秦昆版第八章空间分析建模
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空间分析建模
12.3.3 创建脚本文件
1．单数据处理 2. 批处理
1．单数据处理
(1) 概念 所谓单数据处理，是指处理过程中只涉及到单个数据集的处理，数据可以是栅格数据集、ArcView的shapefile也可以是Arc/Info的coverage等
（2）实现 第一步：编写脚本 第二步：在ArcToolbox中添加script 第三步：设置script属性 第四步：运行脚本
输入2
输出３
复杂处理工具模型
图12.5 复杂处理工具模型处理过程
12.2.2 模型生成器组成
1. 模型构造器界面 2. 模型构造器菜单 3. 模型构造器工具图标 4. 实例分析
1.模型构造器界面
图12.6 模型构ห้องสมุดไป่ตู้器的初始界面
2.模型构造器菜单
利用DEM来提取水系：对于与地表水文情况有关的许多领域如区域规划、农业、林业等有十分重要意义
1．建立概念模型 分析： １）问题的抽象和简化：模拟地表径流在地表的流动来产生水系。 ２）前提、假设：此处DEM的洼地均为可填充型洼地。 ３）涉及的参数和变量：填充后的无洼地DEM、DEM每个栅格单元的水流方向、每个栅格上游汇水面积、确定水系的阈值大小。 4)数据类型的转换：由于基于DEM的计算都是栅格数据，故需要将水系栅格数据转换为矢量数据。
２．批处理
（1）概念 所谓批处理是指一次操作多个同样格式数据的过程。 脚本提供了一种便捷的方式用于批处理，数据转换以及任何空间处理工具的使用。 要进行批处理，只要在脚本中加入循环语句即可。
（2）实现 第一步：编写脚本 第二步：在ArcToolbox中添加script 第三步：运行脚本
4.运行结果
(b) 汇流累计大于1000的河网
自动控制原理第八章线性系统的状态空间分析与综合习题及解答Word版
第八章 线性系统的状态空间分析与综合习题及解答8-1 已知电枢控制的直流伺服电机的微分方程组及传递函数 b aaa a a E dtdi L i R U ++=+ dtd K E mbb θ= a m m i C M =dt d f dtd J M mm m m m θθ+=22 )()([)()(2m b m a a m m a m a ma m C K f R s R J f L s J L s C s U s ++++=Θ⑴设状态变量m m x θ=1，m x θ =2，θ =3x 及输出量m y θ=，试建立其动态方程; ⑵设状态变量m m a x x i x θθ ===321,,及 my θ=,试建立其动态方程。
解：（1）由题意可知： ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=======123121xy xx x x x m m mmθθθθ ，由已知 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+===++=m m m m m a m mmb ba a a a a f J M i C M K E E i L i R U θθθ可推导出 ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=++-+-===12333221x y U J L C x J L C K f R x J L R J L f x x x x x a ma mm a m b m a m a a m a m 由上式，可列动态方程如下=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡321x x x ⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+-+-m a a m m a m a m b m a J L R J f L J L C K f R 0100010⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡321x x x +⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡m a m J L C 00a U y =[]001⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡321x x x（2）由题意可知：,1a i x =mm m y x x θθθ===,,32 可推导出 ⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧==-=-====+--=+--==23133231111x y x J f x J C J f i J C x x x U L x L K x L R U L L K i L R i x m m m m m m m m a m m m m a aa b a a a a m a b a a a aθθθθθ可列动态方程如下[]⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=321010x x x y由 ⎪⎩⎪⎨⎧===mm mx x x θθθ 321和 ⎪⎩⎪⎨⎧===mm a x x i x θθ 321得 ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-=-======3133221x J f x J C J f i J C x x x x x m m m m m m m a m m m m m θθθθ由上式可得变换矩阵为 ⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=m m mm J f J C T 010018-2 设系统微分方程为 u y y y y 66116=+++。
结构动力学8
{u}——有限元节点系位移向量。当采用时域逐步积分法进 行分析，阻尼矩阵[C]可以采用Rayleigh阻尼阵。
8.4.2 基本分析过程
结构有限元模型的运动方程：
& & [M ]{u&}+ [C ]{u}+ [K ]{u} = {p(t )}
