第6章GIS应用模型.pdf

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1、2010-2-7Chapter6-GIS Model1地理信息系统概论地理信息系统概论第六章第六章GIS应用模型应用模型河海大学地球科学与工程学院河海大学地球科学与工程学院许捍卫许捍卫机械厂机械厂102 电话：13951004013电话：139510040132010-2-7Chapter6-GIS Model2第六章第六章GIS应用模型应用模型6.1 GIS应用模型概述应用模型概述6.2 适宜性分析模型适宜性分析模型6.3 发展预测模型发展预测模型6.4 位址选择模型位址选择模型6.5 交通规划模型交通规划模型6.6 地学模拟模型地学模拟模型6.7 专家系统概述专家系统概述2010-2-7C

2、hapter6-GIS Model36.1 GIS应用模型概述应用模型概述问题的提出问题的提出1.1 GIS1.1 GIS1.1 GIS1.1 GIS应用模型的分类应用模型的分类应用模型的分类应用模型的分类?理论模型；理论模型；理论模型；理论模型；?经验模型；经验模型；经验模型；经验模型；?混合模型。混合模型。混合模型。混合模型。2010-2-7Chapter6-GIS Model46.1 GIS应用模型概述1.2 GIS1.2 GIS应用模型的构建应用模型的构建?GIS环境内的模型构建:指应用者利用GIS环境内的模型构建:指应用者利用GIS软件的宏语言软件的宏语言(如如ARC/INFO的的A

3、ML和和System9的的ATP等等)发展各自所需的空间分析模型发展各自所需的空间分析模型?GIS外部的模型构建:这种方法是基于应用GIS外部的模型构建:这种方法是基于应用GIS的空间数据库和输出功能，而模型分析功能则主要是利用其他应用领域的软件。的空间数据库和输出功能，而模型分析功能则主要是利用其他应用领域的软件。?混合型的模型构建:这是上述两种建模法的结合，即尽可能利用混合型的模型构建:这是上述两种建模法的结合，即尽可能利用GlS提供的功能，最大限度地减少用户自行开发的压力，又不失具有外部建模法的灵活效果，例如自然语言命令或地图代数法，就属于这类方法。提供的功能，最大限度地减少用户自行开发

4、的压力，又不失具有外部建模法的灵活效果，例如自然语言命令或地图代数法，就属于这类方法。2010-2-7Chapter6-GIS Model56.2 适宜性分析模型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，这些开发活动包括农业应用、城市化选址、作物类型布局、道路选线、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，以作为土地利用规划决策的依据。过去这种适宜性分析一般是采用各个因子简单叠合分析或通过地图覆盖的方法来解决，适宜性分析是指土地针对某种特定开发活动的分析，这些开发活动

5、包括农业应用、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，以作为土地利用规划决策的依据。过去这种适宜性分析一般是采用各个因子简单叠合分析或通过地图覆盖的方法来解决，20世纪世纪60年代后期，由于重视开发活动引起的环境效应，以及系统论方法在土地利用规划中的应用，逐渐利用以计算机为中心的地理信息系统进行土地利用规划的研究。年代后期，由于重视开发活动引起的环境效应，以及系统论方法在土地利用规划中的应用，逐渐利用以计算机为中心的地理信息系统进行土地利用规划的研

6、究。2010-2-7Chapter6-GIS Model66.2 适宜性分析模型2.1 模型的一般形式模型的一般形式设有某项评价目标或开发活动设有某项评价目标或开发活动T,该该T对应一组影响因素对应一组影响因素X1,X2,Xm；每个因素对应一组参评因子 每个因子有一组属性；每个因素对应一组参评因子 每个因子有一组属性v1,v2,vm;因此，每个因素对应一个属性集因此，每个因素对应一个属性集Vi:2010-2-7Chapter6-GIS Model76.2 适宜性分析模型2.1 模型的一般形式模型的一般形式显然，每个因素的属性集都是一个对指定的显然，每个因素的属性集都是一个对指定的T从优到劣的全

