如何理解地理信息系统的概念范文
时间：2023-11-23 17:57:47
导语：如何才能写好一篇如何理解地理信息系统的概念，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
关键词：地理信息系统 区域商业环境 区域经济发展 区域营销战略
信息和信息技术加剧了全球化进程、塑造了新的生产方式、改变了商业规则，自然也影响到区域经济发展的策略、规划和实施。随着地理信息技术的广泛应用和地理数据的长期积累，地理信息和地理信息系统在区域性商业和经济活动中，将越来越重要。据估算，超过80%的商业和经济数据具有空间特性或与位置有关；有效地开发和利用这些空间性的数据，可以优化配置资源，降低商业运行成本，并规划、监测、改善区域商业和经济环境。地理信息系统可以应用到社会经济数据的管理、分析、描绘，为解决复杂的区域经济问题提供地图表现、区域营销、空间决策支持、空间规划等服务。本文从理论上探讨地理信息、商业环境和区域经济发展间的关系，并结合中国广东的区域发展状况，系统地分析地理信息和地理信息技术在商业和区域经济中的应用，旨在改善区域商业环境，提高区域经济竞争力和塑造区域形象，为区域经济的持续增长创造条件。
1 从区域商业和经济的角度看地理信息系统
学术界对于地理信息系统概念的理解是比较多样化的。地理信息系统(GIS)是一门新技术，在其产生后短短的三、四十年的历史中得到了迅速的发展，一个十分重要的原因在于GIS集数据库、制图、空间分析功能为一体，并以对空间数据进行分析的功能为其特色。GIS的出现为各行各业繁杂的数据管理、多源的成果表达形式和空间数据分析提供了最为快速、方便、准确的方法和手段。地理信息系统是一门多学科的边缘综合性学科，其核心技术是计算机科学，基本技术是数据库、地图可视化及空间分析。在应用领域中，它和遥感系统(RS)、全球定位系统(GPS)密切结合，更加发挥出它的巨大作用，使其在调查、分析、决策、管理和控制等方面显示了它的不可替代的支持功能。
地理信息系统在研究、开发和市场化方面取得了很大的进展，主要表现在四个方面:①地理信息系统的组织结构，从单用户的桌面系统和专业化的部门系统，转向融入业务流程的企业级系统，以及基于Internet的公众参与系统；从单一的结构层次和客户机-服务器模式二层结构，转向基于Web技术的三层结构。②地理信息系统的认识论、方法论和实际应用方面的研究越来越多样化，传统的以数据、技术和应用为主体的信息系统，强调空间数据模型、空间分析、空间可视化、智能信息技术等；以信息学、地理学和社会学理论为基础的地理信息科学，着重研究使用地理信息和地理信息技术背后的一系列技术和理论问题。③强调开放型的地理信息系统，即基于Internet的、可互操作的、可公众参与的地理信息系统，目的是为开发商提供一系列地理信息标准和地理信息技术方案，最终为社会提供廉价的地理信息和相应的应用服务。④地理信息市场正日益扩大，正逐渐从以政府部门为主的专业用户市场，转向以私人机构为主的商业用户市场，地理数据正直接或间接地渗透到包括商业和经济在内的各种社会活动中。
地理信息系统使用多种空间模型，如点—场模型、网格模型、拓扑模型、对象模型等，并配合关系型或对象型数据库管理系统，来表现不同尺度的自然和社会现象，广泛地应用于空间数据管理、空间规划、空间决策、资源分配、区域营销等方面。很多商业组织，包括政府医疗部门、零售商、直销商等，越来越对带有位置信息的社会经济数据感兴趣。由于希望减少决策方面的不确定性和风险，人们总是倾向于掌握更多的信息，倾向于规划和控制未来的行为；地理信息和地理信息技术，将会随着相关工具研究和开发的成熟，逐渐渗透到经济活动的很多方面。从空间经济角度看，地理信息系统是一个能够改变空间经济体系的重要元素之一。在区域经济发展过程中，地理信息技术是(现有的或潜在的)广泛应用于战略决策、方案评估和决策实现的重要技术手段之一。在日常商业和经济活动中，大规模地使用地理信息和地理信息系统，似乎并不遥远；工业界的微软公司正在研究将数字地图技术嵌入到日常办公软件中，Open GIS联盟正致力于定义和开发标准化的可互操作的开放式地理信息系统 。
2 从地理学看区域商业环境
改善投资和商业环境，吸引区外和国外的直接投资，不仅被发展中国家，也被发达国家用来作为区域经济发展的重要手段之一。二战后，在美国、英国和荷兰等西方国家中，一个重要的城市经济发展目标就是营造良好的企业运行环境，从而吸引外国投资。当今中国的经济发展正处于资源驱动的成熟期和投资驱动起步期，吸引资本是区域经济发展的重要手段之一。为制定“适当”的区域经济发展政策，政府需要及时地理解、评估、监测本地的商业运行环境和变化趋势，为投资人提供宏观的指导和服务。商业环境的概念对于处在经济转型期的需要引入市场机制的中国，具有特别重要的意义。
定义什么是商业(投资)环境并不是一件容易的事情，因为精确地定义商业的概念也是困难的。不同的学科背景，不同的学者对商业环境的认识也有差别。简单地理解，商业环境是商业组织所处的外部环境，包括背景性的环境和运行性的环境。从国际商业的角度，商业环境指一个公司之外的，影响到公司的全部要素之和。为了便于“管理”商业环境，学者们提出了一些模型，如国内模型、国际模型和工业模型。
空间性是商业环境的重要特征之一。考虑到有多种多样的因素影响到整个商业活动，不同的区域具有不同的商业环境。即使对于同一地理区域，不同的商业组织，由于其业务范围的差异，将形成多个主观性商业环境认知。随着商业目标的变化和商业决策的调整，企业也需要重新调整对于外围环境的认识。另一方面，在不同尺度的地理区域中，商业环境的概念具有明显的差异；对于不同空间尺度的商业环境的研究，例如全球和国际性的宏观区域、国家和区域性的中观区域、城市和本地性的微观区域，强调的重点往往是不一样的，研究目的也不相同。
研究区域商业环境对于中国的区域经济发展具有重要意义。理解商业空间特征，把握空间变化趋势，监测商业环境的变化，宏观上和中观上可以为区域经济发展提供战略决策信息，制定总体规划，微观上也可为投资者提供指导和服务。从本地政府的角度，研究本地区域性的商业环境，可以帮助本地企业家和潜在的投资者，为他们提供决策信息，分析市场范围和价值，有利于制定公司远期发展目标。
3 地理信息系统与区域营销战略
简单地理解，区域营销(Place-marketing)“理论”主要是从城市规划理论和市场营销理论相结合而发展来的。一个地方或区域，具有一定数量的“资源”，如基础设施、房地产、公园、大学、博物馆、海滩、居民等。区域营销理论将地方或区域资源当作是产品，将这些区域内的投资者、游客等买家当作是消费者。区域营销的发展策略包含两大要素：区域规划、开发和产品营销。区域规划、开发主要是为了改善本地的硬件和软件环境；区域产品营销，一方面着重分析本地的市场状况，以市场构成指导地方的规划和建设，另一方面，通过多种手段，塑造本地形象，吸引消费者。区域营销在不同的社会背景、不同的发展目标和不同的发展阶段，有不同的方式和策略。
区域营销作为区域发展策略在北美和西欧的一些城市的实施相对比较成功，但也存在一些不足的地方。传统的区域营销理论着重从本地角度研究区域的“产品”、“消费者”和“市场”，以此作为振兴区域城市经济、塑造区域形象、选择样板项目、销售本地产品和服务的基本依据。以区域营销作为区域规划工具有一定的局限性，也往往有不少误区。第一，将营销学的概念引入区域发展策略时，并不容易有效地鉴别区域的消费者，依此制定的目标和战略规划存在一定的不确定性。第二，区域营销注重本地的发展，往往可能和相邻的区域在竞争方面产生冲突，若多个地区同时竞争相同的资源和客户，可能会产生一些负面效应。第三，地理的空间要素，虽然在一些区域营销理论的论述中提到，但很少深入地讨论。第四，信息技术，特别是地理信息技术，与区域营销间的关系，也几乎没有理论方面的讨论和实践方面的验证。
地理信息系统正逐渐被营销学接受，成为营销管理的重要工具之一；它可以应用到以营销学为基础的区域营销战略中，改进传统的区域营销手段。一方面，地理空间是经济的重要因素之一，Krugman认为“跨越空间的交易存在费用，生产中存在规模经济”；专长于空间信息管理和分析的地理信息系统，是区域经济管理的重要工具。另一方面，基于地理位置的人口统计和社会经济数据统计，很大程度上改变了以往的市场分析方法，也为商业带来了新的营销手段。从地理信息科学的角度，重新审视区域营销策略，提供新的区域营销工具，可以在一定程度上弥补传统区域营销理论的不足。
基于地理信息和地理信息系统，区域营销的内容、目标、手段、数据和技术有了进一步的扩充和提高。如果存在小尺度空间上的人口统计数据、社会经济统计数据、基本的地理区域数据、适当的消费行为调查数据和研究模型，地理信息系统可用来方便地分析市场的组成结构和空间形态，从而为本地的设施管理和公共服务(如健康服务、交通和通讯设施服务、紧急情况服务、土地利用管理、城市空间规划等)提供有效的决策支持信息。基于Internet网络的多媒体信息技术和地理信息系统，可以打破区域空间限制，在全球范围内塑造区域形象和组织“促销”。区域营销需要的技术和数据在美国已经基本成熟，低价位的软件工具和空间数据，已形成一定的市场规模，很多官方和私人机构的网站上也已经有相当多的数据供应。在中国，计算机化的数据积累比较少，地理信息系统也相对昂贵，区域营销的手段还比较单一；但随着中国内部和国际间区域竞争的加剧，环境与资源问题的突出，地理信息系统有很广阔的应用潜力，将成为区域经济发展的重要工具。
4 适应区域营销战略的区域地理信息系统（以广东为例）
广东区域经济发展面临不少问题，如环境和资源的矛盾比较突出，地区经济水平很不平衡，特别是持续经济增长动力不足等。从区域营销战略的思路出发，本节着重从三个层次探讨适应区域营销战略的区域地理信息系统：①将已有数据资源空间化，建立基于地理空间的社会经济数据库系统；②建立基于Internet网络的数据交换中心，供应廉价或免费的空间数据；③地理信息系统技术开发和应用推广。
社会经济数据库系统是区域经济决策的重要依据之一。传统的社会经济系统，其数据结构主要以关系型的数据库为主，按专题和时间序列设计成数据表格，在某种意义上，是将传统的印刷年鉴资料数字化，便于学者统计分析和建立区域经济分析模型。比较新的趋势是（很多国家的统计部门）直接出版数字化的统计和抽样资料，并引入地理空间概念。在地理信息系统的支持下，用户可以根据自己的专业概念和应用目的，将这些统计数据按照一定的框架、方法、模型进行显示、模拟、聚集、抽象、转换。但是，建立详尽的社会经济数据库系统不仅需要比较多的资源，而且尚有一定的技术难度。一个比较实际的做法是充分利用现有的统计资料，建立标准化的地理编码，将现有的统计数据和地理数据合成。
