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3国家自然科学基金资助项目No.39670123“亚洲中部干旱区啮齿动物多样性空间格局的GIS应用分析”的部分工作; 33中国林业科学院;
第一作者介绍:周立志,男,35岁,讲师,硕士;
收稿日期:1998203230,修回日期:1998211204
地理信息系统(GIS)在动物多样性
研究中的应用3
周立志 李迪强33 马 勇 叶晓堤
(中国科学院动物研究所 北京 100080)
关键词 GIS 空间分析能力 动物多样性 分布格局 动态变化 保护对策
生物多样性保护是当今世界关注的热点问题。动物多样性不仅是生物多样性极为重要的一部分,动物还常作为生物多样性的指示物,为生物多样性的研究提供了客观可测的依据[1～4],因此,动物多样性研究意义重大。然而,传统的动物地理学和生态学的研究手段在动物多样性的研究中有许多局限性,难以适应生物多样性研究的新形势。在动物的物种分布方面,传统的分布图是依靠收藏的标本和野外观察地点的记录手工绘制成的,通过多幅分布图叠置获得物种分布格局的信息[2,5～6]。在动物分布图中,由于经验数据体现不了目前分布区所受到的人类活动影响,点分布图上的空白区并不能意味着没有分布,分布范围中往往还包含着不适宜的生境,等等[2],这种分布图实质上只能看作对某一地区物种出现可能性的预测,因此,往往带有一定程度的主观性[7]。此外,绘图工作量大,分布图的用途也很有限。在空间分析方面,传统的分析动物多样性空间格局、动态变化及分异规律与环境因子之间关系的方法和手段多局限在一维和二维空间上,难以体现出动物多样性和环境因子在多维空间上的内在联系。在热点地区分析方面,缺乏对就地保护系统(保护区)规划、设置、布局的科学性与合理性进行有效评估的手段,难以实现对生物多样性的有效保护。
近年来,国外发展起来一种由图像系统、地图数字化系统、数据处理系统、数据库管理系统和空间分析系统组成的,可提供多维空间数据管理和分析的计算机程序-地理信息系统(GIS),并日益普遍地应用于生物资源的管理中,为生物多样性的研究和保护提供了有效的手段。本文扼要介绍GIS的组成和空间分析功能,GIS技术在动物多样性研究中的应用,以及在我国相应领域的应用现状和前景。
1 GIS的组成和应用功能
GIS是在计算机软件和硬件支持下,应用
系统工程和信息科学理论,科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据,以提供规划、管理、决策和研究所需信息的技术系统[8]。GIS 由4部分组成[9],即①数据输入系统:收集和处理来自地图、遥感仪等途径的空间和属性数据,②数据库管理系统;包括数据的贮存和提取系统,③数据操作和分析系统:由函数式、动态模型等组成,④数据报告系统:显示数据库中的各类数据以及处理和分析的结果。四个功能子系统中,数据库管理系统和数据的操作和分析系统是GIS的重要组成部分。
GIS最突出的功能是综合分析空间和属性数据的功能,包括分类、提取、测量、图形处理、分层、叠加、数据地形分析、多边形叠置分析、统计分析和决策支持等。它将现实世界转化为信息世界,在计算机支持下,实现对各种数据信息进行精确而快速的综合处理与分析。
GIS的功能特点决定其与生物资源管理的必然性。世界上第一个GIS是加拿大地理信息系统(CGIS),诞生于20世纪60年代中期,用于资源管理和土地规划。由于动物本来就是自然资源的组成部分,GIS与动物管理的联系也就势在必然了。70年代以后,野生动物管理者逐渐将GIS用于规划和管理野生动物的生境,例如,利用GIS最基本的功能解决与地图有关的面积、周长计算及距离测量等问题。GIS真正在动物多样性研究中显示作用是在80年代以后,由于其具有强有力的空间分析能力,普遍应用于野生动物的保护与管理,诸如预测动物的丰富度、多度和密度[10～11],分析动物物种的空间分布格局和生境[12～14],确定生境丢失最终对动物产生的影响[15],设计动物的保护体系[16],研究生物多样性的保护对策[1～2,5]等。GIS的高度智能化形成的智能地理信息系统(IGIS)[5]以及近年来遥感(Remote Sensing,简称RS)、地球定位系统(G lobal Position Sys2 tem,简称GPS)和GIS日益紧密地结合形成的集成3S技术极大地增强了GIS的空间分析能力。目前,GIS正成为动物资源调查、监测、规划和管理中辅助决策最有力的现代技术。2 GIS在动物多样性研究中的应用
211 研究动物多样性的空间分布格局
绘制动物物种分布图、确定物种丰富度以及预测动物的物种分布区和丰富度是研究动物多样性空间分布格局最基本的内容,为进一步研究动物的区域分布特征、分布规律、分布型组划分,探讨区系形成规律,制订生物多样性的保护对策提供科学依据。
GIS可以自动绘制动物的分布图和确定物种的丰富度。按动物采集记录的地理位置、生境、海拔高度、经纬度进行编码的GIS数据库管理系统可以对物种分布的数据随时进行提取和修改,能及时体现物种分布的动态变化,并能迅速、准确地自动绘制出物种分布图,还可以任意叠加处理,迅速得到物种丰富度信息。所得的结果可用各种形式,如统计图、彩色地图等输出。并能通过数据库为众多研究者共享信息资源。GIS自动绘图功能的应用甚为普遍,如Kepler等(1985)[2]通过GIS得到了夏威夷岛几种雀形目濒危鸟类的分布图和丰富度; Palmeirim(1988)[7]将GIS和遥感技术结合得到英格兰的Strathclydae地区的普通 巢区的分布图;Smith等[13]在马达加斯加西部狐猴区系调查的基础上用GIS获得物种的分布图,并通过叠加得到狐猴的物种丰富度。但GIS技术所得到动物分布和丰富度图都只是作为进一步研究多样性基础。
GIS还可以较为准确地预测动物的空间分布格局。70年代以来,人们对动物的物种分布与环境的关系产生浓厚的兴趣,出现了许多动物与生境关系(WHR)的模型[11],对预测动物的分布和丰富度起了一定的作用。利用GIS 独特的空间分析能力,能使预测的过程客观、细致、迅速、准确。预测物种分布的基本过程是:首先,确定生境的特征因子与物种分布的关系,然后,在这些信息的基础上,利用数量化的动物与生境关系模型,建立物种与特定植被的联系,再根据已知物种的GIS图和植被图,产生物种分布的适宜生境图,最后得到动物物种分布图。
预测的分布结果可用多种形式逐个地显示出来,或将多个物种同时显示。通过计算地理单元中的物种数,可以得到物种在地理单元中的分布梯度信息。由于GIS在预测物种分布时,剔除了不适宜的物种生境,预测的物种分布图往往比从经验数据得到的物种分布图更准确。因此,对于那些较为偏僻的、很少有人去调查的地区,预测物种分布具有重要的意义。预测动物物种分布的例子很多[7,10～13],例如,Palmei2 rima[7]利用GIS的分类、叠加、面积计算、统计分析等功能,根据遥感(TM)图像将生境分为7类(与森林鸟类有关的有5类);并依据遥感图像获得的生境类型确定研究的取样调查地点,获得鸟类的区系组成和多度;产生研究区的生境类型图;将调查结果与生境图叠加,并结合个体的生境利用特征,进行生境适宜性分析,获得物种分布的丰富度图;根据抽样调查统计的鸟类数量,得到生境中的各种鸟类的数量和密度,并能推测出研究区各种鸟的种群大小。Palmeirim的工作不只是停留在预测物种在生境中的有无以及丰富程度,而且向预测物种分布的多度迈进了一步,是将GIS技术用于解决生态学基本问题的偿试。
GIS技术由于具有地理坐标定位的特点,可将物种、生境以及时空变化纳入地理坐标体系,通过计算机程序,大大地增强了解决空间问题的能力。结合遥感技术,利用物种分布及植被、气候等的GIS数据库,很容易解决地理单元中物种数量变化趋势的分布格局问题,并能建立物种分布和生境因子之间的联系。这种在宏观尺度上研究动物多样性的空间格局的手段在动物地理学、动物生态学以及保护生物学上都具有十分重要的意义。
