第三節(jié) 地理信息系統(tǒng)的應用

我國地理信息系統(tǒng)的發(fā)展我國地理信息系統(tǒng)方面的工作自20世紀80年代開始。以1980年中國科學院遙感應用研究所成立全國第一個地理信息系統(tǒng)研究室為標志，在幾年的起步發(fā)展階段中，我國地理信息系統(tǒng)在理論探索、硬件配制、軟件研制、規(guī)范制訂、區(qū)域試驗研究、局部系統(tǒng)建立、初步應用試驗和技術隊伍培養(yǎng)等方面都取得了進步，積累了經驗，為在全國范圍內開展地理信息系統(tǒng)的研究和應用奠定了基礎。地理信息系統(tǒng)進入發(fā)展階段是從第七個五年計劃開始。地理信息系統(tǒng)研究作為政府行為，正式列入國家科技攻關計劃，開始了有計劃、有組織、有目標的科學研究、應用實驗和工程建設工作。許多部門同時展開了地理信息系統(tǒng)研究與開發(fā)工作。如全國性地理信息系統(tǒng)(或數據庫)實體建設、區(qū)域地理信息系統(tǒng)研究和建設、城市地理信息系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)基礎軟件或專題應用軟件的研制和地理信息系統(tǒng)教育培訓。通過近五年的努力，在地理信息系統(tǒng)技術上的應用開創(chuàng)了新的局面，并在全國性應用、區(qū)域管理、規(guī)劃和決策中取得了實際的效益。自20世紀90年代起，地理信息系統(tǒng)步入快速發(fā)展階段。在這一階段，執(zhí)行地理信息系統(tǒng)和遙感聯(lián)合科技攻關計劃，強調地理信息系統(tǒng)的實用化、集成化和工程化，力圖使地理信息系統(tǒng)從初步發(fā)展時期的研究實驗、局部實用走向實用化和生產化，為國民經濟重大問題提供分析和決策依據。努力實現基礎環(huán)境數據庫的建設，推進國產軟件系統(tǒng)的實用化、遙感和地理信息系統(tǒng)技術一體化。1.地理信息系統(tǒng)與普通地圖的異同點是什么？答案：相同點：都能解決與“地點”和“狀況”有關的查詢。不同點：地理信息系統(tǒng)不但能隨時制作電子地圖，還有詳細的屬性資料可供查詢，并能進行多種空間分析，以此來模擬區(qū)域內的空間規(guī)律和發(fā)展趨勢，普通地圖不具備這些功能。2.哪些途徑可以獲取空間數據？答案：(1)測量：控制點數據、大地參考系、被測量點的坐標數據；(2)遙感：各種分辨率的遙感圖像；(3)GPS：接收點的空間坐標數據；(4)統(tǒng)計數據；(5)歷史資料；(6)業(yè)務數據；(7)實地調查，等等。一、地理信息系統(tǒng)1．概念：GIS是依靠①________實現地理信息的②________、處理、存儲、③________和④________的系統(tǒng)。2．功能：儲存龐大的⑤________數據，制作⑥________地圖，⑦________資料查詢，進行⑧________，模擬區(qū)域內的⑨________和⑩________。3．地理信息系統(tǒng)的流程圖如下：信息輸入→數據處理→?________管理→?________→?________表達。4．構成主要包括4個部分：硬件、?________、?________和人員。二、地理信息系統(tǒng)可以解決的四類基本問題1．與分布、位置有關的基本問題：解決與“?________”和“?________”有關的查詢。2．趨勢分析：通過了解某地物隨?________變化的過程，分析該地物的?________。3．模式問題：通過模式分析，可以揭示各種地物之間的?________關系。1．地理信息系統(tǒng)的定義地理信息系統(tǒng)是依靠計算機實現地理信息的收集、處理、存儲、分析和應用的系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)處理、管理的對象是多種地理空間實體數據及其關系，包括空間定位數據、圖形數據、遙感圖像數據、屬性數據等，用于分析和處理在一定地理區(qū)域內分布的各種現象和過程，解決復雜的規(guī)劃、決策和管理問題。2．地理信息系統(tǒng)的特點GIS為地理信息資源的共享提供了最便捷的技術支持。一套完整的地理信息系統(tǒng)，具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力，不但能隨時制作電子地圖，還有詳細的屬性資料可供查詢，能進行多種空間分析，多要素綜合分析和動態(tài)預測，并由計算機程序來模擬區(qū)域內的空間規(guī)律和發(fā)展趨勢，這是GIS區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的一個重要標志。