城市地理信息系統(tǒng)課程論文

1、. 城市地理信息系統(tǒng)課程論文姓名：李想學(xué)號業(yè)：地理信息科學(xué)指導(dǎo)老師：李春杰日期：2016年 6月 12 日；.淺談城市地理信息系統(tǒng)的原理與應(yīng)用摘要：城市地理信息系統(tǒng)（UGIS）是GIS技術(shù)在城市空間的綜合應(yīng)用，是將反應(yīng)城市現(xiàn)狀、規(guī)劃、變遷的各類空間數(shù)據(jù)（如地形、地貌、建筑物、道路、綜合管線等）以及描述這些空間特性數(shù)據(jù)通過計算機(jī)進(jìn)行輸入、存儲、查詢、統(tǒng)計、分析、輸出的一門綜合性空間信息系統(tǒng)，它是在GIS技術(shù)高度發(fā)展和城市科學(xué)研究對信息數(shù)據(jù)處理的技術(shù)手段要求不斷提高的前提下產(chǎn)生的，城市地理信息系統(tǒng)在城市規(guī)劃、建設(shè)和管理中有著極其重要的意義。本系統(tǒng)是一種運用計算機(jī)硬件、軟件

2、及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)對城市各種空間和非空間數(shù)據(jù)的輸入、存儲、查詢、檢索、處理、分析、顯示、更新和提供應(yīng)用，以處理城市各種空間實體及其關(guān)系為主的技術(shù)系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、安全性、易操作性、可擴(kuò)展性、開放性和運行高效性，完全達(dá)到規(guī)劃業(yè)務(wù)處理、圖形瀏覽、網(wǎng)絡(luò)查詢等日常工作要求。本文將對城市地理信息系統(tǒng)的基本概念及其構(gòu)成、發(fā)展和實現(xiàn)方法進(jìn)行闡述，并對基于GIS建立城市地理信息系統(tǒng)做了深入的研究。在分析了基于ArcGIS軟件建立城市地理信息系統(tǒng)的可行性基礎(chǔ)上，提出了設(shè)計思路、數(shù)據(jù)組織模式和功能模塊劃分方法等；其次，實現(xiàn)城市地理信息系統(tǒng)的查詢、統(tǒng)計、緩沖區(qū)分析很功能模塊，并解決了最短路徑查詢問題

3、；追蹤建立了基于ArcGIS的城市地理信息系統(tǒng)。關(guān)鍵字：城市地理信息系統(tǒng)；信息服務(wù)；數(shù)據(jù)處理；GIS一、城市地理信息系統(tǒng)的概念城市地理信息系統(tǒng)，簡稱“UGIS”。它是GIS的一個分支，是一種運用計算機(jī)硬件、軟件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)對城市各種空間和非空間數(shù)據(jù)的輸入、存儲、查詢、檢索、處理、分析、顯示、更新和提供應(yīng)用，以處理城市各種空間實體及其關(guān)系為主，滿足城市建設(shè)、企業(yè)管理、居民生活對空間信息的需求，同時借助其特有的空間分析功能和可視化表達(dá)，進(jìn)行各種輔助決策的技術(shù)系統(tǒng)。它是城市基礎(chǔ)設(shè)施之一，也是一種城市現(xiàn)代化管理、規(guī)劃和科學(xué)決策的先進(jìn)工具。其應(yīng)用由各個業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、電信基礎(chǔ)設(shè)施、互聯(lián)網(wǎng)和

4、網(wǎng)站群、信息化終端、城市空間基礎(chǔ)信息平臺、城市綜合信息平臺等要素組成。 目前在我國的電子政務(wù)和城市信息化建設(shè)中，GIS收到了廣泛的關(guān)注。作為實現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)信息與空間位置配準(zhǔn)的重要手段，GIS也已經(jīng)開始融入到許多日常業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，為提高管理和決策的定量化、科學(xué)化發(fā)揮著不可替代的作用。二、國內(nèi)外的發(fā)展概況國際上的城市地理信息系統(tǒng)研究始于 70 年代初、中期，經(jīng)過 20 多年的迅猛發(fā)展，目前發(fā)達(dá)國家已將它作為城市的基礎(chǔ)設(shè)施之一，用于城市動態(tài)管理和規(guī)劃發(fā)展.并將它作為對城市重大問題和突發(fā)性事件進(jìn)行科學(xué)決策的現(xiàn)代化手段。美國、日本、澳大利亞等許多國家在城市規(guī)劃、市政工程、交通設(shè)施、公共服務(wù)、動態(tài)監(jiān)測等方面都

