第三節(jié) 地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用

我國(guó)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展我國(guó)地理信息系統(tǒng)方面的工作自20世紀(jì)80年代開始。以1980年中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所成立全國(guó)第一個(gè)地理信息系統(tǒng)研究室為標(biāo)志，在幾年的起步發(fā)展階段中，我國(guó)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(yàn)研究、局部系統(tǒng)建立、初步應(yīng)用試驗(yàn)和技術(shù)隊(duì)伍培養(yǎng)等方面都取得了進(jìn)步，積累了經(jīng)驗(yàn)，為在全國(guó)范圍內(nèi)開展地理信息系統(tǒng)的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。地理信息系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)展階段是從第七個(gè)五年計(jì)劃開始。地理信息系統(tǒng)研究作為政府行為，正式列入國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃，開始了有計(jì)劃、有組織、有目標(biāo)的科學(xué)研究、應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和工程建設(shè)工作。許多部門同時(shí)展開了地理信息系統(tǒng)研究與開發(fā)工作。如全國(guó)性地理信息系統(tǒng)(或數(shù)據(jù)庫(kù))實(shí)體建設(shè)、區(qū)域地理信息系統(tǒng)研究和建設(shè)、城市地理信息系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件或?qū)ｎ}應(yīng)用軟件的研制和地理信息系統(tǒng)教育培訓(xùn)。通過(guò)近五年的努力，在地理信息系統(tǒng)技術(shù)上的應(yīng)用開創(chuàng)了新的局面，并在全國(guó)性應(yīng)用、區(qū)域管理、規(guī)劃和決策中取得了實(shí)際的效益。自20世紀(jì)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(guān)計(jì)劃，強(qiáng)調(diào)地理信息系統(tǒng)的實(shí)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(shí)期的研究實(shí)驗(yàn)、局部實(shí)用走向?qū)嵱没蜕a(chǎn)化，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)重大問(wèn)題提供分析和決策依據(jù)。努力實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，推進(jìn)國(guó)產(chǎn)軟件系統(tǒng)的實(shí)用化、遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)一體化。1.地理信息系統(tǒng)與普通地圖的異同點(diǎn)是什么？答案：相同點(diǎn)：都能解決與“地點(diǎn)”和“狀況”有關(guān)的查詢。不同點(diǎn)：地理信息系統(tǒng)不但能隨時(shí)制作電子地圖，還有詳細(xì)的屬性資料可供查詢，并能進(jìn)行多種空間分析，以此來(lái)模擬區(qū)域內(nèi)的空間規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)，普通地圖不具備這些功能。2.哪些途徑可以獲取空間數(shù)據(jù)？答案：(1)測(cè)量：控制點(diǎn)數(shù)據(jù)、大地參考系、被測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；(2)遙感：各種分辨率的遙感圖像；(3)GPS：接收點(diǎn)的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)；(4)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；(5)歷史資料；(6)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；(7)實(shí)地調(diào)查，等等。一、地理信息系統(tǒng)1．概念：GIS是依靠①________實(shí)現(xiàn)地理信息的②________、處理、存儲(chǔ)、③________和④________的系統(tǒng)。2．功能：儲(chǔ)存龐大的⑤________數(shù)據(jù)，制作⑥________地圖，⑦_(dá)_______資料查詢，進(jìn)行⑧________，模擬區(qū)域內(nèi)的⑨________和⑩________。3．地理信息系統(tǒng)的流程圖如下：信息輸入→數(shù)據(jù)處理→?________管理→?________→?________表達(dá)。4．構(gòu)成主要包括4個(gè)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(wèn)題1．與分布、位置有關(guān)的基本問(wèn)題：解決與“?________”和“?________”有關(guān)的查詢。2．趨勢(shì)分析：通過(guò)了解某地物隨?________變化的過(guò)程，分析該地物的?________。3．模式問(wèn)題：通過(guò)模式分析，可以揭示各種地物之間的?________關(guān)系。1．地理信息系統(tǒng)的定義地理信息系統(tǒng)是依靠計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)地理信息的收集、處理、存儲(chǔ)、分析和應(yīng)用的系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)處理、管理的對(duì)象是多種地理空間實(shí)體數(shù)據(jù)及其關(guān)系，包括空間定位數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等，用于分析和處理在一定地理區(qū)域內(nèi)分布的各種現(xiàn)象和過(guò)程，解決復(fù)雜的規(guī)劃、決策和管理問(wèn)題。2．地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)GIS為地理信息資源的共享提供了最便捷的技術(shù)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(shí)制作電子地圖，還有詳細(xì)的屬性資料可供查詢，能進(jìn)行多種空間分析，多要素綜合分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，并由計(jì)算機(jī)程序來(lái)模擬區(qū)域內(nèi)的空間規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)，這是GIS區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)志。