有限元模型的节点系运动方程与前面介绍的框架结构的 运动方程在形式上完全相同，不同之处仅在于单元刚 度矩阵和质量阵的形成上。本节介绍的形成单元刚度 阵和质量阵的方法更具通用性。 前面所介绍的结构动力方程的解法，例如振型叠加法、 Fourier变换方法、时域逐步积分法等均可以用于结构 有限元模型的动力反应问题分析。
i=1
4
ψi的定义是ui发生单位位移, 而其余自由度不动, 即完全约束时, 梁单元的位移(线位移)，因此，ψi(x)满足如下边界条件：
i = 1 : ψ 1 (0) = 1, ψ 1' (0) = ψ 1 ( L) = ψ 1' ( L) = 0
' ' i = 2 : ψ 2 (0) = 1, ψ 2 (0) = ψ 2 ( L) = ψ 2 ( L) = 0 ' ' i = 3 : ψ 3 ( L) = 1, ψ 3 (0) = ψ 3 (0) = ψ 3 ( L) = 0 ' ' i = 4 : ψ 4 ( L) = 1, ψ 4 (0) = ψ 4 (0) = ψ 4 ( L) = 0
8.4.1 有限元离散化
采用有限元法离散时，首先将一根梁分成有限段，称为 有限单元。每一个单元的尺寸可以是任意的，可以完 全相同，也可以完全不相同。这些单元仅仅在单元间 的节点上连续（连接）。 在这个简单的例子中，节点就是单元的端点，在每一个 节点上有两个自由度，横向位移和转角。 在有限元法中节点的位移（包括横向位移和转角）被选 为广义坐标。而运动方程就是用这些有直接物理意义 的量（位移和转角）来形成的。
8.4.2 基本分析过程
结构有限元模型的运动方程：
& & [M ]{u&}+ [C ]{u}+ [K ]{u} = {p(t )}
有限元模型的节点系运动方程与前面介绍的框架结构的 运动方程在形式上完全相同，不同之处仅在于单元刚 度矩阵和质量阵的形成上。本节介绍的形成单元刚度 阵和质量阵的方法更具通用性。 前面所介绍的结构动力方程的解法，例如振型叠加法、 Fourier变换方法、时域逐步积分法等均可以用于结构 有限元模型的动力反应问题分析。
i=1
4
ψi的定义是ui发生单位位移, 而其余自由度不动, 即完全约束时, 梁单元的位移(线位移)，因此，ψi(x)满足如下边界条件：
i = 1 : ψ 1 (0) = 1, ψ 1' (0) = ψ 1 ( L) = ψ 1' ( L) = 0
' ' i = 2 : ψ 2 (0) = 1, ψ 2 (0) = ψ 2 ( L) = ψ 2 ( L) = 0 ' ' i = 3 : ψ 3 ( L) = 1, ψ 3 (0) = ψ 3 (0) = ψ 3 ( L) = 0 ' ' i = 4 : ψ 4 ( L) = 1, ψ 4 (0) = ψ 4 (0) = ψ 4 ( L) = 0
8.4.1 有限元离散化
采用有限元法离散时，首先将一根梁分成有限段，称为 有限单元。每一个单元的尺寸可以是任意的，可以完 全相同，也可以完全不相同。这些单元仅仅在单元间 的节点上连续（连接）。 在这个简单的例子中，节点就是单元的端点，在每一个 节点上有两个自由度，横向位移和转角。 在有限元法中节点的位移（包括横向位移和转角）被选 为广义坐标。而运动方程就是用这些有直接物理意义 的量（位移和转角）来形成的。
第九章_空间分析的应用
26
1、空间分析在洪水灾害评估中的应用 4）洪灾场景模拟分析 洪水灾害分析信息系统可以对洪灾发生的不同阶段进 行分析。 在洪灾发生前，模拟分析洪灾发生的可能性和空间 分布规律； 在洪灾发生过程中，实现洪灾信息的接收、处理和 分析，为防洪抗险提供即时的信息； 在洪灾发生后，利用多方面的信息，提供洪灾损失 的详细报告，辅助制定救灾计划和重建家园规划。
22
1、空间分析在洪水灾害评估中的应用 1）洪水灾害评估模型的建立
洪水灾害的研究涉及自然科学和社会科学的众多领域。
在洪水灾害损失评估信息系统中，利用建立的灾害数 据库和灾害评估模型，在地理信息系统的支持下，在 遥感监测的基础上，对洪水淹没的土地类型、受灾人 口和房屋、洪水淹没历时、作物损失程度等进行科学 而有效的评估。
8
（2）在空间分析研究的深度方面: 空间分析方法实现了空间数据和非空间数据的一体化 处理，能够透过城市空间现象的表面，对深层次的空 间关系进行研究分析。 在把握城市空间演变机制的基础上，预测模拟城市的 未来发展趋势，优化调整城市空间格局。 空间分析技术方法的应用，可以提高城市规划处理各 类规划基础数据的能力，提高未来城市发展的预测、 模拟和优化能力，使规划能够在理性的综合分析基础 上作出科学判断与决策。
2）统计分析：城市规划要素的非空间信息的分析， 运用回归分析、相关分析、主成分分析等方法，确定 数据库属性之间存在的函数关系或相关关系，应用于 城市规划中的单因素不同状况统计、多因素交叉统计、 频率统计等运算。
11
3）预测分析：根据城市发展的时空演变规律，使用 各类预测模型，预测一定时期内的人口规模、城市 土地利用、城市灾害、区域增长等的发展变化趋势 以及演变过程。在预测分析的基础上，制定正确的 政策措施来引导城市结构要素在空间上的合理布局 与组合。 4）优化分析：制定合理的城市规划涉及到社会、经 济、政治、环境等许多要素，优化分析就是通过对 大量规划数据的综合与概括，在多因素综合影响的 条件下，在多种规划方案中，选择最优的规划方案 或发展目标。城市土地利用功能区划、城市功能区 划分、规划方案评价、环境质量评价等问题都需要 进行优化分析。
1、空间分析在洪水灾害评估中的应用 4）洪灾场景模拟分析 洪水灾害分析信息系统可以对洪灾发生的不同阶段进 行分析。 在洪灾发生前，模拟分析洪灾发生的可能性和空间 分布规律； 在洪灾发生过程中，实现洪灾信息的接收、处理和 分析，为防洪抗险提供即时的信息； 在洪灾发生后，利用多方面的信息，提供洪灾损失 的详细报告，辅助制定救灾计划和重建家园规划。
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1、空间分析在洪水灾害评估中的应用 1）洪水灾害评估模型的建立
洪水灾害的研究涉及自然科学和社会科学的众多领域。
在洪水灾害损失评估信息系统中，利用建立的灾害数 据库和灾害评估模型，在地理信息系统的支持下，在 遥感监测的基础上，对洪水淹没的土地类型、受灾人 口和房屋、洪水淹没历时、作物损失程度等进行科学 而有效的评估。
