1、第6章 地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型,主要內(nèi)容,1 GIS應(yīng)用模型的概述1.1 定義1.2 GIS應(yīng)用模型分類1.3 GIS應(yīng)用模型的構(gòu)建2 GIS應(yīng)用模型舉例,1 GIS應(yīng)用模型的概述,1.1 定義:GIS應(yīng)用模型是根據(jù)具體的應(yīng)用目標(biāo)和問題，借助GIS自身的技術(shù)優(yōu)勢，使觀念世界中形成的概念模型，具體化為信息世界中可操作的機(jī)理和過程。,1.2 GIS應(yīng)用模型分類1.2.1 按照表達(dá)對象不同，可分為1）理論（數(shù)學(xué)）模型：應(yīng)

2、用數(shù)學(xué)分析方法建立的數(shù)學(xué)表達(dá)式，反映地理過程本質(zhì)的理化規(guī)律。例如地表徑流模型、海洋和大氣環(huán)流模型等2）經(jīng)驗?zāi)Ｐ停和ㄟ^數(shù)理統(tǒng)計方法和大量觀測實驗建立的模型。如水土流失模型、適宜性分析模型等3）混合模型：既有基于理論原理的確定性變量，也有應(yīng)用經(jīng)驗加以確定的不確定性變量。例如位置選擇模型,1 GIS應(yīng)用模型的概述,1.2 GIS應(yīng)用模型分類1.2.2 按照瞬間狀態(tài)和發(fā)展過程，可分為靜態(tài)模型用于分析地理現(xiàn)象及要素相互作用的格局

3、半靜態(tài)模型用于評價應(yīng)用目標(biāo)的變化影響動態(tài)模型用于預(yù)測研究目標(biāo)的時空動態(tài)演變及趨勢,1 GIS應(yīng)用模型的概述,1 應(yīng)用模型建模的步驟：1）明確分析目的和評價準(zhǔn)則2）準(zhǔn)備分析數(shù)據(jù)3）空間分析操作4）結(jié)果分析5）解譯、評價結(jié)果6）結(jié)果輸出,二 GIS應(yīng)用模型的構(gòu)建,(1)GIS環(huán)境內(nèi)部的模型建造,利用GIS軟件的宏語言, 將其模型部件進(jìn)行有機(jī)組合,(2)GIS環(huán)境外部的模型建造,(3)混合型模型建造結(jié)合上述兩種方法.盡

4、可能利用GIS提供的功能,又具有外部建模的靈活性,自行開發(fā)或用其它系統(tǒng)的軟件構(gòu)造, GIS用于空間數(shù)據(jù)操作(I/O),2 應(yīng)用模型的構(gòu)建途徑,可視化的GIS建模輔助工具,應(yīng)用模型建模的方法——制圖建模,1)啟動ArcToolbox； 2)右鍵單擊Toolbox，選擇New toolbox，生成Toolbox1 3)右鍵單擊Toolbox1，在New中選擇Model，則生成model;,可視化的GIS建模輔助工具,實例: 某一單

5、位準(zhǔn)備建立一個養(yǎng)殖試驗室，請利用GIS空間分析方法確定適合建立養(yǎng)殖試驗室的侯選區(qū)域.需參考的條件是,距離排水管道在300米之內(nèi),是灌木林地(土地利用類型),且是濕地(土壤類型).,2 GIS應(yīng)用模型舉例,分析目的:解決養(yǎng)殖試驗室的選址問題,即確定合適的區(qū)域評價準(zhǔn)則：①土地利用類型為灌木林地；②適宜開發(fā)的土壤類型為濕地；③距離排水管道在300米之內(nèi)。所需數(shù)據(jù)：土地利用類型圖、土壤類型圖、排水管網(wǎng),具體步驟：1 將土地利用類型

