空間信息技術基礎（韋娟）課件 第6章 空間信息技術的應用

空間信息技術基礎第六章空間信息技術的應用第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)第二節(jié)地理信息系統(tǒng)的應用第三節(jié)全球衛(wèi)星導航的應用1-1GIS的開發(fā)概述第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)1、結構化生命周期法2、由底而上法3、快速原型法4、面向對象的軟件開發(fā)方法5、“演示和討論”方法1-1GIS的設計方法第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)1、結構化生命周期法

（瀑布模型）可行性研究與計劃需求分析設計編碼運行維護測試定義階段開發(fā)階段維護階段第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)GIS的設計方法2、由底而上法具體的初級功能

計劃、控制、決策總目標實現(xiàn)增加特點：缺乏系統(tǒng)性，缺點大。避免用該方法進行GIS的開發(fā)。GIS的設計方法第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)3、快速原型方法采用原型模型的軟件生存周期：分析定義系統(tǒng)需求生成

原型

系統(tǒng)設計程序設計編碼測試運行和維護含原型化的軟件生存期原型化

GIS的設計方法第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)4、面向對象的軟件開發(fā)方法

(1)對象模型(2)動態(tài)模型

(3)功能模型GIS的設計方法第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)4、面向對象的軟件開發(fā)方法

(1)對象模型描述系統(tǒng)內部對象結構，包括對象本身的定義、對象的屬性、操作，以及對象與其它對象之間的關系。

為所有模型實體準備一個數(shù)據(jù)字典，精確描述每一個對象類, 包括:

成員

約束

關聯(lián)、屬性、操作

GIS的設計方法第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)4、面向對象的軟件開發(fā)方法

(2)動態(tài)模型用來描述系統(tǒng)與時間相關的動態(tài)行為即系統(tǒng)的控制邏輯，表現(xiàn)對象彼此間經(jīng)過相互作用后，隨時間改變的不同運算順序。動態(tài)模型以“事件”（Events）和“狀態(tài)”（States）為其模型的主要概念。動態(tài)模型以狀態(tài)圖形式呈現(xiàn)。GIS的設計方法第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)4、面向對象的軟件開發(fā)方法

(2)動態(tài)模型（續(xù)）初始事件空閑可視菜單左邊按鈕按下/顯示彈出菜單光標移動/高亮菜單項狀態(tài)1Do:活動1狀態(tài)2.…...

結束事件事件1[條件1]/動作1

彈出菜單動作狀態(tài)圖：GIS的設計方法第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)4、面向對象的軟件開發(fā)方法

(3)功能模型用來描述系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的變換。

傳統(tǒng)DFD+控制流對象A

對象B

過程1過程2控制流

數(shù)據(jù)流

數(shù)據(jù)存儲區(qū)

GIS的設計方法第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)5、“演示和討論”方法

（1）具有較好的可預見性（2）實施過程是啟發(fā)式的（3）實施具有可操作性（4）具有一定的開放性（5）有利于在整個開發(fā)過程中進行全面質量管理

GIS的設計方法第一節(jié)地理信息系統(tǒng)的開發(fā)1-2GIS的開發(fā)過程1、系統(tǒng)的調查分析

2、系統(tǒng)的設計3、系統(tǒng)的實施4、系統(tǒng)的運行和維護

1、系統(tǒng)的調查分析

（1）需求調查與分析（2）可行性分析（3）系統(tǒng)分析1-2GIS的開發(fā)過程1、系統(tǒng)的調查分析

A、調查用戶的性質、規(guī)模、結構和職責

B、調查傳統(tǒng)的處理方法C、調查要求新系統(tǒng)產(chǎn)生的結果和可獲得資料、數(shù)據(jù)的程度

D、調查用戶對應用界面和接口的要求E、潛在用戶和地理信息系統(tǒng)的潛力

(1)需求與調查分析

1-2GIS的開發(fā)過程GIS的開發(fā)過程1、系統(tǒng)的調查分析

A、新系統(tǒng)的社會、經(jīng)濟效益分析

B、該任務的人員，質和量方面能否完成該任務C、技術上的關鍵問題及難點能否予以適當解決D、資料和數(shù)據(jù)的總量，可獲取的資料、數(shù)據(jù)清單E、軟件系統(tǒng)和開發(fā)能力能否完成該系統(tǒng)的要求

