5講義GIS與應(yīng)用分析模型的集成課件

第五章

GIS與應(yīng)用分析模型的集成南京師范大學(xué)泰州學(xué)院信息工程學(xué)院2022/11/26第五章

GIS與應(yīng)用分析模型的集成南京師范大學(xué)泰州學(xué)院5GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述應(yīng)用分析模型的常用算法模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)GIS與應(yīng)用分析模型的集成方法GIS與應(yīng)用分析模型的集成實(shí)例2022/11/2625GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述5GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述應(yīng)用分析模型的常用算法模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)GIS與應(yīng)用分析模型的集成方法GIS與應(yīng)用分析模型的集成實(shí)例2022/11/2635GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述5.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的作用

利用網(wǎng)格剖分技術(shù)，可以將連續(xù)的空間離散化，也可以網(wǎng)格為控制將以后離散的數(shù)據(jù)重新采樣和內(nèi)插；以網(wǎng)格點(diǎn)作為控制點(diǎn)，可以將模型空間和地理空間對(duì)應(yīng)起來，使GIS與應(yīng)用分析模型在空間坐標(biāo)層次上統(tǒng)一起來。網(wǎng)格質(zhì)量對(duì)計(jì)算精度和計(jì)算效率有著重要的影響。2022/11/2645.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的作用2022/11/2545.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的類型規(guī)則網(wǎng)格（結(jié)構(gòu)網(wǎng)格）：矩形網(wǎng)格和曲線網(wǎng)格不規(guī)則網(wǎng)格（非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格）：任意三邊形和四邊形2022/11/2655.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的類型2022/11/2555.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)2022/11/2665.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)2022/11/2565.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格優(yōu)點(diǎn)

網(wǎng)格中節(jié)點(diǎn)排列有序，鄰點(diǎn)間關(guān)系明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)造方便，與計(jì)算機(jī)語言自然匹配，容易計(jì)算，網(wǎng)格生成速度快，質(zhì)量好，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等。缺點(diǎn)

適用的范圍比較窄，只適用于形狀規(guī)則的圖形，對(duì)復(fù)雜幾何形狀的適應(yīng)能力差。2022/11/2675.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格2022/11/2575.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格優(yōu)點(diǎn)

舍去了網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)性限制，易于控制網(wǎng)格單元的大小、形狀及節(jié)點(diǎn)位置，靈活性好，對(duì)復(fù)雜外形的適應(yīng)能力強(qiáng)——流場(chǎng)變化比較大的地方，可以進(jìn)行局部網(wǎng)格加密。缺點(diǎn)

無規(guī)則性導(dǎo)致了在模擬計(jì)算中存儲(chǔ)空間增大，尋址時(shí)間增長(zhǎng)，計(jì)算效率低于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)等。2022/11/2685.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格2022/11/2585.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成步驟一選擇網(wǎng)格

在網(wǎng)格劃分之前，應(yīng)從數(shù)值仿真的全局出發(fā)。比如精度要求，計(jì)算時(shí)間要求，模型尺寸、復(fù)雜程度情況以及機(jī)子配置等等?？紤]清楚，是使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，還是非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，抑或是混合網(wǎng)格。因?yàn)檫@關(guān)系到接下來的網(wǎng)格劃分布置和劃分策略。

如果模型比較簡(jiǎn)單規(guī)則，應(yīng)盡量使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格比較容易劃分，計(jì)算結(jié)果也比較好，計(jì)算時(shí)間也相對(duì)較短。對(duì)于復(fù)雜的幾何外形，在損失精度盡量少的前提下，一是采用加密重點(diǎn)監(jiān)控部分網(wǎng)格，逐漸向四周稀疏的劃分方法；二是使用分塊（混合）網(wǎng)格。2022/11/2695.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成2022/11/2595.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成步驟二確定拓?fù)?/p>

根據(jù)模型情況，構(gòu)思網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)而言之，就是要明確最終得到什么樣的網(wǎng)格，比如翼型網(wǎng)格，是C型，還是O型；一個(gè)圓面是想得到“內(nèi)方外圓”的銅錢幣類型的網(wǎng)格，還是一般的網(wǎng)格，等等。2022/11/26105.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成2022/11/2515.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成步驟三劃分前準(zhǔn)備

