地理信息系统原理与方法范文
时间：2023-11-23 17:52:32
导语：如何才能写好一篇地理信息系统原理与方法，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
一、GIS设计与开发课程教学特点
地理信息系统开发目前以组件式开发为主流。[5]通过专业地理信息系统平台提供的可视化开发组件，可以快速便捷地搭建自己的GIS应用程序，嵌入常见地理信息系统功能，为进一步与应用行业融合提供接口。目前，各高校GIS设计与开发大都采用组件开发，且一般选用ArcGis，SuperMap，Mapgis，Mapinfo的二次开发平台。
GIS设计与开发课程教学具有如下特征：1.实践性强。GIS设计与开发以应用开发为主，需要依靠大量项目实践来培养学生的动手能力。2.学科交叉性强。本课程融合了计算机科学、数学学科和具体应用行业学科知识，学科交叉性强，需要学生具有很强的学习能力、软件开发能力和逻辑思维能力，这样才能很好地将地理信息系统技术融入行业应用当中。3.教学方式灵活。GIS设计与开发是一门动手能力很强的课程，传统的以理论讲授为主的教学方式难以满足课程教学需要。GIS设计与开发常采用项目教学法[6]、分组教学法等，以增强学生在学习过程中的主体性、趣味性、能动性。因此，GIS设计与开发教学的重点不在于理论知识，而在于实践教学。[7]以实践操作深化理论知识，使得学生在不断掌握软件开发技能的同时，完成理论知识的顿悟。
二、GIS设计与开发课程教学优化模式探讨
（一）强化GIS设计与开发课程群设计
GIS设计与开发是GIS专业的一门主干课程，需要配套一系列课程构建GIS设计与开发课程群来辅助教学。其设计应遵循以下原则：1.理论与实践相结合，强化实践教学；2.因材施教，注重个性差异；3.坚持知识、能力、素养协调发展与综合提高原则[8]；4.注重系统性和完整性；5.以需求为导向，坚持课程可调整性原则。
基于当前对GIS设计与开发人才的需求以及地方院校课程设计情况，GIS设计与开发课程群应包括计算机组成原理、数据库概论、数据结构与算法、GIS算法与数据结构、程序设计、软件工程、软件设计模式、计算机图形学、地理信息系统概论、地理信息系统工程、GIS软件开发、WebGis开发等课程，囊括了GIS设计与开发过程中所需的大部分知识，全面反映了“概念—原理—方法—操作—应用”五位一体的特征。
（二）多模式的培养学生实践能力
目前，大部分GIS课程理论教学以教师讲授为主，且实验教学过程多采用学生被动学习的传统模式，即由教师进行程序演示与操作，再由学生进行模仿或根据实验指导书编程重现。在此模仿过程中，学生往往更多的关注了代码的书写，而未能主动思考，不能激起学生的主观能动性和创造性，大大降低了程序运行成果所获得实践成功的成就感。因此，应该采取多种教学模式激发学生的学习积极性，多角度培养学生的实践能力，具体如图1所示。
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图1 GIS软件设计与开发课程教学架构示意图
项目示范型。以教师科研成果作为典型案例，从项目的背景、需求、设计、编码、测试进行分析、讲解、示范以及实践，将学生带入学科前沿和具体工程实践中，加深学生对知识的理解，让学生直观地感受解决实际问题的快乐，激发学生学习兴趣，充分展现“读、想、练、用”的教学要素。
团队协作型。GIS设计与开发设计项目过程复杂，涉及面广，需要发挥团队精神，互补互助，达到最大工作效率。在实践教学中可以将全班学生分为几个小组，根据教学知识点假设项目背景拟定题目，教师担任指导，由学生分组自学、协作完成教学工作。小组中一人负责问题分析，担任项目甲方，负责提出需求；一人负责与甲方沟通，建立规范化需求清单；两人负责系统设计与系统原型快速构建；一人负责项目测试；建立系统设计之后，全组分工协作完成系统开发工作。
开发竞赛型。GIS开发大赛注重学生的知识综合运用以及解决实际问题的能力培养，从选题、需求分析、设计、编码到最后的测试，周期长、任务多样、难点多，能锻增强学生团队协作意识并磨炼学生意志，非常接近工作状态，能使学生尽早接受社会竞争。目前，除ESRI和SuperMap每年均会举办一次全国性GIS大赛外，很多高校会举办一些校内竞赛，其中GIS设计与开发均是其重要的竞赛项目，这为GIS设计与开发教学提供了很好的实践教学平台。
校企合作型。通过与相关GIS软件公司合作建立实习基地，让学生参与具体的项目，为学生提供进入社会和接触实际项目锻炼的机会，使学生在辅助完成项目的同时，熟悉项目流程、认清重点和难点、提升开发 技能等。同时加强校企技术交流，邀请企业技术总监、项目经理举办不同类型的专题讲座，增强学生项目阅读能力。
软件测试型。通过对GIS系统进行黑白盒测试，发现GIS设计与开发中的关键点、难点以及常见Bug分布情况，可加深学生对知识的认知并提升软件设计与开发能力，避免自己在设计与开发过程中犯同类错误。
就业引导型。按照学生兴趣爱好以及就业意向进行应用行业分组，与相关行业企业、协会、就业指导中心建立联系，举办企业专题、行业发展前沿、就业指导等讲座以及到企业中参观学习业务流程、观摩企业成果，扩展学生学术视野与知识面，了解业界动态，建立行业发展与GIS应用交集，缩短学生与社会、企业之间的距离。
（三）围绕课程群打造教学团队
教学团队对教学质量起决定性作用，是学科建设与发展最重要的基础性资源。GIS设计与应用课程群学科交叉广泛，知识增长点众多，发展迅速，这就需要教师不断扩展学科领域和提升知识结构，以优化与提升整个教学团队。地方院校多数将学校定位为“教学为主型”，教研仅限同门或相似课程教师间的交流，根本谈不上团队建设。学科人才，凸显学科带头人与技术骨干的作用，能形成良好的传帮带氛围，建立以点带面形成合力的局面。在项目资助与带动下，才能实现学科交叉融合、知识结构更新、人才交流，才能吸引高层次人才来校教学与研究，形成良性的“引进、培养、锻炼”长效发展机制。因此，可以有针对性的凝练研究方向，覆盖GIS设计与开发课程群，在科学研究中建立教学团队。
三、结语
GIS设计与开发能力很大程度决定了GIS专业学生的就业前景，是GIS专业培养的主要目标之一。GIS设计与开发具有很强的实践性，其能力的培养需要综合性、系统性、多学科的实践教学体系支撑。从GIS设计与开发课程群设计以及围绕课程群打造教学团队、多模式实践教学三个方面可丰富GIS设计与开发教学体系，促进学生由被动学习向主动获取转变，优化和提高教学质量。同时，我们应该认识到，GIS设计与开发教学质量优化提高是一个长期的过程，应在教学工作中不断摸索与总结，探索新的教学模式、教学方法和教学理论，促进教学质量稳固提升。
[ 注 释 ]
[1] 边馥苓.我国高等GIS教育：问题、创新与发展[J].地理信息世界，2007（2）.
[2] 董隽.高等综合院校地理信息系统教学问题探讨[J].林区教学，2009（1）.
[3] 赵银军.高校地理信息系统人才培养探讨[J].测绘与空间地理信息，2010（1）.
[4] 蔡菲，孙英君，单宝艳等.地理信息系统专业学生GIS软件开发能力的培养[J].测绘通报，2008（6）.
[5] 钟广锐.基于SuperMap Objects的“GIS设计与开发”课程实验设计[J].地理空间信息，2007（2）.
[6] 黄猛，李攀.项目教学法在地里信息系统教学中的应用研究[J].时代教育，2012（5）.
[7] 赵冠伟.地理信息系统设计与开发课程教学质量优化探讨[J].实验室科学，2011（4）.
