GIS应用模型地理信息系统的应用模型省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第六章第六章 地理信息系统应用模型地理信息系统应用模型第一节第一节GIS应用模型概述应用模型概述第二节第二节土地定级估价模型土地定级估价模型第三节第三节适宜性分析模型适宜性分析模型第四节第四节发展预测模型发展预测模型第五节第五节区位选择模型区位选择模型第六节第六节交通规划模型交通规划模型第七节第七节地球科学模拟模型地球科学模拟模型第1页第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述一、一、GISGIS应用模型分类应用模型分类1 1、依据所表示、依据所表示空间对象空间对象不一样，分为：不一样，分为：理论模型理论模型，经验模型经验模型，混合模型。混合模型。模型分类模型分类模型分类模型分类理论依据理论依据理论依据理论依据应用领域应用领域应用领域应用领域模型模型模型模型理论理论物理或化学原理地表径流运动方程经验经验数理统计+观察试验水土流失统计、回归混合混合用理论原理确定确实定性变量+用经验确定不确定性变量资源分配运输方程第2页2 2、按照研究对象、按照研究对象瞬时状态和发展瞬时状态和发展过程，分为：过程，分为：静态、半静态、动态模型静态、半静态、动态模型模型分类模型分类应用目标静态静态分析地理现象及要素相互作用格局半静态半静态评价应用目标改变影响动态动态预测研究目标时间、空间动态演变及趋势第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述第3页地学模型模拟地学模型模拟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土壤侵蚀第4页1.2 GIS1.2 GIS应用模型构建应用模型构建 将要处理问题与专业知识相结合,从问题开始从问题开始，一步步地推导出处理问题所需要原始数据、精度标准、模型逻辑结构和方法步骤。将已经形成模型逻辑结构与GIS技术相结合，从各类数据开始从各类数据开始，一步步地将数据转换为问题答案，必要时还需要进行反馈和修改。构构构构建建建建方方方方法法法法从目出发：目导向分析从数据数据出发：数据导向操作数据导向操作1 1、构建方法、构建方法第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述第5页1.明确分析明确分析目标目标和评价准则和评价准则2.准备分析准备分析数据数据3.空间分析空间分析操作操作（叠加、缓冲区、网络。）（叠加、缓冲区、网络。）4.结果结果分析分析5.解释解释、评价结果、评价结果6.制图制图输出输出2、构建步骤、构建步骤第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述第6页应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法例：道路拓宽改建中拆迁指标计算例：道路拓宽改建中拆迁指标计算 明确分析明确分析目标和标准目标和标准目标是计算因为道路拓宽而需拆迁建筑物建筑面积和房产价值，道路拓宽改建标准是：道路从原有20m拓宽至60m；拓宽道路应尽可能保持直线；部分位于拆迁区内10层以上建筑不拆除。第7页应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法准备进行分析数据准备进行分析数据本例需要包括两类信息，一类是现实状况道现实状况道路路图；另一类为分析区域内建筑物分布建筑物分布图及相关信息。第8页应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法进行空间操作进行空间操作首先选择拟拓宽道路，依据拓宽半径，建立道路缓冲区。然后将此缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，产生一幅新图，此图包含全部部分或全部位于拓宽区内建筑物信息。第9页应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法进行统计分析进行统计分析首先对全部或部分位于拆迁区内建筑物进行选择，凡部分落入拆迁区且楼层高于10层以上建筑物，将其从选择组中去掉，并对道路拓宽边界进行局部调整。然后对全部需拆迁建筑物进行拆迁指标计算。第10页应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法将分析结果以将分析结果以地图和表格地图和表格形式打印输出。形式打印输出。第11页用宏语言开发所需空间分析模型如：ARCINFOAML语言前两种方法结合，即既利用GIS提供分析功效模块，同时依据需要开发其它所需分析功效。构构构构建建建建途途途途径径径径GIS环境内内模型建造混合混合型模型建造3、构建路径、构建路径GIS外部外部模型建造用其它应用领域软件开发模型，然后与GIS连接第一节第一节 GISGIS应用模型概述应用模型概述第12页应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法还有一些GIS软件提供了可视化地图建模辅助工具可视化地图建模辅助工具，用户只需使用其提供工具在窗口中绘出模型流程图，指定流程图意义、所用参数，矩阵等即可完成制图模型设计，而无需书写复杂命令程序。