6、圖和土壤類型圖進(jìn)行疊置分析(合并分析或相交分析);2 按給定距離建立距離為300米的排水管道緩沖區(qū);3 利用合并后的圖層與排水管道緩沖區(qū)進(jìn)行疊置分析(裁剪分析);4 SQL查詢滿足“土地利用類型=灌木林地”且“土壤類型=濕地”的區(qū)域，所選擇的區(qū)域即為適合建立實驗室的候選區(qū)域.,實例二： 某市準(zhǔn)備建立一公園，請利用GIS空間分析方法確定適合建立公園的區(qū)域.要求該公園必須相對安靜（離公路0.2公里之外）且交通方便（離公路0

7、.8公里之內(nèi)）,公園最好依附在大小適中的天然河流上（即河流分等級，河流分為1-3等，等級為2的河流才適合建公園），要避免沼澤地.,分析目的：確定建立公園的合適區(qū)域評價準(zhǔn)則：1)相對安靜（離公路0.2公里之外）且交通方便（離公路0.8公里之內(nèi)）2)依附在大小適中的天然河流上，即等級為2的河流才適合建公園。3)公園選址要避免沼澤地，即土地利用圖中非沼澤地的適合建公園。,所需數(shù)據(jù)：交通圖水系圖（帶有分級屬性的水系圖）土地利用圖

8、,具體步驟：1)對交通圖中的公路分別建立0.8,0.2公里緩沖區(qū)2）將兩緩沖區(qū)進(jìn)行空間疊置（擦除分析）得到公園候選區(qū)域---zones3）通過賦屬性再分類，將土地利用圖分成沼澤地及非沼澤地兩類（1為非沼澤地，0為沼澤地）； 4）合并土地利用圖中屬性相同的相鄰多邊形的邊界，得到Marsh層； 5)將Marsh層和zones進(jìn)行多邊形空間疊置分析（相交分析或裁剪分析），得到zones內(nèi)的土地利用區(qū)域Zmarsh；6)將Strea

9、m層與Zmarsh進(jìn)行空間疊置（相交分析）7）查詢輸出所選中的區(qū)域。查詢“土地利用類型=‘1’ ”且“河流等級=‘2’”的區(qū)域，該區(qū)域即為公園建立的候選地址。,1）建緩沖區(qū)將交通圖層添加到新的Map中，點Layers的Properties，在General欄中的Unit設(shè)置為meters,,具體步驟（部分操作）：,,,1）建緩沖區(qū),,2）空間疊置分析,3）查詢選擇Selection菜單下的Select By Attributes，

10、在彈出的對話框中輸入查詢語句如下圖,圖上顯示的即為滿足條件的備選地址，即距公路0.2—0.8km的區(qū)域（inside值為2表示），穿過非沼澤地（type值為99），分類級別為2的河流（class為2）,,實例:,設(shè)某藥用植物的優(yōu)勢生長條件是：（1）地面坡度在15°-- 25°間、（2）土壤為堿性土壤。請利用GIS空間分析方法確定某流域交通線兩側(cè)500米范圍內(nèi)的適種區(qū)域。,分析目的：確定植物的適種區(qū)域評價準(zhǔn)則：坡

11、度在15°-- 25°間堿性土壤交通線兩側(cè)500米范圍內(nèi)數(shù)據(jù)源:DEM； 土壤分布圖； 交通線圖；,具體步驟: (1)利用DEM生成坡度圖，對坡度圖進(jìn)行重分類，將坡度圖分為兩類（1為15°-- 25° ，0為其他坡度）(2)通過賦屬性再分類，將土壤分布圖分成堿性及非堿性兩類（1為堿性，0為非堿性）； (3)合并土壤分類圖中屬性相同的相鄰多邊形的邊界 ； (4)合并后的土壤分類圖

12、進(jìn)行矢量轉(zhuǎn)柵格；(5)建立交通線周圍500米寬的緩沖區(qū)； (6)交通線緩沖區(qū)進(jìn)行矢量轉(zhuǎn)柵格； (7)將1、4、6進(jìn)行柵格疊加；(8)滿足“坡度=1”且“土壤=1”且“緩沖區(qū)=99”的區(qū)域，即為適合植物種植的區(qū)域.,作業(yè)： 為了在某地建立一森林公園旅游點，需參考一定的旅游條件，假設(shè)該旅游點須滿足距公路、鐵路0.5km以外10km以內(nèi)，非市區(qū)(城鎮(zhèn)行政區(qū)劃圖)，有林地(森林分布圖)，要求在行政區(qū)劃圖上選出該旅游點位置。

