地理模型时，必须恪守以下标准：在建立地理模型时，必须恪守以下标准：l相同性相同性在允许精度范围内，很好地反应地理实体客观本质。在允许精度范围内，很好地反应地理实体客观本质。l抽象性抽象性在深入认识地理实体前提下，抽象出更深层次理性表示。在深入认识地理实体前提下，抽象出更深层次理性表示。l简练性简练性既是地理实体抽象表示，又必须是地理实体简化，以降低求解难度。既是地理实体抽象表示，又必须是地理实体简化，以降低求解难度。l正确性正确性必须使模型运行结果与所模拟地理实体演变有较高准确度。必须使模型运行结果与所模拟地理实体演变有较高准确度。l可控性可控性以地理模型所表示地理环境，要能进行控制下运行及模拟。以地理模型所表示地理环境，要能进行控制下运行及模拟。第8页二、地理模型特点二、地理模型特点地理模型建立必须以专业知识和专门研究为基础地理模型建立必须以专业知识和专门研究为基础地理模型是综合利用地理模型是综合利用GIS系统中大量数据专业化模块系统中大量数据专业化模块地理模型是地理模型是GIS应用系统处理各种实际问题武器应用系统处理各种实际问题武器地理模型是地理模型是GIS应用系统向更高技术水平发展基础应用系统向更高技术水平发展基础第9页三、地理模型在应用型三、地理模型在应用型GIS设计中作用设计中作用应用型应用型GIS总体设计需依据详细需要采取适用地理模型总体设计需依据详细需要采取适用地理模型l空间数据库数据内容选择空间数据库数据内容选择依据应用型依据应用型GIS任务目标，结合地理模型数据要求，在数据库建设时预先规划好任务目标，结合地理模型数据要求，在数据库建设时预先规划好数据采集范围、精度、量测方法等；同时，在数据结构设计时也应以最好地表示数据采集范围、精度、量测方法等；同时，在数据结构设计时也应以最好地表示地理现象和易于模型实现为标准。地理现象和易于模型实现为标准。lGIS硬件环境选择硬件环境选择依据地理模型输入、输出和运算方法选择经济实用硬件支持。依据地理模型输入、输出和运算方法选择经济实用硬件支持。lGIS软件功效选择软件功效选择依据地理模型管理和运行设计适用软件功效。依据地理模型管理和运行设计适用软件功效。第10页第一第一节节 地理模型地理模型四、地理模型分类四、地理模型分类1.按空按空间对间对象分象分类类2.按按对对象状象状态态分分类类3.按功效分按功效分类类第11页四、地理模型分类四、地理模型分类|按空间对象分类按空间对象分类依据所表示空间对象不一样分为：依据所表示空间对象不一样分为：l理论模型理论模型基于物理或化学原理理论模型，普通应用数学分析方法来建立数学表示式，反应基于物理或化学原理理论模型，普通应用数学分析方法来建立数学表示式，反应地理过程本质理化规律，如地表径流模型、海洋和大气环流模型等。地理过程本质理化规律，如地表径流模型、海洋和大气环流模型等。l经验模型经验模型基于变量之间统计关系或启发式关系模型统称，是经过数理统计方法和大量观察基于变量之间统计关系或启发式关系模型统称，是经过数理统计方法和大量观察试验建立模型，如水土流失模型、适宜性分析模型等。试验建立模型，如水土流失模型、适宜性分析模型等。l混合模型混合模型基于理论原理和经验混合模型。这类模型中现有基于理论原理确实定性变量，也基于理论原理和经验混合模型。这类模型中现有基于理论原理确实定性变量，也有应用经验加以确定不确定性变量，如资源分配模型、位址选择模型等。有应用经验加以确定不确定性变量，如资源分配模型、位址选择模型等。第12页四、地理模型分类四、地理模型分类|按空间对象分类按空间对象分类按空间对象分类按空间对象分类模型分模型分类类理理论论依据依据应应用用领领域（域（举举例）例）模型示例模型示例理论模型物理或化学原理地表径流运动方程经验模型启发式或统计关系水土流失统计、回归混合模型半经验性资源分配运输方程应应用模型空用模型空间对间对象分象分类类 （据（据陈说陈说彭等）彭等）第13页四、地理模型分类四、地理模型分类|按空间对象分类按空间对象分类三种模型优缺点三种模型优缺点l理论模型理论模型优点：因果关系清楚，能够准确地反应系统内各要素之间定量关系，对自然过程优点：因果关系清楚，能够准确地反应系统内各要素之间定量关系，对自然过程易于控制。易于控制。缺点：难以包含太多要素，简化理想情形减弱了实用性。