GIS论文资料合集

huangyustar

GIS系统对长途电信光缆线路维护和管理分析 1、引言 地理信息系统(Geographic Information Systems，简称GIS)是指在计算机软、硬件支持下，对现实客观世界的各类与地理信息有关的资源及描述这些资源特性的属性数据进行采集、储存、管理、运算、分析、查询、统计等功能的技术系统。它将地理对象的空间位置和相关属性有机结合，从地理空间和属性数据方面对现实资源对象进行查询、检索、统计和分析，并将结果以形象、直观的形式表达出来，为维护、分析、决策提供重要的支持平台。 长途电信光缆干线，覆盖全省各个地市电信分公司，它需要经过各类地形地貌，对地理环境依赖性很高。传统的维护方法，是利用逻辑地形图，大致描述干线光缆的走向。线路巡视人员需要很了解当地的地形特征，沿线巡查，它对人力劳动需求量较大。 如果建立一个基于地理信息系统的长途光缆干线计算机管理系统，以实际的地理地形图为背景图层。长途光缆干线图层，依据实际光缆走向，叠加在地理图层上，并且利用数据库作资源管理，那么，即使是非专业的长途光缆干线维护人员，也可以通过这个统一的系统平台，快速查看所属辖区范围的光缆线路走向，准确定位光缆故障危险隐患地方，依据GPS的定位，快速准确地判断故障发生地方，方便维护人员迅速到达故障发生点，提高维护质量。 通过建立本长途光缆线路维护系统，也可以为高层领导决策者提供了解长途光缆线路的资源利用情况，及时了解故障的发生地点并指挥处理。下面就逐层分析如何建设基于GIS系统的长途光缆线路管理系统。 2、利用GPS系统对现有矢量化背景电子地图进行整治 基于GIS系统的长途光缆管理系统，首先有必需覆盖全地域的矢量化电子地图。安徽电信本地网管线资源管理系统在建设时，制作了覆盖全省范围的矢量化电子地图。其中，市区的电子地图比例尺能达到1：500或1：1000的比例尺，农村的电子地图也达到了1：5000或1：10000。这些矢量化电子地图无疑是很好的资源。 现在，一般的长途光缆维护单位，利用AutoCAD电子地图，逻辑标明光缆线路图和路由图。可以利用GPS终端定位系统，精确地将AutoCAD电子地图，整合到全省的矢量化电子地图上去，充分利用原有的资源，节约了新的投资。 对于长途光缆线路来说，它是一个跨区域、跨本地网的线路管理，往往一条长途光缆要涉及好几个实际行政区域。因此，所需要的电子矢量化背景地图，必须首先要是一个全地域覆盖的电子地图。 长途光缆线路对矢量化背景电子地图的内容需求，也是必须要明确的。对于长途光缆线路的维护来说，更主要依赖于对电子地图上的道路、水系、交通、地形地貌特征、地名管理等都有很高的要求。因为地形地貌直接关系到埋在地下的长途光缆的安全级别，道路、水系、交通关系到线路故障时，如何利用最佳交通路由，第一时间赶到故障现场抢修等内容。 GPS系统（Global point system系统）是一个全球定位系统，最初是由美国军方开发的用于军事目标定位的系统,它由绕地球24颗卫星组成。目前已经部分开放为民用。它利用经纬度坐标系，准确地将地球上各个地方定位，并且可以通过一定的计算公式，将经纬度坐标系转换为我们所需要的西安80坐标系。因此，需要拥有一个精确的GPS手持定位终端，将原先已有的零散电子地图进行坐标整合，统一为一张整体的矢量化电子地图。并且可以将地图上的垃圾数据清理，减轻存储压力和数据处理速度。 3、本长途光缆线路维护和管理系统建设步骤 3.1 对长途光缆线路资源要统一命名和规范图标： 由于计算机在对数据的存储、处理、查询和统计时，对资源对象记录的唯一性要求高。传统的利用中文命名长途光缆资源的方式，将影响计算机的处理速度能力，也容易引起命名的复杂性和重叠性。因此，在建立长途光缆线路维护和管理系统时，我们首先要对所有长途光缆线路资源对象进行统一的规范性命名和编号，并且对所以对象要规范图标。 规范长途光缆线路资源对象的命名和图标内容包括：光缆干线，巡房，标石，标杆，护坡，巡检按钮等。 命名规则应该尽量使用英文字符，以提高计算机检索和处理速度。 命名应该符合唯一性、可扩展性、以物理性质为主、字符宽度适中为原则。 所有的对象命名应该作为关键字段处理，并且和相应的属性数据关联。例如：光缆干线的关联信息应该包括光缆名称、所属长线局、皮长、芯数、所开放的电路、所经过的巡房、主要包线员等信息。 界定维护线路分界点也应该统一命名，也要利用数据库进行管理，并且在地图上标识分界点，标明所属维护单位等信息。 对于所有长途光缆线路资源对象的图标，应该统一规范。例如：图标的形状、颜色、大小等。图标应该以容易辨别和更为形象标识该对象为主原则。 3.2 对地理上的特殊地段、地形等地貌特征进行管理： 现在，各个地方的城市化建设和乡村道路兴建和改造的步伐都很快，原先的地图肯定需要更新。这就需要集中培训各个长线局技术人员，让他们根据自己辖区的实际情况，实时更新地图信息。 在长途光缆线路的维护过程中，光缆路由和地形、地貌特征无疑是很重要的维护信息，它直接关系到光缆线路维护的实时性和高效性。我们必须要将光缆线路所经过的特殊地段、地貌特征，利用图形和数据库双重管理起来，并且对地形的险情状况做等级分级。从而我们可以通过数据库结合图形，方便地查询、定位和统计长线光缆所处的危险等级。 3.3 关于矢量化电子地图的地址匹配问题 本系统要建立电子地图的地名地址管理子系统。将全省的主要地名、地域、影响到光缆安全的地点等，利用数据库管理起来，并且要和电子地图上的实际位置进行关联。充分利用地图处理软件对地图的直观、精确、强大的数据分析能力，使实际电子地图的位置和数据库中的地址相匹配。 例如：我们输入一个地名，数据库便可以快速搜到与该地名相匹配的所属长线局、所属包区维护人员等信息，并且系统很快地在矢量化地图上精确定位到该地区，把该地区的光缆线路、维护情况等显示出来，大大提高查询的速度。 3.4 对于现有巡检系统的融合和资源环境预警系统管理问题 要将已经建立的巡检系统纳入本长途光缆线路管理维护系统。对所有的巡检按钮在电子地图上进行定位和标识。并要进行统一的规范命名和编号，利用数据库进行关联管理。 每个巡检按钮的采集数据，要进行危险等级分级，以区别光缆线路的安全状况。当巡检员巡检回来后，将采集的数据导入数据库系统。本系统进行分析之后，立即在电子地图上精确分级显示光缆线路所处环境的危险等级、位置等信息，方便管理者指挥调度，及时进行线路的维护工作，从而保证光缆干线的畅通率。这将有效地将现有的巡检考勤系统和资源环境预警系统融合在一起。 3.5 对于重要日志的管理 系统要具有自动记录日志的功能。管理者能够通过日志管理子系统，查询、统计登陆用户对本系统所进行的维护操作，提高系统的安全性。 4、软件的选择问题 知名的地理图形处理软件厂商不多，它们各有各的优点。现简要叙述笔者所接触到的部分软件。 MapX是MapInfo公司向用户提供的具有强大地图分析功能的ActiveX控件产品。它是一种基于Windows操作系统的标准控件，能支持绝大多数标准的可视化开发环境如Visual Basic、 Visual C++、Delphi、PowerBuilder等。编程人员在开发过程中可以选用自己最熟悉的开发语言，轻松地将地图功能嵌入到应用中，并且可以脱离MapInfo的软件平台运行。采用基于MapInfo Professional的相同的地图化技术，可以实现MapInfo Professional具有的绝大部分地图编辑和空间分析功能,将地图信息和光缆资源对象利用数据库管理起来。 ARCinfo也是一种地图处理软件。它也可以利用VB、Visual C++、Delphi、PowerBuilder或Delph等软件进行二次开发。将地理信息、长途光缆资源等信息利用数据库管理起来，但该软件的应用没有MapInfo公司的MapX应用广泛。 VB是Microsift公司推出的功能强大的可视化快速软件开发工具，它的可视化程序设计能力和语言功能及面向对象的特点,可与其它流行的高级语言相媲美,且使用VB开发应用系统，开发周期短，见效快。因此,很多GIS软件厂商乐意采用VB作为二次开发软件。 5、本系统要实现的功能 5.1 能够在全省或各个地市的电子地图上，创建、划出所辖区范围内的长线局、巡房，以及分层逐级创建长途光缆网络路由图，以及相应的地形、地貌特征的分布平面地图。 5.2 能够在地图上完成对各个长线局所管辖范围内的光缆线路、巡房、标石、护坡等各种资源信息的显示、查询和维护更新工作。 5.3 能够实现对各个长线局所管辖范围内的光缆线路、巡房、标石、护坡等资源的精确定位、查询、统计、分析功能。 5.4 能够根据用户需要，对自己辖区的指定地区长途光缆线路、更新路由图、线路维护情况等进行绘制，并且按规范模式打印出来，便于施工、维护、查询。 5.5 能够打印输出属性和图形信息。可以根据指定图层打印输出，可以通过面积图、直方图、折线图、饼图、X-Y图等专题图来形象直观的表述各类资源对象信息。 5.6 系统的设计，要便于维护，便于长线局出施工维护图，具有自动生成规范模式的维护图功能。 5.7 系统提供帮助功能，便于初学者尽快掌握本系统的应用。 6、系统的实现 6.1 本系统可以使用上述其中的一种地图处理软件和二次开发软件中的一种编程软件进行开发。使用地图处理软件来绘制、显示、维护和管理地理信息；使用二次开发软件，通过数据库连接件，将图形绘制对象的属性数据和数据库关联起来。 6.2 系统数据库的实现： 该系统的数据分为空间数据和属性数据两种。空间数据主要指与光缆线路走向、巡房位置、标石、护坡等相关的数据：如巡房的位置（坐标值）、唯一标识号等。属性数据指的是对象的属性记录：如长途光缆线路的名称、芯数、经过的巡房、所开的电路等。对于与地理信息有关的数据，可以用上述地图处理软件所提供的图层来表示和存储。对于属性数据则使用关系型数据库进行存储。 6.3 地图图层的划分： 使用地图处理软件所提供的图层管理器，可以自行生成图层组。该图层组可以根据用户需要，分别设置为：长途光缆线路层、巡房层、标石层、道路层、护坡层、巡检按钮层、文字标识层等。对于每一个图层，都可以控制其是否可显示、可编辑、可选择、可自动标注等功能，并且记录下各个图层的各种属性值。 6.4 地理信息增、删、改功能的实现： 地理信息的更新，原则上要进行集中维护为好。但考虑到各个地方的地理信息的变动比较频繁，只有本地方人最先知道的原则。因此，地理信息的增、删、改维护工作，应该由系统支撑中心和本地维护线路人员共同承担。先由本地维护人员提出修改要求，由支撑中心人员授权，再由本地维护线路人员对地理信息进行增、删、改维护，得到支撑中心人员检查核对正确后，方可确认进入地理信息更新，并且将相关联的数据导入数据库。 7、本文小结 地理信息系统（GIS）是当今世界刚兴起的热门学科，它广泛应用于和地理特征密切相关的水利、交通、地质、测绘、电力、煤气、电信等企事业单位和部门。它将电子图形和属性数据的完整结合，利用数据库进行管理，使它具有比传统管理方式无与伦比的优势。本人根据我局长途光缆线路维护与地理特征信息具有密切相关的特点，提出上述看法

