GIS应用模型总结

§6.1GIS的应用模型GIS的应用模型：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。一、GIS应用模型的分类1.根据所表达的空间对象的不同：模型分类理论依据应用领域模型理论物理或化学机理地表径流模型运动方程经验启发式或统计关系适宜性分析模型统计、回归混合用理论原理确定的确定性变量+用经验确定的不确定性变量资源分配模型运输方程2.按照研究对象的瞬时状态和发展过程：模型分类应用目的静态分析地理现象及要素相互作用的格局动态预测研究目标的时间、空间动态演变及趋势二、GIS应用模型的构建(1)GIS环境内的模型建造(3)混合型的模型建造(2)GIS外部的模型建造1、构建途径2.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进行空间分析操作；④结果分析；⑤解释、评价结果(如有必要，返回步骤①)；⑥结果输出(地图、表格和文档)。例1—道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的建筑面积和房产价值，道路拓宽改建的标准是：道路从原有的20m拓宽至60m；拓宽道路应尽量保持直线；部分位于拆迁区内的10层以上的建筑不拆除。2）准备进行分析的数据本例需要涉及两类信息：现状道路图；分析区域内建筑物分布图及相关信息。1）明确分析的目的和标准3)进行空间操怍首先选择拟拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区；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，此图包括所有部分或全部位于拓宽区内的建筑物信息。4)进行统计分析首先对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行选择，凡部分落入拆迁区且楼层高于10层以上的建筑物，将其从选择组中去掉，并对道路的拓宽边界进行局部调整。然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主要用于土地资源规划与管理，它是指土地针对某种特定开发活动的分析。§6.2适宜性分析模型（1）确定具体的开发活动一、主要步骤：（2）选择其影响因子（3）评判各个因子对这种开发活动的适宜程度（4）提供规划决策依据开发的目的及意义国内外研究现状技术路线预期成果第一步：确定具体的开发活动通过对开发活动的分析、论证后，确定：影响因素：项目评价目标所涉及的因素。参评因子：影响每个因素的因子因子属性：每个因子所涉及的属性第三步：选择某种评判方法，对各个因子进行适宜程度评价第二步：选择主要影响因素及因子第四步：将评价结果（方案）提交用户，供用户选择。每个因子有一组属性某项T评价目标所涉及的影响因素X1，X2，…，Xmu1，u2，…unv1，v2，…，vl每个因素对应一组参评因子二、一般形式每个属性集对于项目T都有一个优劣等级，且满足：V1lVjl…Vnl向量表示属性集：根据以上选择的因素，可以得到每个因素Xi所对应一个属性集：其中：P为Xi（每个因素）对T贡献值W为Xi（每个因素）对T的权重值P和W的确定：依据研究对象，通过计算或者经验公式来确定。各个因素按属性集的优劣可用矩阵表示G(Pji)=1-∣R(T)–Pji/100∣评价分值计算计算某个T的适宜等级Sj当使得G为最大值时所对应的j，即为适宜等级Sj由以上矩阵，可求取基于栅格单元的评价分值:适宜等级Sj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：不适宜当适宜级为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例1、利用GIS进行土地适宜性评价1、目标对玉米地进行土地适宜性评价，通过评价将研究区分成四种适宜性等级，S1、S2、S3、S4S1(最适宜)S2(次适宜)S3(免强适合)S4(不适宜)三、应用实例2、评价方法及过程：基于GIS的土地质量评价法对评价对象的生态条件进行调查，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)评价对象生态条件的调查确定玉米地土地适宜性评价的主要因素和因子及等级标准；其影响因素和因子为：(2)确定评价对象的影响因素和因子F2F1F3F4(3)利用GIS生成影响因素数据通过GIS操作过程，可以有效的生成基于栅格单元的供水条件等级数据文件R1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100502级100-20050-203级200-50020-104级50010F1供水F2供肥F3供氧F4土壤侵蚀主要因素和因子叠置分析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同理，可以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。由于每个影响因素Fi（i=1，2，3，4）对评价对象的贡献大小和适宜程度不同，因此，可表述为：不同因素有不同的权重（wi）不同级别的因素对评价对象的贡献函数值(Pij)也不相同。(4)计算个因素的权重和贡献函数值可通过计算来获得权重（wi）和贡献函数(Pij)值。①建立4个因素的重要性比较表将4个因素按重要性排队，得F4、F3、F2、F1按倍数关系比较相互之间的重要性，即：令F4的重要性为1；F3的重要性同F4，为1；F2的重要性是F3重要性的2倍；F1的重要性是F2重要性的4倍②求权重（Wi）：Wi=Ui/mi=1∑UiW4=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=0.67P值的确定方法：贡献函数值可以按照影响因素的级别来确定。