地理信息系統(tǒng)研究方向精選(九篇)

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第1篇：地理信息系統(tǒng)研究方向范文

關鍵字：城市建設；遙感；一體化；ENVI/IDL；ArcGIS

Abstract: This paper describes the significance of remote sensing and geographic information systems integration and integration of the integrated three levels: management and sharing of data integration, platform integration and system integration development, pointed out that the integration of remote sensing and geographic information systems integration can achieve complementary advantages, to enhance the operability of the geographic information system software, to enhance the work efficiency of the space and image analysis, and effectively save the cost of the system, and proposed management and analysis of spatial data integration platform and emergency relief, remote sensing and geographic information systems integration the construction scheme of the system, it is bound to play an important role in urban management.Key words: urban construction; remote sensing; integration; the ENVI / IDL; the ArcGIS

引言

遙感技術是利用地面物體波譜特性，通過掃描影像識別地面物體的物理屬性，具有紫外、可見光、紅外、遠紅外直至微波等遙感工作波段。對這些波段的數(shù)據(jù)信息，進行圖像處理和信息提取，就會獲取大量的專業(yè)信息，如，對水體、植被、水系、地質、災害、土地利用、水土流失、海岸侵蝕等，用于對城市建設的資源環(huán)境進行規(guī)劃管理的輔助決策。

地理信息系統(tǒng)是地圖學與現(xiàn)代信息技術融合的1門信息技術，地理信息系統(tǒng)是城市建設信息采集、存儲、管理、分析、表達的有力工具。城市建設信息量大且繁雜，既有實時數(shù)據(jù)，又有歷史數(shù)據(jù)；既有環(huán)境數(shù)據(jù)，又有經濟數(shù)據(jù)；既有矢量數(shù)據(jù)，又有柵格數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)中80%以上與空間位置相關。地理信息系統(tǒng)可有效地存儲和管理這些龐雜的數(shù)據(jù)[1]。

城市建設中的遙感應用

城市遙感是現(xiàn)階段遙感技術最具活力的領域之一，也是遙感最具有應用價值的領域之一。其主要表現(xiàn)在：a）城市空間基礎數(shù)據(jù)的獲取。采用高分辨率衛(wèi)星遙感影像，獲取信息量極其豐富的數(shù)字矢量線劃數(shù)據(jù)、數(shù)字柵格數(shù)據(jù)、數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型，直接用作城市規(guī)劃的背景圖，在其上面疊加地形圖、道路紅線、地塊分界線、重要設施和地名等，它與地形圖相比不僅現(xiàn)勢性好且更直觀；b）城市規(guī)劃動態(tài)監(jiān)測。采用兩期衛(wèi)星影像，經過幾何配準、疊加分析，找出變化目標，再將變化目標同城市總體規(guī)劃進行比較，用規(guī)劃管理信息系統(tǒng)提供的基礎數(shù)據(jù)輔助檢查，通過現(xiàn)場檢查確定變化目標屬性，實現(xiàn)城市建設現(xiàn)狀的動態(tài)監(jiān)測，為城市總體規(guī)劃的實施提供保障；c）城市綠化覆蓋率計算。采用遙感影像進行城市綠化覆蓋率的計算，獲取城區(qū)內綠化覆蓋率、綠化面積和綠化類型分類等信息，建立城市綠化數(shù)據(jù)庫。

由此可見，遙感技術是城市建設中獲取信息的重要手段之一，可快速實現(xiàn)城市范圍國土資源與生態(tài)環(huán)境的多層次、全方位綜合調查，系統(tǒng)研究城市資源與環(huán)境的空間分布規(guī)律及其相互聯(lián)系、相互制約的關系，按不同層次、不同內容編制系列基礎圖件，客觀、真實、系統(tǒng)地反映城市的建設成就和存在問題，為制定城市國民經濟和社會發(fā)展的中長期規(guī)劃、國土資源和生態(tài)環(huán)境的綜合整治規(guī)劃以及城市經濟可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃提供科學依據(jù)。

遙感與地理信息系統(tǒng)一體化集成技術

遙感是空間數(shù)據(jù)采集和分類的有效工具，地理信息系統(tǒng)是管理和分析空間數(shù)據(jù)的有效工具[2]。遙感影像已成為地理信息系統(tǒng)的主要信息源。作為地理信息系統(tǒng)的核心組成部分，遙感影像是提供及時信息的理想方式。在空間信息的許多行業(yè)，離開遙感影像，地理信息系統(tǒng)就是不完整的。另一方面，遙感獲取豐富的、海量的空間數(shù)據(jù)有賴于地理信息系統(tǒng)的有效管理與共享，利用地理信息系統(tǒng)強大的空間分析功能提取更深層次的專題信息，全面提升影像的利用價值。

遙感與地理信息系統(tǒng)一體化集成

遙感影像類似于地理信息系統(tǒng)中的柵格數(shù)據(jù)，遙感和地理信息系統(tǒng)很容易在數(shù)據(jù)層次上實現(xiàn)集成[2]。地理信息系統(tǒng)軟件沒有提供完善的圖像處理功能，遙感軟件中也缺少空間分析及數(shù)據(jù)管理工具。遙感和地理信息系統(tǒng)平臺一體化集成，可以由3個層次及途徑實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)一體化管理與共享

遙感影像和圖像分析功能可以作為核心組成部分與地理信息系統(tǒng)實現(xiàn)一體化，首先解決的問題就是遙感與地理信息系統(tǒng)平臺之間的數(shù)據(jù)互操作問題。數(shù)據(jù)互操作實現(xiàn)有2個途徑，a）將遙感數(shù)據(jù)或者地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)都以標準格式保存，2個平臺都支持；b）遙感和地理信息系統(tǒng)平臺直接支持對方數(shù)據(jù)格式。很明顯后者比前者更加方便。

遙感數(shù)據(jù)主要格式為柵格，地理信息系統(tǒng)主要由矢量數(shù)據(jù)格式組成。柵格和矢量一體化管理，需要1種數(shù)據(jù)模型，同時儲存柵格和矢量數(shù)據(jù)，支持分布式管理。

影像天然地具有企業(yè)級應用的潛力，因為它可以實現(xiàn)多個用戶在同一幅圖上同時進行操作。這對于大型企業(yè)級應用更加有利，其中，最主要的優(yōu)勢就是節(jié)省成本。我們可以分享同一影像資源，顯著地減少成本。而影像由于自身的特點，具有很高的存儲要求，尤其是高空間分辨率、多光譜影像?；赪eb services的共享方式提供了1種合理的解決方式，它集中利用了計算機資源，可為若干個客戶端提供影像共享服務。

平臺一體化分析

在遙感軟件中進行的圖像處理工作流，與地理信息系統(tǒng)軟件下的地理信息系統(tǒng)工作流實現(xiàn)無縫鏈接和交換。比如，在遙感軟件中處理的數(shù)據(jù)通過菜單功能直接傳送到地理信息系統(tǒng)軟件中，無需中間的保存、打開等步驟；地理信息系統(tǒng)軟件中分析的數(shù)據(jù)，直接導入遙感軟件中，且保持同步顯示；遙感軟件中集成地理信息系統(tǒng)軟件的部分組件功能。雖然在2個不同的軟件平臺下工作，操作感和處理效率類似在1個平臺下作業(yè)。

系統(tǒng)一體化集成開發(fā)

大多數(shù)遙感和地理信息系統(tǒng)軟件平臺都提供了二次開發(fā)功能。在進行地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)開發(fā)時，將專業(yè)的影像數(shù)據(jù)處理和分析工具集成到地理信息系統(tǒng)系統(tǒng)環(huán)境中，在同一系統(tǒng)中既能完成遙感數(shù)據(jù)的專業(yè)處理與分析，又能完成地理信息系統(tǒng)空間分析和共享等工作，形成1個遙感與地理信息系統(tǒng)一體化集成系統(tǒng)。要實現(xiàn)一體化集成系統(tǒng)，前提是遙感和地理信息系統(tǒng)軟件平臺提供的二次開發(fā)接口，都能通過程序開發(fā)語言調用，并整合在一起。

ENVI/IDL與Arc地理信息系統(tǒng)一體化集成方案

遙感與地理信息系統(tǒng)不僅從數(shù)據(jù)上，還會從整個軟件構架體系上真正實現(xiàn)融合，從而達到優(yōu)勢互補，進一步提升地理信息系統(tǒng)軟件的可操作性，提升空間和影像分析的工作效率，并有效節(jié)約系統(tǒng)成本。為了適應這種用戶需求和技術發(fā)展趨勢，更好地為用戶提供服務，全球最大的地理信息系統(tǒng)技術提供商Esri公司與全球遙感領域的領導者美國ITT VIS公司，建立了全球戰(zhàn)略合作伙伴關系，共同開發(fā)和建設遙感與地理信息系統(tǒng)一體化平臺。

ENVI是采用IDL（交互式數(shù)據(jù)處理開發(fā)語言）開發(fā)的、功能強大的、完整的遙感圖像處理軟件。ArcGIS是全球使用最廣的地理信息系統(tǒng)軟件。ENVI/IDL與ArcGIS一體化集成解決方案，在真正意義上實現(xiàn)了遙感與地理信息系統(tǒng)一體化集成。

遙感與地理信息系統(tǒng)一體化在城市建設中的應用

遙感與地理信息系統(tǒng)一體化解決了數(shù)據(jù)、分析與共享三者之間的融合問題，形成完整的空間信息平臺。下面介紹2種空間信息一體化平臺的構建思路。

空間數(shù)據(jù)一體化管理與分析平臺

平臺結構見圖1，主要包括3個組成部分：數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)儲存和中心和數(shù)據(jù)分析和應用中心。3個部分都是通過廣域網(wǎng)/局域網(wǎng)進行連接[6]。

圖 1空間數(shù)據(jù)一體化管理與分析平臺結構圖

數(shù)據(jù)處理中心

數(shù)據(jù)處理中心依托ENVI遙感圖像處理系統(tǒng)，快速對遙感數(shù)據(jù)進行預處理，完成影像的幾何校正、融合、增強等處理流程。

數(shù)據(jù)儲存與中心

數(shù)據(jù)儲存與中心主要完成兩部分工作：a）將數(shù)據(jù)處理中心處理好的遙感數(shù)據(jù)進行入庫管理，并建立必要的元數(shù)據(jù)信息；b)將遙感數(shù)據(jù)與共享。

空間數(shù)據(jù)庫模型采用Geodatabase，它是按一定的模型和規(guī)則組合起來的存儲空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的容器，實現(xiàn)了多源空間數(shù)據(jù)的集中和分布式管理。

遙感數(shù)據(jù)共享是基于ArcGIS Server平臺構建。ArcGIS Server 是功能強大的基于服務器的 地理信息系統(tǒng) 產品，用于構建集中管理的、支持多用戶的、具備高級地理信息系統(tǒng)功能的企業(yè)級地理信息系統(tǒng)應用與服務。它支持OGC標準服務，其中，針對柵格影像數(shù)據(jù)，可選擇WCS服務。其最大的特點是可超過3個波段的多波段影像數(shù)據(jù)，并保持影像的光譜信息。

數(shù)據(jù)分析和應用中心

數(shù)據(jù)分析和應用中心是在遙感/地理信息系統(tǒng)軟件的支持下，通過廣域網(wǎng)或者局域網(wǎng)從數(shù)據(jù)儲存與中心的空間數(shù)據(jù)庫或者Web Services中獲取影像數(shù)據(jù)，并結合城市建設應用模型，提取相應的專題信息。同時，將獲得的專題信息應用于實際生產。

空間數(shù)據(jù)一體化管理與分析平臺實現(xiàn)了統(tǒng)一采集并分發(fā)數(shù)據(jù)，各部門通過網(wǎng)絡快速檢索、瀏覽、下載數(shù)據(jù)，根據(jù)所在單位以及處理事務需要對數(shù)據(jù)進行分析。實現(xiàn)資源的統(tǒng)一調配和快速應用。

應急救災遙感地理信息系統(tǒng)一體化系統(tǒng)

以水情災害為例，應急救災遙感地理信息系統(tǒng)一體化系統(tǒng)的結構見圖2。分為4個組成部分：災情遙感監(jiān)測平臺、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、遙感信息共享服務平臺、平臺應用門戶[3]。

圖2應急救災遙感地理信息系統(tǒng)一體化系統(tǒng)結構圖

災情遙感監(jiān)測平臺

災情遙感監(jiān)測平臺依托ENVI/IDL+ArcGIS Engine二次開發(fā)功能，構建包括基于遙感的水情監(jiān)測、基于地理信息系統(tǒng)的損失評估系統(tǒng)和應急決策系統(tǒng)。實現(xiàn)災害信息的收集、分析以及決策為一體的完整應急救災信息平臺。

ENVI是個非常開放的平臺，提供豐富的影像處理函數(shù)供外部程序調用。同時，IDL具有很好的擴展性，能很方便地與其他開發(fā)環(huán)境（VB、VC、.NET、Java等）進行集成開發(fā)[4,5]。ArcGIS提供ArcObjects軟件組件庫，也提供了模塊化、可伸縮、跨平臺的通用API。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

采用空間數(shù)據(jù)模型，儲存遙感影像數(shù)據(jù)、基礎地理數(shù)據(jù)和社會經濟數(shù)據(jù)，供其他平臺使用，是整個系統(tǒng)的“心臟”。

遙感信息共享服務平臺

采用B/S平臺，快速將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或者災情遙感監(jiān)測平臺中的災情信息到網(wǎng)上。實現(xiàn)快速共享機制。

平臺應用門戶

平臺應用門戶是以遙感信息共享服務平臺為基礎，根據(jù)權限和使用對象性質劃分為決策領導、救災人員和普通用戶三類用戶。用戶通過客戶端瀏覽器，如，IE快速瀏覽災情信息。

結語

隨著空間信息市場的快速發(fā)展，遙感與地理信息系統(tǒng)的結合日益緊密。遙感與地理信息系統(tǒng)的一體化集成逐漸成為1種趨勢和發(fā)展潮流。ENVI/IDL與ArcGIS為遙感和地理信息系統(tǒng)的一體化集成提供了1個最佳的解決方案?；谶@個解決方案，將遙感與地理信息系統(tǒng)緊密結合，達到優(yōu)勢互補，進一步提升地理信息系統(tǒng)軟件的可操作性，提升空間和影像分析的工作效率，并有效節(jié)約系統(tǒng)成本。必將在水利行業(yè)中發(fā)揮重要的作用。

參考文獻：

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[4] ITT Visual Information Solutions.ENVI4.7_User_Guide [D].ITT Visual Information Solutions,2009.

