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1、,第 六 章 GIS 的 应 用 模 型,6.1 GIS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：,2.按照研究对象的瞬时状态和发展过程：,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 .建模步骤明确分析的目的和评价准则；准备分析数据；进行空间分析操作；结果分析；解释、评价结果(如有必要，返回步骤)；结果输出(地图、表格和文档)。,例1道路
2、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
3、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
4、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。,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：,V1l Vjl 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：,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
5、:,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；,(
6、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,(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,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
7、,可通过计算来获得权重（wi）和贡献函数(Pij)值。,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,求权重（Wi）：,W4=1/(1+1+2+2*4)=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
8、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。,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）,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）：,如对栅格点求出F1
9、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。,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：,S =,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；,7-2-1 土地利用分值表
10、,7-2-2 地面坡度分值表,2）单因素评价：,3）多因素乘权叠加,两因素等权重：W1W20.5,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
11、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
12、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050，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：landus
13、e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145.2250,4) 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； 人口出生率； u人口死亡率；t时间(年份)。,研究地区： =12.5 ，u=6.5； 将基年定为1985年，并且P0
14、=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,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（2000m）建立缓冲 区，并将缓冲区在公共设施层中擦除；从地块图中选择所有满足条件1、2的地块，并与公共 设施层数据进行拓扑叠加。,
