1、GIS的應(yīng)用設(shè)計,GIS的過程模型,GIS的過程模擬與應(yīng)用,本章主要問題： 怎樣建立問題模型？ 怎樣將應(yīng)用模型與GIS聯(lián)系起來？ 如何建立空間分析過程模型？ 怎樣組織GIS的運行過程？,各模型之間的關(guān)系,利用模型設(shè)計的方式，按照運行GIS所需要的分析流程來進行，則能比較容易地形成一個完整的思路。在形成完整的思路過程中，每一個步驟都應(yīng)有一個中心環(huán)節(jié)。這個中心環(huán)節(jié)對應(yīng)著一些解決問題的思路和主要方法，它們形成了各環(huán)節(jié)的模型。因此，本書主張分四個模型組來組織。即，問題模型組、應(yīng)用模型組、空間分析模型組和GIS的過程模型組。每一個模型組代表應(yīng)用GIS過程中的一個側(cè)面；同時，也是進行GIS過程中的一個層次

2、。它們依次按照“問題模型組應(yīng)用模型組空間分析模型組GIS的過程模型組”的順序由外圍逐步接近GIS的技術(shù)層操作。從而形成了GIS的應(yīng)用工作框架。在這個框架中，每一個模型組在技術(shù)方法和分析思路上在對所對應(yīng)的中心環(huán)節(jié)有所側(cè)重的基礎(chǔ)上，與其它模型組之間往往存在著相互交叉重疊。使得各環(huán)節(jié)之間能較好地接續(xù)起來，形成一個完成的過程。,問題模型,問題模型是指對用戶所提出的問題進行分析和模擬的過程。在GIS的系統(tǒng)建立之前，或開始運行之前，必須有明確的問題（目標）。也就是，要明確所解決的核心問題。這個核心問題越具體，就越有利于整個過程的設(shè)計和答案的針對性。對該問題進行分解和剖析，形成一系列子問題及其解決的步驟，則

3、形成了針對該問題的問題模型。問題模型是否建立得好，對系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用來說都是致關(guān)重要的。它關(guān)系到開發(fā)出的功能是否能就是用戶所需要的；關(guān)系到利用GIS技術(shù)和功能的方式；最終關(guān)系到結(jié)果是否能真正滿足用戶的要求和回答用戶所提出的社會、經(jīng)濟和管理領(lǐng)域里的問題。,問題是如何提出的？,問題的類型 應(yīng)用人員主要想解決的問題大致有兩類。即，日常管理當中的查詢和監(jiān)控；決策和研究分析中的問題。,日常管理中的查詢和監(jiān)控：,這類問題主要是特定系統(tǒng)的固定使用人員所面臨的。這些使用人員主要是利用GIS進行該系統(tǒng)所包括的區(qū)域范圍和業(yè)務(wù)范圍內(nèi)的日常管理工作。這種管理工作大部分集中在政府和企業(yè)管理機構(gòu)，涉及的工作主要是信息查詢

4、和監(jiān)控某種事物的發(fā)展態(tài)勢等位置信息、定位服務(wù)和格局判斷方面的問題。如，某種資源的分布情況？城市里的哪些自來水管線需要改造？這類問題比較簡單、直接。不需要再對它進行分解。一般來說，僅需要在應(yīng)用系統(tǒng)中直接查詢即可。但仍然需要設(shè)計一定的步驟和簡單的模型及模擬過程，才可使問題更清晰。從而，有利于答案的針對性和簡潔性。,決策和科研分析中的問題：,這類問題主要設(shè)計人的任務(wù)是各自專業(yè)的分析和結(jié)論，僅使用GIS作為一種輔助工具而已。當然，這種輔助有可能是常用或?qū)Ｓ玫?。盡管如此，但這類問題是需要應(yīng)用人員經(jīng)過一定的組織和分析，用多種功能的組合來解決問題。因此，其問題的分析需要多方面來進行；其過程也需要涉及多個層次