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（2）在空间分析研究的深度方面: 空间分析方法实现了空间数据和非空间数据的一体化 处理，能够透过城市空间现象的表面，对深层次的空 间关系进行研究分析。 在把握城市空间演变机制的基础上，预测模拟城市的 未来发展趋势，优化调整城市空间格局。 空间分析技术方法的应用，可以提高城市规划处理各 类规划基础数据的能力，提高未来城市发展的预测、 模拟和优化能力，使规划能够在理性的综合分析基础 上作出科学判断与决策。
2）统计分析：城市规划要素的非空间信息的分析， 运用回归分析、相关分析、主成分分析等方法，确定 数据库属性之间存在的函数关系或相关关系，应用于 城市规划中的单因素不同状况统计、多因素交叉统计、 频率统计等运算。
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3）预测分析：根据城市发展的时空演变规律，使用 各类预测模型，预测一定时期内的人口规模、城市 土地利用、城市灾害、区域增长等的发展变化趋势 以及演变过程。在预测分析的基础上，制定正确的 政策措施来引导城市结构要素在空间上的合理布局 与组合。 4）优化分析：制定合理的城市规划涉及到社会、经 济、政治、环境等许多要素，优化分析就是通过对 大量规划数据的综合与概括，在多因素综合影响的 条件下，在多种规划方案中，选择最优的规划方案 或发展目标。城市土地利用功能区划、城市功能区 划分、规划方案评价、环境质量评价等问题都需要 进行优化分析。
第二章 空间分析
到底意味着什么的时候，我们往往无言以对。 尽管很多世纪以来哲学家和科学家们曾绞尽脑汁，对于我们的空间经验
和时间经验相联系的许多神秘现象进行思考，但他们却很难达成一致意 见。
2
第一节 空间
1、空间概念的缘起
日常用语中的“空间”通常是指两个事物 之间的空白地带。例如当我们要找一个地 方停车，这就是地理学的空间问题。
4
第一节 空间
2、空间的科学含义
与牛顿观念不同，德国数学家、物理学家莱布尼兹（独创了微积分的概 念和算法、动能守恒、折射定律等）及其追随者将空间看作是一种关系 的概念，它意指事物之间的数学上的共有关系。
他反对牛顿的绝对时空观，认为“没有物质也就没有空间，空间本身不 是绝对的实在性”，“空间和物质的区别就象时间和运动的区别一样， 可是这些东西虽有区别，却是不可分离的”。
（一）地方的概念
美国华裔地理学家段义孚(Yifu, Tuan)在1977年出版的“空间与地方”一 书中认为：“地方”除为人们提供生活空间外，也是人们价值观念和经验 的汇集点。因为人们对地方产生感情，因此它也有其特性或“地点的身份 特色”。
英国地理学家马西（ D Massey）在1984年出版的“劳动地域分工”一书 中认为：区域研究需要解决个别与普遍的关系，一方面要注意区域间不平 衡发展和区域间相互依存的主次系统，另一方面要注意各个地方的特性。
8
第一节 空间
（二）解释性空间
2、行为空间（action space）：指个人进行区位决定的区域，如在何处 购物、选择何处居住、参加哪所教堂。该空间中的相应区位被评价和定义 为场所效用，如果任何一种使用价值都不足够高，那么行为空间将会被扩 大，并在其中发生寻找的行为。
3、感知空间（Cognition space）：人文地理学最初的空间分析是建立在 有关人类行为的确定性假设基础上的。然而，事实上，人们的行为决策通 常是建立在他们所感知的环境而不是客观实际的环境基础上的（Brookfie ld,1969）。因此，感知空间决定了人们在真实空间上的实际行为。1960 年代初期，罗文索提出了感知研究的方法（Lowenthal,D.,1961）。此后， 地理学家、规划学家以及心理学家对感知环境的研究如雨后春笋般迅速展 开。
和时间经验相联系的许多神秘现象进行思考，但他们却很难达成一致意 见。
2
第一节 空间
1、空间概念的缘起
日常用语中的“空间”通常是指两个事物 之间的空白地带。例如当我们要找一个地 方停车，这就是地理学的空间问题。
4
第一节 空间
2、空间的科学含义
与牛顿观念不同，德国数学家、物理学家莱布尼兹（独创了微积分的概 念和算法、动能守恒、折射定律等）及其追随者将空间看作是一种关系 的概念，它意指事物之间的数学上的共有关系。
他反对牛顿的绝对时空观，认为“没有物质也就没有空间，空间本身不 是绝对的实在性”，“空间和物质的区别就象时间和运动的区别一样， 可是这些东西虽有区别，却是不可分离的”。
（一）地方的概念
美国华裔地理学家段义孚(Yifu, Tuan)在1977年出版的“空间与地方”一 书中认为：“地方”除为人们提供生活空间外，也是人们价值观念和经验 的汇集点。因为人们对地方产生感情，因此它也有其特性或“地点的身份 特色”。
英国地理学家马西（ D Massey）在1984年出版的“劳动地域分工”一书 中认为：区域研究需要解决个别与普遍的关系，一方面要注意区域间不平 衡发展和区域间相互依存的主次系统，另一方面要注意各个地方的特性。
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第一节 空间
（二）解释性空间
2、行为空间（action space）：指个人进行区位决定的区域，如在何处 购物、选择何处居住、参加哪所教堂。该空间中的相应区位被评价和定义 为场所效用，如果任何一种使用价值都不足够高，那么行为空间将会被扩 大，并在其中发生寻找的行为。
3、感知空间（Cognition space）：人文地理学最初的空间分析是建立在 有关人类行为的确定性假设基础上的。然而，事实上，人们的行为决策通 常是建立在他们所感知的环境而不是客观实际的环境基础上的（Brookfie ld,1969）。因此，感知空间决定了人们在真实空间上的实际行为。1960 年代初期，罗文索提出了感知研究的方法（Lowenthal,D.,1961）。此后， 地理学家、规划学家以及心理学家对感知环境的研究如雨后春笋般迅速展 开。
空间分析建模
34
（2）实现
第一步：编写脚本 第二步：在ArcToolbox中添加script 第三步：设置script属性 第四步：运行脚本
35
２．批处理
（1）概念 所谓批处理是指一次操作多个同样格式数
据的过程。 脚本提供了一种便捷的方式用于批处理，
数据转换以及任何空间处理工具的使用。 要进行批处理，只要在脚本中加入循环语
❖4. 预测、评价与决策模型
▪ 用于研究地理对象的动态发展，根据过去和现在推断未 来，根据已知推测未知，运用科学知识和手段来估计地 理对象的未来发展趋势，并做出判断与评价，形成决策 方案，用以指导行动，以获得尽可能好的实践效果。