地理信息系統(tǒng)具有以下三個(gè)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(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的能力，并能產(chǎn)生高層次的地理信息。第三，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持進(jìn)行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計(jì)算機(jī)程序模擬常規(guī)或?qū)ｉT的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息，完成人類難以完成的任務(wù)。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(shù)既互為獨(dú)立發(fā)展又互相促進(jìn)，它們之間的關(guān)系是圍繞著地理信息這個(gè)中心發(fā)生的。遙感主要用于地理信息數(shù)據(jù)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(lái)對(duì)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、查詢、更新、空間分析和應(yīng)用評(píng)價(jià)?！?S”技術(shù)之間的聯(lián)系可以簡(jiǎn)單地表示如下：4．地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成與工作流程(1)地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成組成功能包括內(nèi)容硬件用作數(shù)據(jù)和信息的采集、處理、加工、分析和輸出等包括計(jì)算機(jī)、數(shù)字化儀、掃描儀、繪圖儀軟件提供存儲(chǔ)、分析、顯示地理數(shù)據(jù)的功能包括數(shù)據(jù)輸入與編輯、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)操作以及數(shù)據(jù)顯示和輸出等數(shù)據(jù)地理信息系統(tǒng)處理的對(duì)象包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)人員地理信息系統(tǒng)需求、設(shè)計(jì)的核心包括從設(shè)計(jì)、維護(hù)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(gè)實(shí)用的地理信息系統(tǒng)過(guò)程中，從數(shù)據(jù)準(zhǔn)備到系統(tǒng)完成，內(nèi)部必須經(jīng)過(guò)各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，每個(gè)轉(zhuǎn)換都有可能改變?cè)械男畔?。地理信息系統(tǒng)的流程可表示為：信息輸入→數(shù)據(jù)處理→數(shù)據(jù)庫(kù)管理→空間分析→可視化表達(dá)。一套完整的地理信息系統(tǒng)，儲(chǔ)存了龐大的空間數(shù)據(jù)，不但能隨時(shí)制作電子地圖，還有詳細(xì)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(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)是分層處理的。也就是說(shuō)，根據(jù)數(shù)據(jù)的性質(zhì)分類，性質(zhì)相同或相近的歸并一起，形成一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)?！菊n標(biāo)引導(dǎo)示例1】有關(guān)地理信息系統(tǒng)的敘述正確的是()A．主要是記錄地理現(xiàn)象的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)B．具有動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)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(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)解題思路：地理信息系統(tǒng)是專門處理地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它能對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、管理、分析和表達(dá)，它是地圖的延伸，凡是用到地圖或需要處理地理空間數(shù)據(jù)的領(lǐng)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(jù)甲圖而建立的空間數(shù)據(jù)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(nóng)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(shù)字化的基本原理。文字以及非數(shù)字形式的資料，都必須轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，才能為計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、識(shí)別和處理。實(shí)現(xiàn)從圖形到數(shù)字轉(zhuǎn)換的過(guò)程，稱為數(shù)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(guān)的基本問(wèn)題空間規(guī)劃是GIS的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，城市規(guī)劃和管理是其中的主要內(nèi)容。例如，在大規(guī)模城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中如何保證綠地的比例和合理分布，如何保證學(xué)校、公共設(shè)施、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所、服務(wù)設(shè)施等能夠有最大的服務(wù)面(城市資源配置問(wèn)題)等。GIS都會(huì)建立數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存有關(guān)資料，即建立有關(guān)點(diǎn)、線的位置問(wèn)題。2.趨勢(shì)分析例如：商業(yè)與市場(chǎng)(BusinessandMarketing)，商業(yè)設(shè)施的建立充分考慮其市場(chǎng)潛力。大型商場(chǎng)的建立如果不考慮其他商場(chǎng)的分布、待建區(qū)、周圍居民區(qū)的分布和人數(shù)，建成之后就可能無(wú)法達(dá)到預(yù)期的市場(chǎng)和服務(wù)面。有時(shí)甚至商場(chǎng)銷售的品種和市場(chǎng)定位都必須與待建區(qū)的人口結(jié)構(gòu)(年齡構(gòu)成、性別構(gòu)成、文化水平)、消費(fèi)水平等結(jié)合起來(lái)考慮。地理信息系統(tǒng)的空間分析和數(shù)據(jù)庫(kù)功能可以解決這些問(wèn)題。3.模式問(wèn)題例如：資源管理(ResourceManagement)主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域，解決農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域各種資源(如土地、森林、草場(chǎng))分布、分級(jí)、統(tǒng)計(jì)、制圖等問(wèn)題。