缺点：难以包含太多要素，简化理想情形减弱了实用性。l经验模型经验模型优点：能够经过大量实践建立，简单实用、适用性广、能够处理大量相关原因。优点：能够经过大量实践建立，简单实用、适用性广、能够处理大量相关原因。缺点：过程不清，采取缺点：过程不清，采取“黑箱黑箱”或或“灰箱灰箱”方法建立。方法建立。l混合模型混合模型结合上述两种模型特点，在地理建模中应用较为广泛。结合上述两种模型特点，在地理建模中应用较为广泛。第14页四、地理模型分类四、地理模型分类|按对象状态分类按对象状态分类按照研究对象瞬时状态和发展过程，地理模型分类按照研究对象瞬时状态和发展过程，地理模型分类l静态地理模型静态地理模型面向地理空间格局分析，用于分析地理现象及要素空间相互作用。面向地理空间格局分析，用于分析地理现象及要素空间相互作用。这是当前较为常见地理模型，大部分这是当前较为常见地理模型，大部分GIS平台都具备很好空间分析工具用于静态平台都具备很好空间分析工具用于静态模型应用。模型应用。l动态地理模型动态地理模型主要面向地理过程研究，用于预测研究目标时空动态演变及趋势。如城市扩展、主要面向地理过程研究，用于预测研究目标时空动态演变及趋势。如城市扩展、土地利用改变、人口迁移、疾病扩散、火灾蔓延、洪水淹没等。土地利用改变、人口迁移、疾病扩散、火灾蔓延、洪水淹没等。这是应用型这是应用型GIS进行地理建模应重点关注内容。进行地理建模应重点关注内容。第15页四、地理模型分类四、地理模型分类|按功效分类按功效分类按照地理模型功效，地理模型分类按照地理模型功效，地理模型分类l统计分析模型统计分析模型l预测模型预测模型l决议模型决议模型l模拟模型模拟模型lGIS空间分析模型空间分析模型第16页第二第二节节 地理模型建立地理模型建立第17页第二第二节节 地理模型建立地理模型建立一、一、地理建模普通过程地理建模普通过程二、地理建模二、地理建模惯惯用方法用方法三、地理模型建立三、地理模型建立四、四、GIS与地理模型集成与地理模型集成第18页第二节第二节 地理模型建立地理模型建立建立平台建立平台l在应用型在应用型GIS建设中，普通采取在通用型建设中，普通采取在通用型GIS平台（如平台（如ArcGIS）上进）上进行二次开发建设模式。行二次开发建设模式。l在这种情况下，地理模型建设也是基于通用型在这种情况下，地理模型建设也是基于通用型GIS平台所提供空间处平台所提供空间处理与分析设计基础环境进行。理与分析设计基础环境进行。第19页种类功效GIS空间数据处理 编辑处理：图形数据和属性数据编辑，图形数据拼接和分割等；变换处理：投影变换、坐标变换、百分比尺变换、几何校正等；编码和压缩处理：数据编码、多出节点去除以及栅格数据压缩等；数据插值：点内插、区域内插等；数据类型转换：矢量与栅格数据转换、系统间数据格式转换等。GIS空间分析设计 查询分析：如拓扑查询、条件查询等；几何分析：如面积周长距离量算、开窗分析、多边形合并等；地形分析：如空间内插分析、等值线分析、坡度和坡向分析、分水岭分析、淹没分析、流域分析：如地形剖面分析、三维地形显示与分析等；叠置分析：如多边形叠置分析、视觉信息复合分析、条件与非条件叠置分析等。邻域分析：如缓冲带分析、走廊分析、泰森多边形分析、拟合分析等；网络分析：如最正确路径分析、时空规划分析、网络流量模拟分析等；图像分析：如图像增强、图像分割、图像细化、空间滤波、高程影像叠置分析等；多元分析：如聚类分析、主成份分析、判别因子分析、趋势面分析、回归分析等；应用模型分析：与GIS应用亲密相关各种应用模型分析。第二节第二节 地理模型建立地理模型建立GIS平台所具平台所具备备主要空主要空间间数据数据处处理与空理与空间间分析功效分析功效第20页一、地理建模普通过程一、地理建模普通过程地理建模流程地理建模流程l在地理研究实践中经过不停观察和总结，形成研究实体概念模型。在地理研究实践中经过不停观察和总结，形成研究实体概念模型。l采取数理统计方法探索统计规律，上升到理论模型。采取数理统计方法探索统计规律，上升到理论模型。l再采取综合方法建立实用分析模型。再采取综合方法建立实用分析模型。