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gis技術(shù)的場地分析報告 gis應(yīng)用場景

基于GIS的土地利用專項規(guī)劃信息處理系統(tǒng)研究

曲晨曉

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(河南農(nóng)業(yè)大學土地資源管理系,鄭州,450002)

摘要:在總結(jié)河南省部分縣(市)土地開發(fā)整理規(guī)劃編制工作的基礎(chǔ)上,運用GIS和VBA平臺,完成土地開發(fā)整理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、潛力調(diào)查數(shù)據(jù)和潛力評價的自動處理,實現(xiàn)土地開發(fā)整理規(guī)劃編制的信息處理系統(tǒng)自動化。

關(guān)鍵詞:GIS;VBA;土地開發(fā)整理;規(guī)劃

1 基于 GIS 和 VBA 的土地開發(fā)整理基礎(chǔ)研究

1.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動處理在VBA 中的編程實現(xiàn)

規(guī)劃起始將收集到大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),而這些數(shù)據(jù)在提交時并不能保證統(tǒng)計口徑和數(shù)量單位的完全一致,部分數(shù)據(jù)甚至可能與實際相差甚遠。在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入計算機后,手工校核將耗費大量的時間和人力,并且不能完全保證校核結(jié)果的正確性。而計算機具備強大的數(shù)據(jù)存儲和計算功能,通過編寫專門的處理工具,可以實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動處理。下面以河南省新安縣土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)數(shù)量單位的轉(zhuǎn)換為例,介紹VBA技術(shù)的應(yīng)用。

自1991年土地利用現(xiàn)狀詳查以來,新安縣國土資源管理部門一直以“畝”為單位統(tǒng)計各類土地的面積,而本次土地開發(fā)整理規(guī)劃面積單位統(tǒng)一采用“公頃”制,所以,有必要將土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)單位統(tǒng)一為“公頃”。在處理這些數(shù)據(jù)時,采用Excel電子表格系統(tǒng)的二次開發(fā)工具,編寫“批量轉(zhuǎn)換”應(yīng)用程序,可以快速準確地對這些數(shù)據(jù)進行大批量的整理。

1.2 規(guī)劃區(qū)域權(quán)屬圖庫的快速構(gòu)建

權(quán)屬圖庫是土地開發(fā)整理規(guī)劃工作中用于提高工作效率和編制精度的一項中間成果,在土地開發(fā)整理潛力研究和土地開發(fā)整理規(guī)劃成果圖制作方面意義重大。該圖庫以行政村為基本空間單元,以行政村的地名屬性為基本屬性單元。

權(quán)屬圖的制作在MAPGIS輸入編輯子系統(tǒng)中并不復雜,只要底圖精度有保證,提取行政界線后再拓撲重建,很快就能創(chuàng)建出圖形文件,關(guān)鍵是每個區(qū)圖元還要具備“行政村名”屬性后才能滿足后續(xù)工作的要求。手工為每一圖元錄入屬性是一個傳統(tǒng)的建庫方式,但要為全縣上千個區(qū)圖元一一錄入屬性,不僅耗時,而且容易出現(xiàn)錄入的屬性與圖面注釋不相符的錯誤。MAPGIS輸入編輯子系統(tǒng)中“點注釋賦為屬性”和“LABLE 與區(qū)合并”功能可以極大的簡化工作,實現(xiàn)地名屬性自動錄入。技術(shù)流程如下:提取地名注釋為獨立點文件→為點文件創(chuàng)建地名字段→點注釋賦為點屬性→關(guān)閉點文件→LABLE與區(qū)合→保存區(qū)文件。

1.3 規(guī)劃區(qū)域地形條件研究

地形是影響土地開發(fā)整理活動的一項重要因素,比如在坡度>25℃的地段,盲目的開發(fā)極易造成水土流失;另外,地形條件的好壞對土地開發(fā)整理投資規(guī)模影響巨大,坡度對土地開發(fā)整理的影響更為顯著。所以,有必要對規(guī)劃區(qū)域的坡度進行研究和分類,以便做出更科學的規(guī)劃決策。

基本上所有的GIS軟件都具備坡度分析的功能,MAPGIS的DTM分析子系統(tǒng)對地形圖質(zhì)量要求不高,但分析結(jié)果精確,是較好的坡度分析工具。下面以河南省洛陽市吉利區(qū)地形分析為例,描述GIS技術(shù)在坡度研究中的應(yīng)用。

吉利區(qū)地形圖比例尺為1∶10000,與土地利用現(xiàn)狀的基本圖件——1∶10000分幅現(xiàn)狀圖完全對應(yīng);測繪時間為1986年,具備一定的時效性。坡度研究就以該圖為依據(jù),首先把1∶10000地形圖掃描矢量化為MAPGIS線文件(記錄等高線數(shù)據(jù))和MAPGIS點文件(記錄高程點數(shù)據(jù)),并使用MAPGIS輸入編輯子系統(tǒng)高程自動賦值功能為等高線添加高程屬性;然后運行MAPGIS的DTM分析子系統(tǒng),裝入等高線文件,由系統(tǒng)自動檢查等高線錯誤并修改完善;再設(shè)置足夠小的微分將等高線柵格化(設(shè)置較小微分的目的是使柵格化結(jié)果更平滑),柵格化結(jié)束會自動生成可供DTM系統(tǒng)分析的GRD數(shù)據(jù)。這時可以使用DTM系統(tǒng)的格網(wǎng)坡向坡元圖繪制功能輸出全區(qū)的坡度分級圖,還可以使用格網(wǎng)立體圖功能生成直觀的立體模型。

坡度分級圖和前面制作的權(quán)屬圖庫進一步疊加分析,還可以生成全區(qū)各行政村的所屬坡度級別和立體格網(wǎng)圖。這項地形分析成果將為規(guī)劃決策提供很有價值的基礎(chǔ)依據(jù)。