[5] ITT Visual Information Solutions.ENVI Tutorials[D]. ITT Visual Information Solutions,2009.

第2篇：地理信息系統(tǒng)研究方向范文

【關鍵詞】Web-GIS;高等教育;專題圖

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097(2009)08―0085―04

引言

GIS(Geographic Information System,地理信息系統(tǒng))是信息系統(tǒng)的一種,可以實現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)和信息的科學可視化,即通過圖形圖像等可辨認的手段,來形象表現(xiàn)科學數(shù)據(jù)的內涵[1]。信息的可視化能極大地提高信息與知識理解、傳播的效率。

Web-GIS(萬維網(wǎng)地理信息系統(tǒng))是運行在萬維網(wǎng)上的地理信息系統(tǒng),是在Internet上面向大眾提供地理信息服務的應用系統(tǒng)[2]。它基于Internet的網(wǎng)絡平臺,利用WEB瀏覽器作為客戶端,通過HTTP協(xié)議訪問遠端GIS服務器。Web-GIS可以使基于地圖(圖形、圖像)的應用系統(tǒng)得以通過互聯(lián)網(wǎng)技術在各行各業(yè)中得到廣泛的應用。

GIS已經被應用于日常生活的各個方面[3]。比如GIS可以用于電力、燃氣、水等公用事業(yè),幫助保持市場競爭力;在電信領域,GIS可用于新客戶開發(fā)、電話報修分析以及客房關懷;在交通領域,GIS可用于交通基礎設施和相關資產管理以及充足、有效的網(wǎng)絡分析解決方案,用于最短路徑的確定,為交通工具線路設計、城市交通模擬等服務;在應急管理領域,GIS可以整合空間數(shù)據(jù),對災害可能造成的影響、在瞬息萬變的環(huán)境中最佳疏散路線的確定等進行模擬,也可以用于資產記錄和資源的空間定位等;在土地管理領域,GIS已成為進行數(shù)據(jù)集成的核心;在城市規(guī)劃中,GIS用于對城市規(guī)劃信息進行編碼和可視化;在圖書館領域,圖書館能提供越來越多的GIS信息,收集、維護、存儲空間資源并提供訪問。

在教育領域中,國內外GIS的應用案例并不多見。通過文獻分析,我們發(fā)現(xiàn)GIS能夠以直觀的方式幫助決策者、研究者和普通公眾了解教育資源的分布,通過與數(shù)據(jù)分析和挖掘技術相結合,可以幫助決策者、研究者抓住數(shù)據(jù)中所隱藏的一些規(guī)律,從而為決策、研究提供支持。因此,研究與實現(xiàn)教育地理信息系統(tǒng)對教育領域的數(shù)據(jù)顯示、管理決策、科學研究等都非常重要。

本文所設計和實現(xiàn)的北京市高等教育地理信息系統(tǒng)充分利用WEB-GIS的功能,為高等教育研究者、社會公眾、教育管理與決策者提供教育數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計、分析、可視化顯示等功能。開創(chuàng)了GIS在國內高等教育應用方面的先河,彌補了GIS在國內高等教育應用方面的空白,對高等教育信息管理、科研輔助、教育決策等方面的研究具有重大意義。

一 相關研究分析

位于阿肯色大學(University of Arkansas)教育與健康專業(yè)學院課程與教學系的美國國家測度與評估系統(tǒng)研究辦公室(The National Office foe Research on Measurement an Evaluation Systems (NORMS)) 開發(fā)了分析阿肯色州教育成績鴻溝的GIS應用――GAPS(Geographic Academic Policy Series) 。其目標是使用地理信息和顏色表示教育分析結果,以提供基于地圖的分析“快照”。GAPS系統(tǒng)按年收集阿肯色州各學校、學區(qū)學生的文學、數(shù)學成績的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。研究人員選擇人們關心的教育問題,在GAPS系統(tǒng)中進行專題分析,生成專題圖,提供給決策者作為輔助決策工具。例如,針對學區(qū)規(guī)模與學生成績是否存在相關關系的問題,GAPS生成了一系列專題圖。從圖形顯示發(fā)現(xiàn),學生成績與學區(qū)規(guī)模沒有顯著關系,反而跟學區(qū)的地理位置有很大的相關性。位于阿肯色州30號州際公路右下方的學區(qū)學生成績低于州平均水平的概率更高。不向大眾開放使用,人們只能看到針對一些問題生成的靜態(tài)的地圖快照。因此從使用方式來說,不支持普通用戶自己對數(shù)據(jù)進行分析。

2002年,俄勒岡州教育委員會、俄勒岡大學系統(tǒng)(the Oregon University System)與俄勒岡州立大學(Oregon State University)共同合作,啟動美國俄勒岡州教育委員會GIS輔助決策支持項目(Oregon State Board of Education GIS Decision Support Pilot Project),旨在研究GIS在幫助俄勒岡州教育委員會進行政策決策方面的功用。該項目把俄勒岡劃分為15個勞動力市場區(qū)域,以IT產業(yè)為例,按照各區(qū)域IT課程供應和IT招聘職數(shù),制作了教育供給與勞動力需求專題圖,對于教育資源布局和教育規(guī)劃提供了有力的支持[4]。俄勒岡GIS輔助決策支持項目為我們在北京高等教育地理系統(tǒng)中利用GIS功能研究與呈現(xiàn)高等教育變量與相關社會經濟變量之間的關系,進而輔助進行高等教育政策決策開拓了思路。這個項目也沒有向公眾提供可利用系統(tǒng)所提供的功能進行即時探查分析的入口。

北京市教育委員會提供的教育電子地圖3在普通北京市地理系統(tǒng)基礎上建設,它增加教育地理信息圖層,包括各類院校、中小學、教育相關部門。它提供的功能有周邊查詢,如查詢學校周圍的銀行;行車路線;公交服務;打車助手;交通路況。這個地圖可以大大方便人們了解學校周邊情況,但它只提供基本的地理信息查詢功能,缺少教育的特色數(shù)據(jù),也缺少教育的特色應用研究。

“中國教育地理信息系統(tǒng)(CEGIS)”由國家教育發(fā)展研究中心、中國教育發(fā)展戰(zhàn)略學會和紹興托普信息職業(yè)技術學院共同合作開發(fā)[5]。系統(tǒng)功能包括查詢世界各國、全國各省、指定省各地的各類教育資源的布局、各種教育統(tǒng)計數(shù)據(jù)(當前和歷史數(shù)據(jù))及其空間分布情況,可以顯示與教育密切相關的各種社會、經濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)和它們的地域分布情況;使用系統(tǒng)關聯(lián)的國際著名統(tǒng)計分析軟件SPSS For Windows可以對各國、各省或指定地、市、縣的教育統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行深入的定量分析,以便形成正確的決策、咨詢意見等。該系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)主要是各種統(tǒng)計數(shù)據(jù),缺乏專項調研數(shù)據(jù)和專題分析工具。這也是我們在設計HEDUGIS時,試圖創(chuàng)新之處。

本文所描述的北京市高等教育地理系統(tǒng)的關注對象主要是研究人員,為此在系統(tǒng)中錄入了大量的科研、課題數(shù)據(jù),這是與中國教育地理信息系統(tǒng)(CEGIS)所不同的,因此系統(tǒng)能夠提供的服務類型也會有所不同。

本文所描述的基于WEB的北京市高等教育地理信息系統(tǒng)(以下簡稱HEDUGIS)擁有各種教育特色數(shù)據(jù),關注教育應用和社會服務,是已經實現(xiàn)、開始服務于全社會的系統(tǒng)。本文后面部分將重點介紹HEDUGIS的功能設計、系統(tǒng)設計和系統(tǒng)實現(xiàn)。

二 HEDUGIS的功能設計和系統(tǒng)結構

1 功能設計

本系統(tǒng)的目標主要是為研究者查詢和高等教育研究的相關信息提供服務,同時為社會公眾和政符工作人員提供相關的數(shù)據(jù)查詢服務。因此本系統(tǒng)首先著眼于高等教育研究者的需求,同時兼顧社會公眾和教育管理決策人員的需求?；谝陨峡紤],系統(tǒng)的目標為[6]:

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面向高等教育研究者提供數(shù)據(jù)輸入服務,包括直接輸入和由系統(tǒng)管理者協(xié)助的間接輸入服務,使得高等教育研究所需的數(shù)據(jù)和成果都能方便地存儲到系統(tǒng)中。

面向高等教育研究者、普通社會公眾、教育管理決策者提供數(shù)據(jù)查詢服務,包括基于文本的查詢和基于地圖的查詢。

面向系統(tǒng)管理員,提供可協(xié)助研究人員制作和高等教育專題圖的工具。地理專題圖的制作和是一件比較復雜的任務,因此系統(tǒng)沒有開發(fā)直接面向研究者的專題圖制作和工具,而是利用GIS軟件提供的可視化專題圖制作功能和編程工具向系統(tǒng)管理員提供制作和專題圖的工具和模板,讓系統(tǒng)管理員制作并專題圖后供研究人員使用。

面向高等教育研究者,提供按需設計的輔助工具開發(fā)及集成。高等教育研究者可以按自己需求開發(fā)出輔助工具并整合到本系統(tǒng)中。

基于以上系統(tǒng)設計目的,本文提出如圖1所示的功能設計。

本系統(tǒng)包括以下四類功能模塊:

數(shù)據(jù)查詢工具:數(shù)據(jù)查詢工具負責完成用戶對數(shù)據(jù)的多種檢索任務。根據(jù)查詢的數(shù)據(jù)類型可分為地圖數(shù)據(jù)檢索、屬性數(shù)據(jù)檢索工具。根據(jù)數(shù)據(jù)查詢的方式可分為數(shù)據(jù)分類瀏覽工具、數(shù)據(jù)結構化查詢工具等。

數(shù)據(jù)管理工具:數(shù)據(jù)管理工具負責對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改、導入、導出等任務。

專題圖制作、工具:專題圖制作、工具負責根據(jù)用戶需要制作專題圖并將其到系統(tǒng)中,以方便用戶瀏覽。

其他輔助工具:該類工具包括為了支持高等教育研究而按需開發(fā)的輔助型工具。

2 系統(tǒng)結構

根據(jù)系統(tǒng)設計目的和系統(tǒng)功能,考慮到Web-GIS的一般體系結構,我們提出三層的系統(tǒng)結構[6]。三層分別為:數(shù)據(jù)層,包括空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù);中間層,用來提供Web和GIS服務;表現(xiàn)層,包括用于Web客戶端和GIS客戶端的軟件封裝,Web客戶端用于普通用戶瀏覽地理信息,GIS客戶端主要用于地圖的制作、管理等。

基于系統(tǒng)設計,我們決定基于Windows平臺開發(fā)本系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫采用與Windows平臺結合比較緊密、可用性和穩(wěn)定性方面都比較優(yōu)越的SQL Server 2005,GIS軟件采用性價比較好的國產WEB-GIS軟件開發(fā)平臺SuperMap ,開發(fā)工具選用Visual 2005[6]。系統(tǒng)結構如圖2所示。

系統(tǒng)特色介紹:

數(shù)據(jù):HEDUGIS中不僅有大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù),還是大量的科研數(shù)據(jù),如科研團隊、研究中心等。因此,通過查詢系統(tǒng)中的數(shù)據(jù),科研人員可以了解相關研究機構的研究方向、前沿課題和同行等。

數(shù)據(jù)庫設計:系統(tǒng)數(shù)據(jù)分為四種類型:基礎代碼類(存儲名稱與代碼的對應關系)、信息表類(存儲用于的具體數(shù)據(jù))、數(shù)據(jù)庫描述表類(存儲數(shù)據(jù)表、視圖的描述信息)、與SuperMap相關的數(shù)據(jù)表類(存儲空間數(shù)據(jù)信息)。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包含眾多的數(shù)據(jù)表,為避免多表關聯(lián)造成的程序編碼復雜性,在數(shù)據(jù)庫中生成相關表的數(shù)據(jù)視圖,以便于業(yè)務邏輯層的數(shù)據(jù)訪問。

WEB服務器端實現(xiàn):采用技術進行WEB服務器端的動態(tài)網(wǎng)頁編程,以分離HTML代碼與后臺程序代碼,增強了

程序代碼的可讀性和可維護性,提高動態(tài)網(wǎng)頁的執(zhí)行效率。

三 HEDUGIS已實現(xiàn)功能

本系統(tǒng)已經基本實現(xiàn)功能設計的全部功能,部署在互聯(lián)網(wǎng)上,對社會公眾開放4。不同類型的用戶可以通過這個系統(tǒng)找到自己感興趣的數(shù)據(jù)。圖3是系統(tǒng)首頁。

