地理信息系統(tǒng)概論第六章

1、第六章第六章 地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用模型第一節(jié)第一節(jié) GIS應(yīng)用模型概述應(yīng)用模型概述第二節(jié)第二節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)展預(yù)測模型發(fā)展預(yù)測模型第四節(jié)第四節(jié) 位址選擇模型位址選擇模型第五節(jié)第五節(jié) 交通規(guī)劃模型交通規(guī)劃模型第六節(jié)第六節(jié) 地學(xué)模擬模型地學(xué)模擬模型第七節(jié)第七節(jié) 專家系統(tǒng)概述專家系統(tǒng)概述主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：需要掌握的內(nèi)容：1）GIS應(yīng)用模型的分類2）GIS應(yīng)用模型的構(gòu)建方法3）GIS應(yīng)用模型的構(gòu)建途徑4）專家系統(tǒng)的概念、原理及基本模塊5）適宜性分析模型的概念，及模型建立的步驟、內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) GISGIS應(yīng)用模型概述應(yīng)用模型概述一、一、GISGI

2、S應(yīng)用模型的分類應(yīng)用模型的分類1 1、根據(jù)所表達(dá)的空間對象的不同，分為：、根據(jù)所表達(dá)的空間對象的不同，分為： 理論模型理論模型，經(jīng)驗?zāi)Ｐ徒?jīng)驗?zāi)Ｐ?，混合模型。混合模型? 2、按照研究對象的瞬時狀態(tài)和發(fā)展過程，分為：、按照研究對象的瞬時狀態(tài)和發(fā)展過程，分為： 靜態(tài)、半靜態(tài)、動態(tài)模型靜態(tài)、半靜態(tài)、動態(tài)模型二、二、GISGIS應(yīng)用模型的構(gòu)建應(yīng)用模型的構(gòu)建將要解決的問題與專業(yè)知識相結(jié)合,從問題開始，一步步地推導(dǎo)出解決問題所需要的原始數(shù)據(jù)、精度標(biāo)準(zhǔn)、模型的邏輯結(jié)構(gòu)和方法步驟。將已經(jīng)形成的模型邏輯結(jié)構(gòu)與GIS技術(shù)相結(jié)合，從各類數(shù)據(jù)開始，一步步地將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為問題的答案，必要時還需要進(jìn)行反饋和修改。構(gòu)建方法從

3、目的出發(fā)：目的導(dǎo)向分析從數(shù)據(jù)出發(fā)：數(shù)據(jù)導(dǎo)向操作1 1、構(gòu)建方法、構(gòu)建方法用宏語言開發(fā)所需的空間分析模型，如：ARCINFO 的 AML語言前兩種方法的結(jié)合，即既利用GIS提供的分析功能模塊，同時根據(jù)需要開發(fā)其它所需的分析功能。構(gòu)建途途徑徑GIS環(huán)境內(nèi)的模型建造混合型的模型建造2、構(gòu)建途徑、構(gòu)建途徑GIS外部的模型建造用其它應(yīng)用領(lǐng)域的軟件開發(fā)模型，然后與GIS連接 在土地資源開發(fā)時，對開發(fā)活動的分析，這些開發(fā)活動包括農(nóng)業(yè)應(yīng)用、城市化選址、作物類型布局、道路選線、選擇重新造林的最適宜的土地等。（1）確定具體的開發(fā)活動一、主要步驟：一、主要步驟：（2）選擇其影響因子（3）評判各個因子對這種開發(fā)活動的

4、適宜程度（4）提供規(guī)劃決策依據(jù)第二節(jié)第二節(jié) 適宜性分析模型適宜性分析模型開發(fā)的目的及意義國內(nèi)外研究現(xiàn)狀技術(shù)路線預(yù)期成果第一步：確定具體的開發(fā)活動第一步：確定具體的開發(fā)活動通過對開發(fā)活動的分析、論證后，確定：影響因素：因素：項目評價目標(biāo)所涉及的因素因素參評因子因子：影響每個因素的因子因子屬性屬性：每個因子所涉及的屬性第二步：第二步：選擇主要影響因素及因子第三步：第三步：選擇某種評判方法，對各個因子進(jìn)行適宜程度 評價第四步：第四步：將評價結(jié)果（方案）提交用戶，供用戶選擇。每個每個因子因子有一組屬有一組屬性性二、一般形式二、一般形式某項T T評價目標(biāo)所涉及的影響因素因素X X1 1 ， X X2 2