1.4 規(guī)劃區(qū)域農(nóng)民收入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立

農(nóng)民人均年純收入是度量經(jīng)濟實力的重要指標,土地開發(fā)整理項目尤其是村莊整理項目能否實施,與該項指標關(guān)系密切。

農(nóng)民收入數(shù)據(jù)錄入計算機后,可以借助Excel等數(shù)據(jù)分析軟件進行數(shù)量上的研究。但是,要想獲得直觀的區(qū)域?qū)Ρ纫约斑M一步實現(xiàn)區(qū)域劃分,還需要GIS技術(shù)的幫助。將農(nóng)民收入數(shù)據(jù)和行政區(qū)圖掛接后,將可以實現(xiàn)真正地理意義上的分析研究。

MAPGIS平臺具備外掛數(shù)據(jù)庫的功能,可以借助合適的關(guān)鍵字,將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不太復雜的農(nóng)民收入數(shù)據(jù)掛入圖形。

借助MAPGIS屬性管理子系統(tǒng),使行政區(qū)圖外掛關(guān)系數(shù)據(jù)庫中已存在的農(nóng)民收入數(shù)據(jù)。技術(shù)流程如下:規(guī)范整理農(nóng)民收入屬性表格→保證圖形文件與表格文件存在可以連接的關(guān)鍵字段→打開MAPGIS屬性管理子系統(tǒng)→執(zhí)行連接表格功能→保存圖形文件。

1.5 相關(guān)規(guī)劃中土地開發(fā)整理限制區(qū)的判別與提取

一般情況下,各地林業(yè)部門會進行退耕還林評價并劃定生態(tài)退耕區(qū)域;水利部門對一些重要的內(nèi)河航道和泄洪區(qū)域也有禁止搞建設(shè)項目和開墾農(nóng)田的規(guī)定;在交通部門“十五”計劃中,重點建設(shè)項目的通行區(qū)域自然也不宜安排土地開發(fā)整理;1997~2010年土地利用總體規(guī)劃劃定的旅游用地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地等用途管制區(qū),進行土地開發(fā)整理則會違背用途管制規(guī)則。這些不宜進行開發(fā)整理的區(qū)域雖然可以在圖紙上找到明確的位置和邊界,但在各部門小比例尺的規(guī)劃圖上,目視判定和手工劃界的誤差顯而易見。借助MAPGIS強大的空間分析功能,將可以避免這種誤差。

(1)將各部門包含土地開發(fā)整理限制區(qū)的規(guī)劃圖件掃描矢量化入計算機,圖形坐標系統(tǒng)校正完畢后,在MAPGIS輸入編輯子系統(tǒng)中錄入各類限制區(qū)的屬性。

(2)打開MAPGIS空間分析子系統(tǒng),調(diào)入限制區(qū)文件和原已制作的權(quán)屬圖庫區(qū)文件,執(zhí)行區(qū)與區(qū)的判別分析,將把相關(guān)規(guī)劃限制區(qū)的屬性賦給所在的區(qū)圖元。

2 土地開發(fā)整理潛力調(diào)查數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

2.1 借助MAPINFO 和VBA 實現(xiàn)圖形與屬性的完整掛接

實踐表明,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復雜、數(shù)據(jù)量巨大的屬性表很難掛進圖形,這個缺陷在河南省部分縣(市) 1∶10000土地利用現(xiàn)狀建庫工作中已經(jīng)被充分證明。為解決上述問題,本文嘗試借用MAPINFO強大的屬性管理功能。

作為桌面型的GIS平臺,MAPINFO的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或許并不如MAPGIS完美,但基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的設(shè)計使該系統(tǒng)與一般屬性數(shù)據(jù)格式幾乎完全兼容。在規(guī)劃建庫實踐中,本文總結(jié)出以下掛庫流程:①清除調(diào)查數(shù)據(jù)表中的特殊格式,比如合并單元格、帶公式單元格等;②把數(shù)據(jù)表存為DBF格式;③使用MAPGIS/文件轉(zhuǎn)換子系統(tǒng),轉(zhuǎn)換MAPGIS圖形文件為MAPINFO交換格式;④在MAPINFO中把交換格式文件轉(zhuǎn)為MAPINFO內(nèi)部格式;⑤把DBF數(shù)據(jù)表裝入MAPINFO工作區(qū);⑥使用MAPINFO“更新列”功能,掛接屬性表與圖形表;⑦轉(zhuǎn)出掛好的圖形表;⑧使用MAPGIS文件轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)把交換格式圖形還原為MAPGIS格式并保存;⑨檢查掛好的圖形文件有無變形和屬性丟失。

需要說明的是,MAPINFO與MAPGIS兩個平臺的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)畢竟不同,在頻繁轉(zhuǎn)換圖形格式的過程中也許會出現(xiàn)圖形變形和丟失,這種缺陷可以用整圖變換的方法來避免。

2.2 農(nóng)田整理潛力調(diào)查數(shù)據(jù)庫的建立

農(nóng)田整理潛力調(diào)查表的基本格式如下:行政村、隸屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)田面積、零星地、輔助地。為完整存儲農(nóng)田整理潛力調(diào)查數(shù)據(jù)并最大程度的減少存儲空間,圖形文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計為表1。

表1 農(nóng)田整理潛力調(diào)查區(qū)屬性結(jié)構(gòu)

在MAPGIS屬性管理子系統(tǒng)中為權(quán)屬區(qū)文件創(chuàng)建上述屬性結(jié)構(gòu),然后保存文件,并打開存儲有補充調(diào)查數(shù)據(jù)的表格文件;這時采用上述掛庫方法即可開始掛庫;屬性掛接完畢,農(nóng)田整理潛力調(diào)查數(shù)據(jù)庫即建成。

