地理信息系统的数学模型共40页

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城市GIS_城市地理信息系统的空间数学模型

城市GIS_城市地理信息系统的空间数学模型

2 2 Y A ( y y y y i 1 i 1 i i )( xi xi 1 ) / 6 i i
§ 4.1 空间信息量算
2)面状分布离散目标的重心
可理解为其分布中心。其重心计算方法是取离散目标的加权平 均中心,它是离散目标保持均匀分布的平衡点。 计算公式为:
XG
W X W
xi 1 S 2 i 1 x i 1
n
yi y i 1
§ 4.1空间信息量算
§ 4.1 空间信息量算
3.弯曲度 弯曲度是描述线状物体弯曲程度的一个重要参 数,它定义为曲线长度与曲线的两个端点之间长度 的比值,即 :
w
观测的路径长度 起点到终点的直线距离
§ 4.1 空间信息量算
4. 重心量算 分两种情况: 1 )面状目标的重心。可以理解为多边形内的平衡点, 正如一块均质木块被悬挂起来的平衡点。
§4-7空间相关性分析
4.2.2空间相关分析的计算方法 空间相关分析方法,可以采用h-散点图、交叉h散点图、方差图、协方差图和相关图等。 1、 h-散点图:所谓h—散点图就是以距离 h的点对Z(u)、Z(u+h)的值作为平面坐标的散 点图。假设(x,y)是平面坐标,则任何点的位 置可以用一个向量M表示,向量是表示某个方 向上被特定距离分离的点对的好办法。如图 2—5所示,点(xi,yi)的位置可以用ui表示,同 样点(xj,yj)的位置可以用uj表示,于是i,j间的分 离向量为
§ 4.3门槛分析
§ 4.3门槛分析 4.3.2 综合门槛分析方法
1、综合门槛分析就是综合考虑城市发展目标和限制城市发 展的各种门槛的一种分析方法。在分析过程中,将整个 分析阶段分解为若干个连续阶段,逐步求精。首先确定 第一和最终门槛,然后确定中间门槛和门槛费用,最后 确定跨越门槛的先后次序和门槛费用。 2、综合门槛分析: (1)门槛信息的采集和处理 (2)门槛地图制图 (3)门槛费用计算 (4)门槛分析成果的应用

地理信息系统-第6章GIS应用模型课件

地理信息系统-第6章GIS应用模型课件
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 2 .4 1 9 .6X 0 1 7 0 .4 0 X 2 2 0 .0 4 X 3 0 1 .1 7 X 4 2 5 .0 0 X 5 90
地理信息系统-第6章GIS应用模型
分析目的: 对某林场砍伐木材时木材毁坏量进行预测。 约束条件: 预测公式模型 数据(公式中各因子): 数字高程模型(坡度),树径,树高,蓄积量,树木缺矢量 具体步骤: 1)提取各因子 2)进行要素叠合运算(栅格运算):注意权重
Marsh层; 5)将Marsh层和zones进行多边形空间叠置分析(相交分
析或裁剪分析),得到zones内的土地利用区域Zmarsh; 6)将Stream层与Zmarsh进行空间叠置(相交分析) 7)查询输出所选中的区域。查询“土地利用类型=‘1’ ”
且“河流等级=‘2’”的区域,该区域即为公园建立的 候选地址。
所需数据: 交通图 水系图(带有分级属性的水系图) 土地利用图
地理信息系统-第6章GIS应用模型
具体步骤: 1)对交通图中的公路分别建立0.8,0.2公里缓冲区 2)将两缓冲区进行空间叠置(擦除分析)得到公园候选区
域---zones 3)通过赋属性再分类,将土地利用图分成沼泽地及非沼泽
地两类(1为非沼泽地,0为沼泽地); 4)合并土地利用图中属性相同的相邻多边形的边界,得到
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。
地理信息系统-第6章GIS应用模型
1 GIS应用模型的概述
1.2 GIS应用模型分类
1.2.1 按照表达对象不同,可分为 1)理论(数学)模型:应用数学分析方法建立的数学表达式, 反映地理过程本质的理化规律。 例如地表径流模型、海洋和大气环流模型等 2)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 3)混合模型:既有基于理论原理的确定性变量,也有应用经 验加以确定的不确定性变量。 例如位置选择模型