可视化制图建模工具为用户提供了高层次设计工高层次设计工具和伎俩具和伎俩，可使用户将更多精力集中于专业领域研究。第13页第一节第一节 应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法第14页应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法第15页应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法第16页应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法遥感图像处理软件：遥感图像处理软件：Erdas第17页应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法遥感图像处理软件：遥感图像处理软件：Erdas第18页第19页第20页第21页第22页应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法制图建模实例：制图建模目标：取得某研究区坡度大于取得某研究区坡度大于20度区度区域占整个区域面积百分比。域占整个区域面积百分比。面积百分比/20面积整个面积？第23页应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法20面积整个面积计算面积区域范围计算面积20区域？第24页应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法20区域坡度分类坡度图？第25页应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法坡度图坡度分析DEM？第26页应用模型建模步骤和方法应用模型建模步骤和方法DEM空间插值数字等高线第27页第二节第二节 土地定级估价模型土地定级估价模型 对土地使用价值使用价值进行综合分析，揭示土地质量地域差异地域差异，评价城镇土地级别，以及以土地级别为基础，选择适宜样点资料和估价方法，分别测算商业、住宅和工业用地基准地价用地基准地价，为合理利用城镇土地提供依据。技术路线：技术路线：a)定级估价因子数据获取b)原因因子定量化处理c)定级估价单元确实定d)分值和参数计算e)土地级别评定f)级差收益测算g)面积量算和结果图输出纳入系统好处纳入系统好处：降低人工人工人工人工量、提升评定精度质量精度质量精度质量精度质量、便于动态动态动态动态管理更新第28页第二节第二节 土地定级估价模型土地定级估价模型定级估价模型：定级估价模型：1）土地定级空间单元空间单元空间单元空间单元生成方法统一栅格数据格式和单元大小2）土地定级空间单元分值分值分值分值产生方法，缓冲区、叠加分析等：基础设施、交通、自然环境、商贸3）土地理论级别分级界限分级界限分级界限分级界限确实定方法定级总分值频率直方图实例：江苏镇江土地评定实例：江苏镇江土地评定商贸、道路、公交、车站码头给排水、供气、电信医院学校、文化设施地形、地基承载力、污染第29页定义定义：在土地资源开发时，对开发活动分析，这些开发活动包含农业应用、城市化选址、作物类型布局、道路选线、选择重新造林最适宜土地等。（1）确定详细开发活动开发活动一、主要步骤：一、主要步骤：（2）选择其影响因子影响因子（3）评判各个因子对这种开发活动适宜程度适宜程度（4）提供规划决议依据决议依据第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型第30页 开发目标及意义 国内外研究现实状况 技术路线 预期结果第一步：确定详细开发活动第一步：确定详细开发活动第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型第31页经过对开发活动分析、论证后，确定：影响原因：原因：项目评价目标所包括原因原因。参评因子因子：影响每个原因因子因子属性属性：每个因子所包括属性第二步：第二步：选择主要影响原因及因子第三步：第三步：选择某种评判方法，对各个因子进行适宜程度评价第四步：第四步：将评价结果（方案）提交用户，供用户选择。第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型第32页每个因子因子因子因子有一组属性二、普通形式二、普通形式某项T评价目目目目标标标标所包括影响原因X1，X2，Xmx1，x2，xlv1，v2，vm每个原因原因原因原因对应一组参评因子第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型第33页依据以上选择原因，能够得到每个原因每个原因Xi 所对应一个属性集属性集：每个原因每个原因属性集属性集属性集属性集对于项目项目T T 都有一个优劣等级，且满足：V1l Vjl Vnl向量表示属性集属性集：第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型第34页各个原因各个原因按按属性集属性集优劣可用矩阵表示优劣可用矩阵表示其中：其中：P P 为为 X Xi i（每个原因）对（每个原因）对T T 贡献值贡献值 W W 为为 X Xi i（每个原因）对（每个原因）对T T 权重值权重值P和W确定：依据研究对象，通过计算，或者经验公式来确定。