212 研究动物多样性的动态变化
GIS能够综合自然环境(如地貌、降雨、湿度、土壤、植被)、生物环境(如竞争者、捕食者和资源的时空分布)以及历史背景(如过去的气候、区系变化、物种意外灭绝和散布)等信息,建立物种变化的动态分析模型,或与专家系统结合,提供决策和判断的依据。
生态学的模型常被用来研究生态系统中各组成部分的时空动态,GIS与生态模型结合,成为用来模拟生物多样性动态变化的强有力的手段。K oeln等将GIS与种群动态模拟模型结合,获得保护、增加或改变生境引起的美国北达科他州绿头鸭种群的动态变化。他们通过对比过去和现在的土地面积及利用情况的卫星数据,评价景观变化对水禽生境的影响。Liu等(1995)[16]将GIS与种群动态模拟模型结合,论证森林管理计划实施对美国南卡罗来纳州松林猛雀 (A i mophila aestivalis)种群动态的影响。该地的保护对象还有红冠啄木鸟(Picoi des borealis)等许多鸟类。由于有利于濒危鸟类红冠啄木鸟的管理措施恰好构成对松林猛雀 的威胁,致使松林猛雀 50年内灭绝的可能性大于5%。由此,他们提出了“仅着眼于一种或少数濒危物种的管理措施有可能对其他种类构成威胁”的重要结论。
自然资源管理中,在专家系统基础发展起来的智能地理信息系统(IGIS)由GIS、模型及函数式、人工智能环境的控制程序及监测目标三个子系统组成,通过追踪目标的程序,可按规则在各类专题数据间进行信息查询,即使不具备专业知识的人员也能在用户界面上顺利查询到所需的信息。Coulson等[9]为了验证美国南部的树皮甲虫(Coleptera:Scolytidae)暴发点的分布、多度以及规模与森林中落雷区的分布、景观结构、林相分布、气候状况、种群规模等因素相关,建立了IGIS。该系统不仅能对他的假设进行了检验,而且还能查询树皮甲虫暴发对景观的影响,进行暴发中心的分布和多度的预测。213 研究动物多样性及生物多样性的保护对策
物种灭绝是一个严峻的问题,迫切需要采取有效的保护措施。据估计全球物种数约为200万到1亿[7],随着人类活动的加剧,物种灭绝的速度不断加快,目前,人为因素造成的物种灭绝速度是自然灭绝速度的1000倍[18]。My2 ers(1979)估计世界上每年约有1000个物种灭绝,不久的将来灭绝的速度可能会达到每年
5000种,有些目前仍较丰富的物种都可能很快灭绝(旅鸽的灭绝就是一个很好的例子[1]),有些物种甚至在我们发现和认识它们之前就灭绝了。人们积极地探索生物多样性保护的途径,保护行动已在景观、生态系统、群落、物种、种群和个体六个水平上展开[19]。但普遍认为越低水平上的保护(如保护濒危珍稀动物),代价越高,收效越小,且易产生偏颇[5,16～17]。在群落、生态系统、以及景观和地理区域水平上保护多物种生境的多物种保护体系已被普遍接受[1]。
GIS在制定动物及生物多样性保护对策方面发挥了重要的作用。多物种保护体系在设计保护区时需要确定物种丰富的热点地区,以便采取有效的就地保护措施。基于GIS的多物种保护的思路是通过生物多样性的指示物(如脊椎动物和蝶类等)的分布图与植被及土地利用状况图的叠加,筛选出保护区。在应用GIS 评价动物保护区设置方面较为流行的是Scott (1988)提出的漏洞(G ap)分析模型。该模型借助由卫星图像获得的实际植被分布类型,以脊椎动物和蝶类等作为生物多样性的指示物,利用GIS的数据化地图的叠加功能来确定目前还没有纳入自然保护系统的物种和植被类型,以及指出物种丰富的热点地区。在生物多样性保护区的评价、规化和设计中,以GIS为基础的G ap分析能迅速而全面地对生物多样性多种成份的分布和保护状况进行评价。在加拿大、美、英等国这一模型现已普遍地用于动物多样性保护与管理的规划和评估[2,5,20]。此外,在地理区域水平上保护生物多样性的有效模型当推Davis等(1990)[5]提出的生物多样性信息系统。它利用GIS技术组织生物多样性的空间数据,将空间模型以及G ap分析模型用于数据的处理和分析,最后通过决策支持系统为生物多样性保护提供依据。目前,这一系统已被许多国家接受,并应用于生物多样性的保护。
3 GIS在我国动物多样性研究中的应用现状及前景展望
我国的GIS在动物多样性研究中的应用起步较晚,但GIS在生物多样性保护、生物资源管理方面已呈现良好的应用势头,并取得较好的效果。如评价卧龙自然保护区大熊猫(A il uropoda melanoleuca)的生境[21],规划丹顶鹤(Crus japonensis)[22]和福建梅花山自然保护区华南虎[23](Panthera tigris amoyensis)的栖息地,以及制定生物资源管理对策Ξ。此外, GIS还与遥感、全球定位系统(3S)结合,通过G ap分析,对青海湖地区的普氏原羚(Procapra przew alskii)的生境进行评价ΞΞ。我国已在着手研究和设计生物多样性信息系统(CB IS),并提出了生物多样性信息系统的概念模型,地理信息子系统(GISS)是其重要的结构组成ΞΞΞ。我国目前已初步建成了生态系统多样性的地理信息系统,能对物种、气候、植被等因素叠加分析ΞΞΞΞ。中国环境与发展国际合作委员会(CCICED)生物多样性工作组(BW G)正在建立生物多样性信息管理系统(B IMS)[24]。该系统由于按照地理单元、生境类型及其所在的海拔高度对物种进行编码,因此,应用GIS可以确定原有及目前的生境数量,了解保护现状。
我国的生物多样性丰富度排名世界第三[24],生物多样性保护任重道远。应用GIS研究动物多样性在我国具有广阔的前景。50年代以来,我国组织了多次大型的野生动物资源调查,积累了丰富的研究动物多样性的资料。因此,以动物作为生物多样性的指示物,应用GIS技术,在较短的时间内可预测出我国生物多样性的空间格局,并在预测的基础上辅以抽样调查,即可迅速查清家底;以脊椎动物等作为生物多样性指示物,以GIS技术和G ap分析模型的分析结果为决策依据,对目前的动物保护区进行全面评价,寻找漏洞和热点地区,合理调整和规划保护区,并制订出就地保护和易地保
Ξ
ΞΞ
ΞΞΞ
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为了发挥GIS在我国生物多样性保护中的潜能,目前,除了应增加在资金、设备、人员上的投入,以及广范收集生物多样性各水平的空间数据外,还应在技术规范上和国际贯例接轨,如采用统一的空间定位框架、统一的数据分类标准、统一的数据编码系统、统一的数据记录格式等,以实现全国乃至世界范围的数据共享。
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GIS软件应用（MapInfo）（书） 一.填空题 1. MapInfo软件具备的GIS基本功能有、、、 和等。 1. GIS基本功能有、、、、和 等 地理信息输入、编辑、查询、显示、分析和输出 P8 2. GIS（mapInfo）中空间数据可用和数据结构表示。 2. GIS中目前主要采用和数据结构表示空间数据。 矢量和栅格 P9 3. 根据代码符号的表示形式可将代码分为、和三种类型。 数字型、字母型、数字和字母混合型 P10 3. 根据代码符号的作用可将代码分为和两种类型。 P10 分类码和标识码 4. MapInfo中提供的坐标系统有、和三种类型。 经纬度表示的地理坐标系统、多种投影坐标系统和非投影（Non-Earth）坐标系 P13 4. MapInfo系统默认的坐标系统是，并用表示坐标值。 经纬度表示的地理坐标系统，用十进制弧度值表示坐标值。 5. MapInfo中提供的选取地理目标方法可分为、和三种类型。 定位区域属性 P25 6.地理数据采用的表示方法有、、和等。 文字、报表、图表、地图和数字地图等 7. MapInfo中地图标注可采用和两种方法实现。 自动标注或交互式标注 8. 通常一个MapInfo表包含、、、 和等五个文件。 属性数据的表结构文件（.TAB）、属性数据文件（.DAT）、交叉索引文件（.ID）、图形数据文件（.MAP）、索引文件（.IND）。 9. MapInfo中，除了一般操作的图层外，还有和两个特殊图层。 装饰图层、无缝图层 9. MapInfo中的图层控制工具可以控制、、和属性。 图层可见、可编辑、可选和可标注 10. MapInfo中，输入线的工具有、和 直线、折线、曲线