F、硬件的能力能否保證系統(tǒng)的指標

G、經(jīng)費能否保證任務完成及新系統(tǒng)產(chǎn)生效益估計

H、任務的時間計劃表是否合理并有適度余量

(2)可行性分析

1、系統(tǒng)的調查分析

A、分析傳統(tǒng)的工作流程，導出邏輯模型

B、把用戶需求分析的集中描述，概括為系統(tǒng)明確目標C、分析描繪新系統(tǒng)流程，列出邏輯模型

D、對系統(tǒng)調查分析的總結成文

(3)系統(tǒng)分析

1-2GIS的開發(fā)過程2、系統(tǒng)的設計

邏輯模型物理模型轉化系統(tǒng)設計總體設計詳細設計1-2GIS的開發(fā)過程2、系統(tǒng)的設計

A、確定系統(tǒng)目的、目標和屬性

B、規(guī)劃系統(tǒng)規(guī)模和確定系統(tǒng)的組成與功能

C、規(guī)定模塊或系統(tǒng)的關系描述及接口

D、硬件、軟件配置的環(huán)境設計E、數(shù)據(jù)源評估，數(shù)據(jù)庫方案及建庫方法F、人才培訓G、系統(tǒng)建立計劃和經(jīng)費預算

H、成本及收益分析

(1)總體設計

1-2GIS的開發(fā)過程2、系統(tǒng)的設計

A、模塊設計B、數(shù)據(jù)分級分類及編碼設計C、數(shù)據(jù)庫設計D、輸入、輸出方式及界面設計E、安全性設計F、實施的計劃方案

(2)詳細設計

1-2GIS的開發(fā)過程3、系統(tǒng)的實施

（1）硬、軟件配置及準備（2）人員培訓（3）數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)庫建立（4）模塊程序的編制、調試與運行（5）系統(tǒng)測試（6）系統(tǒng)文檔材料的建立（7）系統(tǒng)驗收1-2GIS的開發(fā)過程4、系統(tǒng)的運行和維護

（1）糾錯（2）完善和適應性維護（3）硬件設備的維護（4）數(shù)據(jù)更新1-2GIS的開發(fā)過程4、系統(tǒng)的運行和維護

定期數(shù)據(jù)備份數(shù)據(jù)備份操作不當，硬件損壞引起的數(shù)據(jù)丟失數(shù)據(jù)恢復海量數(shù)據(jù)庫1-2GIS的開發(fā)過程1-3地理信息系統(tǒng)的評價報告目的

指標評價1、系統(tǒng)評價目的

（1）開發(fā)的GIS系統(tǒng)是否達到了預期目標。（2）系統(tǒng)中各項資源的利用效率如何。（3）根據(jù)分析和評價結果，找出系統(tǒng)存在的問題，并提出改進的方法。

1-3地理信息系統(tǒng)的評價1、系統(tǒng)評價目的A、系統(tǒng)本身的目標及技術問題B、系統(tǒng)管理、使用和維護方面的問題C、體制和政策方面的問題

可能存在的問題

1-3地理信息系統(tǒng)的評價2、系統(tǒng)評價指標

評價指標一般系統(tǒng)的性能指標專業(yè)性能指標經(jīng)濟效益指標1-3地理信息系統(tǒng)的評價2、系統(tǒng)評價指標

（1）一般系統(tǒng)性能指標

A、GIS穩(wěn)定性和平均無故障時間B、GIS聯(lián)機響應時間、處理速度和吞吐量C、GIS的利用率D、系統(tǒng)的操作靈活性、方便性、容錯性E、安全性和保密性F、加工數(shù)據(jù)的準確性G、系統(tǒng)的可擴充性H、系統(tǒng)的可維護性1-3地理信息系統(tǒng)的評價2、系統(tǒng)評價指標

（2）專業(yè)性能指標

A、數(shù)據(jù)的包容性B、空間分析的準確性及區(qū)域性

C、可視化功能和性能

1-3地理信息系統(tǒng)的評價2、

專業(yè)性能指標

A、數(shù)據(jù)包容性1、數(shù)據(jù)的規(guī)范化和標準化

2、對眾多主流GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的兼容性

3、空間數(shù)學基礎的標準性及地圖投影變換能力的強弱4、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的容量與性能