在確定了網(wǎng)格拓?fù)渲?，還需要對(duì)模型進(jìn)行劃分網(wǎng)格前的準(zhǔn)備。比如分割，對(duì)尺度小對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大的次要幾何進(jìn)行簡(jiǎn)化等等。模型分割是一種很重要的針對(duì)數(shù)值模擬的網(wǎng)格劃分前準(zhǔn)備手段。一可以提高整體網(wǎng)格的質(zhì)量，二能夠有目的的加密重要部位的流場(chǎng)網(wǎng)格，提高計(jì)算、數(shù)據(jù)交換精度，三則減少整體流域的網(wǎng)格單元，適合計(jì)算機(jī)較快地進(jìn)行運(yùn)算。對(duì)尺度小、計(jì)算結(jié)果影響不大的次要幾何進(jìn)行簡(jiǎn)化，是當(dāng)前數(shù)值模擬中很重要的一部分，特別是對(duì)于線夾角、面夾角較小的模型部分。適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，不僅能夠改善網(wǎng)格質(zhì)量，光順模型表面，更重要是提高計(jì)算精度。2022/11/26115.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成2022/11/2515.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成步驟四劃分網(wǎng)絡(luò)

劃分網(wǎng)格一般從線網(wǎng)格開始，再面網(wǎng)格，最后到體網(wǎng)格。線網(wǎng)格的劃分，也就是網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的布置，對(duì)網(wǎng)格的質(zhì)量、網(wǎng)格的數(shù)量以及計(jì)算精度影響比較大，比如增長(zhǎng)速度、方向，長(zhǎng)寬比等等。2022/11/26125.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成2022/11/2515.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)三角形網(wǎng)格是由相鄰但不重疊的三角形構(gòu)成的一個(gè)有限元網(wǎng)格，有限個(gè)點(diǎn)集將區(qū)域劃分為相連的三角形網(wǎng)絡(luò)。規(guī)則三角形網(wǎng)格不規(guī)則三角形網(wǎng)格，較常用，簡(jiǎn)稱TIN地學(xué)領(lǐng)域常用狄洛尼三角網(wǎng)（Delaunay，簡(jiǎn)稱D網(wǎng)）2022/11/26135.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)三角形網(wǎng)格2022/11/2515.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)不規(guī)則三角形網(wǎng)格構(gòu)建規(guī)則構(gòu)成的網(wǎng)格是唯一的力求最佳的三角形幾何形狀，即三角形盡量接近等邊保證最臨近的三個(gè)點(diǎn)構(gòu)成三角形，三角形的邊長(zhǎng)最小2022/11/26145.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)不規(guī)則三角形網(wǎng)格構(gòu)建規(guī)則20225.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)狄洛尼（Delaunay）網(wǎng)的特點(diǎn)在D網(wǎng)中任意一個(gè)三角形的外接圓中不會(huì)有其他三角形的頂點(diǎn)，即空?qǐng)A特性如果兩個(gè)共邊三角形組成的四邊形的對(duì)角線可以互換的話，那么兩個(gè)三角形中最小的內(nèi)角的角度不會(huì)變大，即最小角特性不論從參與構(gòu)網(wǎng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的任何一點(diǎn)開始構(gòu)網(wǎng)，最終得到一致的三角網(wǎng)，即D網(wǎng)的唯一性2022/11/26155.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)狄洛尼（Delaunay）網(wǎng)的特5.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)三角網(wǎng)生成算法的基本過程：在數(shù)據(jù)中取任意一點(diǎn)，查找距離此點(diǎn)最近的點(diǎn)，相連后作為初始基線在初始基線右邊應(yīng)用Delaunay法則（空?qǐng)A法則）搜尋第三點(diǎn)生成Delaunay三角形，以三角形的兩邊新邊作為新的基線重復(fù)2,3步直至所有基線處理完畢2022/11/26165.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)三角網(wǎng)生成算法的基本過程：2025.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)三角形網(wǎng)格的存儲(chǔ)形式平面坐標(biāo)拓?fù)潢P(guān)系三角形及鄰接三角形關(guān)系2022/11/26175.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)三角形網(wǎng)格的存儲(chǔ)形式2022/15GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述應(yīng)用分析模型的常用算法模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)GIS與應(yīng)用分析模型的集成方法GIS與應(yīng)用分析模型的集成實(shí)例2022/11/26185GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述5.4GIS與應(yīng)用分析模型的集成方法源代碼集成方式函數(shù)庫集成方式可執(zhí)行程序集成方式DDE和OLE集成方式基于組件的集成方式模型庫集成方式2022/11/26195.4GIS與應(yīng)用分析模型的集成方法源代碼集成方式2022源代碼集成方式定義

利用GIS系統(tǒng)的二次開發(fā)工具和其他的編程語言，將已經(jīng)開發(fā)好的應(yīng)用分析模型的源代碼進(jìn)行改寫，使其從語言到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與GIS完全兼容，成為GIS整體的一部分。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等一致；靈活。缺點(diǎn)：要求開發(fā)人員知識(shí)全面。2022/11/2620源代碼集成方式定義2022/11/2520函數(shù)庫集成方式定義