7、序集，且满足：从优到劣的全序集，且满足：2010-2-7Chapter6-GIS Model86.2 适宜性分析模型2.1 模型的一般形式模型的一般形式各个参评因子及其属性值的取得由数据库提取或由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:式中式中:P为为Xi对对T的贡献函数值的贡献函数值;W为为Xi对对T的权重值。的权重值。2010-2-7Chapter6-GIS Model96.2 适宜性分析模型2.1 模型的一般形式模型的一般形式P值的确定方法为值的确定方法为:

8、将各因子最适宜的指标值定为贡献函数值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，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。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：，在这之间，指标值与函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：2010-2-7Chapter6-GIS Model106.2 适宜性分析模型2.1 模型的一般形式模型的一般形式然后，根据使G(Pji)=1-|R(T)-Pji/100|(6-3)的值为最大时的然后，根据使

9、G(Pji)=1-|R(T)-Pji/100|(6-3)的值为最大时的P所对应的所对应的j,即为所求的某个即为所求的某个T的适宜级的适宜级Sj。显然，当适宜级为。显然，当适宜级为S2或或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时，必须同时确定其限制性因子。限制性因子的计算公式为2010-2-7Chapter6-GIS Model116.2 适宜性分析模型2.2 2.2 模型的应用实例模型的应用实例这里以某地区的玉米种植用地评价为例，介绍适宜性分析模型的应用及基于这里以某地区的玉米种植用地评价为例，介绍适宜性分析模型的应用及基于GIS的土地评价方法和过程。的土地评价方法和过程。?

10、1)评价对象，玉米种植用地的土地适宜性评价，通过评价将研究区分出不同的适宜性等级评价对象，玉米种植用地的土地适宜性评价，通过评价将研究区分出不同的适宜性等级:S1(最适宜最适宜)、S2(次适宜次适宜)、S3(临界适宜临界适宜)和和N(不适宜不适宜)。?2)评价方法。采用基于评价方法。采用基于GlS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、供肥等供水、供肥等)相比照，从而评定土地的适宜性等级。相比照，从而评定土地的适宜性等级。2010-2-7Chapter6-GIS Model126.2 适宜性分析模型2.2

11、2.2 模型的应用实例模型的应用实例?3）评价过程。如下。）评价过程。如下。评价对象生态条件的调查。评价对象生态条件的调查。评价对象玉米属于禾本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科，为一年生草本，其主导生态条件例如:性喜高性喜高温，需水量大，要求土壤肥沃和土层疏松，其根系生温，需水量大，要求土壤肥沃和土层疏松，其根系生长要求防止土壤侵蚀等。长要求防止土壤侵蚀等。确定评价对象的影响因素和因子确定评价对象的影响因素和因子。根据将玉米作物。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

12、如图通过季节调节外，其他影响因素和因子如图6-1所示所示:2010-2-7Chapter6-GIS Model136.2 适宜性分析模型2.2 2.2 模型的应用实例模型的应用实例2010-2-7Chapter6-GIS Model146.2 适宜性分析模型2.2 2.2 模型的应用实例模型的应用实例利用利用GIS生成影响因素数据生成影响因素数据。例如供水有效性，其影响因子为水源和土层厚度，它们对供水或保水有效性的属性集如表。例如供水有效性，其影响因子为水源和土层厚度，它们对供水或保水有效性的属性集如表6-2所示所示:2010-2-7Chapter6-GIS Model156.2 适宜性分析模

13、型2.2 2.2 模型的应用实例模型的应用实例根据表根据表6-2和相应的空间数据，通过如图和相应的空间数据，通过如图6-2所示的所示的GIS操作过程，可以有效生成基于栅格单元的供水条件等级数据文件操作过程，可以有效生成基于栅格单元的供水条件等级数据文件R1。同理，可以生成供肥条件等级数据文件。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、供氧条件等级数据文件R3和土壤侵蚀等级数据文件和土壤侵蚀等级数据文件R4。这些数据文件是土地适宜性评价的重要基础，而它们的可靠性又取决于各个参评因子及其属性集的确定。这些数据文件是土地适宜性评价的重要基础，而它们的可靠性又取决于各个参评因子及其

