第8章 地理信息系统的应用2

第1节

GIS应用概述

第2节

GIS作为科学研究工具的应用模式第3节

GIS作为办公服务系统的应用模式

教学要求

教学重点

教学活动

作业返回上一页教学要求了解GIS应用的一般模式

熟悉应用GIS解决问题的一般过程和GIS应用模型构建的主要途径

教学重点GIS应用模型解决问题的一般过程。

教学活动

在学校图书馆或网络上查阅有关GIS应用的的相关文献，加深理解GIS在解决现实问题的强大功能

一、GIS应用发展历程GIS的应用水平从提供简单数据表格，发展到提供分析和解决问题办法早期应用于自动制图设施管理土地管理地理信息系统是以应用为龙头，市场为导向，软件为核心的产业，

GIS的应用促进了GIS的发展，

校正了GIS蓬勃发展的方向

推动了GIS软件市场的形成后来逐步扩展到军事、资源和环境管理、监测和预估等众多领域随着3S技术的发展及学科融合政策分析与决策、经济规划、交通运输等所有涉及空间信息的行业和部门二、GIS应用系统类型三、GIS应用模式

科学研究工具

强调对于科学计算结果的获得和分析，把GIS作为科学研究的辅助手段。它主要应用于有关地学领域的科研项目研究中。它不仅需要用到GIS通用软件所提供的功能，还要用到各种专业分析模型。

办公服务系统办公服务系统应用于涉及空间数据的政府部门以及企业，以提高管理效率、制定好的决策和实现组织目标。GIS的应用模式的划分并不是绝对的，GIS作为工具的应用模式事实上也是办公服务应用模式的组成部分一、地理空间问题GIS具有对时空数据综合处理的能力和对现实世界的模拟能力。在不同功能层次的GIS空间分析方法支持下，可以分析地理数据中隐藏的模式、关系和趋势，解释地理特征的关系及空间模式，从而解决关于地理实体和地理现象的各类空间问题地球系统中各种地学空间通过归纳和抽象可划分为四大类基本地理空间问题：空间分布和格局资源配置与规划空间关系与影响空间运动与过程一、地理空间问题——空间分布与格局实体或现象的空间分布与格局是地学过程机理的空间体现，是内在地学规律的外在反映，是地学过程的边界和初始条件。因此，地学要素空间分布格局的描述、识别和统计对认识地学机理、因果关系有极大的帮助。分析模式评估要素（或与要素关联的值）是形成一个聚类空间模式、离散空间模式还是随机空间模式。度量地理分布解决以下类型的问题：中心在哪里？形状和方向如何？要素如何分散布局？一、地理空间问题——资源配置与规划资源的分布总是有限和非均质的资源配置是在资源总量不足的背景条件下，将有限的资源重新进行时空分配，使稀缺的资源的功效最大化，从而保证社会经济和生态效益最优化。如学校选址、商业网点布局等。定位-配置分析可解决资源的配置与规划问题。自由选址：单设施选址,多设施选址；布局模型：基于福利的选址(P-重心模型)基于覆盖的选址(P-中心模型)一、地理空间问题——空间关系与影响空间关系可以反映各要素之间相互作用的性质、强度和方式，有助于从无序而复杂的空间要素格局中发现潜在的有序或规律，可探索空间格局形成和发展的控制因素和基本动力。一、地理空间问题——空间动态与过程空间动态与过程是地学研究的主题之一。任何一种地理要素或现象，都伴随着复杂的时空过程，如景观格局演变、林火蔓延等都是典型的地表空间过程。在对地理实体及其空间关系的简化和抽象基础上，利用专业模型对地理现象的行为过程进行模拟，分析其驱动机制、重建其发展过程，并预测其变化趋势。二、GIS应用模型构建的主要途径

GIS环境内的模型建造

GIS外部的模型建造

混合型的模型建造指应用者利用GIS软件的宏语言发展各自所需要的空间分析模型。这种模型法是将由GIS软件支持的功能看着模型部件，按照分析目的和标准，对部件进行有机的组合。因此这种构建模型的方法能充分地利用GIS软件本身所具有的资源，模型构造和开发的效率比较高这种方法是基于应用GIS的空间数据库和输出功能，而模型分析功能则主要是利用其他应用领域的软件。这种构模法虽然运行效率受到很大影响，但实现了软件的嫁接，无需在GIS环境中重编分析软件，并具有广泛的实用性这是上述两种建模法的结合，即尽可能利用GIS提供的功能，最大限度地减少用户自行开发的压力，又不失具有外部建模的灵活效果。三、应用GIS求解问题的过程

