【正文】 武漢大學遙感信息工程學院 時間：星期五 : 67節(jié) (13:1514:00, 14:0514:50) 地點： 3區(qū) 2104 第 6章 空間分析在環(huán)境領域的應用建模 2 主要內容： 概述 數據模型 環(huán)境質量評價應用建模 環(huán)境監(jiān)測應用建模 環(huán)境模擬與預測應用建模 3 概述 隨著全球性環(huán)境的日益惡化，環(huán)境保護在實現人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略過程中扮演著越來越重要的角色。而環(huán)境問題與地理因素緊密相關，通常帶有很強的地理或地理分布特征。因此，運用 GIS技術有效處理基于環(huán)境問題的大量復雜空間信息，將在很大程度上提高環(huán)保工作的質量和效率。 必要性 4 概述 GIS空間分析在環(huán)境領域的應用建模就是根據環(huán)境領域的具體應用，將 GIS空間分析方法和環(huán)境應用模型相結合，使得 GIS技術能夠運用在環(huán)境領域，發(fā)揮其處理大量復雜空間信息的能力，實現環(huán)境領域的分析應用，提高模型的精度和易用性。 目前， GIS空間分析應用建模已經在環(huán)境諸多領域得到了的應用。主要有以下幾個方面： 1. 環(huán)境工程管理 2. 環(huán)境質量評價 3. 環(huán)境監(jiān)測 4. 環(huán)境事故模擬與決策 5. 環(huán)境污染應急與處理 基本概念 5 所需數據 GIS空間分析在環(huán)境領域的應用建模需要多源、多種類、多時相的數據。主要包括以下數據： 1. 基礎地理信息數據 2. 社會經濟數據 3. 多源多時相衛(wèi)星遙感數據 4. 污染事故歷史統計數據 5. 環(huán)境監(jiān)測數據 6. 環(huán)境工程統計數據 7. 區(qū)域環(huán)境矢量數據 概述 6 所需方法 GIS空間分析在環(huán)境領域的應用建模需要多種空間分析的方法 ,主要包括以下方法： 1. 柵格數據的空間分析方法 :包括聚類、聚合分析、信息復合分析、追蹤分析、窗口分析、量算分析等； 2. 矢量數據的空間分析方法：包括包含分析、緩沖區(qū)分析、疊置分析、網絡分析等； 3. 三維數據的分析方法：包括三維可視化、三維空間查詢、地形分析、陰影分析、水淹分析等； 4. 空間數據的統計分析方法：包括空間點模式分析、格網或面狀數據空間統計分析、空間變異函數、克里金估計、探索性空間分析等。 概述 7 (1)柵格模型 ： 地理空間被劃分為規(guī)則的小單元，空間位置由柵格單元的行、列號表示。柵格單元的大小反映了數據的分辨率即精度，空間物體由若干個柵格單元隱含描述。 (2)矢量模型 ： 各類地理要素根據空間形態(tài)特征分為點、線、面三類 /（體狀空間對象）。地物是顯示描述的。 空間數據的兩種表示模型： 空間數據表示模型 數據模型 8 空間數據模型 數據模型 空間數據模型 ： 是關于 GIS中空間數據組織的概念，反映現實世界中的空間實體，及其相互之間的聯系，為空間數據組織和空間數據庫模式設計提供基本的概念和方法。 GIS數據模型的三個層次： ?概念數據模型 ?邏輯數據模型 ?物理數據模型 9 空間數據模型 數據模型 GIS空間分析在環(huán)境領域的應用建模需要的數據模型多種多樣，針對環(huán)境領域的應用，下面主要講述應用較多的兩種數據模型： ? 時空數據模型 :常用在環(huán)境監(jiān)測領域，針對環(huán)境狀況進行時間序列的監(jiān)測和變化研究，以便及時發(fā)現異常情況。 ? 三維空間數據模型 ：常用在環(huán)境事故模擬、應急和決策領域，可視化顯示事故發(fā)生的地點、污染擴散情況，根據分析結果及時有效做出應急處理，為政府部門提供決策支持。 