篇2
关键词：GIS技术 公路交通环境设计应用现状
中图分类号： D035.37 文献标识码： A 文章编号：
一、地理信息系统的特点和优缺点
地理信息系统是运用计算机硬件、软件及网络技术，实现对各种空间信息和空间数据的输入、存储、查询、检索、处理、分析、显示、更新和提供应用的技术系统。它由数据、软硬件及网络、标准、人员、管理等五部分组成，是创建、管理和运用地理知识以及编辑、制图、空间分析和可视化的信息系统平台。
地理信息系统有三个基本特点，同时也是它的主要优点：
1. 空间可视化。对客观世界空间的模拟，使人们对于各事物的状态和空间关系有非常直观的感受。
2. 空间导向。利用地理信息系统不仅可以纵览全局研究区域，还可以利用GIS所提供的缩放和漫游等基本功能深入到更感兴趣的局部区域去研究。
3. 空间联结。地理信息系统的空间数据库在存储各地物空间描述信息的同时，还存储了地物之间的空间关系，这一特点是进行空间分析的基础。
地理信息系统因其特点而得到推广应用，并不断扩大其应用范筹，各信息的关系也越趋明晰。然而建立健全的地理信息系统是一个漫长的过程，数据的采集、整理、储存等工作量大。信息系统的维护、更新又是一系列繁琐的工作，人力、物力须大量地、长期地投入。信息系统的创建、维护、更新，须由专业人员操作，目前还不能全民参与，其收录的信息也必然有限。这是地理信息系统尚待改进的方面。
二、我国研究状况
2000年以来，在政府主导下大力发展信息产业。大量政府部门开始应用GIS，并在数字城市和城市信息化建设方面做了大量的工作。这期间，有120多个城市建设了城市规划管理信息系统，400多个城市建设了房产管理信息系统，100多个城市建设了综合或专业管网管理系统，100多个城市正在建设空间基础信息系统。目前已有近40个城市提出了建设数字城市的目标。2007年是数字化城市管理试点工作阶段的最后一年，2008年——2010年为数字化城市管理全面推广的阶段。深圳市已于2006年率先通过建设部“数字化城市管理系统”验收。
三、地理信息系统的应用
在资源的调查、评价与规划的各个阶段，环境的监测、评价与规划的各个阶段，城市与区域规划，辅助决策等管理中，地理信息系统技术成为不可或缺的工具。
公路与城市道路的建设、维护、管理，往往与国土、城市规划、环境等信息密切相关，地理信息系统的应用起着重要的作用。
1. 应用于土地信息
通过GIS，结合土地信息进行道路设计，能减少多次无效的选线定线工作，提高设计效率，同时能很好地协调道路与周边用地的关系。
2. 应用于城市规划
通过GIS，结合城市规划进行道路设计，能很好地衔接相交、相接道路（包括现状道路、待建道路）的空间关系，满足控规划要求。
3. 应用于交通运输
通过GIS分析交通运输状况，能获得更合理的设计资料、数据，制定适合使用要求的设计指标。
4. 应用于环境资源
通过GIS，结合环境资源，能有效减少环境破坏，拟定道路建设材料的采集、运输方案。
四、应用难题与解决方案
综上所述，地理信息系统的应用给道路设计带来若干便利，但其应用、普及、效果存在一定问题。
1.建库困难
我国国土广阔，南北跨度大，地形复杂，地理信息收集难度高。地区经济差异大，引起人力、技术资料分布不均，发达地区完成数字化城市的同时很多偏远地域仍处于信息盲点。改革开放以来，沿海城市和内地发达城市发展迅速，土地开发加快，引起地形地貌日新月异，地理信息更新赶不上变化的步伐。“城镇化”发展加速，而公共用地，如道路、广场、公园等管理部门多，国土、城建、水利、农业、林业等部门存档的地理信息难以综合，给地理信息系统收录带来极大的阻力。因此须加大信息收集的投入，完善的数据库，是GIS应用的首要条件。新研制的运算速度达每秒10亿亿次的天河二号计算机，用于GIS信息处理也将提高GIS建库效率。
2.普及困难
应用GIS技术进行道路设计和交通管理是发展趋势，但GIS由地理信息管理部门存储，大部分信息须高价购买。在设计收费标准11年不调整的背景，GIS应用将加大设计成本，因此GIS还不能普及应用。再者，大多数项目也不因GIS的应用而节约太多成本，因此也不优先考虑GIS的投入。随GIS的逐步完善，信息收录技术提高，收录工作减少，相应收录成本已降低，地理信息应适度下调收费标准，使之得到更进一步普及，惠及于民。
3.预期难达
我国环保意识薄弱，土地开发、项目建设造成环境、生态平衡破环严重，环保部自称四大尴尬部门之一，执法力度不足，虽然受益于GIS技术，但是远不能实现引入GIS技术预期的效果。而道路建设常将经济放第一，环保置后，即使使用了GIS，也仅仅只能满足于工程设计需要，达不到环保的目的。多年不变或空白的法律法规须作适当调整，促使GIS应用效果的实现。
五、结论与展望
地理信息系统是人类科技发展的成果，是人类智慧的结晶，它在军事、工业、交通等的普及是时代的趋势，提高各行各业的工作质量和效率，是值得持续发展的一门科技。道路交通作为最早、最大的获益专业之一，将地理信息系统纳入其专业领域，有机地结合起来能促使其质的飞跃。展望地理信息系统日趁完善，造福于民。
参考文献：
《地理信息系统教程》许捍卫、马文波、赵相伟、徐艳杰、贺巧宁编著，2010年。
《城市地理信息系统——原理、应用与项目管理》上海市信息化委员会张超主编，2008年。
《地理信息系统与管理和决策》高湋编著，2009年。
《空间信息导论》边馥苓，2002年。
《地理系统科学》毕思文、许强，2002年。
篇3
关键词：地理信息系统 功能 应用
中图分类号：TP274.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）03-0098-01
地理信息系统的外观，表现为计算机软硬件系统。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，所面对的数据不再是毫无意义的，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，将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。地理信息系统通过软硬件结合，可实现大量的功能，并且得到了广泛的应用。
1 地理信息系统具有以下几项基本功能
1.1 数据采集与输入
数据采集与输入，就是在数据处理系统中将系统外部的原始数据传输给系统内部，并将这些数据从外部格式转换为系统便于处理的内部格式的过程。数据输入有多种方式，主要为图形数据输入，栅格数据输入，测量数据输入属性数据输入。
1.2 数据与管理
即将数据以某种格式记录在计算机内部或外部存储介质上。其存储方式与数据文件的组织密度相关，关键在于建立记录的逻辑顺序，即确定存储的地址，以便提高数据存取的速度，属性数据管理一般直接利用商用关系数据库软件进行管理。数据管理是GIS数据管理的核心[2]。
1.3 空间查询与分析
空间查询与分析是地理信息系统的核心，是最重要的功能，也是它有别于其他信息系统的本质特征。其主要包括数据操作运算、数据查询检索与数据综合分析。数据查询检索从数据文件、数据库或存储装置中，查找和选取所需的数据。综合分析功能可以提高系统评价、管理和决策的能力。
1.4 空间决策支持
空间决策支持是应用空间分析的各种手段对空间数据进行处理变换，已提取出隐含于空间数据中的某些事实与关系，并以图形和文字的形式直接地加以表达，为现实世界中的各种应用提供科学合理的决策支持。空间决策支持克服了缺少对复杂空间问题决策的有效支持能力，扩展了地理信息系统传统的空间数据获取、存储、查询、分析、显示、制图、制表的功能。
2 地理信息系统应用
2.1 资源清查
资源清查是地理信息系统最基本的职能，其主要任务是将各种来源的数据汇集在一起，并通过系统的统计和覆盖分析功能，按多种边界和属性条件，提供区域多种条件组合形式的资源统计并进行原始数据的快捷再现，为资源的合理利用、开发和科学管理提供依据。
2.2 城乡规划
城乡规划中要处理许多不同性质和不同特点的问题，它涉及资源、环境、人口、交通、经济、教育、文化和金融等多个地理变量和大量数据。地理信息系统的数据库管理有利于将这些数据信息归并到同一系统中，最后进行城市与区域多目标的开发和规划，包括城镇总体规划、城市建设用地适宜性评价、环境质量评价、道路交通规划、公共设施配置及城市环境的动态监测等[3]。这些规划功能的实现，是以地理信息系统的空间搜索方法、多种信息的叠加处理和一系列分析软件加以保证的。这对于加快中心城市的规划建设、加强城市建设决策科学化的要求，利用地理信息系统作为城市规划管理和分析的工具，具有十分重要的意义"
2.3 土地调查
土地调查包括土地的调查、登记、统计、评价和使用等。土地调查的数据涉及土地的位置、房地界、名称、面积、类型、权属、地价、税收、地理要素及其有关设施等内容。借助地理信息系统可以进行地籍数据有关操作，同时还可以为有关的用户提供所需的信息，为土地的科学管理和合理利用提供依据。因此，它是地理信息系统的重要应用领域。
2.4 交通应用
地理信息系统在交通领域的应用，目前主要体现在许多交通部门都应用了交通地理信息系统，其基本功能包括编辑、制图和显示及测量等功能，主要用于对空间和属性数据的输入、存储、编辑及制图和空间分析等。交通地理信息系统的功能还包括叠加、动态分段、地形分析、栅格显示和路径优化等。其中，空间分析功能是地理信息系统软件的核心，叠加分析、地形分析和最短路径优化分析等功能是为空间分析服务的。交通地理信息系统通过地理信息系统与多种交通信息分析和处理技术的集成，可以为交通规划、交通控制、交通基础设施管理、物流管理、货物运输管理提供操作平台。
2.5 通信业中的应用
由于通信的各种资源和地理信息密切相连、不可分割，两者必然要发生联系。地理信息系统在通信中有诸多应用。建立基于地理信息系统的通信资源管理系统是实现基于地理信息系统的网络规划预算、工程设计、建设及施工管理、运行维护、控等的计算机管理一体化的基础；利用地理信息系统进行市场分析和预测，降低成本，提高效益；为网络滚动规划提供大量的数据资源；地理信息系统还能够为网络的建立提供资源分析，提高通信质量。
3 结语
广泛的应用领域对地理信息系统提出了不同的要求，促进了地理信息系统技术的迅速发展。此外，计算机技术的飞速发展为地理信息系统提供了先进的工具和手段，许多计算机领域的新技术，如面向对象技术、三维技术、图像处理和人工智能技术都可直接应用到地理信息系统中，可为地理信息系统增加全新的更为智能、多元化的功能，其应用范围也会不断扩展。
参考文献
[1]李斌兵.移动地理信息系统开发技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.