5、系統(tǒng)多分辨率數(shù)據(jù)的兼容性6、矢、柵集成能力

7、無縫數(shù)據(jù)地理能力8、二維、三維數(shù)據(jù)集成能力9、掃描數(shù)字化和掃描矢量化能力10、數(shù)據(jù)更新能力及交互處理性能1-3地理信息系統(tǒng)的評價2、專業(yè)性能指標

B、空間分析的特性

1、區(qū)域的量度準確性及區(qū)域范圍2、三維分析的準確性及區(qū)域范圍3、疊置分析的顆粒度及區(qū)域范圍4、緩沖區(qū)及類似分析的準確度及區(qū)域5、大區(qū)域乃至全球準確量度分析能力6、網(wǎng)絡分析的功能，精度及范圍7、其他專業(yè)空間分析功能和能力

1-3地理信息系統(tǒng)的評價2、專業(yè)性能指標

C、可視化功能性能

1、符號美觀、色彩鮮艷，制作方便、動態(tài)性2、圖形、圖像及多媒體信息的顯示功能及交互性能3、二維、三維信息的結合顯示及性能4、虛擬實景能力5、地圖的在線編繪能力交互編繪的能力6、圖面配置的藝術性、智能性7、輸出EPS格式的功能與性能1-3地理信息系統(tǒng)的評價2、系統(tǒng)評價指標

（3）經(jīng)濟效益指標

A、成本費用

B、直接經(jīng)濟效益

C、間接經(jīng)濟效益

1-3地理信息系統(tǒng)的評價1-4地理信息系統(tǒng)標準化

1地理信息系統(tǒng)標準化的意義和作用促進空間數(shù)據(jù)的使用和交換數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)庫設計數(shù)據(jù)檔案數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)的可視化數(shù)據(jù)產(chǎn)品的評測促進地理信息共享指地理信息的社會化應用，就是地理信息開發(fā)部門、用戶和經(jīng)銷部門之間以一種規(guī)范化、穩(wěn)定、合理的關系共同使用地理信息及相關服務機制。地理信息共享有三個基本要求：要正確的向用戶提供信息；用戶無歧義、無錯誤地接收并正確使用信息；要保障數(shù)據(jù)供需雙方的權力不受侵害。數(shù)據(jù)共享技術涉及：面向地理系統(tǒng)過程語義的數(shù)據(jù)共享概念模型的建立；地理數(shù)據(jù)的技術標準；數(shù)據(jù)安全技術；數(shù)據(jù)的互操作性。1-4地理信息系統(tǒng)標準化

2地理信息系統(tǒng)標準化的內容地理信息內容和層次地理知識、地理信息、地理數(shù)據(jù)地理信息的構成和信息結構地理信息的分類與編碼地理信息的記錄格式與轉換不同空間數(shù)據(jù)模型下空間目標的記錄完整性及轉換完整性各種參考信息的記錄及轉換格式數(shù)據(jù)顯示信息，包括標準的符號系統(tǒng)、顏色系統(tǒng)顯示屬性數(shù)據(jù)的標準定義及值域的記錄及轉換地理實體的定義及轉換元數(shù)據(jù)(Metadata)的記錄格式及轉換地理信息規(guī)范及標準的制定制定地理信息技術標準的主要對象制定地理信息技術標準的一般要求編制標準體系表GIS主要應用領域

資源管理

區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃

災害監(jiān)測和預防環(huán)境評估作戰(zhàn)指揮交通運輸

宏觀決策商業(yè)金融、通訊郵電、日常生活等各領域第二節(jié)地理信息系統(tǒng)的應用從應用水平上，也從簡單的機助制圖，提供簡單數(shù)據(jù)表格，發(fā)展到分析和解決問題辦法，解決問題范圍也由過去的幾個圖幅上升到幾十、幾百甚至幾千幅圖的范圍。資源管理

資源清查是GIS的最基本的職能包括:1）土地資源的清查、管理；

2）森林資源的清查、管理；

3）礦產(chǎn)資源的清查、管理；

4）土地利用規(guī)劃；

5）野生動物的保護

……

第二節(jié)地理信息系統(tǒng)的應用第二節(jié)地理信息系統(tǒng)的應用系統(tǒng)工作流程

農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃GIS在區(qū)域和城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應用包括：