8.1 空间分析模型与建模
❖ 空间分析建模是指运用GIS空间分析方法建立数学模型的 过程。
❖ 3. 组建模型：
▪ 运用数学知识和GIS空间分析工具来描述问题中的变量间的关系；
8.1 空间分析模型与建模
❖4. 检验模型结果：
▪ 运行所得到的模型、解释模型的结果或把运行结果与 实际观测进行对比。如果模型结果的解释与实际状况 符合或结果与实际观测基本一致，这表明模型是符合 实际问题的。如果模型的结果很难与实际相符或与实 际很难一致，则表明模型与实际不相符，不能将它运 用到实际问题。如果图形要素、参数设置没有问题的 话，就需要返回到建模前关于问题的分解。检查对于 问题的分解、假设是否正确，参数的选择是否合适， 是否忽略了必要的参数或保留了不该保留的参数，对 假设做出必要的修正，重复前面的建模过程，直到模 型的结果满意为止。
❖5. 应用分析结果：
▪ 在对模型的结果满意的前提下，可以运用模型来得到 对结果的分析。
8.2 图解建模
❖一、基本概念
❖（1）图解建模
（2）实现
第一步：编写脚本 第二步：在ArcToolbox中添加script 第三步：设置script属性 第四步：运行脚本
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２．批处理
（1）概念 所谓批处理是指一次操作多个同样格式数
据的过程。 脚本提供了一种便捷的方式用于批处理，
数据转换以及任何空间处理工具的使用。 要进行批处理，只要在脚本中加入循环语
❖4. 预测、评价与决策模型
▪ 用于研究地理对象的动态发展，根据过去和现在推断未 来，根据已知推测未知，运用科学知识和手段来估计地 理对象的未来发展趋势，并做出判断与评价，形成决策 方案，用以指导行动，以获得尽可能好的实践效果。
8.1 空间分析模型与建模
❖ 空间分析建模是指运用GIS空间分析方法建立数学模型的 过程。
❖ 3. 组建模型：
▪ 运用数学知识和GIS空间分析工具来描述问题中的变量间的关系；
8.1 空间分析模型与建模
❖4. 检验模型结果：
▪ 运行所得到的模型、解释模型的结果或把运行结果与 实际观测进行对比。如果模型结果的解释与实际状况 符合或结果与实际观测基本一致，这表明模型是符合 实际问题的。如果模型的结果很难与实际相符或与实 际很难一致，则表明模型与实际不相符，不能将它运 用到实际问题。如果图形要素、参数设置没有问题的 话，就需要返回到建模前关于问题的分解。检查对于 问题的分解、假设是否正确，参数的选择是否合适， 是否忽略了必要的参数或保留了不该保留的参数，对 假设做出必要的修正，重复前面的建模过程，直到模 型的结果满意为止。
❖5. 应用分析结果：
▪ 在对模型的结果满意的前提下，可以运用模型来得到 对结果的分析。
8.2 图解建模
❖一、基本概念
❖（1）图解建模
第四章_栅格数据的空间分析方法
40
逻辑或（|）：比较两个或两个以上栅格数据层，对应
的栅格值中只要有一个或一个以上为非0值，则输出结 果为真(赋值为1)，否则输出结果为假(赋值为0)。
逻辑异或（!）：比较两个或两个以上栅格数据层，
19
点要素用栅格的最小基元——单元来表示。
单元是有面积大小的，单元越小则面积越小，越 接近所代表的点要素。 带面积的点的精度为加减半个单元大小。这是用 基于单元的系统来工作必须付出的代价。
点特征的栅格数据表示
20
线数据
线数据是在某种精度下所有那些仅以多段线形式 出现的要素，如道路、河流或电力线。 线是没有面积 的。 在栅格数据中，线可用一串连接的单元表示。 类似点数据，其表示精度将随着数据的尺度和栅 格数据集的精度的改变而改变。
所有栅格数据集都位于某个坐标空间内。
坐标空间可以是真实世界坐标系统或图像空间。
15
由于几乎所有的栅格数据集都表示真实世界的某 个场所，因此最好在栅格数据集中应用最能代表真实 世界的真实坐标系统。 将一个栅格数据集的非真实世界坐标系统(图像空 间)转变为真实世界坐标系统的过程称为地理配准。
16
对于栅格数据集，单元的方位由坐标系统的x和y轴决 定。单元边界平行于x轴和y轴，所有单元在地图坐标 上都是正方形。 在地图坐标中单元以 (x, y)位臵的方式来访 问，而不用行列位臵 来访问。 属于真实世界坐标空 间的栅格数据集的x， y笛卡尔坐标系统依照 地图投影来定义。
9
被赋予空值的单元有两种处理方式：
如果在一个操作符或局域函数、邻域函数中的邻域
或分区函数的分类区中的输入栅格的任何位臵上存在 空值，则为输出单元位臵分配空值。
忽略空值单元并用所有有效值完成计算。
逻辑或（|）：比较两个或两个以上栅格数据层，对应
的栅格值中只要有一个或一个以上为非0值，则输出结 果为真(赋值为1)，否则输出结果为假(赋值为0)。
逻辑异或（!）：比较两个或两个以上栅格数据层，
19
点要素用栅格的最小基元——单元来表示。
单元是有面积大小的，单元越小则面积越小，越 接近所代表的点要素。 带面积的点的精度为加减半个单元大小。这是用 基于单元的系统来工作必须付出的代价。
点特征的栅格数据表示
20
线数据
线数据是在某种精度下所有那些仅以多段线形式 出现的要素，如道路、河流或电力线。 线是没有面积 的。 在栅格数据中，线可用一串连接的单元表示。 类似点数据，其表示精度将随着数据的尺度和栅 格数据集的精度的改变而改变。
所有栅格数据集都位于某个坐标空间内。
坐标空间可以是真实世界坐标系统或图像空间。
15
由于几乎所有的栅格数据集都表示真实世界的某 个场所，因此最好在栅格数据集中应用最能代表真实 世界的真实坐标系统。 将一个栅格数据集的非真实世界坐标系统(图像空 间)转变为真实世界坐标系统的过程称为地理配准。
16
对于栅格数据集，单元的方位由坐标系统的x和y轴决 定。单元边界平行于x轴和y轴，所有单元在地图坐标 上都是正方形。 在地图坐标中单元以 (x, y)位臵的方式来访 问，而不用行列位臵 来访问。 属于真实世界坐标空 间的栅格数据集的x， y笛卡尔坐标系统依照 地图投影来定义。
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被赋予空值的单元有两种处理方式：
如果在一个操作符或局域函数、邻域函数中的邻域
或分区函数的分类区中的输入栅格的任何位臵上存在 空值，则为输出单元位臵分配空值。
忽略空值单元并用所有有效值完成计算。
