第三节 地理信息系统的应用

我国地理信息系统的发展我国地理信息系统方面的工作自20世纪80年代开始。以1980年中国科学院遥感应用研究所成立全国第一个地理信息系统研究室为标志，在几年的起步发展阶段中，我国地理信息系统在理论探索、硬件配制、软件研制、规范制订、区域试验研究、局部系统建立、初步应用试验和技术队伍培养等方面都取得了进步，积累了经验，为在全国范围内开展地理信息系统的研究和应用奠定了基础。地理信息系统进入发展阶段是从第七个五年计划开始。地理信息系统研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用实验和工程建设工作。许多部门同时展开了地理信息系统研究与开发工作。如全国性地理信息系统(或数据库)实体建设、区域地理信息系统研究和建设、城市地理信息系统、地理信息系统基础软件或专题应用软件的研制和地理信息系统教育培训。通过近五年的努力，在地理信息系统技术上的应用开创了新的局面，并在全国性应用、区域管理、规划和决策中取得了实际的效益。自20世纪90年代起，地理信息系统步入快速发展阶段。在这一阶段，执行地理信息系统和遥感联合科技攻关计划，强调地理信息系统的实用化、集成化和工程化，力图使地理信息系统从初步发展时期的研究实验、局部实用走向实用化和生产化，为国民经济重大问题提供分析和决策依据。努力实现基础环境数据库的建设，推进国产软件系统的实用化、遥感和地理信息系统技术一体化。1.地理信息系统与普通地图的异同点是什么？答案：相同点：都能解决与“地点”和“状况”有关的查询。不同点：地理信息系统不但能随时制作电子地图，还有详细的属性资料可供查询，并能进行多种空间分析，以此来模拟区域内的空间规律和发展趋势，普通地图不具备这些功能。2.哪些途径可以获取空间数据？答案：(1)测量：控制点数据、大地参考系、被测量点的坐标数据；(2)遥感：各种分辨率的遥感图像；(3)GPS：接收点的空间坐标数据；(4)统计数据；(5)历史资料；(6)业务数据；(7)实地调查，等等。一、地理信息系统1．概念：GIS是依靠①________实现地理信息的②________、处理、存储、③________和④________的系统。2．功能：储存庞大的⑤________数据，制作⑥________地图，⑦________资料查询，进行⑧________，模拟区域内的⑨________和⑩________。3．地理信息系统的流程图如下：信息输入→数据处理→⑪________管理→⑫________→⑬________表达。4．构成主要包括4个部分：硬件、⑭________、⑮________和人员。二、地理信息系统可以解决的四类基本问题1．与分布、位置有关的基本问题：解决与“⑯________”和“⑰________”有关的查询。2．趋势分析：通过了解某地物随⑱________变化的过程，分析该地物的⑲________。3．模式问题：通过模式分析，可以揭示各种地物之间的⑳________关系。1．地理信息系统的定义地理信息系统是依靠计算机实现地理信息的收集、处理、存储、分析和应用的系统。地理信息系统处理、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，用于分析和处理在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．地理信息系统的特点GIS为地理信息资源的共享提供了最便捷的技术支持。一套完整的地理信息系统，具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，不但能随时制作电子地图，还有详细的属性资料可供查询，能进行多种空间分析，多要素综合分析和动态预测，并由计算机程序来模拟区域内的空间规律和发展趋势，这是GIS区别于其他信息系统的一个重要标志。地理信息系统具有以下三个方面的特征：第一，具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力。第二，以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息。第三，由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。3．地理信息系统与遥感、全球定位系统的区别和联系“3S”技术既互为独立发展又互相促进，它们之间的关系是围绕着地理信息这个中心发生的。遥感主要用于地理信息数据的获取，全球定位系统主要用于地理信息的空间定位，地理信息系统主要用来对地理数据进行管理、查询、更新、空间分析和应用评价。“3S”技术之间的联系可以简单地表示如下：4．地理信息系统的构成与工作流程(1)地理信息系统的构成组成功能包括内容硬件用作数据和信息的采集、处理、加工、分析和输出等包括计算机、数字化仪、扫描仪、绘图仪软件提供存储、分析、显示地理数据的功能包括数据输入与编辑、数据管理、数据操作以及数据显示和输出等数据地理信息系统处理的对象包括基础数据和专题数据人员地理信息系统需求、设计的核心包括从设计、维护系统的专家到那些使用系统工作的人员(2)工作流程在建立一个实用的地理信息系统过程中，从数据准备到系统完成，内部必须经过各种数据转换，每个转换都有可能改变原有的信息。地理信息系统的流程可表示为：信息输入→数据处理→数据库管理→空间分析→可视化表达。一套完整的地理信息系统，储存了庞大的空间数据，不但能随时制作电子地图，还有详细的属性资料可供查询。为了便于管理和开发地理信息，在建数据库时是分层处理的。也就是说，根据数据的性质分类，性质相同或相近的归并一起，形成一个数据库。【课标引导示例1】有关地理信息系统的叙述正确的是()A．主要是记录地理现象的计算机系统B．具有动态预测的能力，没有空间分析的能力C．是地理绘图系统D．是专门处理地理空间数据的计算机系统解题思路：地理信息系统是专门处理地理空间数据的计算机系统。它能对空间数据进行输入、管理、分析和表达，它是地图的延伸，凡是用到地图或需要处理地理空间数据的领域，均可以借助地理信息系统。答案：D【变式迁移探究1】甲图是一幅具有林木、河流和房屋的景观图，乙图是根据甲图而建立的空间数据模型。读图，回答(1)～(2)题。(1)乙图中的r表示 ()A．