篇4
关键词：分布式计算；XML Web Service；SOAP、WSDL；UDDI
Abstract: with the development of geographic information system and the popularization, cannot be confined to a single geographic information system server mode, can only be updated by the server system. Distributed network geographic information system spatial data storage server can be in multiple sites, the server through the analysis of the client request, determining the user required data location, access to the corresponding data back to the client.
Key words: distributed computing; XML Web Service; SOAP, WSDL; UDDI
中图分类号：TP338.8文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
地理信息系统是土地管理和分析空间数据的应用工程技术。近年来，地理信息系统发展迅速，已经不满足于集中式计算模式，桌面系统在数据共享和信息交换的模式。需要更广义的应用模式来完善地理信息系统。
分布式计算是指在独立的计算机的集合系统中通过网络通信来开发、部署、管理和维护以资源共享和协同工作为主要应用目标的分布式应用系统[9]。其目的在于改进传统的集中式计算模式。分布式计算在性价比、伸缩性、安全性等很多方面相对于集中式计算模式都有很大优势，比桌面系统在数据共享和信息交流方面也体现出极大的优势。
分布式计算模式与网络地理信息系统相结合，改善了用户只能通过浏览器访问单一的地理信息系统服务器的方式，可以将空间数据存储在多个站点上，服务器通过分析客户端请求，确定用户需要的数据位置，获得相应的数据返回给客户端。分布式网络地理信息系统的服务器端必须是一个网络，通过系统中的数据分布特征和针对其中数据处理的计算特征而分类，其目的是实现空间数据互操作和空间计算功能共享。
XML Web Service(eXtensible Markup Language Web Service，可扩展标记语言的Web服务)是分布式计算模式的重大变革。XML为计算机之间和应用程序之间提供了用于数据采集和传输的统一数据格式，XML Web Service是Internet级别分布式计算环境的基本程序模块，其最大特点是基于标准开放网络协议进行程序间的通讯和协作。由于XML Web Service是同构/异构应用程序集成平台，应用程序可以集成多个不同来源的XML Web Service，这些服务协同工作，不需要知道XML Web Service的实现技术、运行平台和服务所处位的，就可以构建一定业务操作的服务。XML Web Service的最大优点是允许在不同的平台上用不同语言编写各种程序以实现基于标准的方式相互通信。
SOAP(Simple Object Access Protocol ，简单对象访问协议)是XML Web Service的标准通信协议，用来规范XML格式，其规范的其他程序，比如将程序数据表示为XML，以及如何使用SOAP进行远程过程调用，这些可选的规范部分用于实现RPC(Remote Procedure Call，远程过程调用)形式的应用程序。SOAP规范的最后一个可选部分定义了包含SOAP消息的HTTP消息的样式，该部分虽然可选，但几乎所有的SOAP实现方案都支持HTTP绑定，它是SOAP的唯一标准协议，也是Web的核心协议。HTTP的普及和SOAP的简单性是XML Web Service的理想基础。
WSDL(Web Service Description Language)是一个XML文档，是XML Web Service的接口描述语言，用于说明一组SOAP消息以及如何交换这些消息，还定义了服务的位置以及使用什么通信协议与服务进行通信。
UDDI(Universal Description，Discovery，and Intergration，统一描述、发现和集成)是Web服务的黄页，UDDI目录条目是介绍提供的业务和服务的XML文件，其服务的类型是通过一个成为类模型的UDDI文档来完成的，多数情况下，类模型包括一个WSDL文件，用于说明访问XML Web Service的SOAP接口，该模型非常灵活，可以用于说明几乎所有类型的服务。UDDL还包括很多种方法，可用于搜索构建应用程序所需要的服务。
参考文献
[1]邬伦，刘瑜，张晶等.地理信息系统原理方法和应用[M].科学出版社.2007.
篇5
一、地理信息系统以及地质矿产勘查的基本信息
GIS技术是基于地质信息而专门开发的一种具有行业性的系统。基本原理是以物联网技术为基础，通过利用地质信息勘查的各种传感器，通过发射信号实现对信息的采集，再通过计算机技术进行数据的整理与分析，相关的专业人员，可以集合勘查工作的进展或者是需要来选择自己所需要的信息，也为后续的矿产开发进行方案的设计提供数据结构。对于地质矿产勘查，是为了获取地质中对于具有经济或者是科研价值的矿物质进行勘查的工作，其中勘查的重要内容是对开采点进行选择。在传统的勘查技术中，没有深入应用GIS技术，更多的是凭借金经验进行，没有可靠的科学依据，同时在对于学术的交流也没有可以以数据为基础来进行广泛的交流，行业的发展就得不到保障，随着物联网技术的发展，地理信息系统的建设，让地质矿产的勘查行业得到了科学技术的支持，发展速度有着明显的提升。
二、地理信息系统在地质矿产勘查中的应用原理
通常在地质矿产勘查中运用地理信息系统主要是落实其估算矿产存储量、数据模型建立、构建数据参数数据库还有采集空间数据等功能。相较于该系统的数据采集功能来说，普通的信息测量系统准确性稍显不足，就现阶段看来，地质勘查工作还过于依赖地质信息数据、地形版图还有区域三维坐标，所以应当要基于此来运用信息处理技术以及综合测量设备来实施勘查工作。将地理信息系统运用到地质矿产勘查工作中，则能够提供一个较为快速且高效的技术平台，其能够运用空间数据采集功能来掌握作业区域的矿产资源变蚀情况，并且能够合理评估与预测地质勘查工作。此后地理信息系统能够模拟数据，结合相应指标来综合评定矿产质量。不过需要注意是因为各矿产的矿期有所差别，因此在测量矿期过程中要求工作人员能够采集综合数据，通过运用地理信息系统能够直接获得矿期参数，大大提高数据的真实性与可靠性。对于地理信息系统数据库来说，构建三维坐标、参数的存储与计算、测量数据信息是其重要的三项功能，此外图形处理功能也是其一项主要功能，此项功能能够对实际勘查区域的有关地貌图片实施分级查询、分类存储、整理输出、识别以及编辑图片。通常是通过高清地质扫描、数据动态转换还有远程传输来实现高效采集图片。
三、地理信息系统在地质矿产勘查中的应用分析
（一）对于地质矿产勘查资料汇总中的应用
由于地质矿产一般深处于地表下，人眼是无法通过表象进行勘查的。地质矿产发展的历史悠久，但是在物联网技术没有发展之前，更多的是凭借经验来进行勘查，实际勘查的工作效率低下以及勘查的质量差。而随着感应器以及计算机技术的发展，地质矿产勘查过程中对于地理信息系统的应用越来越深入，取得的效果也越来越明显。地理信息系统，在地质矿产勘查中的应用中，对于资料的汇总是其重要的作用，通过对勘查前需要准备的资料例如：感应器类型的选择、地球化学的相关资料、勘查地区地质的资料、矿区地球物理资料等内容进行筛选，为后续相关技术人员对勘查方案的制定提供数据显示。相关技术人员通过筛选的资料，利用计算机技术对需要形成的矿床、矿体、矿化带信息进行模型图的制作，其中需要注意化探信息、遥感信息、以及物探信息中是否存在着异常的现象，如果存在，在模型图构建过程中就需要把这些信息的参数进行渗入。在进行地质矿产的勘查过程中，需要特别注重的信息是：矿产类型、矿产成分、矿产结构分布、矿产开发难度、地质点等基本信息。地理信息系统在矿产勘查资料汇总中的应用还体现在起始资料以及结果资料的汇交上。对于早期以及完成勘查工作后都需要做好各种图表以及信息图，这就需要地理信息系统开展工作，例如对于地质矿产图、深槽平面图等，通过地质信息系统，不仅可以实现对信息进行数据处理，也能够进行前后预估差异的对比。
