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一、 地学模型概述 地理信息系统以数字世界表示自然世界，具有完备的空间特性，可以存储和处理不同地理发展时期的大量地理数据、并具有极强的空间系统综合分析能力，是地理分析的有力工具。因此，地理信息系统不仅要完成管理大量复杂的地理数据的任务，更为重要的是要完成地理分析、评价、预测和辅助决策的任务，必须发展广泛的适用于地理信息系统的地理分析模型，这是地理信息系统走向实用的关键。 所谓模型，就是将系统的各个要素，通过适当的筛选，用一定的表现规则所描写出来的简明映像。模型通常表达了某个系统的发展过程或发展结果。地学模型是用来描述地理系统各地学要素之间的相互关系和客观规律信息的语言的或数学的或其他表达形式，通常反映了地学过程及其发展趋势或结果。地学模型也称为专题分析模型。对于地理信息系统来说，专题分析模型是根据关于目标的知识将系统数据重新组织，得出与目标有关的更为有序的新的数据集合的有关规则和公式。这是应用地理信息系统进行生产和科研的重要手段。模型化是将主观性的思考，以模型的形式反映出来，不同的理论观点，不同的体系可以产生不同的结果。 地学分析模型主要包含以下几种形式：1、逻辑模型：由地理名词和逻辑运算符组成的逻辑表达式表示；2、物理模型：由物理模拟过程表达；3、数学模型：由常数、参数、变量和函数关系等组成的数学表达式表示；4、图像模型：由某种图像或图像运算的集合表达，如各种专题地图。 专题分析模型在地理信息系统中的作用表现在以下几个方面： 任何地理信息系统都是为一定的应用目的而建立的，必须根据具体需要采用适用的分析模型指导地理信息系统总体设计。主要包括：①数据项的选择，数据的范围、精度、量测方法等，如果毫无选择地录入数据，只会使系统增加负担，降低效率，无法突出主要因素，甚至因为数据采集周期过长而失去意义；数据结构应以最好地表示地理现象和易于模型实现为标准；②硬件环境的选择，根据模型的输入、输出和运算方法选择经济实用的硬件支持；③软件功能的选择，根据模型的管理和运行设计适用的软件功能。 1、 地理信息系统的应用 目前地理信息系统技术的推广应用遇到了三个方面的困难：①硬件环境特殊，不易配备；②地理信息系统知识没有为许多用户掌握；③缺乏足够的专题分析模型。而最重要的因素在于地理信息系统是否具有实用价值，实用性则必须依靠正确地应用专题分析模型。 2、 利于信息交流 模型是表达思维对自然界认识的工具，因此地理信息系统的各种分析模型则有利于完整准确地表达使用者对问题的认识和处理方法，既利于使用者与系统设计者之间的交流以发展系统功能，又利于使用者之间交流以增强系统的共享性。 二、地理信息系统模型化的一般方法 模型的建立过程可由下式表示： XOY＝M 其中X表示某个体系，可以看作是地理系统中被主观选取的一个局部；Y表示某种介体，具体讲就是某种模型化方法；O代表Y对X产生的作用；M是体系X通过介体Y产生的作用O所建立的模型。 分析模型按建立的方法主要有以下三种类型： 1、概念模型：又称为逻辑模型，主要指通过观察、总结、提炼而得到的文字描述或逻辑表达式，常由此构成专家系统的知识库； 2、数学模型：又称为理论模型，是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物理规律，如区位模型(LocationModels)就是解决地理空间问题的很有价值的理论模型； 3、统计模型：包括经验模型，是通过数理统计方法和大量观察实验得到的定量模型，具有简单实用的优点。 通常需综合各种方法：概念模型比较灵活，可以引入许多模糊概念，适用范围很广，易于为多数人接受，但难以进行精确定量分析；数学模型因果关系清楚，可以精确地反映系统内各要素之间的定量关系，易于用来对自然过程施加控制，但通常难以包括太多的要素，而常常是大大简化的理想情形，削弱了其实用性；统计模型可以通过大量的实践建立，具有简单实用、适用性广、可以处理大量相关因素的特点，缺点是过程不清，一般是采用“黑箱”或“灰箱”方法建立的。 作为一般规则，首先应在实践中不断观察总结，形成愈来愈丰富的概念模型，在积累经验的基础上采用数理统计方法摸索统计规律；最后上升到理论模型；再采用综合方法建立实用的分析模型。 运用综合方法建立地理信息系统分析模型可采用以下步骤：①系统描述与数据分析：对模型所要分析的系统，选择可以描述系统的状态、与外部关系、随时间变化等方面的数据，构造该系统的数据体系。②理论推导：根据地理规律和系统的特点，进行理论推导，确定上面的数据体系中多因子之间的量纲关系，作为分析模型的基本框架；③简化表达：根据理论分析和具体应用要求，筛选去除相对影响较小和不重要的要素，或采用主成分分析法等数学方法简化表达形式，使模型接近实用；④参数确定：模型参数的确定可采用参数试验方法，或采用层次分析法(AHP)、专家打分法、确定模糊隶属度等方法。形式和参数确定后，分析模型可在应用中完善。 由于理论和实践方面的原因，有时可采用递归模型。递归模型便于导出地理系统在任一演变时期的状态和演变过程，在较短的间隔周期内可以作为线性问题处理，并且可以参照假设条件的变化随时间调整模型参数。 |
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