5、分析模型的建立。,如，一條鐵路線地基的選址？要回答這個問題，就需要涉及地基的工程力學(xué)等專業(yè)技術(shù)問題，還要進行地形分析、費用核算和所經(jīng)過區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展狀況以及城鎮(zhèn)的分布等方面的研究才能最后進行決策。另一個與此有關(guān)的問題是：京九線開通后對所經(jīng)過區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的影響如何？這是一個關(guān)于區(qū)域經(jīng)濟分析的問題。要回答這個問題，用經(jīng)濟學(xué)的方法主要利用一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在考慮鐵路運輸量的基礎(chǔ)上對鐵路修建前后的情況加以比較，并輔以相關(guān)分析等手段就可以進行。而如果使用GIS作為技術(shù)工具的話，就需要將抽象的區(qū)域經(jīng)濟的思想和解決問題的思路轉(zhuǎn)化為用一張張實實在在的地圖來說明中間所經(jīng)歷的分析過程，并用具有精確地域界限的、能反映影響

6、效果的可視化地圖作為答案。前者所進行的過程是宏觀的和抽象的，最后的結(jié)果除了行政邊界外，區(qū)域范圍是模糊的；后者則是利用具體的地理圖形給出精確的影響過程，最后結(jié)果中的區(qū)域范圍在地圖上也是確定的。這就需要將抽象地分析轉(zhuǎn)化為具體的表示方法。這種轉(zhuǎn)化需要中間進行一些模擬過程。因而，就需要有相應(yīng)的模型，并在各自的層次上進行。,問題的層次,問題的層次是指該問題在利用GIS時所體現(xiàn)的具體程度。社會、經(jīng)濟和商業(yè)領(lǐng)域里的問題對于GIS操作來說都比較抽象，往往處于最外圍的層次。不過，相對于不同的問題，由于其利用GIS的直接程度和分析步驟的多少，問題可以處于不同的層次。如對于上述日常管理中的查詢和監(jiān)控中的問題來說，能

7、直接利用GIS中現(xiàn)有的功能。因而，這類問題屬于內(nèi)層次；而對于決策和科研分析中的問題來說，由于需要進行多個步驟的分析才能利用GIS現(xiàn)有的功能。因而，屬于外層次的問題。不論屬于哪一個層次，在進行GIS操作前，都需要將其分解到最內(nèi)部的層次，使每個子問題都能直接利用GIS功能。因此，需要對問題進行分解。,分解問題,是對專業(yè)問題進行地點、要素等的進一步明確的細化過程。使比較抽象的問題在空間上更具體，在步驟上更清楚，在需要的各種要素上更明確。,例子 1 如何利用GIS對滑雪場進行管理？,這是一個非?；\統(tǒng)的決策管理問題。同時，也是該應(yīng)用領(lǐng)域里最常見的問題。這個問題目前所處的層次是不能直接進行GIS操作的。它

8、需要進行多個層次的分解。本書的第一部分中的一些問題就成為了這個大標題的子問題。再對這些子問題的空間范圍和所選取的指標進行細化，本問題的分解就成為下面的形式：,如何利用GIS對滑雪場進行管理？ - 第一層次 (1)在哪里可以發(fā)現(xiàn)合適的地點？- 第二層次 滑雪場準備建在哪個縣、鄉(xiāng)？- - 第三層次 建設(shè)滑雪場所要求的海拔高度是多少？- 第三層次 (2)所選擇的地點具有那些地理特征？- 第二層次 滑雪場所要求的坡度范圍是多少？- 第三層次 滑雪道所需要的長度范圍是多少？- 第三層次 根據(jù)當?shù)氐臍夂驐l件，滑雪場的坡向應(yīng)該怎樣？ - 第三層次 (3)在一定時段后，哪里的條件將發(fā)生變化？- 第二層次 一定

9、時段是否可以是初冬、冬末？- 第三層次 滑雪條件是否是指積雪厚度的變化？- 第三層次 積雪厚度的變化在初冬或冬末不同季節(jié)時是不一樣的？ - 第四層次 積雪厚度的變化在不同坡向是不同的？- 第四層次,(4) 怎樣利用適宜的地理條件？- 第二層次 在附近1000米的鎮(zhèn)上建營地？- 第三層次 在山腳和低凹處建休息處？- 第三層次 在山坡拐點處建索道中轉(zhuǎn)站？- 第三層次 (5)建人工滑雪設(shè)施對周圍環(huán)境的影響如何？- 第二層次 這個子問題可以有兩種劃分次子問題的途徑。 途徑1：按照環(huán)境要素來劃分 滑雪設(shè)施對植被的影響？- 第三層次 滑雪設(shè)施對土壤的影響？- 第三層次 滑雪設(shè)施對旅游景點的影響？- 第三層

