在其中理论T的所有有效句子都被满足的一种可能的认识,称为T的一个模型。 萨帕斯 个模型可以是一种理论、一条规律、一种关系、或者一种假说、一个方程式 条规则。 斯基林 第十章空间建模与空间决策支持 导读:本章介绍了“更高层次”的GS分析功能,第一节讲述了如何利用基本的分 析,如缓冲区、疊加分析,进行组合,以完成特定的功能。 后面几节分别介绍了空间决策支持系统、专家系统、数据仓库、元胞自动机和空间 定位和配置方面的知识,这些内容,或者在其它的领域已经成熟,或者属于新兴的 领域。在GS的支持下,实现相关功能,并将其应用于空间分析,可以解决更为复 杂的空间问题 1.空间分析过程及其模型 1.1空间分析过程 空间分析的目的是解决某类与地理空间有关的问题,通常涉及多种空间分析操作的组 合。好的空间分析过程设计将十分有利于问题的解决,一般步骤是 1)明确分析的目的和评价准则 2)准备分析数据 3)进行空间分析操作; 4)进行结果分析 5)解释、评价结果(如有必要,返回步骤1) 6)结果输出(地图、表格和文档)。 1.1.1例1:道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算 这里将举例说明如何利用建立缓冲区、拓扑叠加和特征提取,计算一条道路拓宽改建过 程中的拆迁指标 1)明确分析的目的和标准 本例的目的是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
在其中理论 T 的所有有效句子都被满足的一种可能的认识，称为 T 的一个模型。 萨帕斯 一个模型可以是一种理论、一条规律、一种关系、或者一种假说、一个方程式、 一条规则。 斯基林 第十章 空间建模与空间决策支持 导读：本章介绍了“更高层次”的 GIS 分析功能，第一节讲述了如何利用基本的分 析，如缓冲区、叠加分析，进行组合，以完成特定的功能。 后面几节分别介绍了空间决策支持系统、专家系统、数据仓库、元胞自动机和空间 定位和配置方面的知识，这些内容，或者在其它的领域已经成熟，或者属于新兴的 领域。在 GIS 的支持下，实现相关功能，并将其应用于空间分析，可以解决更为复 杂的空间问题。 1．空间分析过程及其模型 1．1 空间分析过程 空间分析的目的是解决某类与地理空间有关的问题，通常涉及多种空间分析操作的组 合。好的空间分析过程设计将十分有利于问题的解决，一般步骤是： 1）明确分析的目的和评价准则； 2）准备分析数据； 3）进行空间分析操作； 4）进行结果分析； 5）解释、评价结果（如有必要，返回步骤 1）； 6）结果输出（地图、表格和文档）。 1．1．1 例 1：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算 这里将举例说明如何利用建立缓冲区、拓扑叠加和特征提取,计算一条道路拓宽改建过 程中的拆迁指标。 1）明确分析的目的和标准 本例的目的是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,一类是现状道路图;另一类为分析区域内建筑物分布图及相关 信息。 3)进行空间操作 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。 1.1.2例2:辅助建设项目选址 本例说明如何利用空间操作和特征提取功能,为一建设项目选择最佳的建设位置。 1)建立分析的目的和标准 分析的目的是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10000 地块的地价不超过1万元/m2 地块周围不能有幼儿园、学校等公共设施,以免受到工厂生产的影响 2)从数据库中提取用于选址的数据 为达到选址的目的,需准备两种数据,一种为包括全市所有地块信息的数据层;另一类 为全市公共设施(包括幼儿园、学校等)的分布图 3)进行特征提取和空间拓扑叠加 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。 4)进行邻域分析 对叠加的结果进行邻域分析和特征提取,选择出满足要求的地块。 5)将选择的地块及相关信息以地图和表格形式打印输出。 1.2空间分析建模 1.2.1地图模型( Cartographic Model)的概念 模型是人类对事物的一种抽象,人们在正式建造实物前,往往首先建立一个简化的模型, 以便抓住问题的要害,剔除与问题无关的非本质的东西,从而使模型比实物更简单明了,易 于把握。同样为了解决复杂的空间问题,人们也试图建立一个简化的模型,模拟空间分析过 程。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
