《地理信息系统》

课程论文

系 部：信息与机电工程

专 业 班 级 ：计算机科学与技术111班 学 号 ：2011202816

姓 名 ：刘永波

2013 年 12 月 1 日

地理信息系统结课论文

摘要：

本文从地理信息系统的基本概念出发，介绍了地理信息系统在城市规划建设管理、农业气候规划、大气污染监测管、道路交通管理、医疗、军事等五个方面的应用。并对地理信息系统未来的发展趋势做出预测。

关键字：

地理信息系统、应用、发展趋势，城市，

农业，大气，道路交通，医疗，军事

[正文]

以计算机为核心的信息处理系统技术是二次世界大战后科技革命的主要标志之一.在信息的诸多类型中与空间相关的信息是十分重要的一类.人类生存的地球这个三维空间中的万物无不与空间位置相关，如何利用计算机处理空间相关信息是地理信息系统(geographic information system，简称GIS)产生和发展的原动力.GIS技术在国防、城市规划、交通运输、环境监测和保护等与国民经济乃至国家命脉相关的重要领域的成功应用，极大地推动了社会生产力的发展，同时，也极大地刺激了GIS技术的迅速发展，使之成为世界各国激烈竞争的高科技热点之一［1］.国家科委将其列入九五重中之重科技攻关项目.MAPGIS，VIEWGIS，CITYSTAR，GEOSTAR等一批优秀国产GIS软件已经开始在许多领域得到广泛应用，成为国内GIS市场一支不可忽视的力量.

一.地理信息系统概述。

地理信息系统（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。[1]它是一种特定的十分重要的空间信息系统。地理信息系统与其他系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置和与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统中，现实世界被表达为一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少由空间位置参考信息和非位置信息两个部分组成。

地理信息系统的定义由两个部分组成。一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多钟空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。

地理信息系统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信息的能力，具有空间性和动态性。 第二，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的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。

第三，计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征，因而使的地理信息系统能快速，精确，综合的对复杂的地理信息系统进行空间定位和过程动态分析。 地理信息系统的外表表现为软硬件系统，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。当具有一定地学知识的用户使用地理信息系统时，他所面对的数据不再是毫无任何意义的，而是把客观世界抽象为模型化的空间数据，用户可以按应用的目的观测这个现实世界模型的各个方面的内容，取得自然过程的分析和预测的信息，用于管理和决策，这就是地理信息系统的意义。一个逻辑缩小的高度信息化的地理信息系统，从视觉，计量，逻辑上对地理信息系统在功能上进行模拟，信息的流动以及信息流动的结果，完全由计算机程序的运行和数据的交换来完成仿真。地理学家可以在地理信息系统的支持下提取地理信息系统各不同层次的不同侧面空间和时间特征，也可以快速的模拟自然过程的演变和思维过程的结果，选择优化方案，用于决策和管理。

二.地理信息系统应用实例

（一）城市规划建设管理

城市管理是综合复杂的问题，近几年，城市在管理中不断积极探索，理顺体制，但在管理效果和管理水平上，仍有待与提高和完善：在现行的管理体制中，城市管理部门承担了发现问题和处置问题的职责，但由于管理对象的数量庞大，管理区域的广泛，使得发现和处置总是处于被动、应付状态，有时只有采用突击、专项运动的方式来集中整治，同时，由于发现和处置为同一主体，对发现和处置的效率和质量无法进行有效地监控和评价；在针对城市管理对象上，往往管理职责存在重叠与交叉，不利于管理流程的调整和建立量化的考核标准。

在新一轮城市发展中，城市管理既要保障大规模建设的顺利推进，更要服务于城市功能的整体提升。[2]随着基础设施容量的不断扩大，市民对城市交通、环境、居住等质量要求日趋增强，城市管理快速反应和动态调控的需求也越来越高。城市管理亟待通过管理变革、数字手段，将促进管理从定性变为定量、静态变为动态、单一变为综合，从而发挥现有基础设施的最佳效能，进一步提高城市的运行效率，不断满足城市生产和人民生活的需要。

GIS技术能把现实世界中对象的空间位置和相关属性有机地结合起来，满足用户对空间信息管理的要求，并借助其特有的空间分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策。因此GIS越来越多的应用于城市规划的辅助设计、建设项目的审批等工作。GIS在城市规划与管理中主要应用于以下几个方面：

(1)GIS在城市规划中的应用

GIS技术可以保证基础数据详尽、可靠、准确，从而大大提高规划设计的科学性。

GIS软件可以方便快捷地生成各种规划用图、表格和报告，利用数据库管理数据，可以动态的更新、增补。随着卫星遥感技术的发展，卫星遥感图片的质量得到很大提高，信息量也大大增加，结合GIS强大的空间分析功能，充分利用卫星遥感图片的空间信息，进一步地促进城市规划工作的发展。