林木 B．河流C．房屋 D．农田(2)图中区域的林木覆盖率为 ()A．30% B．22%C．10% D．5%解析：该题形象地反映了图形数字化的基本原理。文字以及非数字形式的资料，都必须转换为数字形式，才能为计算机存储、识别和处理。实现从图形到数字转换的过程，称为数字化。(1)从图中河流的位置可看出r表示河流。(2)图中栅格共有100格，表示林木的s共有10格，故林木覆盖率为10%。答案：(1)B(2)C1．与分布、位置有关的基本问题空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布，如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面(城市资源配置问题)等。GIS都会建立数据库储存有关资料，即建立有关点、线的位置问题。2.趋势分析例如：商业与市场(BusinessandMarketing)，商业设施的建立充分考虑其市场潜力。大型商场的建立如果不考虑其他商场的分布、待建区、周围居民区的分布和人数，建成之后就可能无法达到预期的市场和服务面。有时甚至商场销售的品种和市场定位都必须与待建区的人口结构(年龄构成、性别构成、文化水平)、消费水平等结合起来考虑。地理信息系统的空间分析和数据库功能可以解决这些问题。3.模式问题例如：资源管理(ResourceManagement)主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源(如土地、森林、草场)分布、分级、统计、制图等问题。主要回答“定位”和“模式”两类问题。4.模拟问题例如：生态、环境管理与模拟区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。【课标引导示例2】下列问题中，地理信息系统可以解决的是 ()A．控制人口的增长B．分析某地区人口的增长趋势与分布情况C．控制全球气候变暖D．改变某一地区的水文、地质、交通状况解题思路：地理信息系统一般可以解决与分布位置有关的基本问题，分析该事物的发展趋势，通过模式分析，揭示各种事物之间的空间关系，解决四类基本问题。通过选项可以看出，控制人口增长、控制全球气候变暖、改变某一地区的水文地质交通状况这些内容应该是通过人来具体实施的，因此不在GIS的解决范围之内。答案：B【变式迁移探究2】某同学从GIS数据库调取了地形图层、土壤图层、气候图层，进行模式分析。该同学研究的问题是 ()A．农作物分布问题 B．工业布局问题C．交通布局问题 D．商业布局问题解析：地形、土壤、气候是影响农作物分布的重要因素。答案：A1.城市信息管理与服务(1)基础设施管理中的应用城市的地上、地下基础设施(电信、自来水、道路交通、天然气管线、排污设施、电力设施等)广泛分布于城市的各个角落，且这些设施明显具有地理参照特征。它们的管理、统计、汇总都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。(2)土地信息系统和地籍管理中的应用土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作。(3)选址分析中的应用根据区域地理环境的特点，综合考虑资源配置、市场潜力、交通条件、地形特征、环境影响等因素，在区域范围内选择最佳位置，是GIS的一个典型应用领域，充分体现了GIS的空间分析功能。2．城市规划地理信息系统是城市规划管理的重要工具。例如，规划部门可以把用地资料记录到数据库里，随时查询和统计，并用三维影像显示市貌，以分析城市的现状；还可以把城市地下管网的分布输入系统中，以进行有效的管理。3.城市道路交通管理利用地理信息系统，可以将有关道路的路况、交通流量、沿线环境等空间和属性信息显示出来，使管理者对道路信息一目了然。GIS技术还可以提供多种类型的查询：查询空间信息，如某个加油站、立交桥的坐标位置；查询时间信息，如某辆车某一时刻处于什么位置及某时间某路段的车流量等；查询路面质量、沿路环境、居民分布情况等。利用GIS技术还能发布交通信息，可及时地把交通拥挤情况、车流量、交通事故、交通环境情况发给驾驶员，显示在车内的显示屏上，同时帮助驾驶员找出最佳行车路线。4.城市救灾防灾(1)应急响应中的应用在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线，并配备相应的运输和保障设施的问题。(2)近几年来，在国家防汛指挥系统总体设计框架下，许多流域机构和省市水利厅局都在实施防汛决策支持系统或防汛信息管理系统的开发与建设。尽管各地防洪减灾工作的实际需求各有特点，但都以GIS为平台。GIS在这些系统中的作用主要有：①空间数据管理，包括查询、检索、更新和维护；②利用空间分析能力为防汛指挥决策提供辅助支持；③为各类应用模型提供数据；④优化模型参数；⑤防汛信息及决策方案的可视化表达。5.城市环境管理在地学研究与应用中的应用地形分析、流域分析、土地利用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间统计分析、制图等都可以借助地理信息系统完成。(1)GIS是建立在地球科学、信息科学和系统科学等基础上的边缘科学，它研究的主要内容是地球系统内的信息流，即关于自然、人文现象和空间分布与组合的信息，是对地理环境的数量、质量、分布特征、相互联系和运动规律的具体描述，从而产生对资源、环境、区域规划、管理决策、灾害防治等方面有用的信息，成为科学研究和领导决策的重要依据。

(2)地理信息系统从外部看表现为计算机软硬件系统，其内涵却是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型，是一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统。信息流动和信息流动的结果，完全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真，地理学家可以在GIS支持下提取地理系统各不同侧面、不同层次的空间和时间特征，也可以快速地模拟自然过程的演变和思维过程的结果，取得地理预测和“实验”结果，选择优化方案，避免错误的决策。

GIS技术是地图的延