建模准备建模准备模型应用模型应用模型分析与检验模型分析与检验建模假设建模假设建立模型建立模型模型求解模型求解地理建模流程地理建模流程图图第21页一、地理建模普通过程一、地理建模普通过程地理建模普通过程地理建模普通过程l建模准备建模准备第22页一、地理建模普通过程一、地理建模普通过程地理建模普通过程地理建模普通过程l建模准备建模准备建模准备包含了解地理问题实际背景、明确地理建模目标、掌握地理对象各种信建模准备包含了解地理问题实际背景、明确地理建模目标、掌握地理对象各种信息（如数据资料等）以及搞清对象特征。息（如数据资料等）以及搞清对象特征。针对不一样领域问题，建模者需要进行深入细致调查研究，按模型需要有目标地针对不一样领域问题，建模者需要进行深入细致调查研究，按模型需要有目标地搜集所需资料。搜集所需资料。第23页一、地理建模普通过程一、地理建模普通过程地理建模普通过程地理建模普通过程l建模准备建模准备l模型假设模型假设第24页一、地理建模普通过程一、地理建模普通过程地理建模普通过程地理建模普通过程l建模准备建模准备l模型假设模型假设模型假设是依据地理对象特征和建模目标，对问题进行必要简化，而且用准确语模型假设是依据地理对象特征和建模目标，对问题进行必要简化，而且用准确语言作出假设。言作出假设。这是地理建模关键，要区分问题主要和次要方面，尽可能将问题均匀化、线性化。这是地理建模关键，要区分问题主要和次要方面，尽可能将问题均匀化、线性化。第25页一、地理建模普通过程一、地理建模普通过程地理建模普通过程地理建模普通过程l建模准备建模准备l模型假设模型假设l建立模型建立模型第26页一、地理建模普通过程一、地理建模普通过程地理建模普经过程地理建模普经过程l建模准备建模准备l模型假设模型假设l建立模型建立模型建立模型是指依据所做假设，利用适当数学工具，确定各因子之间联络，经过表建立模型是指依据所做假设，利用适当数学工具，确定各因子之间联络，经过表格、图形或是其它数学结构建立地理模型。格、图形或是其它数学结构建立地理模型。建模者需要掌握较为广泛数学知识。建模者需要掌握较为广泛数学知识。第27页一、地理建模普通过程一、地理建模普通过程地理建模普通过程地理建模普通过程l建模准备建模准备l模型假设模型假设l建立模型建立模型l模型求解模型求解第28页一、地理建模普通过程一、地理建模普通过程地理建模普通过程地理建模普通过程l建模准备建模准备l模型假设模型假设l建立模型建立模型l模型求解模型求解对以上建立模型进行数学上求解，包含解方程、画图形、逻辑推理、稳定性讨论对以上建立模型进行数学上求解，包含解方程、画图形、逻辑推理、稳定性讨论等。等。模型求解要求建模者掌握一些惯用数据分析软件，如模型求解要求建模者掌握一些惯用数据分析软件，如Matlab、SPSS等。等。第29页一、地理建模普通过程一、地理建模普通过程地理建模普通过程地理建模普通过程l建模准备建模准备l模型假设模型假设l建立模型建立模型l模型求解模型求解l模型分析模型分析第30页一、地理建模普通过程一、地理建模普通过程地理建模普通过程地理建模普通过程l建模准备建模准备l模型假设模型假设l建立模型建立模型l模型求解模型求解l模型分析模型分析对模型求解结果进行数学和地理上分析。对模型求解结果进行数学和地理上分析。需依据地理问题性质，分析各变量之间依赖关系；要求对结果进行预测、最优决需依据地理问题性质，分析各变量之间依赖关系；要求对结果进行预测、最优决议或控制等。议或控制等。第31页一、地理建模普通过程一、地理建模普通过程地理建模普通过程地理建模普通过程l建模准备建模准备l模型假设模型假设l建立模型建立模型l模型求解模型求解l模型分析模型分析l模型检验模型检验第32页一、地理建模普通过程一、地理建模普通过程地理建模普通过程地理建模普通过程l建模准备建模准备l模型假设模型假设l建立模型建立模型l模型求解模型求解l模型分析模型分析l模型检验模型检验用实际现象或数据检验模型合理性和适用性，即检验模型正确性。用实际现象或数据检验模型合理性和适用性，即检验模型正确性。若检验结果正确，模型即可用；若检验结果有误，则需修改或重新建模。经验表若检验结果正确，模型即可用；若检验结果有误，则需修改或重新建模。经验表明，模型假设是最易造成结果有误步骤。明，模型假设是最易造成结果有误步骤。