目标导向(goal-driven)的规划定义过程

是将要解决的问题与专业知识相结合，从问题开始，一步步地推导出解决问题所需要的原始数据、精度标准、模型的逻辑结构和方法步骤。

需要解决的问题多源数据收集问题的定义分解/联合数据库建立数据输入/格式化问题的实质证据/数据/假设问题数据子集提取/综合问题的概念概念/要素/方法问题求解统计计算/模型分析/空间分析解决问题的数据数据源/数据集问题的答案严正/解释/表达规划定义过程应用操作过程

数据导向(data-driven)的应用操作过程是将已经形成的模型逻辑结构与GIS技术相结合，从各类数据开始，一步步地将数据转换为问题的答案，必要时还需要进行反馈和修改，直到取得满意的结果，最后以图形或图表的形式输出最终结果。三、应用GIS求解问题的过程——应用举例电厂选址问题

某市要建一座火力发电厂，由于发电厂需要燃煤和冷却水，为减少发电厂运营成本，要求发电厂应建在距离该市境内铁路线3km以内且靠近水体0.5km至1.0km之间的区域；同时为降低发电厂的建设成本并确保发电厂运营安全，发电厂应建在地质条件稳定、坡度小于5度的地区。由于发电厂燃煤可能会对周边大气造成污染，因此发电厂与居民点之间的距离不得小于3km。此外，厂区面积要在2-3km2之间。现有该市的以下纸质专题图件：（1）土地利用图（包含有居民点、水系、铁路线等信息）；（2）地形图；（3）地质图。请根据上述条件，运用GIS技术设计在该市境内找出适合建厂地址的应用模型，用框图表示其运行过程，并说明其有关的操作和算子三、应用GIS求解问题的过程——应用举例地图配准地图数字化空间插值DEM邻近铁路3KM区域缓冲区分析地质稳定区域重分类坡度分析坡度图重分类坡度小于5度的区域临近水体0.5-1KM区域缓冲区分析空间叠置分析符合条件后选地块邻近居民点3KM区域缓冲区分析等高线图铁路图水体分布图地质图居民点分布图土地利用图地形图地质图条件选择面积2-3KM2地块擦除分析三、应用GIS求解问题的过程——应用举例（1）地图配准：将土地利用图、地形图和地质图分别配准到给定的统一投影坐标系下；（2）地图矢量化：将配准后的土地利用图、地形图和地质图按照专题要素分层矢量化，可获得矢量化的居民点分布、水体分布图、铁路线分布图、等高线和高程点分布图、以及地质类型分区图。（3）单要素适宜性分布区的识别：A对矢量化的居民点分布图作缓冲区分析，可获得远离居民点3KM的区域分布图；B对矢量化的水体分布图作缓冲区分析，可获得邻近水体0.5-1.0km的区域分布图；C对矢量化的铁路线分布图作缓冲区分析，可获得邻近铁路3KM的区域分布图；

D基于矢量化的等高线和高程点分布图，采用空间插值方法，生成研究区域的DEM，利用GIS数字地形分析技术的坡度分析功能，可获得研究区域的坡度图，在此基础上利用重分类方法，可获得研究区域坡度小于5度的区域分布图；E对矢量化的地质类型分区图进行重分类，可获得地质稳定区域分布图。（4）多要素适宜性分布区的划定：将步骤（3）获得的单要素适宜性区域分布图(居民点缓冲区除外)进行空间叠置分析，再利用邻近居民点3km以内缓冲区图层对叠置结果图层进行擦除，可获得能同时满足远离居民点3km、邻近水体0.5-1.0km、靠近铁路线3km以内、坡度小于5度且地质稳定的区域图层。（5）利用面积计算或统计分析方法，可获得叠置分析结果的各图斑的面积。（6）利用空间查询方法，检索出符合选择条件且面积在2-3km2的候选图斑，并以此作为电厂建设的候选地址。三、应用GIS求解问题的过程——应用举例铁路选址设某项应用为从A市到B市的铁路路线选址，要求所选的路线必须经过A、B两地之间的C县和D县(C县属于A市，D县属于B市，并且两县接壤)；铁轨经过地段的地形坡度小于10度，土层坚实，避开大型湖泊或坑塘水体500m；同时为便于设站，要求铁路必须经过A市、B市及C县、D县主城区外围2km以内区域。在此基础上，尽量使整个路线的造价最小。现有两市的以下纸质专题图件（1）行政区划图，（2）土地利用图（包含有居民点、水体等信息）；（2）地形图；（3）地质图。请根据上述条件，请试以GIS方法，设计该路线选址的应用模型，用框图表示其运行过程，并说明其有关的操作和算子。三、应用GIS求解问题的过程——应用举例地图数字化等高线图土地利用图行政区划图地质图空间插值DEMAB两市质地坚硬的土壤类型分布区空间查询坡度分析坡度图重分类AB两市坡度小于10度的区域最短路径分析A到B市之间最佳路径方案地图配准土地利用图地形图地质图行政区划图查询与提取大型湖泊与坑塘市县主城区主城区外围2km以内区域缓冲区分析水体500m以外区域缓冲区分析空间叠置分析A到B市之间符合要求的后选区域三、应用GIS求解问题的过程——应用举例核电站选址问题设某项应用为核电站选址，要求核电站临近海湾，交通便捷，地形坡度小于5度，地质条件安全，并避开居民区。已有的空间数据资料是该地区的全要素地图（包含行政区划、人口、地形等高线、土壤类型、河流、湖泊分布等等），请试以GIS方法，设计该位置选择的应用模型，用框图表示其运行过程，并说明其有关的操作和算子。三、应用GIS求解问题的过程——应用举例等高线图交通线分布图居民点分布图地质图研究区多要素图件资料收集地图配准地图数字化空间插值DEM交通便捷的区域连通性分析地质安全区域空间查询坡度分析坡度图重分类坡度小于5度的区域远离居民点区域缓冲区分析空间叠置分析符合条件后选区域海岸线临近海湾区域缓冲区分析第3节GIS作为办公服务系统的应用模式一、GIS作为办公服务系统的应用层次