2.3 村莊整理潛力調(diào)查數(shù)據(jù)庫的建立

村莊整理潛力調(diào)查表的基本格式如下:行政村、隸屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊面積、農(nóng)村人口、期末人口、閑置土地、用地標準。為完整存儲村莊整理潛力調(diào)查數(shù)據(jù)并最大程度的減少存儲空間,圖形文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計為表2。

表2 村莊整理潛力調(diào)查區(qū)屬性結(jié)構(gòu)

2.4 土地開發(fā)潛力調(diào)查數(shù)據(jù)庫的建立

經(jīng)規(guī)范整理后,土地開發(fā)潛力調(diào)查表可轉(zhuǎn)換為如下格式:行政村、隸屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)、宜開發(fā)面積、增加農(nóng)用地、增加耕地。為完整存儲土地開發(fā)潛力調(diào)查數(shù)據(jù)并最大程度的減少存儲空間,圖形文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計為表3。

表3 土地開發(fā)潛力調(diào)查區(qū)屬性結(jié)構(gòu)

3 基于 GIS 的土地整理潛力評價

3.1 農(nóng)田整理潛力研究模型

農(nóng)田整理潛力就是指耕地整理后可以新增耕地的潛力,該潛力來源于農(nóng)田中零星未利用地和輔助生產(chǎn)設(shè)施用地的縮減與轉(zhuǎn)化,基于以上思想,將耕地整理潛力測算模型制作如下:

a=k-a′;Δs=a×s

式中,a為增加耕地系數(shù);k為零星未利用地、輔助設(shè)施用地占農(nóng)田比率;a′為標準農(nóng)田系數(shù);Δs為可增加耕地面積;s為農(nóng)田面積。

模型中各項參量存儲在補充調(diào)查數(shù)據(jù)庫中,要獲得潛力測算結(jié)果,只需采用合適的GIS數(shù)據(jù)庫查詢工具。MAPGIS空間分析子系統(tǒng)具備基本的屬性運算功能,可以滿足潛力測算的要求。執(zhí)行查詢只能求出Δs,經(jīng)過多次使用雙屬性四則運算,最終可獲得耕地整理潛力。

測算出農(nóng)田整理潛力后,還需要對所有耕地整理潛力評價單元進行潛力級別的劃分,該環(huán)節(jié)可以在MAPGIS輸入編輯子系統(tǒng)中,組合使用“根據(jù)屬性賦參數(shù)”、“根據(jù)參數(shù)賦屬性”等命令來實現(xiàn)。

3.2 村莊整理潛力研究模型

村莊整理潛力即是對村莊用地進行整理后增加農(nóng)用地尤其是耕地的空間。村莊潛力來源于農(nóng)村人口的轉(zhuǎn)移和人均建設(shè)用標準的下降。村莊潛力測算模型可以制定如下:

Z=ΔS×K;ΔS=S0 -St;a=Z/S0;St=B×Qt

式中,Z為增加耕地面積,K為標準比率,ΔS為增加農(nóng)用地面積,S0 為規(guī)劃基期農(nóng)村居民點面積,St為規(guī)劃期末農(nóng)村居民點面積,a為增加耕地系數(shù),B為規(guī)劃人均用地標準,Qt 為規(guī)劃期末農(nóng)村人口數(shù)。

模型中各種參量存儲在前期工作所建立的GIS數(shù)據(jù)庫中,可以使用GIS屬性運算工具進行查詢處理,以獲得村莊整理潛力。

在測算村莊整理潛力時,采用MAPINFO的SQL查詢功能。執(zhí)行查詢將獲得所有村莊潛力評價單元增加耕地、增加農(nóng)用地和增加耕地系數(shù)等潛力測算結(jié)果。通過執(zhí)行類似的SQL查詢語句,同樣可以實現(xiàn)村莊整理潛力級別的劃分。

3.3 土地整理潛力匯總結(jié)果的輸出

上述各類潛力研究均在GIS環(huán)境下進行,獲得的研究結(jié)果仍然存儲于GIS數(shù)據(jù)庫,而GIS在文字和表格編輯方面并不具備優(yōu)勢,為了便于進一步數(shù)據(jù)分析和成果輸出,需要把GIS數(shù)據(jù)庫中的潛力數(shù)據(jù)輸出為獨立的電子表格,而不是仍然依附于圖形數(shù)據(jù)。

MAPGIS的屬性管理子系統(tǒng)在海量屬性數(shù)據(jù)管理方面存在一定的穩(wěn)定性問題,并且很難與其他屬性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)順利對話。借助MAPGIS的另一子系統(tǒng)“報表定義”,可以彌補屬性管理系統(tǒng)的不足,避免字段丟失:①把GIS數(shù)據(jù)庫中包含潛力評價屬性成果的圖形文件調(diào)入MAPGIS屬性管理工作區(qū),轉(zhuǎn)換為MAPGIS內(nèi)部屬性表文件——WB格式,該轉(zhuǎn)換不必設(shè)置ODBC;②打開MAPGIS報表定義子系統(tǒng),使用其屬性轉(zhuǎn)文本的功能,把WB表文件進一步轉(zhuǎn)換為特定的數(shù)據(jù)庫自由表,這樣就完成了潛力數(shù)據(jù)的輸出;③使用Excel等電子表格系統(tǒng)就能制作出格式美觀的潛力匯總表。

在河南省部分縣(市)土地開發(fā)整理規(guī)劃的編制過程中,MAPGIS、MAPINFO等GIS軟件被充分利用,Excel和Word等辦公軟件中的VBA開發(fā)工具也顯示了強大的數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢。GIS軟件和VBA技術(shù)相結(jié)合,部分實現(xiàn)了規(guī)劃信息處理自動化,也使一些人工難于處理的問題得到了較好的解決。

參考文獻

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arcgis10怎么做場地適宜性分析?