5、 ， ， X Xm mx x1 1 ， x x2 2 ， xxl lv v1 1 ， v v2 2 ， ， v vm m每個因素對應(yīng)一組參評因子因子根據(jù)以上選擇的因素，可以得到每個因素 Xi 所對應(yīng)一個屬性集：每個屬性集屬性集對于項目T 都有一個優(yōu)劣等級，且滿足：V1l Vjl Vnl向量表示屬性集屬性集：各個因素按屬性集的優(yōu)劣可用矩陣表示各個因素按屬性集的優(yōu)劣可用矩陣表示其中：其中：P 為為 Xi（每個因素）對（每個因素）對T 貢獻(xiàn)值貢獻(xiàn)值 W 為為 Xi（每個因素）對（每個因素）對T 的權(quán)重值的權(quán)重值P和W的確定：依據(jù)研究對象，通過計算，或者經(jīng)驗公式來確定。由以上矩陣，可求取基于柵格單元的

6、評價分值:G(Pji) = 1- R(T) Pji / 100 評價分值計算：評價分值計算：計算某個計算某個 T 的適宜等級的適宜等級 Sj當(dāng)使得 G 為最大值時所對應(yīng)的 j ，即為適宜等級 Sj適宜等級適宜等級 S Sj j評價評價當(dāng)適宜等級為S S1 1 ：可認(rèn)為最適宜S S2 2 ：可認(rèn)為次適宜S S3 3：可認(rèn)為臨界值S S4 4：不適宜 當(dāng)適宜級為S S2 2或S S3 3時，必須同時確定其限制性因子。限制性因子的計算公式為 例一、利用GIS進(jìn)行土地適宜性評價1、目標(biāo)、目標(biāo) 對玉米地進(jìn)行土地適宜性評價，通過評價將研究區(qū)分成四種適宜性等級，S1、S2、S3、S4三、應(yīng)用實例三、應(yīng)用實例

7、 S1(最適宜最適宜) S2(次適宜次適宜) S3(免強適合免強適合) S4(不適宜不適宜)2、 評價方法及過程評價方法及過程：基于：基于GIS的土地質(zhì)量評價法的土地質(zhì)量評價法對評價對象的生態(tài)條件進(jìn)行調(diào)查，得出結(jié)論：玉米屬于禾本科，為一年生草本植物；主導(dǎo)生態(tài)條件是：喜高溫、水量大、土壤肥、土層松、根系要防水土流失；(1)評價對象生態(tài)條件的調(diào)查評價對象生態(tài)條件的調(diào)查 確定玉米地土地適宜性評價的主要因素和因子及等級標(biāo)準(zhǔn)；其影響因素和因子為： (2)(2)確定評價對象的影響因素和因子確定評價對象的影響因素和因子F2F1F3F4(3)(3)利用利用GISGIS生成影響因素數(shù)據(jù)生成影響因素數(shù)據(jù)通過GIS

8、操作過程，可以有效的生成基于柵格單元的供水條件等級數(shù)據(jù)文件R1例如：供水有效性，其影響因子為水源和土層厚度供水級別距水源（m）土層厚度(cm)1級502級100 - 20050 - 203級200 - 50020 - 104級50010因素因素F1F1供水供水因素因素F2F2供肥供肥因素因素F3F3供氧供氧因素因素F4F4土壤侵蝕土壤侵蝕因素因素F5F5溫度溫度主要因素和因子疊置分析供水分級供水分級水系圖土壤圖數(shù)字化數(shù)字化緩沖區(qū)屬性分級 因子1 因子2同理，可以生成供肥條件等級數(shù)據(jù)文件R2、供氧條件等級數(shù)據(jù)文件R3和土壤侵蝕等級數(shù)據(jù)文件R4，（溫度反映在季節(jié)上） 。由于每個影響因素Fi（i=1