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摘要：GIS产业的发展决定于GIS技术的广泛应用，GIS技术的应用关键在于寻找应用切入点，本文探讨了GIS在CRM（Customer Relationship Management）在应用，以期促进GIS在企业管理与决策及电子商务中的应用。 关键词： CRM GIS 物流 电子商务 GIS技术作为一种空间信息处理与分析技术，是在信息空间（Cyberspace）中构建与现实地理空间相对应的虚拟地理信息空间（数字地球、数字城市）并在管理与决策中应用的核心技术，具有广泛的应用前景。近年来，GIS技术应用已从主要为政府部门提供管理和决策服务，逐步拓展到为企业和社会提供服务。GIS技术融入信息技术的主流并进入千家万户已成为一个豢赡孀?某绷鳌? 随着信息技术的发展及其应用的深入，GIS技术应用领域将更加开阔，为GIS服务商提供了更多的商机。GIS应用领域的扩展，为GIS技术及其产业的发展提供了新的机遇。尽快寻找GIS技术在企业与社会中应用的切入点是下一步GIS产业发展的关键。 本文主要探讨GIS在CRM（客户关系管理）中的应用，为GIS技术应用于企业的管理与决策及电子商务的实施提供一个切入点。 1.1 客户关系管理系统 企业存在的目的在于为客户（消费者）提供服务，这种服务主要是有形和无形的产品的生产和售前、销售（含产品的运送）、售后服务，通过服务获得的利润促进企业的发展，使投资者得到回报。 图1 企业与客户关系示意图 企业作为服务提供者通过一定的沟通渠道（广告、电话、信件、传真、电子邮件、网站）与客户进行单向或双向沟通，建立对客户的服务（售前、销售、售后）关系。在市场经济条件下，一个企业不可能成为服务的唯一提供者，它要面对竞争对手激烈的市场竞争，只有建立良好的客户关系才能在市场竞争中立于不败之地。这就需要采用技术手段和建立一定的管理机制，完善企业与客户的沟通渠道，了解用户需求，改善服务，提高客户对企业的满意度和忠诚度，以争取更多的客户和更大的市场占有率。这种需求导致了CRM的产生，同时也是企业“以产品为中心模式”向“以客户为中心模式”转移的必然结果。 --CRM的实质是实现与销售、市场营销、客户服务和支持等领域的客户关系有关的商业流程自动化并对商业流程加以改善。CRM既是一套原则制度，也是一套软件和技术。它涉及客户与服务提供者沟通渠道的建立，商业流程、客户、客户服务、服务提供者等信息的管理与使用，更为重要的是CRM能够提取用户需求、服务质量和效果、市场情况的信息，为管理与决策服务，具有商业智能和分析能力。CRM构成了企业的信息门户（Enterprise Information Portal, EIP）。与面向企业内部商业流程（财务、制造、库存、销售、营销和人力资源管理）的自动化和优化的ERP（企业资源规划系统）相比，CRM专注于销售、营销、客户服务和支持等方面，在这些方面比ERP更进一步。ERP的运用可带来企业运作效率的提高，CRM通过管理与客户间的互动，努力减少销售环节，降低销售成本，发现新市场和渠道，提高客户价值、客户满意度、客户利润贡献度（profitability）、客户忠诚度，实现最终效果的提高。实际上，CRM的价值在于突出了销售管理、营销管理、客户服务与支持等方面的重要性，可以看成广义的ERP的一部分，二者应该能够形成无缝的闭环系统。 CRM系统的应用可以分为操作和分析决策两个层面。 1、 操作层面 主要是通过一定的沟通渠道获取客户的信息，并由系统的用户按照一定的工作流程，处理这些信息，并将信息的处理结果返回用户并向用户提交所需的服务。 操作层面应用要求建立单向或双向的沟通渠道，这种沟通渠道可以是传统的广告、邮件、传真、电话，也可以是现代化的基于Internet的沟通渠道，如电子邮件、BBS及应用服务系统。这些渠道所获得的信息都应该以电子数据的形式进入系统，在管理中使用。沟通渠道的建立核心是呼叫中心(Call Center)的建立。 在信息处理、反馈和服务的提供方面，工作流（Work flow）技术将应用于业务流程的管理和多用户协同工作的管理。 在信息处理和服务提供方面，系统要提供客户和对客户服务的有关信息的录入、修改、查询和检索功能。对于，需要提供有形产品运送服务的CRM系统，还要把物流管理纳入系统中。 2、分析决策层面 主要对CRM系统中的客户和服务信息进行数据挖掘，提取企业管理与决策所需的信息。在提取的信息中，有一个很重要的方面是客户的空间分布规律和影响客户空间分布的内在因素。 基于Internet和CTI的CRM系统实际是电子商务（E-Business）系统不可缺少的重要组成部分。 1.2 GIS在客户关系管理系统中的应用 GIS作为一种空间信息输入、处理、存贮、管理、分析和输出的技术，其应用的核心在于空间现象、过程和规律的可视化分析。表面上GIS与CRM是风牛马不相及的，但实际上，GIS技术是可以用于CRM系统中的。 首先，企业对客户提供的各种服务是发生在地球表面的，具有空间分布特性和空间尺度，尤其是需要通过运输的方式提供有形产品服务的企业，其产品的运输是一种典型的空间现象和过程，即所谓的物流。另外，企业作为服务提供者，其自身、分支机构及合作伙伴具有空间分布特性。 将GIS应用于CRM中，实现了CRM中服务提供者、客户和服务等信息的空间化（Spatial Enable）,可以挖掘CRM系统的信息中所隐含的空间现象、过程和规律，为企业的管理与决策服务。另外，GIS的网络分析功能可以用于企业为客户服务的物流管理。GIS在CRM中的应用，实质上是商业地理分析的一个具体应用。 组件式GIS软件，使GIS应用可以直接嵌入到CRM系统中，实现GIS应用与CRM一体化无缝集成；采用关系数据库存贮和管理空间数据使GIS数据与CRM数据可以统一存贮和管理。这些因素，使GIS技术在CRM中的应用成为可能。 Internet GIS技术的发展为GIS在CRM中的应用开拓更广阔的空间，用户可以把自身所在位址的空间信息通过Internet提交给服务企业，企业可以通过这一信息为用户提供服务，尤其是有形产品配送和物流管理，这将促进电子商务的发展。目前，北京超图公司开发Internet GIS软件的SuperMap IS已经实现了这种用户地址信息的Internet传输功能。 GIS技术在企业的应用不仅仅局限于CRM系统，还可以用于企业的设施管理（AM/FM）乃至ERP。 目前，GIS在CRM乃至电子商务中应用的制约因素，主要是所需的空间数据的获取问题，中国科学院地理信息产业发展中心与中科越秀信息产业发展有限公司联合开发的“中国之窗”多媒体地理信息系统光盘及即将建立的GIS网站将有助于问题的解决。另外，高空间分辨率小卫星遥感影像的面市也将有利于CRM所需空间数据的获取。 1.3 应用实例 北京超图地理信息技术有限公司为加强对自主开发的SuperMap系列软件的市场营销、销售及技术支持的管理，开发了一套客户关系管理软件，其中把GIS应用于客户空间分布的分析和市场决策。 该系统采用SQL Server和SuperMap 2000全组件式GIS软件进行开发，开发语言采用Visual Basic 6.0。系统实现了客户管理的主要功能，并增加了GIS的功能，实现了由图形查询所在区域的客户、由客户显示客户所在区域的图形、制作客户分布专题图的功能，为SuperMap系列软件的市场销售管理和决策提供了空间分析功能。 图4 区域内客户查询 图5 客户空间分布 1.4 小结 本文探讨了GIS在CRM应用可行性，其目的不仅仅局限于GIS在CRM的应用，更为重要的是为GIS在企业与社会的应用寻找切入点，通过这些切入点，促进GIS应用领域的拓宽，使空间信息资源能得到充分合理的利用，并推动GIS产业的发展。 参考文献 1、《计算机世界》 Internet呼叫中心与客户关系管理 http://www.e-works.net.cn/glxt/crm54.htm 2、骆驰骋 编译 CRM的衰落（一） http://go1.163.com/~crm/Page/gdwz2/crm_000911_01.html 3、 一焜《CRM在中国 》 http://go1.163.com/~crm/Page/gdwz2/crm_000813_01.html 4、 《 ChinaByte 综合消息》建立电子商务时代的客户服务中心 http://go1.163.com/~crm/Page/gdwz2/crm_000912_01.html 5、 辛志华 建立CRM数据库的几个原则http://go1.163.com/~crm/Page/development/crm_sjyz.html 6、CRM为电子商务把脉 http://go1.163.com/~crm/