建立基于Internet网络的空间数据服务中心的最终目的，是为各种各样的用户供应廉价或免费的空间数据。建设空间数据服务中心，首先要建立或引用一套空间数据质量标准、交换标准和描述标准；然后在区域性的信息基础设施上建立基于Web站点的空间数据仓储，使用户能够检索到数据储备，并了解数据的主题、空间范围、质量、版权等；如果有需要，用户还可以方便、快速地获得所需的数据。初级的数据仓储，主要是将区域性的地理和社会经济数据，采用几种常见的数据格式，存储于Web服务器，用户可以通过专门网页进行数据查询和下载。再进一步，建立专门的空间数据仓储和数据交割中心，加上比较完备的元数据和目录索引技术(如ANSI NISO的Z39.50标准)，构成空间数据基础设施。用户可以使用普通的数据引擎，使用关键字检索所需的空间数据。美国的大多数州已经建成了这样的数据服务中心。更先进的空间数据服务中心，是建立在“互操作”概念上的空间数据的共享、地理信息工具的共享；它的核心内容是分布式数据管理、协同计算，但这种理想的系统仍处于研究和开发的初级阶段。
区域地理信息系统的应用开发非常多样化，如:①规划用于基础设施、教育、研究开发和医疗服务方面的公共投资；②理性地分配自然资源和控制土地使用；③服务于商业机会的寻找、筛选和战略决策；④分析人口、社会经济活动的空间分布，模拟市场的空间分割；⑤为商业公司和政府部门提供决策信息等。这样的应用系统在中国目前还很少见或仅是原形系统，如服务于“招商引资”的京九铁路沿线投资环境信息系统。在美国已经有了一些应用的例子，如Economic Development Administration，Department of Commerce的Economic development geographic information systems，用于支持商业扩张和制定经济发展政策。开发多种多样的地理信息应用是区域营销战略成功的关键之一。
5 初步结论
面向商业和经济发展的地理信息系统仍然是一个比较新的概念，因而在实际应用中，会有很多不能确定的问题。其中两个最重要的问题是空间数据的缺乏和技术推广的困难。在中国，空间数据库的积累比较少，即使有一些数据存在，数据结构和格式也往往难于交换和共享；数据的积累需要消耗比较多的投资，这与中国的资金短缺相矛盾。同时，设计和实现可运行的、廉价的面向商业和经济发展的地理信息系统，对于现有的技术，也是一个很大的挑战。当前的GIS，仅只是“界面友好”，不是“应用友好”，只对GIS专业人员而言具有强大的功能，普通的用户却难于了解和掌握它。面向商业和经济发展的地理信息和地理信息技术，对经济的影响是长期性的，对于塑造灵活的、具有竞争能力的商业，在组织生产、营销、决策等方面具有一定的帮助作用；但另一方面，它需要高额资金投入，也要培养相应的专业人材，这些对于发展中国家并不是一件容易的事情。发展中国家的空间数据基础设施，几乎还没有启动，最多处于建设初期，空间信息仓储仍有待建立，更谈不上廉价的地理信息供应和地理技术服务。这些都会阻碍地理信息和地理技术的传播和推广。
地理信息系统与商业和经济(作为一般性的题目)和地理信息系统与基于区域营销的经济发展(作为一个子题目)，都是复杂的研究课题，本文只是一个初步总结，还有很多课题需要深入地研究。在技术层次上，需要结合中国的经济和技术现状，积累数字化的地理信息，利用已经存在的数据，逐步建立空间数据基础设施和空间信息仓储，并向社会提供廉价的地理信息和地理信息技术。在区域商业和经济发展层次上，仔细考虑空间在商业和经济活动中的重要性，将地理信息系统作为区域发展的战略工具和可以降低商业运行(生产、运输、营销和零售)成本的日常工具。从经济学的角度，空间经济只是经济的一个侧面，地理信息和地理信息技术应当和其它经济工具协调使用、相互补充。在中国的现实状况下，如何有效地积累地理空间数据，推广地理信息技术，建设有效的空间信息服务体系，如何将之溶入企业和政府的管理、评估、规划和决策业务中，如何合理使用稀有资源、降低交易成本等，都需要更深入的研究。
参考文献
[1]邹伦，刘瑜等.地理信息系统原理、方法与应用[M].北京:科学出版社，2001.
[2]陈才.区域经济地理学[M].北京:科学出版社，2001.
[3]唐根年，徐维祥卢丽华.基于地理信息系统(GIS)的区域经济差异特征分区研究，经济师，2003年第9期
[4] 张钢，朱文隽.地理信息系统在区域经济问题研究中的应用，上海电机学院学报，2005年第2期
篇2
1.课程标准要求
结合实例，了解遥感（RS）在资源普查、环境和灾害监测中的应用；举例说出全球定位系统（GPS）在定位导航中的应用；运用有关资料，了解地理信息系统（GIS）在城市管理中的功能；了解数字地球的含义。
2.教材地位及作用
“地理信息技术在区域地理环境研究中的应用”是人教版高中地理必修3第一章第二节内容。高中地理必修3主要以某一典型区域地理环境为研究对象，其自然与人文信息的提取、分析、研究、规划、整治等，都离不开地理信息技术的支持。本节课的学习，既有利于培养学生对地理信息技术的探究兴趣，又能使学生掌握运用基本的现代科学技术对地理环境进行研究的方法，为以后区域地理的学习打下基础。本节教材共划分四个主要部分：前三部分分别是RS、GPS、GIS，教材介绍其概念、原理、特点以及在区域地理环境中的应用等有关内容；最后一部分介绍地理信息技术与数字地球的联系。
3.学情分析
知识储备：高二学生已具备基本的读图分析、归纳能力，但本节课的地理图表具有专业性的特点，学生有一定的认知难度。“3S”技术的概念、原理等部分，教材语言多为抽象性较强的理论，需教师结合材料、多媒体进行展示、模拟、举例，将其具体化、形象化。
学习动力：本节内容结合了许多地理信息技术在社会生产生活中的广泛应用，引发学生强烈的求知欲和好奇心，期待在日常生活中得到运用。
二、教学目标及重难点确定
1.教学目标
知识与技能：结合实例说出RS在资源普查、环境监测、自然灾害防御监测中的应用；GPS在定位导航中的应用；了解GIS在城市管理中的功能。
过程与方法：学会通过多种途径与多种手段收集、整理地理信息，并应用到新课学习中，在生活中发现和体验GPS、RS、GIS技术的应用及给生活带来的变化。
情感态度与价值观：通过本节的学习，让学生亲历体验地理信息技术给工农业生产、生活带来的便捷，从而更加热爱科学，不断学习和探索科学知识。
2.教学重难点
重点：RS、GPS、GIS在区域地理环境研究中的应用。
依据：课程标准、教材分析及教学实际的需要。
难点：RS、GPS、GIS的原理及区别；数字地球的含义。
依据：本节知识属于现代科学技术，内容新、技术性强，专业抽象术语较多。学生对于“3S”技术的原理区分难度较大，故确定为难点。
三、教法和学法选择
比较归纳法：在教学过程中运用比较分析法，揭示知识点之间的异同，寻找知识间的相互关系，加强对知识的理解。如对比分析“3S”技术之间的区别。
读图分析法：学会读图是学习地理的基本技能之一。因此，教会学生如何读图，如何从图中获取地理信息，必须贯穿整个地理教育过程。如遥感地图、地理信息系统地图等。
创设情境法：通过多媒体模拟演示，化抽象为具体，促进学生对知识的理解与掌握。收集“3S”技术的最新应用的视频短片、图片或文字材料，更好地理解生活中的地理、“有用”的地理。
演示法：本节内容较抽象，采用演示法可将抽象的内容形象化，如用Google Earth 演示GIS 的图层，用Google Earth查找武汉二中等。
问题探究法：在教学中联系生活实际，利用所学地理知识探究生活中的地理问题，激发学生学习地理的积极性、主动性，培养学生创新精神和地理实践能力。
四、教学过程安排
创设情境，导入新课（2分钟）
注重创设联系学生生活实际的真实情景，以激发学生的学习兴趣。为此，可设计如下导入：播放视频“我省启用GPS押运高考试卷”，武汉市使用GPS对所有的高考试卷运卷车辆进行实时跟踪监控，从而提高高考试卷的安全保密系数。
全球定位系统
1.联系生活，形成概念（3分钟）
首先提问学生GPS在生活中有哪些应用，然后用美国飞行员打伊拉克时只要知道坐标就可以扔炸弹及珠穆朗玛峰的高程测量事例，引出GPS的定位（定经度、纬度、高程）功能；用GPS监控运钞车是否按预定路线行走引出GPS的导航功能；进而引出GPS的定义。
2.模拟实验，了解过程（4分钟）
引导学生做空间定位小实验，取两支削好的铅笔，分别用左右手握住，使得笔尖相对，相距约5厘米。请闭上一只眼睛，试着把两支笔的笔尖对在一起。其它条件不变，请睁开双眼，重新试着把两支笔的笔尖对在一起。体验一下，分别用一只眼睛或两只眼睛，在哪种情况下两个笔尖更容易对准？为什么？激发学生学习兴趣，然后讲解GPS的组成及工作过程。在讲用户设备部分时展示专业的GPS接收机，并展示带有导航功能的手机图片，激发学生学习兴趣和求知欲。
3.观看视频，深化应用（4分钟）
从Google Earth 中截取武汉二中的图片，讲解图片下方我校的经度、纬度、高程。联系生活中GPS的应用，讲解GPS的工作特点。播放“世界四大卫星导航系统”、“北斗卫星导航系统在生活中的应用”两段视频，激发学生对我国北斗导航系统的求知欲，增强学生的爱国意识。
遥感
1.创设情境，获得概念（2分钟）
学习遥感之前，先给学生展示两张图片，一张是用照相机拍摄的武汉二中的照片，另一张是用卫星获取的武汉二中的图片，让学生比较其拍摄距离的远近。展示学生比较熟悉的图片，利于激发学生的地理学习兴趣。
2.问题探究，了解程序（4分钟）
联系必修1的太阳辐射过程的知识，讲解RS的工作过程，并请学生比较照相的程序与遥感的程序有哪些异同？找出遥感的特点？以天气预报卫星云图的形成过程讲解遥感的工作程序，并举例讲解遥感的工作原理，然后简要分析遥感的特点。
3.结合实例，分析应用（6分钟）
遥感的应用是遥感知识学习的重点，本节主要采用案例法来讲解遥感的应用。首先以1980年和2002年武汉市的城区面积的遥感影像图分析遥感在资源调查中的应用；然后以两幅乞力马扎罗山的积雪图片分析遥感在环境监测中的应用；最后以两幅汶川地震的遥感影像和四幅1998年洪灾的遥感影像分析遥感在自然灾害防御监测中的应用。
地理信息系统
1.创设情境，引出概念（1分钟）
展示两张图片，武汉市的遥感影像图与武汉市的电子地图，讲解武汉市的电子地图是通过对遥感影像图分析和处理以后得到的图片，引出GIS的概念。
2.动画演示，理解程序（3分钟）