⚫ 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，一类是现状道路图；另一类为分析区域内建筑物分布图及相关 信息。 3）进行空间操作 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。 1．1．2 例 2：辅助建设项目选址 本例说明如何利用空间操作和特征提取功能，为一建设项目选择最佳的建设位置。 1）建立分析的目的和标准 分析的目的是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 10000m 2； ⚫ 地块的地价不超过 1 万元/m 2； ⚫ 地块周围不能有幼儿园、学校等公共设施，以免受到工厂生产的影响。 2）从数据库中提取用于选址的数据 为达到选址的目的，需准备两种数据，一种为包括全市所有地块信息的数据层；另一类 为全市公共设施（包括幼儿园、学校等）的分布图。 3）进行特征提取和空间拓扑叠加 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。 4）进行邻域分析 对叠加的结果进行邻域分析和特征提取，选择出满足要求的地块。 5）将选择的地块及相关信息以地图和表格形式打印输出。 1．2 空间分析建模 1．2．1 地图模型（Cartographic Model）的概念 模型是人类对事物的一种抽象，人们在正式建造实物前，往往首先建立一个简化的模型， 以便抓住问题的要害，剔除与问题无关的非本质的东西，从而使模型比实物更简单明了，易 于把握。同样为了解决复杂的空间问题，人们也试图建立一个简化的模型，模拟空间分析过 程。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,更形式化 些的定义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 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 地图建模可以是一个空间分析流程的逆过程,即从分析的最终结果开始,反向一步步分 析为得到最终结果,哪些数据是必须的,并确定每一步要输入的数据以及这些数据是如何派 生而来。以下的例子将说明其过程: 假定需要获得这样一个结果,即要显示出所有坡度大于20度的地区。首先的问题是要生 成这样一幅图像,哪些数据是必须具备的:如要生成一幅坡度大于20度的图像,需要一幅反 映所有坡度的图像,数据库里有这样的图像吗?如果没有,就进一步沿着反向思路提问:“如 要生成一幅所有坡度的图像,需要什么样的数据?”。一幅高程数据图像可用于生成坡度图 像。那么,这幅高程数据图像有没有呢?如果没有的话,生成该图像需要何种数据?这一过 程一直持续,直至找出所有必备数据为止。然后反向用图形或符号将有关数据及其操作流程 表示出来就得到一个地图模型。本例表示如图10-1 坡度 大于 20度 坡度图 的地再分类象坡度计算 数字高程图象 间插值 等高线数据 图10-1:提取坡度大于20度的计算流程 图中,矩形框内为数据,箭头表示操作命令,方向表示操作顺序。 1.2.2地图模型实例 地图模型有多种表示方法,为了进一步理解制图建模过程,下面给出三个不同领域的地 图模型实例,分别采用了三种不同的表示方法 1)食草动物栖息地质量评价模型 本例是一个食草动物栖息地质量评价简化模型,模型只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。模 型形式如图10-2所示
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，更形式化一 些的定义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。 地图建模可以是一个空间分析流程的逆过程，即从分析的最终结果开始，反向一步步分 析为得到最终结果，哪些数据是必须的，并确定每一步要输入的数据以及这些数据是如何派 生而来。以下的例子将说明其过程： 假定需要获得这样一个结果，即要显示出所有坡度大于20度的地区。首先的问题是要生 成这样一幅图像，哪些数据是必须具备的：如要生成一幅坡度大于20度的图像，需要一幅反 映所有坡度的图像，数据库里有这样的图像吗？如果没有，就进一步沿着反向思路提问：“如 要生成一幅所有坡度的图像，需要什么样的数据？”。一幅高程数据图像可用于生成坡度图 像。那么，这幅高程数据图像有没有呢？如果没有的话，生成该图像需要何种数据？这一过 程一直持续，直至找出所有必备数据为止。然后反向用图形或符号将有关数据及其操作流程 表示出来就得到一个地图模型。本例表示如图10-1： 坡度 大于 20 度 的地 区 坡 度 图 象 数 字 高 程 图 象 等 高 线 数 据 再分类 坡度计算 空间插值 图10-1：提取坡度大于20度的计算流程 图中，矩形框内为数据，箭头表示操作命令，方向表示操作顺序。 1．2．2 地图模型实例 地图模型有多种表示方法，为了进一步理解制图建模过程，下面给出三个不同领域的地 图模型实例，分别采用了三种不同的表示方法。 1）食草动物栖息地质量评价模型 本例是一个食草动物栖息地质量评价简化模型，模型只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。模 型形式如图10-2所示：