5、廣泛應(yīng)用城市地理信息系統(tǒng)，美國首都華盛頓持區(qū)啟用 34 個城市信息子系統(tǒng)進(jìn)行城市動態(tài)管理，定時發(fā)布交通狀況信息，導(dǎo)向車輛運行，即一成功范例。我國城市地理信息系統(tǒng)研究以遙感為先導(dǎo)，1980年在天津和 1983 年在京、津、渤地區(qū)都進(jìn)行了有益的探索。1989 年利用世界銀行貸款正式在常州、洛陽和沙市三個中等城市進(jìn)行城市規(guī)劃管理信息系統(tǒng)的研究探索和建設(shè)。1999 年后，計算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和城市化進(jìn)程的加快，特別在經(jīng)濟(jì)特區(qū)和東南沿海城市，對 UGIS 的需求出現(xiàn)了一股熱潮，加大了資金和技術(shù)投入。深圳、廣州等城市的 UGIS 建設(shè)已進(jìn)入城市管理和規(guī)劃的業(yè)務(wù)應(yīng)用階段。我國在城市信息的查詢

6、、數(shù)據(jù)和信息的更新、土地規(guī)劃和房地產(chǎn)管理的計算機(jī)化、城市問題的分析評價與科學(xué)決策等方面, 在不同程度上借助 UGIS 這一先進(jìn)技術(shù)，產(chǎn)生了非常明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益?？傮w上講，我國的城市 GIS 目前己逐步趨于成熟。UGIS 作為城市管理和決策的現(xiàn)代化工具已被許多城市列為一項重要的基礎(chǔ)設(shè)施來進(jìn)行建設(shè)。由于它具有綜合信息的存儲、分析、交換和服務(wù)的功能, 可為城市規(guī)劃、管理和建設(shè)的定量化、科學(xué)化以及各類信息的進(jìn)行快速查詢和分析提供先進(jìn)的技術(shù)手段和方法,并為決策提供輔助支持。因此, 城市地理信息系統(tǒng)是數(shù)字城市不可缺少的工具。當(dāng)前，城市 GIS 技術(shù)更加成熟并呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化、分布式、集成化、組件化和三

7、維可視化的發(fā)展趨勢。三、城市地理信息系統(tǒng)的原理城市地理信息系統(tǒng)是由硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)對城市各種空間、非空間數(shù)據(jù)的輸入、存貯、查詢、檢索、處理、分析、顯示、更新，并以處理城市各種空間實體及其關(guān)系為主的技術(shù)系統(tǒng)。城市地理信息系統(tǒng)是一種城市現(xiàn)代化管理，規(guī)劃和科學(xué)決策的先進(jìn)工具，由數(shù)據(jù)、硬件和網(wǎng)絡(luò)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)隊伍以及組織管理五大要素構(gòu)成。通過建立城市地理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)各種信息的數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化和計算機(jī)化，從而達(dá)到統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)共享和促進(jìn)辦公自動化，實現(xiàn)信息的快速查詢檢索，實時交換以及可視化表達(dá)和輸出，逐步形成一個以計算機(jī)為核心的城市動態(tài)管理系統(tǒng)，對城市實行現(xiàn)代化管理。通過建立不同的分析模型和輔