9、，2，3，4）對評價對象的貢獻(xiàn)大小和適宜程度不同，因此，可表述為： 不同因素有不同的權(quán)重（wi）不同級別的因素對評價對象的貢獻(xiàn)函數(shù)值(Pij)也不相同。 (4)計算個因素的權(quán)重和貢獻(xiàn)函數(shù)值計算個因素的權(quán)重和貢獻(xiàn)函數(shù)值可通過計算來獲得權(quán)重（wi）和貢獻(xiàn)函數(shù)(Pij)值。建立建立4個因素的重要性比較表個因素的重要性比較表將4個因素按重要性排隊，得F4、F3、F2、F1按倍數(shù)關(guān)系比較相互之間的重要性，即： 令F4的重要性為1； F3的重要性同F(xiàn)4，為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倍求權(quán)重（Wi）：Wi = Ui /mi=1UiW4=1/(1+1+2+2*4)=

10、1/12=0.083 W3 =1/12=0.083 W2=0.083*2=1/6=0.17 W1=0.17*4=2/3=0.67 P值的確定方法：值的確定方法：貢獻(xiàn)函數(shù)值可以按照影響因素的級別來確定。一般將各因子最適宜的指標(biāo)值定為貢獻(xiàn)函數(shù)值100，將各因子最不適宜的指標(biāo)值定為貢獻(xiàn)函數(shù)值0，在這之間，指標(biāo)值與函數(shù)值按線性關(guān)系計算和確定。 例如：例如：對供水因素，如按上所述分四級，將最適合的定為貢獻(xiàn)函數(shù)值為100，不適合的定為貢獻(xiàn)函數(shù)值為0。按影響因素的級別確定貢獻(xiàn)函數(shù)如下：按影響因素的級別確定貢獻(xiàn)函數(shù)如下：即最適合的指標(biāo)貢獻(xiàn)函數(shù)為 P1i=100 （供水為一級） 較適合的指標(biāo)貢獻(xiàn)函數(shù)為 P2i=

11、67 （供水為二級） 免強適合的指標(biāo)貢獻(xiàn)函數(shù)為 P3i=33 （供水為三級） 不適合的指標(biāo)貢獻(xiàn)函數(shù)為 P4i=0 （供水為四級）(5)計算玉米地土地適宜性評價等級，并輸出分級圖。 通過將不同土地質(zhì)量數(shù)據(jù)文件Ri的等級，切換為與評價指標(biāo)表相同等級對應(yīng)的指標(biāo)值，便可計算出基于柵格單元的評價分值R（T）： 如對柵格點求出F1指標(biāo)為67，F(xiàn)2指標(biāo)為11.4 ， F3指標(biāo)為2.6 ， F4指標(biāo)為0,評分值67+11.4+2.6+0=81 最后分級得分級圖。R(T) = （WiPji）/100，j=1，2，n i=1mm為為因素因素n為為因子因子第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)展預(yù)測模型發(fā)展預(yù)測模型一、一般介紹一、一般介

12、紹(1)(1)研究方向研究方向 人口預(yù)測、資源預(yù)測、糧食產(chǎn)量預(yù)測以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展預(yù)測(2)(2)數(shù)學(xué)方法數(shù)學(xué)方法 移動平均數(shù)法、指數(shù)平滑法、趨勢分析法、時間序列分析法、回歸分析法,以及灰色系統(tǒng)理論模型二、二、 模型簡介模型簡介人口預(yù)測模型人口預(yù)測模型:Pt =P0e（-u）Pt 為 t 年的人口數(shù)P0 為基年的人口數(shù) 為人口出生率 為人口死亡率t 為年份勞動力預(yù)測方程勞動力預(yù)測方程: :L(t)=LR(t)L(t-1)+LW(t)L(t) 為t 年勞動力狀態(tài)向量LW(t) 為t 年勞動力遷移向量LR(t) 為勞動力存留系數(shù)矩陣具體步驟具體步驟數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備： 主要依靠空間數(shù)據(jù)庫，包括屬性數(shù)