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GIS系统中三维地形的建模与实现 贾鲁军 刘玉树 北京理工大学计算机科学工程系 100081 摘要:本文结合制作电子地图的实践，给出了近来使用较多的制作电子地图的方法，阐述了电子地图及其所归属的GIS系统在当今办公自动化工程中的重要性，并对该过程中的潜在问题和关键进行了论述。? 关键字:GIS 数字高程模型 数字地面模型 一、系统综述 信息产业已经越来越受到人们的重视，在这场革命中，越来越多的技术领域，包括边缘科学和应 用技术，正在迅速的崛起。地理信息系统（GIS）作为集成了计算机技术，地理学，测绘遥感学，管 理学等多门科学技术的新兴边缘学科而正在崛起。它是通过研究计算机技术和空间地理分布数据的结合，通过一系列的空间操作和分析方法，为地球科学和企业管理等提供决策管理的有用信息，迅速有效的解决问题。? GIS 结合了图形，图象数据，比单纯的数据库管理和CAD系统功能更加完善和实用，作为管理自动 化技术的一种，GIS正成为越来越重要的OA工具之一。GIS主要由以下四个部分组成：①信息获取与输入；②数据储存与管理；③数据转换与分析；④成果生成与输出。它的实现是通过使用数据库平台，图形支持系统和卫星通信等多种不同技术的结合，本文主要阐述GIS系统中的电子沙盘地图的制作及其浏览的实现。 电子地图的数据格式有许多种，基本的有栅格模型数据和矢量模型数据两种。栅格（Raster）空 间模型中地图被分割成有规则的网格，网格的基本单元通常是固定大小的正方形，空间事物就按其在网格中什么行，什么列，去什么值来表示。因此栅格模型也可以成为网格（tessellation）模型。这种模型中基本单元的大小代表了地图的分辨率。矢量空间数据模型中的基本要素是坐标点，一个点有一对坐标（x,y）表示，线由一串有序点组成，面则是线围起来的不规则多边形。矢量模型的分辨率通常比栅格模型高的多，但也受到存储的限制。 通常，原始的地图是通过多种方法实现的，野外实地测量是传统的方法，进年来，航拍已经成为 制作地图的普遍方法，而遥感测绘也逐渐发展了起来。地图数据的输入可以通过数字化仪或扫描输入计算机中，其多数采取的过程是：? 1) 原始地图扫描转化成栅格文件。 2) 栅格数据进行自动矢量化转化成矢量文件。 3) 在进行了矢量编辑和文件转化后，数据输入到GIS数据库中。 本文所讨论的电子地图的实现是以DEM格式的数据形式为输入。以往在描述自然地形的起伏变化是 一等高线为基础，它可以有很高的数据精度，但是在进行处理是比较复杂。而DEM（数字高程模型）和DTM（数字地面模型）能够将三维数据简单化，即给二维的点赋以属性：高程。 该电子地图的实现是在NT 40上，使用系统提供的OPEN L图形开发接口，开发语言是VC 60。下面针对电子沙盘的制作来阐述其基本方法和流程。 二、几何建模 首先应该了解OPEN L的基本工作过程。OPEN L对用户创建的模型进行着色和自动消隐处理，并提 供了多种变换方式，并能够添加纹理，逼真的表现场景细节。而且，OPEN L使用的双缓存技术Double Buffer)可以使三维图形的动画显示更加流畅。DEM模型的数据格式中高程数据是按矩阵的方式存储，相邻的点之间平面坐标相差一个单位的间隔，因此我们可以将相邻的四个点看作一个四边形平面，并由此来计算该平面的法向量，方法如下：? 1) 取平面上不共线的三点，如三个顶点，Y， 2) 求出（-Y）叉乘（Y-）? 3) 该叉乘积即为要求的法向量。? 一般的，对边缘上点的法向量应该将其相邻的平面的法向量求出后算术平均，光照效果会较好。 调用OPEN L的glNormalfv 和glVextexfv 来建立点的坐标和法向量。? 三、模型的纹理添加与显示? 在前一过程中对模型的基本元素进行了定义（空间坐标，法矢），而在模型的形象生成中，要 进行几何模型的光照，颜色设置，纹理映射的工作，是地图更加形象化。OPEN L提供了较为完备的光照描述，可以指定具备一定位置，方向，亮度和颜色的光源，并且提供了对材质的选择余地。其中，表面法向量的计算就显得尤为重要，因为物体表面的光照效果是有表面的法向量决定的，不同的计算方法产生的效果会大不一样。? 纹理映射是制作电子沙盘的重要部分。它是指将图片覆盖到地图的模型上，使显示更加逼真。图 片包括各种手段获得的图象资料，如实地拍摄，航拍，或简单的位图等。这样，纹理映射过程如下: 1) 由等高线数据等生成DEM格式数据。 2) 建立高程模型。? 3) 准备纹理图片，制作纹理的图象。 4) 在OPEN L中产生模型。 使用纹理时应该注意，要根据纹理图象在屏幕上所占的面积大小来选用适当的分辨率，多重纹理 中每层纹理的大小应该是2的幂指数；对于可展开成平面的曲面，如圆锥，圆柱等，纹理映射不会变形，而其他的曲面则要产生变形，对于球面，可以把矩形的纹理映射到θ-φ平面上，但是这种映射在接近两极时仍会产生严重的变形。? 四、电子地图的浏览? 已经生成的电子地图在显示时可直接通过系统的取景变换，模型变换，投影变换和视见区变换等 由三维模型显示到二维屏幕上。在产生地图的动画式浏览的过程中，可以不断的改变观察点的位置，通过系统提供的扩展函数gluLookAt ，使取景体积在x,y方向上对称，不断改变观察点，即可浏览场景；也可以自行改变投影和取景矩阵，通过模型的空间位置变化来实现浏览。 使用这种方法制作电子地图可以充分利用系统提供的函数，这些函数可以被硬件显示设备直接支持，加快图形的显示速度。相比以前制作电子沙盘的方式，自行编制的函数和算法没有统一的标准，因此也不可能获得相应硬件的支持，所以速度较慢。? 一个电子地图系统其制作过程可以用下图来总结： 在使用DEM数据时，应当注意到，由于其高程数据是在一定距离的格网点上记录地面的高度（如， 50米或100米精度地图），因此地面点的实际高度和通过内插方法计算出的高程值必然有一定的差异，这就导致了高程数据地图的不精确性，这些误差的引入可能有以下几个原因：? 1) 参考点的误差。它是指地图制作中的误差，地图数字化过程中的误差。对其采取的措施可以有 消除纸张变形引起的误差，采用高精度的数字化仪等。? 2) 插值过程中的误差。由于插值算法本身也存在降低精度的因素。 五、结论? 使用DEM高程数据制作电子地图具有自身的优缺点，以上论述的几个问题基本涵盖了电子地图制作 过程中可能遇到的主要问题，本人认为这种开发过程可以产生具有很高浏览速度的电子地图，并且可以用较少的存储空间描述相对较大的地理范围。? 参考文献：? 1、朱庆 三维动态交互式可视化模型，武汉测绘科技大学学报，1998年6月 2、祝志明 DEM 数据精度检查方法探讨，测绘科技

