GIS在城市火灾应急中的应用 毕业论文.doc

本科毕业设计(论文)题目：_gis在城市火灾应急中的应用 系 ( 院 )： 测绘地理信息学院 专业(方向)： 地理信息系统 班 级： 学 生： 指导教师： 2012年6月1日 摘 要为提高城市火灾应急工作的针对性、有效性、及时性,有必要建立一个城市火灾应急模型设计。本文针对城市火灾应急决策过程中需要涉及到的各种因素，运用地理信息系统基本理论及其相关软件，调研城市火灾应急的应用现状、发展趋势和应用需求，建立了一个城市火灾应急设计方案模型，详细介绍模型的应用功能，文章设计主要运用gis空间分析能力较强的arcgis软件，论文的主要研究工作与成果有： 1.对火灾及其相关概念进行了论述；阐述了地理信息系统的应用现状、发展趋势。2介绍设计软件arcgis软件的空间分析技术特点，重点介绍arcgis空间分析技术在网络分析、缓冲区分析、叠置分析、统计分析的应用，详细探讨了arcgis空间分析的设计思想和实现方法。3. 针对当前地理信息系统在城市火灾应急应用中的现状和发展趋势，结合gis平台的特点和需求，利用arcgis软件相关模块,建立一个设计方案将地理信息系统应用到城市火灾应急中，为城市火灾应急，消防决策提供参考。关键词：地理信息系统；城市火灾应急；arcgis；空间分析 gis in the city fire emergency application abstract：in order to improve the city fire emergency the aim, effectiveness, timeliness, it is necessary to build a city fire emergency model design. this article in view of the city fire emergency decision-making process to all the factors involved with geographical information system the basic theory and related software, research city fire emergency situation of the application of, development trends and application needs, set up a city fire emergency design model, introduced the application of the model function, this article designs mainly uses the gis spatial analysis ability strong arcgis software, this paper main research work and achievement have:1. to fire and related concepts are discussed; expounds the present situation of the application of the geographic information system, development trend.2. introduce design software of arcgis softwares space analysis technical features, the paper focuses on arcgis spatial analysis technology in network analysis, buffer analysis, fold for analysis, the application of statistical analysis, detailed analysis discussed the design thought of arcgis space and realization method.3. according to the geographic information system in urban fire emergency application status and development trend, combining gis platform the characteristics and needs of the use of arcgis software related modules, establish a design scheme will geographic information system applied to city fire emergency, for city fire emergency, fire control decision-making reference.key words: geographic