13、,分析目的：確定建立森林公園的區(qū)域評價準(zhǔn)則：距公路、鐵路0.5km以外10km以內(nèi)城鎮(zhèn)行政區(qū)劃為非市區(qū)森林分布為有林地數(shù)據(jù)源:公路及鐵路分布圖； 森林分布圖； 城鎮(zhèn)行政區(qū)劃圖；,具體步驟: (1)通過賦屬性再分類，將森林分布圖分成林地及非林地兩類（1為林地 ，0為非林地 ）； (2)合并森林分類圖中屬性相同的相鄰多邊形的邊界 ； (3)建立公路和鐵路周圍0.5km寬的緩沖區(qū)； (4)建立公路和鐵路周圍10km寬

14、的緩沖區(qū)； (5)將城鎮(zhèn)行政區(qū)劃圖重新分類，生成市區(qū)、非市區(qū)兩類；(6)合并城鎮(zhèn)行政區(qū)劃圖屬性相同的相鄰多邊形的邊界 ;,具體步驟:(7)將森林分布圖與城鎮(zhèn)行政區(qū)劃圖進(jìn)行疊置分析(合并分析或相交分析);(8)將(7)中疊置分析結(jié)果與(4)中緩沖區(qū)進(jìn)行疊置分析(裁剪分析);(9)將(8)中疊置分析與(3)中緩沖區(qū)進(jìn)行疊置分析(擦除分析)(10)SQL查詢滿足“森林分布類型=有林地”且“城鎮(zhèn)行政區(qū)劃類型=非市區(qū)”的區(qū)域，所選擇的

15、區(qū)域即為適合建立森林公園的候選區(qū)域.,土地利用圖,土壤圖,排水管300米的緩沖區(qū),結(jié)果圖,,,,,,,,道路拓寬改建中拆遷賠償計算,要解決的問題及約束條件 計算由于道路拓寬而需拆遷的建筑面積和房產(chǎn)價值 ； 道路拓寬改建的標(biāo)準(zhǔn)是： 道路從原有的20米拓寬到60米 ； 拓寬道路應(yīng)盡量保持直線 ； 部分位于拆遷區(qū)內(nèi)的10層以上的建筑不拆除 ； 所需資料 現(xiàn)狀道路圖； 區(qū)域內(nèi)建筑物分布圖；,,,,,,,,空間操作 選擇擬拓寬的

16、道路，根據(jù)拓寬半徑，建立道路的緩沖區(qū)； 將緩沖區(qū)圖與建筑物分布圖進(jìn)行拓?fù)浏B加，此圖包括所有部分或全部位于拓寬區(qū)內(nèi)的建筑物信息； 統(tǒng)計分析 選擇落入拆遷區(qū)內(nèi)的樓層高為10層以上的建筑物，將其排除掉，其余為拆遷建筑物 ； 對所需拆遷的建筑物進(jìn)行拆遷指標(biāo)計算，包括建筑物面積、房產(chǎn)價值。,拆遷賠償計算,,,,,,,,輔助建設(shè)項目選址,需解決的問題和約束條件 需解決的問題： 為一個輕度污染工廠的可能建設(shè)位置選址。 約束條件： (1

17、)地塊建設(shè)用地面積不小于10000m2 ；(2)地塊的地價不超過1萬元/m2 ；(3)地塊周圍不能有幼兒園、學(xué)校等公共設(shè)施。,,,,,,,,所需數(shù)據(jù) 全市所有地塊信息的數(shù)據(jù)層 全市公共設(shè)施的分布圖 空間分析 從地塊圖中選取所有滿足條件(1)(2)的地塊 與公共設(shè)施層數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)浏B加 對疊加的結(jié)果進(jìn)行鄰域分析和特征提取，選擇出滿足要求的地塊 將選擇的地塊及相關(guān)信息以地圖和表格形式打印輸出,輔助建設(shè)項目選址,地學(xué)模擬模型（