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提　要　本文回顾与评述了三维GIS的相关发展情况，探讨了三维GIS的有关基本问题，如数据获取、大数据量存贮与处理、三维空间分析，同时指出科学计算可视化、数据库系统管理、数字影象处理等技术的成熟和二维GIS长期发展提供的理论实践经验等为三维GIS的发展提供了良好的基础。最后为三维GIS实际系统的开发提出了几个值得注意的要点。 关键词　三维GIS 基本问题 数据结构 0.引言 　　二维 GIS始于二十世纪六十年代的机助制图，今天已深入到社会的各行各业中，如土地管理、电力、电信、城市管网、水利、消防、交通以及城市规划等。但二维GIS存在着自身难以克服的缺限，本质上是基于抽象符号的系统，不能给人以自然界的本原感受。随着应用的深入，第三维的高程信息显得越来越重要。一些二维GIS和图象处理系统现已能处理高程信息，但它们并未将高程变量作为独立的变量来处理，只将其作为附属的属性变量对待，能够表达出表面起伏的地形，但地形下面的信息却不具有，因此它们在国际国内也被俗称为2.5维的系统。考虑到2.5维这一概念并不严密，作者称之为“地形面三维”或简称面三维。我们认为，面三维的GIS本质上仍然是二维GIS系统。 　　二维GIS只能处理平面X、Y轴向上的信息，不能处理铅垂方向Z轴上的信息。它在表达上通常是将Z值投影到二维平面上进行处理，因此对于同一（x, y）位置的多个Z值不能表达。 　　地形面三维的表达将Z值投影到一个模型上，显示时X、Y、Z三个轴均被显示，其模仿人类从某点观察的视觉，使三维对象看起来象真正的三维对象一样。但是面三维技术有两个明显的缺点：①它表达的对象内部是空的，不具备应有的信息；②虽然它能表现邻近的多个表面，但对于表面交叉的情况，则难以进行交叉表达和管理。只有将这类现象置于真正的三维空间中考虑，才能灵活高效地处理各种三维问题，如三维内部属性和拓扑关系，三维空间索引和管理等。这是三维空间表达与二维GIS、地形面三维表达的本质区别之一。 　　三维空间表达考虑多个Z值的出现，将多个（X, Y, Z）观测点结构化为实体域，这种处理是对人类居住空间的较为接近的近视[1]。 1.三维GIS发展评述 　　世界的本原是处在三维空间中的，二维GIS将现实世界简化为平面上二维投影的概念模型注定了它在描述三维空间现象上的无能为力，克服这一缺陷迫切需要真正的基于三维空间的GIS的问世。因此在过去的一段时间里，人们很早就开始了三维GIS理论和实际系统方面的探索，同时遇到了不少困难。下面对此展开讨论。 1.1 三维GIS的研发思路与相关软件发展情况 　　随着GIS应用的深入，人们越来越多地要求从真三维空间来处理问题。在应用要求较为强烈的部门如采矿、地质、石油等领域已率先发展专用的具有部分功能的三维GIS，如加拿大LYNX Geosystems公司的LYNX软件，但由于它们一般是针对自己的领域开发的，没有从理论上加以系统完整的研究，没有面向通用平台进行设计，因此具有较强的局限性。这是由当时的应用要求、数据获取手段及相关的计算机技术发展条件决定的。 　　由于二维GIS数据模型与数据结构理论和技术的成熟，图形学理论、数据库理论技术及其它相关计算机技术的进一步发展，加上应用需求的强烈推动，三维GIS的大力研究和加速发展现已成为可能。 　　(1) 三维GIS研发思路 　　当前研究和开发三维GIS的思路可归纳为两种： 　　●　由于三维GIS首先要将地理数据变为可见的地理信息，因此人们一方面从三维可视化领域向三维GIS系统扩展，这一点同早期的二维GIS来源于计算机制图管理一样，是从可视化角度出发的[2][3][4]。 　　●　另一方面，GIS需要存储和管理大量的空间信息和属性信息，因此另一部分人从数据库的角度出发向三维GIS发展，从商用数据库向非标准应用领域扩展，将三维空间信息的管理融入RDBMS中，或是从底层开发全新的面向空间的OODBMS, 如GODOT[5]，GeoO2[6]，GEO++[7]，SmallWorld GIS。一个新的发展方向是将三维可视化与三维空间对象管理藕合起来，形成集成系统。 　　（2）三维GIS相关软件发展概况 　　但是迄今为止，目前国际国内还没有一个成熟完整的三维GIS系统，与三维GIS相关的系统大多集中在三维可视化方面，如EVS，Vis5D，Voxel，医学可视化及各种CAD软件等，也有一些三维系统部分实现三维GIS的功能，比较有名的软件有：LYNX， IVM（Interactive Volume Modeling）， GOCAD， I/EMS，SGM等[8][9]。 1.2 三维GIS数据模型和数据结构 　　上述软件的共同缺点是仅重视表达三维对象本身，对各对象间关系的表达没有足够的重视，因此管理大批量三维空间对象的能力较弱，也不能做一些GIS需要的空间分析。LYNX软件能够处理和表达三维地质数据，但它们不容易在其它领域推广使用，MGE系统有一些简单的三维模块，但也远不能满足三维GIS应有的要求。总起来说，这些软件在构造、表达三维对象上具有较强的能力，但管理和分析能力较弱。作者认为出现这种情况的一个主要原因是三维空间数据模型理论和技术的不成熟，另外空间数据库技术也正处于发展中，不象RDBMS那样具有成熟的理论和技术，因此导致了三维空间建模能力的薄弱。为此，许多学者和研究人员在这方面作出了很多努力[10]~[27]，但仍然没有形成完整的三维GIS理论和开发出成熟的三维GIS系统。 　　在完整的三维GIS系统研究和开发方面，BREUNIG曾经进行过较为系统的研究与实践[28]。他为三维GIS提出了一个空间信息集成模型，该模型以所谓的扩展复杂要素（e-complex）为内核，表达三维空间地学对象的几何性质，度量属性及对象间的复杂拓扑关系。以此为基础，他又进一步定义了拓扑操作，并将各种e-complex对象融入地学建模和管理的模型框架中，最后给出了一个地质应用的例子。该模型是以矢量模型为基础，对象及对象间的拓扑关系表达较为精确，但各种操作复杂费时，空间分析不易。 　　国内李清泉也做过较为系统的三维GIS研究[9]。他以八叉树和不规则四面体为基础提出了三维GIS的混合数据模型。以栅格结构的八叉树作为对象描述的总体框架，控制对象空间的宏观分布，以矢量结构的不规则四面体描述变化剧烈的局部区域，较为精确地表达细碎部分，并将这两种模型进行有机地结合。这种混合模型是一种矢量栅格三维结合的有益尝试，在一些情况下比较合适，但还需要其它表达模型的补充，以提高表达、访问和操作的效率。 　　作者认为，由于地学对象赋存形态各异，千变万化，各种模型又都有其优缺点，因此为三维GIS表达和分析服务的各种数据模型和数据结构设计，应当针对不同的数据获取方式、地学对象本身的大致形态和主要的应用目的设计不同的数据模型与结构[29]。以此将各种模型的长处充分发挥，进一步提高三维GIS表达和分析的效率。 1.3 三维空间分析 　　在三维空间分析方面做得较多的是计算机图形学领域里的工作者，但他们的工作往往偏重于几何图形与算法性能，例如边界追踪检测[30]~[32]、邻居寻找[33][34]，很少考虑为地学目的服务的分析。地学领域曾有人在三维地质表面模拟中提出过三维边界搜索算法[35]，但其算法较为复杂。作者曾提出过结构较为简单的邻域寻找算法[36]，能在线性四叉树和线性八叉树中直接确定单元的邻居。三维空间分析中还有很多研究工作要做，例如三维拓扑关系的描述与构造，三维查询与统计分析等，有待于进一步的研究。 2.三维GIS的定义、特点及功能 2.1 三维GIS的定义 　　从不同的角度出发，GIS有三种定义：①基于工具箱的定义，认为GIS是一个从现实世界采集、存贮、转换、显示空间数据的工具集合；②数据库定义，认为GIS是一个数据库系统，在数据库里的大多数数据能被索引和操作，以回答各种各样的问题；③基于组织机构的定义，认为GIS是一个功能集合，能够存贮、检索、操作和显示地理数据，是一个集数据库、专家和持续经济支持的机构团体和组织结构，提供解决环境问题的各种决策支持。基于工具箱的定义强调对地理数据的各种操作，基于数据库的定义强调用来处理空间数据的数据组织的差异，而基于组织的定义强调机构和人在处理空间信息上的作用，而不是他们需要的工具的作用。 　　TURNER认为“Geographical Information System”主要用来区分纯粹的二维GIS与三维GIS[2]，为强调在三维任务如地质或地貌应用上的扩展，人们创造了术语“Geoscientific Information System”(GSIS)[28]。后来这个词被修改为一个缩写形式“Geo-Information System”(GIS)[24][28]。为区分三维GIS与现今世界上比较成熟的流行的各种二维商业GIS，这里倾向于BREUNIG的观点[28]，用GIS指代“Geo-Information System”，认为三维GIS是布满整个三维空间的GIS，与传统的基于平面的二维GIS或2.5维GIS明显不同，尤其体现在空间位置与拓扑关系的描述及空间分析的伸展方向上。 　　三维GIS加上时间维方面的处理即为四维GIS。 2.2 三维GIS的特点 　　在三维GIS中，空间目标通过X、Y、Z三个坐标轴来定义，它与二维GIS中定义在二维平面上的目标具有完全不同的性质。在目前二维GIS中已存在的0，1，2维空间要素必须进行三维扩展，在几何表示中增加三维信息，同时增加三维要素来表示体目标[9]。空间目标通过三维坐标定义使得空间关系也不同于二维GIS，其复杂程度更高。二维GIS对于平面空间的有限-互斥-完整划分是基于面的划分，三维GIS对于三维空间的有限-互斥-完整划分则是基于体的划分，因而，通过分析基于（单一）体划分的三维矢量结构GIS几何成分之间的拓扑关系，李青元提出五组简化的拓扑关系[37]。三维GIS的可视表现也比二维GIS复杂得多，以致于出现了专门的三维可视化理论、算法和系统。 　　总起来说，与二维GIS相比，三维GIS对客观世界的表达能给人以更真实的感受，它以立体造型技术给用户展现地理空间现象，不仅能够表达空间对象间的平面关系，而且能描述和表达它们之间的垂向关系；另外对空间对象进行三维空间分析和操作也是三维GIS特有的功能。而与CAD及各种科学计算可视化软件相比，它具有独特的管理复杂空间对象能力及空间分析的能力。三维空间数据库是三维GIS的核心，三维空间分析则是其独有的能力。与功能增强相对应的是，三维GIS的理论研究和系统建设工作比二维GIS也更加复杂。 2.3 三维GIS的功能 　　RHIND基于二维GIS的发展状况提出了三维GIS可能包括的十项功能：数据采集和检验有效性；数据结构化和转化为新的结构（包括创建拓扑关系和从一种拓扑关系转化为另一种拓扑关系）；各种变化（平移、旋转、比例、剪切（shear））；选择；布尔操作（交、并差、或及切割断面、开隧道（tunneling）、建筑building）；计算（体积、表面积、中心、距离、方向）；分析；可视化；系统管理[23]。KELK为三维地学模拟提出过14项功能[24]：1）从其它系统中引进数据和部分分析功能；2）保存和操作真三维坐标数据；3）无原始坐标信息损失地变化方向；4）保存和显示地理对象内部组分的信息；5）能够方便地进行交互式修改，可针对地理对象及其数据库；6）允许满足不同数据模型要求的模型重建；7）将断层等特征作为事件考虑，允许它们影响地学对象；8）处理大的比例尺差异；9）处理内部流体运动和其它时间方面的事件；10）和其它定量公式交互；11）允许局部细节和更广的软中心（soft-focus）图片显示；12）视觉上使用户满意；13）分析各种建模趋势、模式及与其它GIS模块的联系；14）在主要的数据库中存贮模型和导出报表。 　　BREUNIG从空间信息集成的角度为三维GIS的发展提出了三项必备的功能：1）复杂地学对象的管理和处理；2）能够对由各种空间对象表达形式表示的地学复杂对象进行有效的空间存取；3）能够对各种空间对象进行有效的空间操作[28]。ALEXANDER和SIGRID在城市三维GIS的设计者中提到了三维城市GIS应该具备的另两项功能：1）应能受益于现代数据获取方法的进步；2）三维城市GIS应面向未来的技术[38]。三维GIS 也必须解决一些传统问题：不确定性；误差定位和消除；处理数据模型的不连续；处理时态数据；处理在不同数据结构中的不同类型和不同比例尺数据[18]。作者认为，三维GIS除了具备二维GIS的传统功能以外,还应该具有如下独有的功能: 　　 　　●　包容一维、二维对象 　　三维GIS不仅要表达三维对象,而且要研究一维、二维对象在三维空间中的表达。三维空间中的一维、二维对象与传统GIS的二维空间中的一维、二维对象在表达上是不一样的。传统的二维GIS将一维、二维对象垂直投影到二维平面上，存储它们投影结果的几何形态与相互间的位置关系。而三维GIS将一维、二维对象置于三维立体空间中考虑，存储的是它们真实的几何位置与空间拓扑关系，这样表达的结果就能区分出一维、二维对象在垂直方向上的变化。二维GIS也能通过附加属性信息等方式体现这种变化，但存储、管理的效率就显得较低，输出的结果也不直观。 　　 　　●　可视化2.5维、三维对象 　　三维GIS的首要特色是要能对2.5维、三维对象进行可视化表现。在建立和维护三维GIS的各个阶段中，不论是对三维对象的输入、编辑、存储、管理，还是对它们进行空间操作与分析或是输出结果，只要涉及到三维对象，就存在三维可视化问题。三维对象的几何建模与可视表达在三维GIS建设的整个过程中都是需要的，这是三维GIS的一项基本功能。 　　●　三维空间DBMS管理 　　三维GIS的核心是三维空间数据库。三维空间数据库对空间对象的存储与管理使得三维GIS既不同于CAD、商用数据库与科学计算可视化，也不同于传统的二维GIS。它可能由扩展的关系数据库系统也可能由面向对象的空间数据库系统存储管理三维空间对象。 　　●三维空间分析 　　在二维GIS中，空间分析是GIS区别于三维CAD与科学计算可视化的特有功能，在三维GIS中也同样如此。空间分析三维化，也就是在直接在三维空间中进行空间操作与分析，连同上文述及的对空间对象进行三维表达与管理，使得三维GIS明显不同于二维GIS，同时在功能上也更加强大。 　　●　应能及时受益于现代数据获取方法的进展和大数据量处理技术的发展 目前，由于科技水平的限制，人类获取地学三维数据的能力的弱小是阻碍三维GIS迅速发展的一个重要原因。一旦三维地学数据变得象遥感数据获取那样及时、广泛与普及，三维GIS将会有更迅猛的发展。因此现时的三维GIS设计与开发应充分考虑未来三维地学数据获取能力的提高，以便及时受益于现代数据获取方法的进步。另外，三维GIS要处理的数据量往往很大，计算机软硬件技术的飞速发展无疑能提高三维GIS的性能，这一点也是三维GIS设计必须要考虑的。总起来说，三维GIS应该留有易于扩展的接口，具有及时吸收外部先进技术的功能。 3.三维GIS发展面临的有利因素与困难 3.1 三维GIS当前面临的有利因素 　　三维GIS 现在正面临着有利的发展时机,这表现在如下几个方面： 　　●　在二维 GIS领域已经具备比较成熟的理论和技术,例如在数据获取、处理、管理、输出，数据模型与数据结构等方面有很多较为成熟的理论和方法。在实践上已有几十年的发展经验，被广泛应用于各个部门和领域。这是众所周知的。二维GIS方面的很多理论、技术和经验都能为三维GIS借鉴。 　　●　三维可视化技术在生物、医学、地质、大气等领域已有很多成功的应用。三维GIS与二维GIS的一个重要不同之处在于它有一个三维对象的视觉表现问题，这也是它的一个基本要求，现在成熟的科学计算可视化技术已经为这一要求打下了较为坚实的理论技术基础。三维GIS工作者要做的是对各种地学对象的本质特征进行分析，找出它们与其它领域对象的不同点，进行合适的概念建模和几何建模，利用相应的三维可视化技术对之进行视觉表现。 　　 　　●　在数据存储工具方面，关系数据库已有较成熟的理论技术和广泛的应用，为支持空间数据管理的扩展关系数据库系统和面向对象的空间数据库系统已经研制出来并已商业化，目前还在进一步完善。例如，现在的流行关系数据库系统基本上都支持空间数据的存储，支持变长记录，因此它们也都是扩展的关系数据库系统。面向对象的数据库系统有：GEO++[7], SmallWorld, GeO2[6]和GODOT[5]等。 3.2 三维GIS当前面临的困难 　　上述已有的研究成果只是三维GIS领域的一部分，由于三维GIS涉及的专业领域很广，随着应用的深入，它还有很多问题需要解决。KELK曾经描述过三维地学模拟面临的问题：复杂的空间关系；不容易找到象医学领域那样易于“解剖”的地学对象；稀疏的、随机的不充足的采样数据；来自于遥感的预示性或模糊性数据的比例尺太小；充足采样数据的获得需要昂贵的代价；岩石块内岩性变化较大；时间和地质过程的动态本质[24]。根据已有的知识和经验，作者认为当前三维GIS发展需要解决如下关键问题： 　　（1） 三维数据实时廉价获取 　　KELK曾把三维地学数据获取作为几个主要的困难之一，“一般情况下只有很不完整的，有时是相互冲突的信息可以获取……”，“经济条件不允许为解决不确定性而进行的充足采样”[24]。地学三维表达与分析和医学可视化有很多相似的地方，但医学可视化在实际应用中比较成功，而地学可视化却显得困难。其中一个重要的原因是地学三维数据采样率很低，难以准确地表达地学对象的真实状况。另一个原因是医学领域的研究者对他们研究中期望看见的对象一般都有较为准确的印象模式，而地学领域的研究者因为地学对象的复杂变化性不能准确地确定研究对象的各种属性[2][24]。正因为地学对象在自然界的纷繁复杂，使得此一地的经验模型不能移植到另一地的地学研究对象中，因此三维数据实时获取在地学领域显得尤为重要。 　　（2） 大数据量的存储与快速处理 　　在三维GIS中，无论是基于矢量结构还是基于栅格结构，对于不规则地学对象的精确表达都会遇到大数据量的存储与处理问题。除了在硬件上靠计算机厂商生产大容量存储设备和快速处理器外，还应该研究软件方面的算法以提高效率，例如针对不同条件的各种高效数据模型设计、并行处理算法、小波压缩算法及在压缩状态下的直接处理分析等。 　　（3） 完整的三维空间数据模型与数据结构 　　三维空间数据库是三维GIS的核心，它直接关系到数据的输入、存储、处理、分析和输出等GIS的各个环节，它的好坏直接影响着整个GIS的性能。而三维空间数据模型是人们对客观世界的理解和抽象，是建立三维空间数据库的理论基础。三维空间数据结构是三维空间数据模型的具体实现，是客观对象在计算机中的底层表达，是对客观对象进行可视表现的基础。虽然有很多人展开过相关方面的研究与开发（如前所述），但还没有形成能为大多数人所接受的统一理论与模式，有待于进一步研究与完善。 　　（4）三维空间分析方法的开发 　　空间分析能力在二维GIS中就比较薄弱，目前大多数的GIS都不能做到决策层次上来，只能作为一个大的空间数据库，满足简单的编辑、管理、查询和显示要求，不能为决策者直接提供决策方案。其中很大一个原因就是在现有的GIS中，空间分析的种类及数量都很少。在三维GIS中，同样面临着这个问题[1]。因此，研究开发GIS的基本空间分析及将各领域的专家知识入嵌入GIS中，是三维GIS发展的一个重要方面。 4.当前三维GIS研发的几个注意点 　　从前面关于三维GIS的发展、定义、特点、功能、面临的机遇与困难，结合当今GIS建设的情况，我们得到当前三维GIS研发应该注意的几个方面。 　　(1) 目前应以开发二维为主、三维为辅的混合型GIS为主要目标，不宜单纯开发三维GIS。原因有二：1）需求上的决定。在当前GIS产业界，二维GIS已经能够满足大部分实际需求，对三维GIS的需求仍然只占少部分。2）技术上的限制。正如前文所阐述的，当前在三维数据获取、大数据量处理与存储、三维可视化、三维空间分析方面还不能以较好的性价比满足大规模商业应用的需要。如果完全采用三维GIS，势必将花费高昂的系统建设费用，在二维GIS能够满足需要的情况下，用户没有必要去一味追求高性能。当然，这里并不排除部分单位研制完全的三维GIS以满足一些行业的特定需要，如军事、采矿、石油勘探、地质结构研究等工作。 　　在具体实现时，建议在一般情况下进行二维显示与分析，当有特殊需要时可以调出三维结构作相应处理。 　　(2) 在数据结构上要以边界表达法（BR）为主。不要认为三维GIS一定要进行三维空间分析，事实上虽然三维空间分析是三维GIS的特色，但实际需求仍然以三维可视化和数据管理为主，因此在三维GIS系统中要以矢量结构为主体数据结构，而在需要时转换为栅格结构。当然，这与研究基于3D栅格框架的三维集成数据结构并不矛盾，相反，集成数据结构反而为矢量栅格的快速转换提供了便捷的通道。 　　(3) 对于需要进行三维空间分析的地方，需要专门研究支持快速分析的数据结构与空间分析算法。作者曾经在这些方面做过一些探讨，如集成矢量与栅格特征的四层矢量化八叉树结构[39]、基于该数据结构的空间数据模型与空间分析等[40]。 　　(4) 城市三维现在已成为当前三维ＧＩＳ中研究与开发的一个重要方面。信息化目前正成为社会发展的主流，城市作为信息存在与传播的主体，理所当然地也成为三维GIS表达的一个重要对象。国内外已有人作出了较好的探索[38][41][42]，但在实际系统的开发与应用上还需要加大力度。 5.结语 　　本文根据作者多年研究开发三维GIS的经验体会，回顾评述了三维GIS的特点与相关软件发展情况，同时指出三维GIS的发展一方面面临着完整的三维数据模型和数据结构的缺乏，数据获取及大数据量存贮和处理上的困难，三维空间分析能力薄弱等困难，另一方面又面临着科学计算可视化理论技术、数据库系统管理技术、数字影象处理技术和二维GIS长期发展提供的理论实践经验等有利因素。文章最后也为三维GIS实际系统的开发提出了几个值得注意的要点。