information systems； city fire emergency； arcgis； spatial analysis 目 次摘 要iabstractii1 绪论11.1 论文研究的背景和意义11.1.1 城市火灾概论11.1.2城市火灾应急的意义21.2 国内外研究情况31.2.1国外研究情况31.2.2国内研究情况41.3 本次毕业设计的主要内容41.4 论文结构52 研究的理论基础与方法62.1 地理信息系统62.2 地理信息系统的功能、应用62.3 地理信息系统的发展趋势72.4 设计平台arcgis92.4.1 arcgis介绍102.4.2 arcgis的应用理论基础122.5 地统计分析142.6 本章小结143 gis在城市火灾应急中的分析实例设计163.1 研究区域概况163.2 实施技术163.3 数据准备173.3.1 gis对城市地图数据的获取173.3.2 数据导入173.3.3 数字矢量化、属性输入183.3.4 数据统计203.4 假设案例分析233.4.1 地点定位查询233.4.2 缓冲区分析243.4.3 路径网络分析263.5 特殊案例应用分析303.6 应急辅助决策333.7 本章小结344 结论及展望354.1 结论354.2 展望与不足35致谢37参考文献38iv 1 绪论1.1 论文研究的背景和意义1.1.1 城市火灾概论火是一种能量的表现方式，它是可燃物资源能量释放，这种释放按其与人类的希望与追求的同异分为能量正流和能量逆流。所谓能量正流是指可燃物资源，在可控设备（燃烧器）的条件下，所获取为人类服务的能量释放方向。如火力发电的燃煤燃烧等，均是有利的能量释放过程。能量逆流是指在失控条件下，由于人的不安全行为，如可燃物的不安全状态下构成的可燃物资源的能量释放。这种逆流使火演变成危及人类生命财产安全的火灾。火灾事故一般特点：1.突发性：火灾事故往往是在人们意想不到的时候，突然发生，虽然有事故的前兆，但一方面由于目前对火灾事故的监测、报警等手段的可靠性、实用性和广泛应用尚不理想，另一方面则是因为至今还有相当多的人员对火灾事故的规律及其征兆了解和掌握得不够。2.严重性：火灾易造成重大伤亡事故和经济损失，有时火灾易爆发同时发生，损失更为惨重。如2000年3月29日，河南焦作市“3.29”特大火灾事故，过火面积800平方米，死亡74人（男63人，女11人），烧伤2人，直接经济损失19.95万元。又如2000年12月25日河南洛阳东都商厦“12.25”特大事故，造成309死亡，7人受伤，直接经济损失275万元。再如1993年8月5日深圳安贸储运公司由于混存化学品发生化学反应，引起特大爆炸和火灾，死亡5人，受伤873人，烧毁建筑3.9万米，直接经济损失达2亿五千多万元。3.复杂性：发生火灾的原因比较复杂。着火源多，可燃物广泛，灾后事故调查和鉴定环境破坏严重等。此外，由于建筑物结构复杂和多种可燃物的混杂也给灭火和调查分析带来诸多困难。4.后效性：往往大的火灾其不良后果，对环境社会造成较大影响：如1997年印尼发生的森林大火，形成了东南亚地区大范围的空气污染，而且由于能见度低而发生多起海难事故；再如克拉玛依市友谊宾馆火灾，致使该市在相当一段时间社会气氛低沉，人们的精神受到极大的摧残。火灾是无情的，但还是可预防的，成灾后也是可以控制和扑灭的。火灾科学是自1985年以来国际上兴起的一门新兴交叉学科，火灾的孕育、发生和蔓延过程包含流体流动、相变、传热传质和化学反应，是涉及物质、动量、能量和化学组分在复杂多变的环境条件下相互作用的三维、多相、多尺度、非定常、非线性、非平衡态的动力学过程，灾害的规律涵盖确定性和随机性，火灾防治的基础研究涉及致灾因素与人、材料、环境、人为干预因素的相互影响。火灾科学是一个科学问题集中、创新余地巨大，与经济建设社会发展及科技进步密切相关的有长久生命力的研究方向。按火灾发生地点分：有建筑火灾、露天生产装置火灾、可燃物料堆场火灾、森林火灾、交通工具火灾等。发生次最多、损失最严重者，当属建筑火灾。其发生次数占总火灾的75%左右，直接经济损失占火灾的85%左右。建筑火灾是指各类建筑中，由于人的不安全行为和地物的不安全状态相互作用而引起，并危及人们生命和财产的失控燃烧。建筑火灾产生条件及发展过程：（1）产生条件：燃烧发生必须具备三个必要条件即有可燃物、助燃物、着火源。同时还需具备以下充分条件，可燃物要有一定的浓度；助燃物要有一定的量；着火源必须有一定的温度和足够的热量；同时使它们相互作用才能发生燃烧。燃烧一旦失控将酿成火灾。（2）火灾的发展过程：除地震起火是多处同时起火外，一般建筑内火灾均经历初始、成长，、极盛和哀减(熄灭)四个阶段。这四个阶段的持续时间长短，是由造成燃烧的多种因素和条件不同所决定的，完全相同的特性曲线是不存在的。1.1.2城市火灾应急的意义火灾每年可夺走成千上万人的生命和健康，造成数以亿计的经济损失。据统计全世界每年火灾经济损失可达整个社会生产总值的0.2%，我国的火灾次数和损失虽比发达国家要少，但损失也相当严重。