（二）在地质图像绘制中的运用
绘制地质地图是实施矿产资源勘查工作的一个详见环节，工作人员能够根据绘制所得地图来对整体地形构造有一个全方位、准确的掌握，从而为后续勘查工作的高效推进打好基础。在实际勘查工作中合理应用地理信息系统可以在短时间内准确的找到矿产资源所处位置，而且利用系统中的绘制图像功能能够大大提升地理信息整理的效率与质量，运用该系统还能够科学整合有关信息数据并形成地质图，以便于相关工作人员及时掌握实际矿产资源的位置。在运用该系统进行图像绘制时，需要注重联系起具体情况，确保能够正确合理的绘制，并且还需要注重与信息处理功能相结合，确保图像信息的真实、可靠与准确，切实提高整体矿产勘查效率与质量。
（三）在矿产区模型构建中的应用
在地矿矿产勘查中运用地理信息系统能够将地下矿产的分布以及开采情况监测出来，并且可以通常空间叠加的方式来分析上述情况，进而构建出一个全面、合理的矿产区模型，为后续采矿工作的提供提供有效指导。
（四）对于地质矿产勘查工作的多元化方法分析中的应用
多元化的综合分析已经成为各行各业的发展趋势。对于地质矿产勘查行业而言，为了能够紧跟经济发展的步伐，多元方法综合分析是其发展的趋势。由于地质矿产勘查的工作是极为复杂的，涉及到的专业知识面较多，所以进行多元方法综合分析是非常有必要的。传统的勘查方法由于受到实践以及区域的限制，所以对于资料的收集没能第一时间进行收集，勘查的方法较少。由于地质勘查需要各种数据进行对比，对于地理信息系统的应用能够实现多图多表的对比，对于需要处理的数据能够明显生动的显示出来，这也是物化遥信息综合使用效率能高有效提升的技术保障。在进行多元化勘查方法综合分析过程中，可以通过地理信息系统，对化探异常、物探异常、遥感异常等信息分析方法相结合，通过多方面信息的对比，实现高精度的地质矿产勘查。
（五）在探矿工程中的应用
地质矿产勘查工作，普遍的目的就是获取矿产资源的经济利益，或者是发掘其科研价值。为了能够实现矿产价值的利用，开展探矿工程是基本的前提条件。地理信息系统在探矿工程中的应用应用需要结合勘查工作的三大异常来进行，通过对数据分析，进行对矿物质进行验证，再进一步确定探矿工程的方案。为了能够更加生动的对矿产区域信息进行表达，GIS技术能够进行对地质3D进行建模，通过对3D模型，可以直观的表达出，矿产资源的实际分布。GIS在探矿工程中的应用主要体现在以下几个方面。
1、对于探槽工作编录的应用
探槽工作是探矿工程的重要组成部分，涉及到的内容有探槽的形态及其规模大小地质中的各类信息。在进行探槽工作是，地理信息系统能够有效的对样品的采集区域、地质界线位置、构造界限的位置与矿化带位置等信息进行处理分析。对于后续估算矿物存储量以及地表矿体的总体分布，通过信息技术，实现信息的储存与运输，对后期综合分析有着良好的帮助。
2、对于钻探工程的编录的应用
在实施钻探过程施工时，需要明确其孔方位角、天顶角、以及孔的深度、地质的界线、矿质的深度等基本信息。利用地质信息系统对后续存储量与矿产分布所需要的图表进行制作，并分析矿产的形成条件以及其分布的影响条件，得出矿床形成的结论。
3、对于探矿工程施工方案设计的应用
由于地质矿产勘查的探矿工程需要结合矿产的分布以及地质情况来制定施工的方案。地理信息系统对于探矿工程的布设有着良好的辅助作用，结合实际的探槽工程以及钻探工程，通过系统对工程的布设进行方案的确定，制度过程中可以使用相关的专业软件进行颜色以及图号的区分。
（六）GIS在地质矿产数据库中的应用
现代地质矿产勘查行业的发展，离不开物联网技术的应用，而GIS是基于地质信息而建设的系统。其不仅在矿产勘查中发挥着重要的作用，对于地质矿产数据库的管理也有着重要的贡献。由于地质矿产涉及到数据较多，行业间的交流需要有着良好的平台进行数据的管理，随着信息技术的不断发展，地质信息系统能够很好的实现这一功能。其优点主要体现在以下几个方面：第一，地质信息系统对于矿产勘查的数据进行了良好得分类归纳，同时其图表信息的整合也有根据矿产勘查工作而进行专门的构建。第二，对于矿产资源的各类信息进行充分的表达，更加综合。第三，为矿产勘查工作提供了良好的服务系统，提高了资料利用的效率。对于属性的挂接应用、图层的分类建设以及成矿规律信息的应用上也有着良好的表现。
篇6
关键词：大数据时代；地理信息系统；问题分析；应用研究
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）05-0019-02
以往学者对地理信息系统应用大数据方面的研究较多偏向整体方面的研究，较为缺乏对地理信息系统应用大数据在技术层次方面的探讨。本研究从地理信息系统应用大数据在数据存储和数据处理方面的问题着手进行研究，提出了基于大数据的MongoDB和Dremel的解决措施。
1 地理信息系统应用大数据的必要性
受当时数据存储技术的限制，早期的地理信息系统主要采用RDBMS进行管理，或者采用文件与RDBMS的方式进行管理，如国产GIS软件GeoStar就采用后者的方式予以实现，其属性数据仍沿用RDBMS管理模式，图形、影响和DEM则交由文件系统管理[1]。但GIS本身固有的空间数据和海量数据特征以及数据处理快速响应的需求，决定了以RDBMS为代表的传统数据存储和以统计学和数据挖掘为代表的传统数据处理技术已经无法适应GIS数据存储及处理的发展需求。大数据的出现，带给了地理信息系统新的变革。就整体而言，大数据处理方式与传统数据处理方式存在以下区别。
大数据与传统数据处理方式存在诸多不同：首先，大数据没有抽样概念，其针对的是全部数据，即全样本数据概念，而传统的数据处理方式无论是统计学还是数据挖掘，都是以在数据中抽取样本研究的方式进行；其次，传统的统计学注重数据的因果关系分析，而大数据则完全无视数据的因果关系而在乎数据的关联信息；再次，传统的RDBMS数据处理技术十分追求优良的精确性、高度的一致性，使得其并不具备良好的可扩展性，而大数据则因为多样化的数据类型需要必须具备良好的可拓展性，并不再盲目追求计算结果的精确性，虽然RDBMS数据处理方式已经有了并行计算，但追求高度一致性和容错性的特点使得其无法像MapReduce等大数据并行处理技术那样具备“秒级定律”的可用性和可拓展性；最后，大数据处理的数据类型也不同于以结构化数据为主的传统数据处理方式，其数据处理对象包括了以数字、字符为代表的结构化数据、员工简历信息等为代表的半结构化数据、音频、视频等为代表的非结构化数据这三大类型，在数据处理难度大为艰巨的同时，数据处理能力也得到了极大的提升[2]。
由以上四个方面的对比可以看出，大数据相比传统的数据存储及处理技术，无疑更能满足地理信息系统空间数据、海量数据和数据处理快速响应的需求，因而地理信息系统应用大数据已成为时代的必然。
2 地理信息系统应用大数据的问题分析
2.1 数据存储
地理信息系统的空间数据特点注定了其数据存储具有明显的非结构化特征，其数据集呈现出典型的大数据特点，即海量数据规模（Volume）、快速的数据流转和动态的数据体系（Velocity）、多样化的数据类型（Variety）、快速变化的数据模型（Vitality）和高价值低密度（Value），以及高复杂度（Complexity）的大数据5V+1C特性。我国巨大的地理信息系统市场需求，爆炸性增长的空间数据存储、越来越快速的数据处理响应以及越来越多样化和清晰化的数据描述需求等等这些都对地理信息系统应用大数据提出了高要求。此外，地理信息系统的数据共享与保护、大量重复数据的处理也对其应用大数据构成了挑战。