18、P216）,模擬地理過程或現(xiàn)象氣候變遷, 沙漠化, 土地退化, 沼澤化, 河道發(fā)育, 土壤侵蝕, ...例: 土壤侵蝕數(shù)值分析確定數(shù)值模型設(shè)計數(shù)據(jù)處理流程輸出土壤侵蝕圖,實例四：木材毀壞量回歸預(yù)測模型根據(jù)多年的統(tǒng)計數(shù)字和經(jīng)驗方程，本例是一個林場砍伐木材時木材毀壞量回歸預(yù)測模型。模型的因變量有坡度，樹徑，樹高，蓄積量，樹木缺矢量。公式如下：,,,分析目的：對某林場砍伐木材時木材毀壞量進(jìn)行預(yù)測。約束條件：預(yù)測公式模型

19、數(shù)據(jù)（公式中各因子）：數(shù)字高程模型（坡度），樹徑，樹高，蓄積量，樹木缺矢量具體步驟：1）提取各因子2）進(jìn)行要素疊合運算（柵格運算）：注意權(quán)重,該模型可以表示成下面的形式：,適宜性分析模型,用途: 土地利用規(guī)劃方法:確定具體的開發(fā)活動選擇影響因子確定各影響因子的權(quán)重及度量方法獲取各因子取值按適宜性模型計算各單元適宜程度的分值劃分適宜性等級,適宜性分析模型應(yīng)用實例,評價對象: 玉米種植用地評價方法: 基于GIS的土地

20、質(zhì)量評價評價過程生態(tài)條件調(diào)查確定評價對象的影響因素利用GIS生成影響因素數(shù)據(jù)計算各因素權(quán)重和貢獻(xiàn)函數(shù)值適宜性評級生成適宜性等級圖,發(fā)展預(yù)測模型,定量預(yù)測利用系統(tǒng)的多目標(biāo)統(tǒng)計數(shù)據(jù), 由一個或幾個變量的值來預(yù)測或控制另一個研究變量的取值常用數(shù)學(xué)方法:移動平均法指數(shù)平滑法趨勢分析法時間序列分析法回歸分析法灰色系統(tǒng)模型,發(fā)展預(yù)測模型應(yīng)用實例,人口發(fā)展預(yù)測模型Pt = P0e (?-?)預(yù)測結(jié)果表示把預(yù)測結(jié)果與

21、市鎮(zhèn)中心點坐標(biāo)相聯(lián)系繪制人口密度等值線,專家系統(tǒng),模擬專家的推理思維過程知識庫推理機(jī)制基本構(gòu)成,專家系統(tǒng)的基本組成,GIS應(yīng)用——農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃,中國氣象局提出建設(shè)“第三次農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃”項目的目的是：采用新技術(shù)、新方法、新資料，開發(fā)“農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃信息系統(tǒng)（Agriculture & Climate Distributed Information System,簡稱ACDIS）”軟件，建立氣候資源開發(fā)利用和保護(hù)監(jiān)測體系，實行

22、資源平面與立體，時間與空間全方位優(yōu)化配置；發(fā)揮區(qū)域氣候優(yōu)勢，趨利避害減輕氣候災(zāi)害損失，提高資源開發(fā)的總體效益。為各級政府分類指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，退耕還林防止水土流失等提供決策依據(jù)，為地方政府服務(wù)。,農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃信息系統(tǒng)（ACDIS）是基于GIS工具平臺，建立起面對專業(yè)技術(shù)人員的專用工具，適用于農(nóng)業(yè)氣候資源監(jiān)測評價、氣候資源管理與分析，小網(wǎng)格氣候資源推算與空間查詢、省地縣三級區(qū)劃產(chǎn)品制作等。具體實現(xiàn)了以下功能： 1）地理基