空间事务处理系统(STPS)

SpatialTransactionProcessSystem

空间信息管理系统(SMIS)SpatialManagementInformationSystem

空间决策支持系统(SDSS)SpatialDecisionSupportSystem

专家系统（ES)ExpertSystem低

高STPS追求的是迅速、及时、准确地处理大量空间信息，目标是实现日常事务处理的自动化。特点：注重空间数据的收集，处理和存储。数据采集部门和具体事务部门都有着广泛地应用，如资源调查、地图出版等领域。SMIS是基于STPS发展起来的，具备数据的查询和统计及专业模型的分析功能。追求高效率的信息处理，并能为决策提供辅助信息。特点：运用专业模型处理和分析数据，实现业务工作中确定性问题的处理和管理，为决策服务。SDSS为决策者提供一个模拟决策过程，并提供选择方案的决策支持环境。特点：强调系统推理的有效性，更多地应用于宏观决策过程。ES是模仿人工决策过程的基于计算机的信息系统。

知识库+推理机+解释系统+用户接口+知识获取使计算机应用从资料处理发展到智能推理。特点：应用智能推理制定决策并解释决策理由。

获取信息，高效处理日常事务提供信息，帮助制定决策模拟过程，改善决策质量智能推理，制定决策并解释理由第3节GIS作为办公服务系统的应用模式二、GIS作为办公服务系统的应用实例南京市国土资源信息管理系统GIS在土地资源详查中的应用GIS在土地利用动态监测中的应用GIS在土地资源评价中的应用GIS支持土地利用规划布局

……——GIS与土地管理第3节GIS作为办公服务系统的应用模式二、GIS作为办公服务系统的应用实例——GIS与环境保护北京市环保管理信息系统河口海岸水环境数值模拟系统环境空间数据库建库环境监测与管理环境规划与评价自然生态现状分析环境应急预警预报环境数值模拟……第3节GIS作为办公服务系统的应用模式二、GIS作为办公服务系统的应用实例——GIS与防灾减灾地质灾害应急救助与决策指挥系统重大自然灾害的基础研究重大自然灾害预测预报与监测预警重大自然灾害灾情与综合风险评估重大自然灾害应急救助与决策指挥灾后恢复重建重大自然灾害防治和生态修复……第3节GIS作为办公服务系统的应用模式二、GIS作为办公服务系统的应用实例精准农业—由信息技术支持的根据空间变异来进行定位、定时、定量地实施一整套现代农事操作技术与管理系统。代表世界农业发展新潮流农田信息可视化为农田精细管理提供辅助决策辅助作物种植规划和布局……——GIS与精准农业小汤山国家精准农业研究示范基地第3节GIS作为办公服务系统的应用模式二、GIS作为办公服务系统的应用实例——GIS与林业管理林业资源管理信息系统青岛崂山林火蔓延模拟及防火辅助决策系统基于GIS的森林资源动态监测基于GIS的森林资源保护及决策支持基于GIS的森林防火基于GIS的野生动植物资源保护……第3节GIS作为办公服务系统的应用模式二、GIS作为办公服务系统的应用实例矿产资源管理信息系统矿产资源的预测和评价矿产资源的规划与管理矿山的生产和调度矿产资源勘查……——GIS与矿产资源管理第3节GIS作为办公服务系统的应用模式二、GIS作为办公服务系统的应用实例——GIS与道路及交通管理GIS在道路设计中的应用GIS在交通规划中的应用GIS在道路养护中的应用GIS在城市交通管理中的应用……第3节GIS作为办公服务系统的应用模式二、GIS作为办公服务系统的应用实例泰州市电信网络资源管理信息系统在电信市场营销方面应用在电信及有线电视客户管理方面应用在电信及有线电视网络资源管理方面应用（网络资源分析、配置、工程设计、故障定位）——GIS与电信及有线电视北京市SARS疫情分析地理信息系统第3节GIS作为办公服务系统的应用模式二、GIS作为办公服务系统的应用实例在卫生资源规划与配置中的应用在疾病监控中的应用在医疗卫生教育中的应用在应对突发公共卫生事件中的应用——GIS与医疗卫生第3节GIS作为办公服务系统的应用模式二、GIS作为办公服务系统的应用实例——GIS与管线设施管理城市地下管线管理信息系统区域供水管理信息系统区域燃气管理信息系统……第3节GIS作为办公服务系统的应用模式二、GIS作为办公服务系统的应用实例——GIS与电力设施管理电力设施规划与管理区域输配电管理信息系统电力应急指挥及抢修调度城市路灯智能监控信息系统