適宜性分析是指土地針對某種特定開發(fā)活動的分析,這些開發(fā)活動包括農(nóng)業(yè)應(yīng)用、城市化選址、作物類型布局、道路選線、選擇重新造林的最適宜的土地等。

這些在GIS中最簡單的就是權(quán)重打分和模糊邏輯疊加模型,就是選定評價因子,給每個因子一定的權(quán)重,然后在屬性表里進行模型計算,然后對計算結(jié)果展現(xiàn)在平面地圖上,可以用等值線,也可以用網(wǎng)格來表達。

GIS在項目應(yīng)用中的意義

GIS技術(shù)在環(huán)境保護中的應(yīng)用

隨著我國環(huán)境信息化的快速發(fā)展和計算機新技術(shù)在環(huán)境保護領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,環(huán)境信息系統(tǒng)在環(huán)境保護管理和決策工作中發(fā)揮著越來越重要的作用。而地理信息系統(tǒng)技術(shù)的出現(xiàn)為環(huán)境保護工作邁向信息化、現(xiàn)代化提供了技術(shù)支持。

目前,全國27個省級環(huán)保局及一百多個城市環(huán)保部門都已購置了ESRI公司的ARCGIS、ARCVIEW地理信息系統(tǒng)平臺軟件和相應(yīng)的硬件設(shè)施,大部分省市已經(jīng)建立環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,在GIS平臺上開發(fā)了城市環(huán)境地理信息系統(tǒng)、重點流域水資源管理、環(huán)境污染應(yīng)急預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)等,取得了顯著的成效。

2.1應(yīng)用GIS制作環(huán)境專題圖

環(huán)境制圖是環(huán)境科學研究的基本工具和手段。與傳統(tǒng)的、周期長、更新慢的手工制圖方式相比,利用GIS建立起地圖數(shù)據(jù)庫,可以達到一次投入、多次產(chǎn)出的效果。它不僅可以用戶輸出全要素地形圖,而且可以根據(jù)用戶需要分層輸出各種專題圖,如污染源分布圖、大氣質(zhì)量功能區(qū)劃圖等等。GIS的制圖方法比傳統(tǒng)的人工繪圖方法要靈活得多,在基礎(chǔ)電子地圖上,通過加入相關(guān)的專題數(shù)據(jù)就可迅速制作出各種高質(zhì)量的環(huán)境專題地圖。可以根據(jù)實際需要從符號和顏色庫中選擇圖件,使之更好地突出專題效果和特性。

2.2應(yīng)用GIS建立各種環(huán)境地理信息系統(tǒng)

各級環(huán)保部門在日常管理業(yè)務(wù)中,需要采集和處理大量的、種類繁多的環(huán)境信息。而這些環(huán)境信息85%以上與空間位置有關(guān)。GIS的強大功能之一是它的空間數(shù)據(jù)的采集、編輯、處理功能和對空間數(shù)據(jù)的管理能力。使用GIS,可以建立各種環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫。例如:污染源空間信息數(shù)據(jù)庫(包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等污染源數(shù)量、屬性和污染源發(fā)生的地域范圍)、環(huán)境質(zhì)量信息數(shù)據(jù)庫(包括空氣、水、噪聲等),GIS能夠把各種環(huán)境信息與其地理位置結(jié)合起來進行綜合分析與管理,以實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的輸入、查詢、分析、輸出和管理的可視化。例如,基于GIS平臺,廈門市建立了城市環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫和污染源監(jiān)測屬性數(shù)據(jù)庫,開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)化城市環(huán)境質(zhì)量地理信息系統(tǒng),該系統(tǒng)涵蓋了大氣、地表水、聲學環(huán)境的監(jiān)測信息,以分布圖、專題圖、三維模型等形式,生動直觀地反映環(huán)境質(zhì)量狀況。由于采用了因特網(wǎng)的GIS開發(fā)技術(shù),該系統(tǒng)可以在Internet/Intranet上運行。

2.3 GIS應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測

在環(huán)境監(jiān)測過程中,利用GIS技術(shù)可對實時采集的數(shù)據(jù)進行存儲、處理、顯示、分析,實現(xiàn)為環(huán)境決策提供輔助手段的目的。如廣東省以東深流域自然環(huán)境地理信息為基礎(chǔ),對東深流域的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行存儲處理,利用GIS技術(shù)開發(fā)了東深流域水環(huán)境管理信息。該系統(tǒng)直觀顯示和分析東深流域水環(huán)境現(xiàn)狀、污染源分布、水環(huán)境質(zhì)量評價,追蹤污染物來源。可結(jié)合數(shù)字地圖查詢歷年監(jiān)測數(shù)據(jù)及各種統(tǒng)計數(shù)據(jù),進行空間分析(如緩沖區(qū)查詢與分析)、輔助決策(容量計算及污染狀況的預(yù)測)為流域水環(huán)境的科學化管理和決策提供了先進的科學手段。

2.4 GIS應(yīng)用于自然生態(tài)現(xiàn)狀分析

在進行自然生態(tài)現(xiàn)狀分析過程中,利用GIS可以比較精確地計算水土流失、荒漠化、森林砍伐面積等,客觀地評價生態(tài)破壞程度和波及的范圍,為各級政府進行生態(tài)環(huán)境綜合治理提供科學依據(jù)。國家環(huán)保總局把GIS技術(shù)與遙感技術(shù)相結(jié)合,對我國西部12省的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進行調(diào)查,得到了西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境的空間分布與空間統(tǒng)計狀況、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況和生態(tài)環(huán)境變化的空間規(guī)律特點,為該地區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展與資源環(huán)境的可持續(xù)利用提供了科學依據(jù)。青海省遙感中心將“3S”技術(shù)運用到青海湖環(huán)湖重點區(qū)域調(diào)查上,快速查清了該區(qū)域土地利用、土地覆蓋現(xiàn)狀,建立了生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫和生態(tài)環(huán)境評價指標體系,為政府規(guī)劃決策、資源開發(fā)、環(huán)境保護提供了寶貴資料。