1 數(shù)據(jù)查詢

進入系統(tǒng)首頁后,可以進行不同形式的信息查看方式,如分類瀏覽、數(shù)據(jù)查詢(查詢結果會在地圖上顯示出來)、純文本查詢(沒有地圖顯示)等。

2 專題圖工具:對北京市IT產業(yè)與高校布局的分析

專題圖工具是一種查看一些專題圖示例應用,如圖4所示的北京市各區(qū)IT行業(yè)GDP占全市IT行業(yè)GDP總值的百分比專題圖(2004數(shù)據(jù)),圖5所示的各區(qū)縣IT產業(yè)GDP占本區(qū)GDP總值的百分比。在專題圖中,不同色塊表示不同比例的百分比區(qū)間。

四 結束語

第3篇：地理信息系統(tǒng)研究方向范文

【關鍵詞】 地理信息系統(tǒng) 三維地理信息系統(tǒng) 輸電線路管理 研究和應用

在電力工程建設的過程以及建成后的安全保障等，風力會產生很大的影響。隨著天氣氣象的不斷改變，輸電線路暴露在外界，所受到的載荷也不斷的發(fā)生變化，大風、覆冰都會破壞輸電線路的外載荷。對于特高壓多數(shù)超的輸送電路來說，其輸送距離長，風場變化復雜，地形多變，風力變化格外的大。在此過程中，可以說風速設計標準在很大程度上決定了線路抗風的能力，在設計輸電線路的過程中，最終要的就是設計輸電線路的風俗。本文針對傳統(tǒng)設計中的成本高、標準低等問題，結合輸電線路的地形，結合數(shù)值模型等多種資料，展開了風速特征和風力分布等方面的研究，建立起了準確、完整的風力分布圖，提升了輸電線路的安全性。

一、GIS輸電管理系統(tǒng)

1.1 GIS 技術

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS）是利用計算機技術顯示和存儲整個地球或部分區(qū)域的環(huán)境與資源信息。GIS 反映人們賴以生存的現(xiàn)實世界（資源或環(huán)境）的現(xiàn)勢與變遷的各類空間數(shù)據(jù)及描述這些空間數(shù)據(jù)特征的屬性。GIS 是在計算機軟件和硬件的支持下，以一定的格式輸入、存貯、檢索、顯示和綜合分析應用的技術系統(tǒng)。它是一種特殊的空間信息系統(tǒng)，它以采集、存儲、管理、處理、分析和描述部分或整個地球表面（包括大氣層）與空間和地理分布有關的數(shù)據(jù)空間信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)作為新興的技術體系支持空間定位信息數(shù)字化獲取，管理和應用。隨著計算機技術、空間技術和現(xiàn)代信息基礎設施的飛速發(fā)展，它在經濟信息化進程中的重要性日益顯著。特別是隨著“數(shù)字地球”概念的提出，人們對 GIS 的重要性有了更為深入地了解。自 20世紀 90 年以來，地理信息系統(tǒng)在全球獲得了空前迅速的發(fā)展，被廣泛應用于各個領域，產生了巨大的經濟和社會效益。

1.2輸電線路信息化

總體來講，電力系統(tǒng)分為發(fā)電、變電、輸電、配電，輸電線路（Power Transmission Line，簡稱 PLT）。負責實現(xiàn)發(fā)電、變電、配電之間的能量傳導是電力系統(tǒng)的重要組成部分。輸電線路的信息多樣且復雜，單純使用人工管理既缺經濟性也缺乏安全性。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，對于輸電線路網(wǎng)絡管理的自動化與信息化成為電路運行管理人員和相關科研人員關注的焦點。多年來，電力工作者基于電子計算機設計并開發(fā)出一些輸電線路信息管理系統(tǒng)，并成功的提高了輸電線路規(guī)劃、設計、施工、運維的經濟性與安全性及輸電線路生產的效率。近年來，電網(wǎng)點樣等級的不斷提高、規(guī)模的不斷擴大，以及電網(wǎng)的商業(yè)化運營都給輸電線路網(wǎng)絡的管理提出了一定的要求和挑戰(zhàn)。同時，隨著輸電線路數(shù)據(jù)采集手段的豐富、通訊方式的不斷完備，輸電線路的信息量也迅速增加。這就使得輸電線路信息管理系統(tǒng)本身也需要不斷完善，這成為當代電網(wǎng)信息化過程中重要的研究方向。

1.3 GIS輸電管理系統(tǒng)

GIS輸電管理系統(tǒng)將新興的三維地理信息系統(tǒng)技術引入書店線路信息管理系統(tǒng)，從而形成了一個適應時代的輸電線路信息管理系統(tǒng)。此系統(tǒng)將虛擬技術和可視化技術進行了完美的融合，實現(xiàn)了輸電系統(tǒng)的瀏覽、管理、查詢、顯示燈功能，能夠實現(xiàn)對于輸電線路信息的綜合存儲和管理，為決策提供理論的支持，具有提升輸電的勞動生產力，降低運營成本等優(yōu)點。

二、GIS輸電線路管理系統(tǒng)研究

2.1系統(tǒng)總體構建

本文所述的系統(tǒng)所采取的構架是J2EE三層開發(fā)體系結構，技術框架選用Spring + Spring。從使用者層面來講，即訪問系統(tǒng)的人來說，采取的是B/S方式接入門戶訪問，無論是何種用戶，系統(tǒng)提供的訪問時一樣的，登入系統(tǒng)后，再分別提供不同的個性化定制的內容和服務。

第一，表示層。此層是客戶終端層，也就是Web瀏覽器?？蛻舳耸褂脼g覽器就能夠減少客戶端的保障工作，省去桌面軟件的安裝程序，只要啟動Web瀏覽器就能夠打開并使用系統(tǒng)。

第二，業(yè)務邏輯層。此層是可以連接表示層和數(shù)據(jù)庫之間的紐帶層。這一層不僅能夠支持客戶端對于數(shù)據(jù)的讀取和存儲于，并且能夠對表示層在業(yè)務方面提供支撐的作用。

第三，數(shù)據(jù)服務層。本層可以為數(shù)據(jù)庫的訪問提供一個公共的方式，為使用者提供一個直接對Oracle數(shù)據(jù)庫服務氣的訪問。

2.2系統(tǒng)的技術路線

圖1顯示了風場數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的生成和以及快速顯示的過程。根據(jù)所需研究的內容，本系統(tǒng)的重點在于以下的研究：（1）三維地理信息的和顯示；（2）電桿和電線的三維模型、顯示；（3）實時生成風場格點數(shù)據(jù)的分布和符號化的表達；（4）風場信息的多功能查詢和表達等技術和方法，對GIS子系統(tǒng)和服務端的功能進行了如下設計。

三、GIS輸電線路管理系統(tǒng)應用

3.1對某地區(qū)進行氣象觀測數(shù)據(jù)的查詢

對某區(qū)域現(xiàn)有的觀測站所觀察到的風向和風速相關數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計，并進行展示。查詢的條件包含了觀測站點的站號和查明，以及行政區(qū)域的劃分等等。以月或年為統(tǒng)計的周期，以不同的行政區(qū)域為劃分的戴維，基于站點所觀測的風場等值線或面等，對數(shù)據(jù)進行填補。

氣象觀測數(shù)據(jù)的展示主要以下兩種方式：第一，圖表顯示。能夠實現(xiàn)連續(xù)的時間段內對氣象站點提供的風速最大值和平均值進行查詢和統(tǒng)計等的功能，提供數(shù)據(jù)的文字表格或是柱狀圖、折線統(tǒng)計圖等進行顯示。第二，GIS地圖的數(shù)據(jù)顯示。利用地圖作為可視化方式進行展示，將某區(qū)域在某一時刻的所有站點的極大風速、最大風速的觀察數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，對各站點的數(shù)據(jù)進行數(shù)字顯示并進行風向標展示，實現(xiàn)某區(qū)域各個區(qū)縣的風場等值線、面進行展示。

3.2輸電線路數(shù)據(jù)查詢的展示

對某區(qū)域現(xiàn)在所有的書店線路根據(jù)實際的電桿、線、塔等所在的經緯度在GIS地圖上予以展示。實現(xiàn)線路定位、地圖縮放等功能進行不同區(qū)域、不同路線的定位，實現(xiàn)整條書店線路或者風場分段數(shù)據(jù)的查詢和顯示。對于展示方面來說，就要對電力線路的近遠景和塔標的三維進行不同的展示，模擬地區(qū)的輸電線路分布。

3.3電力標塔風場數(shù)據(jù)的查詢和顯示

可以說，電力標塔表示了輸電線路支撐的節(jié)點。作為區(qū)域內風力劃分的最小分析單元，GIS系統(tǒng)對于店里標塔在不同的高度和重現(xiàn)期內的最大風速進行了計算和展現(xiàn)，在不予以特殊說明的情況下，可以進行各標塔10米、15米、30米、50米、70米、100米的極大風速顯示。同樣也能夠根據(jù)使用者輸入不同的高度，對輸入的某一高度進行風場數(shù)據(jù)的實時模擬計算和顯示，從而滿足用戶的實際需求。

可以通過以下兩種方式進行呈現(xiàn)：第一，圖表方式。對某個特定的重現(xiàn)期內，查詢和計算店里線路的不同高度最大風速和極大風速，通過表格的方式予以展示，同事提供此輸電線路中的各標塔之間的最大風速的折線統(tǒng)計圖或者柱狀圖統(tǒng)計圖進行對比展示。第二，GIS地圖數(shù)據(jù)展示。通過三維地圖的方式對某一特定的重現(xiàn)期內所有標塔的最大風速、風向等進行課時化的展示，并且采取3D模擬場景進行數(shù)據(jù)還原和展示，從而增強展示的效果。

3.4用戶的管理

用戶管理主要是對系統(tǒng)內部的使用人員的信息和個人資料進行更新和維護，并對用戶的權限進行分配和調整。系統(tǒng)的默認角色有系統(tǒng)管理員、領導和普通用戶等。系統(tǒng)的管理員可以對用戶的權限進行分配以及更行，也可以新增用戶的權限信息。

3.5管理基礎數(shù)據(jù)

基礎數(shù)據(jù)管理是對系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)如輸電線路信息、標塔經緯度、行政區(qū)劃信息、氣象站點信息進行動態(tài)配置，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的維護性。

四 、結論

本文中提到的風力區(qū)劃分圖軟件基于GIS技術，實現(xiàn)了江門地區(qū)氣象觀測站點、電力線路、最大風速等計算、總結、查詢、顯示等。研發(fā)出的系統(tǒng)優(yōu)化了系統(tǒng)的擴展性、穩(wěn)定性、精密性、體驗性等方面的問題，可以展現(xiàn)出所測區(qū)域內，重現(xiàn)出不同的高度風力分配圖，同樣也能夠依據(jù)路線的要求，展現(xiàn)出分辨率較高的最大風速，從而能夠提升路線設計的科學性，降低成本，提升路線的防風能力，保障運營安全性。

參 考 文 獻

[1] 劉小玲. 三維GIS輸電線路運行管理系統(tǒng)[D]. 中南大學， 2012.

[2] 張奕杰. 基于GIS輸電線路信息管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 企業(yè)文化旬刊， 2013.

[3] 徐晶. 三維GIS輸電線路運行管理系統(tǒng)[J]. 建筑工程技術與設計， 2014.

[4] 王繼承， 張曉龍， 余晶晶，等. GIS三維可視化技術在輸電線路運維中的應用研究[J]. 中國科技博覽， 2014：277-277.

