第6章 GIS应用模型

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3 空间相关分析模型 用于研究物体位置和属性集成下的关系，尤其是物体 群 ( 类 ) 之间的关系。在这方面，目前研究得最多的是空 间统计学范畴的问题。统计上的空间相关、覆盖分析就 是考虑物体类之间相关关系的分析 4 预测、评价与决策模型 用于研究地理对象的动态发展，根据过去和现在推断未 来，根据已知推测未知，运用科学知识和手段来估计地 理对象的未来发展趋势，并作出判断与评价，形成决策 方案，用以指导行动，以获得尽可能好的实践效果。
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3. 系统设计与开发
（1）系统配置 运行环境：Windows NT 4.0 主要软件： Arcview 3.1 及 3D 分析和空间分析模块； ERDAS IMAGINE 8.3.1 ； ARC/INFO 7.1.1 ； Corel Draw 8.0；Visual Basic 5.0。 硬件配置：主机 CPU 主频 500MHz ，内存 384M ，硬盘 20G；A0幅面彩色喷绘仪、扫描仪。 （2）数据构成 影像数据：陆地卫星 TM5 、 4 、 3 波段合成影像； 1:50 000正射数字影像（DOM）。 基础地理数据：1:250 000行政区划、道路、水系、居民 点数字线划数据（DLG）；1:50 000行政区划、道路、水系 、居民点DLG或DRG（数字栅格数据）；1:250 000DEM、 1:50 000DEM数据。 《地理信息系统概论》
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模型的分类
模型可以分为两类，即形象模型和抽 象模型。前者包括直观模型、物理模型 等，后者包括思维模型、符号模型、数 学模型和仿真模型等。但这些模型之间 是互相联系的，一个系统中往往需要多 种类型的模型。
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(1)直观模型 只供展览用的实物模型以及玩具、照片等。通常是把原 型的尺寸放大或缩小。 (2)物理模型 主要是直观模型的进一步改进，它不仅可以显示原形的 外形和特征，而且可以用来进行模拟实验，间接地研究原形的外形 的某些规律。 (3)思维模型 指通过人们对原型的反复认识，将获取的知识以经验形 式直接存储于大脑中，从而可以根据思维或直觉作出相应的决策。 专家系统中的专家知识就是一种思维模型。 (4)符号模型 是在一些约定或假设下借助于专门的符号、线条等，按 一定形式组合起来描述原型。地图就是一种典型的符号模型。 (5)仿真模型 这是通过计算机上运行的程序表达的模型。物理模型和 数学模型一般可以转化为仿真模型，常见的有三维仿真模型。 (6)数学模型 是用的最多、最广的一种模型。它是用字母、数字和其它 数学符号构成的等式或不等式，或用图表、图象、框图、数理逻辑 来描述事物的，它是真实系统的一种抽象，是研究和掌握系统运动 规律的有利工具，是分析、设计、预报、控制实际系统的基础。
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模型的特点
(1)模型在系统内的主要存储方式可以是程序式 或非程序式的。基于数据的模型表示和基于知识的 模型表示都可以作为模型的基本形态。 (2)在生成模型的过程中，采用定量建模和推理 分析相结合的技术。其中定量建模用于确定模型的 数学形态和有关参数。 (3)模型生成在人机交互中完成。在传统建模过 程中，人的作用和机器的作用是界限分明的，而在 模型生成技术中这种分界线是模糊的。 (4)模型生成应该是一个动态过程。模型的生成 环境发生变化时，所生成的模型也不会完全相同。
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（3）技术路线与实施 影像数据处理：利用ERDAS完成格式转换、图像增强、几 何纠正、坐标转换和影像融合。 植被覆盖数据提取：目视解译图像，利用CorelDraw 8.0 将解译结果矢量化，然后导入 ARC/INFO 进行编辑和建立拓 扑。 系统界面设计：利用Arcview 3.1完成。
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一、GIS应用模型的分类
根据表达对象的不同：
1. 数学模型 基于理化原理的理论模型。应用数学分析方法建立应用模型，反映地 理过程本质的理化规律。 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。通过数理统计方法和 大量观测实验建立应用模型，反映地理现象或过程的规律。 3. 混合模型 基于原理和经验的混合模型。模型中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。
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适宜性分析模型
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适宜性分析概述 • 土地针对某种特定开发活动的分析，比 如农业用地、城市化选址、作物类型布局、 道路选线等。 建模过程：首先确定具体的开发活动， 其次选择这项开发活动的影响因子，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，以作为土地规划利用的依据。
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丽江地区 陆地卫星 TM图像
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（3）分析研究的方法步骤。
地势变化分析：利用数字地形分析（ DTA ）方 法，生成丽江地区二维地势图、典型地区三维地 势图，然后从地势图上获取地势变化的定性和定 量特征。
坡度坡向分析：以 1:250 000 地形等高线电子 地图为基础，借助地理信息系统地形分析模块， 对丽江地区进行坡度分级和坡向分类，采用多边 形融合功能合并相同坡度或坡向的区域，最后与 行政区划图进行叠加分析，统计出各行政区划单 元内各级坡度、各类坡向的面积及其比例，编制 丽江地区坡度分级图和丽江地区坡向分类图。
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地理信息系统应用模式
目标导向方法：从专业理论和知识出发，分 析解决问题的过程和方法，是在科学研究、管理决 策等工作中正确应用地理信息系统技术的保证。 数据导向方法：从原始数据出发，利用地理 信息系统的各种功能求出问题的答案。 目标导向方法和数据导向方法是求解问题的
不同层面和阶段，两者需要有机的结合起来。
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构建GIS应用模型的途径有以下三种：
1. 在GIS内部构建模型 利用GIS软件的宏语言开发空间分析模型，能 够充分利用GIS本身的资源。 2. 在GIS外部构建模型 应用 GIS 空间数据库和输入 / 输出功能，利用 其它应用领域的软件构建分析模型。 3. 混合型的模型构建 尽可能利用GIS提供的分析功能，在此基础上 利用外部构建模型的灵活性，构建应用模型。
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•
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一 、一般形式
• • • • 设有某项开发活动或评价目标T T对应的一组影响因素有X1,X2……Xm 每个因素对应一组参评因子x1,x2……xl 每一个因子有一组属性v1,v2……vn 则有，每个因素对应一个属性集Vi Vi=[V11,……Vjk,……，Vnl] 其中：i=1,2,……m; j=1,2,……n; k=1,2,……l.