GIS的工作程序比较抽象，为突破此难点，采用Google Earth 动态演示武汉市电子地图的制作过程，主要是引入Google Earth，先在Google Earth 上找到武汉市，然后引入Google Earth左边图层的概念，将武汉市各地物进行分类，然后以不同的图层进行存储，给学生演示左边图层中的道路、水域、地点、交通、维基百科等图层，让学生理解地理信息系统的工作程序。
3.问题探究，分析应用（6分钟）
地理信息系统在城市管理中的应用非常广泛，以一个探究问题，让学生思考从汉口火车站到我校最便捷的公交线路，应查找哪些资料？引出学生比较熟悉的百度地图，并联系生活实际，展示武汉市的站台智能公交和手机智能公交，这些都体现了地理信息系统的查询功能，极大地激发学生的学习兴趣。然后利用GIS，管理者可以传送交通拥挤情况等案例来得出GIS的管理和空间分析功能等。
地理信息技术与数字地球
1.归纳异同，区分功能（1分钟）
比较3S技术的异同，GPS主要功能是定位、导航；RS的主要功能是获取信息；GPS的主要功能是对地理信息进行处理和分析。然后引入数字地球的概念。
2.自主活动，理解概念（3分钟）
数字地球的软件之一就是Google Earth，请学生上台用Google Earth查找武汉二中，学生非常感兴趣，能够在Google Earth上找到地球上的任意一个地方，课堂氛围很活跃。学生找到后，教师总结并举例说明数字地球的应用。
课堂小结，布置作业
1.板书设计及课堂小结
教学过程中可辅以板书设计，在进行课堂小结时直接用黑板板书进行小结即可。板书设计除简明扼要、美观规范外，还要启发学生思维，揭示本节知识的内在联系，便于学生总结回顾的同时加深理解和掌握，板书设计如图1。
2.课后作业
作业一：下载手机智能公交软件安装到自己的手机上（下载地址：http：//）。请学生在乘坐公交车时，使用武汉“智能公交”软件查询公交车的实时位置及换乘信息。使用智能公交为从天河机场、武汉各火车站、汽车站到我校的朋友做一个交通指南。
作业二：下载Google Earth 安装到电脑上，找到武汉二中、你家所在的小区、你理想的大学及任意你想去的地方，体验“世界在你手中”的愉悦和地理信息技术带给生活的便捷。
五、教学反思
教学观念：突显学生的主体地位，充分围绕学习对生活有用的地理选取教学素材，体现学习对学生终生发展有用的地理的教学理念。
教学方法：采用创设情境法、演示法、读图分析法等多种教学方法，联系学生身边的3S技术应用案例，培养学生对地理的兴趣。
教学技术：应用电子白板让学生进行活动，师生互动性好。使用Google Earth演示GIS的图层，突破难点，效果较好。
篇3
关键词：环境科学；地理信息系统；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）45-0236-03
一、引言
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS，下同）是以计算机软件、硬件为基础，实现地理信息采集、管理、分析和表现地理空间数据的系统，已经成为地理信息科学的核心[1]，广泛应用于土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、城市规划、经济建设等领域。特别是与遥感技术相结合，GIS正深入解决全球性问题：厄尔尼诺现象与酸雨、核扩散与核废料以及全球气候与环境的变化监测。可以说，GIS已经深入社会生产和生活的各个领域，成为很多领域中新的工作手段和方法[2]。
作为注重学科交叉与渗透的环境科学专业而言，开设GIS课程教学具有一定的前瞻性。将环境科学专业与地理学有机融合，更加凸显环境科学的“大环境”特征，也更能符合全球环境的研究趋势[3]。GIS与环境科学在研究对象和研究方法上具有一定的相似性和互补性，在环境问题愈来愈突出的今天，设计和开发服务于环境应用系统的辅助决策支持工具GIS，将具有极大的发展潜力。目前，我国开设GIS专业的高校和开设GIS课程的专业非常多，开设GIS课程的非专业的数量也在逐渐增加[4]。鉴于GIS课程的学科与技术并重的特点，非GIS专业学生知识结构不完整，如计算机、地图学、地理学、测绘学、程序设计和数据库等知识，导致非GIS专业的学生在学习该课程时抓不住重点，反感理论性知识，缺乏主观能动性[5]。重庆三峡学院化学与环境工程学院经过20多年的发展，环境科学与工程专业建设为重庆市重点学科，并于2013年顺利获批硕士学位授予权。目前学院环境科学专业已经开设了GIS课程，但是从我院目前的课程建设情况来看，该课程的建设仍处于起步阶段，从教学体系、实践模式方面仍面临着前述问题。因此开展课程建设，进行教学研究，顺应学校提出“向应用型科技大学转型”的办学理念以及“培养具有创新精神和实践能力的应用型高级人才”的办学宗旨，已成紧迫的任务。
二、环境科学专业GIS课程教学要求
一般而言，GIS技能主要分为三个层次：基本应用型；综合分析型；开发管理型[6]。其中基本应用型侧重于将GIS作为工具，掌握GIS基本概念，并能够使用l～2种GIS软件进行简单的数据输入、分析和制图工作。环境科学专业作为非地理信息系统专业开设GIS课程，其技能要求定位为基本应用型，即立足环境科学专业基础课程，强调GIS的技术性，侧重于实践教学，针对本专业相关的环境管理、环境规划、环境监测以及环境影响评价等与空间信息相关的问题，掌握GIS工具空间分析操作技能，解决专业相关的问题。因此，实验教学更显重要，通过加强学生实践能力的培养，进而提高学生的自主创新能力。符合应用型人才培养的要求[7]。
根据设定的基本应用型目标，笔者对环境科学专业的GIS课程体系进行了部分的教学改革实验，以探索适合于本专业GIS课程教学的模式。
三、教学改革实验
针对环境科学专业的知识结构特点，紧扣能力目标的基本应用型要求，将教学分为三个梯次，梯次一：要求了解GIS是什么，掌握GIS的基本原理，主要在课堂教学中精细化课程内容；梯次二：掌握GIS主流软件的操作方法和应用，主要结合课程项目的设计完成该梯次的教学设计；梯次三：应用阶段，在环境科学专业范围内，基于GIS基本功能解决实际问题。主要在实验实践环节提升学生的应用能力。基于上述三个梯次的教学总体设计，教学的各个环节改革与优化介绍如下。
1.梯次一：理论课程内容与学时精细化设计。梯次一为课程引入与理论了解阶段，考虑GIS具有综合性强、多学科集成，知识点多，学科与技术统一性，且发展与内容更新速度快，渗透性和空间抽象性强等特点[8]，针对环境科学专业学生的知识结构体系，注重理论与实践相结合，梳理GIS课程体系，选择兼具概念与实践并重的教材《地理信息系统原理、方法和应用》（邬伦主编，科学出版社），该书详细划分了理论基础讲解、GIS功能介绍与应用技术，有助于教学内容的自由选择。考虑环境科学专业学生的背景，将GIS的基本概念、组成、功能及其应用领域、空间数据结构（矢量和栅格数据结构）、空间数据采集、空间数据处理与分析、GIS空间分析原理与方法及GIS产品制作与输出作为重点内容讲解。让学生由浅入深，了解GIS具体功能，数据的来源与特点，如何将现实世界数据化、信息化，如何利用GIS解决身边的问题（如公园选址、交通管理、城市拆迁与洪水分析等），增强利用GIS作为辅助决策工具的兴趣和学习自主性。
针对梯次一的基本要求和课程内容选择，笔者理论教学课时精简为32个学时。具体安排：（1）导论，4个学时，主要讲述GIS的基本概念、组成、演变历史和发展趋势、基本功能、与相关学科的关系以及GIS主流软件的认识。（2）GIS空间数据结构，8个学时，主要讲述空间参照系统、地图投影、空间数据采集、空间数据模型、栅格和矢量数据结构、编码方法等。（3）空间数据处理，6个学时，主要讲述空间数据变换、数据融合、空间插值与拓扑关系编辑。（4）空间分析，8个学时，主要讲述空间查询与量算、空间叠加分析、缓冲区分析与网络分析等。（5）GIS产品可视化与输出，4个学时，主要讲述地图制作与输出、专题地图设计。
2.梯次二：理论教学与专业实例设计。为了加强教学过程理论与专业实际的联系，笔者提出将“农业点源大气污染可视化分析”课题作为专业实例设计，贯穿整个GIS课程教学过程中，以提高学生主观能动性。
国家环保部2012年公布的《环境空气质量标准》（GB3095-2012），首次将PM2.5（年均和日均浓度限值分别为定为0.035mg/m3和0.075 mg/m3）、O3纳入常规空气质量评价，并收紧了PM10、氮氧化物等标准限值，以期“十二五”期间使我国大气PM2.5污染得到缓解，区域大气复合污染得到有效遏制，大气环境质量得到持续改善。选择农业点源大气污染可视化分析，整个课题既贴近现实，又属于环境专业关注的热点问题。这个课题设计内容主要涉及农业点源大气污染源调查、农业区空间分布、人口分布、污染源季节特征、大气污染扩散模式等，结合缓冲区分析得到农业点源大气污染时空分布与影响区域划分。根据这一课题的设计，在课堂教学上提出问题，引导学生总体规划设计，以原有专业知识在解决问题上遇到的瓶颈，自然引导利用GIS技术解决此类问题。将各部分内容分版块划分，贯穿到各章节授课内容中。如导论中以谷歌地球、寻找本拉登实例作为开始，让学生了解实例以及GIS的基本功能，并指出谷歌地球是数据来源之一；空间数据结构与处理讲解中引导学生如何采集与处理农业点源大气污染的相关各类型数据，指出相关的数据转换可在GIS中实现，实验环节就可以亲自操作；空间分析讲解中指出缓冲区分析和空间插值可解决污染影响区域划分和时空分布，在实验环节可以设计操作。
通过上述的专业实例贯穿，可以有效引起学生的自主学习能力和兴趣，感觉GIS就在身边，又产生“技痒”，促进梯次三的实践教学。
3.梯次三：实践教学课题化设计。上机实验是环境科学专业GIS学习的重要环节，依据所设计的课题，在实验过程中得以实现和解决，将大大加强对GIS课程的理论理解与掌握，激发进一步深入学习的动力。具体实验教学内容安排如表1所示。实验学时与教学学时1∶2配套。
三个专业实例化实验设计，基本包含了GIS基本操作技能，在让学生亲自了解GIS的强大功能的同时，更真正体会到了在GIS中的具体操作过程。
四、结语
环境科学专业与地理学有机融合，更加凸显环境科学的“大环境”特征，也更能符合全球环境的研究趋势。加强环境专业GIS教学与改革是顺应我国新时期高等教育“造就一批创新能力强、适应企业发展需要的优秀工程师”的要求。笔者提出GIS教学过程中贯穿专业实例课程化的改革方式，旨在激发学生的学习热情，在实践中增强学生的动手与解决问题的能力，达到基础应用型的技能要求，实现学以致用。
参考文献：
[1]程结海，李伟，贾泽露.面向市场需求的GIS专业本科教学探讨[J].地理空间信息，2010，8（1）：154-156.