第4篇：地理信息系統(tǒng)研究方向范文

關鍵詞： GIS；一體化；圖形復用；自動關聯(lián)；組件技術

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A 文章編號：1671－7597（2012）0210161－01

0 引言

GIS是地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System）的簡稱，它是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的空間信息系統(tǒng)。 在系統(tǒng)建設中一體化的設計是整個系統(tǒng)的重要基礎和難點。圖形資源復用技術和自動關聯(lián)技術的應用提高了圖形對系統(tǒng)功能應用的支持。統(tǒng)一認證服務等加強了系統(tǒng)的安全應用。

1 輸配電模型一體化設計

傳統(tǒng)生產管理中的輸變電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)是相對獨立的系統(tǒng)，兩者之間并沒有建立關聯(lián)和一體化設計，因此許多依賴全網(wǎng)一體化信息的業(yè)務功能難以實現(xiàn)。為了改變這種“輸變配孤島”現(xiàn)狀，提出了輸變配模型一體化的設計思想。該設計思想通過輸變配模型一體化技術構建輸變配全網(wǎng)模型（一張網(wǎng)），在基礎結構上無縫連通輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)，并統(tǒng)一廠站和設備庫相關標準，統(tǒng)一全網(wǎng)拓撲，統(tǒng)一全網(wǎng)圖形。輸變配模型一體化技術既能滿足輸電、變電、配電在管理上的相對獨立性，又能使那些需要全網(wǎng)一體化支持的應用需求從根本上得以滿足。在構建一體化電網(wǎng)模型時，需要充分分析輸變電、配電管理模式的差異，從更高的層次抽象出共性特點。兩者對于設備的關注點、管理模式、業(yè)務開展方式均有差異，即使是對于同樣類型的線路或桿塔設備，輸電和配電管理人員所關注的設備屬性差異也較大。

2 地理圖形資源復用技術

系統(tǒng)中的許多應用均需要圖形的支持（這里主要指非 GIS 圖形，如變電站一次接線圖、各類二次系統(tǒng)圖等），以增強直觀性，方便操作，提高用戶體驗。由于這些圖隸屬于分布廣泛的基層廠站，涉及多個專業(yè)，因此這些圖的數(shù)量極大。以往非一體化設計的系統(tǒng)往往出現(xiàn)用戶重復繪圖的局面，圖形利用率很低，圖形資源浪費巨大，而且用戶需要熟悉多套繪圖工具，適應多種圖元和圖形樣式，使用極不方便。將各類應用所需的圖形作為一種重要的公共基礎資源進行設計和開發(fā)，對各應用所需的圖形功能進行了原子化設計、接口抽象和功能封裝，以最大限度提高復用性，支持各類應用方便一致地使用同一套圖形資源。用戶一次作圖后即可在各應用場合使用，免除不必要的繪圖工作量，消除圖形信息的不一致性，圖形復用程度高，并可顯著提升用戶體驗。

3 圖數(shù)自動關聯(lián)技術

圖數(shù)自動關聯(lián)技術實質上是圖元對象與設備對象之間的自動關聯(lián)，圖元對象是指站內接線圖中用于顯示設備的基本圖形元素。GIS系統(tǒng)采用圖元對象與設備臺帳中的相關設備對象自動批量關聯(lián)技術，大大降低繪制站內接線圖時建立圖元對象和設備對象對應關系的工作量。在站內接線圖繪制系統(tǒng)中，對于不同類型的設備分別用不同樣式的圖元來展現(xiàn)，同一類型的設備用同一樣式的圖元（或一組圖元）來展現(xiàn)，圖元類型與統(tǒng)一設備庫中的標準設備類型存在的多一對應關系。依據(jù)圖元類型與設備類型標準的對應信息，系統(tǒng)在自動關聯(lián)圖元對象和具體設備對象時就能大大減小關聯(lián)的檢索范圍，提高檢索效率和檢索命中率。因此，建立圖元類型與設備類型標準的對應關系是實現(xiàn)圖元對象和設備自動關聯(lián)的基礎。通過站內接線圖繪制系統(tǒng)繪制具體站內接線圖時，在繪制者選定圖元并輸入了圖元對象對應的設備運行編號或名稱后，系統(tǒng)可在該圖元對應的設備分類范圍內自動匹配相應設備。如果用戶輸入的是設備運行編號，則系統(tǒng)可以匹配出圖元對象對應的唯一設備，并自動關聯(lián)上該設備；如果用戶輸入的是設備名稱，系統(tǒng)通過模糊匹配可能會匹配出多個設備，此時需要繪制者做出選擇，系統(tǒng)關聯(lián)上用戶選擇的設備。在繪制完站內接線圖后，系統(tǒng)可以將圖中所有圖元對象所關聯(lián)的設備信息匯總，系統(tǒng)將站內接線圖中沒有關聯(lián)設備的圖元對象高亮顯示，以便于用戶查找和瀏覽。在繪制站內接線圖時，繪制者也可以不進行圖元對象和設備的關聯(lián)，在繪制完接線圖后，系統(tǒng)提供將接線圖中所有圖元對象和設備批量自動關聯(lián)功能。在批量關聯(lián)時，對于能夠唯一匹配的圖元對象，系統(tǒng)自動和設備建立關聯(lián)關系；對于無法唯一匹配的圖元對象，系統(tǒng)提示繪制者選擇設備后，再進行關聯(lián)。

4 組件技術可供二次開發(fā)調用的函數(shù)清單

MnuFile文件（&F）；mnuEdit編輯；mnuDisplay瀏覽；mnuSelect選擇；mnuConnect連通應用；mnuTool工具；=submStatByLine按線路統(tǒng)計；mnuWindow窗口；toolDisplay顯示；toolEdit編輯；toolConnect連通應用；toolSelect選擇；toolNavView瀏覽；toolGroupID地圖切換；=toolWindowList子窗體列表；toolOperate停電操作；toolMapEdit地圖編輯；toolEditBase圖元編輯；mnuPopup彈出菜單mnuPopupMiniOcxMode彈出菜單；submTransmitNotTool調度管理；mnuAdminTool管理員工具；submSp

EcialArea特殊區(qū)域；submDirtyArea污區(qū)；mnuTransmit輸電運行管理；mnuTransmitNot高級應用；submGPSLineWalkingGPS巡線；submQXManage缺陷管理；submPWMap配網(wǎng)聯(lián)絡圖；mnuFormat格式；submAlign對齊；=submMakeSameSize設置相同大??；submHorizontalSpacing水平間距；submVerticalSpacing垂直間距；submAdjust鏡像調整；mnuSystem系統(tǒng)；mnuView視圖（&V）。

5 圖形服務器

運行GIS服務器端軟件，實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的存儲、管理，并保證各客戶端之間的通訊和協(xié)同工作，響應其它系統(tǒng)對圖形數(shù)據(jù)的訪問請求。分布式協(xié)同工作環(huán)境：能支持多部門、多用戶同時對同一設施對象進行修改或查詢操作，系統(tǒng)提供對象級及圖元級的鎖定操作功能。異步方式數(shù)據(jù)更新：能支持用戶與服務器之間的異步數(shù)據(jù)更新，從而大大提高用戶端分布系統(tǒng)工作運行效率及數(shù)據(jù)安全性。提供及時的網(wǎng)絡拓撲重構功能，即用戶修改了電力設施網(wǎng)絡連接關系后，系統(tǒng)能夠實時響應，同步自動更新全信息應用模型。

6 統(tǒng)一身份認證服務

此服務主要需要具備三項功能：用戶注冊，用戶在統(tǒng)一身份認證服務中注冊賬號。以后這個賬號可以在所有使用統(tǒng)一身份認證服務的應用系統(tǒng)中使用。賬號關聯(lián)。如果用戶之前已經在相關的應用系統(tǒng)中擁有賬號，同時也已經設置了相應的權限，那么用戶能夠將這些應用系統(tǒng)的賬號與統(tǒng)一身份認證服務的賬號進行關聯(lián)，使得用戶登錄統(tǒng)一身份認證服務之后，就能夠自動使用相關的應用系統(tǒng)用戶來訪問應用系統(tǒng)。

用戶認證為應用系統(tǒng)提供用戶身份認證，兼顧以下兩個應用方式：應用系統(tǒng)使用統(tǒng)一身份認證服務作為它的用戶系統(tǒng)，用戶與應用系統(tǒng)進行交

互，并進行登錄操作，應用系統(tǒng)將用戶提供的用戶名、密碼等轉發(fā)給統(tǒng)一身份認證服務以檢驗其是否通過授權。用戶首先登錄統(tǒng)一身份認證服務，并獲取權限令牌，然后可以使用這個權限令牌訪問其它應用系統(tǒng)，應用系統(tǒng)接收該權限令牌時應當與統(tǒng)一身份認證服務進行交互，以檢驗訪問的合法性。

7 結語

目前GIS已經逐漸成為城市配網(wǎng)輸配電控制技術的基礎，它的發(fā)展方向應該是更多的圖形化和實效化。圖形新技術的應用將會不斷加入到系統(tǒng)中去，因此在對圖形新技術的嵌入接口及二次函數(shù)調用上，都成為一個密不可分的整體性技術點，也是今后發(fā)展和分析的重點。

參考文獻：

[1]段海鳳、李建輝、李建明，配電網(wǎng)絡GIS系統(tǒng)研究[J].科技傳播，2011.

[2]李建明、申麗娜、王軍利，配網(wǎng)地理信息系統(tǒng)功能框架[J].硅谷，2011.

[3]汪際峰、沈國榮，大電網(wǎng)調度智能化的若干關鍵技術問題[J].電力系統(tǒng)自動化，2012.

第5篇：地理信息系統(tǒng)研究方向范文

【關鍵詞】GIS 空間數(shù)據(jù)模型 空間數(shù)據(jù)模型算法

一、研究現(xiàn)狀

（一）二維空間數(shù)據(jù)模型

目前，在GIS研究領域中，已提出的空間數(shù)據(jù)模型有柵格模型、矢量模型、柵格-矢量一體化模型和面向對象的模型等。

1.柵格數(shù)據(jù)模型

柵格數(shù)據(jù)模型是最簡單、最直觀的一種空間數(shù)據(jù)模型，它將地面劃分為均勻的網(wǎng)格，每個網(wǎng)格單元由行列號確定它的位置，且具有表示實體屬性的類型或值的編碼值。

2.矢量數(shù)據(jù)模型

矢量模型是用構成現(xiàn)實世界空間目標的邊界來表達空間實體，其邊界可以劃分為點、線、面等幾種類型，空間位置用采樣點的空間坐標表達，空間實體的集合屬性，如線的長度、區(qū)域間的距離等，均通過點的空間坐標來計算。

3.矢量-柵格一體化數(shù)據(jù)模型

在基于矢量的GIS系統(tǒng)中，使用的是邊界表達方法。這種矢量結構用一組取樣點坐標表達一條弧線段或一個多邊形，這是人們使用地圖引申出來的習慣概念，用這種數(shù)據(jù)結構，人們可以方便的得到長度、面積等。在基于柵格的GIS系統(tǒng)中，人們已經用元件空間充填表達面狀地物。對于線狀地物，以往人們僅使用矢量方法表示。事實上，如果采用元件空間充填表達方法表示線性目標，就可以將矢量和柵格的概念統(tǒng)一起來，進而形成成矢量-柵格一體化的數(shù)據(jù)結構。

4.面向對象的數(shù)據(jù)模型

面向對象的定義是指無論怎樣復雜的事例都可以準確地由一個對象表示，這個對象是一個包含了數(shù)據(jù)集和操作集的實體。除數(shù)據(jù)與操作的封裝性以外，面向對象數(shù)據(jù)模型還涉及到四個抽象概念：分類（Classification）、概括（Generalization）、聚集（aggregation）、關聯(lián)（Association）以及繼承（Inheritance）和傳播（propagation）兩個語義模型工具。

（二）三維空間數(shù)據(jù)模型

三維空間數(shù)據(jù)模型包括基于面的模型、基于體的模型和基于混合構模的數(shù)據(jù)模型。

基于面模型的構模方法側重于三維空間實體的表面表示，如地形表面、地質層面、構筑物(建筑物)及地下工程的輪廓與空間框架。所模擬的表面可能是封閉的，也可能是非封閉的。

體模型是基于三維空間的體元分割和真三維實體表達，體元的屬性可以獨立描述和存儲，因而可以進行三維空間操作和分析。體元模型可以按體元的面數(shù)分為四面體(Tetrahedral)、六面體(Hexahedral)、棱柱體(Prismatie)和多面體(Polyhedral)共4種類型，也可以根據(jù)體元的規(guī)整性分為規(guī)則體元和非規(guī)則體元兩個大類。規(guī)則體元包括CSG一tree、Voxel、Oetree、Needle和RegularBI。ek共5種模型。規(guī)則體元通常用于水體、污染和環(huán)境問題構模，其中Voxel和Octree模型是一種無采樣約束的連續(xù)空間的標準分割方法，Needle和RegularBlock可用于簡單地質構模。

基于面模型的構模方法側重于三維空間實體的表面表示，如地形表面、地質層面等，通過表面表示形成三維目標的空間輪廓，其優(yōu)點是便于顯示和數(shù)據(jù)更新，不足之處是難以進行空間分析?；隗w模型的構模方法側重于三維空間實體的邊界與內部的整體表示，如地層、礦體、建筑物等，通過對體的描述實現(xiàn)三維目標的空間表示，優(yōu)點是易于進行空間操作和分析，但存儲空間大，模型數(shù)據(jù)結構復雜，計算速度慢?；旌夏Ｐ偷哪康膭t是綜合面模型和體模型的優(yōu)點，以及綜合規(guī)則體元與非規(guī)則體元的優(yōu)點，取長補短。目前對混合模型的研究尚局限于理論和概念的探討，還沒有成熟的模型算法出現(xiàn)。

二、空間數(shù)據(jù)模型的算法

（一）空間數(shù)據(jù)的壓縮算法

在數(shù)據(jù)采樣過程中，不可避免產生一些數(shù)據(jù)冗余：大比例尺、高精度數(shù)據(jù)做小比例尺、低精度應用時，更會存在不必要的數(shù)據(jù)冗余。為了節(jié)約存儲空間，如何對采樣數(shù)據(jù)進行合理的刪減，以及如何根據(jù)向題的需要消除冗余數(shù)據(jù)，是GIS空間數(shù)據(jù)處理過程中的一項首要任務。

1.基于矢量的壓縮算法

GIS中矢量數(shù)據(jù)的獲取主要有多種途徑，包括野外數(shù)字化測量、解析測圖、數(shù)字化儀采集、掃描矢量化等。在解析測圖儀的連續(xù)方式采樣和數(shù)字化儀的流方式采樣過程中，存在數(shù)據(jù)密集的問題;在掃描矢量化時，直接由柵格矢量化得到的點也比較密集，可以做合理的刪減處理。因此，基于矢量的空間數(shù)據(jù)壓縮的核心是在不擾亂拓撲關系的前提下，對采祥點進行合理的刪減。

基于矢量的壓縮算法主要有：曲線的數(shù)據(jù)壓縮算法、面域的數(shù)據(jù)壓縮算法等。

2.基于柵格的壓縮算法

柵格數(shù)據(jù)文件記錄有3基本方式：基于像元，基于層和基于面域。這3種方式都離不開對像元坐標和屬性的記錄。因此基于柵格的空間數(shù)據(jù)壓縮的核心是盡量減少像元數(shù)量的存儲，其方法有三大類，即從減少記錄像元的數(shù)量入手，或從減少像元的記錄信息量入手，以及兩者的結合。實用方法有游程長度壓縮、差分映射壓縮、常規(guī)四叉樹壓縮、線性四叉樹壓縮和二維行程壓縮等。

