(GIS)第六章--地理信息系统的应用模型

学表达式，反映地理过程本质的理化规律。如地表径流模型、海
洋和大气环流模型； ② 经验模型：基于变量之间的统计关系或启发式关系的模型，是通
过理化统计方法和观测实验建立的模型，如水土流失模型、适宜
性分析等； ③ 混合模型：基于原理和经验的混合模型，它既有基于理论原理的
确定性变量，也有应用经验加以确定的不确定性变量，如资源分
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：
1 m R(T ) wi Pji , j 1,2,...,n 100 i 1
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：
首先依次计算1~100间各分值的栅格个数和频率数，形成定级总分值
频率直方图；然后依据其曲线变化趋势，选用等差、等比、标准差、样
本分级、有序聚类分级等方法，由计算机自动分级，最后输出土地级别 图。
三、应用实例——江苏省镇江市土地定级信息系统
第三节 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，
二、作用和特点
GIS应用模型是联系GIS应用系统与常规专业研究的纽带
GIS应用模型是综合利用GIS应用系统中大量数据的工具 GIS应用模型是GIS应用系统解决各种实际问题的武器 GIS应用模型是GIS应用系统向更高技术水平发展的基础
三、GIS应用模型的分类
根据所表达的空间对象的不同，可分为： ① 数学模型：基于理化原理的理论模型，是应用数学方法建立的数
叠加，产生一幅新图，此图包括所有部分或全部位于拓
宽区内的建筑物信息。
（4）进行结果分析
首先对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行选择，
然后将部分落入拆迁区且楼层高于 10 层以上的建筑物从 选择组中去掉，并对道路的拓宽边界进行局部调整。最 后对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。 （5）将分析结果以地图和表格的形式打印输出
数据导向操作——以数据为导向的的实际操作过程：
将已形成的模型逻辑结构与 GIS技术相结合，从各类数据开始， 一步步将数据转换成问题答案，必要时还需要进行反馈和修改，直到
取得满意的结果，最后以图形或图表形式输出最终结果。
规划定义过程
需要解决的问题
应用操作过程
多元数据收集
问题的定义 分析/联合
问题的实质 证据/数据/假设 问题的概念 概念/要素/方法 解决问题的数据 数据源/数据集
评价过程
① 评价对象生态条件调查。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，其根系伸展要求防止土壤侵蚀等。
② 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 素和因子如图所示：
数字化 缓冲带操作 栅格化
数字化 属性分级 栅格化
Q1文件 供水分级
叠合操作
供水影响因子及属性分级
④ 计算各因素的权重和贡献函数值。
• 权重Wi的计算方法为： 首先将各影响因素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， 其结果如下表所示。最后按下列公式计算各因素的权重：
配模型、位臵选择模型等。

按研究对象的时间状态和发展过程，可分为：
① 静态模型：用于分析地理现象及要素相互作用的格局； ② 半静态模型：用于评价应用目标的变化影响； ③ 动态模型：用于预测研究目标的时空动态演变及趋势。

根据模型的空间特性，可分为:
① 非空间模型：主要是对系统中的各种属性数据进行运算。常用
公园选址模 型：人口密 度，现有公 园位置
ArcGIS可视化制图建模工具
第二节
土地定级估价模型
根据城镇土地的经济和自然属性及其在社会经济活动中
的地位和作用，对其使用价值进行综合分析，揭示土地质量 的地域差异，评定城镇土地级别，以及以土地级别为基础， 选择适宜的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，为合理利用城镇土地提供依据。
评价对象的影响因素和因子体系
供水Q1
供肥Q2
供氧Q3
土壤侵蚀Q4
水源
土层厚度 土壤有机质
土壤孔隙度 土壤质地
地形坡度
③ 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，它们对供水和保
水有效性的属性集如下方左表所示。根据左表和相应的空间数据，通过 下方右图所示的 GIS操作过程，可以有效生成基于栅格单元的供水条件
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、选择重新造林的最适宜的土地等。 因此，建立适宜性分析模型，首先确定具体的开发活 动，其次选择其影响因子，然后评价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。
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 x1,x2,…,xl，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:
等级数据文件Q1。同理，可以生成供肥条件数据文件Q2、供氧条件等级
数据文件Q3和土壤侵蚀等级数据文件Q4。
供水级别 1 2 3 4 距水源 /m <100 100-200 200-500 >500 土层厚度 /cm >50 50-20 20-10 <10 GIS生成供水供水因素数据的操作过程 水系图 土壤图
L x i f 1 i m
max {100 p( xi )}wi
二、应用实例——某地区的玉米种植用地评价
评价对象
通过评价将研究区分出不同的适宜等级：S1（最适宜）、S2（次适 宜）、S3（临界适宜）和N(（不适宜）。
评价方法
采用基于GIS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（供水、供肥）相比照，从而评定土地的适宜性等级。
数据库建立 数据输入/格式化
问题数据子集 提取/综合 问题求解 统计计算/模型分 析/空间分析 问题答案 验证/解释/表达
用GIS求解问题的基本流程（陈述彭）
2017/8/11 9
（一）应用模型的建模步骤
① 明确分析的目的和评价准则
② 准备分析数据 ③ 空间分析操作 ④ 结果分析 ⑤ 解释、评价结果（如有必要，返回第①步）
的方法有投入产出、计量经济、经济控制论及系统动力学等 ② 空间模型：需要同时对系统中的图形和属性两类数据进行运算，
一般要比非空间模型复杂些
二、GIS应用模型的构建
目的导向分析——以目标为导向的规划定义过程：
将要解决的问题与专业知识相结合，从问题开始，一步步推导出 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。
主要内容
第1节 GIS应用模型概述 第2节 土地定级估价模型 第3节 适宜性分析模型 第4节 发展预测模型（自学） 第5节 区位选择模型（自学） 第6节 交通规划模型（自学） 第7节 地球科学模拟模型（自学）
本章重点：一般的GIS应用模型及其构建过程和方法
第一节 GIS应用模型概述
一、概念
GIS的应用模型，就是根据具体的应用目标和问题，借 助于 GIS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操作的机理和过程。这种模型的构 建，不仅是解决实际复杂问题的必要途径，而且也是 GIS 取得经济和社会效益的重要保证。
模型建造和开发的效率比较高；
利用GIS系统外部的建模工具：如利用Matlab和IDL等； 独立开发实现一个GIS应用软件系统
（三）应用模型建模的方法——制图建模
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，对一个空间分析过程进行的实现模拟。 制图建模的结果是一个应用模型，它是对空间分析过程及其数据的一 种图形或符号表示，目的是帮助分析人员组织和规划所要完成的分析 过程，并逐步指定完成这一分析过程所需的数据。制图建模也可用于 研究说明文档，作为分析研究的参考和素材。 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，需要采用哪些空间分 析方法？哪些数据是必需的？并确定每一步要输入的数据及这些数据 是如何派生的？
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:
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i 1
i
式中， U1 = V1,0 ,
U2 = V2,1×V1,0 , …，Ui = Vi,i-1×Vi-1,i-2 … × V1,0 所以和土地质量影响因素Qi对应的权重分别为w1=0.67 ,w2=0.17, w3=0.08, w4=0.08。
•
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
一、技术路线
二、土地定级估价模型
土地定级空间单元的生成方法
采用基于栅格的评价单元，大小一般可选实地距离为10m×10m。
土地定级空间单元分值的产生方法
土地定级的影响因素和因子很多，除部分因子可以根据外业调查资