8、助決策支持系統(tǒng)，對城市城市綜合管網(wǎng)進(jìn)行綜合評價分析，提出方案，供主管部門決策參考。4、 城市地理信息系統(tǒng)的基本要求1.數(shù)據(jù)輸入輸出方面系統(tǒng)應(yīng)具有完善的地形和管線圖形及屬性信息的輸入編輯功能，保證基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)庫和管線數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確性、安全性、現(xiàn)勢性。能夠讓數(shù)據(jù)維護(hù)人員方便地輸入各種數(shù)據(jù)和地形圖，包括對圖形的各種方式的輸入（文本、手工、轉(zhuǎn)換等）和編輯功能（增加、刪除、修改、移動），對屬性數(shù)據(jù)的輸入和編輯功能，對數(shù)據(jù)庫的管理功能（復(fù)制、刪除、修改等）。系統(tǒng)應(yīng)具有完善的數(shù)據(jù)接口，能夠方便可靠地進(jìn)行各類數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出。系統(tǒng)需要提供一些必要的輔助工具來檢測輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準(zhǔn)確性，如屬性錄入情況檢

9、查、屬性庫清潔、圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一致性檢測等。2.管理與分析功能系統(tǒng)應(yīng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計功能，完成對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的查詢。統(tǒng)計和分類管理，并可以根據(jù)查詢或統(tǒng)計的結(jié)果生成滿足要求的報表、圖形等信息。系統(tǒng)應(yīng)具備建立正確的政府決策支持模型的能力，從而為政府的宏觀決策提供信息支持。系統(tǒng)要具有功能強(qiáng)大的專業(yè)圖形制作功能，能為政府決策、規(guī)劃建設(shè)等提供詳實的專業(yè)圖形和報表資料，如平面圖、帶狀圖、縱橫斷面圖等。系統(tǒng)要有較為完整的符合國家標(biāo)準(zhǔn)的符號庫，使得圖形數(shù)據(jù)的表示準(zhǔn)確可靠。3.系統(tǒng)的可靠性與易用性系統(tǒng)要具有較高的安全性，包括對數(shù)據(jù)庫的管理、系統(tǒng)使用的安全管理和系統(tǒng)正常運行管理等，并提供相應(yīng)的安全管理工

10、具。系統(tǒng)在界面功能的開發(fā)上，要符合目前國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及管理的一些習(xí)慣，使系統(tǒng)容易掌握和使用。系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)方面要簡單、實用，并具有較高的安全保障。系統(tǒng)要有較靈活的圖形顯示和管理功能，是用戶能夠較為自由地選擇自己的顯示方式，體現(xiàn)個性化的表達(dá)特點。五、城市地理信息系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域1.城市規(guī)劃管理國際上的城市規(guī)劃管理信息系統(tǒng)研究始于 20 世紀(jì)70 年代初期，經(jīng)過近 30 年的迅猛發(fā)展，目前發(fā)達(dá)國家已將城市規(guī)劃管理信息系統(tǒng)作為城市現(xiàn)代化標(biāo)志與重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，用于城市動態(tài)管理和規(guī)劃發(fā)展，并將它作為對城市重大問題和突發(fā)性事件進(jìn)行科學(xué)決策的現(xiàn)代化手段。城市規(guī)劃管理系統(tǒng)的主要功能包括文檔管理和圖形管理。其中

11、文檔管理包括數(shù)據(jù)錄入、傳輸、案件處理、結(jié)案處理、監(jiān)督處理、統(tǒng)計、輸出等；圖形管理包括圖形數(shù)據(jù)的輸入與輸出、編輯、專題圖生成與調(diào)用、動態(tài)更新、查詢等。2.城市規(guī)劃設(shè)計城市規(guī)劃設(shè)計的專業(yè)性更強(qiáng)，它是規(guī)劃管理工作的基礎(chǔ)。城市規(guī)劃設(shè)計遠(yuǎn)比其他設(shè)計對空間信息的依賴程度更大。首先通過 3S 等技術(shù)可以直接的將現(xiàn)實中的地形、地貌、建筑物等信息輸入計算機(jī)系統(tǒng)，使規(guī)劃設(shè)計依據(jù)更加準(zhǔn)確及時。其次，通過計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)繪制出符合要求的城市發(fā)展藍(lán)圖。第三，可以采用仿真、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)對規(guī)劃設(shè)計方案進(jìn)行分析、比較和瀏覽用于與實際效果的比較及發(fā)展預(yù)測。最后，還可根據(jù)社會公眾的意見及時修改和調(diào)整，使城市的規(guī)劃設(shè)計方案更加符合