进入90年代损失更为严重，前5年平均每年已达8.2亿元。由此可见，火灾造成的损失是非常惊人的。我国目前正处在经济快速增长、生产经营活动空前活跃、生活方式复杂多变的社会高速发展时期，但是经济和社会的总体发展水平并不平衡，生产方式和技术水平仍然比较落后，相当范围内的生产、生活活动的安全规范化程度不高。与发达国家相比，我国的工业化和城市化发展水平以及灾害起数与损失都还较低，随着我国经济的快速发展，火灾还有一个潜在的上升空间。经验表明， 人均gdp在1000美元至3000美元之间通常是一个国家的社会结构变动剧烈，各种矛盾突出的时期，从2003年开始，我国人均gdp己经超过1000美元，正处于一个特殊的历史时期和群死群伤的高发期。而且人员聚集场所、易燃易爆场所和超大规模与复杂建筑的增多，大量新技术，新材料、新工艺和新能源的采用，增加了致灾因素和火灾风险。另外，人们的防灾意识不强，灾害预防与救援的基本常识不多，只片面追求利益最大化，忽视安全，各种灾害隐患处处可见，整治难度很大。城市消防工作方针：“预防为主，消防结合”。“预防为主”就是要把预防火为发生放在首位，作为主要任务和工作重点，做到防患于未然；“消防结合”就是在做好防火工作的同时，充分做好灭火准备，保证及时有效地扑灭火灾。消防工作主要任务是：积极预防火灾发生，并为一旦发生火灾时的及时扑救创造条件，以减少火灾的危害和损失。所以城市火灾的应急工作必不可少。1.2 国内外研究情况1.2.1国外研究情况地理信息系统在国外起源于20世纪60年代，它作为有关空间数据管理、空间信息分析及其传播的计算机系统，在其40多年的发展历程中已经取得了很大的成就，并广泛地应用于土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、城市规划、经济建设以及政府各职能部门。20世纪70年代美国率先利用gis发展林木火灾应变系统ics，用于确立目标及优先顺序，负责制定可实现目标的行动计划，收集火场信息进行评估等。美计划将该系统推广到东南亚国家，并且不会受到单一机构管辖范围的限制，应用于各种类型的火灾。2001年7月，英政府在内阁办公室设立了国民紧急事土安全法法案，批准成立国土安全部，正式启动50多年来最大规模的政府改组计划，将fema整建制并入其中，转为该部的“突发事件准备局（epr）”在重大事故应急决策、管理及处置技术研究方面，充分运用先进的信息管理手段和gis技术，确保及时发现事故隐患、控制事故扩展和蔓延并得到及时救援，从而使财产和人员伤亡减少到最低程度。国外先进的火灾应急救援设备简介：（1）火场机器人把带有视频头的机器人送到着火地区，特别是可能有毒气等条件恶劣的地方代替消防人员搜索被困者。美国一个叫“安娜肯达”的搜索机器人，像一条大蛇，它有三米长，共有22个节，顶部的摄像头能转动33个角度，全方位观察特定区域内情景。（2）未来型灭火机器人德国人把它的外形设计得很像是甲壳虫，配备全球定位系统导航，并携带一到数个水箱，在遥控中心的指挥下，“自行”前往火区灭火，使消防人员远离危险。（3）超大型超高压灭火喷枪基德消防公司是美国联合技术公司旗下的分公司，他们的超大口径高压泵，能够在极短时间内，喷射非常量大力足的灭火水流，或是将灭火泡沫喷至约140米的高空。（4）遥控搜救飞机这种小飞机上的摄像系统，能够透过浓烟和黑夜及高温烈焰，拍摄到现场情况并将信息传到消防指挥中心。1.2.2国内研究情况我国gis在应急救援中的应用起步于20世纪90年代初，我国火灾科学国家重点实验室将火灾科学的理论与现代高新技术相结合，依据传感技术获得的火灾信息，通过研究火灾发生、发展及防治机理和规律，建立起我国“火灾科学”的学科体系，火灾防治的新思想、理论、方法和系统，同时培养和造就一批从事火灾科学研究的高水平人才，与我国火灾防治部门携手，使我国的火灾防治工作达到有效性、合理性和经济性的统一，抑制火灾。而且拥有世界最先进的gis系统平台arcgis和国内最优秀的gis开发平台supermap等多套地理信息系统软件，可建立城市火灾的预测预报系统。同时还可以利用gis强大的空间数据处理功能，进行城市防火管理规划。昆明理工大学国土资源工程学院肖潇、朱大明、夏蓉等几位教授在基于三维gis 的校园火灾应急救援决策支持系统研究中，针对目前校园火灾、火灾隐患及其火灾应急预案制定的现状，提出基于三维gis 的校园火灾应急救援决策支持系统，对校园火灾现场及周边环境进行三维场景虚拟仿真，对火灾进行准确评估，并提供逃生最佳路径以及救援方案. 首先介绍了基于三维gis 校园火灾应急系统的设计思路、结构功能以及技术特点；其次，以昆明理工大学校园为例叙述应急系统在实际中的应用；最后，提出了校园应急救援系统在未来发展中的重要作用。另外，经过十几年的艰辛努力，火灾科学国家重点实验室已经成长为国际著名的火灾实验室，在国际学术舞台上为祖国争得了一席之地。火灾科学国家重点实验室建筑火灾研究室针对室内火灾相关的应用基础研究和技术开发，主要研究方向包括：建筑火灾安全评估方法的研究、大空间建筑火灾规律与防治技术的研究、特殊火灾现象的机理研究、火灾蔓延的随机性分析、可燃材料火灾危险性评估、火灾烟气成分及毒性的研究、火与结构的相互作用以及火灾早期特性研究等。