第33页第二第二节节 地理模型建立地理模型建立二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法1.主成份分析法主成份分析法2.系系统统聚聚类类分析法分析法3.层层次分析法次分析法4.含糊含糊综综合合评评价法价法5.地地统计统计分析方法分析方法6.人工神人工神经经网网络络方法方法7.元胞自元胞自动动机模型机模型第34页二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|主成份分析法主成份分析法主要应用主要应用l需要包括大量相互关联自然和社会要素背景需要包括大量相互关联自然和社会要素背景基本原理基本原理l较少综合指标替换较多变量指标较少综合指标替换较多变量指标l较少综合指标尽可能多反应较多信息较少综合指标尽可能多反应较多信息l较少综合指标彼此独立较少综合指标彼此独立第35页二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|主成份分析法主成份分析法主成份分析法主要计算步骤主成份分析法主要计算步骤l建立观察值矩阵。建立观察值矩阵。l计算相关系数矩阵。计算相关系数矩阵。l计算特征值与特征向量。计算特征值与特征向量。l计算主成份贡献率及累计贡献率。计算主成份贡献率及累计贡献率。l计算主成份载荷，最终得到各主成份得分。计算主成份载荷，最终得到各主成份得分。第36页系统聚类分析基本原理系统聚类分析基本原理l假设要评价地理要素有假设要评价地理要素有n个评价单元个评价单元,每个单元测得每个单元测得P个指标（变量）个指标（变量）评价值：评价值：首先将首先将n个单元（或样本）各自看成一类。个单元（或样本）各自看成一类。然后依据单元（或样本）间相同程度，将最相同两类加以合并。然后依据单元（或样本）间相同程度，将最相同两类加以合并。然后计算新类与其它类之间相同程度，再选择最相同者并类，这么每合并一类，然后计算新类与其它类之间相同程度，再选择最相同者并类，这么每合并一类，就降低一类，继续这一过程，直至将全部相同单元（或样本）合并为一类为止。就降低一类，继续这一过程，直至将全部相同单元（或样本）合并为一类为止。其相同程度由距离或相同系数定义，主要有绝对值距离、欧氏距离、切比雪夫距其相同程度由距离或相同系数定义，主要有绝对值距离、欧氏距离、切比雪夫距离、马氏距离、兰氏距离、相同系数、指数相同系数和定性指标距离等。离、马氏距离、兰氏距离、相同系数、指数相同系数和定性指标距离等。二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|系统聚类分析法系统聚类分析法第37页层次分析法基本原理层次分析法基本原理l层次分析法将复杂问题各个原因划分为相互联络有序层次，使之条理层次分析法将复杂问题各个原因划分为相互联络有序层次，使之条理化，然后客观判断每一层次各原因相对主要性，确定出每一层次相对化，然后客观判断每一层次各原因相对主要性，确定出每一层次相对主要性权值。主要性权值。l层次分析法在许多地理决议建模中得到广泛应用。层次分析法在许多地理决议建模中得到广泛应用。地理决议问题关联着很多原因因子条件，层次分析法把相关联要素按隶属关系划地理决议问题关联着很多原因因子条件，层次分析法把相关联要素按隶属关系划分为若干层次，请有经验教授们对各层次、各原因相对主要性给出定量指标，利分为若干层次，请有经验教授们对各层次、各原因相对主要性给出定量指标，利用数学方法综合众人意见给出各层次、各要素相对主要性权值。用数学方法综合众人意见给出各层次、各要素相对主要性权值。二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|层次分析法层次分析法第38页层次分析方法普通步骤层次分析方法普通步骤l建立层次结构模型。建立层次结构模型。将相关各个原因按照不一样属性自上而下地分解成若干层次，最上层为目标层，将相关各个原因按照不一样属性自上而下地分解成若干层次，最上层为目标层，最下层通常为方案或对象层，中间能够有一个或几个层次，通常为准则或指标层。最下层通常为方案或对象层，中间能够有一个或几个层次，通常为准则或指标层。l结构成对比较阵。结构成对比较阵。