2.2 数据处理
虽然地理信息系统目前已实现对海量空间数据通过多种途径进行汇总，但其对海量空间数据的组织、处理、加工和存储技术仍是较为落后[3]。在数据处理技术方面主要呈现为非结构化的海量空间数据与传统SQL数据处理技术的不相兼容，致使对海量空间数据的管理、处理和加工效果仍是差强人意，以此为基础的数据增值产品自然无法顺利产生，这已成为制约我国地理信息系统市场进一步发展的瓶颈。随着市场竞争和用户需求的现实需要，地理信息系统空间数据集的实时更新要求正不断被提升，在客观上需要不断加强的计算能力及效率。这既是地理信息系统应用大数据的客观需要，同时也是其海量空间数据顺应社会发展的必然要求。
3 地理信息系统应用大数据研究
3.1 数据存储
尽管GIS软件已经通过加入对象关系模型实现了对RDBMS的性能扩展，使其能够同时管理图形、属性数据、影响和DEM数据，并已实现了多比例尺空间数据的存储，但该数据存储模式已触碰到既有技术发展的瓶颈，并且是导致地理信息系统空间数据自动综合能力与效率低下的重要原因。此外，以C/S架构为基础的GIS系统由于自身的封闭性导致了其自身的数据共享能力偏弱，对批量数据处理后的存储与同步性更新能力与效率也仍是有待加强。有鉴于此，有必要采取大数据的存储方式，对传统的地理信息系统数据存储模式进行革新。
大数据处理方式与传统数据处理方式的一大明显区别是数据存储形式的不同。传统的数据处理方式在这一环节主要依靠RDBMS来实现。RDBMS尤其擅长结构化数据的数据存储，但却无法很好地存储半结构化数据与非结构化数据。而大数据处理方式均很擅长对半结构化数据与非结构化数据的存储。此外，大数据普遍采用分布式数据库或分布式计算集群实现数据的存储。其数据库类型被人统称为NoSQL，尽管传统的RDBMS也有分布式数据库，但它的存储方式仍以结构化数据为主，并在高一致性、高精确度等方面进行严格要求，因而无法实现良好的扩展功能，而NoSQL则没有这方面的严格限制。因此，NoSQL云存储技术应是未来地理信息系统数据存储的主流技术。
NoSQL摒弃了RDBMS的关系与连接特性，保证了在数据存储上的极佳可拓展性。数据存储模型的灵活多变，更是大大减少了其在进行数据存储和更新操作时的系统开销。以MongoDB为例，它为了实现对多样化的数据存储形式的兼容，采用了面向文档的数据库管理措施，使得其具备优良的可拓展性。其原理就是将RDBMS中“行”的概念替换成“文档”模型，因而能够确保实际数据存储时文档或数组的嵌套，并实现了复杂层次关系的单一记录存储[4]。它所存储的数据结构十分松散，保障了其数据存储模型的灵活多变特性，并能够有效支持复杂的属性数据，在索引结构方面也由于自身复杂层次关系的简化和查询索引技术的强大，已经基本实现了对RDBMS查询功能的完全支持。
由此可见，文档型NoSQL存储技术十分符合地理信息系统空间数据存储的要求，并且避免了地理信息系统传统数据存储技术在存储海量空间数据时耗费的数据压缩与转换的系统开销，因而能够通过对数据存储方式的革新有效提升地理信息系统在数据读取与更新时的效率。
3.2 数据处理
传统空间数据库都会建立多比例尺的空间数据库，再根据实际应用的需要调动不同比例尺数据库的数据，来增强地理信息系统对数据处理响应速度的需求[1]。但就其实际操作而言仍无法较好地满足地理信息系统对数据处理接近实时数据处理的要求，其矢量数据的自动综合能力也是差强人意。但在大数据时代，该空间数据的处理方式完全可以用大数据的交互式数据处理方式来予以解决。
交互式数据处理，主要指通过人机交互来逐步实现对数据的处理，它能让数据被及时地处理和修改，并让处理结果立刻被用户知悉和运用。当前交互式数据处理系统有Spark和Dremel等。作为高效分布式计算系统，Spark在性能上要比Hadoop在数据处理上的效率提升100倍，并提供了比Hadoop更为上层的API。Spark的代码简洁，Hadoop要实现与其相同功能的代码往往需要数十倍或上百倍的长度。Dremel则通过组建规模上千的集群来实现PB级别海量数据的秒级处理。因为Google专门设计Dremel用来弥补MapReduce的不足，因而Dremel在规模上、交互式查询能力都要比后者优越。
以Dremel为例，它通过嵌套式的数据模型来支持对半结构化和非结构化数据的并行处理。通过用列式存储方法来保存数据，进而在数据处理和分析时只需要针对指定数据进行处理，因而减少了CPU和磁盘的访问量。最后，Dremel结合了Web搜索和并行DBMS的技术，通过借鉴Web搜索的“查询树”概念，将复杂巨大化的查询搜索分割成并发在大量节点上处理的较小简单数据查询。简单而言，交互式数据处理方式就是通过对数据的分片存储和对查询功能的优化来实现对海量数据的快速处理。
由此可见，地理信息系统传统的多比例尺数据库数据完全可以通过Dremel嵌套式数据模型的列式存储方式进行存储，进而在响应实际数据处理需求时通过类似Web搜索的处理方法调出符合查询要求的分片数据，从而实现空间数据处理的优化，因为数据搜索的系统开销大为降低，因而大大提升地理信息系统的数据处理响应速度。
4 结束语
经过探讨地理信息系统在大数据应用方面的数据存储及数据处理问题，并针对性地给出基于大数据的解决措施，可以发现大数据在未来的地理信息系统具备广阔的应用前景。除了本文所提及的MongoDB和Dremel大数据处理技术，大数据还有以MapReduce为代表的批量数据处理技术、以Storm为代表的流式数据处理技术和以Neo4j为代表的图数据处理技术，它们都在未来的地理信息系统发展中大有可为。
参考文献：
[1] 龚健雅. 中国地理信息系统技术的发展[J]. 测绘工程， 2002（2）： 5.
[2] 维克托・迈尔・舍恩伯格， 肯尼思・库克耶.大数据时代[M]. 盛杨燕， 周涛， 译. 杭州： 浙江人民出版社， 2012.
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基金项目：防灾科技学院第六批重点课程建设课程资助项目；防灾科技学院教学研究与教学改革项目（JY2014A02）
[摘要]《GIS原理及其应用》是测绘工程专业一门重要的专业必修课。本文对目前该课程在测绘专业教学中存在的诸多问题进行了深入分析，在此基础上，结合我院测绘工程专业的培养目标，对该课程在教学内容、教学方法、考核方式等方面进行了改革探讨，加深学生对GIS的基本理论、基本方法和基本技能的理解，特别突出GIS实践的重要性，以期提高《GIS原理及其应用》课程的教学效果和教学质量，培养适应社会经济发展，具有创新精神和实践能力的高素质专业人才。
[关键词]GIS原理及其应用；教学；改革；实践；考核
中图分类号： G642. 0 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（a）-0000-00
随着测绘信息技术的飞速发展，测绘产品的获取、处理、管理、分析、应用等方面都跟GIS密切相关。理解GIS的基本原理和常用的空间分析方法，在此基础上掌握GIS专业软件的操作使用，这对测绘专业学生今后的就业和继续深造具有很大的实际意义。《GIS原理及其应用》作为测绘专业学生一门重要的专业必修课，具有较强的理论性和实践性，通过本门课的教学使学生掌握GIS的基本原理及其常用的空间分析方法，熟悉空间数据组织和管理常用方法，了解空间数据采集和输入、数据质量分析的基本方法和内容，了解地理信息系统在现代社会所处的地位、地理信息系统发展与应用的趋势、以及地理信息系统在测绘工程中的重要应用。因此，《GIS原理及其应用》这门课程的学习对测绘专业学生影响深远。目前，在测绘工程专业的GIS教学中一直沿用GIS专业的教学内容和教学方法，由于前期课程安排和学时等方面与GIS专业有很大差别，这就造成了测绘专业学生对GIS的学习不能达到预期效果，为更好地完成本课程的教学目标，有必要对《GIS原理及其应用》教学内容和教学方法进行思考、探讨和改革。
1确定培养目标