是將開發(fā)好的應(yīng)用分析模型以庫函數(shù)的方式保存在函數(shù)庫中，集成開發(fā)者通過條用函數(shù)庫將應(yīng)用分析模型集成到GIS中。包括動(dòng)態(tài)連接和靜態(tài)連接兩種。2022/11/2621函數(shù)庫集成方式定義2022/11/2521函數(shù)庫集成方式特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)

可以實(shí)現(xiàn)高度的無縫集成，GIS開發(fā)者不必去研究模型的源代碼，使用方便。缺點(diǎn)

應(yīng)用分析模型的狀態(tài)信息很難在函數(shù)庫中有效的表達(dá)。2022/11/2622函數(shù)庫集成方式特點(diǎn)2022/11/2522可執(zhí)行程序集成方式定義 GIS與應(yīng)用分析模型均以可執(zhí)行文件的方式獨(dú)立存在，二者的內(nèi)部、外部結(jié)構(gòu)均不變化，相互之間獨(dú)立存在，二者的交互以約定的數(shù)據(jù)格式通過文件、命名管道、匿名管道或者數(shù)據(jù)庫進(jìn)行。分為獨(dú)立方式和內(nèi)部嵌套方式兩種。2022/11/2623可執(zhí)行程序集成方式定義2022/11/2523可執(zhí)行程序集成方式特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

集成方便、簡(jiǎn)單，代價(jià)較低，需要做的工作就是制定數(shù)據(jù)的交換格式和編制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，不需要太多的編程工作。缺點(diǎn)：

運(yùn)行效率低，自動(dòng)化程度低，交互性和親合性受GIS數(shù)據(jù)文件格式的影響較大。

2022/11/2624可執(zhí)行程序集成方式特點(diǎn)2022/11/2524DDE和OLE集成方式概述

進(jìn)行DDE或者OLE操作是必須有兩個(gè)主體存在，分別是服務(wù)器和客戶，即一方主體為另一方服務(wù)。優(yōu)點(diǎn)

程序運(yùn)行流暢，編程工作量由要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)決定。缺點(diǎn)

穩(wěn)定性不高，效率低。2022/11/2625DDE和OLE集成方式概述2022/11/2525基于組件的集成方式概述

組件技術(shù)是現(xiàn)在最流行的軟件系統(tǒng)集成方法，實(shí)質(zhì)是開發(fā)一個(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)立的軟件模塊。優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等一致；靈活。缺點(diǎn)：要求開發(fā)人員知識(shí)全面。2022/11/2626基于組件的集成方式概述2022/11/2526模型庫集成方式定義

模型庫是指按一定的組織結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的模型的集合體。模型庫可以有效地管理和使用模型，實(shí)現(xiàn)模型的作用。模型庫符合客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）工作模式，當(dāng)需要模型時(shí)，模型被動(dòng)態(tài)地調(diào)入內(nèi)存，按照預(yù)先定義好的調(diào)用接口實(shí)現(xiàn)模型與GIS系統(tǒng)的交互操作。模型庫是模型與GIS研究的前沿。2022/11/2627模型庫集成方式定義2022/11/25275GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述應(yīng)用分析模型的常用算法模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)GIS與應(yīng)用分析模型的集成方法GIS與應(yīng)用分析模型的集成實(shí)例2022/11/26285GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述概述

應(yīng)用分析模型與GIS的集成一方面可以解決GIS應(yīng)用分析能力的不足，另一方面可以解決模型的交互界面以及分析結(jié)果不形象、不直觀等問題。模型庫支持下的模型與GIS集成方式是較為理想的，被公認(rèn)為是最有發(fā)展前途的集成方式。

空間決策支持系統(tǒng)（SpatialDecisionSupportSystem，SDSS）是GIS的一個(gè)重要的發(fā)展方向。模型庫技術(shù)有助于推動(dòng)空間決策支持系統(tǒng)的發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)了GIS的深層次的應(yīng)用。