从层次结构模型第从层次结构模型第2层开始，对于隶属于（或影响）上一层每个原因同一层诸原因，层开始，对于隶属于（或影响）上一层每个原因同一层诸原因，用成对比较法和用成对比较法和1-9比较尺度结构成对比较阵，直到最下层。比较尺度结构成对比较阵，直到最下层。l计算权向量并做一致性检验。计算权向量并做一致性检验。对于每一个成对比较阵计算最大特征根及对应特征向量，利用一致性指标、随机对于每一个成对比较阵计算最大特征根及对应特征向量，利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验。一致性指标和一致性比率做一致性检验。l计算组合权向量并做组合一致性检验。计算组合权向量并做组合一致性检验。二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|层次分析法层次分析法第39页定义定义l一个利用含糊数学原理分析和评价含糊系统分析方法。一个利用含糊数学原理分析和评价含糊系统分析方法。原理原理l含糊数学把经典集合论中只能取含糊数学把经典集合论中只能取0和和1两个值特征函数，拓展到在两个值特征函数，拓展到在0，1闭区间上取值得到隶属函数，把绝正确属于与不属于闭区间上取值得到隶属函数，把绝正确属于与不属于“非此即彼非此即彼”扩展为愈加灵活渐变函数。扩展为愈加灵活渐变函数。应用应用l在地理学中，含糊综合评判方法经常被用于资源和环境条件评价、生在地理学中，含糊综合评判方法经常被用于资源和环境条件评价、生态评价、区域可连续发展评价等方面态评价、区域可连续发展评价等方面二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|含糊综合评价法含糊综合评价法第40页地统计学基本概念地统计学基本概念l以区域化变量理论为基础，以变异函数为主要工具，研究那些在空间以区域化变量理论为基础，以变异函数为主要工具，研究那些在空间分布上现有随机性、又有结构性，或空间相关联性和依赖性自然现象分布上现有随机性、又有结构性，或空间相关联性和依赖性自然现象一门科学。一门科学。在地统计分析方法中几个主要概念在地统计分析方法中几个主要概念l地统计学最基本两个函数，协方差函数和半变异函数，是以建立区域地统计学最基本两个函数，协方差函数和半变异函数，是以建立区域化变量理论为基础而建立起来。而地统计主要插值方法之一，克里格化变量理论为基础而建立起来。而地统计主要插值方法之一，克里格（kringing），就是建立在边缘函数理论和结构分析基础之上。），就是建立在边缘函数理论和结构分析基础之上。二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|地统计分析方法地统计分析方法第41页在地统计分析方法中几个主要概念在地统计分析方法中几个主要概念l区域化变量区域化变量也称为区域化随机变量，区域化随机变量则依据其在区域内位置不一样而取不一也称为区域化随机变量，区域化随机变量则依据其在区域内位置不一样而取不一样值。也就是说，区域化随机变量是普通随机变量在一个区域内确定位置上确实样值。也就是说，区域化随机变量是普通随机变量在一个区域内确定位置上确实定取值，它是与位置相关函数。定取值，它是与位置相关函数。区域化变量含有两个最主要特征，即随机性和结构性。区域化变量含有两个最主要特征，即随机性和结构性。二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|地统计分析方法地统计分析方法第42页在地统计分析方法中几个主要概念在地统计分析方法中几个主要概念l空间协方差：它反应区域化变量间差异，用下式表示：空间协方差：它反应区域化变量间差异，用下式表示：式中，式中，为两样本点空间分隔距离；为两样本点空间分隔距离；为为 在空间位置在空间位置 处是实测值，处是实测值，是是 在处距离偏离在处距离偏离 实测值实测值 ，是分隔距离为是分隔距离为 时时样本点总对数，样本点总对数，和和 分别为分别为 和和 样本平均数。样本平均数。l半变异函数半变异函数半变异函数又称半变差函数或半变异矩。是地统计分析所特有工具。区域化变量半变异函数又称半变差函数或半变异矩。是地统计分析所特有工具。