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摘要：本文介绍了GIS在定向地图制作方面的应用、在定向运动中场地选择中的应用以及在定向运动中比赛路线设计中的应用。结合实例，详细分析了目前定向地图制作方面存在的问题和不足，提出了基于GIS的定向地图辅助设计系统的开发框架和开发方案。 关键词：定向运动；定向地图；国际定向联合会；地理信息系统 1、引言 定向运动就是利用一张详细精确的地图(Map)和一个指北针(Compass)，按顺序到访地图上所指示的各个点标（Controls），以最短时间到达所有点标者为胜。定向运动通常在森林，郊外和城市公园里进行，也可在大学校园里进行。定向运动起源于瑞典。最初只是一项军事体育活动。“定向”这二个字在1886年首次使用，意思是：在地图和指北针的帮助下，越过不被人所知的地带。第一界正式的定向比赛于1895年在瑞典斯德哥尔摩和挪威奥斯陆的军营区举行，这标志着定向运动作为一种体育比赛项目的诞生。定向运动本身作为一种体育项目开展是从本世纪初在北欧开始的，到二十世纪三十年代已在芬兰、挪威、瑞典、丹麦立足。1932年举行了第一次世界定向运动比赛，1961年国际定向联合会（IOF）在丹麦哥本哈根成立，现有成员国五十六个。国际定联是世界定向运动的行政实体，是国际体育联合会总会之一。定向运动也是国际承认的奥林匹克体育项目，分为徒步定向和工具定向。徒步定向如传统定向越野跑(标准距离，长距离，短距离)、公园定向、接力定向、夜间定向；工具定向如滑雪定向、山地自行车定向、摩托车定向。 地理信息系统英语全称为“Geographic Information System”，简称“GIS”。是20世纪60年代发展起来的地理学研究的新技术。广义来讲，它是储存和处理与地理空间分布相关信息的信息系统。与其它信息系统一样它主要由以下四部分组成：信息的获取与输入，数据的储存与分类，数据的转换和分析，成果的生成和输出。地理信息系统在很多领域都得到了较大规模的推广应用，如国土、农业、水利、林业、电力以及电信等等。GIS在定向运动中的应用主要集中在定向地图制作、场地辅助选择和路线辅助设计等等三个方面。未来也可能会应用到定向运动救援等项目上来。 2、GIS在定向地图制作方面的应用 2.1定向地图和一般的地形图之间的区别 定向地图是定向运动在中国得以迅速开展的前提条件。因此必须制作准确的定向地图。定向地图一般可分为公路地图、野外地图和城市地图。定向地图存在不同比例尺和详细、准确程度上的差异，从小型级地图（1：100-1：200）、运动场地图（1：500-1：2000）到公园/森林地图（1：2000-1：15000）。定向运动分为徒步定向和工具定向两个大类,每个类型对于定向地图的要求是不一样的,但基本上都是基于定向越野地图。因此如果没有特殊的说明，本文所谈到的定向地图指的是定向越野地图。定向地图实际上是专题地图的一种,它有着与定向运动相关的许多特点,具体如下所示：