2.5 GIS應(yīng)用于環(huán)境應(yīng)急預(yù)警預(yù)報

建立重大環(huán)境污染事故區(qū)域預(yù)警系統(tǒng),能夠?qū)κ鹿曙L險源的地理位置及其屬性、事故敏感區(qū)域位置及其屬性進行管理,提供污染事故的大氣、河流污染擴散的模擬過程和應(yīng)急方案。例如,大連市的“重大污染事故區(qū)域預(yù)警系統(tǒng)”把重大污染事故的多種預(yù)測模型與GIS技術(shù)相結(jié)合,當某一風險源發(fā)生事故時提供應(yīng)急措施、報警信息和救援信息,為重大污染事故應(yīng)急指揮奠定了基礎(chǔ)。上海市應(yīng)用GIS、RS與GPS技術(shù)開發(fā)了環(huán)保應(yīng)急熱線系統(tǒng),該系統(tǒng)采用GIS技術(shù)進行污染源搜索和定位;將GIS與GPS結(jié)合起來,用于出警指揮和導航;用RS技術(shù)獲取地面信息,解決了GIS基礎(chǔ)底圖動態(tài)更新問題。通過“3S”技術(shù)的綜合應(yīng)用,更好地發(fā)揮了GIS在環(huán)保執(zhí)法和應(yīng)急事件中的作用。

2.6 GIS應(yīng)用于環(huán)境質(zhì)量評價和環(huán)境影響評價

由于GIS能夠集成管理與場地密切相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù),因而也是綜合分析評價的有力工具。環(huán)境影響評價是對所有的改、擴、建項目可能產(chǎn)生的環(huán)境影響進行預(yù)測評價,并提出防止和減緩這種影響的對策與措施。利用GIS的空間分析功能,可以綜合性地分析建設(shè)項目各種數(shù)據(jù),幫助確立環(huán)境影響評價模型。由于GIS系統(tǒng)具有層的結(jié)構(gòu),可將不同的環(huán)境影響進行計算并疊加。深圳市環(huán)境保護研究所已利用GIS技術(shù)進行編制環(huán)境影響評價報告書和制圖。

在區(qū)域環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價工作中,可將地理信息與大氣、土壤、水、噪聲等環(huán)境要素的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合在一起,利用GIS軟件的空間分析模塊,對整個區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進行客觀、全面的評價,以反映出區(qū)域中受污染的程度以及空間分布情況。如通過疊加分析,可以提取該區(qū)域內(nèi)大氣污染布圖、噪聲分布圖;通過緩沖區(qū)分析,可顯示污染源影響范圍等。

2.7 GIS應(yīng)用于水環(huán)境管理

水環(huán)境信息具有明顯的空間屬性和層次屬性,利用GIS可以更加明確地揭示不同區(qū)域的水環(huán)境狀況,反映水體環(huán)境質(zhì)量在空間上的變化趨勢。可以更加直觀地反映如污染源、排污口、監(jiān)測斷面等環(huán)境要素的空間分布。利用GIS還可以進行污染源預(yù)測、水質(zhì)預(yù)測、水環(huán)境容量計算、污染物削減量的分配等,以表格和圖形的方式為水環(huán)境管理決策提供多方位、多形式的支持。目前,全國各省環(huán)保局正在使用GIS軟件進行各省水環(huán)境功能區(qū)劃匯總工作,在此基礎(chǔ)上,進一步開發(fā)水環(huán)境功能區(qū)管理信息系統(tǒng),實現(xiàn)水環(huán)境數(shù)據(jù)查詢、水質(zhì)評價、統(tǒng)計分析、水質(zhì)預(yù)測等功能,將各種水環(huán)境信息以可視化的方式表達,對水環(huán)境的科學管理將具有非常重要的意義。

GIS技術(shù)在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

0 引言

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展、空間技術(shù)的日新月異及計算機圖形學理論的日漸完善,GIS(Geographic Information System)技術(shù)也日趨成熟,并且逐漸被人們所認識和接受。近年來,GIS被世界各國普遍重視,尤其是“數(shù)字地球”概念的提出,使其核心技術(shù)GIS更為各國政府所關(guān)注。目前,以管理空間數(shù)據(jù)見長的GIS已經(jīng)在全球變化與監(jiān)測、軍事、資源管理、城市規(guī)劃、土地管理、環(huán)境研究、農(nóng)作物估產(chǎn)、災(zāi)害預(yù)測、交通管理、礦產(chǎn)資源評價、文物保護、濕地制圖以及政府部門等許多領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。當前GIS正處于急劇發(fā)展和變化之中,研究和總結(jié)GIS技術(shù)發(fā)展,對進一步開展GIS研究工作具有重要的指導意義。因此,本文就目前GIS技術(shù)的研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢進行總結(jié)和分析。