区域化变量 在点在点 和和 处值处值 和和 差方差二分之一，称为区域化变量差方差二分之一，称为区域化变量 半变异函数，记为半变异函数，记为 。二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|地统计分析方法地统计分析方法第43页在地统计分析方法中几个主要概念在地统计分析方法中几个主要概念l克里格插值方法克里格插值方法 克里格法是依据待估样本点有限邻域内若干已测定样本点数据，在考虑了样本点克里格法是依据待估样本点有限邻域内若干已测定样本点数据，在考虑了样本点形状、大小和空间相互位置关系，与样本点相互空间位置关系，以及变异函数提形状、大小和空间相互位置关系，与样本点相互空间位置关系，以及变异函数提供结构信息之后，对待估样本点值进行一个线性无偏最优预计。供结构信息之后，对待估样本点值进行一个线性无偏最优预计。克里格方法主要有：普通克里格、简单克里格、泛克里格、协同克里格、对数正克里格方法主要有：普通克里格、简单克里格、泛克里格、协同克里格、对数正态克里格、指示克里格、概论克里格、析取克里格等。态克里格、指示克里格、概论克里格、析取克里格等。二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|地统计分析方法地统计分析方法第44页人工神经网络人工神经网络l是含有高度非线性超大规模连续时间动力系统。是含有高度非线性超大规模连续时间动力系统。l由大量神经元广泛互联形成网络。由大量神经元广泛互联形成网络。l含有自学习功效、联想存放功效和高速寻找优化解能力等三大优势。含有自学习功效、联想存放功效和高速寻找优化解能力等三大优势。l尤其适适用于地理模式识别、地理过程模拟和预测、复杂地理系统优尤其适适用于地理模式识别、地理过程模拟和预测、复杂地理系统优化计算等问题研究。化计算等问题研究。二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|人工神经网络方法人工神经网络方法第45页与回归模型相比人工神经网络优点：与回归模型相比人工神经网络优点：l神经网络是非线性，不要输入变量和输出数据之间先验函数关系。神经网络是非线性，不要输入变量和输出数据之间先验函数关系。l神经网络技术能够用来分析复杂数据模型，包含连续、近似连续或者神经网络技术能够用来分析复杂数据模型，包含连续、近似连续或者明确、含糊输入数据，以及数据实现多元输出。明确、含糊输入数据，以及数据实现多元输出。l神经网络分析训练和检验阶段一旦成功，产生算法很轻易利用于实践。神经网络分析训练和检验阶段一旦成功，产生算法很轻易利用于实践。二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|人工神经网络方法人工神经网络方法第46页元胞自动机元胞自动机l以空间中有规则排列元胞（以空间中有规则排列元胞（Cell）为数据单元。）为数据单元。l每个元胞有一个状态（每个元胞有一个状态（State）。）。l元胞下一个状态取决于全部相邻元胞状态和转换规则。元胞下一个状态取决于全部相邻元胞状态和转换规则。元胞自动机最基本组成要素元胞自动机最基本组成要素l元胞空间（元胞空间（Lattice）、状态空间（）、状态空间（States）、邻居（）、邻居（Neighbors）、转）、转化规则（化规则（Rule）l利用形式语言以一个四元组描述：利用形式语言以一个四元组描述：二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|元胞自动机模型元胞自动机模型第47页元胞自动机模型元胞自动机模型l 式中，式中，M为元胞自动机；为元胞自动机；L代表规则划分网格空间，也就是元胞空间，每个格网单元就是一个元胞；代表规则划分网格空间，也就是元胞空间，每个格网单元就是一个元胞；S是元胞处于状态集合；是元胞处于状态集合；N是元胞邻域环境；是元胞邻域环境；f是局域转换规则函数。是局域转换规则函数。二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|元胞自动机模型元胞自动机模型第48页元胞自动机模型元胞自动机模型l元胞空间元胞空间元胞分布空间，元胞空间通常是一维或者二维空间，但理论上能够是任意正整数元胞分布空间，元胞空间通常是一维或者二维空间，但理论上能够是任意正整数维欧式空间。