主要回答“定位”和“模式”兩類問(wèn)題。4.模擬問(wèn)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(xiàn)狀評(píng)價(jià)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)、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(shè)施的管理、環(huán)境規(guī)劃等?！菊n標(biāo)引導(dǎo)示例2】下列問(wèn)題中，地理信息系統(tǒng)可以解決的是 ()A．控制人口的增長(zhǎng)B．分析某地區(qū)人口的增長(zhǎng)趨勢(shì)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(zhì)、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(guān)的基本問(wèn)題，分析該事物的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)模式分析，揭示各種事物之間的空間關(guān)系，解決四類基本問(wèn)題。通過(guò)選項(xiàng)可以看出，控制人口增長(zhǎng)、控制全球氣候變暖、改變某一地區(qū)的水文地質(zhì)交通狀況這些內(nèi)容應(yīng)該是通過(guò)人來(lái)具體實(shí)施的，因此不在GIS的解決范圍之內(nèi)。答案：B【變式遷移探究2】某同學(xué)從GIS數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)取了地形圖層、土壤圖層、氣候圖層，進(jìn)行模式分析。該同學(xué)研究的問(wèn)題是 ()A．農(nóng)作物分布問(wèn)題 B．工業(yè)布局問(wèn)題C．交通布局問(wèn)題 D．商業(yè)布局問(wèn)題解析：地形、土壤、氣候是影響農(nóng)作物分布的重要因素。答案：A1.城市信息管理與服務(wù)(1)基礎(chǔ)設(shè)施管理中的應(yīng)用城市的地上、地下基礎(chǔ)設(shè)施(電信、自來(lái)水、道路交通、天然氣管線、排污設(shè)施、電力設(shè)施等)廣泛分布于城市的各個(gè)角落，且這些設(shè)施明顯具有地理參照特征。它們的管理、統(tǒng)計(jì)、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(yīng)用土地和地籍管理涉及土地使用性質(zhì)變化、地塊輪廓變化、地籍權(quán)屬關(guān)系變化等許多內(nèi)容，借助GIS技術(shù)可以高效、高質(zhì)量地完成這些工作。(3)選址分析中的應(yīng)用根據(jù)區(qū)域地理環(huán)境的特點(diǎn)，綜合考慮資源配置、市場(chǎng)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(nèi)選擇最佳位置，是GIS的一個(gè)典型應(yīng)用領(lǐng)域，充分體現(xiàn)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(shù)據(jù)庫(kù)里，隨時(shí)查詢和統(tǒng)計(jì)，并用三維影像顯示市貌，以分析城市的現(xiàn)狀；還可以把城市地下管網(wǎng)的分布輸入系統(tǒng)中，以進(jìn)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(guān)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(lái)，使管理者對(duì)道路信息一目了然。GIS技術(shù)還可以提供多種類型的查詢：查詢空間信息，如某個(gè)加油站、立交橋的坐標(biāo)位置；查詢時(shí)間信息，如某輛車某一時(shí)刻處于什么位置及某時(shí)間某路段的車流量等；查詢路面質(zhì)量、沿路環(huán)境、居民分布情況等。利用GIS技術(shù)還能發(fā)布交通信息，可及時(shí)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(nèi)的顯示屏上，同時(shí)幫助駕駛員找出最佳行車路線。4.城市救災(zāi)防災(zāi)(1)應(yīng)急響應(yīng)中的應(yīng)用在發(fā)生洪水、戰(zhàn)爭(zhēng)、核事故等重大自然或人為災(zāi)害時(shí)，如何安排最佳的人員撤離路線，并配備相應(yīng)的運(yùn)輸和保障設(shè)施的問(wèn)題。(2)近幾年來(lái)，在國(guó)家防汛指揮系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架下，許多流域機(jī)構(gòu)和省市水利廳局都在實(shí)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(shè)。盡管各地防洪減災(zāi)工作的實(shí)際需求各有特點(diǎn)，但都以GIS為平臺(tái)。GIS在這些系統(tǒng)中的作用主要有：①空間數(shù)據(jù)管理，包括查詢、檢索、更新和維護(hù)；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(yīng)用模型提供數(shù)據(jù)；④優(yōu)化模型參數(shù)；⑤防汛信息及決策方案的可視化表達(dá)。5.城市環(huán)境管理在地學(xué)研究與應(yīng)用中的應(yīng)用地形分析、流域分析、土地利用研究、經(jīng)濟(jì)地理研究、空間決策支持、空間統(tǒng)計(jì)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(xué)、信息科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)等基礎(chǔ)上的邊緣科學(xué)，它研究的主要內(nèi)容是地球系統(tǒng)內(nèi)的信息流，即關(guān)于自然、人文現(xiàn)象和空間分布與組合的信息，是對(duì)地理環(huán)境的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、相互聯(lián)系和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的具體描述，從而產(chǎn)生對(duì)資源、環(huán)境、區(qū)域規(guī)劃、管理決策、災(zāi)害防治等方面有用的信息，成為科學(xué)研究和領(lǐng)導(dǎo)決策的重要依據(jù)。

(2)地理信息系統(tǒng)從外部看表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)，其內(nèi)涵卻是由計(jì)算機(jī)程序和地理數(shù)據(jù)組織而成的地理空間信息模型，是一個(gè)邏輯縮小的、高度信息化的地理系統(tǒng)。信息流動(dòng)和信息流動(dòng)的結(jié)果，完全由計(jì)算機(jī)程序的運(yùn)行和數(shù)據(jù)的交換來(lái)仿真，地理學(xué)家可以在GIS支持下提取地理系統(tǒng)各不同側(cè)面、不同層次的空間和時(shí)間特征，也可以快速地模擬自然過(guò)程的演變和思維過(guò)程的結(jié)果，取得地理預(yù)測(cè)和“實(shí)驗(yàn)”結(jié)果，選擇優(yōu)化方案，避免錯(cuò)誤的決策。

GIS技術(shù)是地圖的延