地理信息系统 第三章地理空间数据模型

地理信息系统 第三章地理空间数据模型
按实体的属性结构
同种属性表为一个层
按专题分层
每个图层对应一个专题,包含某一种 或某一类数据。如地貌层、水系层、道 路层、居民地层等。。
现实世界
获取
地形信息
+
水系信息
+
道路信息
+
植被信息等
存储
空间 数据库
按时间序列分层
即把不同 时间或不同时 期的数据分别 构成各个数据 层
图层i 图层j
点文件i 线文件i
代码有数字、字母、数字和字母混合三类表示形式。
数字型代码
用一个或若干个阿拉伯数字表示对象的代码。特点是结构 简单、使用方便、易于排序,但对对象的特征描述不直观。
字母型代码
用一个或若干个字母表示对象的代码。特点是比同样位数 的数字型代码容量大,还可提供便于识别的信息,易于记 忆,但比同样位数的数字型代码占用更多的计算机空间。
空间数据的分层和分区
地理信息本身具有层次性。分层和分区 是空间数据组织的高级形式,为管理和 使用提供了便利 分层依据地理实体性质 分区依据平面范围
分层
按专题
地貌、水系、植被、交通、居民地等
按时间
不同时间的数据成为不同层,便于对比、处理、表 现。如每年建的住宅用不同的颜色表现
按实体的几何类型
一般按点、线、面、注记
格网型空间索引
将区域用横竖线条划分大小相等和不等 的格网,记录每一个格网所包含的空间 实体。进行空间查询时,首先计算出查 询对象所在格网,然后再在该网格中快 速查询所选空间实体。
一条河流、一个湖泊和一条省界,它们的关键字分别为5,11和 23。河流穿过的栅格为2,34,35,67,68;湖泊覆盖的栅格为 68,69,100,101;省界所通过的栅格为5,37,36,35,67, 99,98,97。

第六章_地理信息系统的应用模型

第六章_地理信息系统的应用模型

1、构建步骤
① 明确分析的目标和评价准则 ② 准备分析数据
③ 空间分析操作(叠加、缓冲区、网络。。。)
④ 结果分析 ⑤ 解释、评价结果 ⑥ 制图输出
应用模型建模的步骤
例:道路拓宽改建中的拆迁指标计算
明确分析的目的和标准
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:
(2)确定评价对象的影响因素和因子 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:
评价对象的影响因素和因子体系
供水Q1
供肥Q2
供氧Q3
侵蚀Q4
水源
土层厚度
土有机肥
土孔隙率
土壤质地
坡向坡度
(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 例如:供水有效性,其影响因子为水源和土层厚度
①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Q4、Q3、Q2、Q1按倍数关系比较相互之间 的重要性,即:
令Q4的重要性为1;
Q3的重要性同Q4,为1 ; Q2的重要性是Q3重要性的2倍; Q1的重要性是Q2重要性的4倍
②求权重(Wi):
Wi = U i /
m ∑ Ui i=1
W4=1/(1+1+2+2*4)=1/12=0.083 W2=0.083*2=1/6=0.17
W3 =1/12=0.083 W1=0.17*4=2/3=0.67
③ 按影响因素的级别确定贡献函数如下:
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。

地理信息系统原理第2章 空间数据模型

地理信息系统原理第2章 空间数据模型

1)图斑模型:平面划分为若干区域,每个区域用一个数学 函数来表示一种属性的变化。
将一个平面划分成若干个区域,每个区域用一个简单的数 学函数表示一种主要属性的变化。一个区域可以包含若干个子 区域或其他区域,但不能被其他区域分隔,即区域内的任意两 点至少存在一条完全包含在本区域内的连接路径。模拟的数学 函数可以是一个常数、也可以是一个线性函数、更可以是一个 高阶函数。
地理信息系统原理
第二章 空间数据模型
第1节 地理空间与空间抽象 第2节 数据概念模型 第3节 空间数据与空间关系 第4节 空间逻辑数据模型
第1节 地理空间与空间抽象
1) 地理空间与空间实体 2 )空间认知和抽象
1) 地理空间与空间实体
地理空间认知: 研究人类如何认知自己赖以生存的地理环境(主要指地
几何图形数据 影像数据 属性数据 地型数据 元数据
地理数据(空间数据)的基本特征
地理数据一般具有三个基本特征: 属性特征(非定位数据) 空间特征(定位数据) 时间特征(时间尺度)
地理实体的几何抽象
了在计算机的抽象空间中,表达复杂的现实世界,在地理信息系统中, 地理实体被抽象简化为简单的几何对象(geometric object):
学校
菜场
方向关系又称为方位关系、延伸关系,它定义了地物对象 之间的方位。
度量关系主要是指空间对象之间的距离关系,可以用欧几 里德距离、曼哈顿距离、时间距离等来描述。
第二章 空间数据模型
第1节 地理空间与空间抽象 第2节 数据概念模型 第3节 空间数据与空间关系 第4节 空间逻辑数据模型
第4节 空间逻辑数据模型
一个体对象代表一个空间三维实体,如地层、断层、矿体等。 一个三维实体由若干平面或曲面包围组成。体中间若包含“空洞”, 则为复杂的体。但体中包含的“空洞”,应作为另一个体对象处理。通过 体类主题可将体对象聚合起来。