基于矢量的壓縮算法主要有：游程長度壓縮算法、差分映射算法、常規(guī)四叉樹壓縮算法等。

（二）空間數(shù)據(jù)內插算法

空間數(shù)據(jù)內插是GIS數(shù)據(jù)處理的另一項重要任務,可以從內插時使用已知采樣點的范圍分為兩大類：整體擬合和局部擬合；也可以從內插的具體內容分為兩大類：點的內插和區(qū)域內插。所謂整體擬合，是指內插模型是基于研究區(qū)域內的所有采樣點的特征觀測值建立的，如趨勢面分析、傅立葉級數(shù)等。所謂局部擬合，是指僅用鄰近于未知點的少數(shù)已知采樣點的特征值來估算該未知點的特征值，如樣條函數(shù)法、移動平均法等。局部擬合的特點是可以提供內插區(qū)域的局部特性，且不受其他區(qū)域的內插影響。所以局部擬合通常用于如地下溶洞推測、金屬礦品位估計、陷落柱預測、污染源搜索等，內插結果一般具有精確性特點。

（三）空間數(shù)據(jù)轉換算法

空間數(shù)據(jù)轉換既是GIS數(shù)據(jù)處理的一項重要任務，也是GIS的技術難題之一。有時候，為了方便分析和應用，需要將矢量數(shù)據(jù)轉換為柵格數(shù)據(jù)，或者將柵格數(shù)據(jù)轉換為欠量數(shù)據(jù)。因為轉換程序通常占用較多的內存，涉及復雜的計算，過去一直難以在微機環(huán)境下進行。近年，隨著計算機處理能力的不斷提高，已經發(fā)展了許多高效的轉換算法。

對于點狀實體而言，每個實體僅由一個坐標對表示，其矢量結構和柵格結構的相互轉換基本上只是坐標精度轉換的問題。線實體的矢量結構在轉換為柵格數(shù)據(jù)時，除了要把矢量坐標轉換為柵格行列坐標外，還要根據(jù)轉換精度要求，在坐標點之間進行柵格內插，這可以由兩點式直線方程得到。反之，線實體的柵格結構轉換為矢量結構時，與將柵格面域多邊形轉換為矢量多邊形的方法相似。本章將討論基于弧段和基于面域多邊形的矢量結構與柵格結構的相互轉換問題。

三、目前存在的問題

柵格數(shù)據(jù)模型的缺點是數(shù)據(jù)存儲量大、空間位置的精度低、難于建立網(wǎng)絡連接關系、繪圖比較粗糙。矢量模型的缺點是缺乏與遙感及數(shù)字地面模型（DTM）直接結合的能力，邊界復雜和模糊的事物難以描述，數(shù)據(jù)結構比較復雜，難于處理多種地圖的疊置分析操作。在應用面向對象的方法構造GIS模型和計算時，也存在一些問題，表現(xiàn)為：經典的GIS空間模型缺乏對GIS關系和空間計算的總體指導，已有的模型有局限性，思想方法與面向對象的思想差距較大。面向對象技術的數(shù)據(jù)抽象技術提供了實現(xiàn)縱向空間關系的解算能力，但對橫向的空間關系的解算能力較差，所以即使利用面向對象的方法完成了GIS的空間對象定義，并實現(xiàn)了對象的分類、聯(lián)合、概括和聚合、類的繼承、封裝、聚集等，在空間關系的構造和空間計算的模式確定方面仍然缺乏全面指導的面向對象GIS空間模型的理論。

基于點、弧段、線、多邊形、復雜對象等對象的定義只能抽取GIS空間現(xiàn)象的一般特征，不能滿足空間現(xiàn)象多變、突變、關系蘊涵復雜的要求，實現(xiàn)的空間解算功能有限。

四、研究趨勢

動態(tài)時空數(shù)據(jù)模型研究是 GIS研究的新熱點。蘇奮振等以海洋地理信息系統(tǒng)研究為例，提出以過程處理為核心來發(fā)展 GIS對時空信息處理的能力，試圖利用多維信息可視化和組件化技術來構建三層體系結構的大吞吐量的、開放式的海洋信息系統(tǒng)平臺 Maxplore，進而介紹了該系統(tǒng)開發(fā)的關鍵技術與特色模塊。沈大勇等提出以 GIS流素與柔性體元作為動態(tài)柔性地物的基本模擬單元；當忽略體積時，稱為 GIS流素;當強調體積時，則稱為GIS柔性體元。認為 GIS流素與柔性體元與不規(guī)則三角網(wǎng)格網(wǎng)、四面體、八叉樹等傳統(tǒng)建模方法相結合，可實現(xiàn)對于地學對象固、液、氣三相的完整表達。

科技計劃項目：河北省高等學?？茖W研究計劃項目（項目編號：Z2012134）

參考文獻：

[1]吳立新等.論三維地學空間構模[J],地理與地理信息科學,2005,21(1),1-4.

[2]吳慧欣.三維GIS空間數(shù)據(jù)模型及可視化技術研究[D],西北工業(yè)大學博士學位論文,2007.

[3]郭利川等.淺談地理信息系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)模型[J],地理空間信息,2005,3(1),37-39.

第6篇：地理信息系統(tǒng)研究方向范文

關鍵詞：城市交通；技術；研究

Abstract: the article on China's recent city transportation infrastructure construction and long-term modernization city traffic management basic theory, method of the traffic engineering application technology present situation, development direction and objectives and research ways and measures are analyzed, and the future research directions are suggested.

Key words: city traffic; technology; research

中圖分類號：U491文獻標識碼：A文章編碼：

一、引言

近幾年來，隨著我國國民經濟發(fā)展迅猛，交通需求量增長很快，全國范圍內的大中城市都基本上出現(xiàn)了嚴重的交通阻塞現(xiàn)象。在我國，出現(xiàn)城市交通全面緊張的原因主要有二個：(1)城市交通基礎設施建設速度遠遠跟不上交通需求增長速度，城市交通設施運輸能力不能滿通需求而造成交通阻塞；(2)城市交通管理設施落后、管理水平不高，現(xiàn)有道路交通設施的運輸能力得不到充分利用而造成交通阻塞我國國內經濟發(fā)展很不平衡，沿海城市較內地城市發(fā)展要快，北京及部分沿海城市已初步建成了較完善的道路交通網(wǎng)絡。但由于這些城市的交通管理設施落后，管理人員缺乏，管理水平不高，造成已形成的道路交通網(wǎng)絡系統(tǒng)沒有發(fā)揮其應有的運輸效率，加重了城市交通的阻塞。

另一方面，由于我國以前對城市交通管理重視不夠，城市交通管理法規(guī)還不夠完善，執(zhí)法部門執(zhí)法不嚴，市民遵守交通法規(guī)的觀念淡薄，交通違紀現(xiàn)象很普遍，時常造成人為的交通擁擠與阻塞。

總體來說，我國目前仍為發(fā)展中國家，絕大多數(shù)城市仍處于開發(fā)階段，造成交通全面緊張的主要原因是城市交通基礎設施建設速度遠遠跟不上交通需求的增長速度。加快我國城市交通基礎設施的建設，盡快形成基本適應交通需求的城市交通網(wǎng)絡系統(tǒng)是我國城市交通建設的當務之急。

本文著重討論在我國近期城市交通基礎設施建設及中遠期現(xiàn)代化城市交通管理的基礎理論、方法中起支撐作用的交通工程應用技術的現(xiàn)狀、發(fā)展方向與目標及其研究途徑與措施。具體包括三個方面：①城市交通信息系統(tǒng)；②城市交通需求預測系統(tǒng)；③城市交通應用軟件系統(tǒng)。

二、城市交通信息系統(tǒng)

城市交通信息是進行城市交通研究的依據(jù)，進行城市交通基礎設施規(guī)劃、建設及城市交通管理的基礎。城市交通信息極其豐富，種類繁多，就其時效性可分為實時交通信息及歷史交通信息，就其性質可分為動態(tài)交通信息(車流的交通信息)及靜態(tài)交通信息(交通設施的交通信息)。

1．械市交通信息系統(tǒng)發(fā)展與現(xiàn)狀

(1)用于城市交通規(guī)劃的交通信息系統(tǒng)

城市交通規(guī)劃在城市的建設及發(fā)展過程中起著十分重要的作用，進行城市交通規(guī)劃需要大量的城市交通信息，其中，最主要的交通信息包括：①居民、車輛、貨物的出行特性及其分布；②交通流特征(交通量、車速)及其分布；③交通設施(道路網(wǎng)絡、公共交通網(wǎng)絡、交叉口控制設施、車站、碼頭分布)；④社會經濟信息(人口及其分布、居住分布、就業(yè)分布、土地利用及其分布)。這些交通信息在交通規(guī)劃中是進行現(xiàn)狀交通評價及未來交通預測的直接依據(jù)。國外經濟發(fā)達國家比較重視這類交通信息的收集與積累。早在五六十年代，歐美發(fā)達國家當時處于城市交通基礎設施建設時期，城市交通設施的規(guī)劃與建設成為當時交通工程的研究重點，為了配合交通規(guī)劃工作的全面展開，許多大中城市都相繼進行了大規(guī)模的交通調查，并建立了標準化交通信息數(shù)據(jù)庫，這些交通信息數(shù)據(jù)庫在當時的大規(guī)模交通規(guī)劃及后來的城市交通規(guī)劃滾動、調整中起了極其重要的作用。一方面，這些交通信息數(shù)據(jù)庫為交通規(guī)劃及交通規(guī)劃滾動中的交通評價、交通預測提供了堅實基礎，使規(guī)劃及規(guī)劃滾動科學、合理，另一方面，這些規(guī)范化的交通信息數(shù)據(jù)庫為沒有進行大規(guī)模交通調查的城市提供了樣板，這些城市可以不進行大規(guī)模交通調查而直接從規(guī)范化交通信息數(shù)據(jù)庫中調用同類城市的交通信息進行類比，便可進行城市交通規(guī)劃，不僅大大節(jié)省了調查經費，而且大大縮短了城市交通規(guī)劃工作的周期，社會經濟效益巨大。

如前節(jié)所述，我國目前狀況與歐美發(fā)達國家60年代的狀況相似，處于經濟大發(fā)展時期，造成城市交通全面緊張的主要原因是城市交通基礎設施的建設速度遠遠跟不上城市交通需求的增長速度，為了改變這一狀況，一個大規(guī)模的城市交通規(guī)劃、建設熱潮正在全國展開。為了開展城市交通規(guī)劃工作，我國已有近40個城市進行過大規(guī)?；蜉^大規(guī)模的綜合交通調查，無疑這些交通調查成果對相應城市的交通設施規(guī)劃、建設起到重要作用。但從交通信息系統(tǒng)的角度來看，存在著許多不足，有待于進一步完善。如：①交通調查不規(guī)范。目前用于城市交通規(guī)劃的交通調查很不規(guī)范，無論是調查的內容、調查的深度，還是對一些主要特征指標的定義均無統(tǒng)一的標準，造成城市之間的不可比性。如對居民“出行”的定義，就沒有明確的標準，有的城市定義為居民在空間上移動500m或1000m為出行；有的城市定義為居民外出耗時3分鐘或5分鐘為出行，等等，使得居民平均日出行次數(shù)這個重要的特征指標無可比性。②調查成果沒有形成數(shù)據(jù)庫，利用率低。我國已有近40個城市進行過綜合交通調查，調查的城市覆蓋面很廣，信息量極其豐富，如果能形成一個國家級的標準化交通信息數(shù)據(jù)庫，為沒有做過交通調查的城市提供類比分析的依據(jù)，必將能產生巨大的經濟效益。但我國目前不僅沒有形成國家級數(shù)據(jù)庫，就連各城市本身也很少形成數(shù)據(jù)庫，不少城市在交通規(guī)劃結束后，交通調查資料就被遺失，待規(guī)劃滾動時，需重新進行調查。有些城市，雖進行了大規(guī)模的綜合交通調查，但在規(guī)劃時，僅少量調查結果被應用，大部分被浪費?？傮w來說，目前我國的交通調查資料利用率很低。

⑧交通信息采集手段落后。我國目前城市交通信息的采集基本上還是用比較原始的人工方法，自動化程度很低。如交通流量、車速等信息的采集基本上還是用記數(shù)法，現(xiàn)代化的交通檢測手段沒有被普及；居民出行調查常采用家訪法；土地利用、人口分布等信息用原始的圖上量面積方法，掃瞄儀等現(xiàn)代化設備沒有被廣泛應用。

(2)GIS在城市交通信息系統(tǒng)中應用

GIS(GeographiclnformationSystem)是一種基于計算機軟硬件支持的空間和空間屬性數(shù)據(jù)庫的地理信息系統(tǒng)，由于它的綜合功能、廣泛的應用領域及在決策中的綜合效能，最近十多年得到了迅猛發(fā)展。特別是近幾十年計算機軟硬件價格下降及技術的進步，GIS在城市的規(guī)劃建設和管理部門迅速推廣應用，取得了巨大的社會經濟效益，GIS同樣也能成為城市交通規(guī)劃、建設及城市交通管理的有力工具。