[2]李旭祥，沈振兴，刘萍萍，张凡.地理信息系统在环境科学中的应用[M].北京：清华大学出版社，2008：94-95.
[3]游珍，方淑荣.地理科学与环境科学专业的学科渗透与融合[J].高教论坛，2010，（5）：55-57，60.
[4]黄木易.非GIS专业地理信息系统课程教学改革及优化实践[J].现代农业科技，2011，（10）：11-12，16.
[5]常胜.资环专业地理信息系统课程教学改革研究[J].中国现代教育装备，2010，（17）：76-78.
[6]周日升，吴缚龙.英国GIS高等教育与城市规划实践[J].国外城市规划，2001，（3）：13-15.
[7]周宏仓，郑有飞，汤莉莉.环境科学专业复合型人才创新培养模式的探索和实践[J].中国电力教育，2008，（20）：112-113.
[8]汤国安，周卫.“地理信息系统课程”的设计与实现[J].地球信息科学，2005，7（2）：65-69.
篇4
【关键词】地理信息系统；嵌入式；研究；实现
1.嵌入式地理信息系统的研究
随着GIS的快速发展，人们对空间数据的需求也日益增大，把GIS与嵌入式技术融合在一起，形成一个嵌入式的地理空间集成平台，是当前GIS研究领域的一个重要趋势。与传统GIS技术相比较，嵌入式GIS具有跨平台、开发好、易集成、易渗透和融合好等特点而且价格低，为地理信息技术融入其它信息技术提供了良好的技术基础。但是现实中，GIS空间数据量非常大，所需存储空间也很大，这与嵌入式设备有限的系统资源形成矛盾，因此针对嵌入式设备的特点并结合GIS应用程序的需求设计嵌入式GIS平台是非常必要的。典型的嵌入式GIS应用由嵌入式硬件系统、嵌入式操作系统和嵌入式GIS软件组成。
（1）嵌入式GIS存在的问题；随着GIS的快速发展，人们对空间数据的需求也日益增大把GIS与嵌入式技术融合在一起形成一个嵌入式的地理空间集成平台是当前GIS研究领域的一个重要趋势。与传统GIS技术相比较，嵌入式GIS具有跨平台、开发好、易集成、易渗透和融合好等特点，而且价格低，为地理信息技术融入其它信息技术提供了良好的技术基础。但是现实中GIS空间数据量非常大，所需存储空间也很大这与嵌入式设备有限的系统资源形成矛盾，因此针对嵌入式设备的特点并结合GIS应用程序的需求设计嵌入式GIS平台是非常必要的。典型的嵌入式GIS应用由嵌入式硬件系统、嵌入式操作系统和嵌入式GIS软件组成。
（2）主流的嵌入式系统类型，如今主流的嵌入式系统有Linux、Windows CE、Windows Mobile、uClinux、uCOS-II、VxWorks等十几种。其中Linux的开发和研究是目前嵌入式操作系统领域的热点之一。其源代码开放内核小巧灵活、稳定高效、易于裁剪，这使 Linux很适合嵌入式系统的应用。Google的开发人员根据实际需要自行定制 Linux操作系统内核为使之更为精简实用。由Google公司研发推出的开源平台Android 完美的支持Google Map与Google Earth的API开发，是当前市场上最适合结合地理信息系统知识进行移动开发的平台。地理信息系统工具的基于Android平台研发虽然目前十分火热，但功能却十分单调，没有一款可以集电子地图、数字地球、电子罗盘和GPS定位等功能的集成式软件。GIS软件很多国外的有AutoCAD Map3D、ArcGIS、Maplnfo等，国内的有MapGIS、SuperMap等。
（3）实现高效的嵌入式GIS数据模型设计，数据是GIS的核心，如何设计一个合理高效的数据模型是嵌入式GIS开发的关键。我们开发的嵌入式GIS系统采用改进的GDF数据模型。主要的改进包括：减少模型的复杂度（比如去掉坐标表，在几何对象表中直接存储坐标等）增加注记要素层等。嵌入式GIS数据模型中，地理信息按图幅和图层进行存储和管理。首先，地理信息在纵向上分为若干图层，每个图层存储相同类型的空间数据。同时，地理信息在横向上按照图幅进行分幅存储。图层和图幅的关系是平等的，一个图层可以包含多个图幅，同时一个图幅又可以分为多个图层。图幅和图层的定义信息分别由图幅描述表和图层描述表进行记录。图幅和图层之间的每一个交叉（即某个图幅的某个图层，或某个图层中的某个图幅） 对应相应的空间数据表，存储该图幅在该图层的空间数据（包括属性数据和空间数据） 。空间数据表包括若干地理要素空间数据表，分为点要素空间数据表、线要素空间数据表、面要素空间数据表和复合要素空间数据表4种类型。同时每个空间数据表还对应一个空间索引表，存储空间数据的空间索引值。在嵌入式GIS开发中，我们采用矢量形式存储GIS空间数据以节省存储空间。考虑到目前PDA的存储能力，对矢量数据采用分块处理的方式。把一幅地图切割成m×n （m行×n列） 的矩形块，空间数据和属性数据都以图幅块为单位存储。为了调用GIS数据时能迅速找到对应的图幅块，还应对图幅块建立索引机制。某一图幅块的索引应包含图幅块的范围，点、线、面数据的数量，并给出图幅块在数据文件中的详细地址。根据地址可以找到并读出该图幅块的所有数据。
（4）嵌入式GIS数据结构的研究开发原则；嵌入式GIS工作在实时、多任务的环境下，图形显示与浏览、信息查询、拓扑关系、空间分析等是数据结构设计必须要考虑的因素，因此嵌入式GIS数据结构的设计原则主要有：1）图形结构简单，冗余度小，电子地图主要包含点、线、面等空间对象，简单的图形结构具有数据量小、运行速度快、图形裁减方便等特点冗余度小将使信息查询、路径搜索的速度提高，也将减少数据的存储空间；2）拓扑关系简单，在移动GIS中，电子地图的拓扑关系用于路径搜索、最优路径规之，简单明了而又实用的拓扑关系将缩短路径搜索的时间。3）空间信息查询与分析速度快，空间信息查询主要包括单个空间对象的查询和多个空间对象的查询，良好的数据结构将使空间查询和空间分析的速度快捷，结果准确。4）开放的数据接口，嵌入式GIS的数据结构应具有良好的数据接口，使之能够兼容更多己定型的数据。
2.嵌入式地理信息系统的实现
2.1军事国防领域
武器控制，从火炮控制高炮指挥仪到导弹控制（弹上计算机），从坦克、轰炸机、舰艇、雷达、电子对抗等军事电子装备到军事通信及军事指挥系统。
2.2野外数据采集
野外地质调查与地理调查，可运行于嵌入式计算机、进行移动制图。作为一种低成本的数据采集方案，嵌入式GIS软件平台将赋予嵌入式计算机矢量和栅格数据一体化显示和数据库管理的能力，通过可选的GPS 接收机，还可以进行实时定位。
2.3智能汽车领域
随着无线通信与全球定位技术的日益成熟和广泛应用，集通信、信息、导航、娱乐和各类汽车安全电子系统于一体的车载盒会成为下一代和未来汽车的发展方向。
篇5
作者简介：鄢建国（1980-），男，湖北仙桃人，副教授，研究方向为卫星大地测量。
《卫星导航定位技术》是面向地理信息系统、遥感专业研究生的一门专业选修课。该课程内容覆盖面广，授课内容包括卫星导航定位系统发展现状与趋势、卫星导航定位基本原理与算法、时间与坐标系统基本理论、导航定位误差源、周跳与整周模糊度解算，以及测量数据模型及其组合。卫星技术应用广泛且发展迅速，考虑到学生的专业背景以及知识需求，对课程的教学模式进行了深入思考，以区别于常规的逐课讲授，达到最佳的教学效果。
1 课程的教学目的
该课程的主要授课对象为地理信息系统和遥感专业的研究生，学习该课程的目的是加强对卫星导航定位系统的了解与认识，为研究工作中涉及到的导航定位技术问题提供基础。基于这一考虑，授课中以基本概念、基本原理为重点，介绍卫星导航定位系统的研究现状与趋势，以及与相关学科的结合。在这一课程的讲述中，以最成熟的全球定位系统（GPS， Global Positioning System）为例进行了讲解。
2课程的主要内容
卫星导航定位系统内容庞大，涉及到了大量的几何大地测量和天文学的基本概念，非大地测量专业的学生在学习过程中有一定困难。为了使学生能较好地掌握授课内容，在教学上依照“以点带面、前后呼应”的原则。依照这一原则，将授课内容分为以下几个部分：
1. 卫星导航定位系统发展现状与趋势。该授课内容为一综述性质，目的是扩展学生的知识面，同时激发学生对这一领域的兴趣与爱好。在讲解是，重点讲述了卫星导航定位系统在导航和定位两个领域中的应用。导航针对的用户为低精度用户，在不同的载荷平台，比如手机、车辆、无人机等有广泛的应用。以手机用户为例，通过实时定位，可以和电子地图结合起来进行导航，这与地理信息系统专业的学生研究方向较为吻合。对于定位则主要给出了国家陆太网络、三峡大坝形变监测、地震监测等例子，突出了导航定位系统在当今地球科学中的广泛应用和重要地位。最后对GPS之外的卫星导航系统，包括俄罗斯的GLONASS系统，欧洲的GALILEO系统和我国的北斗系统进行了较为详细的介绍，让学生对当前的卫星导航系统有更为深刻的认识；
2. 时间与坐标系统。这一部分是大地测量学科和天文学的基本理论知识，具有重要的地位。对这一部分的讲解主要是弥补非大地测量专业学生在该知识点上的不足。对于大部分地理信息系统和遥感专业的学生来说，接触到的时间系统局限于北京时，坐标则为我国北京54或西安80坐标系统。在授课中，对时间系统进行了系统的描述，以恒星时和太阳时进行了分类，给出了平时间系统和瞬时时间系统的转换关系，以及基于天文观测的时间系统和原子时标的融合。通过这一部分的介绍，学生能对时间系统建立较为系统的认识。对坐标系统的讲解类似，在讲解中，同时贯穿描述坐标系统转换中需要的转换参数的求解，以及卫星导航定位系统在其中起到的作用，以加强学生对导航定位系统科学应用的感性认识；
3. 测量模型与观测值组合。以卫星导航系统发射的载波和伪距信号为例，讲解了卫星导航定位的基本工作原理，让学生建立基于卫星开展导航定位的基本算法模型。通过伪距给出的简单定位模型，引入载波相位的测量模型。结合无线电信号的传播特征，给出了周跳和整周模糊度的概念，让学生明确了卫星导航定位的优势，以及需要客服的难点。基于单个卫星和测站测量模式的介绍，推广给出了卫星和测站之间的差分组合测量模式，建立了不同组合模式具有的优缺点。同时，给出了不同频率和不同测量类型（伪距测量和相位测量）之间的组合。通过这一部分的讲解，可以让学生建立清晰的定位的概念，同时引出问题，为后续授课做好铺垫；