gis设计与开发 Gis设计与开发思路 现实需求、GIS概念模型、机理过程、人机交互系统、现实需求 开发方式：独立开发，扩展式二次开发，集成式二次开发 第一章GIS设计思想内容，标准 （一）GIS设计目标 通过改进系统设计方法，严格执行开发的内容划分，进行阶段质量把关以及做好项目建设的组织管理工作，从而达到增强系统的实用性，降低系统开发和应用的成本，延长系统生命周期的目的。 （二）GIS设计的特点 1、数据：数据量大，实体种类繁多、实体间关联复杂的特点 2、功能：GIS设计以空间数据为驱动 3、工程：GIS工程投资大，周期长，风险大，涉及部门繁多 二gis设计的理论基础 Gis工程学：GIS本身发展和将系统工程学思想引入GIS设计的产物 （一）GIS工程学体系 1、任务：寻求系统总体最优化 2、基础理论：（1）系统学思想（整体性，层次性，相关性，功能性，动态性），（2）系统工程学（3）软件工程学（4）地理信息科学三层次（理论，技术，应用） 3、方法论：根据GIS工程学的基础理论而形成的一系列程序化的基本操作技术与方法（二）GIS工程学的特点 1、以空间信息系统工程优化为目的 2、横跨多学科 3、直接面向决策，为可持续发展提供决策支持 4、与GIS产业化密切相关 三GIS设计的内容 （一）设计原则：标准化，先进性，兼容性，高效性，可靠性通用性 （二）设计内容 软件设计和数据库设计 第二章gis设计的方法 一、结构化生命周期法 1、结构化生命周期法又称结构化分析和设计方法，又称结构化系统开发方法 结构化生命周期法是系统分析员，软件工程师，程序员以及最终用户按照用户至上的原则，自顶向下分析与设计和自底向上逐步实施建立计算机系统的一个过程，是组织，管理和控制信息系统的开发过程的一种基本框架。 2、基本思想：（1）要求设计过程必须严格按照阶段进行 （2）在系统建立之前就必须严格的定义和描述用户的需求。 3、阶段划分：（1）系统开发的准备阶段 （2）调查研究及可行性研究阶段
第25卷 第1期 2003年2月 物探化探计算技术 V ol 125N o .1 Feb .2003COM PU T I N G T ECHN I Q U ES FOR GEO PH YS I CAL AND GEOCH E M I CAL EXPLORA T I O N 收稿日期:2002-06-20 文章编号:1001—1749(2003)01—0050—04M apgis 在地质学中的应用 黎 华,崔振昂,李方林 (中国地质大学计算地球化学实验室,湖北 武汉 430074) 摘 要:简要讨论了M apgis 的主要功能,重点阐述了M apgis 的地质制图技术、空间分析技术以 及二次开发能力在地质学领域中的应用,并举例论述之。M apgis 的地质制图技术将纷繁复杂的 传统地质制图过程简化,而且美观精确;空间分析技术可以将矢量数据和栅格数据综合制作出各 种图形和图象文件,方便分析;地质工作者也可以运用M apgis 的二次开发能力来开发面向特定 领域的系统。 关键词:M apgis ;地质制图;空间分析;二次开发 中图分类号:P 62316 文献标识码:A THE APPL I CATI ON OF M APGI S I N GE OLOG Y L I H ua ,CU I Zheng 2ang ,L I Fang 2lin (T he co m p u tational g eoche m istry laboratory of the Ch ina U niversity of Geoscience 430074,Ch ina ) Abstract :T h is paper discusses in brief the m ain functi on of M apgis .It s pecially describes and illustrates the app licati on of M apgis technique of geol ogic charting ,s patial analysis ,reconstructi on in geo l ogy .T he geo l ogic charting of m apgis can si m p lify the p rocess of the original charting ;the s patial analysis can m ake all k inds of graphy and i m age files to m ake the analysis easily ;the geo l ogist can m ake use of the reconstructi on ability of m apgis to exp l o it the syste m fo r the given fields .Key words :M apgis ;geol ogic chart ;s patial analysis ;reconstructi on of m apgis 0 引言 M apgis 是由中国地质大学信息工程学院在W indow s 95平台上用C ++语言自主开发实现的,具有国际 先进水平的大型地理信息系统软件,是一个集当代最先进的图形、图像、地质、地理、遥感、测绘、人工智能、计算机科学等于一体的高效全汉字大型智能软件系统,目前,已广泛应用于城市规划、交通、环境、电讯、测绘、土地管理、公安、国防、教育、地质勘察、矿产资源管理、房地产、旅游等领域。它包括输入、图形编辑、输出、库管理、空间分析、实用服务等六大部分,含有十六个子系统。其扫描矢量化、数字化仪采集、图形编辑、拓扑处理、文件转换、误差校正、数据输出、图库管理、属性管理、图象处理、空间分析等子系统,涵盖了G IS 中主要的功能需求。作者在本文中主要探讨M apgis 在地质学中的应用。 1 M apgis 与地质制图 地质制图是地质工作的有机组成部分,在开展多学科、多途径的地质科研研究中,自始至终都要运用
第一章：绪论 1，阐述GIS定义： 地理信息系统（GIS）是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 2、GIS在信息系统中的地位与分类。 由于地球是人类赖以生存的基础，所以GIS是与人类的生存、发展和进步密切关联的一门信息学科与技术，受到人们越来越广泛的重视。 GIS按其范围大小可以分为全球的、区域的和局部的三种。 3、简述GIS与相关学科的关系。 1）GIS与CAD,CAM之间的关系： ◆坐标参考系统； ◆处理图形、非图形数据； ◆空间对象空间相关关系的建立和处理； ◆CAD不能建立地理坐标统和完成地理坐标 ◆变换； ◆CAD处理多为规则图形，而GIS为非几何图形； ◆CAD图形功能强而属性处理能力若，而GIS图形与属性的操作比较频繁，且 专业化特征比较强； ◆GIS的数据量比CAD大得多，数据结构、数据类型复杂，数据之间联系紧密； ◆CAD不具备地理意义上的查询和分析能力。 2）GIS与管理信息系统的关系：υ对属性数据进行管理和处理； ?对图形数据进行存储； ?GIS对图形和属性数据共同管理、分析和应用； ?MIS一般只处理属性数据，对图形数据以文件形式进行管理，图形要素不能分解、查询，图形与数据之间没有联系； ?管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS，MIS在概念上更接近DBMS。3）GIS与遥感信息处理系统的关系： ●遥感强调信息提取，是GIS的重要信息源，； ●反之，GIS可以为遥感数据的分类等处理提供参考依据； ●遥感图象信息处理系统是专门用于对遥感数据进行处理的软件，主要强调 对遥感数据的几何处理、灰度处理和专题信息提取，具有较强的制图功能，可设计丰富的符号和注记，虽有空间叠置分析空能，但由于缺少实体空间关系的描述，难以进行空间实体的空间关系查询、属性查询及网络分析等；?面向位置的特征?遥感图象处理系统不能看作是GIS。 4） GIS与机助制图，地图数据库的关系： ?CAC是GIS的主要技术基础；λ强调空间数据的处理、显示与表达；