GIS是利用計算機軟硬件的支持，對數(shù)據(jù)和信息(包括圖紙和表格)按地理坐標和空間位置進行收集、輸入、存貯、編輯、查詢、檢索、顯示和管理，以及對這些信息進行統(tǒng)計和分析的綜合技術。GIS一般包括四個子系統(tǒng)：①數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)。借助于一定的技術手段，如數(shù)字化儀、掃描儀等將圖片數(shù)字化，或通過實地測量獲得的數(shù)據(jù)以及空間物體的屬性數(shù)據(jù)按一定的格式輸入計算機，建立相關的地理數(shù)據(jù)庫。②數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。把空間數(shù)據(jù)以拓撲結構的形式組織、分類、整理、運算，并進行綜合管理，為用戶相應的操作、分析、顯示等的空間和非空間的查詢進行快速檢索服務。⑧數(shù)據(jù)輸出或顯示子系統(tǒng)。利用計算機終端輸出全部或選擇性的部分數(shù)據(jù)或圖形信息，為用戶提供直觀的圖象和圖形。④空間分析子系統(tǒng)。對這種空間信息根據(jù)用戶咨詢目的進行空間分析，建立空間事物的綜合系統(tǒng)動力學模型，進行動態(tài)數(shù)學模擬及預測。

考察GIS的功能可以實現(xiàn)：利用GIS進行城市交通的規(guī)劃、設計、建設、管理，能大大提高工作效率及成果水平，尤其是對城市交通規(guī)劃。因為城市交通規(guī)劃所要處理、分析的數(shù)據(jù)量巨大、數(shù)字模型復雜、規(guī)劃成果或分析結果的表示要求多樣化，利用GIS強大的數(shù)據(jù)懾人功能、數(shù)據(jù)管理功能、圖形顯示功能及空間分析功能，能使上述問題變得十分容易。可以說，GIS是進行城市交通規(guī)劃的最有利的輔助工具，在我國當前大規(guī)模的城市交通規(guī)劃建設時期，在城市交通規(guī)劃中推廣應用GIS，更具有特別重要的意義，必將產生巨大的社會經濟效益。

GIS的發(fā)展已有30年的歷史，但其突破性的進展是在計算機高度發(fā)達后的80年代末期，并已在發(fā)達國家得到廣泛應用。GIS在交通工程中的應用始于80年代，交通工程GIS系統(tǒng)的特殊性在于依靠宏觀的GIS地理信息系統(tǒng)的一切環(huán)境外，還必須具有交通工程特有的基礎數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及處理一般交通工程問題的能力，如交通需求預測、車流路徑選擇、道路通行能力分析、交通質量評價、交叉通信號配時及延誤、排隊分析等。

交通工程GIS發(fā)展最快的是美國，近幾年來已有上百個交通工程GIS軟件問世，由美國凱力浦(Caliper)公司開發(fā)的TransCAD交通工程GIS軟件系統(tǒng)，可以說明是GIS在交通工程應用的一大突破，并且由于其使用方便、性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點而被廣泛應用。利用TransCAD進行紐約肯尼迪國際機場綜合交通規(guī)劃、管理就是GIS在交通工程中應用的一個成功的例子。

我國GIS的技術開發(fā)和研究起步較晚。1987年由國家計委和中國科學院建立的資源與環(huán)境國家重點實驗室標志著我國GIS研究的開始。1988年結合世界銀行貸款的三個中等城市(洛陽、沙市和常州)的城市建設項目建立城市規(guī)劃管理信息系統(tǒng)，標志著我國城市地理信息系統(tǒng)開發(fā)的開始。但GIS在城市交通規(guī)劃及交通工程方面的應用，在我國幾乎還是空白。

(3)用于現(xiàn)代化交通管理的城市交通信息系統(tǒng)

城市交通信息系統(tǒng)不僅在城市交通規(guī)劃、建設中起著十分重要的作用，它同樣是進行城市交通現(xiàn)代化管理的基礎，倍受西方發(fā)達國家的重視。在這些國家，城市交通工程建設已進入現(xiàn)代化的交通管理階段，其主要工作為兩個方面：①城市交通需求管理(TDM)。通過交通需求的管理，減少不必要的出行量，降低道路交通負荷以緩解交通狀況。②城市交通系統(tǒng)管理(TSM)。通過交通系統(tǒng)管理，提高現(xiàn)有交通設施的運輸能力及運輸效率，以緩解交通緊張狀況。而進行交通需求管理及交通系統(tǒng)管理的基礎，都是城市交通信息(特別是實時、動態(tài)交通流信息)的獲取與傳遞。發(fā)達國家非常重視城市交通信息系統(tǒng)，投入了大量的財力、物力、人力進行研究與開發(fā)。如歐共體12國正在研制的基于衛(wèi)星通訊的現(xiàn)代化智能車一路一運輸環(huán)境系統(tǒng)DRIVE研究計劃中，就投入了大量的資金對交通信息系統(tǒng)進行研究。，在研究經費達1億歐洲貨幣單位的DRIVE計劃一期工程中，有近1／3的研究項目為道路交通信息RTI(Road Traffic lnformation)的研制與開發(fā)，包括道路交通信息的獲取、傳送、管理及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建立。研究經費達4億歐洲貨幣單位的DRIVE計劃二期工程，其研究主題就是現(xiàn)代化交通信息系統(tǒng)(DRIVE Ⅱ：ATT―The Advanced Transport Telematics)。研究計劃包括了交通需求管理信息系統(tǒng)、旅行交通信息系統(tǒng)、集成化城市交通管理信息系統(tǒng)、集成化城際交通管理信息系統(tǒng)、駕駛員救援與合作駕駛信息系統(tǒng)、貨運與車隊管理信息系統(tǒng)及公共交通管理信息系統(tǒng)的建立、信息采集技術、傳送技術及硬件設備開發(fā)。

我國目前處于大規(guī)模建設時期，城市交通基礎設施的規(guī)劃、建設是我國當前的當務之急，但由于經濟發(fā)展的不平衡，我國部分沿海城市將率先進入現(xiàn)代化行列，城市現(xiàn)代化交通管理技術的研究與開發(fā)應盡早開展。我國目前對在城市現(xiàn)代化交通管理中起基礎作用的交通管理信息系統(tǒng)尚未開展研究，應引起有關部門的重視。

2．城市交通信息系統(tǒng)發(fā)展目標

適應我國當前大規(guī)模城市交通基礎設施建設的要求，要統(tǒng)一城市交通規(guī)劃的交通調查標準，建立全國通調查數(shù)據(jù)庫，供未進行過大規(guī)模交通調查的城市在進行交通規(guī)劃時類比、參考。同時，要建立標準化的城市交通規(guī)劃GIS系統(tǒng)，積極在國內推廣應用，并開展現(xiàn)代化城市交通管理信息系統(tǒng)的研制，爭取達到國際80年代初同行業(yè)的先進水平。

3．城市交通信息系統(tǒng)研究內容

(1)規(guī)范化城市交通調查內容、調查技術、調查方法研究

研究城市交通規(guī)劃的規(guī)范化調查項目、調查內容、調查方法及調查技術；研究不同層次規(guī)劃(遠景城市發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃、中長期城市綜合交通規(guī)劃、近期城市交通治理規(guī)劃、城市交通滾動規(guī)劃)的調查內容及調查方法；建立規(guī)范化交通調查指南。

(2)城市交通規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫技術開發(fā)

開發(fā)城市交通規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫技術，收集國內已調查的城市交通信息資料，按城市性質、區(qū)域規(guī)模、人口規(guī)模等建立數(shù)據(jù)庫，研究城市交通規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫的維護及更新技術。

(3)出行特征參數(shù)與城市性質、規(guī)模相關關系研究

廣泛收集國內的城市交通調查資料，研究并建立居民出行特征參數(shù)(如居民平均日出行次數(shù)、各目的出行次數(shù)、交通方式比例)、車輛出行特征參數(shù)(如車輛平均日出行次數(shù)、平均出行距離)等與城市性質、城市規(guī)模的相關關系，供同類城市進行交通規(guī)劃或規(guī)劃滾動作類比、參考。

(4)適合中國國情的城市交通工程GIS系統(tǒng)開發(fā)

開發(fā)適合于我國城市交通工程的基本GIS系統(tǒng)，加強交通工程所特有的交通數(shù)據(jù)獲取功能，增加交通分析功能(如網(wǎng)絡分析功能、交通數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能、交通需求預測功能、道路網(wǎng)絡規(guī)劃功能、公共交通線網(wǎng)規(guī)劃功能)，建立交通工程標準數(shù)據(jù)庫(如各種圖示圖例、道路規(guī)劃標準、交通信號燈標準、交通狀況標準等)；研究已有的交通工程標準軟件與GIS的接口技術或轉換技術。

第7篇：地理信息系統(tǒng)研究方向范文

關鍵詞 高階Delaunay三角網(wǎng);局部極小;釘螺螺情;信息系統(tǒng)

中圖分類號TP393 文獻標識碼A文章編號 1674-6708(2010)21-0181-02

0 引言

血吸蟲病使全世界近6億人口受害,血吸蟲主要是在釘螺中繁殖和傳播[1]。在我國現(xiàn)有釘螺面積的95.5%分布于長江流域的湖沼地區(qū),并具有如下特點:湖區(qū)地形、地貌復雜,植被多樣,水位無法控制;水流沖刷、泥沙淤積等影響灘地崩漲,釘螺孳生環(huán)境不斷形成;釘螺隨季節(jié)性洪水擴散,導致有螺面積不斷增加 [2]。傳統(tǒng)的釘螺分布情況都是依靠人工統(tǒng)計,效率低下,同時準確率不高。

隨著地理信息產業(yè)的建立和數(shù)字化信息產品在全世界的普及,地理信息系統(tǒng)(Geographic Information Systems,GIS)己被應用于廣泛的領域,包括:環(huán)境資源控制;重大自然災害監(jiān)測與評估;建立生態(tài)模型等,給人們生活帶來了巨大的幫助[3]。GIS的最大特點就是能夠把事物空間特征和屬性特征結合在一起進行處理,釘螺的分布與環(huán)境空間特征緊密相關,且具有一定的空間區(qū)域性。

在數(shù)字地形建模(Digital Elevation Model,DEM)中,不規(guī)則三角網(wǎng)(Triangulated Irregular Network,TIN)通過從不規(guī)則分布的數(shù)據(jù)點生成的連續(xù)三角面來逼近地形表面。TIN模型在某一特定分辨率下可用更少的空間和時間更精確地表示更加復雜的表面。特別當?shù)匦伟罅刻卣魅鐢嗔丫€、構造線時,TIN模型能更好地顧及這些特征從而能更精確合理地表達地表形態(tài),因而在GIS中被廣泛使用[4]。在DEM中,Delaunay三角網(wǎng)是一種有效的方法,然而有時用Delaunay三角網(wǎng)構建TIN時會出現(xiàn)人工大壩(artificial dam)和局部極小(local minimum)現(xiàn)象。為了使得地形模型具有更高的精度和逼真度,就需要有效地減少人工大壩的數(shù)量和局部極小的數(shù)量,而運用高階Delaunay三角網(wǎng)能使局部極小現(xiàn)象得到有效改善。

1 基本概念及相關性質

1.1三角剖分與Delaunay剖分

如何把一個散點集合剖分成不均勻的三角形網(wǎng)格是構建三角網(wǎng)的基本問題。假設V是二維實數(shù)域上的有限點集,邊e是一封閉線段,e由點集V中的點構成,E為e的集合。則該點集V的一個三角剖分T=(V,E)就是一個滿足以下條件的平面圖G:1)除了端點,平面圖中的邊不包含點集中的任何點;2)任意兩條邊不能相交;3)平面圖中所有的面都是三角面,且所有三角面的合集是散點集V的凸包。

在實際中運用的三角剖分,最多的就是由俄國數(shù)學家B.Delaunay于1934年發(fā)現(xiàn)的Delaunay三角剖分,它屬于一種特殊的三角剖分。假設E中有一條由端點a,b組成的邊e,某邊滿足以下條件:存在一個圓經過a,b兩點,圓內不含點集V中任何其他的點,則該邊為Delaunay邊。如果點集V的一個三角剖分T只包含Delaunay邊,那么該三角剖分稱為Delaunay三角剖分。Delaunay三角剖分必須符合以下兩個重要的準則:

1)空圓特性:Delaunay三角網(wǎng)是唯一的,即任意四點不能共圓,在Delaunay三角網(wǎng)中任一三角形的外接圓內不會有其它點存在。

2)最大化最小角特性:在點集形成的所有三角剖分中,Delaunay三角剖分所形成的三角形的最小角最大,即當兩個相鄰的三角形構成凸四邊形的對角線相互交換后,形成的六個內角的最小角不再增大。所以,Delaunay 三角網(wǎng)是“最接近于規(guī)則化的”的三角網(wǎng)。

1.2 Delaunay三角剖分算法

在Delaunay三角網(wǎng)的生成算法中,經常采用的是Lawson算法和Bowyer-Watson算法。在Lawson算法中,一般三角網(wǎng)經過局部優(yōu)化過程LOP (Local Optimization Procedure)處理即可成為Delaunay三角網(wǎng)。其操作步驟為:1)將兩個具有共同邊的三角形合成一個多邊形;2)根據(jù)最大空圓準則,檢查第四個頂點是否在三角形的外接圓之內;3)如果在,則對調對角線以完成局部優(yōu)化過程處理,其處理過程如圖1所示。

2 高階Delaunay三角網(wǎng)生成算法

2.1高階Delaunay 三角網(wǎng)