(2)GIS在建设项目审批中的应用

城市规划与管理地理信息系统开发研究建设项目的规划审批是规划局业务科室中日常工作量较大的工作，传统的手工建设项目审批存在计算精度差、审批周期长、规划图纸不易保存、数据规范性差等诸多缺点。把GIS技术引入到建设项目的审批中来，可以优化建设项目审批流程、加大项目审核的深度、提高规划与管理审查的质量、增加审批的公开透明度。而且把GIS应用于建设项目的审批作为一种全新的规划与管理审批模式，符合电子政务推进的客观要求，业务部门应用基于GIS的规划与管理系统，在日常工作中就可以实现城市规划与管理信息系统的图形数据采集和更新工作，从而建立审批一建库一体化的规划成果信息库动态更新机制。

(3)GIS在建设项目管理中的应用

以工程项目为主线，整合规划部门各科室与项目相关的文字信息、图形信息、空间信息等，构建城市规划与管理项目信息库。实现地上、地下资源、环境和基础设施信息的数字化全覆盖，充分发挥GIS与RS、GPS集成的优势，形成基于一张图模式的信息资源共享。

（二）农业气候规划

在全球气候变化的形势下，各级政府非常重视在农业气候资源开发、产业结构调整和新品种引进推广中进行气候可行性、适应性评估、论证和区划。GIS 技术是进行农业气候资源分析与区划的有效手段，其可以对多源、多尺度农业气候资源进行数据管理，对空间数据进行叠加和综合分析，并可以建立各种数学模型。随着对GIS 认识的深入和应用水平的提

高，以GIS 技术为支撑，将GIS 的空间分析功能与传统区划方法相结合，分析农业气候资源和空间地理条件对农作物布局的综合影响，得到客观精细的农业气候区划成果，以此进行农业气候专项规划和农业气候综合规划，为当地农业生产决策提供可靠的依据。利用GIS 技术还可以将气候数据库、调查实验数据库、专家数据库等有效结合起来，建立农业气候区划信息系统，进行一般的查询、分析、统计和计算等数据库操作，为人们提供信息服务。

中国是农业大国，地域差异较大。科学发展可以为农业气候区划提供新的方法和技术，进而提高农业气候区划结果的精度和实用性。因此要不断拓宽基于GIS技术的农业气候区划应用，使其能够为各级政府制定农业和农村经济发展规划，为各地农业资源的优化配

置、合理布局提供决策依据；为各地探索建设资源节约型农业及循环农业的有效途径和模式提出建设性方案；对各地农业资源开发、利用、保护中的重大气象灾害的发生、发展以及影响进行及时有效的预警预测和分析评价，并提出中、长期的防控措施及方案，以实现农业的可持续发展。

（三）道路交通管理

道路的交通数据是城市交通管理必不可少的资料 ,目前道路交通管理部门通常将他们作为统计资料以表格的形式进行存储。由于其数量大、关系复杂 ,管理部门很难系统管理这些表格 ,另外由于表格形式的数据无法表示空间位置 ,所以无论对于管理人员还是对于普通用户 ,这些资料都显得十分抽象。地理信息系统能把各种信息向地理位置和有关的视图结合起来，并把地理学、几何学、计

算机科学及各种应用对象、CAD技术、遥感、GPS技术、 Intemet、多媒体技术及虚拟现实技术等融为一体，利用计算机图形与数据库技术来采集、存储、编辑、显示、转换、分析和输出地理图形及其属性数据。这样，可根据用户需要将这些信息图文并茂地输送给用户，便于分析及决策使用。

GIS技术提供了可视化的一体化管理对象的空间位置和属性特征的数据库结构 ,利用 GIS管理道路和交通数据使管理人员不但能系统地管理、查询和检索道路交通数据 ,更能利用道路空间数据和交通数据进行更高级深入的分析 ,例如最短路径搜索和表示、路段路口交通量和服务水平状况、交通小区间的出行情况、交通事故发生的件数和程度、道路的周边环境污染程度等。

（四）地貌信息获取

遥感及地理信息系统等新技术在地貌学研究中的运用GIS经过30多年的发展,已进入了普及、发展和推广应用的突破性年代,其实际应用效益越来越显著。地理信息系统得以发展的技术基础和支撑主要来自网络技术、计算机技术、遥感技术、GPS技术及地理数据库等方面。GIS的发展和广泛应用,丰富了数字地图学的内容,为数字地图制图提供了数据源,同时也促进了数字地图制图的发展。地理信息系统是一种特定的十分重要的空间(Spatial in-formation system),它是在计算机硬件、软件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、模拟、分析显示和描述的技术系统。地理信息系统具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力,具有空间性和动态性;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的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;计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征,因而使得地理信息系统能快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析