维欧式空间。l元胞状态空间元胞状态空间指元胞在某离散时刻状态取值集合，每一个元胞能够对应多个状态变量，它是一指元胞在某离散时刻状态取值集合，每一个元胞能够对应多个状态变量，它是一个离散有限集合。元胞状态能够包含向量表示各种属性。个离散有限集合。元胞状态能够包含向量表示各种属性。二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|元胞自动机模型元胞自动机模型第49页元胞自动机模型元胞自动机模型l元胞邻域元胞邻域指元胞周围按一定形状划定元胞集合，元胞演化即是由周围这些元胞状态来决定，指元胞周围按一定形状划定元胞集合，元胞演化即是由周围这些元胞状态来决定，要确定由周围哪些元胞状态来决定，则必须定义一个邻域结构来明确一个元胞邻要确定由周围哪些元胞状态来决定，则必须定义一个邻域结构来明确一个元胞邻域范围。域范围。l转换规则转换规则是一个状态转移函数，是依据当前时刻本元胞及其邻居状态确定下一个时刻本元是一个状态转移函数，是依据当前时刻本元胞及其邻居状态确定下一个时刻本元胞状态动力学函数。胞状态动力学函数。二、地理建模惯用方法二、地理建模惯用方法|元胞自动机模型元胞自动机模型第50页第二第二节节 地理模型建立地理模型建立三、地理模型建立三、地理模型建立1.地理模型建模路径地理模型建模路径2.地理建模地理建模实实例例第51页在在GIS环境内构建地理模型，分为两类：环境内构建地理模型，分为两类：lGIS软件商直接提供，如软件商直接提供，如ESRI企业提供水文分析模块。企业提供水文分析模块。lGIS应用者利用应用者利用GIS软件提供宏语言、应用函数库（软件提供宏语言、应用函数库（API）或功效组）或功效组件（件（COM）等，发展各自所需空间分析模型。）等，发展各自所需空间分析模型。将由将由GIS软件支持功效看做模型部件，按照分析目标和标准，对部件进行有机组软件支持功效看做模型部件，按照分析目标和标准，对部件进行有机组合。合。构建空间分析模型，开发效率较高，构建空间分析模型，开发效率较高，GIS用户比较轻易了解和应用。用户比较轻易了解和应用。三、地理模型建立三、地理模型建立|地理模型建模路径地理模型建模路径第52页在在GIS环境外构建地理模型环境外构建地理模型l将将GIS看成一个空间数据库来用，空间模型分析功效则利用其它软件看成一个空间数据库来用，空间模型分析功效则利用其它软件（比如（比如SAS，SPSS，GLIM）或计算机高级程序语言如）或计算机高级程序语言如C，C+等来等来编写。编写。l依据不一样数据共享方法，可分为两类：依据不一样数据共享方法，可分为两类：一类是不与空间数据库共享数据，这种方法比较轻易实现，但时间和空间效率均一类是不与空间数据库共享数据，这种方法比较轻易实现，但时间和空间效率均不高。不高。另一类是空间分析模型和另一类是空间分析模型和GIS空间数据库共享数据，这种方法最大优点是，能够空间数据库共享数据，这种方法最大优点是，能够利用现有空间分析软件。利用现有空间分析软件。三、地理模型建立三、地理模型建立|地理模型建模路径地理模型建模路径第53页独立开发构建地理模型独立开发构建地理模型l独立开发实现一个独立开发实现一个GIS应用软件系统：如国产应用软件系统：如国产MAPGIS、SuperMap、GeoStar等软件就包含了很多自行开发实现应用分析模型。等软件就包含了很多自行开发实现应用分析模型。三、地理模型建立三、地理模型建立|地理模型建模路径地理模型建模路径第54页ArcGIS Model Builder介绍介绍l提供了一个便捷结构地理模型图形化建模工具提供了一个便捷结构地理模型图形化建模工具模型生成器模型生成器（Model Builder）。）。lModel Builder技术特色技术特色空间处理流程自动化。空间处理流程自动化。方便共享地理处理知识。方便共享地理处理知识。方便添加复杂处理模型。方便添加复杂处理模型。三、地理模型建立三、地理模型建立|地理建模实例地理建模实例第55页ArcGIS Model Builder介绍介绍l模型生成器窗口由菜单栏、工具条和图形窗口模型生成器窗口由菜单栏、工具条和图形窗口3部分组成。