地理信息系统建模

地理信息系统建模

3.2.2 茎叶图与直方图
茎叶图和直方图:表示数据分布的图形; 共同特点:数据分布的对称性、集中性、分 散性以及异常数据的存在性; 区别:茎叶图使用的是数据本身进行表示, 而直方图是用面积,因而茎叶图能够更为细 致地表现出数据分布的结构。
散点图与散点图矩阵
散点图:分析两个要素或变量之间关系时常 用的方法和技术。 用途:分析变量之间的关系、判断异常点以 及数据的分类等方面。
4. 划分数据集到合理的等价的观测组; 5. 如果可能给定一个逻辑数学关系。
各种数据分类方法
– 等间隔:假设分割之间的距离是相同的; – 自然分割法:用户沿着数字线选择最大的分割, 或者在数据中出现显著的空隙;数字线、直方 图和频率曲线作为图形方法来进行自然分割; – 分位数分类:将所有观测数据按照相等的数量 分配到每一个类中;
4.2.1 样方分析
样方分析方法的有关问题 限制性: 样方分析只能获得点在样方内 的信息,不能获取关于样方内 点之间的信息,导致样方分析 不能充分地区分点分布模式。 最近邻方法(NN)可以在一 定程度上克服上述限制。
4.2.2 核密度估计法
核密度估计法(KDE)认为地理事件可以发生 在空间的任何位置上,但是在不同的位置上事 件发生的概念是不一样的。
– 将研究区域划分成规则的正方形网格区域; – 统计落入每一个网格中点的数量; – 统计包含不同数量的电的网格数量的频率分布; – 将观测得到的频率分布和已知的频率分布或理论上 的随机分布作比较,判断点模式的分布类型。
4.2.1 样方分析
点空间分布模式的判断:
– 统计落入每一个样方中点的数量,建立其频率分 布; – 根据频率分布和已知点模式的频率分布的比较, 判断点分布的空间模式。
反映了空间数据之间的空间依赖性。 本质:由空间数据的聚集性及空间相互作 用的存在引起的。