12、城市的發(fā)展和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展各方面的要求。以四川山水畫卷風(fēng)格生態(tài)人文濱江城市規(guī)劃設(shè)計方案為例3.城市交通管理在城市道路建設(shè)方面，可以對 3S 系統(tǒng)所產(chǎn)生的城市空間信息充分利用，對城市的道路進(jìn)行合理布局與規(guī)劃，利用動態(tài)模擬技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等對規(guī)劃方案進(jìn)行仿真、模擬，進(jìn)行評估，使方案滿足需要的同時又能預(yù)留出一定的發(fā)展空間。在交通工具方面，對公共車輛配置 GPS 接收設(shè)備，對車輛進(jìn)行導(dǎo)航。市民出行可以辦理公交智能卡，方便快捷。在交通管理方面，城市 GIS 將城市道路系統(tǒng)與交通管理部門需要的交通管理信息疊加，通過信號燈管理、警力配置系統(tǒng)，每輛車配的置的專用傳感器，可使設(shè)置在路邊的信號采集設(shè)備及時將每輛車

13、在城市中的流動情況反饋到數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心將采集到的數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的交通規(guī)劃全景情況進(jìn)行分析、對比并將結(jié)果送往指揮中心，指揮中心的計算機(jī)系統(tǒng)對相關(guān)路段的交通信號進(jìn)行控制，通過信號的變化對交通流量進(jìn)行調(diào)度。以道路選線（成本距離分析）為例分辨率不一致，輸出數(shù)據(jù)中分辨率（比例尺不同，即數(shù)據(jù)精度不同，輸出數(shù)據(jù)以精度最高的輸入數(shù)據(jù)中的最低精度），坡度（elevation）的分辨率為25，選擇用高程數(shù)據(jù)做出坡度圖，選擇拉伸的著色方式對其進(jìn)行重分類，對不同地類賦予相應(yīng)的工程成本值，新建字段，為短整型，將lu_cost的值轉(zhuǎn)換給value，用重分類工具，加載導(dǎo)入數(shù)據(jù)后點在進(jìn)行賦值，設(shè)置環(huán)境，把分辨率設(shè)置為

14、和坡度一致，然后綜合考慮坡度修路成本的影響和土地利用對修路成本的影響的因素，分別復(fù)制為0.6和0.4，以為坡度的影響比較大，利用成本距離計算公式基本成本距離，然后計算成本方向，將結(jié)果轉(zhuǎn)為矢量圖輸出即為最終結(jié)果。4.城市地下管線管理城市綜合地下管線管理系統(tǒng)就是指利用 GIS 技術(shù)和其他專業(yè)技術(shù)，采集、管理、更新、分析和處理地下管線數(shù)據(jù)的一種技術(shù)系統(tǒng)。在城市 GIS 應(yīng)用中，對每一個地下管線都有一個空間定位，根據(jù)空間信息可以制作出能反映地下管線狀況的數(shù)字地圖，將不同的管線圖疊加到數(shù)字地形圖上，就可以顯示出不同管線在同一標(biāo)準(zhǔn)地形圖上的準(zhǔn)確位置，同時將管線的屬性數(shù)據(jù)輸入到根據(jù)管網(wǎng)圖形信息而建立的屬性信