完成了中国人民武警学院委托课题：宾馆式高层建筑火灾过程模拟软件，参考火灾模拟计算的结果，编制了建筑的火灾过程模拟软件。并可承担有关研究单位的建筑火灾试验项目；为企事业单位进行火灾安全状况咨询，提供专项分析报告；与建筑防火和消防等部门配合，对火灾事故进行调查分析。1.3 本次毕业设计的主要内容空间分析是gis的主要特征，有无空间分析功能是gis与其他系统相区别的标志。空间分析是从空间物体的空间位置、联系等方面去研究空间事物，以对空间事物做出定量的描述。本设计是研究gis在城市火灾应急中的应用（以桂林市市区为例），所以设计需要做的工作有：（1）构建城市市区交通网络图层，对桂林市市区交通路线进行矢量化；（2）构建城市建筑分布图层，对城区建筑赋属性；(3) 对主要建筑进行人口、财物统计；（4）构建城市消防队分布图层，标明市区各消防队的位置；（5）对建筑物进行缓冲区分析，假定一栋建筑发生火灾，分析其周边建筑的安全区域；（6）对建筑物缓冲区进行叠置分析，为城市添加消防设备做决策参考；（7）对交通线路进行网络分析，明确疏散人群的逃生路线和消防人员的救援路线不冲突并都是最短路径，提高救援效率，减少损失。1.4 论文结构本论文的主要内容分为四章，具体内容如下：（1）第一章 概述火灾的概念以及阐述城市火灾应急的必要性，简单介绍了国内外的研究现状。（2）第二章 论述本次设计研究的理论基础，有地理信息系统的概念、功能应用和发展趋势，以及介绍了本次设计应用的gis软件arcgis。（3）第三章 阐述一个简单的基于gis的城市火灾应急的应用实例分析。（4）第四章 结论与展望。2 研究的理论基础与方法2.1 地理信息系统地理信息系统（geographical information system，geo-information system，简称gis），是在计算机软硬件支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理和管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。2.2 地理信息系统的功能、应用地理信息系统的核心问题可归纳为五个方面的内容：位置、条件、变化趋势、模式和模型，依据这些问题，可以把gis功能分为以下几个方面： 1. 数据采集与输入 数据采集与输入，即将系统外部原始数据传输到gis系统内部之过程，并将这些数据从外部格式转换到系统便于处理的内部格式的过程。多种形式和来源的信息存在着综合和一致化的过程。数据采集与输入要保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性、数值逻辑一致性与正确性等。一般而论，地理信息系统数据库的建设占整个系统建设投资的70%或更多，并且这种比例在近期内不会有明显的改变。因而使得信息共享与自动化数据输入成为地理信息系统研究的重要内容，自动化扫描输入与遥感数据集成最为人们所关注。扫描技术的应用与改进，实现扫描数据的自动化编辑与处理仍是地理信息系统数据获取研究的主要技术关键。2. 数据编辑与更新 数据编辑主要包括图形编辑和属性编辑。属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成；图形编辑主要包括拓扑关系建立、图形编辑、图形整饰、图幅拼接、投影变换以及误差校正等。数据更新则要求以新纪录数据来替代数据库中相对应的数据项或纪录。由于空间实体都处于发展进程中，获取的数据只反映某一瞬时或一定时间范围内的特征。随着时间推移，数据会随之改变。数据更新可以满足动态分析之需。3. 数据存储与管理 数据存储与管理是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织。栅格模型、矢量模型或栅格/矢量混合模型是常用的空间数据组织方法。空间数据结构的选择在一定程度上决定了系统所能执行的数据与分析的功能；在地理数据组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。目前大多数系统都是将二者分开存储，通过公共项（一般定义为地物标识码）来连接。这种组织方式的缺点是数据的定义与数据操作相分离，无法有效记录地物在时间域上的变化属性。4. 空间数据分析与处理 空间查询是地理信息系统以及许多其它自动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析功能；而空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统与其它计算机系统的根本区别，模型分析是在地理信息系统支持下，分析和解决现实世界中与空间相关的问题，它是地理信息系统应用深化的重要标志。5. 