复杂系统建模与分析
复杂系统建模与分析课程内容1．绪论：系统与模型、概念模型、数学模型、复杂系统、应用示例。
2．概念建模方法：现状、概念建模过程、概念建模方法、概念建模语言。
3．系统的数学描述：系统的抽象化与形式化、确定性数学模型、随机性数学模型。
4．连续系统建模方法：微分方程、状态空间、变分原理。
5．离散事件系统的建模方法：随机数产生与性能检测、实体流图法、活动周期法、Petri网法。
6．随机变量模型的建模方法：分布类型假设、分布参数估计、分布假设检验。
7．基于系统辨识的建模方法：概述、模型参数的辨识方法、模型阶次的辨识方法。
8．复杂系统的建模方法：神经网络的建模方法、灰色系统的建模方法、基于Agent的行为建模方法。
9．复杂系统的计算机仿真建模方法：概述、基本概念、一般步骤与仿真钟推进、仿真语言介绍（Witness、E-Mplant）、复杂物流系统仿真应用。
参考教材：[1] 系统建模. 郭齐胜等编，国防工业出版社，2006[2] 复杂系统的分析与建模. 王安麟编，上海交通大学出版社，2004[3] 复杂系统建模理论与方法. 陈森发编，东南大学出版社，2005[4] 离散事件动态系统. 郑大钟，清华大学出版社2001年1．绪论1．1 系统与模型1．1．1 系统系统：按照某些规律结合起来，互相作用、互相依存的所有实体的集合或总体。
可以将港口码头定义为一个系统。
该系统中的实体有船舶和码头装卸设备。
船舶按某种规律到达，装卸设备按一定的程序为其服务，装卸完后船舶离去。
船舶到达模式影响着装卸设备的工作忙闲状态和港口的排队状态，而装卸设备的多少和工作效率也影响着船舶接受服务的质量。
系统有三个要素，即实体、属性、活动。
实体确定了系统的构成，也就确定了系统的边界，属性也称为描述变量，描述每一实体的特征。
活动定义了系统内部实体之间的相互作用，反映了系统内部发生变化的过程。
状态：在任意时刻，系统中实体、属性、活动的信息总和。
系统的环境：对系统活动结果产生影响的外界因素。
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或把运行结果与实际观测对比。 如果模型结果的解释与实际状况符合或结果与实际观测基本一 致，表明模型是符合实际问题的。 反之，表明模型与实际不相符，不能将它运用到实际问题。如 果图形要素、参数设置没有问题，就需要返回到建模前的问题 分解。检查对问题的分解、假设是否正确，参数的选择是否合 适，是否忽略了必要的参数或保留了不该保留的参数，对假设 作出必要的修正，重复前面的建模过程，直到模型的结果满意 为止。
模型生成器（ModelBuilder）
模型生成器（ModelBuilder）是ArcGIS 10所提供的构 造地理处理工作流和脚本的图形化建模工具，加速复 杂地理处理模型的设计和实施。 最初模型生成器出现在ArcView 3的空间分析模块中。
2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
2.2.1 ModelBuilder介绍
2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
（5）验证模型 模型验证是指验证所有数据元素和参数值是否有效 。验证会将已运行过程重新变为准备运行状态。如 果通过验证模型使处于准备运行或已运行状态的过 程更改为未准备好运行状态（元素呈白色），则意 味着有一个或多个输入变量无效。验证模型主要包 数据变量引用磁 括验证数据变量和验证值变量。 盘上的数据并且
（5）应用分析结果：在对模型满意的前提下，可以运用模
型得到对结果的分析。
17
8.3 空间分析的应用建模
空间分析的应用是指空间分析的理论、方法和过程在 与空间数据处理有关的领域的具体应用。 空间分析可以应用到自然科学和社会科学的多个领域， 包括以下应用领域：
1）城市规划与管理； 2）厂址选择；
3）水污染监测； 5）道路交通管理； 7）输电网管理； 9）地形地貌分析； 11）军事领域等。 4）洪水灾害分析； 6）地震灾害和损失估计； 8）配电网管理； 10）医疗卫生；
（4）实施空间分析：函数、模 型、工具等产生信息
（5）结果校验：期望值或标准的 比较分析，改变参数重新计算
（6）执行结果：产生操作性的建 议、对策、方案
15
8.3 空间分析建模的概念模式
（1）明确问题：分析问题的实际背景，弄清建立模型的目
的，掌握所分析对象的各种信息，不仅要明确所要解决的问题 是什么，要达到什么样的目标，还要明确实际问题的解决途径 和所需要的数据。
（2）分解问题：找出实际问题有关的因素，通过假设把所
研究的问题进行分解、简化，明确模型中需要考虑的因素以及 它们在过程中的作用，并准备有关的数据集。
（3）组建模型：运用数学知识和空间分析工具描述问题中
变量间的关系。
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8.3 空间分析建模的概念模式
（4）检验模型结果：运行所得到的模型、解释模型的结果
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8.3 空间分析建模的概念模式
无论使用的模型是描述性的还是过程性的，无论使用 的是测试法还是智能建模法，首先要对模型的形成过 程概念化，模型的概念化是建模过程的一般模式。 这一基本过程可概括为6个基本步骤：
（1）表述问题及其目的 （2）分解问题：子目标，子过程
（3）确定并搜索数据：信息、关 系、模式等
对磁盘数据的引用之外的所有信息。
连接符：连接符用于将数据和值连接到工具。连接符箭头显示执行处理的方向。数据连
接符用于将数据变量和值变量连接到工具。 环境连接符用于将包含环境设置的变量（数据或值 ）连接到工具。工具在执行时将使用该环境设置。前提条件连接符用于将变量连接到工具。只 有在创建了前提条件变量的内容之后，工具才会执行。反馈连接符用于将某工具的输出返回给 同一工具作为输入。
有时描述模型指的就是GIS的数据模型。
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过程模型：
运用数学分析方法建立表达式，模拟地理现象的形成过 程的模型称为过程模型，也叫处理模型。
过程模型适合于回答“应当如何”之类的地理问题。