1 GIS研究現(xiàn)狀及其分析

1.1 GIS研究現(xiàn)狀

世紀90年代以來,由于計算機技術(shù)的不斷突破以及其它相關(guān)理論和技術(shù)的完善,GIS在全球得到了迅速的發(fā)展。在海量數(shù)據(jù)存儲、處理、表達、顯示及數(shù)據(jù)共享技術(shù)等方面都取得了顯著的成效,其概括起來有以下幾個方面[1]:①硬件系統(tǒng)采用服務(wù)器/客戶機結(jié)構(gòu),初步形成了網(wǎng)絡(luò)化、分布式、多媒體GIS;②在GIS的設(shè)計中,提出了采用“開放的CIS環(huán)境”的概念,最終以實現(xiàn)資源共享、數(shù)據(jù)共享為目標;③高度重視數(shù)據(jù)標準化與數(shù)據(jù)質(zhì)量的問題,并已形成一些較為可行的數(shù)據(jù)標準;④面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)已經(jīng)問世,正在發(fā)展稱之為“對象——關(guān)系DBMS(數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))”;⑤以CIS為核心的“3S”技術(shù)的逐漸成熟,為資源與環(huán)境工作提供了空間數(shù)據(jù)新的工具和方法;⑥新的數(shù)學理論和工具采用CIS,使其信息識別功能、空間分析功能得以增強等等。

在GIS技術(shù)不斷發(fā)展下,目前GIS的應(yīng)用已從基礎(chǔ)信息管理與規(guī)劃轉(zhuǎn)向更復雜的區(qū)域開發(fā)、預(yù)測預(yù)報,與衛(wèi)星遙感技術(shù)相結(jié)合用于全球監(jiān)測,成為重要的輔助決策工具。據(jù)有關(guān)部門估計,目前世界上常用的GIS軟件己達400多種[2].國外較著名的GIS軟件產(chǎn)品有[3]:Auotodesk系列產(chǎn)品、Arc/Info、MapInfo及其構(gòu)件產(chǎn)品、Intergraph、Microstation等,還有Web環(huán)境下矢量地圖發(fā)布的標準和規(guī)范,如XML、GML、SVG等等。我國GIS軟件研制起步較晚,比較成熟的測繪軟件主要有南方CASS,MapGIS,GeoStar,SuperMap等。盡管現(xiàn)存的GIS軟件很多,但對于它的研究應(yīng)用,歸納概括起來有二種情況:一是利用GIS系統(tǒng)處理用戶的數(shù)據(jù);二是在GIS的基礎(chǔ)上,利用它的開發(fā)函數(shù)庫二次開發(fā)用戶專用的GIS軟件。目前已成功應(yīng)用包括資源管理、自動制圖、設(shè)施管理、城市和區(qū)域規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類別的一百多個領(lǐng)域。在美國及發(fā)達國家,GIS的應(yīng)用遍及環(huán)境保護、災(zāi)害預(yù)測、城市規(guī)劃建設(shè)、政府管理等眾多領(lǐng)域。近年來,隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展,加速了GIS應(yīng)用的進程,在城市規(guī)劃管理、交通運輸、測繪、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮r重要的作用,取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1.2 當前GIS發(fā)展存在的主要問題

基于以上GIS技術(shù)現(xiàn)狀研究,本文分析認為GIS技術(shù)在模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面存在著不足,一定程度上制約了GIS技術(shù)的發(fā)展。

(1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面存在的問題

目前通用的GIS主要有矢量、柵格或兩者相加的混合系統(tǒng),即使是混合系統(tǒng)實際上也是將兩類數(shù)據(jù)分開存儲,當需要執(zhí)行不同的任務(wù)時采用不同的數(shù)據(jù)形式。在矢量結(jié)構(gòu)方面,其缺點是處理位置關(guān)系(包括相交、通過、包含等)相當費時,且缺乏與DEM和RS直接結(jié)合的能力。在柵格結(jié)構(gòu)方面,存在著柵格數(shù)據(jù)分辨率低,精度差;難以建立地物間的拓撲關(guān)系;難以操作單個目標及柵格數(shù)據(jù)存貯量大等問題[4].

(2)GIS模型存在的問題

傳統(tǒng)GIS模型是按照計算機的方法對客觀世界地理空間不自然的分割和抽象,使得人們認知地理空間的認知模型與計算機中的數(shù)據(jù)模型不能形成良好的對應(yīng)關(guān)系,難以表達復雜的地理實體,更難滿足客觀世界的整體特征要求。在GIS軟件開發(fā)中,如果語義分割不合理,將難以有效表達地理空間實體間的關(guān)系,這就導致較深層次的分析、處理操作難以實現(xiàn)。隨著GIS應(yīng)用需求領(lǐng)域的不斷開拓及計算機技術(shù)的迅速發(fā)展,對空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提出了更高的要求,使得傳統(tǒng)的地理空間數(shù)據(jù)模型力不從心,逐漸暴露其弊端。

目前,面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型一定程度上解決了傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)模型的某些不足,但是OODB(面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫)目前仍未在市場以及關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用方面被廣泛接受,因為OODB作為一個DBS還不太成熟,如缺少完全非過程性的查詢語言以及視圖、授權(quán)、動態(tài)模式更新和參數(shù)化性能協(xié)調(diào)等;且OODB與RDB之間缺少應(yīng)有的兼容性,因而使得大量的已建立起來的龐大的RDB客戶不敢輕易地去選擇OODB.

(3)其他方面亟待解決的問題

當前,GIS正處在一個大變革時期,GIS的進一步發(fā)展還面臨不少問題,主要表現(xiàn)在以下幾個方面[5]:①GIS設(shè)計與實現(xiàn)的方法學問題。在GIS設(shè)計與實現(xiàn)過程中缺乏面向?qū)ο蟮恼J知方法學和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法學的指導,導致GIS軟件系統(tǒng)的可靠性和可維護性差;②GIS的功能問題。當前以數(shù)據(jù)采集、存儲、管理和查詢檢索功能為主的GIS,不能滿足社會和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展在空間分析、預(yù)測預(yù)報、決策支持等方面的要求,直接影響到GIS的應(yīng)用效益和生命力;③三維GIS模型及可視化問題。目前大多數(shù)GIS軟件的圖形顯示是基于二維平面的,即使是三維效果顯示也是采用DEM的方法來處理表達地形的起伏,涉及到地底下真三維的自然和人工現(xiàn)象顯得無能為力。

2 GIS未來發(fā)展趨勢

2.1數(shù)據(jù)管理方面

(1)多比例尺、多尺度和多維空間數(shù)據(jù)的表達[6]

對于多比例尺數(shù)據(jù)的顯示,將運用影像金字塔技術(shù)、細節(jié)分層技術(shù)和地圖綜合等技術(shù);而為了實現(xiàn)GIS的動態(tài)、實時和三維可視化,出現(xiàn)存儲真三維坐標數(shù)據(jù)的3D GIS和真四維時空GIS,這其中涉及了空間數(shù)據(jù)的海量存儲、時空數(shù)據(jù)處理與分析以及快速廣域三維計算與顯示等多項理論與技術(shù)[7].