1) 精度要求不高。一般来说两个互相靠近的细部之间的距离误差在5％以内就能满足要求。 2) 特征地物对定向运动比较重要。这是因为运动员需要对照特征地物来定位，而且定向运动的点标一般也放在特征地物附近，比如假山、塑像、以及凉亭等等。 3) 定向地图要表达的地物只分为五大类，分别是：地貌、岩石与石块、水系、植被和人工地物，而且比较注重面的表达，其他的地物就相对次要一些。

因此定向地图与普通的大比例尺数字地形图是存在相当大的区别的（见表1）。早期的定向地图为手工绘制的单色图或使用大比例尺的普通地图，制作一般不太复杂。但由于看懂普通地图需要一定专业知识而且存在比例尺问题，导致许多运动员看不懂普通地图，影响运动员的比赛成绩，因此普通地图不是很适合比赛。与一般的普通地图相比，定向地图十分强调地面的通视和通行度的描述。其近百年的发展多以西北欧的地貌为描述对象，使用的符号，色彩也是按欧洲人的习惯设计的。到1999年国际定向运动联合会地图委员会才在《定向运动地图制图规范》修订中，注意到世界其它地区的地貌特点，但仍然以传统的西欧地图符号、色彩为主，也即ISOM2000。

表 1定向越野地图与大比例尺数字地形图的区别

	普通大比例尺数字地形图	定向越野地图
比例尺	1：500；1：1000；1：2000	1：10000；1：15000
制图标准	《1:500，1:1000，1:2000地形图图式》(GB/T 7929-95)	《定向运动地图制图规范》
图式	上百种不同颜色的图式表示地貌	约70多种图式，7种颜色（以西欧地图符号和色彩为主）表示地况
要求和特点	准确的表示地物和地貌	重视地面的通视和通行度的描述，强调区域性地况
精度	《1:500，1:1000，1:2000 地形图平板仪测量规范》(GB/T 16819-1997)	平面精度要求不高，两个互相靠近的细部之间的距离误差在5％以内；高程精度没有多大意义，重要的是正确表示出两个相邻地物的高差