过程模型根据描述模型所建立起来的对象间的关系，分 析其相互作用并提供决策方案。需要运用多种分析方法 进行空间运算，并从中产生描述模型所不包括的新的信 息。
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2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
空间分析功能与各种领域专用模型的结合途径：
（1）GIS 环境内二次开发语言的空间分析建模法； （2）基于GIS 外部松散耦合式的空间分析建模法；
（3）混合型的空间分析建模法;
（4）插件技术的空间分析建模法；
（5）基于面向目标的图形语言建模法，简称图解建模
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图解建模法：
图解建模属于基于面向目标的图形语言建模法。
模型构建器(ModelBuilder)是创建模型和模型工具的一种方式。模型是链接 到一起的一系列工具串和数据；一个工具的输出会成为另一个工具的输入。 （1）模型构建器界面
用于拖动工具并将其连接到 变量的空白区域称为画布 显示相互连接的工具和变量 的外观及布局称er的空间分析建模
2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
（3）模型流程 模型流程由一个工具和连接到此工具的所有变量组成 。 连接线用于表示处理顺序。 可将多个流程连接到一起以创建一个更复杂的流程。
2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
（4）中间数据
运行模型时，将在模型中创建各个流程的输出数据。 某些输出数据只作为中间步骤创建，它们将连接到其 他流程，并协助完成最终输出的创建。由这些中间步 骤生成的数据称为中间数据，通常（但并不总是）在 模型运行结束后就没有任何用处了。通常可以将中间 数据看作是应在模型运行结束后即被删除的临时数据 。但在通过ModelBuilder窗口运行模型时，中间数据将 不会被删除，或者可由自己来决定是否要将其删除。
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8.3 空间分析图解建模
图解建模是指用直观的图形语言将一个具体的过程模型表达出 来。在这个模型中，分别定义不同的图形代表输入数据、输出 数据、空间处理工具，它们以流程图的形式进行组合并且可以 执行空间分析操作功能。当空间处理涉及到许多步骤时，建立 模型可以让用户创建和管理自己的工作流，明晰其空间处理任 务，为复杂的GIS任务建立一个固定有序的处理过程。
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空间分析建模与相关概念 空间分析建模：运用GIS空间分析方法建立数学模型的 过程。基于GIS的空间问题分析和决策过程就是一个通 过建立模型产生期望信息的过程，即所谓的空间建模 ，又可以解释为一切与空间位置相关的模型的建立。
地理建模：地理模型就是指真实的地理对象（地理过程 、地理系统）的模仿物，它可以借助实物、逻辑符号、 图形、表格、文字、数学公式及计算机软件来表示。地 理建模就是指地理模型的构建。
（2）模型元素
模型元素主要有三种类型：工具、变量和连接符。 工具：地理处理工具是模型中工作流的基本组成部分。工具用于对地理数据或表格数据执
行多种操作。工具被添加到模型中后，即成为模型元素。
变量：变量是模型中用于保存值或对磁盘数据的引用的元素。数据变量是包含磁盘数据的
描述性信息的模型元素。数据变量中所描述的数据属性包括字段信息、空间参考和路径。值变 量是诸如字符串、数值、布尔（真/假值）、空间参考、线性单位或范围等的值。值变量包含除
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描述模型： 这是一类用描述方法研究区域中的实体类型、特征、 相互之间的空间关系和实体属性特征的模型。 一般用描述模型回答“是什么”这类简单地理问题， 或者描述某类形象存在的环境条件。 描述模型不仅能够使用单一的地图图层数据，而且能 够综合使用多个地图图层描述空间联系，表示不同条 件下的空间关系或空间模式。 描述模型的使用有助于识别空间关系、空间模式，增 进我们理解地理过程的能力。
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GIS空间分析模型是在GIS空间数据基础上建立起来的空间模型 ，是分析型和辅助决策性GIS区别于管理型GIS的一个重要特征 ，是空间数据综合分析和应用的主要实现手段，是联系GIS应用 系统与专业领域的纽带。
空间分析模型的特征：
（1）空间定位是空间分析模型特有的特性，构成空间分析模型的空间目标( 点、弧段、网络、复杂地物等)的多样性决定了空间分析模型建立的复杂性； （2）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 及空间目标的拓扑关系也决定了空间分析模型的特殊性； （3）包括笛卡尔坐标、高程、属性以及时序特征的空间数据极其庞大，大量 的数据构成的空间分析模型也具有可视化的图形特征； （4）空间分析模型不是一个独立的模型实体，它与广义模型中的抽象模型的 定义是交叉的。GIS要求完全精确地表达地理环境间复杂的空间关系，因而 常用数学模型。
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8.2 空间建模的方法
模型：由于现实世界的复杂性，人们往往抽象出其中 的本质特征对现实世界进行简化，形成能够反应现实 世界规律的模型。
模型是现实世界的表达，模型的使用有助于理解、描 述和预测世界中事物的发生、发展联系，是普遍使用 的认识现实世界的方法和工具。
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8.2 空间建模的方法
模型的分类：模型的类型根据分类方法而不同， 根据GIS空间分析建模的目的，可分为以特征为主的描 述模型（descriptive model）和提供辅助决策信息和解 决方案为目的的过程模型（process model）两类； 根据使用的方法可分为随机模型和确定性模型； 根据逻辑可分为归纳模型和演绎模型等。