空間決策支持系統(tǒng)的發(fā)展，反作用于模型庫及GIS與應(yīng)用分析模型的集成研究，使之取得突破性的進(jìn)展。概述應(yīng)用分析模型與GIS的集成一方面可空間決策支持模型庫與模型庫系統(tǒng)GIS的應(yīng)用模型主要有空間分析模型和應(yīng)用數(shù)學(xué)模型兩大類，前者主要用于管理決策中的半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化問題研究，這類模型無法用精確的數(shù)學(xué)模型表達(dá)，更多的依賴于專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)；后者則常用于解決結(jié)構(gòu)化的研究問題，能用精確的數(shù)學(xué)模型刻畫。1980年，Blanning首次提出了模型庫的概念，并設(shè)計(jì)的模型庫查詢語言（MQL，ModelQueryLanguage）；1987年，Geoffrion設(shè)計(jì)了一套結(jié)構(gòu)化模型構(gòu)造語言；1988年，Muhana等又將系統(tǒng)論的概念用于模型管理系統(tǒng)；1993年，K.M.Vanhee建立了基于模型概念的模型運(yùn)行環(huán)境系統(tǒng)；1996年，Wesseling設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)模型語言來支持空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；國(guó)內(nèi)的王橋等專家也對(duì)模型標(biāo)準(zhǔn)化問題進(jìn)行了較深入的研究?？臻g決策支持模型庫與模型庫系統(tǒng)GI空間決策支持模型庫與模型庫系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)雜的問題對(duì)單一模型提出了組合的要求，這就導(dǎo)致了模型組織形式有傳統(tǒng)的軟件包向模型庫方向發(fā)展。模型庫系統(tǒng)（ModelBaseSystem，MBS）是對(duì)模型進(jìn)行分類和維護(hù)并支持模型的生成、存儲(chǔ)、查詢、運(yùn)行和分析應(yīng)用的軟件系統(tǒng)，它主要包括基礎(chǔ)模型庫、應(yīng)用模型庫、模型庫管理系統(tǒng)、模型庫應(yīng)用四個(gè)部分。

處理模型存取和各種管理控制的軟件用來存儲(chǔ)通用規(guī)范的可多次重復(fù)使用的基礎(chǔ)模型用來存儲(chǔ)用戶開發(fā)的、針對(duì)專業(yè)問題的應(yīng)用模型模型庫管理系統(tǒng)的核心，是關(guān)于模型描述信息的特殊數(shù)據(jù)庫，直接參與對(duì)模型的分析、定義、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、操作和維護(hù)空間決策支持模型庫與模型庫系統(tǒng)實(shí)際模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成1.模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成的特點(diǎn)

模型庫系統(tǒng)具有完整的模型管理功能，能夠提供原子模型，有能動(dòng)態(tài)組合或復(fù)合模型，系統(tǒng)的靈活性很大，可擴(kuò)展性好，同時(shí)支持模型的動(dòng)態(tài)調(diào)用和靜態(tài)鏈接，內(nèi)存可動(dòng)態(tài)分配，從而使系統(tǒng)具有很高的運(yùn)行效率。

只適用于結(jié)構(gòu)化程度較高的模型，解決較簡(jiǎn)單的空間決策問題，對(duì)那些結(jié)構(gòu)化程度不高又比較復(fù)雜的模型而言，這種方式則顯得有些捉襟見肘。模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成1.模型庫支持下的GI模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成2.智能化的模型庫系統(tǒng)

提供經(jīng)驗(yàn)規(guī)則、專家知識(shí)，輔助用戶進(jìn)行模型運(yùn)作，從而提高模型的智能性；模型隨參數(shù)、環(huán)境等因素的變化而變化，通過和知識(shí)庫系統(tǒng)中的知識(shí)不斷磨合，模型得到完善、優(yōu)化。模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成2.智能化的模型庫系模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成知識(shí)獲取途徑：（1）領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)、知識(shí)

行業(yè)專家與用戶對(duì)系統(tǒng)的理解和操作，形成一般的概念性知識(shí)，應(yīng)用開發(fā)人員通過和他們反復(fù)的交流、歸納、總結(jié)、抽象，最終形成邏輯知識(shí)。

模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成知識(shí)獲取途徑：模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成知識(shí)獲取途徑：（2）知識(shí)挖掘

知識(shí)挖掘技術(shù)是從GIS數(shù)據(jù)庫中發(fā)掘知識(shí)的重要途徑，主要包括GIS的數(shù)據(jù)精煉、GIS數(shù)據(jù)更新、自動(dòng)建立空間知識(shí)庫。具體的知識(shí)挖掘方法有統(tǒng)計(jì)法、歸納法、聚類分析法和空間相關(guān)法等。

模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成知識(shí)獲取途徑：模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成3.智能化模型庫決策過程

用戶首先完成對(duì)決策問題的描述，然后系統(tǒng)對(duì)問題進(jìn)行分析/識(shí)別，通過建模工具建模、系統(tǒng)的智能性判斷及用戶交互共同進(jìn)行模型選擇/優(yōu)化，再實(shí)施模型的簡(jiǎn)化運(yùn)行來對(duì)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后完成模型的求解、結(jié)果輸出顯示，到此整個(gè)決策過程完成。

模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成3.智能化模型庫決策模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成4.智能模型庫支持下GIS應(yīng)用分析模型集成實(shí)現(xiàn)

