1、程 先 富,第六章 地理信息系统的应用模型,安徽师范大学国土资源与旅游学院,内 容 提 要,GIS应用模型概述模型举例,数据查询、空间分析是建模的基础模型是一种现象或系统的简化表示 模型与特定专业相关 GIS使用空间数据，强调空间数据模型以及空间显示模型 强调GIS在建模中的应用而非在模型中的应用,第一节 GlS应用模型概述,一、 GIS应用模型的分类 1.根据所表达的空间对象分：理论模型(数学模型):建立数学表达式，反映地理过程本质的理化规律，如地表径流模型、海洋和大气环流模型经验模型：通过数理统计方法和大量观测实验建立的模型，如水土流失模型、适宜性分析模型等;混合模型：既有基于理论原理的确
2、定性变量，也有应用经验加以确定的不确定性变量，如资源分配模型、位置选择模型等。,按照研究对象的状态和发展过程：静态：分析地理现象及要素相互作用的格局半静态：用于评价应用目标的变化影响动态:用于研究目标的时空动态演变及发展趋势,二、 GIS应用模型的构建,1. 建模步骤：明确分析目的和评价准则准备分析数据空间分析操作结果分析解释、评价结果结果输出,二、 GIS应用模型的构建,2. 建模的途径：利用GIS内部的建模工具：VBA、Avenue等语言利用GIS外部的建模工具：Matlab、IDL等独立开发：MapGIS、SuperMap、GeoStar等,第二节 模型举例,二值模型指数模型回归模型过程
3、模型,9,二值模型,用逻辑表达式从组合地图中选择感兴趣的地图要素与分布范围 输出结果也为二值模型（1为真，0为假） 方法 矢量：地图叠加运算、属性组合 栅格：格网查询,10,矢量二值模型建立,11,矢量二值模型应用,问题：植物潜在生存环境： 在高度带2之内，据河流不超过200米 数据 高度带地图、河流地图 方法 确立河流缓冲区 河流缓冲区与高度带地图叠加 在叠加地图上选择高度带为2的区域 二值输出,12,矢量二值模型应用,13,栅格二值模型建立,14,栅格二值模型应用示例,问题：植物潜在生存环境： 在高度带2之内，据河流不超过200米 数据 高度带地图（grid）、河流地图（grid） 方法
4、距离量测: Find Distance Map query 二值输出,15,栅格二值模型应用示例,16,二值模型应用举例,选择潜在商业用地 面积大于5公顷，商业地带，闲置，距离小 区距离小于3公里，坡度小于5度等 土地利用规划 土壤侵蚀分析 空间对象变化 建立精确模型,17,指数模型,由组和地图和多个格网计算的指数值产生的等级地图。 过程 评估变量的相对重要性，确定权重 观测值进行分类并打分 建立指数模型 数值归一化并输出： （指数值- 最小指数值）/ 指数值值域,18,基于矢量的指数模型建立过程,1,2,3,1,2,3,ID,PH,1,3,2,5,3,4,ID,Type,1,23,2,45,
5、3,18,1,3,5,4,2,6,7,ID,PH,1,3,2,3,3,1,Type,2,2,1,4,2,5,2,6,2,3,1,3,7,1,3,PH*2 + Type*3,13,分值,3,1,2,分值,2,1,3,19,基于栅格的指数模型建立过程,20,指数模型应用,通常用于适宜性分析和脆弱性分析 例一、森林保护区土地利用研究 参数确定 土壤条件、陡坡、洪涝 靠近水体、湿地等非点源污染 公路和开发区 野生动物栖息地 美学影响 过程 对每个参数按环境成本/开发约束从1到5排序 对每个参数制作格网并进行叠加 取出每个参数的最大值作为输出值 从输出格网中选择低值区作为保护区域,21,例：土地适宜性评
6、价,22,例：土地适宜性评价（续）,23,指数模型应用,地下水污染评价模型 参数确定 水的埋置深度 净补给 蓄水层介质 土壤介质 地形 渗流带影响 导水率 每个参数评分，并加权计算,24,例：地下水评价污染分析,因素：土壤特征、埋置深度、土地利用 评分系统 0 - 50 埋置深度 1 - 25： 50 26 - 50：35 51 - 100：20 101 - 150：10,25,地下水评价污染分析（续）,土地利用 灌溉用地、野生动物栖息地等：50 非灌溉用地：20 城市与居民区：99（不纳入本模型）,土壤类型 1类 50 2类 49 3类 48.8 4类 45.2 5类 43.8 6类 40.
7、8 7类 38.8,评价方程 3 X 土壤得分 + 土地利用得分 + 埋置深度得分,26,地下水评价污染分析（续）,埋置深度,土地利用,土壤类型,污染程度,27,指数模型应用,野生生物栖息地适宜性指数模型HIS 参数 生物气候带a、点位类型b、优势种c、郁闭度d、演替阶段e; 指数模型 HIS = sqrt(3a+b+c)/6) (d+e)/2） 归一化 0 为不适宜做栖息地，1为理想栖息地,28,指数模型应用,森林火灾指数模型 参数 植被种类v、海拔高度h、坡度s、坡向a、与道路或主宅区的接近程度r; 每个因子分为不同层次，赋予标准得分0、1、2，分别对应高、中、低火灾 建立模型 H=1+1
8、00v+30s+10a+5r+2e 地图运算，产生森林火险指数分布图,29,ArcView中的ModelBuilder,Spatial Analyst 2.0 扩展模块 用框图或流程图实现基于栅格的指数模型计算 主要运算类型 数据转化： 矢量到格网，DEM到格网，点的插值 重新分类 地形分析 等高线、坡度、坡向、晕渲 距离量测 格网叠加 算术叠加、加权叠加,30,回归模型,建立因变量和多个变量之间的关系，可用于预测和评估 通过地图叠加运算进行实现 类型 线性回归：数值变量 指数回归：因变量为二值而自变量为类别或数值类型数据 并非所有的GIS软件都提供回归模型计算,31,回归模型示例,积雪量模拟
9、 SWE = a + bCol+ cRow + dHeight 松鼠生活环境适宜性模型 Y = 0.002H + 0.228Slope + 0.685C1 +0.433 C2 + 0.481C3 + 0.009AspectEW 概率分布：p=1/(1+exp(-Y) 灰狼适宜生存环境与空间分布 Logit(p)=-6.5988 + 14.6189*R （R为道路密度） 出现狼的概率: p=1/(1+elogit(p),32,过程模型,关于现实世界环境过程的知识综合成一组用于定量分析该过程的关系或方程 提供判断或内在解释能力 方程可能比较复杂 输出结果可用于进行预测,33,过程模型示例,通用土壤流失方程USLE 农业非点源模型AGNPS 土壤和水评价模型SWAT 渗流带非点源污染模型 滑坡模拟模型 地下水污染模型,34,过程模型示例1： 土壤侵蚀预测模型建立流程,35,过程模型示例1： 土壤侵蚀预测模型建立流程,36,过程模型示例2： 咖啡种植适宜性评价模型,37,过程模型示例2： 咖啡种植适宜性评价模型,38,本讲结束,