4. 误差模型修正以及周跳和整周模糊度解算。在前面授课的基础上，针对高精度导航定位，给出了不同类型的误差，以及相应的模型修正。卫星导航定位中最主要的误差源包括接收机、卫星钟差和传播路径时延。结合信号传播特征，给出了电离层和对流层的误差影响特征以及模型修正公式，同时呼应测量值组合中消除电离层的内容，通过这种前后呼应的授课模式，加强学生对授课内容的理解和掌握。针对高精度卫星导航定位数据处理中的核心问题，周跳探测与整周模糊度修复，进行了较为细致的讲解。考虑到学生的背景，侧重讲解了解算方法的原理和实现方式，弱化了复杂的数学理论部分。
除了以上四个核心部分之外，还穿插安排了讲座报告，进一步拓展学生的视野。教学实践表明，基于“一点带面、前后呼应”的原则，在授课中通过给出一个关键的知识要点，在此基础上进行拓展，同时在不同授课内容中前后呼应，实现了学生对该课程的基本概念、基本原理的顺利掌握，对卫星导航系统有一清晰的认识，达到了较好的教学效果。
3 授课模式改进
对非大地测量专业的学生而言，单纯的基础理论授课显得较为枯燥，对于知
识的接受和掌握会带来困扰。基于这一考虑，我们在授课中采用了以下两个方式来激发学生的学习兴趣，以进一步提高教学质量。
1. 结合授课内容和学生专业背景，邀请领域专家做报告
通过邀请领域专家做专题报告，是激发学生的学习兴趣，了解该领域最前沿的研究问题和研究热点的重要途径。考虑到卫星导航定位系统在不同领域中的广泛应用，我们邀请了研究南极动力学的专家，做卫星导航定位系统在南极科学中的应用的报告。该报告给出了GPS在南极Dome A地形测量和冰流速测量中的应用，以及取得的重要成果，同时给出了GPS在南极气象、电离层、遥感影像等中的应用，有效地激发了学生的兴趣。
篇6
关键词：计算机图形学；研究型教学；算法
计算机图形学是研究如何利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科，在计算机辅助设计制造、科学计算可视化、地理信息系统、虚拟农业等领域有着非常广泛的应用，是计算机、地理信息系统、电子工程、机械设计等本科专业一门重要的专业基础课，也是许多后续课程(图像处理、模式识别、多媒体技术、虚拟现实、计算机视觉等)的基础课程，在教学计划中占有重要地位和作用。
培养学生的创新和实践能力是研究型大学教育改革目标的核心。通过该课程的学习，不仅使学生能系统地获得计算机图形学的基本知识、必要的基础理论和常用的图形生成算法，同时能提高学生的综合素质，使学生具备一定的研究和创新能力。另外，随着近几年信息技术在农业领域的广泛应用，在农业遥感、地理信息系统、农作物模拟和仿真中涉及大量的计算机图形算法和技术。因此在这门课的讲授内容上增加了一些和遥感、地理信息系统、虚拟农业技术相关的图形基础和算法，并结合教师的研究成果和科研工作的进展，及时将其增加到教学内容中，使这门课程逐渐形成有农业特色的专业基础课。
课程改革决不仅仅是教学内容的更新，更为重要的是学习方式、思维方式转换以及新教育技术的应用。这需要我们从“知识型教学”转换成为“研究型教学”，即以知识为载体，传授本学科的方法论，注重学科发展，提升教学中学生思维能力、交流沟通能力等持久性综合能力的培养。
1研究型教学的实施方案
研究型教学是以提高学生的综合素质和创新研究能力为目标的。为了达到这个目标，我们从跟踪学科前沿能力、发现问题能力、理论联系实际能力、文献阅读能力等以下7个方面来综合培养学生的能力[1]，如图1所示。
围绕这几方面的能力，具体做法是强化基础、突出实践、重在素质、面向创新。我们主要在以下几个方面展开了创新性的教学改革研究。
1.1像计算机工程师那样去思考和解决问题
本课程教学理念为：“以应用为背景、以理论为主线、以算法为核心、以合理先进的教学方法为手段、以提高学习兴趣和创新能力的培养为目标”。
学完这门课程，学生应掌握两个技能并达到一个目标，两个技能是：1)学生能编写小规模的图形程序(这里的小并不是贬义，只是代表你有能力做事的规模而已)；2)掌握的第二个技能是有能力来理解别人编写的程序。因此要能写、能读程序。
最终的目的是开启学生从其他领域中提炼概述，并研究出如何将其转入计算机图形领域的能力。通过图形学算法的提出背景以及发现、发展和完善过程的讲解，对学生的思维进行训练，提高学生面向问题的求解能力，培养学生的科研素质。
在教材的选取上，不局限于一本教材[2-4]，而是选用国内较有影响的几本教材作为参考书。注重基本原理和概念的讲解。因为图形技术的发展日新月异，新的技术和算法层出不穷，学生学习的技术几年后可能会过时，但基本的原理和概念是长期不变的。
1.2突出讲授图形算法中蕴含的思想
计算机图形学课程的主要内容就是讲授图形生成、显示、处理的算法。那么，一个普通、常规的图形算法是如何通过改进和完善变成一个优秀算法的？
算法分析是一种理论研究，是关于计算机程序性能和资源利用的研究，重点是性能。我们是在学习如何计算机程序运行的更快。算法还涉及到其它资源，但我们的关注点主要还是在性能上。
例如，直线生成算法是计算机图形学较底层的一个算法。该算法的性能严重决定着图形生成的效率。因为当完成一个动画算法或真实感图形算法时，直线算法可能被几十万、上百万次地反复调用，因此这种算法要求效率要高。在加、减、乘除、开方、三角函数等运算中，加法是最快的运算，其中整数加法又快于浮点加法。因此像画直线这种底层算法，能够减少一个乘法都是一个了不起的事情。
从讲授通过直线方程的画线算法到数值微分(DDA)算法、再到中点画线算法，最后到Bresenham算法。一步步给学生展示了一个开始需要一个乘法和一个加法的普通直线算法，是如何通过改进和完善其性能，把乘法演变一个浮点运算加法，又把浮点加法变成整数加法的一个精彩过程。计算机科学问题的核心就是算法。
学术大师们在提出、改进和完善算法的过程中所体现出来的一些闪光的思想正是我们所要深刻认识和领会的。什么是创新？这些闪光的思想就是真正的创新！
在讲授其他一些图形算法如多边形的扫描转换和区域填充、裁剪算法、消隐算法等时，并不强调学生掌握和实现算法的具体细节，更重要的是阐述这些算法所蕴涵的一些创新思想，像增量思想、编码思想、图形连贯性思想、分而治之思想等。这些思想不仅用在图形学算法中，而且还用在了数据挖掘、人工智能等领域。
1.3算法讲解与程序演示相结合
计算机图形学课程具有很强的实践性，上机编程实验是其重要环节，基本目标是将学生的计算机操作能力、分析能力、设计能力与编程实践结合起来，引导学生由浅入深地掌握计算机图形学基本理论和算法。
为了让枯燥的算法讲解变得生动起来，作者在教学手段上充分发挥图形学自身特点，将许多算法的原理用Flash做成动画片嵌入到教学幻灯片中，采用生动形象的动画算法讲解，使学生对抽象的图形学算法不仅有一个直观的了解，而且还调节了课堂气氛。许多同学在看过演示之后，不仅对算法有了更为深入的了解，还纷纷跃跃欲试，想要做出更好的程序来，这极大地激发了学生自己动手编程实践的欲望。这些课件对于提高学习兴趣、增强算法的理解性具有很大的作用。
我们安排了8～10个上机编程实验，内容包括画直线圆弧算法、区域填充算法、编码裁剪和梁友栋裁剪算法、二维、三维变换算法、透视变换算法、Bezier曲线算法、B样条算法和简单光照模型的实现。学生通过这些算法的编程实现并改进一些重要算法， 既可以增强对算法本身的理解，也可感受编程的乐趣。
2教学与科研相结合
2.1教师科研与教学相结合
科研是提高课程教学质量的源动力。将科研成果引入教学，一方面丰富了教学内容，提高了学生的学习兴趣；另一方面，也培养了学生的科研创新能力。
我们主持和参与的国家科技基础条件平台中国数字科技馆项目“虚拟农场体验区”、科技支撑项目 “面向农民科技培训的人机交互式三维可视化平台研究”、虚拟农场等课题中都使用到了图形算法和技术，通过课题引导学生将图形学中的各类知识集成到引擎中，面向二次开发和快速开发，大大提高了学生对图形学技术的理解和实践动手能力。
2.2教学与专业文献阅读相结合
一门学科的内容终归是不可能全部在课堂上讲授完的，以“授人以渔”为己任的教师也没有必要这样做。在网络时代没有绝对的老师，所有老师必须成为学生。同样，在网络时代也没有绝对的学生，所有的学生必须学会做自己的老师。
为了培养学生研究创新的能力，除了把教师自己的科研成果介绍给学生，更重要的是培养学生跟踪学科前沿的文献检索、文献阅读与文献综述能力。
基于期刊的影响力和SCI影响因子等标准，我们选择国内外一流期刊20余种，国内期刊如《计算机辅助设计与图形学学报》、《地理学报》、《计算机图形图像学报》等；国外期刊如《Computer Graphics》、《IEEE Computer Graphics and Application》、《International Journal of Geographical Information Science》等。相对来说，这些权威的期刊发表的文章基本上都是高质量的文章。除了从这些期刊里选出一些和计算机图形学算法有关的高质量文献以外，还搜集一些有关计算机图形经典算法的经典文献，主要是一些具有里程碑式的文献！这些经典的文献犹如文学界的世界名著，长久不衰，他们的贡献直到今天都无可忽略！最新文献犹如现代流行小说，要与时俱进，了解计算机图形学领域的一些最新进展。
要求每个学生在这门课程的学习期间，能够阅读至少2～3篇中文文献和1～2篇英文文献(既阅读世界名著，也要浏览现代流行小说)。这样既提高了学生的英语阅读能力，了解该领域的热点和前沿进展，又使得学生能领会大师们的研究思路、逻辑推论和技术方法。
通过两届学生的实验，教学取得了良好的效果。尽管他们只是大二的学生，但已经有几位学生对教科书上的一些经典算法在性能上做了进一步的改进，提高了算法的效率，撰写的几篇学术论文被国内外学术会议录用。
3结语
在研究型课程教学中，教师的作用发生了变化：教师不再是“讲台上的圣人”，而更多地起“场外教练”的作用[5]；他们不仅仅传授知识，而是遵循认知规律，以学生为中心，设计教学过程、提供教学资源、提供学习建议，对整个学习过程进行控制，包括在关键环节上对学生进行启发、激励、引导和指导。教师的战略目标都是为了帮助学生们能像一个计算机科学家一样去思考。换句话说，希望赋予学生一种能力，让学生可以用计算机做他想做的任何事。
参考文献：
[1] 苏小红,李东,唐好选. 面向能力培养的计算机图形学课程教学方法[J]. 计算机教育,2010(3):47-51.
