地理信息系统原理(高勇)12空间建模与空间决策支持.ppt

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1、空间建模与空间决策支持,空间分析模型空间分析过程空间分析建模,空间分析模型,概念模型：是对现实世界中的实体或现象的抽象或简化，是对实体和现象中最重要的构成及其相互关系的表述空间分析：是基于地理对象的位置和形态特征的数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息空间分析模型：是指用于GIS空间分析的数学模型空间分析模型的特点空间定位是空间分析模型特有的性质，空间实体的多样性决定了空间分析模型建立的复杂性空间关系也是空间分析模型的一个重要特征，空间层次关系、相邻关系和拓扑关系也决定了空间分析模型建立的特殊性包含坐标、高程、属性以及时序特征的空间数据及其庞大，大量的空间数据通常用图形表示，因此空间数据模

2、型具有可视化图形特征,空间分析模型的类型,空间分布模型用于研究空间对象的空间分布特征空间分布参数的描述：分布密度和均值，分布中心，离散度空间分布检验：确定分布类型空间聚类分析：反映分布的多中心特征，并确定中心趋势面分析：反映现象的空间分布趋势空间聚合与分解：反映空间对比与趋势空间关系模型用于研究基于空间对象的位置和属性特征的空间实体之间的关系距离关系、方向关系、连通关系、拓扑关系空间相关模型用于研究实体位置和属性集成下的关系，尤其是实体群(类)之间的关系空间统计学：空间相关、覆盖分析预测、评价与决策模型用于研究空间对象的动态发展，根据过去和现在推断未来，根据已知推测未知预测空间对象的发展趋势，

3、并做出判断和评价，形成决策方案，用以指导行动,GIS应用模型类型(1)二值模型,用逻辑表达式从组合地图或多个格网中选择地图要素输出的结果也是二值格式1：满足逻辑表达式的地图要素0：不满足逻辑表达式的地图要素分析方法基于矢量：地图叠加，用逻辑表达式把各个属性组合到一个属性表中基于栅格：多格网属性值的逻辑查询应用常用于定点分析，以对应于点位指标的各自逻辑表达式进行用于变化分析：如植被覆盖变化帮助建立更精确的模型：建模过程的初始阶段，用于缩小研究范围实例：美国农业部农场服务局的保护区预留项目（CRP）近5年中有2年用于种植商品作物的农地。此外符合下列要求(1)侵蚀指数8或被认定为极易侵蚀地;(2)种

4、植的湿地；(3)遭受侵蚀(4)致力于任一种高获益环境措施：过滤带、河滨缓冲带、防护林带等(5)位于国家级或州级CRP优先保留区，或与非耕作湿地相伴或被其包绕,GIS应用模型类型(2)指数模型,用由组合地图或多个格网计算的指数值生成分级地图指数模型对所选择的变量在两个层次评估评估每个变量对其他变量的相对重要性：加权评估每个变量的观测值并打分。通常是对观测值分类，对每个类型打分应用适宜性分析和脆弱性分析实例美国环境保护局开发的用于评价地下水污染可能性的DRASTIC模型参数：水的埋深，净补给，蓄水层介质，土壤介质，地形，渗流带的影响，导水率对每个参数评分，加权求和得到总得分松貂的栖息地适宜性参数：

5、生物气候带SPbsz，点位类型SRsc，优势种SRds，郁闭度SRcc，演替阶段SRss打分HIS=sqrt(3SPbsz+SRsc+SRds)/6)(SRcc+SRss)/2)森林火灾指数模型：西班牙地中海海岸参数：植被类型v，海拔高度e，坡度s，坡向a，与道路、野营、居民地的接近度rH=1+100v+30s+10a+5r+2e,GIS应用模型类型(3)回归模型,在一个方程中，建立一个因变量与多个自变量的关系，可用于预测和估算线性回归：因变量和自变量都是数值变量时对数回归：因变量是二值现象，自变量是类别数据或数值变量实例积雪量回归模型SWE=a+b1E+b2W+bsElev格网单元列数E，行

6、数S，高程Elev威斯康星州灰狼适宜生存环境的数量和空间分布模型p=1/(1+elogit(p)，logit(p)=-6.5988+14.6189Rp为狼群出现概论，R是道路密度应用于威斯康星州、明尼苏达州和密执安州后来用于预测东北部从纽约到缅因州的狼适宜栖息地,GIS应用模型类型(4)过程模型,把现有知识综合成一组关系式或方程，用于自然过程的定量化过程模型提供判断能力和对所提出过程的内在解释形式某些过程模型采用与指数模型相似的通用方程有些采样复杂的方程描述大量环境数据的相互作用过程模型的输出往往是用于预测的一组方程实现一般是基于栅格的GIS在过程模型中的作用取决与模型的复杂度过程模型完全在G

7、IS内建立并运行更多的，过程模型单独实现，GIS与其连接，负责数据管理、可视化等实例通用土壤流失方程（USLE）A=R K L S C PA平均土壤流失，R降雨强度，K土壤可侵蚀性，L坡长，S坡度，C耕作因子，P水土报持措施因子,空间分析建模地图模型,概念空间分析建模，由于是建立在对图层数据的操作上的，又称为“地图建模”（Cartographic Modeling）。它是通过组合空间分析命令操作以回答有关空间现象问题的过程是通过作用于原始数据和派生数据的一组顺序的、交互的空间分析操作命令，对一个空间决策过程进行的模拟地图建模的结果得到一个“地图模型”它是对空间分析过程及其数据的一种图形或符号表