15、息數(shù)據(jù)庫中，使二者一致，即可以通過圖形信息查閱其屬性信息，又能檢索屬性數(shù)據(jù)也可直觀地查詢到管線位置的圖形。這樣一方面，在進(jìn)行城市建設(shè)過程中可以及時查清建設(shè)項目所在位置地下管線的分布情況，避免因建設(shè)工地地下信息不清造成重大損失，同時也可以合理布局。另一方面，各部分還可以建立相應(yīng)的管理系統(tǒng)，對這些數(shù)據(jù)實行動態(tài)管理和更新。5.城市水資源管理與配置應(yīng)用應(yīng)用 GIS，可以從空間上、時間上徹底了解水資源的現(xiàn)狀與變化發(fā)展，奠定水資源管理所需要的數(shù)字基礎(chǔ)；可以直觀表現(xiàn)水資源狀況，更好地認(rèn)識水資源的變化規(guī)律；為水資源管理提供直觀、系統(tǒng)、科學(xué)的管理工具；可以規(guī)范管理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息共享，便于各部門數(shù)據(jù)的交換，改進(jìn)和

16、完善水資源調(diào)度管理與數(shù)據(jù)更新維護(hù)機(jī)制。在配置方面，要在制水過程中建立數(shù)字化系統(tǒng)，包括配給、過濾、生產(chǎn)、供應(yīng)等全過程。同時在數(shù)字地圖基礎(chǔ)上建立供水監(jiān)控系統(tǒng)，利用 GPS定位與各監(jiān)測點相連，隨時將大范圍的監(jiān)測信息反饋到中央控制中心，保障供水的需要。6.房地產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用將 GIS 引入房地產(chǎn)管理是對傳統(tǒng)房地產(chǎn)管理方式的一個突破，它標(biāo)志著房地產(chǎn)管理走向更加成熟、更加規(guī)范的管理模式。其總體功能結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 圖 1城市房地產(chǎn)管理信息系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)城市房地產(chǎn)信息系統(tǒng)的建立既滿足目前國內(nèi)房產(chǎn)管理部門所迫切需要的自動化辦公要求，又具有處理速度快、精度高、分析科學(xué)、查詢方便、圖形和屬性一體化管理、界面友好

17、的特點。同時, 隨著計算機(jī)在房產(chǎn)管理部門的普及, MIS 技術(shù)的完善, 建立一套滿足房產(chǎn)管理的自動化、網(wǎng)絡(luò)化、科學(xué)、高效的辦公系統(tǒng)，使房產(chǎn)管理部門通過系統(tǒng)真正實現(xiàn)技術(shù)的整體鏈接，從而使房產(chǎn)管理部門之間形成統(tǒng)一的整體。7.政府決策支持方面城市 GIS 應(yīng)用的建設(shè)過程中，很多應(yīng)用領(lǐng)域都以政府管理的需求與應(yīng)用為主導(dǎo)和發(fā)展方向。為政府部門提供多方面的交流，及時的數(shù)據(jù)和信息，是減少政府決策失誤的有力保證。如城市遭受自然災(zāi)害的情況時有發(fā)生，建立相應(yīng)的系統(tǒng)和電子地圖就可以對現(xiàn)狀作出及時判斷和分析，對災(zāi)害影響和災(zāi)情發(fā)展進(jìn)行模擬，系統(tǒng)根據(jù)模擬結(jié)果提出緊急響應(yīng)方案，政府根據(jù)方案立即部署，同時采取行動以最大限度地減少損失。災(zāi)后還要評估災(zāi)情，及時作出災(zāi)后重建工作規(guī)劃。特別是 3S 等為基礎(chǔ)的高新技術(shù)的應(yīng)用，為政府在制訂有關(guān)城市可持續(xù)發(fā)展的政策方面提供更加客觀、科學(xué)、可靠的決策依據(jù)。7、 總結(jié) 在GIS眾多的應(yīng)用領(lǐng)域中，城市是應(yīng)用最早、最成功、最活躍的領(lǐng)域之一，我國的城市GIS目前已逐步趨于成熟，這種成熟不僅表現(xiàn)在GIS開發(fā)商上，更主要體現(xiàn)在GIS用戶身上。在我國現(xiàn)代城市中，信息量急劇膨脹，社會管理日益復(fù)雜，對城市管理手段的要求越來越高。 面對有限的空間資源，如何使之產(chǎn)生最大的效益，是城市管理面臨的共同課題。針對現(xiàn)代城市的