集成框架的核心是智能體運(yùn)行池，它有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、推理機(jī)黑板結(jié)構(gòu)和模型運(yùn)行體三部分組成。智能模型運(yùn)行池接收到GIS的決策模型運(yùn)行請(qǐng)求后，一方面從模型庫中調(diào)出具有統(tǒng)一規(guī)范接口的相應(yīng)模型，進(jìn)入模型運(yùn)行體；同時(shí)從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后進(jìn)入模型運(yùn)行體，在模型與數(shù)據(jù)俱全的情況下，模型開始運(yùn)行。運(yùn)行過程中，需要數(shù)據(jù)、狀態(tài)及結(jié)構(gòu)在黑板結(jié)構(gòu)中暫存，推理機(jī)進(jìn)行知識(shí)推理，用戶中間參與。模型運(yùn)行結(jié)束后，分析結(jié)果從智能模型運(yùn)行池返回給GIS系統(tǒng)運(yùn)行顯示或再入庫。模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成4.智能模型庫支持下5GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述應(yīng)用分析模型的常用算法模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)GIS與應(yīng)用分析模型的集成方法GIS與應(yīng)用分析模型的集成實(shí)例2022/11/26385GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述5.6GIS與應(yīng)用分析模型的集成實(shí)例大氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的發(fā)展大氣高斯模型簡(jiǎn)介基于WebGIS的三位大氣模型集成的實(shí)例系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)2022/11/26395.6GIS與應(yīng)用分析模型的集成實(shí)例大氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的發(fā)展20不規(guī)則三角網(wǎng)的特征及狄洛尼（Delaunay）三角網(wǎng)的特點(diǎn)各是什么？GIS與應(yīng)用分析模型方法有幾種？各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？2022/11/2640不規(guī)則三角網(wǎng)的特征及狄洛尼（Delaunay）三角網(wǎng)的特點(diǎn)各第五章

GIS與應(yīng)用分析模型的集成南京師范大學(xué)泰州學(xué)院信息工程學(xué)院2022/11/26第五章

GIS與應(yīng)用分析模型的集成南京師范大學(xué)泰州學(xué)院5GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述應(yīng)用分析模型的常用算法模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)GIS與應(yīng)用分析模型的集成方法GIS與應(yīng)用分析模型的集成實(shí)例2022/11/26425GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述5GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述應(yīng)用分析模型的常用算法模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)GIS與應(yīng)用分析模型的集成方法GIS與應(yīng)用分析模型的集成實(shí)例2022/11/26435GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述5.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的作用

利用網(wǎng)格剖分技術(shù)，可以將連續(xù)的空間離散化，也可以網(wǎng)格為控制將以后離散的數(shù)據(jù)重新采樣和內(nèi)插；以網(wǎng)格點(diǎn)作為控制點(diǎn)，可以將模型空間和地理空間對(duì)應(yīng)起來，使GIS與應(yīng)用分析模型在空間坐標(biāo)層次上統(tǒng)一起來。網(wǎng)格質(zhì)量對(duì)計(jì)算精度和計(jì)算效率有著重要的影響。2022/11/26445.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的作用2022/11/2545.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的類型規(guī)則網(wǎng)格（結(jié)構(gòu)網(wǎng)格）：矩形網(wǎng)格和曲線網(wǎng)格不規(guī)則網(wǎng)格（非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格）：任意三邊形和四邊形2022/11/26455.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的類型2022/11/2555.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)2022/11/26465.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)2022/11/2565.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格優(yōu)點(diǎn)

網(wǎng)格中節(jié)點(diǎn)排列有序，鄰點(diǎn)間關(guān)系明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)造方便，與計(jì)算機(jī)語言自然匹配，容易計(jì)算，網(wǎng)格生成速度快，質(zhì)量好，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等。缺點(diǎn)

適用的范圍比較窄，只適用于形狀規(guī)則的圖形，對(duì)復(fù)雜幾何形狀的適應(yīng)能力差。2022/11/26475.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格2022/11/2575.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格優(yōu)點(diǎn)

舍去了網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)性限制，易于控制網(wǎng)格單元的大小、形狀及節(jié)點(diǎn)位置，靈活性好，對(duì)復(fù)雜外形的適應(yīng)能力強(qiáng)——流場(chǎng)變化比較大的地方，可以進(jìn)行局部網(wǎng)格加密。缺點(diǎn)

無規(guī)則性導(dǎo)致了在模擬計(jì)算中存儲(chǔ)空間增大，尋址時(shí)間增長(zhǎng)，計(jì)算效率低于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)等。2022/11/26485.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格2022/11/2585.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成步驟一選擇網(wǎng)格