数据与图形的交互显示 地理信息系统为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件，可以通过人机交互方式来选择显示对象的形式，尤其要强调的是地理信息系统的地图输出功能。gis不仅可以输出全要素地图，也可根据用户需要，输出各种专题图、统计图等。地理信息系统应用： 地理信息系统的大容量、高效率及其结合的相关学科的推动使其具有运筹帷幄的优势，成为国家宏观决策和区域多目标开发的重要技术支撑，也成为与空间信息有关各行各业的基本工具，其强大的空间分析能力及其发展潜力使得gis在以下方面已得到广泛、深入的应用：测绘与地图制图、资源管理、城乡规划、灾害预测、土地调查与环境管理、国防、宏观决策等方面表现出强大的生命力。地理信息系统以数字世界表示自然界，具有完备的空间特性，可以存储和处理不同地理发展时期的大量地理数据，并具有极强的空间信息综合分析能力，是地理分析的有力工具。因此，地理信息系统不仅要完成管理大量复杂的地理数据之任务，更为重要的是要完成地理分析、评价、预测和辅助决策的任务，必须发展广泛的适用于地理信息系统的地理分析模型，这是地理信息系统真正走向实用的关键。2.3 地理信息系统的发展趋势地理信息系统的发展已历经30余年，用户的需要、技术之进步、应用方法的提高以及有关组织机构的建立等因素，深深影响着地理信息系统的发展历程。进入新世纪，gis应用向更深的层次发展，展现新的发展趋势。1. 网络gis（web-gis） 网络地理信息系统（web-gis）指基于internet平台、客户端应用软件采用网络协议、运行在internet上的地理信息系统。一般由多主机、多数据库和多个客户端以分布式模式连接在internet上而组成，一般有以下四个部分：web-gis浏览器（browser）、web-gis服务器、web-gis编辑器（editor）、web-gis信息代理（information agent）。web-gis开拓了地理信息资源利用的新领域，为gis信息的高度社会化共享提供了可能，是传统gis发展的新机遇。2. 组件式gis（com-gis） 组件式gis是gis技术与组件技术结合的产物。其基本思想是：把gis的各种功能模块进行分类，划分为不同类型的控件，每个控件完成各自相应功能；各个控件之间，以及gis控件与其它非gis控件之间，通过可视化的软件开发工具集成起来，形成满足用户特定功能需求的gis应用系统。长期以来，由于gis开发周期长、难度大在一定程度上制约了gis发展，组件式gis的出现为新一代gis应用提供新的工具，具有集成灵活、成本低、开发便捷、使用方便、易于推广、可视化界面等特点，一般有基础组件、高级通用组件、行业性组件三级结构。3. 虚拟现实gis（vr gis） 虚拟现实gis（virtual reality gis，简称vr gis）在20世纪90年代开始出现，是一种专门用于研究地球科学，或以地球系统为对象的虚拟现实技术，是虚拟现实与地理信息系统相结合的产物。近年来，vr gis甚至融入到web-gis和com-gis之中。理想的vr gis应包含下列特征： （1） 对现实的地理区域非常真实的表达； （2） 用户在所选择的地理带（地理范围）内外自由移动； （3） 三维（立体）数据库的标准gis功能（查询、选择、空间分析等）； （4） 可视化功能必须是用户接口的自然整体部分。vr gis的特点表现在以下几个方面：区域表达的真实性、空间、时间维的漫游、查询、用户和系统之间的交互作用；海量丰富的信息等。4. 时态gis（tgis）时态gis是相对于静态gis而言的。现实中地理环境、事物和现象是不断发展变化的，但静态gis仅对其进行“快照”式表达，只关心某一瞬间的地理现象，对其前后的数据不保留，也没有比较分析。而时态gis将时间概念引入到gis中，跟踪和分析空间数据随时间的变化，不仅描述系统在某时刻的状态，而且描述系统沿时间变化之过程，预测未来时刻将会呈现的状态，以获得系统变化的趋势。5. 互操作gis 目前gis系统大多基于具体的、相互独立的和封闭的平台开发，采用各自不同的空间数据格式，数据组织方式有很大差异，这使得不同gis软件间交换数据很困难。为解决地理数据的共享和继承、地理操作的分布与共享等需求，互操作gis被提上议事日程，这是一个新的gis集成平台，实现了在异构环境下多个地理信息系统或其应用系统之间的互相通信和协作。6. 3s集成虽然gis在其理论和应用技术上有很大发展，但靠传统gis的使用却不能满足目前社会对信息快速、准确更新之要求。与gis独立、平行发展的全球定位系统（gps）和遥感（rs）则为gis适应社会发展的需求提供了可能性。目前，国际上3s的研究和应用开始向集成化方向发展。这种集成应用中，gps主要用于实时、快速地提供目标的空间位置；rs用于实时提供目标及其环境的信息、发现地球表面的各种变化，及时对gis数据进行更新；gis则是对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理和动态存取，作为新的集成系统的基础平台，并为智能化数据采集提供地学知识。