10、次 途徑2：按滑雪設(shè)施來劃分 營地對環(huán)境的影響？- 第三層次 雪道對環(huán)境的影響？- 第三層次 纜車對環(huán)境的影響？- 第三層次 道路對環(huán)境的影響？- 第三層次,例子2 如何尋覓適宜住宅？,如何尋覓適宜住宅？- 第一層次 (1)新?lián)ПP的分布區(qū)？- 第二層次 自2000年？- 第三層次 自2002年？- 第三層次 (2)可以接受的價格？- 第二層次 3000元/平方米左右？- 第三層次 5000元/平方米左右？- 第三層次 (3)比較方便的交通條件？- 第二層次 機動車？- 第三層次 自行車或步行？- 第三層次 (4)距離學(xué)校較近？- 第二層次 哪所學(xué)校？- 第三層次 哪種交通方式？- 第三層次 (

11、a) 半個小時？- 第四層次 (b) 10分鐘？- 第四層次 (5)社區(qū)成熟？- 第二層次 附近有大商場？- 第三層次 小區(qū)服務(wù)設(shè)施好？- 第三層次 (a)各種小商店？- 第四層次 (b)服務(wù)公司？- 第四層次 周邊自然環(huán)境好？- 第三層次 綠地面積多？- 第三層次 有水面？- 第三層次,例子 3 如何分析城市商業(yè)中心的市場情況？,如何分析城市商業(yè)中心的市場情況？- 第一層次 (1)本市商業(yè)中心的大致區(qū)域范圍？- 第二層次 (2)商業(yè)中心區(qū)的交通線路如何？- 第二層次 主干道線路是哪些？- 第三層次 次干道線路是哪些？- 第三層次 步行線路是哪些？- 第三層次 本區(qū)域范圍內(nèi)各商業(yè)中心的分布如何

12、？- 第三層次 (3)各商業(yè)中心的客戶分布范圍分別是哪些地區(qū)？ 第二層次 到達各商業(yè)中心需要1小時的人口（潛在客戶）分布？ 第三層次 到達各商業(yè)中心需要半小時的人口（潛在客戶）分布？第三層次 到達各商業(yè)中心需要10分鐘的人口（潛在客戶）分布？第三層次 (4)一個商業(yè)中心的客戶分布是否會受其它中心的影響？ 第二層次 各商業(yè)中心客戶分布之間是合作競爭關(guān)系？- 第三層次 各商業(yè)中心客戶分布之間是對立競爭關(guān)系？- 第三層次,例子4：北京市管理信息系統(tǒng)的建設(shè),這是一個按照管理流程建立的信息系統(tǒng)，其主要功能是用于為管理人員提供信息查詢和決策服務(wù)的系統(tǒng)。主要特點是涉及的領(lǐng)域廣、數(shù)據(jù)需求大。因此，對該系統(tǒng)的設(shè)

13、計體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的分析方面。,問題：有關(guān)北京市的交通、人口分布、商業(yè)點分布、醫(yī)院分布、旅館分布等方面的情況如何？ 第一步，建立數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu) - 第一層次 (1)北京市的交通分布如何？- 第二層次 a公共交通- 第三層次 （a）公共交通線路- 第四層次 （b）公共交通站點- 第四層次 b公路網(wǎng)絡(luò)- 第三層次 （a）主干道（車速、車道）- 第四層次 （b）次干道（車速、車道）-第四層次 （c）小街道（車速）-第四層次 (2)北京市的人口分布如何？-第二層次 a常住人口的分布（密度）-第三層次 b外來人口的分布（來源地）-第三層次 c收入等級分布（收入級別的劃分）-第三層次,(3)北京市的商業(yè)網(wǎng)點分布？

