GIS地理信息系统.doc

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1、GIS即地理信息系统GIS即地理信息系统（Geographic Information System），地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，GIS是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统，是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。地理信息系统作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。简介从技术和应用的角度， GIS 是解决空间问题的工具、方法

2、和技术。 从学科的角度， GIS 是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一 门学科，具有独立的学科体系。 从功能上， GIS 具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能。 从服务的角度，GIS是指为居民生产生活提供地理信息服务的系统，又称geographic information service。 从系统学的角度， GIS 具有一定结构和功能，是一个完整的系统。 简而言之， GIS 是一个基于数据库管理系统（ DBMS ）的分析和管理空间对象的信息系统，以地理空间数据为操作对象是地理信息系统与其它信息系统的根本区别。1 系统组成从应用的角度，地理

3、信息系统由硬件、软件、数据、人员和方法五部分组成。硬件和软件为地理信息系统建设提供环境；数据是GIS的基础内容；方法为GIS建设提供解决方案；人员是系统建设中的关键和能动性因素，直接影响和协调其它几个组成部分。 硬件主要包括计算机和网络设备，存储设备，数据输入，显示和输出的外围设备等等。 软件主要包括以下几类：操作系统软件 、数据库管理软件 、系统开发软件 、GIS 软件，等等。GIS软件的选型，直接影响其它软件的选择，影响系统解决方案，也影响着系统建设周期和效益。 前景现今IT产业链中， 地理信息技术（GIS）产业已成为强劲的生产力，正日益受到业界的深度关注和热切追捧，美国更将GIS、纳米技

4、术、生物技术列为当今社会最具发展潜力的三大技术领域。 目前，我国GIS技术已广泛应用于国土、城建、交通、能源、环保、航天航空、农业、林业、教育卫生、公共事务处理、国防、外交和政府决策的诸多行业和领域，并在应用深度上，不断进行积极探索。 未来凡是与地理信息空间有关的社会、经济和人们生存、生活的98% 领域都将会应用到GIS技术。 2007年，我国GIS产业规模达到500亿 2010年，我国GIS产业规模达到1000亿 据“中国地理信息产业协会”测算，2011年，我国GIS产业规模将突破1500亿 据“中国地理信息产业协会”预测，到2015年，我国GIS产业规模将达到5000亿 而由于GIS产业的

5、快速崛起，相关的人才培养并未跟上，相关人才极其缺乏。据不完全统计，当前GIS领域的人才缺口达到20万以上。2 功能就GIS本身来说，大多数功能较全的GIS一般均具备四种类型的基本功能，它们分别是： 数据采集与编辑功能 GIS的核心是一个地理数据库，所以建立GIS的第一步是将地面的实体图形数据和描述它的属性数据输入到数据中，即数据采集。为了消除数据采集的错误，需要对图形及文本数据进行编辑和修改。 属性数据编辑与分析 属性数据比较规范，适应于表格表示，所以许多地理信息系统都采用关系数据库管理系统管理。 通常的关系数据库管理系统（RDBMS）都为用户提供了一套功能很强的数据编辑和数据库查询语言，即S

6、QL，系统设计人员可据此建立友好的用户界面，以方便用户对属性数据的输入、编辑与查询。 除文件管理功能外，属性数据库管理模块的主要功能之一是用户定义各类地物的属性数据结构。 由于GIS中各类地物的属性不同，描述他们的属性项及值域亦不同，所以系统应提供用户自定义数据结构的功能，系统还应提供修改结构的功能，以及提供拷贝结构、删除结构、合并结构等功能。 制图功能 GIS的核心是一个地理数据库。建立GIS首先是将地面上的实体图形数据和描述它的属性数据输出到数据库中并能编制用户所需要的各种图件。因为大多数用户目前最关心的是制图。从测绘角度来看，GIS是一个功能极强的数字化制图系统。然而计算机制图需要涉及计

7、算机的外围设备，各种绘图仪的接口软件和绘图指令不尽相同，所以GIS中计算机绘图的功能软件并不简单，ARC/INFO的制图软件包具有上百条命令，它需要设置绘图仪的种类，绘图比例尺，确定绘图原点和绘图大小等。一个功能强的制图软件包还具有地图综合，分色排版的功能。 根据GIS的数据结构及绘图仪的类型，用户可获得矢量地图或栅格地图。地理信息系统不仅可以为用户输出全要素地图，而且可以根据用户需要分层输出各种专题地图，如行政区划图、土壤利用图、道路交通图、等高线图等等。还可以通过空间分析得到一些特殊的地学分析用图，如坡度图、坡向图剖面图等等。 空间数据库管理功能 地理对象通过数据采集与编辑后，形成庞大的地