(2)三庫一體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方向

空間數(shù)據(jù)庫向著真正面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型和圖形矢量庫、影像柵格庫和DEM格網(wǎng)庫三庫一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展[8].這種三庫一體化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變了以圖層為處理基礎(chǔ)的組織方式,實現(xiàn)了直接面向空間實體的數(shù)據(jù)組織,使多源空間數(shù)據(jù)的錄入與融合成為了可能,從而為GIS與遙感技術(shù)的集成創(chuàng)造了條件。

(3)基于空間數(shù)據(jù)倉庫(Spatial Data warehouse)的海量空間數(shù)據(jù)管理的研究

空間數(shù)據(jù)量非常大,而且數(shù)據(jù)大都分散在政府、私人機構(gòu)、公司的各個部門,數(shù)據(jù)的管理與使用就變得非常復雜,但這些空間數(shù)據(jù)又具有極大的科學價值和經(jīng)濟價值,因此大多數(shù)發(fā)達國家都比較重視空間數(shù)據(jù)倉庫的建立工作,許多研究機構(gòu)和政府部門都參與到空間數(shù)據(jù)倉庫建立的研究工作。

(4)利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進行知識發(fā)現(xiàn)

空間數(shù)據(jù)挖掘是從空間數(shù)據(jù)庫中抽取隱含的知識、空間關(guān)系以及其他非顯式的包含在空間數(shù)據(jù)庫中但以別的模式存在的信息供用戶使用,這是GIS應(yīng)用的較高層次。由于目前空間數(shù)據(jù)的組織與管理仍局限于二維、靜態(tài)、單時相,且仍以圖層為處理基礎(chǔ),因此,當前的GIS軟件和空間數(shù)據(jù)庫還不能有效地支持數(shù)據(jù)挖掘。

2.2技術(shù)集成方面

(1)“3S”集成

“3S”是GPS(全球定位系統(tǒng))、RS(遙感)和GIS的簡稱,“3S”集成是指將遙感、空間定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)這三種對地觀測技術(shù)有機地集成在一起。地理信息是一種信息流,RS、GPS和GIS中任何一個系統(tǒng)都只側(cè)重于信息流特征中的一個方面,而不能滿足準確、全面地描述地理信息流的要求。因此,無論從物質(zhì)運動形式、地學信息的本質(zhì)特征還是“3S”各自的技術(shù)特征來說,“3S”集成都是科技發(fā)展的必然結(jié)果。

目前,“3S”集成還僅限于兩兩結(jié)合方式,這是“3S”集成的初級和基礎(chǔ)起步階段,其核心是GIS與RS的結(jié)合。這種兩兩結(jié)合雖然優(yōu)于單一系統(tǒng),但是仍然存在以下缺陷。將“3S”進行集成從而形成一體化的信息技術(shù)體系是非常迫切的。這種集成包括空基“3S”集成和地基“3S”集成,即在硬件方面建立具有同步獲取涉譜數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的高重復觀測能力的平臺,而在軟件方面使GIS支持數(shù)據(jù)封裝,同時解決圖形和圖像數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理問題。

(2)GIS與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)是一種最有效地模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動等行為的高級人機交互技術(shù),是當代信息技術(shù)高速發(fā)展和集成的產(chǎn)物。從本質(zhì)上說,虛擬現(xiàn)實就是一種先進的計算機用戶接口,通過計算機建立一種仿真數(shù)字環(huán)境,將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形、聲音和接觸感受,利用多種傳感設(shè)備使用戶“投入”到該環(huán)境中,用戶可以如同在真實世界那樣“處理”計算機系統(tǒng)所產(chǎn)生的虛擬物體。將虛擬和重建逼真的、可操作的地理三維實體,GIS用戶在客觀世界的虛擬環(huán)境中能更有效的管理、分析空間實體數(shù)據(jù)。因此,開發(fā)虛擬GIS已成為GIS發(fā)展的一大趨勢。

(3)分布式技術(shù)、萬維網(wǎng)與GIS的結(jié)合[9]

目前,隨著Internet技術(shù)的迅猛發(fā)展,其應(yīng)用已經(jīng)深人到各行各業(yè),作為與我們?nèi)粘I钕⑾⑾嚓P(guān)的GIS也不例外,它們的結(jié)合產(chǎn)生了web GIS.當前Web GIS系統(tǒng)已經(jīng)得到迅速的發(fā)展,到1999年1月,僅在美國出現(xiàn)的這類系統(tǒng)就有23種之多。又由于客戶端可能會采用新的應(yīng)用協(xié)議,因此也被認為是Internet GIS.