结合我校“立足地震行业，面向社会”的战略目标，我校培养的测绘学生是可在地震行业中立足，同时更主要的是面向社会的大众化需求，因此培养的学生要具备扎实的测绘理论知识、掌握测绘工程专业技能、具备实施地形变形测量、变形监测、精密工程测量等测绘工程的设计、实施及管理等能力，能在地震监测预报、灾害防御、国家基础测绘、国家资源调查、城市规划与管理等部门从事设计、实施、管理等方面的厚基础、重实践的应用型人才。而随着计算机技术、RS技术和GPS技术的发展，在掌握了基本测绘理论和方法的基础上，如何实现测绘信息的有效集成和应用，GIS成为其实现信息集成的首选工具。因此，《GIS原理及其应用》作为测绘工程专业的必修课，是测绘专业学生在未来发展的必然需求。
2教学中存在的问题
2.1非GIS专业先修课程差异
地理信息系统是传统科学与现代技术相结合而诞生的边缘学科，因此它明显地体现出多学科交叉的特征；而测绘科学是一门研究如何确定地球的形状和大小及地面、地下和空间各种物体的几何形态及其空间位置关系的科学。两个专业教学目标有很大不同，但又有所交叉。测绘科学为地理信息系统提供高精度的空间数据，保证了空间数据的精度和质量，以及地理信息系统产品的开发；地理信息系统为测绘科学成果的有效集成提供了良好的解决方案。由于专业特色的限制，GIS专业在前期的理论基础学习中开设关于计算机和地理学的课程，如数据库系统概论、计算机图形学、自然地理学、人文地理学等课程，这些课程的开设为接下来的GIS原理及其应用的学习奠定了理论基础。计算机学提供了GIS学习的软、硬件知识；地理学作为GIS的理论依托，为GIS提供引导空间分析的方法和观点。而在测绘工程专业的人才培养方案中，《 GIS原理及其应用》课程开设缺乏一定的前期理论支撑，这使得测绘专业的《GIS原理及其应用》的教学内容与教学方法并不适合沿用GIS专业所采用的教学内容和方法，要根据测绘专业的特点调整其教学内容和教学方法，以便更适应于测绘专业学生的学习和掌握。
2.2教学内容多，实践课时少
在现行的本科教学培养方案中，明确限制总学时数不超过2500学时，而在测绘专业基础课等不被压缩的前提下，测绘专业开设GIS课程的学习，其学时安排是48课时，还包含了不少于8课时的实践课时，而GIS本科专业学习中，其学时的安排一般为64课时。在课时明显压缩的前提下，要想较好地完成《GIS原理及其应用》的教学，必须对现行教学内容、方法和安排做出调整。由于GIS的学习具有较强的理论和实践相结合的特点，调整后的GIS学习必须保证理论和实践课时的饱满，这样才能保障学生学习的效果。
3、教学改革的措施
3.1侧重学科交叉，注重GIS思维的培养
由于地理信息系统的多学科交叉特性，在测绘专业的GIS教学过程中，侧重强调测绘专业与GIS的交叉性，突出GIS学习与测绘专业的紧密性，将GIS的学习定位到测绘专业体系内。在教学过程中，注重讲授GIS的基本理论、常用空间方法、应用模型等内容，这些是初次接触GIS的学生必须了解和掌握的知识；在教学内容的安排上，注重地学理论与工科技术的交叉，培养学生独立解决实际问题的能力，使学生遇到问题时能够以GIS的思维方式进行问题的抽象与表达，并在后续工作中善于应用所学和所知道的测绘技术、GIS理论进行数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示。这个过程既考察了学生对所学技术的掌握程度，又注重培养了学生运用GIS思维对空间数据集成的应用，使学生能够更加真实了解测绘与GIS集成在解决实际问题的优势，并在解决问题的过程中对所学理论与方法有更深刻的理解。
GIS作为一个辅助决策工具，教学过程中突出GIS解决问题的思路，同时将涉及到的其他学科知识作为解决问题中的一个环节，加强学生自学意识，学会问题的分解与表达，构建适合于地理信息分析和表达的应用模型，以此达到解决问题的目的。
3.2合理安排课程，理论和实践分层次实现
长期以来，高校普遍存在的一种教学模式就是任课老师讲-学生听，学生处于被动接受的地位，这种传统的教学模式，在理论知识传授的系统性和完整性方面有一定的优势，但其在实践性较强的学科教学中的不足也显而易见。首先，学生遇到问题，解决问题的积极性没有被调动起来；其次，不能将理论知识和实践操作很好的结合在一起；最后，没有经过学生思考和实践过的理论是无法在工作中得到很好应用的。基于这些问题，首先在课程安排上做出调整，将《GIS原理及其应用》安排在第五学期，在这门课的学习过程中，主要侧重基础理论的学习，如GIS的基本概念、基本构成、基本功能、发展历史、数据结构、空间分析方法等。同时对涉及到的测绘专业知识给予重点提示，加深对测绘专业基础知识的掌握，突出GIS多学科交叉的特点。在安排的8课时实验中通过对Mapinfo9.5的学习，让学生对GIS解决问题的基本思想有所认识，即通过对现实世界的抽象，到计算机世界的存储，对数据空间数据结构以及存储有一个系统的认识。这学期完成学习后，学生对GIS的基本理论知识、常用空间数据结构、以及空间数据获取与测绘技术的结合已有一个清晰的认识，即达到GIS理论教学目标。 由于学时有限，但又强调GIS实践应用的重要性，在第六学期安排一门《GIS软件应用》，以ESRI公司的ArcGIS作为实践平台，弥补GIS理论学习中实践不足的问题，在GIS软件应用这门课中，所有的实验以案例的方式提出，要求学生给出应用到的相关理论知识和解决方案，并通过动手实验达到解决问题的目的。
3.3 巩固理论知识，多种考核方式相结合
在考核方式上，《GIS 原理及其应用》采用“平时成绩（10%）+实验报告（20%）+期中考试成绩（20%）+期末考试成绩（50%）”的方式。平时成绩主要是通过作业和课堂表现获得；实验报告是对学生动手能力的考察；期中考试主要是在课程中期对学生进行测试，对学生起一个督促作用；期末考试则是对学生理论知识最终掌握情况的检验。采用上述考核方式，能较好地反映学生对知识的掌握情况，以及在分析问题、解决问题等方面的能力。
4结论
《GIS原理及其应用》是测绘工程专业的一门必修基础课，本课程学习对后续《GIS软件应用》的学习及学生今后的就业和深造影响深远。本文首先介绍了该课程在测绘工程专业培养目标中的地位，并分析了现行教学中存在的问题，在此基础上提出了教学改革的具体措施：1）侧重学科交叉，注重GIS思维的培养；2）合理安排课程，理论和实践分层次实现；3）巩固理论知识，多种考核方式相结合。以此不断提高教学水平，及时了解学科发展动态，掌握学生对专业知识的需求，从而及时对教学内容和教学方式进行调整和完善。
参考文献
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[5] 孙广通，宋萍，刘小阳.《普通测量学》课程教学改革探讨[J].科技信息，2013（36）：26.
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关键词：地理信息系统；用途；发展
Abstract: The geographic information plays an important role in human life and national economy, and its system has been developed very rapidly in recent years whith constantly changing connotation and extension. The original geographic information systems are some specific application systems, which can only be called a technique. In the next few decades, the geographic information system will remain a high speed development momentum and become the core in the field of high technology.