（五）GIS在医疗卫生领域应用

社会公共卫生安全体系，是人类生活的重要基础设施之一，ESRI ArcGIS地理信息系统解决方案，以其对于空间数据直观的表现形式和强大的分析功能，能够在不断进步的网络科技的基础上，建立科学的疾病防治预警系统、监控系统、疫情信息报告系统、社区防控系统，有助于提高医疗系统应对紧急事件的信息处理能力和宏观控制能力。

由于流行病是用于描述和解释某种疾病的发病率，从空间的角度来看，流行病学需要很好地描述流行病发病率空间分布特征的手段，进而可以研究发病率模型，以发现流行病和周围环境的关系。通常，GIS在流行病研究中主要提供了如下三个方面的功能：

1.流行病数据的可视化

假定要使用一组点来表示某个人群的发病率，而通常无法直接获得点数据，而只能获得整个区域——如人口普查区或其它行政区划单元——的数据，这些数据包括了疾病的发病率及各疾病的年龄结构。 由于各个空间区域的大小各异，使得表现发病率的空间分布时不直观，一个解决的办法是采用比较统计地图（Cartogram），在比较统计地图上，各个单元的大小与具有发病危险的人口数目成比例，然后将发病率绘制在该图上，这样可以利用GIS，清楚地将流行病数据的空间分布可视化

2.空间数据分析

3.流行病模型

在识别出每个流行病的空间分布聚集区之后，一个重点的研究是确定流行病和其周围环境的关系，这将有助于验证对流行病发病原因的假定。做法之一是将空气、水质的空间分布与流行病的空间分布进行对比研究，例如在非洲疟疾传染的研究中，使用利用遥感图像计算的NDVI指数来进行建模。此外为了得到流行病的源地，采用距离分析，通常是根据预先假定的病源地进行缓冲区计算，然后得到每个距离范围内的病例数目，进而确定真正的病源地。

（六）GIS在军事上的应用

军事是以准备和实施战争为中心的社会活动。一切军事行动都是在一定的地理环境中进行的,地理环境对军事行动有着极其重要的影响与作用。随着人类社会向信息化迅速发展,未来高技术战争中信息对抗的含量将越来越高,特别是高技术条件下的局部战争,由于战争爆发突然,战争进程加快、战机稍纵即逝等特点,对作战指挥的时效性有了更高的要求。指挥决策智能化、作战指挥自动化、武器装备信息化成为未来战争取胜的关键。在这种需求下,出现了数字化战场,数字化的地理信息系统已成为指挥决策的必要条件之一。军事地理信息系统MGIS(Military GeographicInformation System)是地理信息系统技术在军事方面的主要应用,是指在计算机软硬件的支持下,对军事地形、资源与环境等空间信息进行采集、存储、检索、分析、显示和输出的技术系统。它在军事地理信息保障和指挥决策中起着重要的作用。

三.地理信息系统未来的发展趋势

(1)多比例尺、多尺度和多维空间数据的表达

对于多比例尺数据的显示，将运用影像金字塔技术、细节分层技术和地图综合等技术；而为了实现GIS的动态、实时和三维可视化，出现存储真三维坐标数据的3D GIS和真四维时空GIS,这其中涉及了空间数据的海量存储、时空数据处理与分析以及快速广域三维计算与显示等多项理论与技术。

(2)三库一体化的数据结构方向

空间数据库向着真正面向对象的数据模型和图形矢量库、影像栅格库和DEM格网库三库一体化数据结构的方向发展。这种三库一体化的数据结构改变了以图层为处理基础的组织方式，实现了直接面向空间实体的数据组织，使多源空间数据的录入与融合成为了可能，从而为GIS与遥感技术的集成创造了条件。

(3)基于空间数据仓库的海量空间数据管理的研究

空间数据量非常大，而且数据大都分散在政府、私人机构、公司的各个部门，数据的管理与使用就变得非常复杂，但这些空间数据又具有极大的科学价值和经济价值，因此大多数发达国家都比较重视空间数据仓库的建立工作，许多研究机构和政府部门都参与到空间数据仓库建立的研究工作。

(4)利用数据挖掘技术进行知识发现

空间数据挖掘是从空间数据库中抽取隐含的知识、空间关系以及其他非显式

的包含在空间数据库中但以别的模式存在的信息供用户使用，这是GIS应用的较高层次。由于目前空间数据的组织与管理仍局限于二维、静态、单时相，且仍以图层为处理基础，因此，当前的GIS软件和空间数据库还不能有效地支持数据挖掘。

四.附录

[1]百度百科，http:///view/6251441.htm

[2]地理信息系统原理、方法和应用，邬伦、刘瑜等，科学出版社。