14、属性集的确定。2010-2-7Chapter6-GIS Model166.2 适宜性分析模型2.2 2.2 模型的应用实例模型的应用实例计算各因素的权重和贡献函数值计算各因素的权重和贡献函数值。由于每个影响因素或土地质量。由于每个影响因素或土地质量Qi(i=1,2,3,4)对评价对象的贡献大小和适宜程度不同，因此不同因素有不同的权重对评价对象的贡献大小和适宜程度不同，因此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，不同级别的因素对评价对象的贡献函数值Pji也不相同。权重也不相同。权重Wi的计算方法为的计算方法为:首先，将土地质量按其对评价对象重要性的不同，进行由小到大的排队

15、；其次，确定首先，将土地质量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对对Qi的重要性程度的重要性程度Vi+1,i，用倍数表示，并令，用倍数表示，并令V1,0=1，其结果如表，其结果如表6-3所示所示;最后，按照下列公式计算各土地质量的权重最后，按照下列公式计算各土地质量的权重:2010-2-7Chapter6-GIS Model176.2 适宜性分析模型2.2 2.2 模型的应用实例模型的应用实例式中，式中，U1=V1,0,U2=V2,1V1,0,Ui=Vi,i-1Vi-1,i-2V1,0，所以，和土地质量，所以，和土地质量Qi(i=1,2,3,4)对应的权重分别为对

16、应的权重分别为W1=0.67，W2=0.17，W3=0.08，W4=0.08。2010-2-7Chapter6-GIS Model186.2 适宜性分析模型2.2 2.2 模型的应用实例模型的应用实例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，将各因子最不适宜的指标值定为贡献函数值，将各因子最不适宜的指标值定为贡献函数值0，当影响因素分为，当影响因素分为4级时，则各因素的级时，则各因素的P值分别为值分别为P1i=100,P2i=67,P3i=33,P4i=0根

17、据各因素的权重与贡献函数值的关系式，可以建立各因素的评价指标表根据各因素的权重与贡献函数值的关系式，可以建立各因素的评价指标表(表表64)，该指标表与不同土地质量的数据文件，该指标表与不同土地质量的数据文件Ri相结合，为土地适宜性评价提供依据。相结合，为土地适宜性评价提供依据。2010-2-7Chapter6-GIS Model196.2 适宜性分析模型2.2 2.2 模型的应用实例模型的应用实例计算机适宜性评级计算机适宜性评级。通过将不同土地质量数据文件。通过将不同土地质量数据文件Ri的等级，切换为与表的等级，切换为与表6-4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相同等级对应

18、的指标值，便可计算出基于栅格单元的评价分值R(T):2010-2-7Chapter6-GIS Model206.2 适宜性分析模型2.2 2.2 模型的应用实例模型的应用实例2010-2-7Chapter6-GIS Model216.2 适宜性分析模型2.2 2.2 模型的应用实例模型的应用实例然后，根据使然后，根据使G(Pji)=1-|R(T)-Pji/100|的值为最大时的的值为最大时的P所对应的所对应的j，即为所求的对，即为所求的对T的适宜性等级的适宜性等级Sj。例如，当某栅格单元。例如，当某栅格单元Q1的指标值为的指标值为67.0,Q2为为11.4，Q3为为2.6，Q4为为0时，该栅格

19、单元的时，该栅格单元的R(T)=81.0，然后将该值和，然后将该值和Pji的值依次代入式（的值依次代入式（63）进行计算，只有当取）进行计算，只有当取P2i=67时，时，G(P2i)的值为最大的值为最大(0.86)，所以该栅格单元的适宜性等级为，所以该栅格单元的适宜性等级为S2(次适宜）。直至研究地区全部栅格单元都获得相应的适宜性等级，得到玉米作物种植用地的适宜性分级图（图次适宜）。直至研究地区全部栅格单元都获得相应的适宜性等级，得到玉米作物种植用地的适宜性分级图（图63）。）。2010-2-7Chapter6-GIS Model226.3 发展预测模型(可选择)3.1 一般介绍3.2 应用实例2010-2-7Chapter6-GIS Model236.4 位址选择模型(可选择)4.1 数据准备阶段数据准备阶段4.2 综合影响评价阶段综合影响评价阶段4.3 位址选择分析阶段位址选择分析阶段2010-2-7Chapter6-GIS Model246.5 交通规划模型(可选择)5.1 交通发生量预测模型交通发生量预测模型5.2 出行分布预测模型出行分布预测模型5.3 交通量最优分配规划交通量最优分配规划