14、-第二層次 a大型超市的分布（規(guī)模、員工、營業(yè)額）-第三層次 b批發(fā)市場的分布（攤位、營業(yè)額）-第三層次 c中小型零售點的分布（規(guī)模、營業(yè)額）-第三層次 (4)北京市的醫(yī)院分布？ - 第二層次 a綜合醫(yī)院的分布（床位、醫(yī)師、接診）-第三層次 b傳染病院的分布（床位、醫(yī)師、接診）-第三層次 c兒童醫(yī)院的分布（床位、醫(yī)師、接診）-第三層次 d腫瘤醫(yī)院的分布（床位、醫(yī)師、接診）-第三層次 e急救中心的分布（一次處理病人的能力）-第三層次 (5)北京市的旅館分布？-第二層次 a五星級賓館的分布（接待人數(shù)、價格）-第三層次 b經(jīng)濟旅館的分？（接待人數(shù)、價格）-第三層次 第二步，建立管理分析模型（根據(jù)管理

15、條件和要求進行） 從數(shù)據(jù)的角度來講都包括兩部分：空間（具體位置）數(shù)據(jù)和屬性 （該點的特征和性質(zhì)等的描述）數(shù)據(jù)。 從工作流程來說，根據(jù)具體的順序，自下而上或自上而下設(shè)計管理 流程（這是項目設(shè)計，與GIS沒有直接的關(guān)系）。,問題模型的建立,在對問題進行分解后，就需要建立各層次以及各子問題之間的關(guān)系，以便為更進一步的應(yīng)用模型和空間分析模型的建立清理思路。有的自問題之間在先后順序上是并列關(guān)系，有的子問題的解決必須在其它子問題結(jié)果的基礎(chǔ)上進行，先后順序不同可能回影響到最后的結(jié)果。因此，問題模型的建立主要是以各子問題的先后順序為紐帶，形成一個解決問題的流程框圖。從上述三個核心例子的各問題模型中可以略見一斑

16、。,例子2,由于這個問題中各子問題之間都是比較簡單的并列關(guān)系。它們的先后順序?qū)ψ詈蟮慕Y(jié)果影響不大。但由于選擇時，對于不同影響因素的重視程度不同而導(dǎo)致選擇時按照不同的先后順序。有時為了更明確這些子問題之間的區(qū)分，對不同因素給以不同的權(quán)重系數(shù)后再進行并列分析。鑒于這些子問題之間簡單的并列關(guān)系，這里的問題模型僅列到第二層次的問題。,應(yīng)用模型,固定模型與GIS的聯(lián)系 非固定模型與GIS的聯(lián)系,固定模型與GIS的聯(lián)系,適宜性分析模型 發(fā)展預(yù)測模型 交通規(guī)劃模型 交通發(fā)生量預(yù)測 出行分布預(yù)測模型 運輸量最優(yōu)配置模型 多目標決策模型,非固定模型與GIS的聯(lián)系,是指雖沒有形成共識模式，但針對具體問題，能按照一

17、定的思路和順序形成解決問題的模式。這類模型（這里將所有解決問題的方法、思路流程和模式統(tǒng)稱為模型。這種稱謂在GIS等計算機領(lǐng)域里是一種常見的現(xiàn)象）在各應(yīng)用領(lǐng)域里都存在。它主要是針對不同的問題而設(shè)計的具體思路和方法。在該領(lǐng)域的多數(shù)情況下，它僅是社會、經(jīng)濟和商業(yè)領(lǐng)域里的專業(yè)方法，與GIS的聯(lián)系僅在模型開始時的數(shù)據(jù)搜集和最后的結(jié)果顯示。但是，具體聯(lián)系的方式卻可能有多種可能。另一種情況則是，在社會、經(jīng)濟和商業(yè)領(lǐng)域?qū)I(yè)思路的引導(dǎo)下，幾乎每個步驟都需要使用GIS的技術(shù)來完成。其主要部分構(gòu)成空間分析模型的內(nèi)容。例如，選址模型是指按照規(guī)定的指標，通過對空間因素的分析，確定某一事物的空間位置的方法。這類方法可以用

18、在很多領(lǐng)域。如，環(huán)境方面保護區(qū)的確定；經(jīng)濟布局方面重要設(shè)施的安排；商業(yè)方面銷售點的選擇；企業(yè)方面工廠的選址；等等。地址選擇過程中，本書核心例子“尋覓適宜房屋”就是一個典型的地址選擇模式。其問題模型中的各步驟已經(jīng)與GIS功能直接聯(lián)系起來了，其分析過程實現(xiàn)了從問題模型到空間分析模型的直接過渡。,空間分析模型,外部模型建造 內(nèi)部模型建造 空間分析模型案例,外部模型建造,與GIS的各種空間分析功能相聯(lián)系，在利用各種軟件（主要是商業(yè)軟件）的基礎(chǔ)上，利用上述問題模型和專業(yè)模型所形成的流程，分別選擇合適的功能來進行。在這個過程中，空間分析模型的任務(wù)主要是將上述模型各部分的目標和要求轉(zhuǎn)化為GIS的具體操作。這