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第二节 地理信息系统应用模型举例
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地理信息系统应用模型具有广泛的应用 领域。本节重点结合资源环境与区域发展 问题，通过一些实例说明地理信息系统应 用模型的方法和过程。
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一、地理信息系统基本功能的应用—— 陕西省退耕还林还草信息系统
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居民点分布特征分析：
居民点分布与地势高程的关系：丽江地区居民点主要分布在 1500~3000m的高度范围（80.20%），地市级和县级居民地主要分布在 2000~2500m高程带，镇级居民点则全部分布在1000~2000高程带，乡、村 级居民点分布范围较广。这种分布的形成与地形特征、自然环境、自然 灾害、民族文化、社会经济等多方面的因素有关。 居民点分布与坡度坡向的关系：通过对不同类型居民点建设与影响范 围的缓冲区分析，生成了居民点可能影响范围信息层，并与坡向坡度信 息层进行叠置分析，得到居民点建设用地和影响范围土地面积以小于5° 的缓坡区为主，其次是15~25°的可利用坡地，而5~15°的宜农坡地则较 少（<17%）；从坡向分析，居民地分布仍然以缓坡地为主（>35%），其 次是东坡、东南坡，北坡分布最少。
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空间分析模型的类型
1 空间分布分析模型 用于研究地理对象的空间分布特征。主要包括：空间分布参 数的描述，如分布密度和均值、分布中心、离散度等；空间分 布检验，以确定分布类型；空间聚类分析，反映分布的多中心 特征并确定这些中心；趋势面分析，反映现象的空间分布趋势 ；空间聚合与分解，反映空间对比与趋势。 2 空间关系分析模型 用于研究基于地理对象的位置和属性特征的空间物体之间 的关系。包括距离、方向、连通和拓扑等四种空间关系。其中 ，拓扑关系是研究得较多的关系；距离是内容最丰富的一种关 系；连通用于描述基于视线的空间物体之间的通视性；方向反 映物体的方位。
第六章 地理信息系统的应用模型
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第一节 地理信息系统应用模型概述
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模型的一般概念
将系统的各个要素，通过适当的筛选，用一 定的表现规则所描述出来的简明映象，是对客观 地理世界的某一客观事物的抽象和概括。 人们认识和研究客观世界一般有三种方法： 逻辑推理法，实验法和模型法。 模型法是我们了解和探索客观世界的最有力 、最方便、最有效的方法。客观世界的实际系统 是极其复杂的，它的属性也是多方面的。但是， 建立模型决不能企图将所有这些因素和属性都包 括进去，只能根据系统的目的和要求，抓住本质 属性和因素，准确地描述系统。
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2. 讨论
（1）该研究需要的基本原始数据和精度标准。 地图资料：1:100 000或1:250 000地形图； 相同或相近比例尺行政区划图和土地利用图。 统计资料：该地区统计年鉴。 （2）研究中可能使用的空间分析模型。 数字地形模型，用于进行坡度、坡向、高程 频度（地势）等分析； 空间叠置模型，用于进行居民点与坡度分级 、坡向和高程频度分级数据的空间统计叠合分析 ； 点的缓冲区模型，用于进行居民点影响范围 信息层的生成。
功能模块设计：利用VB进行二次开发。 3D表现与分析：由Arcview 3.1完成。 《地理信息系统概论》
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二、地理信息系统应用模型实例之一——丽 江地区人居环境的GIS空间分析
1. 研究背景
该项研究由清华大学人居环境研究中心（党安 荣等）主持完成，研究内容是通过对丽江地区居住 环境，特别是地形、地势分析，获得该地区居民点 分布与地势高程、坡度坡向的关系。 丽江地区地处云南、四川、西藏三省区交汇处 ，是古代“南方丝绸之路”、“茶马古道”的必经 之地，也是历史上兵家必争之地；具有特殊的地形 地貌和多样性的气候
根据研究对象的瞬间状态和发展过程：
1. 静态模型 2. 半静态模型 3. 动态模型
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二、GIS应用模型的构建
地理信息系统求解问题的过程包括目的 导向（goal-driven）过程和数据导向（datadriven）过程两种操作。 目的导向是将待解决的问题与专业知识 相结合，从问题开始逐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； 数据导向是将已经形成的模型逻辑结构 与GIS技术相结合，从各类数据开始逐步将 数据转换为问题的答案。
1. 背景介绍 陕西省退耕还林还草信息系统是为实施山川秀美 工程提供科学的空间信息和决策依据而建立的工程 规划三维地理信息系统。 2. 系统目标 利用遥感（RS）与地理信息系统（GIS）相结合的 技术，进行数字地形高程（DEM）、影像数据和矢量 数据的叠置分析，三维显示土地资源的利用状况， >25°坡耕地的分布状况，为退耕还林还草工程的宏 观决策提供依据。