第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型第35页由以上矩阵，可求取基于栅格单元评价分值评价分值:G(Pji)=1-|R(T)Pji/100|评价分值计算评价分值计算计算某个计算某个T 适宜等级适宜等级Sj当使得G 为最大值时所对应j，即为适宜等级Sj第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型第36页适宜等级适宜等级S Sj j评价评价当适宜等级为S1：可认为最适宜S2：可认为次适宜S3：可认为临界值S4：不宜当适宜级为S S2 2或S S3 3时，必须同时确定其限制性因子。限制性因子限制性因子计算公式为 第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型第37页例：利用GIS进行土地种植玉米适宜性评价1、目标、目标对玉米地进行土地适宜性评价，经过评价将研究区分成四种适宜性等级，S1、S2、S3、S4三、应用实例三、应用实例 S1(最适宜最适宜)S2(次适宜次适宜)S3(免强适合免强适合)S4(不宜不宜)第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型第38页2、评价方法及过程评价方法及过程：基于：基于GIS土地质量评价法土地质量评价法对评价对象生态条件进行调查，得出结论：玉米属于禾本科，为一年生草本植物；主导生态条件生态条件是：喜高温、水量大、土壤肥、土层松、根系要防水土流失；(1)评价对象生态条件生态条件调查第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型第39页 确定玉米地土地适宜性评价主要原因和因子及等级标准因子及等级标准；其影响原因和因子为：(2)(2)确定评价对象确定评价对象影响原因和因子影响原因和因子第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型评价对象影响原因和因子体系评价对象影响原因和因子体系供水供水Q1供肥供肥Q2供氧供氧Q3侵蚀侵蚀Q4水源水源土层厚度土层厚度土有机肥土有机肥土孔隙率土孔隙率土壤质地土壤质地坡向坡度坡向坡度第40页(3)(3)利用利用GISGIS生成影响原因数据生成影响原因数据经过GIS操作过程，能够有效生成基于栅格单元供水条件等级等级数据文件R1比如：供水有效性，其影响因子为水源和土层厚度供水级别距水源（m）土层厚度（cm）1级502级100-20050-203级200-50020-104级50010原因原因F1F1供水供水原因原因F2F2供肥供肥原因原因F3F3供氧供氧原因原因F4F4土壤侵蚀土壤侵蚀原因原因F5F5温度温度主要原因和因子叠置分析供水分级供水分级水系图土壤图数字化数字化缓冲区属性分级 因子1 因子2第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型第41页同理，能够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，（温度反应在季节上）。因为每个影响原因Fi（i=1，2，3，4）对评价对象贡献大小和适宜程度不一样，所以，可表述为：不一样原因有不一样权重（wi）不一样级别原因对评价对象贡献函数值(Pij)也不相同。(4)计算个原因权重和贡献函数值计算个原因权重和贡献函数值可经过计算来取得权重（wi）和贡献函数(Pij)值。第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型第42页建立建立4 4个原因主要性比较表个原因主要性比较表将4个原因按主要性排队，得Q4、Q3、Q2、Q1按倍数关系比较相互之间主要性，即：令Q4主要性为1；Q3主要性同Q4，为1；QF2主要性是Q3主要性2倍；Q1主要性是Q2主要性4倍求权重（Wi）：Wi=Ui /mi=1UiW4=1/(1+1+2+2*4)=1/12=0.083W3=1/12=0.083W2=0.083*2=1/6=0.17W1=0.17*4=2/3=0.67第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型第43页P P值确实定方法：值确实定方法：贡献函数值能够按照影响原因级别来确定。普通将各因子最适宜指标值定为贡献函数值100，将各因子最不宜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。比如：比如：对供水原因，如按上所述分四级，将最适合定为贡献函数值为100，不适合定为贡献函数值为0。