地理信息系統(tǒng)具有以下三個方面的特征：第一，具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力。第二，以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有空間分析、多要素綜合分析和動態(tài)預測的能力，并能產生高層次的地理信息。第三，由計算機系統(tǒng)支持進行空間地理數據管理，并由計算機程序模擬常規(guī)或專門的地理分析方法，作用于空間數據，產生有用信息，完成人類難以完成的任務。3．地理信息系統(tǒng)與遙感、全球定位系統(tǒng)的區(qū)別和聯(lián)系“3S”技術既互為獨立發(fā)展又互相促進，它們之間的關系是圍繞著地理信息這個中心發(fā)生的。遙感主要用于地理信息數據的獲取，全球定位系統(tǒng)主要用于地理信息的空間定位，地理信息系統(tǒng)主要用來對地理數據進行管理、查詢、更新、空間分析和應用評價?！?S”技術之間的聯(lián)系可以簡單地表示如下：4．地理信息系統(tǒng)的構成與工作流程(1)地理信息系統(tǒng)的構成組成功能包括內容硬件用作數據和信息的采集、處理、加工、分析和輸出等包括計算機、數字化儀、掃描儀、繪圖儀軟件提供存儲、分析、顯示地理數據的功能包括數據輸入與編輯、數據管理、數據操作以及數據顯示和輸出等數據地理信息系統(tǒng)處理的對象包括基礎數據和專題數據人員地理信息系統(tǒng)需求、設計的核心包括從設計、維護系統(tǒng)的專家到那些使用系統(tǒng)工作的人員(2)工作流程在建立一個實用的地理信息系統(tǒng)過程中，從數據準備到系統(tǒng)完成，內部必須經過各種數據轉換，每個轉換都有可能改變原有的信息。地理信息系統(tǒng)的流程可表示為：信息輸入→數據處理→數據庫管理→空間分析→可視化表達。一套完整的地理信息系統(tǒng)，儲存了龐大的空間數據，不但能隨時制作電子地圖，還有詳細的屬性資料可供查詢。為了便于管理和開發(fā)地理信息，在建數據庫時是分層處理的。也就是說，根據數據的性質分類，性質相同或相近的歸并一起，形成一個數據庫。【課標引導示例1】有關地理信息系統(tǒng)的敘述正確的是()A．主要是記錄地理現象的計算機系統(tǒng)B．具有動態(tài)預測的能力，沒有空間分析的能力C．是地理繪圖系統(tǒng)D．是專門處理地理空間數據的計算機系統(tǒng)解題思路：地理信息系統(tǒng)是專門處理地理空間數據的計算機系統(tǒng)。它能對空間數據進行輸入、管理、分析和表達，它是地圖的延伸，凡是用到地圖或需要處理地理空間數據的領域，均可以借助地理信息系統(tǒng)。答案：D【變式遷移探究1】甲圖是一幅具有林木、河流和房屋的景觀圖，乙圖是根據甲圖而建立的空間數據模型。讀圖，回答(1)～(2)題。(1)乙圖中的r表示 ()A．林木 B．河流C．房屋 D．農田(2)圖中區(qū)域的林木覆蓋率為 ()A．30% B．22%C．10% D．5%解析：該題形象地反映了圖形數字化的基本原理。文字以及非數字形式的資料，都必須轉換為數字形式，才能為計算機存儲、識別和處理。實現從圖形到數字轉換的過程，稱為數字化。(1)從圖中河流的位置可看出r表示河流。(2)圖中柵格共有100格，表示林木的s共有10格，故林木覆蓋率為10%。答案：(1)B(2)C1．與分布、位置有關的基本問題空間規(guī)劃是GIS的一個重要應用領域，城市規(guī)劃和管理是其中的主要內容。例如，在大規(guī)模城市基礎設施建設中如何保證綠地的比例和合理分布，如何保證學校、公共設施、運動場所、服務設施等能夠有最大的服務面(城市資源配置問題)等。GIS都會建立數據庫儲存有關資料，即建立有關點、線的位置問題。2.趨勢分析例如：商業(yè)與市場(BusinessandMarketing)，商業(yè)設施的建立充分考慮其市場潛力。大型商場的建立如果不考慮其他商場的分布、待建區(qū)、周圍居民區(qū)的分布和人數，建成之后就可能無法達到預期的市場和服務面。有時甚至商場銷售的品種和市場定位都必須與待建區(qū)的人口結構(年齡構成、性別構成、文化水平)、消費水平等結合起來考慮。地理信息系統(tǒng)的空間分析和數據庫功能可以解決這些問題。3.模式問題例如：資源管理(ResourceManagement)主要應用于農業(yè)和林業(yè)領域，解決農業(yè)和林業(yè)領域各種資源(如土地、森林、草場)分布、分級、統(tǒng)計、制圖等問題。主要回答“定位”和“模式”兩類問題。4.模擬問題例如：生態(tài)、環(huán)境管理與模擬區(qū)域生態(tài)規(guī)劃、環(huán)境現狀評價、環(huán)境影響評價、污染物削減分配的決策支持、環(huán)境與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的決策支持、環(huán)保設施的管理、環(huán)境規(guī)劃等?！