简答题 1．何为GIS设计？ GIS设计就是在GIS开发的整体过程中，遵循一般软件工程的原理和方法，结合GIS开发的特点、特殊规律和要求，对GIS软件从系统定义、系统总体设计、系统详细设计、空间数据库和地理模型库设计、GIS实施、GIS软件测试与评价、直到GIS维护的各个阶段进行工程化规范的方法体系。 2．GIS设计的目标和主要内容是什么？ GIS设计目标就是通过改进系统设计方法、严格执行开发的阶段划分、进行各阶段质量把关以及做好项目建设的组织管理工作，从而达到增强系统的实用性、降低系统开发和应用的成本、延长系统生命周期的目的。GIS设计包括软件设计和数据库设计两部分的内容。 3．GIS有哪些特点？ GIS作为一个特殊的软件领域，其主要特点是海量数据存储及空间数据与属性数据一体化管理，基于GIS本身的特殊性，GIS设计也有其自身的特点：⑴ GIS处理的是空间数据，具有数据量庞大、实体种类繁多、实体间的关联复杂等特点。⑵ GIS设计以空间数据为驱动。⑶ GIS工程投资大、周期长、风险大、涉及部门繁多。 4．简要说明GIS有哪些产品模式及其主要特征。 GIS产品可归结为以下几种模式。 数字地图 数字地图是GIS最简单、最基本的产品之一。通过GIS的地图数据库，可以实现地图的数字化存储，即数字地图。 b）桌面制图 很多GIS产品具有桌面制图的功能（如MapInfo公司的MapInfo，ESRI公司的ArcView，ArcEditor和ArcInfo等产品）。桌面制图提供的产品不仅可以对数字地图进行显示、漫游、缩放，还可以对地图进行实时的编辑。桌面制图是GIS传统的市场领域，也是份额最大的一块。 c）桌面GIS 桌面GIS同时管理空间信息与属性信息，可以进行简单的空间分析操作，还可以在此基础上进行二次开发。由于它们具有界面友好、操作简单等优点，所以广泛应用于城市规划、土地管理、市政管理等部门。 d）专业化GIS 专业化GIS的主要特点是具有相对较强的分析功能。地理数据的基本组成要素包括空间数据、属性数据和拓扑数据。其中，拓扑数据指的是地理要素间的空间位置关系。专业化GIS不仅存储地理要素的空间数据和属性数据，而且还对其拓扑数据进行存储，极大增强了GIS的空间分析功能。 5．为实现地理信息资源共享，必须具备哪些基本条件？ 要实现地理信息资源共享，必须具备三个基本条件：一是数据资源的贮备；二是要有技术支撑系统的保障，例如通讯技术、网络技术、数据库技术等现代化技术手段；三是共享规则的制订、被广泛采纳和遵循，主要包含标准、规范、政策和相关法律。 6．简要说明使用结构化生命周期法进行GIS设计需要完成的六个阶段内容。 ⑴系统开发准备阶段。针对用户提出开发系统的要求，有关人员进行初步调查，组成开发领导小组，制定开发的进度和计划。如果新系统开发采取外包方式，本阶段还要包括招投标过程。⑵调查研究及可行性研究阶段。采用各种方式进行调查研究，了解现行系统的界限、组织分工、业务流程、资源及薄弱环节等，绘制现行系统的相关图表。在此基础上，与用户协商方案，提出初步的新系统目标，并进行系统开发的可行性研究，提交可行性报告。⑶系统分析阶段。在对现行系统进行调查研究的基础上，使用一系列的图表工具进行系统的目标分析，划分子系统以及功能模块，构造出新系统的逻辑模型，确定其逻辑功能需求，交付新系统的逻辑功能说明书。⑷系统设计阶段。根据逻辑模型进行物理模型的设计，并具体选择一个物理的计算机信息处理系统。这个阶段还要进行人-机过程的设计、代码设计、输入、输出、文件数据库设计及程序模块、通讯网络设计等。⑸系统实施阶段。系统实施是新系统付诸实现的实践阶段，主要是实现系统设计阶段所完成的新系统物理模型。包括软硬件设备的安装和调试、程序设计、代码编写、调试。还包括对用户及操作人员进行培训，编制操作、使用手册和有关文档。⑹维护和评价阶段。对系统的修改和完善进行维护，如针对系统处理过程、程序、文件、数据库甚至某些设备和组织的变动进行相应的维护。系统的评价，广义上贯穿于系统开发过程的始终，这里主要指系统开发后期的评价。旨在将建成的新系统与预期的目标做一一比较，不同的指标综合体现为用户的满意程度——可接受性。、原型法是应软件设计新情况和新要求的出现而产生的，其特点主要体现为鼓励用户不断修改和完善需求，并根据新的需求不断修改和完善原型。请说明应用原型法开发信息系统各个阶段的内容。 7．原型法开发信息系统包括哪几个阶段？ ⑴确定用户的基本需求。在这一阶段中，用户根据系统的特点清楚地表达自己的基本需求，系统分析开发人员据此来确定系统的规模及基本框架，判断系统需要的数据能否得到，同时应估算出开发原型的成本。⑵开发初始原型。开发初始原型仅仅反映用户的基本需求，并不要求完善。⑶利用原型来提炼用户需求。用户通过亲自使用原型，从而了解其需求得到的满足程度以及存在的问题。开发人员一方面记录下用户提出的该系统的缺点和不足之处；另一方面也要借助原型系统引导、启发用户表达对系统的最终要求，在用户和开发人员共同反复讨论过程中进一步提炼用户需求以及需要修改和变动之处。⑷修正和改进原型。开发人员根据第三阶段中用户提出的修改意见或发现的问题，对初始原型系统进行修改、扩充和完善。这是一个多次反复的过程，直到用户满意为止。 8．用UML模型进行系统的分析和设计有什么优点？ 采用UML模型进行系统的分析和设计具有以下优点：①在面向对象设计领域，存在数十种面向对象的建模语言，都是相互独立的，而UML可以消除一些潜在的不必要的差异，以免用户混淆；②通过统一语义和符号表示，能够稳定面向对象技术市场，使项目根植于一个成熟的标准建模语言，从而可以大大拓宽所研制与开发的软件系统的适用范围，并大大提高其灵活程度。 9．系统定义时期的主要任务是什么？ 系统定义时期的主要任务是确定软件开发工程必须完成的总目标以及工程的可行性；导出实现工程目标应该采用的策略即系统必须完成的功能；估计完成该项工程需要的资源和成本；并且制定工程进度表；最后编写系统需求分析报告。这个时期的工作通常又称为系统分析，由系统分析员负责完成。10．简述GIS数据字典的任务？ GIS数据字典的任务是对GIS数据流图中出现的所有被命名的图形要素在数据字典中作为一个词条加以定义，使得每一个图形要素的名字都有一个确切的解释。 11．简述GIS成本有哪些部分组成？ GIS的成本由五个部分组成：①购置并安装软硬件及其相关设备的费用；②生产系统所需数据的费用；③软件开发费用；④系统安装、运行和维护费用； ⑤人员培训费用。 12．总体设计的主要任务是什么？ 总体设计的主要任务是确定系统总体架构与软、硬件配置，根据系统分析成果进行系统功能模块的划分，建立模块的层次结构及调用关系，确定模块间的接口及人机界面，并设计数据库总体结构。 13．试述详细设计与总体设计阶段工作的差别？ 