高階Delaunay 三角網(wǎng)是Delaunay 三角網(wǎng)的一種擴展,也稱為k_階Delaunay 三角網(wǎng),即三角網(wǎng)中的每個三角形的外接圓內至多包含k 個點,其中k 為正整數(shù)[7]。設u,v是Delaunay三角網(wǎng)內的兩個頂點,如果存在一個圓通過u,v兩點,且其內部至多包含k個點,則uv稱為一條k階的Delaunay邊,簡稱k-OD邊。如果一個三角形的外接圓內至多包含k個點,則這個三角形稱為k階Delaunay三角形,簡稱k-OD三角形。如果一個三角網(wǎng)的每個三角形都是k-OD三角形,則稱這個三角網(wǎng)是k階Delaunay三角網(wǎng),簡稱k-OD三角網(wǎng)。

2.2 高階Delaunay 三角網(wǎng)生成算法

高階Delaunay三角網(wǎng)生成算法是在Delaunay三角網(wǎng)的基礎上進行改進的。輸入為:具有釘螺分布坐標值的點集數(shù)組D和階數(shù)k,輸出為:點集P的k-階Delaunay三角剖分S。具體實現(xiàn)過程為:1)進行初始化,輸入D的值和k的值;2)對點集D按照Lawson算法進行Delaunay三角剖分;3)確定所有可用k-OD 邊,即確定Delaunay三角網(wǎng)內所有非連線的兩個點形成的邊是否為可用k-OD邊,要確定某一k-OD 邊uv是否為可用k-OD 邊,就是要判斷uv是否屬于一個k-OD三角網(wǎng);4)在Delaunay三角網(wǎng)內插入可用的k-OD邊,如果待插入的邊與已插入邊相交,就不插入該邊,否則插入該邊;5)對插入的k-OD邊的閉包進行k-OD三角剖分;6)輸出D的k-階Delaunay三角網(wǎng)S[8]。

3 高階Delaunay 三角網(wǎng)的應用

Delaunay三角網(wǎng)具有良好的特性,常采用構造TIN的方法構造Delaunay三角網(wǎng),并在計算機圖形學、科學計算可視化、自然科學、特別是在地學領域中得到了廣泛的應用。而高階Delaunay三角網(wǎng)可以盡量減少人工大壩的數(shù)量和局部極小的數(shù)量,尤其應用于水文分析和排水線設計方面。釘螺螺情信息系統(tǒng)研究的是釘螺孽生地各個指定范圍的格網(wǎng)中的釘螺數(shù)目,并按照網(wǎng)格釘螺數(shù)目以不同的顏色顯示釘螺分布的狀況,根據(jù)釘螺分布方式能夠確定具體的地理空間位置上的釘螺數(shù),這樣能夠更加精確地得到某個物理空間位置上的釘螺分布情況及空間特征情況,所以準確得到物理空間分布情況十分重要。實驗表明,將本文的高階Delaunay三角網(wǎng)應用到對釘螺螺情的分析系統(tǒng)中,能有效地減少了在地形邊界上出現(xiàn)的局部極小數(shù)量,使得到的剖分更適和實際地形,從而準確地把握地形分布情況。

4 結論

本文從釘螺螺情的現(xiàn)實需求中分析出GIS和三角網(wǎng)應用到釘螺螺情信息系統(tǒng)中的必要性。在三角網(wǎng)剖分到Delaunay三角網(wǎng)的建立基礎上,討論了Delaunay三角網(wǎng)的基本概念和相關特性,并在Delaunay三角網(wǎng)的基礎上引入了高階Delaunay三角網(wǎng),將其應用到釘螺螺情信息系統(tǒng)中。實驗表明,高階Delaunay三角網(wǎng)能夠有效地減少地形中局部極小的數(shù)量,采用高階Delaunay三角網(wǎng)建立的地形模型更接近于實際地形,使得對地形情況把握更為準確。

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第8篇：地理信息系統(tǒng)研究方向范文

關鍵詞：地理學 前言探索 特點問題

一、學術研究的前沿探索

1.全球變化及其區(qū)域響應研究

全球變化研究是20世紀80年代國際學術界為迎接人類所面臨的資源、環(huán)境和發(fā)展問題而設計和實施的研究計劃，是人類歷史上最為龐大的超級科學計劃。全球變化研究在過去、現(xiàn)在和未來，都是地理學的重要研究領域。全球變化及其區(qū)域響應涉及古地理環(huán)境演變、土地利用和土地覆被變化、減輕自然災害、典型區(qū)域環(huán)境定位研究以及全球環(huán)境變化的對策等眾多領域。我國的青藏高原、黃土高原等區(qū)域和全球環(huán)境變化關系密切，正是地理學研究可以發(fā)揮特長、顯示才干的領域。

2.陸地表層過程和格局的綜合研究

地理學的傳統(tǒng)研究領域是發(fā)生在陸地表層各種自然和人文現(xiàn)象的空間分異和空間組織。20世紀60年代以來，國內地理學界發(fā)展了地表熱量與水分平衡、地理環(huán)境中化學元素的遷移轉化以及生物群落與其環(huán)境之間的物質、能量的交換等三個過程研究的方向，國內外地理學界也發(fā)展了用社會科學理論解釋空間格局的人文地理方向。在這些方向上，自然地理學研究注重野外定點觀測和室內的實驗研究，人文地理注重地理空間人流和物流的調查分析。

3.自然資源保障和生態(tài)環(huán)境建設研究

水資源、土地資源和生物資源是地球人類家園支撐系統(tǒng)的重要組成部分。長期以來掠奪式的開發(fā)和不合理的經營管理，導致自然資源枯竭、環(huán)境退化和生物多樣性喪失等一系列問題，這些問題成為制約我國社會經濟可持續(xù)發(fā)展的嚴重障礙?？沙掷m(xù)發(fā)展要求在不同尺度的區(qū)域內，社會經濟發(fā)展與人口、資源、環(huán)境保持協(xié)調的關系。因此，應綜合研究我國各類自然資源的格局、過程和動態(tài)，從整體出發(fā)，研究各類自然資源之間的相互關系，揭示其組合特征和演變規(guī)律。研究自然資源和生態(tài)環(huán)境之間，不同區(qū)域的資源與環(huán)境之間，特別是人類活動與資源、環(huán)境之間的相互關系，揭示自然資源的時空變化規(guī)律并評估自然資源開發(fā)利用的環(huán)境效應，闡明人類經營活動對自然資源和生態(tài)環(huán)境的影響，提出其調控機制和對策。土地退化生態(tài)環(huán)境惡化具有明顯的區(qū)域差異，要劃分不同的生態(tài)類型，對其成因機制、動態(tài)過程和發(fā)展趨勢進行全面系統(tǒng)的研究，提出宏觀整治戰(zhàn)略及生態(tài)環(huán)境建設的途徑和措施。

4.區(qū)域可持續(xù)發(fā)展及人地系統(tǒng)的機理和調控研究

可持續(xù)發(fā)展是整個人類社會發(fā)展的目標，協(xié)調人與自然的關系是實現(xiàn)這一目標的基本手段，而人地關系的協(xié)調需要從全球、國家和地區(qū)等不同尺度和層次上進行。人口、經濟發(fā)展、資源、環(huán)境和生態(tài)等可持續(xù)發(fā)展的核心問題以及它們之間的相互關系，無不表現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異。不同的地域，其人口、資源、環(huán)境和發(fā)展的內涵也不同。區(qū)域尺度的可持續(xù)發(fā)展研究是地理學更能發(fā)揮優(yōu)勢的領域。

5.地球信息科學、技術和“數(shù)字地球”研究

地球信息科學是地球系統(tǒng)科學、空間技術和信息科學等交叉、融合的產物。它以信息流為手段研究地球系統(tǒng)的物質流、能量流和人流的運動狀態(tài)和方式。由于地球信息科學的多學科性，它能夠為地球系統(tǒng)中許多研究領域的綜合、大型地學問題的解決和研究提供強有力的支持，以至于全新的研究和解決方案。地球信息科學的形成和發(fā)展，標志著信息時代地球科學的研究方向，有著廣泛的社會需求。

地球空間信息技術的發(fā)展，使得人類有能力對全球性問題進行系統(tǒng)研究，促進了地球系統(tǒng)科學研究的現(xiàn)代化和信息化?！皵?shù)字地球”的核心思想是用數(shù)字化手段，整體性地研究解決地球問題和最大限度地利用信息資源。它不僅為地球可視化提供平臺，而且為地球科學實驗提供一個基本模型框架。利用這個框架，可以重演地球整體各圈層的演變與相互作用的歷史、評價現(xiàn)狀、預測未來。地球信息科學研究則為“數(shù)字地球”關鍵技術的解決奠定了科學基礎，其發(fā)展將有助于推動“數(shù)字地球戰(zhàn)略與中國對策”的研究。

二、結合實踐的熱點問題

1.資源環(huán)境問題

人與自然的關系體現(xiàn)在兩個方面，一是人類對自然的影響與作用，包括從自然界索取資源與空間，享受生態(tài)系統(tǒng)提供的服務功能，向環(huán)境排放廢棄物；二是自然對人類的影響與反作用，包括資源環(huán)境對人類生存發(fā)展的制約，自然災害、環(huán)境污染與生態(tài)退化對人類的負面影響。

《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要 （2006-2020年）》指出：改善生態(tài)與環(huán)境是事關經濟社會可持續(xù)發(fā)展和人民生活質量提高的重大問題。我國環(huán)境污染嚴重；生態(tài)系統(tǒng)退化加?。晃廴疚餆o害化處理能力低；全球環(huán)境問題已成為國際社會關注的焦點，亟待提高我國參與全球環(huán)境變化合作能力。綱要列出的資源環(huán)境“重點領域及其優(yōu)先主題”有：水資源優(yōu)化配置與綜合開發(fā)利用、綜合資源區(qū)劃、生態(tài)脆弱區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復重建、全球環(huán)境變化監(jiān)測與對策、城市生態(tài)居住環(huán)境質量保障、重大自然災害監(jiān)測與防御。綱要提出的“科學前沿問題”和“面向國家重大戰(zhàn)略需求的基礎研究”中涉及資源環(huán)境問題的有：地球系統(tǒng)過程與資源、環(huán)境和災害效應，人類活動對地球系統(tǒng)的影響機制，全球變化與區(qū)域響應。

2.城鎮(zhèn)化與城市發(fā)展

隨著我國新型城鎮(zhèn)化的快速推進，以“人地關系的地域系統(tǒng)”為研究對象，以探求可持續(xù)發(fā)展機制及對策為己任的現(xiàn)代地理學有著廣闊的研究領域。城市地理學是近年來世界和我國地理學科中發(fā)展速度最快、應用性最強、學術思想最活躍的分支學科之一。城市地理學研究歷來有兩大走向：一是把城市作為“點”，研究區(qū)域的城鎮(zhèn)體系；二是把城市作為“面”，研究城市內部空間結構。從應用角度看，兩者均是為城市和區(qū)域規(guī)劃發(fā)展服務。目前的研究熱點與學術前沿主要集中于以下方面：城市化與鄉(xiāng)村城市化機制和體制創(chuàng)新研究，城市體系與城市群（都市區(qū)、都市連綿區(qū)）的研究，大城市空間擴展與社會空間、感應空間的研究，信息化與城市發(fā)展研究，城市可持續(xù)發(fā)展研究等。

3.區(qū)域統(tǒng)籌發(fā)展

統(tǒng)籌區(qū)域發(fā)展的提出既是中國區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略理論發(fā)展的結果，又是中國區(qū)域經濟發(fā)展的現(xiàn)實需要。統(tǒng)籌區(qū)域發(fā)展以科學發(fā)展觀為指導思想?？茖W發(fā)展觀是堅持以人為本，全面、協(xié)調、可持續(xù)的發(fā)展觀，從區(qū)域經濟學的角度說，全面發(fā)展就是發(fā)達和欠發(fā)達地區(qū)等各種地區(qū)都要得到發(fā)展；協(xié)調發(fā)展就是各種區(qū)域問題基本得到解決、區(qū)域關系融洽、區(qū)域處于良性互動的發(fā)展狀態(tài)；可持續(xù)發(fā)展就是區(qū)域發(fā)展具有持續(xù)發(fā)展的能力，重點是加強資源和環(huán)境的保護，注重經濟發(fā)展與人口、資源、環(huán)境的協(xié)調，建立資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會。統(tǒng)籌區(qū)域發(fā)展是科學發(fā)展觀在區(qū)域層面的戰(zhàn)略要求。通過統(tǒng)籌區(qū)域發(fā)展，實現(xiàn)區(qū)域經濟全面、協(xié)調和可持續(xù)的發(fā)展目標，縮小區(qū)域發(fā)展的差距，從區(qū)域的層面為和諧社會的建設打好堅實的基礎。

4.生態(tài)文明建設

黨的十報告中指出，加快建立生態(tài)文明制度，健全國土空間開發(fā)、資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)境保護的體制機制，推動形成人與自然和諧發(fā)展現(xiàn)代化建設新格局。因此生態(tài)文明及其首要任務優(yōu)化國土空間開發(fā)格局成為地理學領域的熱點問題。生態(tài)文明是人類文明發(fā)展的一個新的階段，是人類遵循人、自然、社會和諧發(fā)展這一客觀規(guī)律而取得的物質與精神成果的總和；是以人與自然、人與人、人與社會和諧共生、良性循環(huán)、全面發(fā)展、持續(xù)繁榮為基本宗旨的文化倫理形態(tài)。在我國資源環(huán)境壓力已較大的背景下，如何在有限的國土空間合理布局，以承載人口增長、經濟擴張帶來的高強度的經濟活動，使我國生態(tài)脆弱和環(huán)境惡化的地區(qū)得到保護和改善，使大都市區(qū)、城市密集區(qū)、經濟帶等實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，關系到國家的長治久安。