……第3节GIS作为办公服务系统的应用模式二、GIS作为办公服务系统的应用实例—GIS与城市规划和房产管理城市基础地理信息管理城市基础设施管理城市现状调查数据管理城市规划控制信息数据管理城市房产信息管理……第3节GIS作为办公服务系统的应用模式二、GIS作为办公服务系统的应用实例——GIS与公安消防城市警用地理信息系统城市火灾扑救辅助决策系统警务信息综合管理公安执法信息采集系统……第3节GIS作为办公服务系统的应用模式二、GIS作为办公服务系统的应用实例——GIS与商业商业网点规划与管理地理商业智能服务商业选址辅助决策及经营风险评估仓储管理与物流配送金融、保险……第3节GIS作为办公服务系统的应用模式二、GIS作为办公服务系统的应用实例战场环境仿真军事地图编制战场指挥军事模拟训练——GIS与军事第3节GIS作为办公服务系统的应用模式三、GIS作为办公服务系统的应用趋势

GIS与移动通信系统结合发展

GIS与知识管理技术的集成

基于空间数据仓库的海量数据管理

基于新型空间搜索引擎的快速检索技术人员工作地点的不固定性促成两者结合.分布式，移动端无线定位技术促进GIS进入主流IT技术领域，为两者结合提供了技术保障利用空间数据挖掘技术进行行业知识发现：“数据丰富而知识贫乏”；大数据中挖掘隐含的知识及空间关系，为决策服务GIS与知识共享技术的集成GIS提供的可视化环境下知识交流和讨论，可更好决策；共享技术促进GIS挖掘知识应用的深度和广度空间数据量大且分散在各行业部门，这为GIS在管理和决策中应用带来不便空间数据仓库技术为空间数据的管理和集成应用提供支持管理与决策要求信息检索响应速度快且结果准确基于关键词的检索模式不适用空间数据（尤其是图形数据），基于GIS的空间搜索引擎技术能在网络中搜集、发现空间信息，对空间信息进行理解、提取、组织和关联处理，为用户提供检索服务，从而起到空间信息导航的目的。第3节GIS作为办公服务系统的应用模式2013年05月，阿里投资高德地图，成第一大股东，次年全资收购高德地图，……2014年01月，百度地图春节人口大数据项目，……2014年05月，腾讯成为四维图新的第二大股东，……2014年10月，小米子公司8400万入股凯立德，……三、GIS作为办公服务系统的应用趋势第3节GIS作为办公服务系统的应用模式四、云GIS环境下的办公服务系统——ArcGISOnlineArcGISOnline——ESRI建设的公有云平台，第一个云GIS平台。它为用户提供了一个基于云的、完整的协作式地理信息内容管理与分享的工作平台。它与其它产品无缝集成，让用户能够通过各种终端(Web端、桌面端、移动端)来组织、访问和分享ArcGISOnline中的GIS资源服务。第3节GIS作为办公服务系统的应用模式四、云GIS环境下的办公服务系统——ArcGISOnline全新的GIS应用模式GIS功能与网络技术结合得更加的紧密，在为用户带来诸多便利的同时，为组织内资源利用的协同与共享带来了合理的解决方案。实现了服务托管的功能用户无需搭建、维护ArcGISforServer环境，即可实现GIS服务的发布与管理。与EsriMapsforOffice的集成EsriMapsfo