菊n標引導示例2】下列問題中，地理信息系統(tǒng)可以解決的是 ()A．控制人口的增長B．分析某地區(qū)人口的增長趨勢與分布情況C．控制全球氣候變暖D．改變某一地區(qū)的水文、地質、交通狀況解題思路：地理信息系統(tǒng)一般可以解決與分布位置有關的基本問題，分析該事物的發(fā)展趨勢，通過模式分析，揭示各種事物之間的空間關系，解決四類基本問題。通過選項可以看出，控制人口增長、控制全球氣候變暖、改變某一地區(qū)的水文地質交通狀況這些內容應該是通過人來具體實施的，因此不在GIS的解決范圍之內。答案：B【變式遷移探究2】某同學從GIS數據庫調取了地形圖層、土壤圖層、氣候圖層，進行模式分析。該同學研究的問題是 ()A．農作物分布問題 B．工業(yè)布局問題C．交通布局問題 D．商業(yè)布局問題解析：地形、土壤、氣候是影響農作物分布的重要因素。答案：A1.城市信息管理與服務(1)基礎設施管理中的應用城市的地上、地下基礎設施(電信、自來水、道路交通、天然氣管線、排污設施、電力設施等)廣泛分布于城市的各個角落，且這些設施明顯具有地理參照特征。它們的管理、統(tǒng)計、匯總都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。(2)土地信息系統(tǒng)和地籍管理中的應用土地和地籍管理涉及土地使用性質變化、地塊輪廓變化、地籍權屬關系變化等許多內容，借助GIS技術可以高效、高質量地完成這些工作。(3)選址分析中的應用根據區(qū)域地理環(huán)境的特點，綜合考慮資源配置、市場潛力、交通條件、地形特征、環(huán)境影響等因素，在區(qū)域范圍內選擇最佳位置，是GIS的一個典型應用領域，充分體現了GIS的空間分析功能。2．城市規(guī)劃地理信息系統(tǒng)是城市規(guī)劃管理的重要工具。例如，規(guī)劃部門可以把用地資料記錄到數據庫里，隨時查詢和統(tǒng)計，并用三維影像顯示市貌，以分析城市的現狀；還可以把城市地下管網的分布輸入系統(tǒng)中，以進行有效的管理。3.城市道路交通管理利用地理信息系統(tǒng)，可以將有關道路的路況、交通流量、沿線環(huán)境等空間和屬性信息顯示出來，使管理者對道路信息一目了然。GIS技術還可以提供多種類型的查詢：查詢空間信息，如某個加油站、立交橋的坐標位置；查詢時間信息，如某輛車某一時刻處于什么位置及某時間某路段的車流量等；查詢路面質量、沿路環(huán)境、居民分布情況等。利用GIS技術還能發(fā)布交通信息，可及時地把交通擁擠情況、車流量、交通事故、交通環(huán)境情況發(fā)給駕駛員，顯示在車內的顯示屏上，同時幫助駕駛員找出最佳行車路線。4.城市救災防災(1)應急響應中的應用在發(fā)生洪水、戰(zhàn)爭、核事故等重大自然或人為災害時，如何安排最佳的人員撤離路線，并配備相應的運輸和保障設施的問題。(2)近幾年來，在國家防汛指揮系統(tǒng)總體設計框架下，許多流域機構和省市水利廳局都在實施防汛決策支持系統(tǒng)或防汛信息管理系統(tǒng)的開發(fā)與建設。盡管各地防洪減災工作的實際需求各有特點，但都以GIS為平臺。GIS在這些系統(tǒng)中的作用主要有：①空間數據管理，包括查詢、檢索、更新和維護；②利用空間分析能力為防汛指揮決策提供輔助支持；③為各類應用模型提供數據；④優(yōu)化模型參數；⑤防汛信息及決策方案的可視化表達。5.城市環(huán)境管理在地學研究與應用中的應用地形分析、流域分析、土地利用研究、經濟地理研究、空間決策支持、空間統(tǒng)計分析、制圖等都可以借助地理信息系統(tǒng)完成。(1)GIS是建立在地球科學、信息科學和系統(tǒng)科學等基礎上的邊緣科學，它研究的主要內容是地球系統(tǒng)內的信息流，即關于自然、人文現象和空間分布與組合的信息，是對地理環(huán)境的數量、質量、分布特征、相互聯(lián)系和運動規(guī)律的具體描述，從而產生對資源、環(huán)境、區(qū)域規(guī)劃、管理決策、災害防治等方面有用的信息，成為科學研究和領導決策的重要依據。

(2)地理信息系統(tǒng)從外部看表現為計算機軟硬件系統(tǒng)，其內涵卻是由計算機程序和地理數據組織而成的地理空間信息模型，是一個邏輯縮小的、高度信息化的地理系統(tǒng)。信息流動和信息流動的結果，完全由計算機程序的運行和數據的交換來仿真，地理學家可以在GIS支持下提取地理系統(tǒng)各不同側面、不同層次的空間和時間特征，也可以快速地模擬自然過程的演變和思維過程的結果，取得地理預測和“實驗”結果，選擇優(yōu)化方案，避免錯誤的決策。

GIS技術是地圖的延