2.2定向地图的制作方法 OCAD是80年后期瑞典、挪威定向工作者研制出来的一种专门的绘图软件，使定向地图的绘制实现了电脑化。目前大多数专业的定向地图是由OCAD绘制。国际上定向地图的制作流程有如下三种：

1) 传统的手绘。这种方法目前采用的比较少。 2) 利用底图绘出定向地形图，然后再用OCAD数字化成专门的定向越野地图。这种方法工作比较繁琐，制图时间比较长。 3) 利用已有的GIS大比例尺的地形数据，将其导入OCAD中，然后在其上编辑成图。这就是GIS在定向地图制图方面的一个具体应用。

2002年,中南大学测绘与国土信息工程系就是利用方法3完成了中南大学校本部1：10000定向越野地图的制作。当时采用OCAD为平台，之所以采用OCAD为平台是因为可利用其提供的ISOM2000标准图式。现简要介绍一下我们的工作步骤：

1) 在AutoCAD中调入1：500的数字化地图。 2) 制图综合。由于定向越野地图比例尺一般为1：10000或1：15000，因此必须对大比例尺的数字地形图进行制图综合。制图综合主要有两种方式：取舍和概括。取舍对应在图上表示的细部与地物的选择。这里特别需要注意两点——从运动员的角度看它的重要性和对地图清晰性的影响。这两点虽然有时是对立的，但保持清晰性并非意味着需要大量的舍掉小的细部与地物。因此，确定一些细部的最小尺寸是必要的。这些被选择细部的最小尺寸可能在不同的两张图上有所不同，但是同一取舍标准必须贯彻整个同一张定向运动图。概括对地图的清晰性影响很大。为了保证地图的清晰，可以运用简化，移位和夸大等方法。 3) 按主要地物重新分层。 4) 将数字化地图保存为12版本的DXF格式 5) 在OCAD中读入12版本的DXF格式的文件 6) 制作AutoCAD图层与OCAD图式对应的转换文件。 7) 使用OCAD6.0提供批量转换的功能。将普通地图的地物按层转换到OCAD中，图式也转换为ISOM2000标准图式。个别地物也可单独转换。 8) 区域填充、局部修改和编辑后可以直接打印出图。

在实际操作过程中，我们也发现了OCAD制图软件也存在如下一些问题 1) 编辑功能很弱。同专门的制图软件AutoCAD相比，其编辑功能不但少，而且使用不方便；同ArcView和MapInfo的编辑功能相比也相差很远。 2) 目前其只能接受DXF格式的文件，而且只有12版本的才比较好，更高版本的经常出错或丢失地物。目前GIS的数据格式多种多样，有例如SHP格式、MID格式等等。虽然也可以采用先将其转换到DXF格式，然后再导入OCAD中等方式来解决，但是不可避免的将在转换过程中丢失许多有用的细节，而这些细节可能对于运动员来说十分重要。 3) 除了制图之外，没有任何GIS功能。不能实现辅助设计比赛路线或场地的功能。 要解决上述问题，就必须开发设计新的定向制图GIS软件。 3、GIS在定向运动中场地选择中的应用 定向运动是运动员凭借对地图的识别和使用能力为基础的运动，这就要求比赛场地要能体现定向运动员的识图和奔跑能力。选择的场地应能够检验定向运动员的综合水平:

(1)识图、用图的水平; (2)选择行进路线的水平; (3)奔跑越野的水平; (4)捕捉检查点的水平; (5)翻山越谷的能力。

这样,比赛场地最好选择在中等起伏的丘陵地带,且高差在100ｍ之内,地形细部丰富,地貌起伏明显,地物较多,森林覆盖场地面积达70%左右。如是山地可使用山的上部或下部,高差还应在100ｍ之内,总爬高量为比赛总长度的4%之内。通过对GIS的虚拟三维显示、对山地DEM分析和对森林覆盖的统计等等功能的应用，我们可以大大加快比赛场地的选择。 4、GIS在定向运动中比赛路线设计中的应用 根据中国目前的定向运动竞赛规则（试行），比赛路线的设计应该遵循如下规则：

1) 竞赛路线应充分体现公平公正性。 2) 竞赛路线应是对参赛运动员的定向技术，智能和体能的综合检验。 3) 如有可能，竞赛路线中男、女各组别使用各自的检查点。 4) 竞赛路线的起点和终点可以设在同一地点，也可分设在不同地点。 5) 竞赛路线根据竞赛区域的实地情况和路线设计的需要安排检查点间的距离。 6) 竞赛路线应避开苗圃、播种地、有农作物的田地、铁路、公路内和标有“不准入内”的区域。

线路设计中比较重要的是设计检查点、竞赛距离和爬高量，它们可以通过GIS的分析和统计功能来初步确定，经人工实地调查后最后确定。这样可以大大的减轻野外的工作强度，也能使比赛路线设计更合理，从而保障比赛的公平性。 5、基于GIS的定向地图辅助设计系统的开发设计 5.1 系统的开发目的 定向地图辅助设计系统的目的就是为了改善当前定向运动中制图和分析的落后局面，在实现强大的编辑功能、很强数据兼容和转换能力的同时，实现对场地和路线的辅助设计。 5.2系统总体框架 如图1所示，系统的总统框架分为三个部分：制图系统、场地辅助设计系统和路线辅助设计系统。三个系统对应GIS在定向运动的三个主要的应用。

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图 1定向地图辅助设计系统总结结构

5.3系统开发方案 当前应用型小型地理信息系统主要有如下四种开发方案: 1) 简单二次开发。 近年来，国内外都涌现了一大批优秀的基础地理信息系统平台，国外的有ARCINFO、MapInfo、AcadMap，MGE等，国内的有MapGIS、GeoStar、SuperMap等。这些基础平台软件大都提供了可供用户进行二次开发的宏语言。如MapInfo Pro.提供了MapBasic，ArcView提供了Avenue语言等，还有一些提供了动态链接库DLL。这种开发方案的优点是开发平台起点高，功能比较强大，可靠性比较强，缺点就是可扩展性比较差，系统也比较庞大，对于硬件的要求也比较高。 2) 利用可视化编程语言从底层开发。 这种开发方案比较适合有实力的公司或个人。因为这种开发方案的开发难度比较大，对于开发人员的要求也比较高，开发时间也比较长。同时我们必须看到，这种开发方式优势也比较明显，那就是拥有版权，系统比较灵活，易于扩展，升级也比较容易。 3) 利用OLE技术进行集成式开发。所谓OLE自动化技术就是使一个应用程序可编程化，或者说是让其它软件以编程的方式来使用该程序所提供的各种服务。如果能以一种标准的方式来提供可编程化的能力，则可实现多种软件同时编程化。COM规定了一种软件对象之间交互作用的标准方式（接口），所以，以COM为基础来实现通用的可编程化便是一件很自然的事，这就是OLE自动化。这种开发方式具有单纯的利用平台提供的宏语言进行二次开发的优点和缺点，但由于其采用了OLE技术，其前台程序一般是利用可视化的高级语言进行二次开发的，因此其可扩展性较好，开发也相对灵活。 4) 用可视化编程语言与GIS组件进行开发。组件式GIS是随着近年来计算机软件技术的发展而产生的，代表了GIS系统的发展潮流。基于COM，Microsoft推出了ActiveX控件技术，它已成为当今可视化程序设计的标淮控件。新一代的组件式GIS大都采用ActiveX控件来实现。如：Intergraph公司的GeoMedia、 ESRI公司的MapObjects、MapInfo公司的MapX等等。这类GIS提供的是为完成GIS系统而推出的各种标准ActiveX控件，这就使得GIS系统开发者知道组件式GIS的各个控件的属性、方法和事件，就可利用各种可视化开发语言(如VC++、VB等)和这些控件组织实现GIS系统。所以，组件式GIS在系统的无缝集成和灵活性方面具有巨大的优势。这种方法几乎具有前面三种方法的所有优势。其缺点是必需购买一套GIS组件，另外很多GIS组件只是GIS平台软件功能的大软件包，组件的粒度过大。 定向地图辅助设计系统可以采用上述4种方案中的任何一种进行开发，对于大多数小型地理信息系统的开发来说，利用可视化编程语言与GIS组件进行开发具有很大的优势，代表了当前桌面地理信息系统的开发潮流。定向地图辅助设计系统采用方案4进行开发是最优化的，开发时具体的开发语言和组件可以根据开发者的语言熟悉程度以及组件的性能来决定。 6、结束语 设计和开发基于GIS的定向地图辅助设计系统，将GIS先进的方法引进到定向运动中来，不但可以提高目前我国定向地图制作水平，提高组织者的比赛场地选择能力和路线的设计水平，而且将大大促进定向运动在我国的发展。 参考文献： [1] Groan Anderson.定向运动［M］.北京：军事谊文出版社，2002 [2]中国测绘学会普及工作委员会.定向运动竞赛规则 [3] 叶朝忠. 影响定向运动制图的因素[J].山东体育科技，2003，第25卷第3期：25-26 [4] 赵云升,宋开山,金伦. 定向运动地图的编制研究[J]. 地图编印,2001 [5] 戴吾蛟,邹峥嵘.小型集成地理信息系统建设中的若干问题[J].电脑与信息技术, 2001 [6] 吴信才. 地理信息系统设计与实现[M].北京：电子工业出版社，2002