三、面向未來的發(fā)展趨勢

1.人文地理和自然地理高度綜合

長期以來，自然地理和人文地理割裂對立的二元論阻礙了地理學整體綜合研究的發(fā)展。隨著社會經濟的發(fā)展和科學技術的進步，人類活動對自然環(huán)境的作用越來越大，其影響也愈加顯著。地理學應十分重視人文因素的影響及其反饋的研究，重視和發(fā)展與人文因素有關的分支學科，并促進其與自然地理學各學科間的滲透和融合。在人類對自然環(huán)境影響日益強烈的今天，人地關系更緊密地交織在一起，并且擴展成為全球環(huán)境變化問題。

2.深化微觀研究，探究地理事物的成因和變化機理

從發(fā)展趨勢看，微觀研究的深化主要表現(xiàn)在由靜態(tài)、類型和結構的研究轉變向動態(tài)、過程和機理的研究以及進一步的動態(tài)監(jiān)測、優(yōu)勢調控和預測預報等。自然地理側重生物、化學和物理過程的研究，人文地理側重經濟、文化和社會過程的探討。注重物質遷移過程的物理、化學、生物學和人文機理， 物質在多界面轉化和傳輸過程等方面的研究。從不同的物質尺度， 對地形發(fā)育、徑流形成、環(huán)境演變、污染物遷移、土壤發(fā)生形成、植被演替、土地退化、城市化等地理過程進行深入的研究。

3.進一步拓展地理學的應用研究領域

在地理信息系統(tǒng)快速發(fā)展的20多年，地理學不僅僅在決策支持方面，在涉及區(qū)域和空間問題的管理方面也拓展了許多應用領域。20世紀80年代以前，地理學的決策支持研究在我國主要集中在農業(yè)發(fā)展、工業(yè)的資源開發(fā)和利用、重大項目的選址、區(qū)劃和區(qū)域規(guī)劃領域。隨著環(huán)境問題越來越受到政府和社會的重視，資源保護、環(huán)境建設、災害防治、城市和農村發(fā)展等問題成為地理學應用研究的熱點，以GIS技術應用為龍頭的地理信息和3S技術應用產業(yè)化也以前所未有的速度發(fā)展起來，有力地增強了地理學研究成果的應用價值。

4.研究方法和技術的現(xiàn)代化

地理學經歷了從個別地理知識的記載到地理現(xiàn)象的歸納解釋，從定性的文字描述到定量化揭示地理現(xiàn)象發(fā)生發(fā)展規(guī)律的過程，從最初的多元統(tǒng)計與線性規(guī)劃的應用，到后來系統(tǒng)科學、灰色描述、模擬實驗在人地相互關系、自然過程模擬、社會發(fā)展因子相關分析等方面的應用，到今天對地觀測系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)和衛(wèi)星網(wǎng)絡通訊技術的建立和應用，大大提高了地理研究的效率和質量。地理學的研究對象也從點到面、由微觀到宏觀、由區(qū)域到全球。地理學研究技術手段的豐富達到了一個前所未有的高度，可以認為當代地理學也正在從經驗科學走向實驗科學。

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第9篇：地理信息系統(tǒng)研究方向范文

【 關鍵詞 】 地質災害；GIS；預警預報；二次開發(fā)

Study on Geological Disasters Forecasting and Warning System based on GIS

He Dong-cai

（College of Mining Engineering， Taiyuan University of Technology ShangxiTaiyuan 030024）

【 Abstract 】 The rapidly development of GIS technology provide a new way to understand geo-information for us， it also makes dynamic warning of geological disasters become possible. Paper study forecasting and warning system of geological disasters in X City， Shanxi Province， basing on geological meteorological data.

【 Keywords 】 geological disasters；gis； forecasting and warning； secondary development

1 引言

近年來，人類對生態(tài)環(huán)境的破壞日益嚴重，致使地質災害頻繁的發(fā)生，因此，一方面各種地質災害是已經變成嚴重制約社會、經濟發(fā)展的主要因素之一；另一方面受社會經濟發(fā)展的制約加之地質災害發(fā)生時其本身的地點、時間、方式、規(guī)模的不確定性影響，導致雖然民眾與政府都對它的危害性有深入認識，但仍然只能調用有限的資源和采取有限的措施來應對地質害的發(fā)生，且在進行地質災害防災決策時缺乏依據(jù)，致使其存在一定的盲目性。

早期的地質災害預測主要是專家根據(jù)地質基礎資料和野外調查進行地質災害敏感性判斷和評價，稱之為專家評價法。該方法的評價精度受到野外調查的詳細程度和專家的經驗與知識制約。近年來，隨著GIS技術的發(fā)展和成熟，GIS與數(shù)學統(tǒng)計理論、多元統(tǒng)計分析、統(tǒng)計模型、多元回歸模型、模糊數(shù)學等相結合的地質災害預測數(shù)學模型方法正在成為地質災害領域的研究熱門。

對于包括滑坡、崩塌、泥石流等在內的各種地質災害來講，雖然各種不同種類、各類個體災害之間存在著較大的差異，其形成機理也各有不同，但究其本源，它們都是受到特定的地質環(huán)境與特定的誘發(fā)因素的疊加影響下發(fā)生的，而這些疊加誘因都是與地理空間信息緊密相關的。GIS軟件與技術可以成熟的對上述地質災害誘因數(shù)據(jù)進行有效的存儲、編輯和管理，同時也可以進行多圖層之間的組合操作，疊加專業(yè)分析模型，可以實現(xiàn)從時間和空間上預測地質災害的范圍分布和發(fā)生的概率。本文在某市數(shù)據(jù)收集的基礎上，設計實現(xiàn)了地質災害危險性程度評價模型，并開發(fā)了原型系統(tǒng)以實現(xiàn)基于GIS技術的地質災害預警。

2 地質災害危險性評價方法

地質災害就是受到各種人為地質活動和自然因素的組合作用，導致地質地理環(huán)境發(fā)生漸進式，甚至是突發(fā)式的變化，并最終造成各種財產、生命損失的事件與現(xiàn)象。因此，地質災害系統(tǒng)具有突發(fā)性、非確定性、高非線性與復雜性的顯著特點，它是一個復雜的耗散體系與開放式系統(tǒng)。利用GIS中的空間數(shù)據(jù)管理技術可以有效的實現(xiàn)對可能的致災因子與和地質災害有關的各種空間數(shù)據(jù)進行管理，進而實現(xiàn)從多角度（時間與空間）對地質災害和導致其發(fā)生的致災因素之間的關系進行分析、比較、統(tǒng)計，最終達到預測、評估各類地質災害發(fā)生概率、規(guī)模的目標。

除此之外，地質災害的預測、評估還需考慮其潛在災害發(fā)生強度和歷史災害發(fā)生強度兩方面的因素。其中潛在災害發(fā)生強度指可能導致地質災害發(fā)生的各種致災因子的形成充分度，也就是說，已經形成的致災因子越多、越充分，即代表發(fā)生地質災害的概率就越大。而歷史災害發(fā)生強度是指待評估地區(qū)歷史上已經發(fā)生過的地質災害的次數(shù)、強度、規(guī)模、密度與頻率等，即越頻繁發(fā)生地質災害的地區(qū)，越可能繼續(xù)發(fā)生地質災害。綜上所述，在進行災害預警之前就需要先進行歷史資料的收集工作，來進行上述因素的統(tǒng)計，并綜合進行各個待預測地區(qū)評估單元的地質災害發(fā)生概率的綜合評價，便可得到相關區(qū)域的地質災害危險性劃分專題圖。

2.1 數(shù)據(jù)采集與處理

數(shù)據(jù)采集與處理包括圖像數(shù)據(jù)的采集、處理和屬性數(shù)據(jù)的采集、處理兩個方面。圖像數(shù)據(jù)的采集過程即為圖形的數(shù)字化過程，對于來源不同的空間數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)采集的方法也不相同，主要有手工鍵盤輸入和圖像掃描數(shù)字化等。數(shù)據(jù)的處理包括兩方面的內容：一是對相關區(qū)域的歷史資料、空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)進行質量驗證，有誤差的要及時糾正，主要包括各類數(shù)據(jù)的編輯處理、坐標位置的糾正、幾何數(shù)據(jù)與其屬性數(shù)據(jù)的對應等；二是對不同類型空間數(shù)據(jù)間存在的不一致性進行統(tǒng)一，主要有投影方式與坐標系統(tǒng)的統(tǒng)一、空間對象間幾何位置與拓撲關系的糾正、各類不同數(shù)據(jù)格式見的轉換、分幅空間數(shù)據(jù)間的拼接、數(shù)據(jù)壓縮等。

2.2 選取評價因子

致災危險性評價因子的選取應結合不同地區(qū)的不同地質環(huán)境情況有針對性的進行，本文中結合實驗區(qū)域通過對地質災害歷史資料和相對應的歷史資料進行統(tǒng)計，分析地質災害的種類、分布，建立降水量與地質災害之間的統(tǒng)計關系如圖1所示。

災害危險性評價因子選取了災害數(shù)量和災害頻率，即歷史災害強度較大、次數(shù)較多的地區(qū)，未來災害危險性仍然會較大。潛在災害危險性評價因子選取了地形地貌、工程地質條件、地質構造、礦業(yè)活動等四個評價因子。其中地形地貌對地質災害影響很大，由于地形復雜、坡度大的山區(qū)地形相對于坡度平緩的平原區(qū)發(fā)生地質災害的可能性大，因此該指標主要是將山區(qū)地形和平原地形進行了區(qū)分。而工程地質條件采用地表巖土結構類型指標，巖區(qū)地表巖土堅硬結實，而松散物堆積區(qū)巖土體越破碎，容易發(fā)生地質災害；地質構造以斷裂構造影響區(qū)、構造穩(wěn)定區(qū)來判定，在斷裂構造影響區(qū)如果其上層巖土為松散物堆積，發(fā)生地質災害的可能性就很大；礦業(yè)活動為礦業(yè)開采程度。

3 信息權法地質災害危險性評價模型

譚卓英教授對傳統(tǒng)的信息量法利用現(xiàn)代信息理論進行了改進，建立了信息權模型。傳統(tǒng)信息量法中的評價因子變量值采用的是單概率值，它沒有將各個致災評價因子與其相關的指標狀態(tài)考慮在內，而事實上，最終導致地質災害發(fā)生的各個致災因素在作用程度上是有所區(qū)別的，加之其每個因子又包含有多個變量或狀態(tài)，因此它們之間應有主要因素與次要因素的區(qū)分，因此應結合權重區(qū)別對待。而在信息權模型中，它的因子權重不受人為因素的干擾，在很大程度上可以保證評價方法的可靠性，并且它不但適用于單因素評價，也適用于多因素評價。

根據(jù)該理論可建立危險性概率評價模型如圖2所示。

其中H即為本文中的四個評價因子，其建立流程為：首先是對每個劃分單元格的四個評價因子因素進行概率取值；然后建立全試驗區(qū)地質災害的致災因素概率模型，用危險性概率值來表征地質災害危險程度；最后建立降雨與地質災害的相關關系，以危險性概率為基礎建立汛期地質災害預報模型，實現(xiàn)使用本模型確定實驗區(qū)地質災害易發(fā)區(qū)范圍。對于四個因子的致災概率的計算均采用下式計算，其中F表示單元內各要素危險性概率值，a表示各要素在單元內的概率系數(shù)，即權重。

F（d，c，g，k）=a（dn，cn，gn，kn）×F（dn，cn，gn，kn）

4 地質災害預警原型系統(tǒng)設計

系統(tǒng)設計的開發(fā)工具為SQL Server 2005、ArcGIS Engine 9.3、C#開發(fā)語言。

原型系統(tǒng)包含信息管理和災害評價兩大模塊。其中信息管理模塊主要實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的管理，包括數(shù)據(jù)管理（幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)）、空間分析、查詢統(tǒng)計等功能；災害評價模塊則主要通過應用信息權模型對相關數(shù)據(jù)進行分析處理以實現(xiàn)特定區(qū)域的災害評估與危險性預警。

原型系統(tǒng)預警的對象是以崩塌、滑坡、泥石流等突發(fā)性群發(fā)型地質災害作為預警預報的對象，其按時空分布特征可劃為時間預警和空間預警兩種類型：空間預警是指在專題圖中得到的在一定條件下具有較大概率發(fā)生地質災害的區(qū)域；而時間預警是在空間分析的基礎上，對上述得到的具有較大概率發(fā)生地質災害的區(qū)域給出災害發(fā)生的可能時間段及其相關概率大小。

系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)層、業(yè)務邏輯層、應用層三層結構的B/S體系結構。其中數(shù)據(jù)層以SQL Server數(shù)據(jù)庫存儲和管理包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)在內的各類空間數(shù)據(jù)；業(yè)務邏輯層以AE應用組件、災害預警模型算法、用戶管理組件、ADO組件等為基礎進行開發(fā)；應用層以空間數(shù)據(jù)處理和分析為基礎，根據(jù)錄入的數(shù)據(jù)情況，完成指定的專題空間分析，制作災害專題圖。預警專題圖如圖3所示。

5 結束語

將信息權法模型與GIS技術相結合并應用于地學領域，可為實現(xiàn)對特定區(qū)域進行地質條件評估與災害預測提供一種新的方法與技術手段。本文以此為切入點進行了模型設計與原型系統(tǒng)的開發(fā)，并就試驗區(qū)給出了預警結果圖，可以看出，該方法對于地質災害的預測具有一定的指導意義。

參考文獻

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基金項目：

受國家科技支撐計劃（2012BAJ23B00）和太原理工大學青年基金項目（無編號）資助。