（3 3）按影响原因级别确定贡献函数以下：按影响原因级别确定贡献函数以下：即 最适合指标贡献函数为 P1i=100 （供水为一级）较适合指标贡献函数为 P2i=67 （供水为二级）免强适合指标贡献函数为 P3i=33 （供水为三级）不适合指标贡献函数为 P4i=0 （供水为四级）第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型第44页(4)计算玉米地土地适宜性评价等级，并输出分级图。经过将不一样土地质量数据文件Ri等级，切换为与评价指标表相同等级对应指标值，便可计算出基于栅格单元评价分值R（T）：指标指标等级等级原因(权重*贡献)F水水F肥肥F氧氧F侵蚀侵蚀10.67*100=67.00.17*100=17.00.08*100=8.00.08*100=8.020.67*67=44.80.17*67=11.40.08*67=5.40.08*67=5.430.67*33=22.20.17*33=5.60.08*33=2.60.08*33=2.640.67*0=0.00.17*0=0.00.08*0=0.00.08*0=0.0如如对栅格点求出对栅格点求出F1F1指标为指标为6767，F2F2指标为指标为11.4 11.4，F3F3指标为指标为2.6 2.6，F4F4指标为指标为0 0评分值评分值67+11.4+2.6+0=67+11.4+2.6+0=8181 最终分级得分级图。最终分级得分级图。R(T)=（WiPji）/100，j=1，2，ni=1mm为为原因原因n为为因子因子第三节第三节 适宜性分析模型适宜性分析模型第45页一、普通介绍一、普通介绍定义：定义：利用已经有存放数据和系统提供伎俩，对事物进行科学数量分析，探索某一事物在今后可能发展趋势，并作出评价和预计，以调整、控制计划或行动。(1)(1)研究方向研究方向 人口预测、资源预测、粮食产量预测以及社会经济发展预测(2)(2)数学方法数学方法 移动移动平均平均数法、指数平滑指数平滑法、趋势分析趋势分析法、时间序列时间序列分析法、回归分回归分析析法,以及灰色系统理论模型第四节第四节 发展预测模型发展预测模型第46页二、二、模型介绍模型介绍人口预测模型人口预测模型:Pt=P0e（-u）tPt为t 年人口数P0 为基年人口数为人口出生率为人口死亡率t为年份第四节第四节 发展预测模型发展预测模型第47页劳动力预测方程劳动力预测方程:L(t)=LR(t)L(t-1)+LW(t)L(t)为t 年劳动力状态向量LW(t)为t 年劳动力迁移向量LR(t)为劳动力存留系数矩阵第四节第四节 发展预测模型发展预测模型第48页概念概念:选择标准选择标准:指按照要求标准，经过空间分析方法，确定厂址、电站、管线，或者交通路线等最正确位址或路径最正确位址或路径。环境环境：坡度、文化、自然保护区等工程工程：工程实施可能性，能否满足工程标准。如：地形、土壤、气候条件等经济经济：工程造价第五节第五节 区位选择模型区位选择模型第49页建立步骤建立步骤数据准备数据准备：明确要求，选择影响因子；初步甄别环境敏感区、保护区综合影响评价综合影响评价：按照工程和经济可行性，建立选择条件、综合影响评价标准和算法位址选择分析位址选择分析：实施区位选择，并对结果进行评价。第五节第五节 区位选择模型区位选择模型第50页例：上海例：上海 vs vs 南京建钢厂？南京建钢厂？限制条件：用水、用电、焦炭、铁矿砂上海上海上海上海：水运方便（原料）、电力确保、用水确保；用地担心、环境污染南京南京南京南京：用地较为宽松、废渣处理；水运稍差、电力担心第51页含义含义:应用计算机、数字模拟技术及综合分析方法来模拟许多地理过程或现象。地理现象地理现象:气候变迁、沙漠化过程、土地退化过程、湖泊沼泽化、河口冲淤、沙嘴发育、以及土壤侵蚀等。需若干年甚至若干万年进行过程，经过计算机及GIS能够几分钟内给予模拟应用领域：应用领域：资源开发、国土整改、水土保持、工程论证第七节第七节 地球科学模拟地球科学模拟第52页土壤侵蚀分析模型土壤侵蚀分析模型目标目标：计算土壤侵蚀量：计算土壤侵蚀量方法方法：首先确定土壤侵蚀首先确定土壤侵蚀数字分析模型数字分析模型，确定影响土壤侵，确定影响土壤侵蚀因子；蚀因子；这些这些因子因子必须能反应土壤性质、坡面形态、植被条必须能反应土壤性质、坡面形态、植被条件等；件等；选择适宜格网尺寸，建立影响因子选择适宜格网尺寸，建立影响因子栅格数据栅格数据文件；文件；将多因子信息加以将多因子信息加以复合分析复合分析，确定研究区土壤侵蚀，确定研究区土壤侵蚀量及等级。量及等级。第53页土壤侵蚀分析模型土壤侵蚀分析模型美国普渡大学依据数万观察资料，总结出通用美国普渡大学依据数万观察资料，总结出通用土壤侵蚀方程：土壤侵蚀方程：A=0.224*R*K*L*S*C*P土壤侵蚀量土壤侵蚀量降雨侵蚀力降雨侵蚀力土壤可蚀性土壤可蚀性坡长坡长-坡度坡度植被覆盖度植被覆盖度控制办法控制办法第54页土壤侵蚀数据处理流程土壤侵蚀数据处理流程确定确定R计计算方法算方法确定确定K计计算方法算方法确定各类确定各类C计算计算计算坡度计算坡度坡向坡向数字化数字化暴雨数据暴雨数据土壤数据土壤数据土地利用土地利用数字高程数字高程离散点栅离散点栅格化格化土壤侵蚀分析模型土壤侵蚀分析模型计算计算P值值矢栅数据矢栅数据转换转换计算年均土壤侵蚀计算年均土壤侵蚀A=RKCPLS第55页