在網(wǎng)格劃分之前，應(yīng)從數(shù)值仿真的全局出發(fā)。比如精度要求，計(jì)算時(shí)間要求，模型尺寸、復(fù)雜程度情況以及機(jī)子配置等等?？紤]清楚，是使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，還是非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，抑或是混合網(wǎng)格。因?yàn)檫@關(guān)系到接下來的網(wǎng)格劃分布置和劃分策略。

如果模型比較簡(jiǎn)單規(guī)則，應(yīng)盡量使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格比較容易劃分，計(jì)算結(jié)果也比較好，計(jì)算時(shí)間也相對(duì)較短。對(duì)于復(fù)雜的幾何外形，在損失精度盡量少的前提下，一是采用加密重點(diǎn)監(jiān)控部分網(wǎng)格，逐漸向四周稀疏的劃分方法；二是使用分塊（混合）網(wǎng)格。2022/11/26495.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成2022/11/2595.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成步驟二確定拓?fù)?/p>

根據(jù)模型情況，構(gòu)思網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)而言之，就是要明確最終得到什么樣的網(wǎng)格，比如翼型網(wǎng)格，是C型，還是O型；一個(gè)圓面是想得到“內(nèi)方外圓”的銅錢幣類型的網(wǎng)格，還是一般的網(wǎng)格，等等。2022/11/26505.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成2022/11/2515.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成步驟三劃分前準(zhǔn)備

在確定了網(wǎng)格拓?fù)渲?，還需要對(duì)模型進(jìn)行劃分網(wǎng)格前的準(zhǔn)備。比如分割，對(duì)尺度小對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大的次要幾何進(jìn)行簡(jiǎn)化等等。模型分割是一種很重要的針對(duì)數(shù)值模擬的網(wǎng)格劃分前準(zhǔn)備手段。一可以提高整體網(wǎng)格的質(zhì)量，二能夠有目的的加密重要部位的流場(chǎng)網(wǎng)格，提高計(jì)算、數(shù)據(jù)交換精度，三則減少整體流域的網(wǎng)格單元，適合計(jì)算機(jī)較快地進(jìn)行運(yùn)算。對(duì)尺度小、計(jì)算結(jié)果影響不大的次要幾何進(jìn)行簡(jiǎn)化，是當(dāng)前數(shù)值模擬中很重要的一部分，特別是對(duì)于線夾角、面夾角較小的模型部分。適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，不僅能夠改善網(wǎng)格質(zhì)量，光順模型表面，更重要是提高計(jì)算精度。2022/11/26515.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成2022/11/2515.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成步驟四劃分網(wǎng)絡(luò)

劃分網(wǎng)格一般從線網(wǎng)格開始，再面網(wǎng)格，最后到體網(wǎng)格。線網(wǎng)格的劃分，也就是網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的布置，對(duì)網(wǎng)格的質(zhì)量、網(wǎng)格的數(shù)量以及計(jì)算精度影響比較大，比如增長(zhǎng)速度、方向，長(zhǎng)寬比等等。2022/11/26525.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)網(wǎng)格的生成2022/11/2515.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)三角形網(wǎng)格是由相鄰但不重疊的三角形構(gòu)成的一個(gè)有限元網(wǎng)格，有限個(gè)點(diǎn)集將區(qū)域劃分為相連的三角形網(wǎng)絡(luò)。規(guī)則三角形網(wǎng)格不規(guī)則三角形網(wǎng)格，較常用，簡(jiǎn)稱TIN地學(xué)領(lǐng)域常用狄洛尼三角網(wǎng)（Delaunay，簡(jiǎn)稱D網(wǎng)）2022/11/26535.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)三角形網(wǎng)格2022/11/2515.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)不規(guī)則三角形網(wǎng)格構(gòu)建規(guī)則構(gòu)成的網(wǎng)格是唯一的力求最佳的三角形幾何形狀，即三角形盡量接近等邊保證最臨近的三個(gè)點(diǎn)構(gòu)成三角形，三角形的邊長(zhǎng)最小2022/11/26545.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)不規(guī)則三角形網(wǎng)格構(gòu)建規(guī)則20225.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)狄洛尼（Delaunay）網(wǎng)的特點(diǎn)在D網(wǎng)中任意一個(gè)三角形的外接圓中不會(huì)有其他三角形的頂點(diǎn)，即空?qǐng)A特性如果兩個(gè)共邊三角形組成的四邊形的對(duì)角線可以互換的話，那么兩個(gè)三角形中最小的內(nèi)角的角度不會(huì)變大，即最小角特性不論從參與構(gòu)網(wǎng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)的任何一點(diǎn)開始構(gòu)網(wǎng)，最終得到一致的三角網(wǎng)，即D網(wǎng)的唯一性2022/11/26555.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)狄洛尼（Delaunay）網(wǎng)的特5.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)三角網(wǎng)生成算法的基本過程：在數(shù)據(jù)中取任意一點(diǎn)，查找距離此點(diǎn)最近的點(diǎn)，相連后作為初始基線在初始基線右邊應(yīng)用Delaunay法則（空?qǐng)A法則）搜尋第三點(diǎn)生成Delaunay三角形，以三角形的兩邊新邊作為新的基線重復(fù)2,3步直至所有基線處理完畢2022/11/26565.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)三角網(wǎng)生成算法的基本過程：2025.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)三角形網(wǎng)格的存儲(chǔ)形式平面坐標(biāo)拓?fù)潢P(guān)系三角形及鄰接三角形關(guān)系2022/11/26575.3模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)三角形網(wǎng)格的存儲(chǔ)形式2022/15GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述應(yīng)用分析模型的常用算法模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)GIS與應(yīng)用分析模型的集成方法GIS與應(yīng)用分析模型的集成實(shí)例2022/11/26585GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述5.4GIS與應(yīng)用分析模型的集成方法源代碼集成方式函數(shù)庫集成方式可執(zhí)行程序集成方式DDE和OLE集成方式基于組件的集成方式模型庫集成方式2022/11/26595.4GIS與應(yīng)用分析模型的集成方法源代碼集成方式2022源代碼集成方式定義