部分组成。三、地理模型建立三、地理模型建立|地理建模实例地理建模实例工具条工具条图图形窗口形窗口菜菜单单条条第56页ArcGIS Model Builder介绍介绍l经过经过Model Builder生成模型主要输入数据、输出数据和空间处理工生成模型主要输入数据、输出数据和空间处理工具三部分组成。具三部分组成。输入数据和输出数据类型能够是栅格数据集、输入数据和输出数据类型能够是栅格数据集、Shape文件、文件、Coverage等。等。空间处理工具包含空间处理工具包含ArcToolbox中全部工具集，也能够使用模型（中全部工具集，也能够使用模型（model）、由脚）、由脚本（如本（如Python）定制工具或其它工具箱中系统工具。）定制工具或其它工具箱中系统工具。三、地理模型建立三、地理模型建立|地理建模实例地理建模实例第57页ArcGIS Model Builder介绍介绍lModel Builder元素元素三、地理模型建立三、地理模型建立|地理建模实例地理建模实例Tools（工具）（工具）:与与ArcToolbox一一样样，能，能够够直接拖拽到直接拖拽到Model中来使用，在中来使用，在Model中，默中，默认认用金黄色方框表用金黄色方框表现现；Project data（业务业务数据）：在工具数据）：在工具执执行之行之前存在任何数据，前存在任何数据，Project data 作作为为工具工具输输入数据，用深入数据，用深蓝蓝色色椭圆椭圆来表来表现现；Derived data（中（中间间生成数据）：是依据生成数据）：是依据业业务务数据与工具分析之后数据与工具分析之后生成新数据生成新数据,普通用普通用绿绿色色椭圆椭圆来表来表现现；Values（值值）：参）：参考工具参数而不是数据考工具参数而不是数据集，如集，如缓缓冲工具冲工具缓缓冲距冲距离，离，value普通用浅普通用浅蓝蓝色色椭圆椭圆表表现现；Derived values（中（中间间生成参数）：运行工具以后生成参数）：运行工具以后创创建参建参考考值值，比如，比如计计算默算默认认簇容限工具簇容限工具输输出出值值。用浅。用浅绿绿色色椭圆椭圆表表现现。第58页ArcGIS Model Builder建模示例建模示例（利用（利用DEM数据提取子流域）数据提取子流域）l加载数据加载数据在在ArcMap中新建地图文档，添加中新建地图文档，添加DEM、行政边界等数据，并设置地图显示样式。、行政边界等数据，并设置地图显示样式。三、地理模型建立三、地理模型建立|地理建模实例地理建模实例研究区研究区DEM数据数据第59页ArcGIS Model Builder建模示例建模示例（利用（利用DEM数据提取子流域）数据提取子流域）三、地理模型建立三、地理模型建立|地理建模实例地理建模实例l模型工作目模型工作目录设录设置置打开打开Arctoolbox，执执行菜行菜单单命令：命令：“Tools”（工具）（工具）“Options”（选项选项）。）。打开打开设设置置对话对话框，框，设设置置“Geoprocessing”（空（空间处间处理）理）选项页选项页中中“My Toolboxes”（我工具（我工具箱）。箱）。指定模型存放工作路径，如指定模型存放工作路径，如“D:ArcGIS Models”，下面建立模型将会被保留到，下面建立模型将会被保留到该该目目录录，文件后文件后缀为缀为.tbx。第60页ArcGIS Model Builder建模示例建模示例（利用（利用DEM数据提取子流域）数据提取子流域）三、地理模型建立三、地理模型建立|地理建模实例地理建模实例l新建工具集新建工具集在在Arctoolbox中，右中，右键键点点击击根目根目标标“ArcToolbox”。在右在右键键菜菜单单中中执执行行“New Toolbox”（新工（新工具箱）命令。具箱）命令。将会在上面定将会在上面定义义模型工作目模型工作目录录“D:ArcGIS Models”创创建一个工具箱，将新建工具箱建一个工具箱，将新建工具箱更名，比如更名，比如“MyFirst”。第61页ArcGIS Model Builder建模示例建模示例（利用（利用DEM数据提取子流域）数据提取子流域）三、地理模型建立三、地理模型建立|地理建模实例地理建模实例l模型模型创创建