秦昆版第八章空间分析建模

或把运行结果与实际观测对比。 如果模型结果的解释与实际状况符合或结果与实际观测基本一 致，表明模型是符合实际问题的。 反之，表明模型与实际不相符，不能将它运用到实际问题。如 果图形要素、参数设置没有问题，就需要返回到建模前的问题 分解。检查对问题的分解、假设是否正确，参数的选择是否合 适，是否忽略了必要的参数或保留了不该保留的参数，对假设 作出必要的修正，重复前面的建模过程，直到模型的结果满意 为止。
模型生成器（ModelBuilder）
模型生成器（ModelBuilder）是ArcGIS 10所提供的构 造地理处理工作流和脚本的图形化建模工具，加速复 杂地理处理模型的设计和实施。 最初模型生成器出现在ArcView 3的空间分析模块中。
2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
2.2.1 ModelBuilder介绍
2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
（5）验证模型 模型验证是指验证所有数据元素和参数值是否有效 。验证会将已运行过程重新变为准备运行状态。如 果通过验证模型使处于准备运行或已运行状态的过 程更改为未准备好运行状态（元素呈白色），则意 味着有一个或多个输入变量无效。验证模型主要包 数据变量引用磁 括验证数据变量和验证值变量。 盘上的数据并且
（5）应用分析结果：在对模型满意的前提下，可以运用模
型得到对结果的分析。
17
8.3 空间分析的应用建模
空间分析的应用是指空间分析的理论、方法和过程在 与空间数据处理有关的领域的具体应用。 空间分析可以应用到自然科学和社会科学的多个领域， 包括以下应用领域：
1）城市规划与管理； 2）厂址选择；
3）水污染监测； 5）道路交通管理； 7）输电网管理； 9）地形地貌分析； 11）军事领域等。 4）洪水灾害分析； 6）地震灾害和损失估计； 8）配电网管理； 10）医疗卫生；
（4）实施空间分析：函数、模 型、工具等产生信息
（5）结果校验：期望值或标准的 比较分析，改变参数重新计算
（6）执行结果：产生操作性的建 议、对策、方案
15
8.3 空间分析建模的概念模式
（1）明确问题：分析问题的实际背景，弄清建立模型的目
的，掌握所分析对象的各种信息，不仅要明确所要解决的问题 是什么，要达到什么样的目标，还要明确实际问题的解决途径 和所需要的数据。
（2）分解问题：找出实际问题有关的因素，通过假设把所
研究的问题进行分解、简化，明确模型中需要考虑的因素以及 它们在过程中的作用，并准备有关的数据集。
（3）组建模型：运用数学知识和空间分析工具描述问题中
变量间的关系。
16
8.3 空间分析建模的概念模式
（4）检验模型结果：运行所得到的模型、解释模型的结果
14
8.3 空间分析建模的概念模式
无论使用的模型是描述性的还是过程性的，无论使用 的是测试法还是智能建模法，首先要对模型的形成过 程概念化，模型的概念化是建模过程的一般模式。 这一基本过程可概括为6个基本步骤：
（1）表述问题及其目的 （2）分解问题：子目标，子过程
（3）确定并搜索数据：信息、关 系、模式等
对磁盘数据的引用之外的所有信息。
连接符：连接符用于将数据和值连接到工具。连接符箭头显示执行处理的方向。数据连
接符用于将数据变量和值变量连接到工具。 环境连接符用于将包含环境设置的变量（数据或值 ）连接到工具。工具在执行时将使用该环境设置。前提条件连接符用于将变量连接到工具。只 有在创建了前提条件变量的内容之后，工具才会执行。反馈连接符用于将某工具的输出返回给 同一工具作为输入。
有时描述模型指的就是GIS的数据模型。
7
过程模型：
运用数学分析方法建立表达式，模拟地理现象的形成过 程的模型称为过程模型，也叫处理模型。
过程模型适合于回答“应当如何”之类的地理问题。
过程模型根据描述模型所建立起来的对象间的关系，分 析其相互作用并提供决策方案。需要运用多种分析方法 进行空间运算，并从中产生描述模型所不包括的新的信 息。
26