2.4 设计平台arcgis常见的gis系统中，esri的arcgis以其强大的分析能力占据了大量市场，成为主流的gis系统。随着arcgis9的推出，运用arcgis9进行地理信息系统空间分析将成为一种主导趋势。本次设计也将利用arcgis来实现，下面引用一个表来说明选择arcgis软件的原因：表2.1 国内外gis软件空间分析比较（据靳军等）名称功能arcgismgemapinfomapgisgeostarsupermap空间查询与量算空间查询空间量算缓冲区分析点缓冲线/弧面/多边形加权叠置分析点与多边形线与多边形多边形与多边形网络分析最短路径网络属性值累积路由分配空间邻接搜索最近相邻搜索地址匹配其它分析拓扑分析临近分析复合分析空间统计统计图表分析分类分析主成分分析层次分析系统聚类分析判别分析备注表示更强；表示强；表示较强；表示弱；表示较弱2.4.1 arcgis介绍自1978年以来，美国环境系统研究所（environment system research institute，esri）相继推出了多个版本系列的gis软件，其产品不断更新扩展，构成适用各种用户和机型的系列产品。arcgis是esri在全面整合了gis与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其它多方面的计算机主流技术之后，成功地推出了代表gis最高技术水平的全系列gis产品。arcgis是一个全面的，可伸缩的gis平台，为用户构建一个完善的gis系统提供完整的解决方案。目前arcgis软件已经发展到arcgis10.0，本次设计采用的是大家都比较熟悉的arcgis9.3，arcgis9.3是esri开发的新一代gis软件，是世界上应用广泛的gis软件之一。它由esri在2004年推出，是一个统一的地理信息系统平台，由数据服务器arcsde及4个基础框架组成：桌面软件desktop、服务器gis、嵌入式gis和移动gis。图2.1 arcgis9体系结构图（1） desktop gis desktop gis包含诸如arcmap，arccatalog，arctoobox以及arcglobe等在内的用户界面组件，其功能可分为三个级别：arcview，arceditor和arcinfo，而arcreader则是一个免费地图浏览器组件。其中，arcview、arcedior、arcinfo是三级不同的桌面软件系统，共用通用的结构、通用的编码基数、通用的扩展模块和统一的开发环境，功能由简单到复杂。其相互关系如下图2.2，本次设计主要应用的就是这部分的功能，下面简单介绍其另外几部分结构。图2.2 arcview、arcedior、arcinfo（2） server gis arcgis9所包含的三种服务端产品： arcsde、arcims和arcgis server。arcsde是管理地理信息的高级空间数据服务器。arcims 则是一个可伸缩的，通过开放的internet协议进行gis地图，数据和元数据发布的地图服务器。arcgis server是应用服务器，用于构建集中式的企业gis应用，基于soap的web services和web应用，包含在企业和web框架上建设服务端gis应用的共享gis软件对象库。（3）embedded gis 在嵌入式gis支持方面，arcgis9提供了arcgis engine，是应用于arcgis desktop应用框架之外的嵌入式arcgis组件。使用arcgis engine，开发者在c+，com，.net和java环境中使用简单的接口获取任意gis功能的组合来构建专门的gis应用解决方案。（4）mobile gis 在移动gis方面，arcgis9提供了实现简单gis操作的arcpad和实现高级gis复杂操作的mobile arcgis desktop system。arcpad是arcgis实现简单的移动gis和野外计算之解决方案；arcgis desktop和arcgis engine集中组建的mobile arcgis desktop systems一般在高端平板电脑上执行，以执行gis分析和决策分析的野外工作任务。（5） geodatabase geodatabase是geographic database的简写，是一种在专题图层和空间表达中组织gis数据的核心地理信息模型，是一套获取和管理gis数据的全面的应用逻辑和工具。不管是客户端的应用（如arcgis desktop），服务器配置（如arcgis server），还是嵌入式的定制开发（arcgis engine）都可以运用geodatabase的应用逻辑。geodatabase还是一个基于gis和dbms标准的物理数据存储库，可以应用于多用户访问、个人dbms以及xml等情形。geodatabase被设计成一个开放的、简单几何图形的存储模型。geodatabase对众多的存储机制开放，包括诸如dbms存储、文件型存储或者xml方法存储之类，并不局限于某个dbms的供应商。