[2] 孙家广,胡事民. 计算机图形学基础教程[M]. 北京:清华大学出版社,2009.
[3] 陈传波,陆枫. 计算机图形学基础[M]. 北京:电子工业出版社,2008.
[4] 孙正兴. 计算机图形学教程[M]. 北京:机械工业出版社,2006.
[5] 高虹. 从美国理工科本科教学改革看研究型教学[J]. 物理与工程,2004,14(2):12-14.
Research Teaching of Computer Graphics for Undergraduate Students in Agricultural Universities
ZHAO Ming
(College of Information and Electrical Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)
篇7
关键词：地籍管理；教学；改革
1.引言
地籍管理是土地管理的基础工作，为土地的权属管理、利用管理和市场管理提供有关土地的数量、质量、权属和利用状况的基本信息以及通过土地登记工作，提供土地权属的法律凭证[1]。“地籍管理”课程是介于社会科学和自然科学之间的、理论和实务相结合的一门课程，兼具理论性、实践性和操作性[2]。
2.“地籍管理”课程特点
“地籍管理”具有鲜明的课程特色，主要表现在以下三个方面：
第一 课程内容丰富
“地籍管理”作为土地管理专业的学科专业课程之一，要求学生通过该课程的学习对目前我国地籍管理的基本理论、管理机构、采用方法和具体包含的内容等有比较全面的了解与认知，并通过实践教学掌握土地调查、土地登记、统计、土地数据库管理等具体工作的实际操作技能。
“地籍管理”课程内容包括地籍理论及历史沿革、土地调查、土地利用动态监测、土地登记、土地统计、地籍档案管理、地籍管理信息系统等内容。在上述内容中，地籍理论及发展、土地登记、土地统计、地籍档案管理四部分内容偏重于“管理”的性质，土地调查、土地利用动态监测、地籍管理信息系统三部分内容偏重于“工科”。“地籍管理”的内容多而且跨越大，理论性与应用性都很强。
第二 涉及相关学科广
“地籍管理”课程不仅教学内容丰富，涉及面也很广，具有明显的交叉学科特点。课程与土地资源学、测量学、地理信息系统与遥感、土壤学、土地法学、统计学等多学科知识有交叉。它既以这些相关学科内容为基础，又是这些学科在地籍领域的应用，教学中既要求学生初步掌握相关基础知识，也要求教师对涉及学科的知识熟练掌握并对前沿动态有所了解，从而在教学中以“地籍管理”课程为主线，完成各个学科之间的知识衔接，使学生在课程学习后对已经学习的相关学科知识有进一步理解，而且对未学习的相关学科知识有初步认识。因此，在“地籍管理”课程教学中要对一些与课程联系比较紧密的经典概念进行讲解和比较，同时避免与交叉学科教学内容的重复。
第三 实践性强
“地籍管理”是国土部门的具体管理内容，实际应用性很强。课程内容中的的土地利用现状调查、地籍调查、土地利用动态监测、土地登记、地籍管理信息系统等的实践性尤为突出，在掌握相关知识理论的同时必须具有丰富的实际操作经验，这样才能达到课程教学的目标。此外，目前我国开展不动产统一登记制度，地籍信息化的方面的工作也在稳步推进，国土管理部门和相关的社会企事业单位更加倾向于具有“地籍管理”工科背景的应用性、实践性的毕业生。因此，“地籍管理”对于土地资源管理专业来讲，是一门实践性非常强的专业主干课程，培养学生分析问题和解决实际问题的能力。
3.教学内容的改革
（1）地籍管理课程内容与多门专业课交叉重复，需要从整个专业角度对课程内容进行调整
针对课程内容的交叉性，需从整个教研室的角度进行集体备课，针对相同内容进行统一的梳理。例如：在《土地管理学概论》课程中主要介绍地籍及地籍管理体系的基本概念和框架，在《地籍管理》中则重点讲述和培训开展各项地籍管理工作内容和方法；土地调查内容在《土地资源学》中略讲而在《地籍管理》重点讲；土地产权制度在《土地经济学》和《土地法学》中已经提及，在《地籍管理》中不再详细解释各种权利的概念和特征，而是侧重于如何确权；土地分等定级估价一章在《地籍管理》中不讲，放在《不动产估价》中讲，但要说明土地分等定级估价也是地籍管理工作内容之一，土地登记内容中包含有土地分等定级估价的成果。地籍调查内容在《地籍管理》中重点放在权属调查和地籍测量的内容和流程上，而地籍测量的细节内容则放在“测量学”课程中。遥感基础已在《地理信息系统与遥感》中讲授，《地籍管理》重点讲“土地遥感动态监测”在县级土地部门进行的实地核查工作。
（2）教材内容更新滞后，教辅资料少，需要不断完善
课程选用的教材是由中国人民大学出版社2011年出版的《地籍管理（第五版）》，该教材为‘十一五’国家级规划教材”，代表了国内《地籍管理》课程教材的最新、最高水平。但由于国家对地籍管理工作的任务和要求在不断地变化，教材的内容难免会落后或过时，需要对内容进行不断调整的补充。比如国家最新的政策、《土地调查条例》、年度土地变更调查与遥感监测实施方案以及新执行的不动产统一登记以及农村统一的确权登记工作等。要求地籍管理学课程内容及时更新，能够反映出本学科发展的进展和前沿，让学生对地籍管理的最新趋势有深入的了解。
（3）课程内容涉及多领域的理论与技术，对教师要求较高
《地籍管理》课程涉及产权经济学理论、土地法学理论、行政管理学理论、土地测量学理论、管理信息系统理论和统计学理论等，内容与土地资源学、测量学、遥感、地理信息系统、土壤学、土地法学、统计学等多学科知识有交集，涵盖管理、经济、法律和“3S”技术等领域。因此要求教师掌握相关的基础理论和技术，了解学科及行业的前沿动态，不断及时更新补充教学内容，让学生了解地籍管理的发展趋势和实际应用，培养他们分析问题和解决问题的能力。
4结语
地籍管理”是土地管理学专业的专业基础课，具有很强的理论性与实践性，教学存在一定的难度，这就要求在教学中对教学内容进行不断的完善与补充，达到课程教学的目的。
参考文献：
篇8
关键词：GIS 地理信息系统 中学地理 地理教学 地图 空间分析 辅助教学
1、 引言
作为一名中学地理教师，要想教好地理课，首先自己要有丰富的地理知识，在具有了丰富的地理知识之后还要会灵活运用各种地理教学方法。这两方面能力具备之后，如果还具有GIS知识背景，并且能灵活运用GIS来辅助地理教学，这样于老师于学生才能达到最佳的教学效果。GIS具有的强大的辅助地理教学功能是以往任何教学手段所不能比拟的，将GIS应用于地理教学，尤其是用于中学地理课堂教学是地理教学发展的必然。
2、 中学地理学科的教学内容及特点
过去我国的地理学科一直仿照苏联的体系，较侧重地理学的自然属性。目前地理课程标准将地理课程纳入“社会科学学习领域”，但是地理仍然被作为一门独立的课程设置，在初中阶段，总共开设86课时地理课，主要内容有地图、景观、世界、中国、省区、乡土地理等；在高中阶段，开设102课时必修的基础型课程，主要内容有自然地理、人文地理、区域可持续发展和选修的拓展型课程。由此可以看出，我国的中学地理同时具有社会科学和自然科学两种属性，体现了文理交叉的特点。
中学地理教学牵涉到方方面面的内容，都是以一定地理空间位置为基础的。地域空间性是地理学科的核心内涵之一，也是地理学科区别于其他学科的最本质特性。地理学本身具有明显的综合性、地域性、开放性、实践性等特点，但是一直以来，很多人不了解地理学科的特点，以为地理就是地名加物产，在地理学习过程中往往重记忆，轻理解，强化死记硬背，不注重理性思考和推理，从而导致学生在学习过程中常常会遇到很多困难，甚至有时无从下手，久而久之产生了厌学情绪。
3、 GIS在中学地理教学中的作用
3.1对教师课堂教学的作用
本文主要从以下教学事例来说明GIS对课堂教学的作用
（一）GIS 的地图功能
地理教学中，利用ArcMap对地图的操作、简单查询和分析，可以实现辅助讲授特定教学内容。如通过地图图层的操作、显示能直观地显示地理信息，表达地理要素的空间分布状态、要素间因果关系等，达到辅助教学的目标。
（二） GIS 空间分析功能
1、GIS 空间分析在经济地理学教学中的应用。在进行工业区位选择和工业布局教学时可充分利用地理信息系统的空间信息处理能力，引导学生将影响工业布局的各因素进行综合处理，利用地理信息系统支持下的空间分析工具，通过缓冲区分析、叠置分析和权重分析等操作，建立具体的最优场址选择模型，让学生通过动态地寻求工业布局的最优化方案，不但掌握了工业布局选择的主要理论因素，同时掌握了实际选择的方法。
2、GIS 空间可视化功能在城市地理学教学中的应用。在课堂教学中，应用教学挂图时经常会出现这样的问题，由于教学挂图的比例尺是固定的，所以，照顾全局就照顾不到局部，并且信息表达能力有限。
3、GIS 的网络分析功能在交通运输业中的应用。包括主要铁路干线的认识、空间分布，利用其网络分析功能，实现最短路径分析等最短路径不仅指一般意义上的最短，还可以是时间最短、费用最少、线路利用率最高等标准。