8、理数据集。对此需要利用数据库管理系统来进行管理。GIS一般都装配有地理数据库，其功效类似对图书馆的图书进行编目，分类存放，以便于管理人员或读者快速查找所需的图书。其基本功能包括：1、数据库定义 2、数据库的建立与维护 3、数据库操作 4、通讯功能。 空间分析功能 通过空间查询与空间分析得出决策结论，是GIS的出发点和归宿。在GIS中这属于专业性，高层次的功能。与制图和数据库组织不同，空间分析很少能够规范化，这是一个复杂的处理过程，需要懂得如何应用GIS目标之间的内在空间联系并结合各自的数学模型和理论来制定规划和决策。由于它的复杂性，目前的GIS在这方面的功能总的来说是比较低下的。典型的空间分析

9、有： 拓扑空间查询 空间目标之间的拓扑关系有两类，一种是几何元素的节点、弧段和面块之间的关联关系，用以描述和表达几何要素间的拓扑数据结构，另一种是GIS中地物之间的空间拓扑关系，这种关系可以通过关联关系和位置关系隐含表达，用户需通过特殊的方法进行查询。 缓冲区分析 缓冲区分析是根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围的缓冲区多边形，它是地理信息系统重要的和基本的空间分析功能之一。 叠置分析 将同一地区，同一比例尺的两组或更多的多边形要素的数据文件进行叠置，根据两组多边形边界的交点来建立具有多重属性的多边形或进行多边形范围的属性特征的统计分析。 空间集合分析 空间集合分析是按照两个

10、逻辑子集给定的条件进行逻辑交运算、逻辑并运算、逻辑差运算。 地学分析 地理信息系统除有以上基本功能外，还提供一些专业性较强的应用分析模块，如网络分析模块，它能够用来进行最佳路径分析，以及追踪某一污染源流经的排水管道等等。土地适应性分析可以用来评价和分析各种开发活动包括农业应用、城市建设、农作物布局、道路选线等用地，优选出最佳方案，为土地规划提供参考意见。发展预测分析可以根据GIS中存储的丰富信息，运用科学的分析方法，预测某一事物如人口、资源、环境、粮食产量等，及今后的可能发展趋势，并给出评价和估计，以调节控制计划或行动。另外，利用地理信息系统还可以进行最佳位址的选择，新修公路的最佳路线选择,辅

11、助决策分析和地学模拟分析等等。 数字高程模型的建立 数字高程模型有三种主要的形式，包括格网DEM、不规则三角网（TIN），以及由两者混合组成的DEM。格网DEM数据简单，便于管理，但因格网高程是原始采样点的派生值，内插过程将损失高程精度，仅适合于中小比例尺DEM的构建。TIN直接利用原始高程取样点重建表面，它能充分利用地貌特征点、线，较好地表达复杂的地形，但TIN存储量大，不便于大规模规范管理，并难以与GIS的图形矢量数据或栅格数据以及遥感影像数据进行联合分析应用。所以一般的GIS都提供了两种数字高程模型的软件包，用户可以根据需要进行选择。 地形分析：包括等高线分析，透视图分析，坡度坡向分析，

12、断面图分析及地形表面面积和挖填方体积计算。最佳路径分析，追踪污染源流分析，农业布局合理性分析，城市布局合理性分析，道路选线分析等。 应用地理信息系统在最近的30多年内取得了惊人的发展，广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。（加测绘、应急、石油石化等国民经济各个领域。） 以下地理信息系统的应用领域分别回答了在各自领域内的作用： 资源管理 (Resource Management) 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

13、。主要回答“定位”和“模式”两类问题。 资源配置 (Resource Configuration) 在城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能源保障、粮食供应等到机构的在各地的配置等都是资源配置问题。GIS在这类应用中的目标是保证资源的最合理配置和发挥最大效益。 城市规划和管理 (Urban Planning and Management) 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。 土地信息系统和地籍管理

14、(Land Information System and Cadastral Applicaiton) 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。 生态、环境管理与模拟 (Environmental Management and Modeling) 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。 应急响应 (Emergency Response) 解决在发生洪水、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

15、相应的运输和保障设施的问题。 地学研究与应用 (Application in GeoScience) 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工具完成。 商业与市场 (Business and Marketing) 商业设施的建立充分考虑其市场潜力。例如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。房

16、地产开发和销售过程中也可以利用GIS功能进行决策和分析。 基础设施管理 (Facilities Management) 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的。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。 选址分析 (Site Selecting Analysis) 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。 网络分析 (Network