8、示目的是帮助分析人员组织和规划所要完成的分析过程，并逐步指定完成这一分析过程所需的数据。地图模型也可用于研究说明文档，作为分析研究的参考和素材,地图模型示例1,食草动物栖息地质量评价模型考虑了影响食草动物生存的基本因子：水源、食物、和隐藏条件，以及景观单元的面积，连通性和破碎程度的度量指标,地图模型示例2,国家森林公园选址模型,地图模型示例3,木材毁坏量回归预测模型模型的因变量（图）：坡度，树径，树高，蓄积量，树木缺矢量,地图模型的实现,宏命令和脚本语言大多数GIS软件提供了宏命令或脚本描述语言可以将上述建立的各种地图模型表示成GIS的操作命令序列，自动批处理完成整个模型过程 可视化的地图建模

9、辅助工具,实例：Model Builder,面向应用的GIS建模,GIS建模GIS是一种工具，能综合不同数据源：地图、DEM、GPS、图像、表格模型可以是基于矢量或基于栅格的，其选择取决于模型的本质、数据源和算法模型也可以是矢量和栅格数据的综合建模可以在GIS内进行，或者需要GIS于其他计算机程序的连接,空间决策支持,空间决策支持是应用空间分析的各种手段对空间数据进行处理变换，以提取出隐含于空间数据中的某些事实与关系，并以图形和文字的形式直接地加以表达，从而为人类活动的空间行为决策提供科学、合理的支持区域规划、土地利用规划、设施位置选择、环境管理等都是有关空间行为的决策问题这些问题的解决方案是

10、由决策者或领域专家在专业领域知识和经验的启发下，在分析大量的空间和非空间信息的基础上得到的空间决策问题大大超过了地理信息系统通常的空间分析功能的要求,空间决策支持系统,决策支持系统（Decision Support System,DSS）是辅助决策者通过数据、模型、知识以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策的计算机应用系统它是在管理信息系统（MIS）的基础上发展起来的，在MIS的基础上增加了非结构化问题处理，模型计算和各种方法，为解决结构化、非结构化和半结构化的问题提供了更广泛的方法。它为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境，调用各种信息资源和分析工具，帮助决策者提高决策水

11、平和质量。决策支持系统是辅助管理者对半结构化问题的决策过程，支持而不是代替管理者的判断，提高决策的有效性而不是效率的计算机应用系统,空间决策支持系统的组成,DSS的基本结构主要由四个部分组成数据部分模型部分推理机部分人机交互部分,专家系统,专家系统是人工智能在信息系统中的应用，是一个智能计算机程序系统其内部具有大量专家水平的某个领域知识与经验能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来解决该领域的问题专家系统的主要功能取决于大量的知识设计专家系统的关键是知识表达和知识运用 一般的专家系统包括五个部分数据库知识库推理机解释器知识获取,空间数据挖掘与知识发现,空间数据挖掘是在空间数据集合中发现知识，提

12、取感兴趣的空间模式和特征、空间数据与非空间数据之间的联系以及其它数据特点的过程主要研究空间数据的概率分布模式、聚类和分类特征、属性间的依赖关系以及时空自相关和互相关特征等挖掘的内容普遍的几何知识：数量、大小、形态特征等的普遍的几何特征空间分布规律：垂直向、水平向、垂直水平联合分布等空间关联规律：相邻、相连、共生、包含等空间关联规则；空间聚类规则：特征相近的空间目标聚类成上一级类的规则空间特征规则：某类或几类空间目标的几何和属性的普遍的共性特征空间区分规则：两类或多类目标间几何的或属性的不同特征空间演变规则：空间目标依时间的变化规则主要方法空间分析方法、统计分析方法、归纳学习方法、聚类与分类方法

13、探测性的数据分析方法、粗集方法、云理论、空间特征和趋势探测方法数字地图图像分析和模式识别方法、可视化方法等。,几个著名的空间数据挖掘的案例,1855年，亚细亚霍乱席卷整个伦敦，一位流行病学家J.Snow（约翰斯诺）在地图上标出受霍乱袭击的所有区域，发现这些地区组成了一个簇，簇的质心是布劳德街的一个水泵井。在关闭这个泵井后，霍乱开始消退。随后，科学家证实这种疾病具有水源传播性。R.Lenz在使用地图时发现所有大陆可以拼在一起成为一块陆地，就提出了冈瓦纳大陆（Gondwana land）理论，即所有的大陆原本是一整块陆地。随后的化石研究为这一假设提供了更多的证据。1909年，一群牙科医生发现，美国科罗拉多州Springs地区居民的牙齿格外健康，经研究认为这归功于当地饮用水中高含量的天然氟化物。研究人员随后证实氟化物对抑制龋齿十分有效。现在美国所有的市政当局都保证在引用水中添加氟化物。,