（三） GIS 三维动态模拟功能
具有多层次数据结构、多时相、多数据源、时空相、结合定性与定量相结合的GIS 可实现从感官、计量和逻辑上对显示空间进行模拟，对中学地理教材中地球的运动、天体的变化和运动等知识，如地壳的变动，褶皱、断裂的形成，地球的运动，大气环流的形成，气压带和风带的季节移动，洋流的移动等各类信息变化、自然过程的演变进行仿真、三维动态模拟，把动态的变化过程设计成三维动画的形式，复杂的变化过程就清晰地展现在学生面前了，学生经过分析、观察很容易理解和掌握，从而达到其他教学手段难以达到的教学效果。
（四） GIS 地形分析功能
平面地图缺乏对山峰、山谷、山脊、鞍部与陡崖等概念的直观形象的可视化表达，不易明察。利用GIS 的数字高程模型创建模块，通过先绘制二维等高线并赋予高程值，再创建三角网，进而建立数字高程模型，并进行可视化表达处理，便可展示出一座山体，直观地观察山峰、山谷、山脊、鞍部、陡崖等多种地形。这种教学明显调动了学生学习的积极性，加深了学生对地形特征的理解，让学生有身临其境之感。
3.2对学生课外练习的作用
课后练习模块面向的对象是学生，旨在锻炼他们操作G巧的基本技能，主要包括以下几个方面：
1.专题图制作
专题图制作是将地理数据的数量、结构等特征，以直方图、饼状图的方式形象地表现在地图上，因此该模块中应该包含分级符号法、散点图法、分层设色法、统计图表法等专题图制作工具。
2.空间分析
空间分析主要通过空间数据和空间模型的联合分析来挖掘空间目标的潜在信自，通过将地理空间目标划分为点、线、面不同的类型，可以获得这些不同类型目标的形态结构。将空间目标的空间数据和属性数据结合起来，可以进行许多特定任务的空间计算与分析。空间分析包括叠加分析，缓冲区分析，地统计分析，网络分析等主要功能。
3.地理小游戏
这一功能，旨在通过游戏的方式帮助学生复习巩固地理知识，使得地理学习充满趣味性，让学习地理知识的1司时，增加学生的学习热情。
当然以上功能的实现要建立在教师熟悉GIS软件操作的基础之上，教师会了才能教给学生，可能因为教师知识背景的原因，并不是每个教师都能熟练掌握GIS软件的操作。但是如果将教师们组织起来培训之后再教给学生，对于教师和学生来说都能起到事半功倍的教学作用。
4、结语
目前，虽然GIS在辅助教学方面的应用还不是很广泛，但是随着社会经济的发展，GIS技术不断普及，全民的GIS素养都将不断提高，这些都会使得GIS辅助中学地理教学具有很大的可行性。本文从实际出发探讨如何将GIS技术对中学地理教学的作用提出了自己的观点。
参考文献
[1] 俞立中.对中学地理教育改革的几点思考.地理教学.2012.5
[2] 杨恒喜，史正涛，李玉凤等.GIS 在中学地理教学中的应用[J] .经济研究导刊，2010，18.
[3] 周志国.如何培养学生学习地理的悟性[J].试题与研究：教学论坛，201012：22
[4] 陈夏诗.借助 GIS 提高学生的地理学习能力[J].信息技术教育，2005，11。
篇9
【关键词】高中地理教学；学生；读图能力；培养
《周礼·地官·土训》：“掌道地图，以诏地事。”地图，是根据一定的数学法则，将地表图形在二维或者三维介质上的精练描绘，是地理信息浓缩而直观的表达形式。地图，可以将零散的地理信息系统、直观地归纳在一个整体之中，可以清晰地呈现出相关信息的规律性、联系性和总体特征，并容易被学生接受。学生读图能力的强弱，直接关系地理学习的成败。所以在高中地理教学中，对学生进行读图能力的培养至关重要。
一、地图的特征
根据不同的分类，地图可以分为：世界地图、国家地图；自然区域图、经济区域图；平面地图、立体地图、数字地图等等。不论是怎样的地图，都有一定的数学法则，经过高度概括，利用一系列的符号系统表现大量的地理信息。因为地图的直观性，可以培养学生的形象思维能力，比如注意力和观察力；因为地图的概括性，可以培养学生的抽象思维能力，比如判断力、思考力、记忆力。在培养学生读图能力的过程中，也要注意形象思维培养与抽象思维培养相结合、图文相结合，也可以让学生了解一些地理地图的制图过程，从而让学生对地图的学习从简单的识记，上升到领会、运用。
二、高中生读图能力现状分析
一是畏难心理严重。高中地理学习更加深入，涉及到的内容更加丰富，学生看到图例繁多、内容较陌生的地图，或者新图、变图时，感觉到需识记的概念、符号太多，就觉得太难，耐不住性子仔细观察、寻找规律、理清头绪，陷入恶性循环之中。
二是个人性格的影响。男生一般比女生更容易找到信心，建立兴趣，爱好旅游、向往异域风情，日常生活中有过读图经验的学生更加容易对读图产生兴趣。
三是学习能力的影响。人的思维方式有区别，不同的学生有不同的特长，观察力、思维能力的差别也直接对读图能力产生影响。有的学生能够迅速在复杂的地图中找到读图方法，有的则只能看懂老师教过的地图，稍加变化就无从下手了。
四是教师教学方式的影响。每个地理老师都有不同的教学方法、人格魅力，在教学中对于相关知识的不同强调，对于地图的利用和对于学生读图能力的训练、习惯的培养，都会直接影响到学生的读图能力。平时注重学生读图能力培养的班级，学生会对读图产生更浓厚的兴趣，遇到较复杂的图表时，也表现出更强的自信心。
三、高中学生读图能力的培养
首先是掌握地图的基本特征，增进学生对地图的感性认识。地理书上的图像种类很多，主要有地理地图、统计图、示意图、景观图。其中的地图不同于统一图、景观图等，要让学生理解它严格法则、高度概括、符号表现、承载信息的特征，从而建立起基本的地图概念，通过对不同形式、不同难易程度的地图的阅读，树立起感性认识，从而为基本读图能力的培养打下基础。
其次是加强基本名词、典型概念、符号系统的识记和理解。地理学习中有很多的基本名词和典型概念，虽然离现实生活很近，但是比较抽象，容易遗忘、混淆，需要学生对其进行加强识记和理解。比如气候和天气、高气压和低气压、地方时、北京时间、区时、时区、国际标准时间、震级和烈度等等名词，内陆气候、海洋气候、水系特征、水文特征等基本概念，是读图的基础，需要学生识记、领会。地图中的符号系统往往承载着地理信息，对于这些符号的掌握，是读图的基本要求。比如等高线图形、设色地形图中海拔高度、地形特征、植被分布、人口密度等表现方式。
再次是从易到难，从典型到变化，注意学生自信心的培养。根据学习的规律，人对于知识、能力的掌握总是从易到难、循序渐进的，读图能力的培养也不例外。先从简单、直观、典型、涵括内容较少的地图开始，让学生掌握后，再过渡到复杂、非典型、涵括内容较多的地图。老师教学的方法，也从详细讲解、具体指导渐渐过渡到让学生自己总结、归纳。
最后是运用归纳，建立知识结构体系。从识记、领会到归纳，学生对于知识的掌握程度也在逐步提高。可以通过读新图、填图、画图的方式，进行读图能力的巩固；可以通过概念地图的学习、地理知识的总结，建立起完整的知识结构体系，将所有的地理信息囊括在结构体系里，并以此为索引，进行全面复习、加强。
四、结语
总之，高中地理教学中培养学生的读图能力具有十分重要的意义。作为地理教师，我们应充分掌握并了解学生的读图能力与水平，采取针对性的措施进行系统、专业的培训，为培养更多人才而不懈努力。
【参考文献】
[1]杨春玲.浅谈地理教学中读图能力的培养[J].新课程(教师)，2010，（09）
篇10
关键词：多源空间数据；GML；集成
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)13-2959-03
Research of Integration Mode for Multi-source Spatial Data Based on GML
LU Lei-yue ,GUAN Ji-hong
(School of Electronics and Information, Tongji University, Shanghai 201804, China)
Abstract: To solve the problem of integration of the multi-source spatial data, this paper introduced the research of integration mode of the different formats. Based on that, the author putted forward to a data integration framework for multi-source spatial data based on GML(Geography Markup Language). Then the author described a GML mode matching algorithm, and above all had a conclusion.