17、 System Analysis) 建立交通网络、地下管线网络等的计算机模型，研究交通流量、进行交通规则、处理地下管线突发事件（爆管、断路）等应急处理。警务和医疗救护的路径优选、车辆导航等也是GIS网络分析应用的实例。 可视化应用 (Visualization Application) 以数字地形模型为基础，建立城市、区域、或大型建筑工程、著名风景名胜区的三维可视化模型，实现多角度浏览，可广泛应用于宣传、城市和区域规划、大型工程管理和仿真、旅游等领域。 分布式地理信息应用 (Distributed Geographic Information Application) 随着网络和Interne

18、t技术的发展，运行于Intranet或Internet环境下的地理信息系统应用类型，其目标是实现地理信息的分布式存储和信息共享，以及远程空间导航等。GIS在物流中的应用1打造数字物流企业，规范企业日常运作，提升企业形象。GIS/GPS的应用，必将提升物流企业的信息化程度，使企业日常运作数字化，包括企业拥有的物流设备或者客户的任何一笔货物都能用精确的数字来描述，不仅提高企业运作效率，同时提升企业形象，能够争取更多的客户。 2通过对运输设备的导航跟踪，提高车辆运作效率，降低物流费用，抵抗风险。GIS/GPS和无线通讯的结合，使得流动在不同地方的运输设备变得透明而且可以控制。 结合物流企业的决策模型

19、库的支持，根据物流企业的实际仓储情况，并且由GPS获取的实时道路信息，可以计算出最佳物流路径，给运输设备导航，减少运行时间，降低运行费用。 3利用GPS和GIS技术可以实时显示出车辆的实际位置，并任意放大、缩小、还原、换图；可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上，利用该功能可对重要车辆和货物进行跟踪运输。对车辆进行实时定位、跟踪、报警、通讯等的技术，能够满足掌握车辆基本信息、对车辆进行远程管理的需要，有效避免车辆的空载现象，同时客户也能通过互联网技术，了解自己货物在运输过程中的细节情况。比如在草原牧场收集牛奶的车辆在途中发生故障，传统物流企业往往不能及时找到故障车辆而使整车的原奶坏掉，损失惨重

20、。而GIS/GPS能够方便的解决这个问题。 4人的因素处处存在，而GIS/GPS能够有效的监控司机的行为。在物流企业中，为了逃避过桥费而绕远路延误时间，私自拉货，途中私自停留等现象司空见惯，反正山高皇帝远，物流企业不能有效监控司机的行为。而对车辆的监控也就规范了司机的行为。 GIS在物流运输管理系统中的应用分析通过对GIS在物流运输管理系统中的应用分析，提出加大GIS在物流运输管理信息系统中的应用，对物流企业实现智能管理，降低服务成本，提高作业效率至关重要。作为一个基于数据库分析和管理空间对象的工具，GIS能够很好地弥补物流系统空间和时间具有离散性的不足。我们可以利用GIS强大的空间数据处理能

21、力，统一资源管理平台，管理和维护好多源信息；利用GIS提供的可视结果，提高了物流业的决策效率。GIS能在运输路线的优化和车辆调度方面解决大量信息的查询、分析与处理问题，并在运输管理决策层面提供分析问题、建立模型、模拟决策过程的环境。因此，加大GIS在物流运输管理信息系统中的应用，对物流企业实现智能管理，降低服务成本，提高作业效率至关重要。物流1 GIS在物流运输管理信息系统中的应用1.1 实时监控经过GSM网络的数字通道，将信号输送到车辆监控中心，监控中心通过差分技术换算位置信息，然后通过GIS将位置信号用地图语言显示出来，货主、物流企业可以随时了解车辆的运行状况、任务执行和安排情况，使得不同

22、地方的流动运输设备变得透明而且可控。另外还可能通过远程操作，断电锁车、超速报警对车辆行驶进行实时限速监管、偏移路线预警、疲劳驾驶预警、危险路段提示、紧急情况报警、求助信息发送等安全管理保障驾驶员、货物、车辆及客户财产安全。1.2 指挥调度客户经常会因突发性的变故而在车队出发后要求改变原定计划：有时公司在集中回程期间临时得到了新的货源信息；有时几个不同的物流项目要交叉调车。在上述情况下，监控中心借助于GIS就可以根据车辆信息、位置、道路交通状况向车辆发出实时调度指令，用系统的观念运作企业业务，达到充分调度货物及车辆的目的，降低空载率，提高车辆运作效率。如为某条供应链服务，则能够发挥第三方物流的作