2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
空间分析功能与各种领域专用模型的结合途径：
（1）GIS 环境内二次开发语言的空间分析建模法； （2）基于GIS 外部松散耦合式的空间分析建模法；
（3）混合型的空间分析建模法;
（4）插件技术的空间分析建模法；
（5）基于面向目标的图形语言建模法，简称图解建模
11
图解建模法：
图解建模属于基于面向目标的图形语言建模法。
模型构建器(ModelBuilder)是创建模型和模型工具的一种方式。模型是链接 到一起的一系列工具串和数据；一个工具的输出会成为另一个工具的输入。 （1）模型构建器界面
用于拖动工具并将其连接到 变量的空白区域称为画布 显示相互连接的工具和变量 的外观及布局称er的空间分析建模
2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
（3）模型流程 模型流程由一个工具和连接到此工具的所有变量组成 。 连接线用于表示处理顺序。 可将多个流程连接到一起以创建一个更复杂的流程。
2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
（4）中间数据
运行模型时，将在模型中创建各个流程的输出数据。 某些输出数据只作为中间步骤创建，它们将连接到其 他流程，并协助完成最终输出的创建。由这些中间步 骤生成的数据称为中间数据，通常（但并不总是）在 模型运行结束后就没有任何用处了。通常可以将中间 数据看作是应在模型运行结束后即被删除的临时数据 。但在通过ModelBuilder窗口运行模型时，中间数据将 不会被删除，或者可由自己来决定是否要将其删除。
18
8.3 空间分析图解建模
图解建模是指用直观的图形语言将一个具体的过程模型表达出 来。在这个模型中，分别定义不同的图形代表输入数据、输出 数据、空间处理工具，它们以流程图的形式进行组合并且可以 执行空间分析操作功能。当空间处理涉及到许多步骤时，建立 模型可以让用户创建和管理自己的工作流，明晰其空间处理任 务，为复杂的GIS任务建立一个固定有序的处理过程。
2
空间分析建模与相关概念 空间分析建模：运用GIS空间分析方法建立数学模型的 过程。基于GIS的空间问题分析和决策过程就是一个通 过建立模型产生期望信息的过程，即所谓的空间建模 ，又可以解释为一切与空间位置相关的模型的建立。
地理建模：地理模型就是指真实的地理对象（地理过程 、地理系统）的模仿物，它可以借助实物、逻辑符号、 图形、表格、文字、数学公式及计算机软件来表示。地 理建模就是指地理模型的构建。
（2）模型元素
模型元素主要有三种类型：工具、变量和连接符。 工具：地理处理工具是模型中工作流的基本组成部分。工具用于对地理数据或表格数据执
行多种操作。工具被添加到模型中后，即成为模型元素。
变量：变量是模型中用于保存值或对磁盘数据的引用的元素。数据变量是包含磁盘数据的
描述性信息的模型元素。数据变量中所描述的数据属性包括字段信息、空间参考和路径。值变 量是诸如字符串、数值、布尔（真/假值）、空间参考、线性单位或范围等的值。值变量包含除
6
描述模型： 这是一类用描述方法研究区域中的实体类型、特征、 相互之间的空间关系和实体属性特征的模型。 一般用描述模型回答“是什么”这类简单地理问题， 或者描述某类形象存在的环境条件。 描述模型不仅能够使用单一的地图图层数据，而且能 够综合使用多个地图图层描述空间联系，表示不同条 件下的空间关系或空间模式。 描述模型的使用有助于识别空间关系、空间模式，增 进我们理解地理过程的能力。
3
GIS空间分析模型是在GIS空间数据基础上建立起来的空间模型 ，是分析型和辅助决策性GIS区别于管理型GIS的一个重要特征 ，是空间数据综合分析和应用的主要实现手段，是联系GIS应用 系统与专业领域的纽带。
空间分析模型的特征：