地理信息系统的数学模型

第八章地理信息系统的数学模型利用计算机解决地理信息系统中的各种实际问题时,最重要的工作是建立地理系统的数学模型,并使建立的模型能较好地模拟实际事物的属性和规律。

正如一张地形图上,如果漏绘了一些道路,或者标错了某些山顶的高程,将会给部队指挥和行军作战造成严重后果,说明这张地形图(也可称为符号模型)错误地描述了实际事物。

对于数学模型来说,除了具有物理模拟的特征外,还需要具有数学方法的抽象模拟,利用数学符号、数学式子、程序等刻画实际事物的客观本质属性及其内在联系规律。

本章首先介绍建立数学模型的一般过程,然后介绍常见的数理统计模型、回归分析模型和线性规划模型。

§8.1建立数学模型的一般过程面对着复杂的现实世界,各种事物都处在不断的变化之中,要用数学方法去描述和模拟某些发展中的现象,不可能采用统一的模式来论述建模问题。

但是,可以把建模过程大致划分下列几个步骤:一、了解建模对象的实际背景,在此基础上提出建模目标在调查研究过程中,尽可能掌握与建模有关的数据和资料。

应当访问建模对象所在领域的专家,认真总结他们在科学研究中的思路和方法以及解决问题的推理判断过程。

这些专家的逻辑思维经验是十分可贵的第一手建模材料,甚至有些经验已经构成了物理模拟的框架,这些都是建立数学模型的基础。

二、分解模拟对象抓住主要问题分解模拟对象,提出可能性较大的几种假设,尽可能使问题简化,减少考虑的因素。

这一过程就是数学抽象和思维的过程。

建模者应当具备这种抽象、假设能力,同时需要与该领域的专家共同讨论,使假设的现实性增加,避免一些不必要的建模工作的重复过程。

三、数据处理通过实地调查或测量,采集必要的数据,输入计算机,建立数据库。

四、图形显示,曲线拟合利用某些绘图软件或采用统计回归分析的方法,调用已知数据,作出曲线图,用已知曲线拟合实际曲线。

五、模型建立简化实际问题,提出恰当的假设,并利用适当的数学工具,刻划变量之间的关系,建立相应的数学模型,并求得相应的解。

北师大地理信息系统课件03空间数据模型


因此,最好的通用数据模型是不存在的,数据模型优劣取决于 你的需要,使用数据的方式和目的才是决定数据模型优劣的标 准。
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
空间数据模型类型
例子:
河流作为组成网络的一系列要素。每条线段都拥有流量、容量和其他属性 。这时可以使用线性网络模型(几何网络)来分析水文流量或者船务运输 等。
空间事物或现象 选择、综合、简化和抽象
概念世界
数据世界 (计算机)
概念模型 Conceptial Model
最高层
编码、表达、建立空间关系
逻辑数据模型 Logical Data Model
中间层
数据结构对数据进行组织
物理数据模型 Physical Data Model
最底层
信息
11 地理空间数学基础
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
空间数据模型类型
例子: 即使在同一数据模型中,每种空间数据也有不同的表达方式。
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
空间数据概念模型类型
现有GIS中常用的空间数据概念模型主要有三个: 场(Field)模型:强调空间要素的连续性
地图使用者的认识模型
地理空间数学基础
胡嘉骢
BNUEP 地 理 信 息 系 统
维度世界:度 量语言
地理空间世 界:GIS 语言
概念世界:自 然语言
现实世界:基 本语言
地理空间数学基础
对现实世界的抽象
项目世界: 信息团体
点世界:坐标 几何
几何世界:WKT
OpenGIS的九层模 型
要素世界:要 素

城市规划-4第四章-城市地理信息系统的空间数学模型(第1-3讲)PPT课件

输出结果 求符合条件的厂址
§4-3 叠置分析
一. 基本概念
叠置(overlap)分析是将同一地 区的两组或两组以上的要素(地 图)进行叠置,产生新的特征的 分析方法。
也称叠加分析。
相同的空间尺度 叠加的结果:
几何形状改变 属性改变
§4-3 叠置分析
二. 叠置分析的类型
1、空间逻辑并(或)运算;
增加
空间数据类型 :obj 空间操作算子:Contains、Within、Intersects等 空间运算函数:Area、objectlen、distance等
主要优点:保留了SQL的风格,便于熟悉SQL的用户的掌握,通用性 较好,易于与关系数据库连接。
§4-0 空间数据查询
二. 空间数据查询种类
§4-2 邻域分析
一. 缓冲区分析
4、建立缓冲区的算法 (1)点缓冲区
(2)线缓冲区
§4-2 邻域分析
一. 缓冲区分析
4、建立缓冲区的算法 (2)线缓冲区
(3)面缓冲区
§4-2 邻域分析
一. 缓冲区分析
5、常见缓冲区分析
缓冲距离不一定为常数 主流用200米,支流用100米
可形成缓冲环 核电站:5km, 10km, 20km, 50km
邻域分析。
查询
地铁沿线500米内的楼盘有哪些? 湖南城市学院方圆2000米内的卡拉OK厅有哪些?
空间分析
据学校一定距离内不能有游戏厅 规划中的河流一定范围内不能有建筑 道路拆迁估算 中立区的确定:抗议人群距日本大使馆的距离
§4-2 邻域分析
一. 缓冲区分析
3、缓冲区的基本类型
(1)点缓冲区 (2)线缓冲区 (3)面缓冲区 (4)复杂缓冲区
2、基于空间特征的查询 (4)空间关系查询

地理信息系统课件第八章-数字高程模型


样条函数概念: 一类分段(片)光滑、并且在各段交接处也有一
定光滑性的函数。简称样条。样条一词来源于工 程绘图人员为了将一些指定点连接成一条光顺曲 线所使用的工具,即富有弹性的细木条或薄钢条。 由这样的样条形成的曲线在连接点处具有连续的 坡度与曲率。分段低次多项式、在分段处具有一 定光滑性的函数插值就是模拟以上原理发展起来 的,它克服了高次多项式插值可能出现的振荡现 象,具有较好的数值稳定性和收敛性,由这种插 值过程产生的函数就是多项式样条函数。样条函 数的研究始于20世纪中叶,到了60年代它与计算 机辅助设计相结合,在外形设计方面得到成功的 应用
克立金法基本原理是根据相邻变量的值 (如若干样品元素含量值),利用变差函数所 揭示的区域化变量的内在联系来估计空间 变量数值的方法。
2024/7/17
23
3.4 几种典型数据网格化插值方法选择
遥感数据是按影像方式记录的栅格数据,内插 放大或重采样时,常用矩形网格内插法,如最邻 近点法、双线性插值法或立方卷积法。
选用大小不同的窗口,可以 实现数据的分解,大窗口使 区域趋势成分比重增大,小 窗口则可突出一些局部异常。 逐格移动窗口逐点逐行地计 算直到覆盖全区,就得到了 网格化的数据点图
2024/7/17
15
移动平均法
当原始取样点分布较稀且不规则时,可以 采用定点数而不定范围的取数方法,即搜 索邻近的点直到预定的数目为止。搜索方 法可以是四方搜索或八方搜索等。此时由 于距离可能相差较大,因此常同时采用距 离倒数或距离平方倒数加权的办法,以便 压低远处的点的影响。
2024/7/17
29
点模式——高程矩阵
规则格网法是把DEM表示成高程矩阵,此时,DEM来源于直接 规则矩形格网采样点或由不规则离散数据点内插产生。
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