利用GIS系統(tǒng)的二次開發(fā)工具和其他的編程語言，將已經(jīng)開發(fā)好的應(yīng)用分析模型的源代碼進(jìn)行改寫，使其從語言到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與GIS完全兼容，成為GIS整體的一部分。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等一致；靈活。缺點(diǎn)：要求開發(fā)人員知識(shí)全面。2022/11/2660源代碼集成方式定義2022/11/2520函數(shù)庫集成方式定義

是將開發(fā)好的應(yīng)用分析模型以庫函數(shù)的方式保存在函數(shù)庫中，集成開發(fā)者通過條用函數(shù)庫將應(yīng)用分析模型集成到GIS中。包括動(dòng)態(tài)連接和靜態(tài)連接兩種。2022/11/2661函數(shù)庫集成方式定義2022/11/2521函數(shù)庫集成方式特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)

可以實(shí)現(xiàn)高度的無縫集成，GIS開發(fā)者不必去研究模型的源代碼，使用方便。缺點(diǎn)

應(yīng)用分析模型的狀態(tài)信息很難在函數(shù)庫中有效的表達(dá)。2022/11/2662函數(shù)庫集成方式特點(diǎn)2022/11/2522可執(zhí)行程序集成方式定義 GIS與應(yīng)用分析模型均以可執(zhí)行文件的方式獨(dú)立存在，二者的內(nèi)部、外部結(jié)構(gòu)均不變化，相互之間獨(dú)立存在，二者的交互以約定的數(shù)據(jù)格式通過文件、命名管道、匿名管道或者數(shù)據(jù)庫進(jìn)行。分為獨(dú)立方式和內(nèi)部嵌套方式兩種。2022/11/2663可執(zhí)行程序集成方式定義2022/11/2523可執(zhí)行程序集成方式特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

集成方便、簡(jiǎn)單，代價(jià)較低，需要做的工作就是制定數(shù)據(jù)的交換格式和編制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，不需要太多的編程工作。缺點(diǎn)：

運(yùn)行效率低，自動(dòng)化程度低，交互性和親合性受GIS數(shù)據(jù)文件格式的影響較大。

2022/11/2664可執(zhí)行程序集成方式特點(diǎn)2022/11/2524DDE和OLE集成方式概述

進(jìn)行DDE或者OLE操作是必須有兩個(gè)主體存在，分別是服務(wù)器和客戶，即一方主體為另一方服務(wù)。優(yōu)點(diǎn)

程序運(yùn)行流暢，編程工作量由要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)決定。缺點(diǎn)

穩(wěn)定性不高，效率低。2022/11/2665DDE和OLE集成方式概述2022/11/2525基于組件的集成方式概述

組件技術(shù)是現(xiàn)在最流行的軟件系統(tǒng)集成方法，實(shí)質(zhì)是開發(fā)一個(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)立的軟件模塊。優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等一致；靈活。缺點(diǎn)：要求開發(fā)人員知識(shí)全面。2022/11/2666基于組件的集成方式概述2022/11/2526模型庫集成方式定義