详细设计以总体设计阶段的工作为基础，但又不同于总体设计阶段，这主要表现为以下两个方面：⑴在总体设计阶段，数据项和数据结构以比较抽象的方式描述，例如，总体设计阶段可以声明矩阵在概念上可以表示一幅遥感图像，详细设计就要确定用什么数据结构来表示这样的遥感影像。⑵详细设计要提供关于算法的更多细节，例如，总体设计可以声明一个模块的作用是对一个表进行排序，详细设计则要确定使用哪种排序算法。总之，在详细设计阶段为每个模块增加足够的细节，使得程序员能够以相当直接的方式对每个模块编码。 14．结构化方法详细设计的主要表达工具有哪些？ 结构化方法详细设计的主要表达工具有：程序流程图、N-S盒式图、问题分析图、类程序设计语言、序列图和活动图。 15．试说明关系型数据库建库三个范式的内涵。 第一范式（first normal form，简称1st NF）要求同一张表中没有重复项出现，如果有则应将重复项删除。这个删除重复项的过程就称为规范化处理。第二范式（sencond normal form，简称2nd NF）要求每个表必须有一个（而且仅一个）数据元素为主关键词（primary key），其它数据元素与主关键词一一对应。主关键词在表中必须具有唯一性，作为主关键词的数据项中不能出现重复的记录。第三范式（third normal form，简称3rd NF）是指表格中的所有数据元素不但要能够唯一地被主关键词所标识，而且他们之间还必须相互独立，不存在其它的函数关系。也就是说对于一个满足2nd NF的关系表来说，表中有可能存在某些数据元素的函数还依赖于其它非关键词数据元素的现象。 16．程序编写的组织管理包括哪些内容？ 程序编写的组织管理包括：1)对程序员组织训练；2)购进软件消化利用；3)程序编写；4)程序模块的调试；5)程序模块的验收。 17．组件式GIS具有哪些特点？ 1)小巧灵活、价格便宜；2)无须专门GIS开发语言，直接嵌入可视化开发工具；3)不逊色于传统GIS软件的强大GIS功能；4)直接嵌入各种开发工具，开发简捷；5)更加大众化，使非专业的普通用户也能够开发和集成GIS应用系统。 18．简述述组件式GIS应用系统的开发过程。 用户调研、可行性研究、用户需求分析、系统总体设计、系统详细设计、基础平台选择、熟悉基础平台、进行二次开发、系统测试、系统维护和系统使用。 19．简述程序代码编写过程中应注意的问题？ 1)程序语言的选择；2)程序设计风格的确定；3)系统代码文档的编写。20．简述程序调试过程中发现的错误有哪些排除方法？ 方法有：1)硬性排错：采用试验的方法，比如设置临时变量、增加调试语句、设置断点、单步执行等。2)归纳法排错：准备几组有代表性的输入数据，反复执行，对得出的错误结果进行整理、分析、归纳，提出错误原因及位置假想，再用新的一组测试数据去验证这些假想。3)演绎法排错：针对各组测试数据所得出的结果，列举出所有可能引起出错的原因，然后逐一排除不可能发生的原因与假设，将余下的原因作为主攻方向，最终确定错误位置4)跟踪法排错：在错误征兆附近进行跟踪找错；错误诊断出来以后，需要进行修改；修改完后，应立即利用先前的测试用例，重复先前的测试过程，进一步验证排错的正确性。 21.系统文档主要包括哪些内容？ 系统文档主要包括系统实施方案、系统架构方案、系统分析报告、系统总体设计、数据库设计报告、系统详细设计、系统测试报告、用户手册等。22.如何有效地维护和管理系统文档？ 1)软件开发小组应由一位文档保管员负责集中保管本项目的已生成文档（主 文档）。2)开发小组成员可根据工作需要自己保留一些个人文档，但这些文档 一般都应是主文本的复制件，应与主文本保持一致，在做必要修改时，也应 同步修改主文档。3)开发人员个人只保存主文档中与本人工作有关的部分文 档。4)在新文档取代旧文档时，管理人员应及时注销旧文档。在文档的内容 有更改时，管理人员应随时修订主文档，使其及时保持最新。5)在软件开发 过程中，可能需要修改已完成的文档。修改主文档前应充分估计修改可能带 来的影响，并且按照提议—评议—审核—批准—实施的步骤加以严格控制。 6)开发过程结束时，文档管理人员应收回开发人员的个人文档，并同时检查 个人文档与主文档的一致性，当发现两者有差别时，应立即着手解决。 23.简答系统实施阶段的任务？ 系统实施阶段的任务可概括为以下五个方面： ①硬件和软件的购置及安装。包括计算机、绘图机、数字化仪、扫描仪等输 入输出和分析处理设备以及各种支撑软件如操作系统、数据库系统、编译系 统的购置安装。②程序的编写与调试。由于各模块的详细设计已经形成，只 需要编写相关程序。一般的处理办法是自编程序，但对于一些比较特殊的成 熟的算法可购买，程序编写后要进行调试，以减少程序的错误。③系统的安 装与调试。即对系统硬软件的安装及调试。④培训。在购买硬件、编写软件 的同时，应对用户进行培训。同时，这也是考验及检查系统结构、硬件设备 和应用程序的过程。⑤系统中有关数据的录入或转换。指的是各种地图数据 及属性数据的输入或从其它系统转化过来的过程，这个工作量是相当大的， 需要耗费大量人力、物力及时间。 24.在系统实施阶段，如何选择程序语言？ 程序语言的选择应作如下考虑：①考虑编程的效率及代码的可读性。一般应 选择高级语言作为主要的编程工具。②考虑要符合详细设计的思想。一般应 选择结构化的语言，如C、Pascal等，这些语言的特点是直接支持结构化的 控制结构，具有完备的过程结构和数据结构。③程序设计语言应是一种通用 语言。因为GIS软件既包括数据、图形处理及分析，还包括对各种软硬件的 控制等，任何一种专用型的高级语言都无法完全胜任。④考虑到程序的执行 效率以及对某些特殊硬件的控制和操作要求。可以针对特定的模块采用混合 编程，达到程序的特别目的。⑤考虑编码和维护成本。选择合适的高级语言 以降低编码量及日常维护工作中的困难程度。⑥根据系统开发的不同规模， 选择合适的高级语言。比如对于一个大型的GIS，用Turbo C就可能不完全 适用，而应选择Visual C++等易于项目管理的高级语言。⑦根据不同的开发 平台和使用平台，选择不同的语言。⑧系统的兼容性、移植性等。 25.简单述GIS软件评价的含义以及评价的内容。 GIS评价是在GIS测试的基础上，通过对技术因子、经济因子和社会因子（如 进行评价，从而得出对系统整体水平以及系统实施所能取得的效益的认识和 评价。软件评价的内容包括：1)技术评价：可靠性、可扩展性、可移植性、 系统效率。2)经济评价：系统产生的效益、软件商品化程度、技术服务支持 能力、软件维护与运行管理。3)社会评价：系统的科学价值、系统的政治与 军事意义、系统决策能力、管理工作改革。 26.试简述GIS维护流程？ 1）提交GIS维护申请；2）评估维护请求；3）维护过程；①确定维护的类型。 ②改正性维护。③适应性和完善性维护。④实施维护工作。⑤编写详细的维 护报告。 简述GIS可行性研究工作的主要内容？ 简述系统详细设计阶段的目标与任务？ 简述地理建模的一般过程？ 简述GIS软件维护工作的影响因素？ 论述题 1．论述系统可行性研究的主要内容是什么？ 2．论述GIS工程学的主要任务、理论基础和内容分别是什么？ 3．GIS规范化和标准化在GIS产业化和社会化过程中的作用是什么？其具体 内容主要体现在哪些方面？ 4．论述GIS详细设计阶段的表达工具有哪几种？各有什么特点？ 5．简要论述GIS软件评价的基本方法，评价类型及评价指标？ 6．论述空间数据库建库流程？ 7．试简述结构化生命周期法包括哪几个阶段？每个阶段的基本任务是什么？ 8．简述在GIS系统实施时有哪些系统实施人员参与及他们各自的任务？ 9．论述地理信息管理与更新的主要技术手段及各自的特点？ 1