Keywords: geographic information systems; uses; development
中图分类号：C931.6 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
一、地理信息系统的的概念
地理信息系统（Geographical Information System,GIS）是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统与其它信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理代码，地理位置及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，现实世界被表达成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组成部分。
地理信息系统是一门多技术交叉的空间信息科学，它依赖于地理学、测绘学、统计学等基础性学科，又取决于计算机硬件与软件技术、航天技术、遥感技术和人工智能与专家系统技术的进步与成就。此外地理信息系统又是一门以应用为目的的信息产业，它的应用可深入到各行各业。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。
二、地理信息系统应用
GIS的发展状态
地理信息系统（Geographic Information Systems，简称GIS） 是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术，是一项以计算机为基础的管理和研究空间数据的新兴技术系统。地理信息系统萌芽于20 世纪60 年代的加拿大和美国，1972 年世界上第一个运行型的地理信息系统——加拿大地理信息系统 （CGIS） 全面投入运行与使用。地理信息系统本身并不是一个单独的领域，而是信息处理和许多涉及空间分析技术的领域之间的一个共同基础。
从目前GIS发展状态来看，不但GIS技术本身可直接服务于规划、管理工作，也可以和统计、分析，交通规划，计算机辅助设计等方法结合起来使用，GIS和遥感的结合也是该项技术的一个重要分支。GIS确实有很大的应用潜力，它的推广可使规划行业新技术的应用提高到一个新的水平。单就技术而言，除了某些专门用途(如:三维空间模型、空间决策支持系统)或将GIS和其他技术结合起来(如:空间统计、用地布局)还有一定难度外，要把这项技术用起来已没有很大的障碍。但是，要大规模地应用，并获得明显的效果，必然会遇到投资大、周期大、牵涉面广、组织协调难等非技术问题的困扰，这些问题也是世界各国包括发达国家都曾遇到过的。
(二)GIS实施中的非技术问题
1．信息来源。计算机是一项自动化的技术，但信息系统所需的数据一般是以手工方式去收集、整理后才输入到计算机里的，没有数据来源的信息系统等于是无米之炊。没有丰富的、全面的信息输入到数据库中，信息系统的功能再好也只能停留在演示阶段。城市规划所需的信息不少是分散在各个部门里，平时没有固定的班子来从事信息的收集与整理，往往是结合某项任务来突击性地开展这项工作，要消耗大量人力、物力，而且任务结束后临时班子也就解散了，当外界情况有了变化，很难及时更新信息，不能保持信息的现势性。在发达国家，人们把GIS在硬件、软件、数据三者的费用关系喻为1:10∶100，虽然这一比例并不精确，但是它说明了数据收集、输入的成本之高，以及隐藏在费用之后的组织工作的难度之大。
2．信息的控制权。有了数据库，有了分析工具就可以辅助管理、辅助决策，可以说谁掌握了信息，谁就掌握了决策的主动权。因此信息的控制权问题可能成为机构、部门之间十分敏锐的问题。有人认为，信息控制权的争夺，会导致信息系统的失败(Aronoff，1989)。若把信息的控制权交给高层领导来掌握，会因远离基层而降低信息的使用效率，也不容易调动基层单位收集、更新数据的积极性(尽管利用计算机的网络技术很容易做到，但在管理上则有困难)。反之把信息的控制权交给某个基层部门，则可能引起平级机构之间的矛盾。
3．经济利益与效益。在发达国家，信息系统的历史较长，已有了很多公开的数字化的地理信息服务，这种服务的深度、广度与费用、效益有密切关系。地理信息系统的效益主要是提高管理、决策的效率、质量、水平，往往只有间接的经济效益。公开化的数据服务从理论上说可避免各个部门重复性地收集与输入数据，大大降低费用，获得明显社会效益，但是，这项工作是由政府包下来，还是靠企业之间的竞争来解决，在发达的资本主义国家也未有成熟的经验。目前，在美国，小比例尺的数字化地图、国情普查资料等均由政府包下来，服务收费很低。而在英国虽然也靠官方来搞，但收费很高，一般用户较难承受。在中国，当前的体制正在转轨之中，很多机构往往是一班人马两块牌子或一块牌子双重体制，同时承担政府和企业的职能，掌握数据的单位如何向外界提供服务，如何调动积极性，还需要一定时间的探索。
4．人才。即使硬件、软件(包括二次开发)、数据都可花大代价来解决，但信息系统的长期发展还要靠本机构的内部人才才能维持，这一问题在前面已提到，需要强调的是在当前情况下，应采取必要措施，鼓励和吸引规划、管理人员边开发、边学习，以此带动应用，带动整个队伍技术水平的提高。
三、地理信息系统用途
（1）更直观、便捷地集成各种属性数据。地物的空间位置具有客观性，且地物本身又具有纷繁复杂的特性，除了具有自然特性以外，还具有社会经济特性。描述这些特性的属性数据非常丰富，但都可以通过具有同一坐标参考系统的空间位置进行统一组织。GIS为各种数据的集成提供了统一的框架，在此基础上可以直观表达地物及其空间关系。
（2）高效管理信息资源。GIS是一个具有结构和功能的系统，能获取和输入空间数据，并进行空间数据的处理和分析，并将结果按一定的方式输出。通过这种方式，各个行业的信息资源都可以按各自的要求进行处理，从而提高了信息资源的管理和利用效率。各个行业信息系统的建设就是典型的例子，如地籍信息系统，自来水设施管理信息系统、矿产资源管理信息系统、污染源管理信息系统、旅游资源管理信息系统等等。
（3）提供辅助决策。采用GIS的目的是辅助解决空间问题，其核心功能是空间分析，通过空间分析为各类用户提供管理和商业上的辅助决策。如突发事件的监测与预警、设施故障处理、企业选址、客户分布管理等。
（4）制作地图 。GIS是在计算机辅助制图基础上发展起来的一门技术，是地图制作的重要工具。采用GIS可以制作符号，对数据进行各种渲染，高效、高性能、高度自动化是GIS制图的重要特点。
（5）提供与获得空间位置相关的服务。人应用GIS对地球表层人文经济和自然资源及环境等多种信息进行管理和分析，以掌握城乡和区域的自然环境和经济地理要素的空间分布、空间结构、空间联系和空间过程的演变规律，使它成为国家宏观决策和区域多目标开发的依据，从而为区域经济发展服务。
四、 地理信息系统的发展趋势
随着社会技术的不断发展，可以预见GIS发展的趋势是：
1）数据标准化。支持GIS工作的数据结构及数据交换格式的标准化，提供GIS工作基础数据接口的标准化；
2）系统集成化。GIS软件部件的对象化，使IS软件具有不同功能，可实现互操作和自我管理的软件组件；
3）平台网络化。GIS的工作平台将逐步从单机、局域网转入互连网工作环境，使GIS可实现网上、浏览、下载，实现基于Web的GIS查询和分析；
4）应用社会化。GIS的应用范围将从以政府及单位应用为主，最终走入千家万户。
五、结束语
综上所述，随着区域经济社会的发展和城市规模的不断扩大,城市空间信息急剧增加,传统方法已不能适应现代城市管理的需要,城市地理信息系统成为现代城市管理、规划、科学决策的先进工具。面对GIS充满生机与活力的前景,我们应该进一步面向世界、抓住机遇、探索规律、创造性地促进GIS技术与产业的发展。
参考文献：
［1］郭晓虹 浅谈地理信息系统及其应用 内蒙古科技与经济2001年第2期:42-43.
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关键词：煤矿灾害 应急救援系统 地理信息系统
一、引言
随着煤矿开采深度的加深，地质条件也将会愈加的复杂，各种事故会严重威胁着矿工的生命安全和煤炭生产的正常进行。通过建立生产安全事故应急救援预案，可以控制矿山发展并尽可能排除事故及矿井灾害，保护现场人员及场外人员的安全，将矿井灾害对人员、财产造成的损失降低到最小程度。
地理信息系统（GIS）是一种基于计算机的工具，它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。GIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起，从而使大量抽象、枯燥的数据变得生动、直观和易于理解，提高工作效率和管理工作的科学性和准确性。
二、地理信息系统的特点及优势
地理信息系统是以地理空间和动态的地理信息为地理研究和地理决策服务的信息系统，已被广泛用于资源管理、城市规划、应急救援等各个领域。地理信息系统的主要特点和优势有：
1、标准的信息存储、查询功能。GIS可以将各种不同的数据转化成利于计算机存储的内部格式。GIS不但包括各种要素分布的空间位置，也包括其实体特征的属性数据，同时还有明显的时序特征，而且空间数据和属性数据之间是一种密切的对应关系，空间信息和属性信息形成一个有机的整体。通过检索空间数据可查询相应属性信息；通过检索属性数据也可以查询相应的空间信息。避免了图形与相应的属性数据分离的现象，给企业资源的全面管理带来了极大的方便。从图形学的角度来看，GIS实质上是一种便于计算机处理和网络传输的数字化地图或图纸，可以方便地对空间数据进行输入、编辑、显示、查询、空间分析和输出打印，也可以利用三维动态仿真技术对各种要素实现仿真模拟，构造一个符合实际的模拟空间，展现各种地物之间复杂的时空关系。