一般将各因子最适宜的指标值定为贡献函数值100，将各因子最不适宜的指标值定为贡献函数值0，在这之间，指标值与函数值按线性关系计算和确定。例如：对供水因素，如按上所述分四级，将最适合的定为贡献函数值为100，不适合的定为贡献函数值为0。③按影响因素的级别确定贡献函数值即最适合的指标贡献函数为P1i=100（供水为一级）较适合的指标贡献函数为P2i=67（供水为二级）免强适合的指标贡献函数为P3i=33（供水为三级）不适合的指标贡献函数为P4i=0（供水为四级）④计算玉米地土地适宜性评价等级，并输出分级图。通过将不同土地质量数据文件Ri的等级，切换为与评价指标表相同等级对应的指标值，便可计算出基于栅格单元的评价分值R（T）：指标等级因素(权重*贡献)F1水F2肥F3氧F4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=00.17*0=00.08*0=00.08*0=0如对栅格点求出F1指标为67，F2指标为11.4，F3指标为2.6，F4指标为0评分值67+11.4+2.6+0=81最后得分级图。R(T)=（∑WiPji）/100，j=1，2，…，ni=1mm为因素n为因子1.1一般过程(1)选取影响因素；(2)单因素评价：根据单因素评价标准，逐一给每一因素(图)中的图形单元打分，得到单因素适宜性评价图。(3)多因素乘权叠加。为各影响因素赋权重；计算每一图形单元的综合评价分数：niiiCW1S=式中：S：某一图形单元的综合分数；Wi：第i个因素的权重；Ci：第i个因素的单因素评分；n：参评因子数。实例2：目的：评价新建机场用地的适宜性，选择合适的新机场场址。1）影响因素：土地利用状况和地面坡度；类型编码分值空地113分新果林21l分老果林221分7-2-1土地利用分值表7-2-2地面坡度分值表地面度数分值0~535~10210~1512002）单因素评价：3）多因素乘权叠加两因素等权重：W1＝W2＝0.5图7-2-1土地适宜性评价的实现过程思考题1：根据下列指标为新建的大学水产养殖实验室寻找适宜的地点首选土地利用类型为灌木林地（Landuse.shp中的lucode=300）适宜开发的土壤类型（soils.shp中的suit=2）；地点必须离开下水道管线300m范围之内1)准备进行分析的数据本例需要涉及三类信息：土地利用图；土壤类型图；地下水管道分布图2)进行空间操怍首先对地下水管线建立300M的缓冲区；对土地利用类型图和土壤类型图进行合并的叠加运算；然后将对地下水管道建立的缓冲区图层与合并的图层进行相交叠加运算，产生一幅新图，此图包括所有位于下水管线300M范围内的土壤类型信息和土地利用类型信息。进行空间查询，选择土地利用类型为灌木林地和适宜开发的土壤类型的地块。3)进行结果分析共13个地块符合选址要求4)将分析结果以地图和表格的形式打印输出思考题2确定某种植物的潜在生境，需满足的条件为：在高度带2之内（高度带地图为elevzone.shp）;距河流200米之内（河流地图stream.shp）1)准备进行分析的数据本例需要涉及三类信息：数字高程图；河流分布图；2)进行空间操怍首先对河流建立200M的缓冲区；然后将对建立的缓冲区图层与数字高程图层进行相交叠加运算，产生一幅新图，此图包括所有位于河流200M范围内的高程信息。进行空间查询，选择高程带为2的区域。3)进行结果分析共2个地块符合选址要求4)将分析结果以地图和表格的形式打印输出思考题3模拟一个地下水脆弱性的分析项目。地下水的脆弱性与三个变量有关，即土壤特征(soil_gd)、地下水埋深(depwater_gd)和土地利用状况(landuse_gd),每个变量的评分系统为0～50，其分值分别存储在soil_gd、landuse_gd和depwater_gd三个字段中。三个格网的分辨率均为90m。指数值=3×土壤得分+土地利用得分+地下水埋深得分注：landuse中的城市和建成区的赋值为99，不纳入本模型。1)准备进行分析的数据本例需要涉及三类信息：土地利用图；土壤特征图；地下水埋深图2)进行空间操怍首先对地下水脆弱性图层进行数据的重新分类，排除不参加分析的城市和建成区；按照评价公式对三个要素图层进行叠加运算。3)进行结果分析评价结果的分值介于145.2~2504)将分析结果以地图和表格的形式打印输出§6.3发展预测模型3.1简介3.2实例分析人口预测模型：式中：Pt第t年人口数；P0基年人口数；λ人口出生率；u人口死亡率；t时间(年份)。研究地区：λ=12.5‰，u=6.5‰；将基年定为1985年，并且P0=612.7万人；设每年净迁入该研究地区的人口数为W=5万人。则)(0utePP规划期的人口预测数(表7-3-1)。表7-3-1规划期人口预测数年份198519861987198819891990增长速度人口数（万人）612.7621.4630.1638.9647.7656.61.43%§6.4位址选择模型4.1位址选择的标准和过程1.标准环境标准工程标准经济标准2.过程数据准备阶段：建立专家咨询组，明确选址的要求，选择影响因子，进行位址选择的数据准备。综合影响的评价阶段：按照工程和经济可行性的要求，建立选址条件。选址分析阶段：实施位址选择，并对结果进行评价。思考题4.确定一些具体的地块，作为一个轻度污染工厂的可能建设位置。工厂选址的标准包括：地块建设用地面积不小于10000m2；地块的地价不超过1万元／m2；地块周围（2000m）不能有幼儿园、学校等公共设施，以免受到工厂生产的影响。1.数据准备需要的数据信息：包括全市所有地块信息的数据层；全市公共设施(包括幼儿园、学校等)的分布图。3)进行选址分析将提取出的地块图与擦除了缓冲区的公共设施图层数据进行叠加，叠加的结果即可作为选址的初步结果。然后对初步结果进行评价，选择出最适宜的位址。4)将选择的地块及相关信息以地图和表格形式打印输出。2)进行分析操作对幼儿园、学校按照给定的范围（2000