（1）空间定位是空间分析模型特有的特性，构成空间分析模型的空间目标( 点、弧段、网络、复杂地物等)的多样性决定了空间分析模型建立的复杂性； （2）空间关系也是空间分析模型的一个重要特征，空间层次关系、相邻关系 及空间目标的拓扑关系也决定了空间分析模型的特殊性； （3）包括笛卡尔坐标、高程、属性以及时序特征的空间数据极其庞大，大量 的数据构成的空间分析模型也具有可视化的图形特征； （4）空间分析模型不是一个独立的模型实体，它与广义模型中的抽象模型的 定义是交叉的。GIS要求完全精确地表达地理环境间复杂的空间关系，因而 常用数学模型。
4
8.2 空间建模的方法
模型：由于现实世界的复杂性，人们往往抽象出其中 的本质特征对现实世界进行简化，形成能够反应现实 世界规律的模型。
模型是现实世界的表达，模型的使用有助于理解、描 述和预测世界中事物的发生、发展联系，是普遍使用 的认识现实世界的方法和工具。
5
8.2 空间建模的方法
模型的分类：模型的类型根据分类方法而不同， 根据GIS空间分析建模的目的，可分为以特征为主的描 述模型（descriptive model）和提供辅助决策信息和解 决方案为目的的过程模型（process model）两类； 根据使用的方法可分为随机模型和确定性模型； 根据逻辑可分为归纳模型和演绎模型等。
ArcGIS 空间分析的模型就是在模型生成器(Model Builder)完成建 立的一种图解模型，它是ArcGIS提供的构造地理工作流和脚本 的图形化建模工具，可以将数据和空间处理工具连接起来处理 复杂的GIS 任务，并且可以使多人共享方法和流程，多人可以使 用相同的模型来处理相似的任务。
12
图解建模法：
水文建模：流向分析、流域分析、河网提取等；
表面建模：地表特征分析、污染程度分析等；
9
建模方法:
主要有3 种： （1）机理分析法：通过分析过程的运动规律，运用已 知的定律、定理和原理，在长期工程实践中得到的实 用的工业过程经验模型； （2）测试法：利用输入输出数据所提供的信息来建立 过程的数学模型； （3）智能建模方法：空间建模方法与非空间问题建模 方法的发展非常相似，同样是由确定性模型的研究到 与模糊逻辑、神经网络、遗传算法、小波分析等人工 智能技术相结合的建模方法，只是空间数据具有其模 糊性、不确定性，这就更加迫切地需要与人工智能技 术相结合，以提高空间数据分析和空间问题模拟的准 10 确度。
25
只包含磁盘数据 的描述性信息， 而不包含实际数 据。 值变量（不引用磁盘上的 数据）包含的是实际数据
2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
（6）模型参数 模型参数是模型工具对话框中显示的参数。 要将模型变量指定为参数以使这些参数包含在模型工 具对话框中，必须在模型构建器中编辑模型。 操作步骤：右键单击一个变量，然后单击模型参数。 在此快捷菜单中，模型参数旁将显示一个钩形符号。 而在模型中，变量旁将显示字母P，表示该变量已转换 为模型参数。
在Model Builder中输入数据、输出数据和相应的空间处 理工具以直观的图形语言表示，它们按有序的步骤连 接起来，使用户对模型的组成及执行过程的认识更加 简单，并且对模型进行修改和纠错更加容易。
13
建立通用的空间建模还比较困难：
目前的空间建模还只是针对某一个专业领域、某一问题 展开的，通用的空间模型的建立还比较困难。
武汉大学遥感信息工程学院遥感科学与技术本科生教案(2013)
第八章 空间分析建模
秦昆 qinkun163@
1
8.1 从空间分析到空间分析建模
建立有效的空间分析模型，为GIS提供更多更强大的功 能，已成为当前GIS研究和应用中十分重要的任务。 空间分析研究和应用的关键在于空间分析模型的建立。 空间分析只有走向空间建模，解决各个行业中与空间位 置有关的问题，才能发挥其最大效能。 空间图形分析和空间数据分析是空间建模和分析的基础
8
过程模型的类型：
过程模型的类型很多，用于解决各种各样的实际问题
一些典型的过程模型包括：
适宜性模型或评价模型：农业应用、城市化选址等； 如在最好的地方建立一所新的学校、居民区等。
距离模型：基于距离的量测、影响区的分析、路径优 化和运行路线调度、从出发点到目的地的最佳路径 选择等。 比较分析模型：对于地理要素的空间分布特征的动态 变化进行比较分析。