Mapgis在地质学中的应用 摘要: 简要讨论了MapGIS的主要功能, 重点阐述了MapGIS的地质制图技术、空间分析技术以及二次开发功能在地质学领域中的应用, 并举例论述之。MapGIS的地质制图技术将纷繁复杂的传统地质制图过程简化, 而且美观精确; 空间分析技术可以将矢量数据和栅格数据综合制作出各种图形和图象文件, 方便分析。 关键词: MapGIS; 地质学; 空间分析；二次开发 MapGIS是由中国地质大学信息工程学院在Windows95平台上用C++语言自主开发实现的, 具有国际先进水平的大型地理信息系统软件, 是一个集当代最先进的图形、图像、地质、遥感、计算机科学等于一体的高效全汉字大型智能软件系统。目前, 已广泛应用于城市规划、交通、测绘、地质勘察等领域。尤其是MapGIS为地质学中的地质制图提供了现代化的技术手段，利用MapGIS可方便地将信息调出，作必要修改，重新输入，大大缩短了修编周期，同时，地质图件精度高、速度快，大大提高地质图件的应用价值。 1MapGIS与地质制图 地质制图是地质工作的有机组成部分,在开展多学科、多途径的地质科研研究中,自始至终都要运用地质图来表现研究成果。与传统的地质制图过程不同，MapGIS地质制图过程主要分为资料准备、图形输入、图形编辑、颜色设计和图形输出等几个阶段。MapGIS提供了两种图形输入方法:一种是数字化输入,即采用数字化仪人工手扶游标跟踪,将原图资料转化为图形数据;另一种是扫描矢量化,通过扫描仪扫描原图,以栅格形式存贮于图象文件中,并经过矢量转换为矢量数据。以上功能可用MapGIS的输入编辑子系统来完成。数据输入计算机后, 就要进入图形编辑、数据校正、图形的整饰、误差的消除、坐标的变换等工作,由MapGIS图形编辑子系统、误差校正、图形裁剪、属性库管理等系统来完成上述各项功能。此外，MapGIS对地学图作了颜色的要求, 在分析了地学图印刷特点的基础上, 设计了一套灵活、方便、精确的颜色定义和色标系统。图形输出是MapGIS地质制图的最后一道工序,通常是把显示出的图形数据,经过以上步骤,在基本符合要求后,由MapGIS的输出系统将编辑好的图形显示到屏幕或指定的设备上。至此，可实现地质图件的数字化,建立起图形和属性数据相结合的数据库。 2MapGIS与空间分析 空间分析技术是地理信息系统的核心。自然界地质信息多种多样, 但就地学领域空间数据而言, 主要可归结为矢量数据和栅格数据两种。地质地面信息图件等为矢量数据,遥感图象等为栅格数据。MapGIS具有强大的空间分析能力和具备对空间数据以及非空间数据进行分析和查询、检索的功能, 包括矢量空间分析、数字高程模型(DTM )、网络分析等三个子系统。 211矢量空间分析子系统 矢量空间分析是MapGIS的一个十分重要的部分, 它通过空间叠加分析方法, 属性分析方法和数据查询检索来实现对地理数据的分析和查询, 其主要功能如下。 (1)空间叠加分析功能提供了区对区叠加分析, 包括合并、相交、相减、判别分析; 线对区叠加分析, 包括相交、判别分析; 点对区叠加分析, 包括相交、判别分析; 区对点叠加分析, 包括相交、相减分析; 点对线叠加分析; 线缓冲区分析。其用途是: 在叠加后, 可以根据结果找出叠加后平面增强的点和区域, 以确定构造特殊部位和找矿靶区。 (2)属性数据分析功能有单属性统计分析、单属性累计直方图、单属性累计频率直方图、单属性分类统计、单属性基本初等函数变换、双属性累计直方图、双属性累计频率直方图、双属性分类统计、双属性四则运算等操作。 (3)综合查询检索功能包括空间查询和属性查询。空间查询是根据图形的空间位置查找对应的专业属性, 属性查询是根据专业属性字段组成的数学表达式或逻辑表达式, 查找对应的空间实体。灵活方便的条件定义, 可实现对数据的随意查询。
GIS在高中地理教学中的应用 ——以必修2模块为例 1. 1问题提出的背景 在2003年4月教育部制定颁布的《普通地理课程标准(实验)》中，已经把“地理信息技术应用”确定为高中地理选修课程之一。这是信息时代的要求、素质教育的要求、现代教育理念和课程改革的重要举措. 信息时代的要求信息时代要求人们的知识和智力高度发展，否则将很难适应和推动社会的进步(许维新2000)。同时信息时代对地理教学提出了新的要求:不能只停留在书本知识的对学生的传授上，还要教会学生独立的学习方法，教会学生自己获取地理相关知识的能力和方法。因此，在掌握各种地理知识的基础上，还应重视学生的能力培养及地理思维方式的培养。应用地理信息系统技术分析地理事物将充实理论，为理论提供依据并增强理论的科学性。因此，地理信息系统应用于教学并不是单纯的介绍地理信息系统知识，而是让学生通过接触地理信息系统开辟一条学习地理知识以及其它学科知识的新途径。 素质教育纵深发展的要求在人类跨入国际经济和科技激烈竞争的新世纪，国际竞争归根结底是国民整体素质的竞争，现在的中学生将是下世纪生产建设的主力军。因此，全面提高中学生的整体素质是当前基础教育的重点。地理教育要“面向现代化、面向世界、面向未来”，要体现“以学生为本”的精神，坚持以培养创新精神和实践能力为重点的素质教育方向，应该是大家取得共识的(张才洋1998)。而地理信息系统在地理教育中的应用，确实能体现“以学生为本”的创新精神和素质能力的培养。GIS的应用，还可以帮助我们从信息社会、知识经济的角度，对地理教育内容重新审视、重新整合。 现代教育理念的要求传统的教育观认为教育是客观的。所有事物皆有一固定的意义，教师的责任就是解释客观事物，引导学生去了解这个世界，而学生的目标是学习教师传授的知识。建构主义(Constructivism)则是一种新的教学理念，主张知识并非直接传授而得，而是由学生自己建构而成的(何克抗2001)。而正因为每个人的经验不同，对外在世界的认知也会各有不同。由此可见，学习应该以事实为基础，经各种机会建构出自己对事物的了解。GIs可让学生经过建立数据库及地图来建构自己的知识。在制图和GIs的空间分析中发现事物的相关性，认识真实世界的事物、地点，并在运用GIS工具的过程中学习。 新一轮基础教育课程的需求目前我国的课程改革己全面启动，地理课程是地理知识的载体。全面推进素质教育。要求课程的设置必须着眼于学生的全面发展和终身发展。信息技术的迅猛发展，全球定位系统、对地观测系统、地理信息系统的广泛应用.数字地球概念的建立，也都为地理课程革新注入了新的活力。构建基于现代信息技术的地理课程，在课程内容选择、教学方式改革中，要充分考虑现代信息技术的影响，为发展学生自主学习意识和能力创造适宜的环境(《地理新课程标准》2001)。地理学是研究地理环境以及人类活动与地理环境相互关系的科学。地理图像是地理信息的重要载体，教师重视利用地理图像，通过阅读、使用地理图像帮助学生掌握观察地理事物的基本方法，逐步发展对地理图像和地理事物的理解、想象、分析等思维能力和解决地理问题的能力。积极利用地理信息资源和信息技术手段优化和丰富地理教学，提高学习效率，培养学生创新精神和实践能力(林培英2001)。由此可见，应用GIS技术处理地理图像是新课改的重要理念，也是地理教改的重要举措。 为CAIG注入新的活力计算机辅助地理教学(CAIG)体现出计算机与地理学科整合的优越性(祝智庭1997)。在教学中，利用计算机能展示实际存在而又不能亲临实践的地理景观，可演示地理现象的演变规律，从而使地理教学不受时间和空间的限制、不受宏观和微观的限制，优化了地理教学进程:突破重点难点，激发学生的学习兴趣，提高了教学效果;弥补了传统教学的不足，使“板书+挂图”的传统模式得以更新，由注重教师的教转向学生的学，由传授知识走向学上智能的发展(王怀庆2001). GIs技术为CAIG注入新的血液，它自身具有对地图