1）城鎮(zhèn)總體規(guī)劃；

2）公共設施配置；

3）道路交通規(guī)劃；

4）城市環(huán)境動態(tài)監(jiān)測；

5）城市環(huán)境選質量評價；

6）城市建設用地適宜性評價；……

第二節(jié)地理信息系統(tǒng)的應用城市規(guī)劃、建設管理在城市管理中，可以應用GIS的方面非常多，如土地、道路、管網(wǎng)、環(huán)境、人口等諸多要素都可以通過地理信息系統(tǒng)進行管理，并且形成了應用于專門領域的GIS工具。土地信息系統(tǒng)（LIS-LandInformationSystem）：管理地塊的位置、面積、權屬以及地籍的動態(tài)變化AM/FM（自動制圖/設施管理，AutomaticMapping/FacilityManagement），主要對電力、通訊等設施的管理和分析、制圖。

GIS在密爾沃基（Milwaukee）市建設日常管理方面的應用

1）地圖更新密爾沃基市常用地圖分為三種：地籍房產(chǎn)圖（當?shù)胤Q為PlotMap），由政府稅務部門負責編制。測繪圖（當?shù)胤Q為Quarter-SectionMap）。由政府市政工程部門負責編制，圖面上標有主要的地塊邊界（不作為法律依據(jù)），但沒有普通的建筑物。土地使用圖（當?shù)胤Q為LandUseMap）。2）土地區(qū)劃管理密爾沃基市的土地區(qū)劃圖分為用途圖、范圍圖和高度圖，用途圖用于限制和規(guī)定相沖突的土地利用，如不準貼近主要交通干道修建大型商業(yè)設施等；范圍圖對建筑之間的距離以及建筑后退道路等作出了規(guī)定；高度圖則規(guī)定了建筑本身的高度、相鄰建筑在高度上的相互關系的限制。3）建筑審批處的內部工作管理在建立GIS后，修建項目申請卡片被記錄到屬性數(shù)據(jù)庫中，其中的建筑物地址屬性與地塊空間數(shù)據(jù)相關聯(lián)，可以很方便地將一定時期內所有的修建申請的位置分布顯示在地圖上，可以方便的根據(jù)申請量的多少、到市中心的距離、前往勘察的邊界程度，劃分每個工作人員的負責范圍，提高了工作效率，改善了建筑審批處的內部管理。災害監(jiān)測GIS方法和多時相的遙感數(shù)據(jù)，用于:森林火災的預測預報;洪水災情監(jiān)測和淹沒損失估算;確定泄洪區(qū)內人員撤退、財產(chǎn)轉移和救災物資供應的最佳路線;為救災搶險和防洪決策提供及時準確的信息。第二節(jié)地理信息系統(tǒng)的應用大氣污染監(jiān)測管理

基于GIS建立大氣污染擴散模型，可以1）模擬污染物的空間分布，評價不同區(qū)域的環(huán)境質量2）將污染物空間分布與人口密度空間進行復合分析，確定受污染影響的人口數(shù)目3）預測在給定氣象條件下污染物的空間分布；4）確定不同點源對整個研究區(qū)污染總量的貢獻，為污染整治，如降低排放量、甚至關閉某些污染源，提供決策依據(jù)6）如果要增加污染點源，可以比較不同的方案（如煙囪的位置，高度等），選擇最優(yōu)方案地震損失評估過程

地震災害和損失估計

基于GIS的地震損失評估過程基于GIS的地震損失評估過程

汶川縣水磨鎮(zhèn)震后和重建后映秀鎮(zhèn)震前、震后和重建后對比圖環(huán)境評估

第二節(jié)地理信息系統(tǒng)的應用賓西法尼亞州1981-1988年愛滋病的擴散情況，圖上灰色的區(qū)域成幾何級數(shù)增長生動地表現(xiàn)了愛滋病的擴散一、GIS與流行病研究