23、用，把整个供应链上的业务操作变得透明，为企业供应链管理打下基础。1.3 规划车辆路径目前主流的GIS应用开发平台大多集成了路径分析模块，运输企业可以根据送货车辆的装载量、客户分布、配送订单、送货线路交通状况等因素设定计算条件，利用该模块的功能，结合真实环境中所采集到的空间数据，分析客、货流量的变化情况，对公司的运输线路进行优化处理，可以便利地实现以费用最小或路径最短等目标为出发点的运输路径规划。1.4 定位跟踪结合GPS技术实现实时快速的定位，这对于现代物流的高效率管理来说是非常核心的关键。在主控中心的电子地图上选定跟踪车辆，将其运行位置在地图画面上保存，精确定位车辆的具体位置、行驶方向、瞬间

24、时速，形成直观的运行轨迹。并任意放大、缩小、还原、换图，可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上，利用该功能可对车辆和货物进行实时定位、跟踪，满足掌握车辆基本信息、对车辆进行远程管理的需要。另外轨迹回放功能也是GIS和GPS相结合的产物，也可以作为车辆跟踪功能的一个重要补充。1.5 信息查询货物发出以后，受控车辆所有的移动信息均被存储在控制中心计算机中有序存档、方便查询；客户可以通过网络实时查询车辆运输途中的运行情况和所处的位置，了解货物在途中是否安全，是否能快速有效的到达。接货方只需要通过发货方提供的相关资料和权限，就可通过网络实时查看车辆和货物的相关信息，掌握货物在途中的情况以及大概的到达时

25、间。以此来提前安排货物的接收，存放以及销售等环节，使货物的销售链可提前完成。1.6 辅助决策分析在物流管理中，GIS会提供历史的、现在的、空间的、属性的等全方位信息，并集成各种信息进行销售分析、市场分析、选址分析以及潜在客户分析等空间分析。另外，GIS与GPS的有效结合，再辅以车辆路线模型、最短路径模型、网络物流模型、分配集合模型和设施定位模型等，可构建高度自动化、实时化和智能化的物流管理信息系统，这种系统不仅能够分析和运用数据，而且能为各种应用提供科学的决策依据，使物流变得实时并且成本最优。2 GIS对物流管理信息系统支持的技术关键基于GIS的物流运输管理信息系统能够以可视化技术提高物流管理

26、的效率和决策的正确性，它实际上是以GIS技术为基础，辅以定位、通信、Web等技术，涵盖普通物流信息功能的集成系统。GIS与物流管理技术集成，构建物流运输管理平台需要进行数据库建设、分布式信息系统的实现、信息提取和表现以及分析应用等几个阶段，其技术关键就在于数据集成和功能集成。基于GIS的物流管理信息系统建设的关键问题之一是对异构数据的处理。数据集成需要将异构数据规划为同构数据，如基于元数据的系统集成、基于关系数据库管理系统的集成等。或者将异构数据规划为同构的过渡数据，如基于结构化查询语言（SQL）的集成等，其目的在于形成的数据或过渡数据可以直接被系统所使用。比较理想的方式是基于RDBMS的集成

27、方式，在同一数据库中采用同构的方式同时存储空间数据、非空间数据、影像数据等，采用标准SQL语言可以实现数据库与数据库管理系统的分离，Oracle、DB2、Informix等均支持上述操作。功能集成就是GIS功能与物流管理功能的规划和重构，可采用的技术方法有：GIS系统与物流管理信息系统相对独立的模式、基于OLE技术的操作模式、基于COM技术的操作模式、基于Corba技术的操作模式和基于Agent技术的操作模式等。3 GlS技术应用有待提升我国目前物流运输管理软件的开发模式有两种一是利用国外成熟的商业GIS平台进行系统的二次开发，二是直接针对具体应用中的空间问题开发与之相对应的综合管理信息系统。

28、但由于后者研发成本高，软件制作周期长，并且在具体应用环境中还存在系统可靠性等因素，故实际应用较少，主流应用仍为第一种方式。目前基于GIS的物流运输管理软件本身的质量和市场的需求仍旧存在着一定的差距，主要体现在GIS技术的应用上，成本高昂也是GIS技术没能迅速在我国物流管理信息系统中取得广泛应用的主要原因。由于各个部门、机构间缺乏数据共享机制，造成大量重复建设，成本居高不下。GIS基础空间地理数据，无论从覆盖面、详细程度、市场价格等各个方面来说，还都不能很好的满足需求。随着国家三大库建设计划的逐步实施，GIS技术的逐步成熟，以及运输行业的快速发展，上述问题有望在不久的将来得以解决。GIS的应用，必将提升物流企业的信息化程度，使企业日常运作数字化，不仅提高企业运作效率，而且提升企业形象，争取更多的客户。