模型庫是指按一定的組織結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的模型的集合體。模型庫可以有效地管理和使用模型，實(shí)現(xiàn)模型的作用。模型庫符合客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）工作模式，當(dāng)需要模型時(shí)，模型被動(dòng)態(tài)地調(diào)入內(nèi)存，按照預(yù)先定義好的調(diào)用接口實(shí)現(xiàn)模型與GIS系統(tǒng)的交互操作。模型庫是模型與GIS研究的前沿。2022/11/2667模型庫集成方式定義2022/11/25275GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述應(yīng)用分析模型的常用算法模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生成技術(shù)GIS與應(yīng)用分析模型的集成方法GIS與應(yīng)用分析模型的集成實(shí)例2022/11/26685GIS與應(yīng)用分析模型的集成GIS與應(yīng)用分析模型的集成概述概述

應(yīng)用分析模型與GIS的集成一方面可以解決GIS應(yīng)用分析能力的不足，另一方面可以解決模型的交互界面以及分析結(jié)果不形象、不直觀等問題。模型庫支持下的模型與GIS集成方式是較為理想的，被公認(rèn)為是最有發(fā)展前途的集成方式。

空間決策支持系統(tǒng)（SpatialDecisionSupportSystem，SDSS）是GIS的一個(gè)重要的發(fā)展方向。模型庫技術(shù)有助于推動(dòng)空間決策支持系統(tǒng)的發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)了GIS的深層次的應(yīng)用。

空間決策支持系統(tǒng)的發(fā)展，反作用于模型庫及GIS與應(yīng)用分析模型的集成研究，使之取得突破性的進(jìn)展。概述應(yīng)用分析模型與GIS的集成一方面可空間決策支持模型庫與模型庫系統(tǒng)GIS的應(yīng)用模型主要有空間分析模型和應(yīng)用數(shù)學(xué)模型兩大類，前者主要用于管理決策中的半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化問題研究，這類模型無法用精確的數(shù)學(xué)模型表達(dá)，更多的依賴于專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)；后者則常用于解決結(jié)構(gòu)化的研究問題，能用精確的數(shù)學(xué)模型刻畫。1980年，Blanning首次提出了模型庫的概念，并設(shè)計(jì)的模型庫查詢語言（MQL，ModelQueryLanguage）；1987年，Geoffrion設(shè)計(jì)了一套結(jié)構(gòu)化模型構(gòu)造語言；1988年，Muhana等又將系統(tǒng)論的概念用于模型管理系統(tǒng)；1993年，K.M.Vanhee建立了基于模型概念的模型運(yùn)行環(huán)境系統(tǒng)；1996年，Wesseling設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)模型語言來支持空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；國(guó)內(nèi)的王橋等專家也對(duì)模型標(biāo)準(zhǔn)化問題進(jìn)行了較深入的研究?？臻g決策支持模型庫與模型庫系統(tǒng)GI空間決策支持模型庫與模型庫系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)雜的問題對(duì)單一模型提出了組合的要求，這就導(dǎo)致了模型組織形式有傳統(tǒng)的軟件包向模型庫方向發(fā)展。模型庫系統(tǒng)（ModelBaseSystem，MBS）是對(duì)模型進(jìn)行分類和維護(hù)并支持模型的生成、存儲(chǔ)、查詢、運(yùn)行和分析應(yīng)用的軟件系統(tǒng)，它主要包括基礎(chǔ)模型庫、應(yīng)用模型庫、模型庫管理系統(tǒng)、模型庫應(yīng)用四個(gè)部分。

處理模型存取和各種管理控制的軟件用來存儲(chǔ)通用規(guī)范的可多次重復(fù)使用的基礎(chǔ)模型用來存儲(chǔ)用戶開發(fā)的、針對(duì)專業(yè)問題的應(yīng)用模型模型庫管理系統(tǒng)的核心，是關(guān)于模型描述信息的特殊數(shù)據(jù)庫，直接參與對(duì)模型的分析、定義、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、操作和維護(hù)空間決策支持模型庫與模型庫系統(tǒng)實(shí)際模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成1.模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成的特點(diǎn)

模型庫系統(tǒng)具有完整的模型管理功能，能夠提供原子模型，有能動(dòng)態(tài)組合或復(fù)合模型，系統(tǒng)的靈活性很大，可擴(kuò)展性好，同時(shí)支持模型的動(dòng)態(tài)調(diào)用和靜態(tài)鏈接，內(nèi)存可動(dòng)態(tài)分配，從而使系統(tǒng)具有很高的運(yùn)行效率。

只適用于結(jié)構(gòu)化程度較高的模型，解決較簡(jiǎn)單的空間決策問題，對(duì)那些結(jié)構(gòu)化程度不高又比較復(fù)雜的模型而言，這種方式則顯得有些捉襟見肘。模型庫支持下的GIS與應(yīng)用分析模型集成1.模型庫支持下的GI