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,分布式計算的優(yōu)勢日益凸顯,GIS與分布式技術(shù)結(jié)合也就成為必然,它們的結(jié)合即構(gòu)成了分布式CIS.它就是指利用最先進的分布式計算技術(shù)來處理分布在網(wǎng)絡(luò)上的異構(gòu)多源的地理信息,集成網(wǎng)絡(luò)上不同平臺上的空間服務(wù),構(gòu)建一個物理上分布,邏輯上統(tǒng)一的GIS.它與傳統(tǒng)GIS最大的區(qū)別在于它不是按照系統(tǒng)的應(yīng)用類別、運行環(huán)境劃分的,而是按照系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分布特征和針對其中數(shù)據(jù)處理的計算特征而分類的。

(4)移動通信技術(shù)與CIS的結(jié)合發(fā)展[10]

WAP/WML技術(shù)作為無線互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的一個熱點,已經(jīng)顯示了其巨大的應(yīng)用前景和市場價值。WAP柳ML技術(shù)與GIS技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)生了移動GIS(Mobile GIS)應(yīng)用和無線定位服務(wù)LBS(Location一basedServices)。通過WAR/WML技術(shù),移動用戶幾乎可以在任何地方、時間獲得網(wǎng)絡(luò)提供的各種服務(wù)。無線定位服務(wù)將提供一個機會使GIS突破其傳統(tǒng)行業(yè)的角色而進人到主流的IT技術(shù)領(lǐng)域里。大多數(shù)的分析家都認為,到2010年,無線網(wǎng)絡(luò)將成為全球數(shù)據(jù)傳送的主要途徑。GIS的未來將會由其機動性所決定。

當前用于地理信息交互的語言還不足以完成真正的“設(shè)備無關(guān)接口”的互操作。各種移動設(shè)備對于從地理信息服務(wù)器所獲得的信息,其表現(xiàn)方式是各不相同的,用戶輸人方式也不相同。因此,對于不同的移動設(shè)備需要一種統(tǒng)一的標記語言。無線定位服務(wù)將提供一個機會使GIS突破其傳統(tǒng)行業(yè)的角色而進人到主流的IT技術(shù)領(lǐng)域里:大多數(shù)的分析家都認為,到2010年,無線網(wǎng)絡(luò)將成為全球數(shù)據(jù)傳送的主要途徑。GIS的未來將會由其機動性所決定。

(5)GIS與決策支持系統(tǒng)(DSS)的集成[11]

決策支持系統(tǒng)(Decision Support System,簡稱DSS)是以管理學、運籌學、控制論、行為科學和人下智能為基礎(chǔ),運用信息仿真和計算手段為基礎(chǔ),綜合利用現(xiàn)有的各種數(shù)據(jù)庫、信息和模型來輔助決策者或決策分析人員解決結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化問題,甚至非結(jié)構(gòu)化問題的人機交互系統(tǒng)。

目前,絕大多數(shù)的GIS還僅限于圖形的分析處理,缺乏對復雜空間問題的決策支持,而目前絕大多數(shù)的DSS則無法向決策者提供一個友好的可視化的決策環(huán)境。因此,將GIS與DSS相集成,最終形成空間決策支持系統(tǒng)(SDSS),借助GIS強大的空間數(shù)據(jù)處理分析功能,并在DSS中嵌入空間分析模塊,從而輔助決策者求解復雜的空間問題,這是GIS應(yīng)用向較高層次的發(fā)展。其中SDSS中知識的表達、獲取和知識推理以及模型庫、知識庫、數(shù)據(jù)庫三庫接口的設(shè)計是啞待解決的關(guān)鍵問題。

2.3 發(fā)展歷程方面

自20世紀60年代世界上第一個GIS——加拿大地理信息系統(tǒng)(CGIS)問世以來,經(jīng)過40年的發(fā)展,GIS經(jīng)歷了三個階段的發(fā)展。目前,隨著第三代互聯(lián)網(wǎng)的提出與實施,以及計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的飛速發(fā)展,GIS即將步入第四代GIS發(fā)展階段。

第四代GIS軟件將在數(shù)據(jù)組織、存儲、檢索和運算等方面發(fā)生革命性的變革。數(shù)據(jù)組織應(yīng)該是面向空間實體的,空間位置只是實體眾多屬性中的一類,它應(yīng)和其它屬性有機地組織在一起并統(tǒng)一存放:“關(guān)系”概念和“關(guān)系運算”應(yīng)該加以擴充,應(yīng)該包括空間關(guān)系及其運算;傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化查詢語言應(yīng)該擴充,把空間關(guān)系及其查詢包括在里面;以倒排表為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫索引機制應(yīng)該擴展,建立至少包括拓撲關(guān)系在內(nèi)的新的索引機制;數(shù)據(jù)存儲機制應(yīng)該適應(yīng)空間數(shù)據(jù)提取和計算的要求等。只有實現(xiàn)數(shù)據(jù)真正的一體化存儲和處理,才能自由地、方便地、快速地實現(xiàn)人們所期望的處理功能。在功能上,第四代GIS軟件應(yīng)該具備支持數(shù)字地球(區(qū)域、城市)的能力,成為OS、DBMS之上的主要應(yīng)用集成平臺,它具有統(tǒng)一的海量存儲、查詢和分析處理能力、一定的三維和時序處理能力、強大的應(yīng)用集成能力和靈活的操縱能力,且具有一定的虛擬現(xiàn)實表達。

3 結(jié)束語

通過以上對GIS現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的分析,可以看出,GIS作為信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,正以前所未有的速度向前發(fā)展。把握當前GIS的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及不足,有利于人們預(yù)見GIS的發(fā)展趨勢,站在更高更遠的角度去揚長避短,較好地促進GIS技術(shù)的快速發(fā)展。隨著地理信息系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的建立和數(shù)字化住處產(chǎn)品在全世界的普及,GIS將深人到各行各業(yè)以至千家萬戶,成為人們生產(chǎn)、工作、學習和生活中不可缺少的工具和助手。

網(wǎng)站標題:gis技術(shù)的場地分析報告 gis應(yīng)用場景
網(wǎng)站網(wǎng)址:http://vcdvsql.cn/article20/doiehco.html

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