13、據(jù)（人口、資源、糧食產(chǎn)量等）和圖形數(shù)據(jù)。模型選擇：模型選擇： 根據(jù)研究內(nèi)容或目標(biāo)，選擇相關(guān)的地理模型，并進(jìn)行預(yù)測計算。成果表達(dá)：成果表達(dá)： 利用GIS輸出功能，以圖、報表的方式輸出。三、應(yīng)用實例三、應(yīng)用實例第四節(jié)第四節(jié) 位址選擇模型位址選擇模型概念概念: :選擇標(biāo)準(zhǔn)選擇標(biāo)準(zhǔn): :指按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，通過空間分析的方法，確定廠址、電站、管線，或者交通路線等的最佳位址或路徑。環(huán)境：環(huán)境：坡度、文化、自然保護(hù)區(qū)等工程：工程：工程實施的可能性，能否滿足工程標(biāo)準(zhǔn)。如：地形、土壤、氣候條件等經(jīng)濟(jì)：經(jīng)濟(jì)：工程造價建立步驟建立步驟: :數(shù)據(jù)準(zhǔn)備綜合影響評價位址選擇分析一、交通發(fā)生量預(yù)測模型一、交通發(fā)生量預(yù)測模型

14、方法：方法：回歸分析法回歸方程回歸方程: :第五節(jié)第五節(jié) 交通規(guī)劃模型交通規(guī)劃模型二、出行分布預(yù)測模型二、出行分布預(yù)測模型2 2、出行分布預(yù)測模型、出行分布預(yù)測模型: :1 1、因素、因素: : 出行方向、出行數(shù)量以及出行工具的空間分配。三、交通量最優(yōu)分配規(guī)劃三、交通量最優(yōu)分配規(guī)劃1 1、類型：、類型：平衡運輸模型與不平衡運輸模型2 2、交通量分配模型的考慮因素、交通量分配模型的考慮因素: : (1)道路功能的合理劃分(2)交通流對速度的要求(3)道路使用的經(jīng)濟(jì)性(4)對交叉路口流量的限制第六節(jié)第六節(jié) 地學(xué)模擬模型地學(xué)模擬模型含義含義: :應(yīng)用計算機、數(shù)字模擬技術(shù)及綜合分析的方法來模擬許多地理

15、過程或現(xiàn)象。地理現(xiàn)象地理現(xiàn)象: :氣候變遷、沙漠化過程、土地退化過程、湖泊沼澤化、河口沖淤、沙嘴發(fā)育、以及土壤侵蝕等。應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域：資源開發(fā)、國土整治、水土保持、工程論證一、確定土壤侵蝕的數(shù)值分析模型一、確定土壤侵蝕的數(shù)值分析模型A=0.224RKLSCP二、設(shè)計土壤侵蝕數(shù)據(jù)處理流程二、設(shè)計土壤侵蝕數(shù)據(jù)處理流程三、土壤侵蝕圖的輸出三、土壤侵蝕圖的輸出第七節(jié)第七節(jié) 專家系統(tǒng)概述專家系統(tǒng)概述一、概念：一、概念： 研究模擬人類專家的推理思維過程，將領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，以知識庫的形式存入計算機，系統(tǒng)可以根據(jù)這些知識，對輸入的原始事實進(jìn)行復(fù)雜的推理，并作出判斷和決策，從而起到專門領(lǐng)域?qū)＜业淖饔?。二、一般原理：二、一般原理?對某一領(lǐng)域具有深入研究和專門知識的專家,將其知識變?yōu)榭晒┯嬎銠C使用的形式，將獲取的知識轉(zhuǎn)換為一系列辨認(rèn)或描述實體的規(guī)則，并存入系統(tǒng)存取的知識庫中，完成推理和生成結(jié)論，并可根據(jù)用戶的要求給出相應(yīng)的解釋。三、專家系統(tǒng)的主要模塊三、專家系統(tǒng)的主要模塊v 知識獲取：知識獲?。簩δ骋活I(lǐng)域具有深入研究和專門知識的專家，將其知識變?yōu)榭晒┯嬎銠C使用的形式的過程。v 知識庫：知識庫：將獲取的知識轉(zhuǎn)換