10 數據模型 時空數據模型 時空數據模型 通常由數據結構、數據操作和完整性約束三部分組成（張祖勛等， 1996）。 時空數據模型是一種有效組織和管理時態(tài)地學數據、空間、專題、時間語義完整的地學數據模型，它不僅強調地學對象的空間和專題特征，而且強調這些特征隨時間的變化，既時態(tài)特征。建立合理、完善、高效的時空數據模型是實現時態(tài) GIS的基礎和關鍵。 時空數據模型是 TGIS和 STDB的基礎。 11 時空數據模型的 核心問題 是研究如何有效地表達、記錄和管理現實世界的實體及其相互關系隨時間不斷發(fā)生的變化。這種時空變化表現為三種可能的形式： ? 屬性變化，其空間坐標或位置不變； ? 空間坐標或位置變化，而屬性不變，這里空間的坐標或位置變化既可以是單一實體的位置、方向、尺寸、形狀等發(fā)生變化，也可以是兩個以上的空間實體之間的關系發(fā)生變化； ? 空間實體或現象的坐標和屬性都發(fā)生變化。 數據模型 時空數據模型 12 時空數據模型的主要類型 ： ? 序列快照模型 ：將一系列時間片段的快照保存起來，各個切片分別對應不同時刻的狀態(tài)圖層，反映地理現象的時空演化過程。 ? 基圖修正模型 ：基態(tài)修正模型按事先設定的時間間隔進行采樣，它只存儲某個時間數據狀態(tài) (基態(tài) )和相對于基態(tài)的變化量。 ? 空間時間立方體模型 ：由空間兩個維度和一個時間維組成，描述了二維空間沿著第三個時間維演變的過程。 ? 空間時間組合體模型 ：空間分隔成具有相同時空過程的最大的公共時空單元，每個時空對象的變化都將在整個空間內產生一個新的對象。將空間變化和屬性變化都映射為空間的變化，是序列快照模型和基態(tài)修正模型的折衷模型。 數據模型 時空數據模型 13 數據模型 三維空間數據模型 三維空間數據模型 是研究三維空間的幾何對象的數據組織、操作方法以及規(guī)則約束條件等內容的集合。 三維空間數據模型是人們對客觀世界的理解和抽象，是建立三維空間數據庫的理論基礎。三維空間數據結構是三維空間數據模型的具體實現，是客觀對象在計算機中的底層表達，是對客觀對象進行可視表現的基礎。 14 數據模型 三維空間數據模型 15 數據模型 三維空間數據模型 1. 基于鑲嵌的數據模型 是將三維空間劃分成一系列連通但不重疊的幾何體素 , 它可以看成是二維柵格模型的擴展。 2. 基于矢量的數據模型 以物體邊界為基礎定義和描述幾何形體 , 并能給出完整和顯式界面描述的方法。 3. 分析型數據模型 又稱參數函數表示法，它可以描述三維空間中的線、面和體目標，其指導思想就是利用有限的空間數據，來尋求一個函數的解析式，用這個解析式來生成新的空間點，用以逼近原有物體。 4. 基于混合結構的數據模型 是將兩種或兩種以上的數據模型加以綜合 , 形成一種具有一體化結構的數據模型。以適應不同分辨率、不同背景條件、不同應用的要求。 三維空間數據模型的類型 16 數據模型 三維空間數據模型 ?二維 GIS：即傳統意義上的 GIS，只能處理平面 X、 Y軸上的信息，不能處理鉛垂方向 Z軸上的信息。 ?（假三維） GIS：在二維 GIS的基礎上，考慮了 Z軸上的信息，但并未處理，只將其作為附屬的屬性變量對待 。如 DEM，雖然賦予了 Z軸高程信息，能夠表達出表面起伏的地形，但地形下面的信息卻不具有 。 ?三維 GIS：表達考慮多個 Z值的出現 ，能表示多層屬性。 二維 GIS GIS 三維 GIS 17 環(huán)境質量評價應用建模 環(huán)境質量： 環(huán)境系統客觀存在的一種本質屬性 ， 并能用定性和定量的方法加以描述的環(huán)境系統所處的狀態(tài) 。 環(huán)境始終處于不停的運動和變化之中 ， 作為環(huán)境狀態(tài)表示的環(huán)境質量 ， 也是處于不停的運動和變化之中 。 引起環(huán)