19、是一種概念轉(zhuǎn)換的過程。要求將人文科學(xué)的習(xí)慣概念和分析方法轉(zhuǎn)換成GIS的圖形表示。如空間分析功能中由等值線形成的“坡度”的使用，在用人均收入等經(jīng)濟指標作為高程值來分析人口、資本等經(jīng)濟要素的流動時，需要有三種概念的轉(zhuǎn)換。一是，人均收入數(shù)值和海拔高度之間的相互轉(zhuǎn)換而形成的人均收入曲面，這個曲面反映了經(jīng)濟要素的流動傾向。二是，對于人口流動來說，主要流向是由低數(shù)值向高數(shù)值的傾向；對于資金流動來說，低收入帶來的低工資則是某些企業(yè)投資時要考慮的因素。三是，等值線密集的區(qū)域意味著坡度大，理解為人均收入差別的增大；同時，差別大的地方也是要素流動傾向大的地方。這個轉(zhuǎn)換過程其實就是對經(jīng)濟語言、經(jīng)濟邏輯和GIS圖形語

20、言之間不同表現(xiàn)方式共同意義的理解。這個理解需要將模糊的人文科學(xué)意義轉(zhuǎn)化為具有確定空間要素的表示。例如，“附近”與“500米以內(nèi)”距離對應(yīng)；“交通方便”與“乘車30分鐘以內(nèi)”對應(yīng)。將轉(zhuǎn)換后的各部分通過一定的應(yīng)用邏輯按照一定的先后順序和邏輯關(guān)系組織起來就構(gòu)成了GIS解決問題時空間分析中的外部模型。,內(nèi)部模型建造,是指現(xiàn)有商業(yè)軟件的功能在解決問題時，太煩瑣或難以完成所要求的功能，需要利用GIS已有的技術(shù)平臺，根據(jù)問題的需要進行的二次開發(fā)時的工作方式。這種方式具有更大的靈活性，完全按照問題的具體要求進行。每種軟件都具有讓用戶進行二次開發(fā)的功能，且其接口不但能兼容常用的計算機語言，如Oracle數(shù)據(jù)庫語

21、言, Java, Video Basic等所編的程序，而且還具有一套各自的宏語言。如，ArcInfo中的AML, ArcView 中的Avenue等。有時，為了解決具體問題和建立專用的特殊系統(tǒng)，避開商業(yè)軟件，而從操作系統(tǒng)的底層進行特殊專用軟件的開發(fā)來實現(xiàn)空間分析的特殊功能。內(nèi)部模型建造的編程工作可以在任意一個步驟或功能下進行。只是對于GIS非技術(shù)專業(yè)的人文學(xué)科出身的應(yīng)用人員來說，一般不需要從底層開發(fā)入手，而僅在某個功能下進行簡單的編程實現(xiàn)問題的特殊需要就可。,空間分析模型案例,模擬人類行為過程 人類行為最難模擬之處可能在于人的空間行為。這里以相互作用模型（Birkin et al., 1996）來描述空間行為過程與GIS的關(guān)系。這種模型主要用來描述和預(yù)測物品、人口和信息的空間移動過程。如，描述客戶從居住地到商店的過程。對這個過程的模擬可以利用假設(shè)商店、客戶等其中一個函數(shù)的變化來預(yù)測所需要的結(jié)果。它可以解決的問題如在一個城市新設(shè)大型超市對現(xiàn)有商業(yè)格局的影響。主要探討的是商業(yè)點之間的競爭關(guān)系問題。即，競爭對手和競爭伙伴關(guān)系。,假設(shè)這個大型超市以經(jīng)營日用品為主，則顧客對購物的首要選擇是方便。在這個條件下，如果新超市處于居民購物更方便的位置，則這個新超市的建立將使其它原來商店的經(jīng)營受影響；如果新超市對于居民購物來說處于不方便的位置，則除非該超市能有比其它商店更具