ArcGIS 空间分析的模型就是在模型生成器(Model Builder)完成建 立的一种图解模型，它是ArcGIS提供的构造地理工作流和脚本 的图形化建模工具，可以将数据和空间处理工具连接起来处理 复杂的GIS 任务，并且可以使多人共享方法和流程，多人可以使 用相同的模型来处理相似的任务。
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图解建模法：
水文建模：流向分析、流域分析、河网提取等；
表面建模：地表特征分析、污染程度分析等；
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建模方法:
主要有3 种： （1）机理分析法：通过分析过程的运动规律，运用已 知的定律、定理和原理，在长期工程实践中得到的实 用的工业过程经验模型； （2）测试法：利用输入输出数据所提供的信息来建立 过程的数学模型； （3）智能建模方法：空间建模方法与非空间问题建模 方法的发展非常相似，同样是由确定性模型的研究到 与模糊逻辑、神经网络、遗传算法、小波分析等人工 智能技术相结合的建模方法，只是空间数据具有其模 糊性、不确定性，这就更加迫切地需要与人工智能技 术相结合，以提高空间数据分析和空间问题模拟的准 10 确度。
模型生成器（ModelBuilder）
模型生成器（ModelBuilder）是ArcGIS 10所提供的构 造地理处理工作流和脚本的图形化建模工具，加速复 杂地理处理模型的设计和实施。 最初模型生成器出现在ArcView 3的空间分析模块中。
2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
2.2.1 ModelBuilder介绍
2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
（5）验证模型 模型验证是指验证所有数据元素和参数值是否有效 。验证会将已运行过程重新变为准备运行状态。如 果通过验证模型使处于准备运行或已运行状态的过 程更改为未准备好运行状态（元素呈白色），则意 味着有一个或多个输入变量无效。验证模型主要包 数据变量引用磁 括验证数据变量和验证值变量。 盘上的数据并且
（5）应用分析结果：在对模型满意的前提下，可以运用模
型得到对结果的分析。
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8.3 空间分析的应用建模
空间分析的应用是指空间分析的理论、方法和过程在 与空间数据处理有关的领域的具体应用。 空间分析可以应用到自然科学和社会科学的多个领域， 包括以下应用领域：
1）城市规划与管理； 2）厂址选择；
3）水污染监测； 5）道路交通管理； 7）输电网管理； 9）地形地貌分析； 11）军事领域等。 4）洪水灾害分析； 6）地震灾害和损失估计； 8）配电网管理； 10）医疗卫生；
（4）实施空间分析：函数、模 型、工具等产生信息
（5）结果校验：期望值或标准的 比较分析，改变参数重新计算
（6）执行结果：产生操作性的建 议、对策、方案
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8.3 空间分析建模的概念模式
（1）明确问题：分析问题的实际背景，弄清建立模型的目
的，掌握所分析对象的各种信息，不仅要明确所要解决的问题 是什么，要达到什么样的目标，还要明确实际问题的解决途径 和所需要的数据。
（2）分解问题：找出实际问题有关的因素，通过假设把所
研究的问题进行分解、简化，明确模型中需要考虑的因素以及 它们在过程中的作用，并准备有关的数据集。
（3）组建模型：运用数学知识和空间分析工具描述问题中
变量间的关系。
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8.3 空间分析建模的概念模式
（4）检验模型结果：运行所得到的模型、解释模型的结果
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8.3 空间分析建模的概念模式
无论使用的模型是描述性的还是过程性的，无论使用 的是测试法还是智能建模法，首先要对模型的形成过 程概念化，模型的概念化是建模过程的一般模式。 这一基本过程可概括为6个基本步骤：
（1）表述问题及其目的 （2）分解问题：子目标，子过程
（3）确定并搜索数据：信息、关 系、模式等
对磁盘数据的引用之外的所有信息。
连接符：连接符用于将数据和值连接到工具。连接符箭头显示执行处理的方向。数据连
接符用于将数据变量和值变量连接到工具。 环境连接符用于将包含环境设置的变量（数据或值 ）连接到工具。工具在执行时将使用该环境设置。前提条件连接符用于将变量连接到工具。只 有在创建了前提条件变量的内容之后，工具才会执行。反馈连接符用于将某工具的输出返回给 同一工具作为输入。
有时描述模型指的就是GIS的数据模型。
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过程模型：
运用数学分析方法建立表达式，模拟地理现象的形成过 程的模型称为过程模型，也叫处理模型。
过程模型适合于回答“应当如何”之类的地理问题。
过程模型根据描述模型所建立起来的对象间的关系，分 析其相互作用并提供决策方案。需要运用多种分析方法 进行空间运算，并从中产生描述模型所不包括的新的信 息。
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2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
空间分析功能与各种领域专用模型的结合途径：
（1）GIS 环境内二次开发语言的空间分析建模法； （2）基于GIS 外部松散耦合式的空间分析建模法；
（3）混合型的空间分析建模法;
（4）插件技术的空间分析建模法；
（5）基于面向目标的图形语言建模法，简称图解建模
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图解建模法：
图解建模属于基于面向目标的图形语言建模法。
模型构建器(ModelBuilder)是创建模型和模型工具的一种方式。模型是链接 到一起的一系列工具串和数据；一个工具的输出会成为另一个工具的输入。 （1）模型构建器界面
用于拖动工具并将其连接到 变量的空白区域称为画布 显示相互连接的工具和变量 的外观及布局称er的空间分析建模