2、便捷的的数据管理功能。一些数据库和应用系统公司，如Oracle，Microsoft和SAS等，已扩展了其产品容纳空间数据管理功能。另一方面，许多GIS软件也包含空间数据库引擎数据模型，借助这一模型可将空间数据加入到关系数据库管理系统中。这样使得大规模的GIS系统与空间数据技术一体化成为可能，便于各种系统的集成和信息共享。
3、优秀的空间分析功能。空间分析是地理信息系统最主要的特色。GIS系统可以利用其空间数据库和属性数据库，结合高效的算法进行空间分析。如对距离某一事故地点一定范围内各种空间要素的搜索，并对相关信息进行统计分析，为事故处理提供所需要的信息和应急预案等。这种空间分析的功能是其他信息管理系统无法实现的。
三、煤矿灾害应急救援地理信息系统模块功能设计
根据系统需求分析和开发目标，煤矿灾害应急救援系统应主要包括以下几个模块：
1、信息管理模块。该模块主要由矿井相关的各种基础信息数据库和地物属性分布组成。基础信息包括矿井基本情况数据库、井下主要设备信息数据库、安全设备数据库、地质条件数据库、主要灾害信息数据库以及实时的采掘工作面分布等。它具有实时维护、更新和管理煤矿基础信息所需的基本功能。？
2、应急预案模块。主要包括矿井灾害应急预案、应急救援队伍、救灾设备数据库、救灾专家数据库以及国家级矿山救援基地分布等内容。在矿井灾害应急预案中可以查询到通用的应急救援预案，如国家局制定的矿山重特大生产安全事故应急预案，也可以查询到针对本矿井实际的自行制定的应急预案内容。它具有维护和管理整个矿井灾害应急救援的基本功能。
3、灾害处理模块。囊括了矿井灾害从预测预报到控制处理的一般方法，主要包括矿井灾害预测方法、矿井灾害控制方法、矿井灾害处理方法。同时还提供了矿升灾害案例库这一功能，方便查找相关的矿井灾害案例，以期达到学习借鉴的目的。
4、法律法规模块。此模块提供了矿井生产适用的各项法律法规和部门规章制度，包括国家级及省级煤矿安全规程。能够按照目录、索引和关键字进行查询、打印，同时预留了扩展接口，用户可以随实际变化增减法律法规条文，有效地减少了检索规章制度文件的时间，为领导者做出正确的决策提供法律依据。
四、煤矿灾害应急救援地理信息系统的实现与应用
矿井灾害救援制约因素多、情况复杂多变，与其他行业的抢险救灾工作相比，具备更强的技术性、时效性和更大的危险性，要求反应迅速、判断准确、应变及时、措施有力，一旦事故发生，需要多支救援队伍密切配合、集中指挥展开救援工作。
建立矿井应急救援系统的目的：一是发生事故后控制危险源，避免事故扩大，在可能的情况下予以消除；二是尽可能减少事故所造成的人员和财产损失。因此，矿井灾害应急救援系统不仅要包括危险源空间布局、矿井环境状况、关键设施状况、应急救援力量等实体空间，而且还应涉及社会经济领域的非实体因素，如人员分布、财产分布等。？矿井应急救援作为一个动态运行的过程，其复杂的灾害生成机制需要强有力的信息分析工具的支持。地理信息系统是解决这一问题的有力工具。
本系统主要利用GIS开发软件，将煤矿生产工作范围内的电子地图、属性数据以及统计数据相结合，构成地理信息系统平台，通过此平台，实现生产工作范围内井下巷道、采掘工作面和各种机械、安全设备数据及其他数据的全面整合，达到数据统一管理和资源共享。同时在此基础上提供灾害预测、控制和应对方案，提高管理工作的科学性、规范性，以及灾害处理工作的及时性、准确性。
五、结束语
该系统可以实现对矿井基本情况、主要灾害信息、危险源分布及救灾力量等信息的查询、图形编辑、属性更新，确定特定灾害的影响范围，大致预测灾害损失。在灾害应急响应与快速救援指挥中显示最佳避灾路线，调度与管理抗灾力量，对应急预案数据库进行决策支持和数据更新，从而方便生产单位在灾害发生时及时启动相应的应急预案，辅助领导全面掌握灾情并进行救灾指挥决策，将灾害损失降到最低限度。
参考文献：
[1]邢娟娟.重大事故的应急救援预案编制技术[J].中国安全科学学报，2004，14（1）：57-59
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【关键词】 GIS 自然地理学 应用
地理信息系统简称GIS（Geographical Information System），是60年展起来的地理学研究技术，是多种学科交叉的产物。地理信息系统作为传统科学与现代技术相结合的产物，为各门涉及空间数据分析的学科提供了新的技术方法，而这些学科又都不同程度地提供了一些构成地理信息系统的技术与方法。地理学为GIS提供了有关空间分析的基本观点与方法，是地理信息系统的基础理论依托。而GIS的发展也为地理问题的解决提供了全新的技术手段，并使地理学研究的数学传统得到充分发挥。因此，GIS为地理学的发展提供了技术支撑，而地理学为GIS技术的发展与完善提供了方法指导。
1 GIS与自然地理学的关系
自然地理学是研究地球表面的自然地理环境的科学。不管是部门自然地理学还是综合自然地理学，学科的分科特点和研究对象，都决定了它与其它技术学科具有不可分割的联系。
GIS也正是在计算机技术日新月异，遥感技术逐渐成熟，制图手段更为先进，管理科学逐步重视，地球科学迅速发展的形势下发展起来的一门边缘学科；从它的诞生之日起，它就与资源及环境的研究有着千丝万缕的联系，而资源与环境问题正是自然地理学研究的主要内容。
目前，GIS在全球性研究中发挥着愈来愈大的作用，无论是全球变化，还是全球监测，都不同程度地属于自然地理学的研究范畴，这些问题的解决，有赖于GIS与RS等技术的有机结合，并通过建立信息管理系统，实现模拟分析和动态研究自然地理学的发展离不开现代技术的支撑，而在现阶段，GIS、RS及GPS等技术的发展，为自然地理学的研究提供了良好的手段，推动着自然地理学理论、方法、实践等各个领域的变，收革，特别是信息的应用，在GIS技术中得以极大的体现，势必影响着人们对一系列自然地理环境问题的认识。归根到一点，GIS为自然地理学的研究提供了强有力的分析手段及工具，自然地理学各个领域的研究，又为GIS提供了必要的数据源及研究对象，两者相互结合，并将开拓出新的应用领域，同时，也孕育着新学科领域的诞生。
2 GIS在自然地理学中的应用与方向
目前，GIS软件的开发十分活跃，操作系统灵活，数据库管理系统多样化，而且专业化程度也在不断地增强，针对某个行业，某个专题研究的地理信息系统近年来不断地被开发了出来，并在实际应用中发挥着重要作用。自然地理学所研究的自然地理环境是一种开放式的系统，对自然地理环境每一问题的研究，必须建立在基础理论、应用理论及应用技术之上，才能从更深层次上去认识它。所以今后GIS在自然地理学的应用将会更专业、更有深度、更具体。
2.1 资源清查
按多种边界和属性条件，将各种来源的数据汇集在一起，并通过系统的统计额覆盖分析功能，提供区域多种条件组合形式的资源统计并进行原始数据的再现。为资源单位合理利用、开发和科学管理提供依据。
2.2 灾害预测
借助遥感遥测数据，利用地理信息系统，可以有效地对森林火灾的预测预报、洪水灾情预测和洪水淹没损失的估算，为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息。如据大兴安岭地区的研究，通过普查分析森林火灾实况，统计分析十几万个气象数据，从中筛选出气温、风速、降水、温度等气象要素，春秋两季植被生长情况和积雪覆盖程度等14个因子，用模糊数学方法建立数学模型，建立微机信息系统的多因子的综合指标森林火险预报方法，对火险等级进行预报准确率可达73%以上。
2.3 土地调查
随着国民经济的发展，地籍管理工作的重要性正变得越来越明显，土地调查的工作量变得越来远大，以往传统的手工方法已经不能胜任。借助地理信息系统可以进行地籍数据的管理、更新、开展土地质量评价和经济评价、输出地籍图，同时还可以为有关的用户提供所需的信息，为土地的科学管理和合理利用提供依据。
2.4 环境管理
伴随着经济的高速发展，环境问题愈来愈受到人们的重视，环境污染、环境质量退化已经成为制约区域发经济发展的主要因素之一。环境管理涉及人类社会活动和经济活动的一切领域，传统额环境管理方式已不断受到挑战，逐渐落后于我国经济发展的需求。为提高我国环境管理的现代化水平，很多新型的环境管理信息系统正不断建设。一个环境管理信息系统具备以下功能：为环境部门提供数据和信息的基础数据库应包括环境背景数据、环境质量数据库、污染源数据库、环境标准数据库、环境法规数据库等。
提供环境现状、环境影响、环境质量统计、评价、预测、规划模块。为环境与经济持续发展、环境综合治理提供决策支持。实现向污染源的污染控制管理提供支持，可实现排污收费、排污许可证制度的管理，排污申报管理。提供环境管理的数据录入、统计、查询、报表和图形编制方法。提供环保部门办公软件。提供信息传输方法和手段。
2.5 实践教学
自然地理的野外实习是地理学实践教学的核心组成部分，在加强学生素质教育和培养创新能力方面有重要作用。然而，传统的野外考察式的实习方式，尽管一些学者从多个方面进行了改进，仍然是以理论验证型和认知型实习为主，与以学生为本的实践教学理念有一定距离。学生被动地参与整个实习过程，对学生野外实地分析解决问题的综合应用能力以及创新能力训练不够，导致学生过分依赖指导教师，观察和思维往往局限于教师所讲的范围之内，一定程度上束缚了学生积极主动的思维过程。
为变革传统的理论验证型和认知型实习模式，更好地在自然地理学野外实践教学中贯彻以学生为本的教学理念，可以利用GIS技术开发探究式自然地理野外实习平台系统。通过对系统需求分析，并根据该需求对平台系统框架和功能进行设计，能够提高实习质量，提高学生实习的自主性和能动。
3 结语
GIS作为一种正在蓬勃发展的新技术手段，它与自然地理学及其它相关技术的有机结合，将以全新的工作方式，使人们更加开阔眼界，从而开拓新的应用领域，助推全世界的和谐、绿色发展。21世纪的自然地理学，也将因蕴含着GIS的新思想，而发生质的飞跃，迈向更新、更高的层次，推动人类文明的进程。
参考文献：