地理信息系统名词解释 1地理信息系统: 地理信息系统是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划管和管理问题。 2地理信息地理信息是地理数据所蕴含和表达的地理含义。地理数据是与地理要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。 3.地理信息科学（南大98、南师99）与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。（邬伦，《地理信息系统原理、方法和应用》） 4地理数据地理数据是与地理要素有关的物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称；它属于空间信息，具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。 5数据是通过数字化或记录下来可以被鉴别的符号，用以定性或定量地描述事物的特征和状况。 6网络（中科院04）是一个由点、线的二元关系构成的系统，通常用来描述某种资源或物质在空间上的运动。 7四叉树数据结构是将空间区域按照四个象限进行递归分割n次，每次分割形成2n*2n个象限，直到子象限的属性值相同为止，该子象限就不再分割。凡数值都相同的子象限，不论大小，均作为最后的存储单元。 8拓扑关系凡具有网状结构特征的地理要素都存在节点、弧段和多边形之间的拓扑关系，拓扑关系就是明确定义这种空间关系的数学方法。类型：拓扑邻接、拓扑关联、拓扑包含。 9 栅格数据结构（基于栅格模型的数据结构简称为栅格数据结构，是指将空间分割成有规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据组织形式。 10矢量数据结构矢量数据是用欧式空间的点、线、面等几何元素来来表达地理实体几何特征的数据。 11非空间属性数据：非空间属性数据是关于空间实体自身的名称、种类、数量等特征的数据。
1绪论 1.1 研究背景 作为朝阳型的世界第一大产业，旅游业越来越受到人们的亲睐，数十年来全球旅游业实现了持续发展。来自世贸组织的预测，在21世纪初中国将成为世界上最大的旅游国。而到2020年，中国入境旅游的人数就将达1.37亿人次，对如此巨大的旅游流的研究也显得具有极大的紧迫性和必要性。其实科技的不断发展，也使得地理学研究的各个方面都需要有新技术融入，尤其是如此蓬勃的旅游业。旅游流研究中海量的数据反映出的丰富信息以及各景区景点间的联系和动态变化资料需要GIS技术的支撑和协调。建立一个专门研究中国旅游景区整体规划的地理信息系统能从定量、动态等方面进行综合分析处理，把各种地理信息数据转换成支持决策的科学根据。 人类用来纪录各种空间现象的主要工具之一，地图对于人类的生产生活实在是不可忽视。经过长时间的经验累积，人类都是按照惯用的使用方法及使用型态来使用地图；不再是用纸张来而是电子讯号来传递信息的电子地图，有着许多传统地图无法达到的优势，例如：查询分析，路径规划等。再次基础上结合计算机的发展，地理信息系统（GIS）即应运而生。 虽然早在50年前加拿大地理信息系统（CGIS）就已经开始运作，但在早期，其主要的工作平台也都是价钱昂贵的工作站计算机，极高的软硬件价位也使得小老百姓望而却步，只有政府或大型研究机构才能负担，这使得多年来GIS始终定位在专业用途上；就连操作人员，也必须经过多年训练的专业人才才能胜任各项工作。可叹的是近十年来的发展，使用者计算机接口及软硬件功能的进步使得地理信息系统已经可以很方便地在个人计算机上安装，经过短期训练的人员也可以加以操作。 1.2 国内外研究现状 信息技术在第一届信息技术与旅游国际会议上被认为是现代旅游业发展与提高竞争力的一个决定性的因素。例如分布式旅游目的地数据库会对
浅谈GIS技术在地球科学中的应用 摘要：地理信息系统是指带各种地理信息以及它们的载体包括文字、数据、图像等，进行输入、存贮、检索运算、分析、输出等的技术系统。本文介绍了地理信息系统（GIS）的组成、功能、特点，概述了其在地球科学中的几个主要应用领域。 关键词：GIS 地球科学 1、GIS简介 地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是20世纪60年代发展起来的一门融计算机技术、测绘、地理、信息管理一身的综合和集成的信息技术。它以地理空间数据库为基础，在计算机系统的支持下，对空间相关数据进行采集、操作、分析、管理、显示，是与人类的生存与发展密切关联的一门信息科学与通用技术。地球科学是以地球系统（包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空间）的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科，包括地球物理学、大气科学、水文学、自然地理学、环境科学等分类。自GIS发展以来，就与地球科学建立了深厚的联系，应用的潜力也越来越大。目前，GIS已经在地形图与专题制图、土地利用与规划、环境保护与治理、环境监测、灾害监测和防治、生物资源保护与利用等诸多领域得到了初步的应用。 一个完整的地理信息系统由4个部分构成：（1）硬件系统，计算机与一些外部设备及网络设备的连接构成GIS的硬件环境，硬件主要包括计算机、打印机、绘图仪、数字化仪、扫描仪等；（2）软件系统，支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机系统。按照功能分为GIS专业软件、数据库软件、系统软件；（3）地理空间数据，主要是指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据，是系统分析与处理的对象，构成系统的应用基础；（4）管理操作人员。人是地理信息系统中重要构成因素，GIS是一个动态的地理模型，仅仅有系统软件、硬件和数据尚不能构成完整的地理信息系统，使用过程中还需要人进行组织、管理、维护和完善系统。 2、GIS在地球科学中的应用 随着地球科学研究工作的渐渐深入，研究的难度不断增加，过去单一的研究方法已难见成效。近年来计算机技术的进步特别是GIS技术的发展，地学专家把各种相关的空间或非空间信息利用GIS进行管理，进行各种综合分析研究，GIS在地球科学各个领域逐渐广泛应用。GIS在地球科学及相临学科的应用主要有如下几个主要领域： 土地管理方面：GIS产生和发展首先在土地管理中得到应用，这是因为从古至今土地的管理和利用一直是人们重视的内容。早期的GIS大部分是处理与土地有关的信息，土地可以说是GIS最古老、最广泛的应用领域之一。目前，GIS
第一章 一．地理信息系统基本概念 1．地理信息系统：GIS是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。2．GIS使用的工具：计算机软、硬件系统； 3．GIS研究对象：空间物体的地理分布数据及属性 4．GIS数据建立过程：采集、存储、管理、查询、分析和显示。 5．GIS是在计算机软、硬件支持下，采集、存储、管理、处理、检索、分析和显示空间物体的地理分布数据及与之相关的属性，并以回答用户问题等为主要任务的技术系统。 二．GIS软件技术经历以下五个阶段：集成式GIS，模块式GIS，核心式GIS，组件式GIS，万维网GIS 三．GIS发展的各阶段特点 1集成式GIS 特点在一个系统中集成了GIS的各项功能 存在问题系统过于复杂，软件成本高；难与其它系统集成 2模块式GIS 特点：系统分成许多相对独立的功能模块 存在问题：难于与其它系统集成 3核心式GIS 特点：从底层提供GIS功能，通过API访问 存在问题：开发难度高，不能进行可视化程序设计 4组件式GIS 特点：通过标准通信接口实现模块间通信及GIS与其它系统集成 存在问题：有待于进一步发展 5万维网GIS 特点：结合Internet，实现GIS的共享和互操作 存在问题：目前还不成熟 四．GIS构成：硬件软件数据人员 五．GIS软件的分类:工具型软件应用型软件 地理信息系统的类型: 工具型地理信息系统，应用型地理信息系统(专题地理信息系统,区域地理信息系统),大众地理信息系统 第二章 一．