2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
（3）模型流程 模型流程由一个工具和连接到此工具的所有变量组成 。 连接线用于表示处理顺序。 可将多个流程连接到一起以创建一个更复杂的流程。
2.2 基于ModelBuilder的空间分析建模
（4）中间数据
运行模型时，将在模型中创建各个流程的输出数据。 某些输出数据只作为中间步骤创建，它们将连接到其 他流程，并协助完成最终输出的创建。由这些中间步 骤生成的数据称为中间数据，通常（但并不总是）在 模型运行结束后就没有任何用处了。通常可以将中间 数据看作是应在模型运行结束后即被删除的临时数据 。但在通过ModelBuilder窗口运行模型时，中间数据将 不会被删除，或者可由自己来决定是否要将其删除。
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8.3 空间分析图解建模
图解建模是指用直观的图形语言将一个具体的过程模型表达出 来。在这个模型中，分别定义不同的图形代表输入数据、输出 数据、空间处理工具，它们以流程图的形式进行组合并且可以 执行空间分析操作功能。当空间处理涉及到许多步骤时，建立 模型可以让用户创建和管理自己的工作流，明晰其空间处理任 务，为复杂的GIS任务建立一个固定有序的处理过程。
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空间分析建模与相关概念 空间分析建模：运用GIS空间分析方法建立数学模型的 过程。基于GIS的空间问题分析和决策过程就是一个通 过建立模型产生期望信息的过程，即所谓的空间建模 ，又可以解释为一切与空间位置相关的模型的建立。
地理建模：地理模型就是指真实的地理对象（地理过程 、地理系统）的模仿物，它可以借助实物、逻辑符号、 图形、表格、文字、数学公式及计算机软件来表示。地 理建模就是指地理模型的构建。
（2）模型元素
模型元素主要有三种类型：工具、变量和连接符。 工具：地理处理工具是模型中工作流的基本组成部分。工具用于对地理数据或表格数据执
行多种操作。工具被添加到模型中后，即成为模型元素。
变量：变量是模型中用于保存值或对磁盘数据的引用的元素。数据变量是包含磁盘数据的
描述性信息的模型元素。数据变量中所描述的数据属性包括字段信息、空间参考和路径。值变 量是诸如字符串、数值、布尔（真/假值）、空间参考、线性单位或范围等的值。值变量包含除
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描述模型： 这是一类用描述方法研究区域中的实体类型、特征、 相互之间的空间关系和实体属性特征的模型。 一般用描述模型回答“是什么”这类简单地理问题， 或者描述某类形象存在的环境条件。 描述模型不仅能够使用单一的地图图层数据，而且能 够综合使用多个地图图层描述空间联系，表示不同条 件下的空间关系或空间模式。 描述模型的使用有助于识别空间关系、空间模式，增 进我们理解地理过程的能力。
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GIS空间分析模型是在GIS空间数据基础上建立起来的空间模型 ，是分析型和辅助决策性GIS区别于管理型GIS的一个重要特征 ，是空间数据综合分析和应用的主要实现手段，是联系GIS应用 系统与专业领域的纽带。
空间分析模型的特征：
（1）空间定位是空间分析模型特有的特性，构成空间分析模型的空间目标( 点、弧段、网络、复杂地物等)的多样性决定了空间分析模型建立的复杂性； （2）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 及空间目标的拓扑关系也决定了空间分析模型的特殊性； （3）包括笛卡尔坐标、高程、属性以及时序特征的空间数据极其庞大，大量 的数据构成的空间分析模型也具有可视化的图形特征； （4）空间分析模型不是一个独立的模型实体，它与广义模型中的抽象模型的 定义是交叉的。GIS要求完全精确地表达地理环境间复杂的空间关系，因而 常用数学模型。
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8.2 空间建模的方法
模型：由于现实世界的复杂性，人们往往抽象出其中 的本质特征对现实世界进行简化，形成能够反应现实 世界规律的模型。
模型是现实世界的表达，模型的使用有助于理解、描 述和预测世界中事物的发生、发展联系，是普遍使用 的认识现实世界的方法和工具。
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8.2 空间建模的方法
模型的分类：模型的类型根据分类方法而不同， 根据GIS空间分析建模的目的，可分为以特征为主的描 述模型（descriptive model）和提供辅助决策信息和解 决方案为目的的过程模型（process model）两类； 根据使用的方法可分为随机模型和确定性模型； 根据逻辑可分为归纳模型和演绎模型等。
ArcGIS 空间分析的模型就是在模型生成器(Model Builder)完成建 立的一种图解模型，它是ArcGIS提供的构造地理工作流和脚本 的图形化建模工具，可以将数据和空间处理工具连接起来处理 复杂的GIS 任务，并且可以使多人共享方法和流程，多人可以使 用相同的模型来处理相似的任务。
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图解建模法：
水文建模：流向分析、流域分析、河网提取等；
表面建模：地表特征分析、污染程度分析等；
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建模方法:
主要有3 种： （1）机理分析法：通过分析过程的运动规律，运用已 知的定律、定理和原理，在长期工程实践中得到的实 用的工业过程经验模型； （2）测试法：利用输入输出数据所提供的信息来建立 过程的数学模型； （3）智能建模方法：空间建模方法与非空间问题建模 方法的发展非常相似，同样是由确定性模型的研究到 与模糊逻辑、神经网络、遗传算法、小波分析等人工 智能技术相结合的建模方法，只是空间数据具有其模 糊性、不确定性，这就更加迫切地需要与人工智能技 术相结合，以提高空间数据分析和空间问题模拟的准 10 确度。