2.4.2 arcgis的应用理论基础矢量数据的空间分析是gis空间分析的主要内容之一。由于其一定的复杂性和多样性特点，一般不存在模式化的分析处理方法，主要是基于点、线、面三种基本形式。在arcgis中，矢量数据的空间分析主要集中于缓冲区分析、叠置分析和网络分析。1、缓冲区分析缓冲区分析(buffer)是对选中的一组或一类地图要素（点、线或面）按设定的距离条件，围绕其要素而形成一定缓冲区多边形实体，从而实现数据在二维空间得以扩展的信息分析方法。缓冲区应用的实例有如：污染源对其周围的污染量随距离而减小，确定污染的区域；为失火建筑找到距其500米范围内所有的消防水管等。 缓冲区是地理空间，目标的一种影响范围或服务范围在尺度上的表现。它是一种因变量，由所研究的要素的形态而发生改变。从数学的角度来看，缓冲区是给定空间对象或集合后获得的它们的领域，而邻域的大小由邻域的半径或缓冲区建立条件来决定，因此对于一个给定的对象a，它的缓冲区可以定义为：p=x|d(x,a)r（d一般是指欧式距离，也可以是其它的距离，其中r为邻域半径或缓冲区建立的条件）。 缓冲区建立的形态多种多样，这是根据缓冲区建立的条件来确定的，常用的对于点状要素有圆形，也有三角形、矩形和环形等；对于线状要素有双侧对称、双侧不对称或单侧缓冲区；对于面状要素有内侧和外侧缓冲区，虽然这些形体各异，但是可以适合不同的应用要求，建立的原理都是一样的。点状要素，线状要素和面状要素的缓冲区示意图如下图：图2.3 点的缓冲 图2.4 线的缓冲 图2.5 面的缓冲2、叠置分析叠置分析是地理信息系统中常用的用来提取空间隐含信息的方法之一，叠置分析是将有关主题层组成的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，其结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时叠置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生了新的属性关系。其中，被叠加的要素层面必须是基于相同坐标系统的，同一地带，还必须查验叠加层面之间的基准面是否相同。从原理上来说，叠置分析是对新要素的属性按一定的数学模型进行计算分析，其中往往涉及到逻辑交、逻辑并、逻辑差等的运算。根据操作要素的不同，叠置分析可以分成点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边形与多边形叠加；根据操作形式的不同，叠置分析可以分为图层擦除、识别叠加、交集操作、均匀差值、图层合并和修正更新。在arcgis中可以进行叠置分析的数据格式有coverage,shapefile,geodatabase中的数据要素等。本次设计主要用的是shapefile格式数据。3、网络分析空间数据的网络分析是对地理网络，城市基础设施网络（如各种网线，电缆线，电力线，电话线，供水线，排水管道等）进行地理化和模型化，基于它们本身在空间上的拓扑关系、内在联系、跨度等属性和性质来进行空间分析，通过满足必要的条件得到合理的结果。网络分析的理论基础是图论和运筹学，它是从运筹学的角度来研究，统筹，策划一类具有网络拓扑性质的工程如何安排各个要素的运行使其能充分发挥其作用或达到所预想的目标，如资源的最佳分配，最短路径的寻找，地址的查询匹配等，而在此之络流的流向来寻求路线、区域或较好的结果的。例如最短路径可以根据网络流和距离的权重，并利用一定的路径追踪的原理来得到代价最小的路径，故而可以将网络分析划分成两个基础模块：流向分析和追踪分析。中所采用的是基于数学图论理论的方法，即利用统筹学建立模型，再利用其网络本身的空间关系，采用数学的方法来实现这个模型，最终得到结果，从而指导现实和应用，故而对网络分析的研究在空间分析中占有着极其重要的意义。从实际应用的方面来说，网络分析的基本功能是基于几何网络的特征和属性，利用距离、权重和规划条件来进行分析得到结果并且应用在实际中，它主要包括路径分析、地址匹配和资源分配三个方面。从网络分析的原理方面来说，无论对于上述的任何以一种功能或方法，它们都是以给定条件和要求，利用网络流的流向来寻求路线、区域或较好的结果的。2.5 地统计分析地统计（geostatistics）又称地质统计，是在法国著名统计学家g. matheron大量理论研究的基础上逐渐形成的一门新的统计学分支。它是以区域化变量为基础，借助变异函数，研究既具有随机性又具有结构性，或空间相关性和依赖性的自然现象的一门科学。凡是与空间数据的结构性和随机性，或空间相关性和依赖性，或空间格局与变异有关的研究，并对这些数据进行最优无偏内插估计，或模拟这些数据的离散性、波动性时，皆可应用地统计学的理论与方法。地统计分析方法被广泛应用许多领域，已成为空间统计学的一个重要分支。arcgis地统计分析模块在地统计学与gis之间架起了一座桥梁，使得复杂的地统计方法可以在软件中轻易实现，体现了以人为本、可视化发展的趋势。