GIS软件的主要特点 （1）在存储技术上，传统的GIS采用两库结构，即空间数据库和属性数据库的分离。 （2）在数据组织与处理模式上，传统的GIS仍然沿袭地图处理的模式。在实现上，将空间数据组织成物理实体（点、线、面等）、图层、地图和图库几个层次。 （3）在网络和分布式环境下系统组成方面，传统的GIS支持树型的系统结构和主－从工作模式，上下级数据交换基本上以图层为单位进行。 （4）在空间数据管理范围方面，目前的GIS可以比较有效地处理二维空间数据，并能较好地处理DEM数据、实现三维实体的表面显示。 （5）在数据共享和功能共享方面，虽然目前开始注意元数据问题，已经解决了不同格式空间数据之间转换问题，可以实现有缝的数据共享。但是GIS功能共享和互操作问题尚未得到解决。以系统为中心的问题没有得到根本克服。 因此，传统的GIS软件的特点可以简要地归纳为：以系统为中心，以地图为基础，二维处理，静态管理，尺度割裂，数据集中。 二、GIS软件开发过程中的问题 （1）经费预算经常突破，完成时间一再拖延。 （2）开发的软件不能满足用户的要求。 （3）开发的软件可维护性差。 （4）开发的软件可靠性差。 （5）数据工程量特别大，特别是数据采集工作量十分大。 （6）软件需求与软件生产的矛盾日益加剧，突出表现在软件生产率低。 （7）软件可重用性差。
目录 1．设计背景：................................................................................................................ 2．设计目标.................................................................................................................... 设计原则与设计方法...................................................................................................... 1．设计原则：................................................................................................................ 设计方法.......................................................................................................................... 三、需求分析（系统定义）.......................................................................................... 1．系统设计的方法........................................................................................................ 2．系统定义：................................................................................................................ 四、系统设计（系统结构体系、模块设计）.............................................................. 结构体系设计：.............................................................................................................. 2．系统模块设计：........................................................................................................ 五、数据库设计.............................................................................................................. 1．概述............................................................................................................................ 2．需求分析.................................................................................................................... 3．概念设计.................................................................................................................... 4．逻辑模型.................................................................................................................... 5．物理设计.................................................................................................................... 6．数据字典设计............................................................................................................ 六、系统实施计划.......................................................................................................... 七、总结.......................................................................................................................... 设计背景与目标 1．设计背景： 随着现代社会的发展，大学校园的规模日益扩展，传统的管理方法显得力不从心，为了提高效率，节省物力人力资源，大学校园的管理也将逐步实现现代信息化管理。而地理信息系统（一种基于空间数据库的空间信息处理与分析技术，已被广泛应用于市政、交通、电信、军事和旅游等领域，具有极其广泛的应用前景，从地理关系的角度分析和解决与地理信息有关的问题往往会得到意想不到的效果。）技术的发展恰好迎合了这个需求，可以为大学校园的数字化、信息化管理提供相应的技术支持，大学校园多媒体管理系统应运而生。我校虽然已经有了较完善的校园多媒体管理系统，但是身为我校地理信息系统专业的学生，专业相关的课程设计选择这个题目显得更有意义，特建立我校的空间管理GIS系统。 2．设计目标 要求包括道路及道路基本信息、建筑基本信息、校园特殊标记的空间数