再分类 水源地 饮水难易度 再分类 平均 植被类型 觅食难易度 景观各点叠加(和) 总体质量 栖息质量 再分类 植被类型 隐藏难易度 再分类 景观单元 面积 相对大小 定级复合栖 再分类 再分类 平均景观单元 息质量 景观单元 凸度指数 相对连通性 栖息质量 再分类 再分类p 景观单元 欧拉数 相对一致性 景观单元 图10-2:食草动物栖息地质量评价模型 图中操作顺序从左向右,从上向下,矩形框内为原始数据和派生中间数据以及结果数据 矩形框连线上面的文字为操作命令 2)国家森林公园选址模型 本例是一个为某地建立一国家森林公园确定大致范围,是一个数据源已知,需要进行空 间信息提取的模型。数据源包括公路铁路分布图(线状地物),森林分布图(面状地物) 城镇区划图(面状地物)。地图模型可以用下面的形式表示 表10-1:国家森林公园选址模型 步骤 操作命令 找出所有森林地区 再分类 1为林地,0为非林地 合并森林分类图属性相同的相邻多边形的边界 找出距公路或铁路0.5公里的地区 找出距公路或铁路1公里的地区 缓冲区分析 找出非城市区用地 再分类 为非市区,0为市区 找出森林地区、非市区、且距公路或铁路0.5至1公 拓扑叠加分析 里范围内的地区 合并相同属性的多边形 归组 3)木材毁坏量回归预测模型 根据多年的统计数字和经验方程,本例是一个林场砍伐木材时木材毁坏量回归预测模 型 模型的因变量有坡度,树径,树高,蓄积量,树木缺矢量。公式如下: Y=-2490+1670X1+0424x2-0007X3-1.120X4-5090x5 地图模型可以表示成下面的形式(图10-3):
水源地 植被类型 景观单元 植被类型 景观单元 景观单元 景观单元 饮水难易度 觅食难易度 隐藏难易度 面积 凸度指数 欧拉数 相对大小 相对连通性 相对一致性 景观各点 栖息质量 景观单元 栖息质量 总体质量 复合栖 息质量 再分类 再分类 再分类 再分类 再分类 再分类 平均 平均 再分类 再分类 再分类 叠加（和） 定级 图10-2：食草动物栖息地质量评价模型 图中操作顺序从左向右，从上向下，矩形框内为原始数据和派生中间数据以及结果数据， 矩形框连线上面的文字为操作命令。 2）国家森林公园选址模型 本例是一个为某地建立一国家森林公园确定大致范围，是一个数据源已知，需要进行空 间信息提取的模型。数据源包括公路铁路分布图（线状地物），森林分布图（面状地物）， 城镇区划图（面状地物）。地图模型可以用下面的形式表示： 表 10-1：国家森林公园选址模型 步骤 操作命令 找出所有森林地区 1 为林地 ，0 为非林地 再分类 合并森林分类图属性相同的相邻多边形的边界 归组 找出距公路或铁路 0.5 公里的地区 缓冲区分析 找出距公路或铁路 1 公里的地区 缓冲区分析 找出非城市区用地 1 为非市区，0 为市区 再分类 找出森林地区、非市区、且距公路或铁路 0.5 至 1 公 里范围内的地区 拓扑叠加分析 合并相同属性的多边形 归组 3）木材毁坏量回归预测模型 根据多年的统计数字和经验方程，本例是一个林场砍伐木材时木材毁坏量回归预测模 型。 模型的因变量有坡度，树径，树高，蓄积量，树木缺矢量。公式如下： 1 2 3 4 090 5 Y = −2.490+1.670X + 0.424X − 0.007X −1.120X − 5. X 地图模型可以表示成下面的形式（图10-3）：
因变量(图)x回归系数 权重图 坡度XI 坡度X1 树径X2 树径X2 树高X3 0.007 树高X3 蓄积量X4 1.120 蓄积量X4 缺失量X5 5.090 缺失量X5 常数-2.490 木材毁坏量 图10-3:木材毁坏量回归预测模型 1.2.3地图模型实现 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 iS的操作命令序列,自动批处理完成整个模型过程。例如一个根据DEM图像生成坡度图, 可以表达成GIS命令格式 CALC Slopemap slope( DEMmap) 由多个原始图层生成一个新图可以写成下面的形式: Newmap=f(Mapl, Map2,.....) 式中,f()表示一个GIS命令。 些GIS软件还提供了书写复杂函数的功能,甚至可以在一个命令行里,使用多个函数 表达一个完整的地图模型,形式如下: Newmap/, Newmap2,……y123…Mapl,Map2,, Newmap/, Newmap2 式中, Newmapl, Newmap2,为派生的中间图层
图 10-3：木材毁坏量回归预测模型 1．2．3 地图模型实现 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。例如一个根据DEM图像生成坡度图， 可以表达成GIS命令格式： CALC Slopemap = slope ( DEMmap ) 由多个原始图层生成一个新图可以写成下面的形式： Newmap = f (Map1,Map2,...... ) 式中，f ( ) 表示一个GIS命令。 一些GIS软件还提供了书写复杂函数的功能，甚至可以在一个命令行里，使用多个函数 表达一个完整的地图模型，形式如下： Newmap1,Newmap2,......=f1,f2,f3,.......( Map1, Map2,......, Newmap1, Newmap2,......) 式中，Newmap1, Newmap2，... 为派生的中间图层