流行病數(shù)據(jù)的可視化空間數(shù)據(jù)分析流行病模型醫(yī)療衛(wèi)生

二、GIS與醫(yī)療設施分布

1、醫(yī)療設施規(guī)劃病人到全科醫(yī)師的主要流動方向反應了每個全科醫(yī)師的“吸引范圍”（westSussex）

在英國westSussex的研究中，通過確定病人到醫(yī)生的流量，從而對該地區(qū)醫(yī)療設施規(guī)劃的合理性做出判斷

醫(yī)療衛(wèi)生

2、可達性，可用性及結果

GIS在理解醫(yī)療結果與醫(yī)療設施可達性的關系方面很有幫助。

對于一些疾病，如交通事故，迅速送往醫(yī)院對于病人的搶救至關重要，需要醫(yī)院具有良好的可達性，對于可達性與醫(yī)療關系的探討，有助于規(guī)劃醫(yī)療設施。

醫(yī)療衛(wèi)生

二、GIS與醫(yī)療設施分布

三、聯(lián)系流行病學與醫(yī)療實施規(guī)劃—空間決策支持系統(tǒng)在醫(yī)學地理學中，地理流行病學和醫(yī)療設施規(guī)劃是兩個最主要的領域。建立兩者間的橋梁，需要包括空間決策支持系統(tǒng)，如果分析顯示在特殊的局部區(qū)域存在健康問題，此時，空間決策支持系統(tǒng)將提供工具及策略來處理這一問題。注意：1）地圖的比例尺，小比例尺的地圖會掩蓋許多細部的重要問題，如小區(qū)域間發(fā)病率的變化。大比例尺地圖則可使有關當局集中力量于最需要他們的區(qū)域。2）疾病的傳播是無國界的，隨著人類活動的擴展，疾病也隨之傳播，通過對人口流制圖，可以研究疾病的傳播規(guī)律。醫(yī)療衛(wèi)生

作戰(zhàn)指揮第二節(jié)地理信息系統(tǒng)的應用軍事

軍事地理信息系統(tǒng)MGIS是指在計算機軟硬件的支持下，對軍事地形、資源與環(huán)境等空間信息進行采集、存儲、檢索、分析、顯示和輸出的技術系統(tǒng)。它在軍事地理信息保障和指揮決策中起著重要的作用。美國國防制圖局（DefenseMappingAgency）是美國軍事GIS的管理部門，1989年以來投入大量的人力和物力來開發(fā)MGIS系統(tǒng)。1）數(shù)字航海圖數(shù)字化海圖（DigitalNavigationChart，DNC）和GPS結合用于海軍的導航，來取代以前使用的4500張紙質海圖。這些數(shù)字地圖可以支持廣泛的空間分析和地理查詢。2）數(shù)字地圖

VMAP（VectorsmartMAP）數(shù)據(jù)分兩個層次，

分別對應于1：25萬和1：5萬比例尺的地形圖。3）水文資源評估系統(tǒng)用于水文和測深數(shù)據(jù)的收集。交通運輸?shù)诙?jié)地理信息系統(tǒng)的應用宏觀決策GIS利用地理數(shù)據(jù)庫，通過一系列決策模型的構建和比較分析，可為國家宏觀決策提供依據(jù)。第二節(jié)地理信息系統(tǒng)的應用一、在民用航空、航天及軍事中的應用1、在民用航空中的應用按航路類型或飛行階段劃分,則涉及到:

洋區(qū)空域航路;內陸空域航路;

終端區(qū)導引;

進場/著陸;

機場場面監(jiān)視和管理;

特殊區(qū)域導航,如農(nóng)業(yè)、林業(yè)等。第三節(jié)全球衛(wèi)星導航的應用2、在航天中應用應用的特點主要有：應用范圍廣（應用的時段、多功能）；全球覆蓋，觀測時間長，測量精度高；可以提供時間基準，給空間飛行器提供了自主、分布式空間測控體系。在空間飛行器上的應用：在空間飛行器定位/定姿的應用在多航天器相對導航和姿態(tài)確定中的應用多航天器系統(tǒng)的特點在多航天器系統(tǒng)中應用的模式多航天器系統(tǒng)中GPS應用的結構3、在軍事中的作用用于各種精密打擊武器的制導。構成C3I{指揮(Command)、控制(Control)、通信(Communication)、情報(Intelligence)}系統(tǒng)的重要組成部分。用于各種需要