Key word: multi-source spatial data; GML; integration
近年来，随着GIS特别是WebGIS的快速发展与广泛应用，人们对地理信息资源的需求增加越来越快，但是大部分的GIS产品都有自己专用的数据格式，很难实现整个GIS系统集成以便于空间信息的共享和互操作。为了改变当前GIS应用与内部数据模型以及数据格式紧密捆绑的现状，开放式地理信息系统协会（ODC）推出了基于XML的地理标记语言，即GML(Geography Markup Lan? guage)，用于地理信息的编码、传输、存储和。目前GML已成为Internet上地理信息表示事实上的国际标准，广泛应用于Web和分布式地理信息系统中交换和集成空间数据。
1多源空间数据集成模式
目前对于不同格式的空间数据集成主要采取以下三种模式：
1.1数据格式转换模式
数据格式转换模式是指通过某种特定的转换程序将各种异构数据转换成一种数据格式，并将转换后的数据复制到当前系统中。但这种模式也存在缺点，因为它首先需要将异构数据统一起来，这就使得数据间缺少了独立性，而且因为没有统一的描述方法，容易导致异构数据转换后空间数据的信息丢失[1]，这样就会给以后使用这些数据构成隐患；另外由于一般空间数据量比较巨大，所以要集中这样的海量数据就显得非常困难。
1.2数据互操作模式
数据互操作是指空间数据能够在异构数据库和分布计算的情况下交换、理解，不同GIS之间可以直接交互，透明地访问需要的信息[2]。该模式是由OGC (OpenGIS Consortium)制定的规范。数据互操作为多源数据共享与集成提供了崭新的思路，但是它更多地采用了OpenGIS协议的空间数据服务软件和客户软件，对于其它的大量非OpenGIS标准的空间数据格式的处理缺少统一的规范[3]。
1.3直接数据访问模式
直接数据访问模式是指在一个空间信息软件中直接访问其他软件的数据格式，并且用户可以在该软件中读写多种数据格式。这种模式的优点是不但没有了复杂的格式转换，而且因为访问是发生在一个空间信息软件中，所以就不需要用户拥有主机软件，更不需要运行该软件。这种模式无疑更省人力和财力，但是实现起来对于技术要求相对高一些。
2 GML数据集成研究现状
GML(Geography Markup Language)，是开放式地理信息系统协会(OGC)于1999年提出的，在日趋发展的网络环境下，它的提出正是为了成为其中地理数据的一种通用接口，它符合空间数据集成模式中的第二种即数据互操作模式［4］。使用GML对多元异构地理空间数据集成，可以很好的避免以往网络语言描述复杂的空间信息的巨大缺点，因为它对地理空间数据的描述拥有统一的数据格式，从而能够更轻松的便于数据集成。
在国内，对于GML日新月异的发展，也早就已经引起了包括复旦大学、同济大学、武汉大学等众多知名高校学者的重视。武汉大学和国家基础地理信息中心已经开始制定GML国家标准。周水庚课题组早在2003年就提出了一种新颖的方法，用于将GML文档自动转换到SVG文档，在ACM-GIS 2003[5]。从跨入21世纪以来，关佶红课题组就研究了基于GML和SVG的空间信息集成和、GML模式匹配、GML存储机制和查询处理以及压缩算法等[6-9]。
同时国内外众多学者对基于GML的空间数据集成也进行了大量的研究。Rancourt et al. (2001)将GML与先前所定义的空间标准进行比较，得出GML能有效的满足空间数据交换标准的要求的结论，并预测GML将在行业应用中占据主导地位[10]。旷建中等(2005)采用设计模式方法和GML技术设计多源空间数据集成模型，将数据源通过转换函数生成的GML文档，利用合成器合成GML文档，同时保存到GML数据库，实现多个系统的数据集成，为实现多源空间数据集成提供了一个切实可行的方案[11]。邬群勇等（2005）在分析GML数据格式和几何特征基础上，提出一个基于GML的空间数据动态集成框架，探讨了数据动态集成过程，并以福建省漳浦县绥安镇的林业数据为样本，进行了动态集成应用示范[12]。江卫东等（2007）描述了一个基于GML数据互操作模式的多源异构空间数据集成模型，并分析了该模型的运行机制和关键技术[13]，刘占伟等（2007）提出了一个基于GML的多源异构空间数据集成模型，实现了空间数据向GML文档的转换，使用网络服务器技术，在.NET平台上设计实现了该系统，从而实现了基于GML的空间数据集成，而且通过SVG技术实现了数据可视化[14]。
但是，目前的研究工作还远不够系统和深入，实际集成应用方案较少,所提出的一些技术和算法还不能满足海量GML空间数据处理和管理的实际应用需要。因此，还需要进行进一步的研究，探索新的技术方案，开发更有效的算法。
3基于GML的空间数据集成框架
本文借鉴已有的研究成果提出一种基于GML的多源空间数据集成逻辑框架图（如图1），并且通过使用GML技术来实现异构空间数据的集成与互操作。然而多源空间数据因为来自不同的服务器，每份数据可能拥有各自的数据类型。
图1空间数据集成逻辑框架
1）空间数据建立的输入数据结构由于各自的物理结构不同，而且它们的储存方式也不一样，根据这样的多样性数据结构建立其应用模式。
2）基于GML的输出数据结构的语法、结构和编码模式建立模式转换规则，该规则规定了输入异构的空间数据结构应用模式如何转换成GML Schema。转换模块必须根据模式转换规则对实例模型进行转换，建立基于输出数据结构Schema的GML数据文档，并具有对数据进行编码和解码的能力。
3）虽然来自不同数据源的空间数据都已经转换成了GML数据文档，但不同用户的应用模式间可能存在各种语义或结构上的异构，在空间信息集成中造成歧义和困难。很多情况下，有相同概念的模式在结构和命名上都存在着差异；有些模式有相似的数据模型但包含不同的内容，或是用相同的词表达不同的意义。这就需要进行模式匹配了，它的功能是通过两个模式的相关元素间的匹配关系，来找出这两个模式的元素间的映射关系和集成后的模式。
4 GML模式匹配
模式匹配的目的是为了达到数据集成，而数据集成又是以模式匹配为前提。模式匹配就是指通过一定的算法，把两个模式的所有相关元素进行一一映射，经过一定的分析和对彼此元素的相似度来最终确定模式的元素间的映射关系。
GML模式匹配的基本过程是首先对文档进行数据分析，因为GML文件是遵守XML语法的，可以使用基于树的XML解析器；然后就是通过解析器提取模式文件节点生成GML模式树，生成模式树后，就可以设定算法，对两个模式进行匹配了。在匹配的过程中，最关键的就是确定两个元素的相似度，而元素间的相似度主要表现为语义相似度和结构相似度。用户可以根据具体情况设置一个最小相似度值，即阈值，只有两个元素的相似度值高于这一阈值weight，才进行匹配。
下面是该算法的描述：
MATCH（模式树t1，模式树t2）
{设置阈值weight；//0
设置叶节点的结构相似度s；
For each e1为t1的叶子
{后序遍历t1；后序遍历t2；
for each e2为t2的叶子
{计算两个叶节点的相似度值s；
If（s>weight）这两个节点可以进行匹配，生成映射关系；
Else退出；
}
}
返回映射关系；
}
如上可知算法中输入为两个树状结构的GML模式，输出为一个关于两模式间相关元素的映射关系。其中，tree1和tree2分别表示输入的GML模式树1和GML模式树2，t1和t2为模式1和模式2中的元素，tree1’和tree2’是分别对tree1和tree2进行后序遍历得到的结果。
在算法中，核心参数是确定两个树节点的相似度。在进行匹配时，对树采用后序遍历，并且相似度只确定一次以避免在匹配的过程中产生多对多的关系。当被比较的不是叶节点时，通过比较这两个节点的子节点相似度来确定它们的的相似度，即用其所有的子节点的相似度除以所有的子节点数。叶节点的结构相似度为零。
为了正确的确定两个schema树中的各个非叶节点的结构相似度，在对非叶节点进行匹配前，首先要对叶节点进行匹配，令son(e1)和son (e2)分别代表以e1和e2为根节点的子树上的节点的集合，s (a,b)为其中一个模式中的节点a与另一模式中节点b相似度，则有如下公式（1）：
当然最后确定了语义和结构相似度后，需要对两者进行加权求和来获得一个最终相似度，而这个权值由用户自己根据具体情况来确定。
两个模式匹配结束后，可以通过匹配算法生成的映射关系，即模式间元素一一对应的关系来生成集成的模式。
5结束语
GML作为一种OGC开发的基于XML的地理信息编码标准，使用GML来作为多源异构数据的描述格式，并通过使多源空间数据模式转换为统一数据格式来实现标准化数据层次集成，有利于空间信息充分共享和系统互操作。可是由于GML数据可能来自不同的数据源，导致它们的模式也可能不同，因此模式匹配是GML空间信息集成面临的最严重的挑战，如何能够更进一步的改进模式匹配算法从而简化集成过程，还需进一步的研究。
参考文献：
[1]常煜芬,张育平.中间件技术研究[J].计算机应用研究,2001,18(10):2l-23.
[2]黄裕霞,Cliff Kottman.可互操作的GIS研究[J].计算机应用研究,2001,6(9):925-931.
[3]黄裕霞,陈常松.GIS互操作及其体系结构[J].地理研究,2000,9(1):86-92.
[4]袁梅,莫登沅,边少峰.基于GML的空间数据交换格式及其应用[J].测绘科学,2004（1）.
[5] Zhimao Guo,Shuigeng Zhou. G2ST: a novel method to transform GML to SVG[J]. Proceedings of ACM-GIS 2003:161-168, ACM Press, 2003.
[6]朱付保,关佶红,周水庚.基于模型映射的GML文档存储和查询方法[J].计算机研究与发展,2006,43.
[7]李俊,关佶红,李玉珍GML空间数据存储映射模型研究[J].武汉大学学报:信息科学版,2004, 29(12):1071-1074,2004.
[8]李玉珍,关佶红,李俊.GML空间数据存储研究[J].计算机研究与发展,2004,41:496－451.
[9]关佶红,虞为,安杨.GML模式匹配算法[J].武汉大学学报:信息科学版,2004,29(2): 169-174,2004.
[10]Rancourt M. GML : Spatial Data Exchange for the Internet Age [ D ] . New Brunswick : Department of Geodesy and Geomatics Engineer? ing, University of New Brunswick,2001.
[11]旷建中,马劲松,蒋民锋.基于GML的多源空间数据集成模型研究[J].计算机应用研究，2005(6).
[12]邬群勇,王钦敏,周成虎,等.基于GML的空间数据动态集成及应用研究[J].福州大学学报, 2005(6).