arcgis地统计分析功能模块：arcgis地统计分析模块主要由三个功能模块组成，探索性数据分析（explore data）、地统计分析向导（geostatistical wizard），以及生成数据子集（create subsets）。利用这些基本功能模块，可以方便的完成多种地统计分析，创建完善的专题地图（表面预测）。图2.6 地统计模块菜单2.6 本章小结本章主要介绍了地理信息系统的基本概念及相关理论，我们可以知道地理信息系统是一门覆盖面很广的学科，它应用范围广，发展空间大，随着应用需求和科技的进步，衍生出众多不同功能、应用于各种领域的gis软件。空间分析是gis的主要特征，有无空间分析功能是gis与其他系统相区别的标志，所以空间分析功能的强弱也成为评判gis软件功能强弱的标准，arcgis软件是目前空间分析能力比较强gis软件。所以本章重点介绍了本次设计需要用到的arcgis软件的应用功能，强大的空间分析功能是arcgis的一大特征，另外arcgis还可以进行空间数据的统计分析。计算机网络技术在不断发展，gis也在不断进步，就目前的发展趋势来看，gis具有很强的可扩展性，可以预见，不久的将来，gis将应用到生活中的方方面面。3 gis在城市火灾应急中的分析实例设计3.1 研究区域概况本论文研究的区域为桂林市市区范围，桂林是一个风景文化名城，作为一个旅游城市，各种酒店宾馆众多，娱乐场所购物中心林立，据不完全统计，全市共有旅游星级饭店27家，其中五星级二家，四星级三家，三星级十一家；桂林有八大高校及其分校区和各中小学校超过一百所；有微笑堂商厦、王城商厦、小香港地下商业街等多处购物中心。虽然交通便利，但人口密度相对较大，自改革开放以来，旅游业得到了迅猛的发展。每年接待入境旅客人数达几十万人，国内旅客数百万人以上。3.2 实施技术1）有关方法：在资料收集整理的基础上，利用arcgis软件对需要研究的数据进行地理信息采集、地图数字矢量化、对地图图件编辑、相关属性字段的录入编辑。着手对研究因子进行缓冲区分析，生成分析结果图，分析火情的严重性；对交通线路进行网络分析，研究消防人员救援路径和受灾人员疏散的路径。最终达到应急救援目的。2）技术路线：数据统计数据准备建立数据库导入数据地图数据矢量化点要素矢量化属性赋值线要素矢量化（叠置分析）网络分析点缓冲区分析设计应用网络分析点要素查询图3.1技术路线图3.3 数据准备3.3.1 gis对城市地图数据的获取城市地图的原始数据多种多样，主要有：遥感影象、专业图件、测绘数据、文献档案、现存各数据库数据，将它们转成计算机可以处理与接收的数字形式。数据的获取经常是通过键盘直接输入；图形数据的采集实际上就是图形数字化的过程。时下gis数据获取已变得十分简便和多样，不仅仅可以使用传统的测绘方法来获取，还可以通过便捷的gis数据采集器或无人机航摄来获取数据矿区的相关数据资料。把获取的数据按照统一的规范进行分类，点（城镇行政中心、建筑物）、线(道路、等高线)、面（土地利用分布）、以及相关属性的数据。3.3.2 数据导入数据的种类不同，采用的输入方法也不一样。在输入数据前，要做相应的预处理。包括检测数据的可靠性，统一单位、精度、数据结构，设计编码，等等。上述工作完成后，即可将数据录入数据库中（属性数据库、空间数据库）。gis软件种类也有很多， arcgis作为更加专业更成熟的地理信息系统专业的软件，可以将多种数据类型作为数据层进行加载，如autocad矢量数据dwg，arcgis的矢量数据coverage、geodatabase、tin和栅格数据grid，arcview的矢量数据shapefile,erdas的栅格数据imagefile,usds的栅格数据dem等。其中coverage不能直接编辑，要编辑需要将coverage转换成shapefile，其对文件要素的管理也很方便。本设计是导入底图创建shape数据。数据导入有底图导入和数据库导入。首先，导入数据库，打开arcmap，单击arc catalog,编辑区空白处右击选择new，点击personal geodatabase创建数据库，在数据库内添加点线等需要的数据，并建立网络，完成后将其托入arcmap中.然后，在arc catalog中找到底图文件路径，将底图图片也托入arcmap中，并将底拉到最下层，即完成所有数据的导入。图3.2 数据导入效果3.3.3 数字矢量化、属性输入在数据导入时已经把各不同地物预命名了，在此就可以直接对其矢量化。在工具栏空白处右击选择editor，出现editor工具条，在editor工具条进行相关设置，点击“start editing”,利用编辑工具，即可以以导入的图像作为底图进行数字矢量化了。分别对归类分好的点（不同类型的建筑物）、线(道路)数据要素数字矢量化。矢量化完成后对要素集合中的每个元素赋值，如果没有该字段则需创建相应的字段，在这里在数据库创建时已经添加了所需要的字段，在矢量化完每一个点即可在editor工具条上的attributes选项对其属性输入。图3.3 线要素矢量化结果图3.4 点要素矢量化结果图3.5 属性输入3.3.4 数据统计 为了方