23、礎(chǔ)信息管理：管理工作區(qū)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，如行政區(qū)劃，水系，交通數(shù)據(jù)等； 2）小網(wǎng)格資源信息管理：管理柵格格式的、與農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃有關(guān)的信息，包括各種DEM數(shù)據(jù)； 3）小網(wǎng)格資源推算與區(qū)劃產(chǎn)品制作； 4）農(nóng)業(yè)氣候資源監(jiān)測與評價； 5）農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃成果演示。,“3S”在項目中的應(yīng)用1）利用GIS對農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃綜合要素空間查詢和管理 ACDIS利用GIS工具提供的基本功能，對其它子系統(tǒng)輸入、處理和生成的氣候資源等數(shù)據(jù)

24、進(jìn)行綜合查詢和管理。生成不同查詢條件下的區(qū)劃產(chǎn)品，作為區(qū)劃專題內(nèi)容，進(jìn)而實現(xiàn)對區(qū)劃各類產(chǎn)品的矢量圖、柵格圖、DEM、注記和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行以地理表達(dá)式為條件的邏輯查詢以及不同圖件和屬性數(shù)據(jù)的綜合查詢、管理，并把查詢結(jié)果制圖輸出到繪圖儀或打印機(jī)，或保存為其它格式文件。,2）利用GIS對氣候資源進(jìn)行小網(wǎng)格推算模式研究 氣候資源小網(wǎng)格推算模式研究是區(qū)劃的一項基礎(chǔ)性工作。在收集山區(qū)氣候研究成果基礎(chǔ)上，輔助以氣象哨、水文站雨量資料后，通過

25、GIS平臺可快速計算和獲取測點地理參數(shù)（高程、坡向、坡度）。采用統(tǒng)計分析方法，根據(jù)要素的統(tǒng)計特征值和地理特征將全省劃分若干氣候區(qū)，分別建立各區(qū)域氣候要素推算統(tǒng)計模式，通過驗證和殘差訂正，應(yīng)用到氣候資源小網(wǎng)格推算中。,3）GIS在農(nóng)業(yè)氣候資源分析中的應(yīng)用 應(yīng)用GIS來定量采集、管理、分析具有空間特性的氣候資源，建立GIS分析氣候資源的思想、方法、步驟，包括數(shù)字高程模型建立、GIS農(nóng)業(yè)氣候資源數(shù)據(jù)建立、空間分析模型建立、氣候資源

26、分析計算、氣候分區(qū)及定量分析等。4）利用GIS建立集區(qū)劃—資源動態(tài)監(jiān)測—高產(chǎn)栽培技術(shù)為一體的信息服務(wù)系統(tǒng) 利用GIS工具，開發(fā)出基于Web的、對氣候條件敏感的兩系雜交稻制種氣候資源空間配置信息系統(tǒng)，將區(qū)劃服務(wù)于作物生產(chǎn)基地選擇、關(guān)鍵生育期氣象服務(wù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)等各個方面。,5）利用“3S”提取農(nóng)業(yè)背景信息參與區(qū)劃計算 農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃是根據(jù)農(nóng)作物生長發(fā)育過程中對氣候條件的要求和氣候資源的地理分布特征來進(jìn)行分區(qū)劃片

27、的，在某種農(nóng)作物的氣候可種植區(qū)內(nèi)還有不同的地物類型，不同的農(nóng)作物要求不同的地理環(huán)境。為使農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更具有指導(dǎo)作用，將非氣象因子引入到農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃中。農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃對象中往往對土壤PH值要求很高，根據(jù)土壤類型分布可以得出土壤PH值的分布，將其作為區(qū)劃的一個關(guān)鍵指標(biāo)，使得區(qū)劃更加有實際應(yīng)用意義。利用GIS將土壤分類圖作為一項數(shù)據(jù)層參與氣候資源數(shù)據(jù)層集運算，得出包含土壤類型信息的區(qū)劃結(jié)果。,江西省在全省優(yōu)質(zhì)早稻種植氣候區(qū)劃和萬安縣臍