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基于XGIS的天图水资源管理信息系统

项目背景 社会、经济的快速发展对水环境和水资源构成越来越大的压力，而我国目前水资源管理观念陈旧，技术创新不足。为此，有关专家撰文提出，相关部门和地区要密切合作，学习借鉴世界最新理念和技术，加速改进水资源管理。 我国属缺水严重的国家之一。最近的统计结果表明，中国人均水资源占有量约为2200立方米，仅为世界人均水资源量的1/4。长江以北的人均水资源量只有270立方米，其中海河流域人均水资源占有量305立方米。造成缺水的因素主要是资源型缺水和污染型缺水，这种现象在中国北方地区尤为严重。因此合理开发水资源、保护水环境的任务十分艰巨。 但长期以来，我国流域水资源管理工作经常是按部门、行业分工，这种隔离式管理方式带来许多弊病，诸如学科研究上的片面性、管理职能上的重复交叉以及一些优先性问题容易被忽略等。为此，一些新的技术和理念应在中国的流域水资源管理中尽快得到应用,特别是3S（GIS、RS、GPS）技术在水资源管理中的尽快应用，也是“十一五”规划中强调的。 建设目标 水资源管理信息系统的建设目标是运用新技术和新手段，以标准化、网络化、空间化为主要特征，建成全国、流域、省、地（市）以及县（区）等各级通用的水资源管理信息系统，并在条件成熟的时候实现全国联网，作为国家水行政主管部门管理决策支持系统的有机组成部分。 系统的建成将有效地提高水资源管理的能力和科学化、现代化水平，为地方即全国的水资源规划、管理和决策提供及时、准确的信息服务和先进有效的技术支持，增强各级水行政主管部门的协调和组织能力，为“依法治水、科学管理”提供新一代的管理手段，并便于有效地利用宝贵的水资源信息。 总之，系统的建成将进一步规范水资源管理，提高工作效率，更好地适应社会、经济、自然条件的变化，满足水资源信息共享的需要。 关键技术 在建设水资源管理信息系统中涉及到GIS技术为的应用，为实现图文一体化的工作模式，我们采取了以下关键技术： 面向对象的GIS技术 选择用全球领先的XGIS平台建设数字城市管理信息系统，进行对城市部件和事件的管理和入库。 XGIS是天夏集团开发的新一代大型GIS平台，XGIS系列产品包括桌面产品、服务器产品、独立产品和开发产品。XGIS在全球领先采用了完全面向对象的技术架构，并率先将地理信息系统与智能决策支持（IDSS）技术相结合，从而掀起了GIS技术的“二次革命”，标志着第二代GIS技术成熟完善并实现产业化。 XGIS中文版软件已经在国内得到大量商业应用，在基础测绘、数字城管、房产、规划、国土、公安等行业积累了典型应用案例。借助哈佛大学的GIS全球领先技术优势，XGIS平台在设计之初，就已经成为全球最广泛兼容的GIS平台产品。XGIS目前兼容全球各种不同的GIS平台数据。 行业实体库技术 行业实体库技术的提出是XGIS的显著标志之一，也是用户以面向对象的方式使用软件的具体体现。XGIS行业实体库是由实体组成的，XGIS行业实体包括具体的实体和抽象实体两部分，具体实体是指可以看得见的具体的地物，抽象实体是指涉及国民经济中的相关概念和统计指标等，两部分的结合可以完整描城市地理的全部内容。 系统特点 水资源管理系统具有如下特点： 实用性：以切实满足水资源管理工作为出发点； 严谨性：系统的逻辑设计严格遵守管理工作的规定程序； 通用性：能满足国家、流域、省、地、县各级水资源管理机构使用； 开放性：在遵循标准化设计的基础上，系统完全开放，可以连接其他系统； 可扩充性：系统采用天图XGIS系统开发平台，具有良好的异构数据兼容性；并且系统预留接口，可以再进行系统的扩展； 操作简单、界面友好。 功能模块 登录/注册后可看大图 资料来源:天夏科技网站:www.txgis.com

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1 空间数据库的准确性研究 地理信息数据中误差处理和不确定性错误处理的方法和技术 ,包括 : 不确定性误差模型 ; 误差跟踪并对误差进行编码的方法 ; 计算和表达在 GIS应用中的误差 ; 数据精度的评估 ; 数据质量、元数据、数据标准等问题研究。 2 空间关系语言研究 以地理空间概念的规范化形式为基础 ,利用自然语言和数学方法 , 形成空间关系表达的理论 ; 关于定位表达的计算模型 ; 空间概念的获取和表达 ; 拓扑关系的定义 ; 空间信息的可视化 ; GIS的用户接口。 3 空间数据的多种表达方式研究 为高效数据提取而组织的不同版本的数据及相应的拓扑关系 ,以及空间数据的多种表达方式 ; 满足数据一致性和精度要求的地图制图规则 ; 数据模型、链接、多机构、多尺度等对数据的需求。 4 地理信息的使用和价值研究 对 GIS获取、实现和使用起关键作用的因素和过程的理解 ; GIS传播模型建立方法 ; 确定 GIS的经济价值。 5 海量空间数据库的结构体系研究 海量数据库中数据模型、结构、算法、用户接口等问题的实现方法 ; 空间代数学 ; 基于逻辑的计算机查询语言 ; 元数据的具体内容和组织 ; 数据压缩和加密方法。 6 空间决策支持系统 GIS及其相关学科在决策形成中的作用 ; 区域灾害问题解决的空间决策支持方法 ; 空间决策支持系统的模型和数据 ; 空间决策支持系统技术和实现 ; 用户需求和组织等问题研究。 7 空间信息的可视化研究 数据质量的管理和可视化表达构成研究 ; 误差模型和数据质量指标 ; 数据库中数据的质量管理 ; 使内在表达和地图显示更容易的可视化工具 ; 对数据质量信息的用户需求评估。 8 地图制图的规范化研究 研究相应的方法和准则 ,以提高空间数据的一致性 , 以及空间数据在表达方式和空间分析方面的效率和准确性 ; 地图制图语言规范化研究 ; 规范化设计评估体系 ; 将知识推理嵌入数据模型。 9 地理信息数据共享的研究 由地理信息和技术共享到空间数据共享 ; 空间数据共享的理论研究 ; 空间数据共享的场所 ; 空间数据共享的处理方法。 10 GIS中时空关系的研究 地理空间中空间、时间以及和变化相关联的对象研究 ; 不同时间概念的划分 ,如 :离散的、连续的、单调的等 ; 具体应用中 ,笛卡儿坐标和欧几里得坐标的选择 ; 将人类对时间和空间的认知过程具体化、形式化 ; 空间现象的模拟计算模式。 11 遥感和 GIS的集成研究 解决遥感和 GIS集成方面的关键问题 ,主要包括 : 数据结构和存取问题 ; 数据处理流程 ; 误差分析 ; 机构问题。 12 GIS的用户接口研究 人机交互的用户接口设计和实现 ; 在 GIS环境中 ,人和计算机相互作用的研究 ; 不同背景、语言、文化对人机交互的影响 GIS软件用户接口设计的准则和方法。 13 GIS和空间分析研究 空间统计学地理数据的空间统计分析 ; 地理边界和地图比例尺在空间数据体系中的作用 ; 空间数据的采样和内插 ; GIS数据结构和空间统计计算之间的关系。 14 GIS在全球变化中的作用研究 全面、定量地理解 GIS应用对全球变化所起的作用 ; 从小尺度的研究出发 ,建立理论基础和计算结构 ; 全球数据质量的评估。 15 法律、信息政策和空间数据库关系研究 GIS数据适用范围 ; 科学地理解空间数据库环境中的法律和政策 ; 如何完善 GIS方面法律的内容和质量 ; 空间数据库在公众政策和法律建设方面的作用 GIS在公众政策和法律方面的有用性尝试。 16 通过协作形成空间决策系统的研究 提供开发和评估工具 ,以解决复杂空间问题 ; 建立知识获取方法 ; 建立评估方案 ; 确定协作方的相互联系方式 ; 在相互作用的环境中解决冲突的方法。 17 在社会背景中 ,如何在 GIS中表达人、空间与环境的研究 人口的管理和控制 ; 确定冲突影响的人口范围 ; 政治经济关心的自然资源的开采和使用。 18 地理信息系统的互操作研究 开放的、分布式存储的 GIS结构 ; 地理数据语义特性获取方法 ; 数据抽象和处理模型研究 ; 地理空间数据的粒度 (Granularity)。 19 地理世界的规范化模式研究 地理世界的规范化表达 ; 用空间数据结构表达现实世界时 ,基本的描述元素 ; GIS用户对地理世界的直觉看法。

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摘 要：从地理信息系统的概念入手，探讨了地理系统研究的主要内容，并且对当前地理信息系统的关键技术措施在水土保持规划系统中的应用，针对水土保持管理的具体要求和目标，分析了一个基于关系数据库模型水土保持规划信息系统在GIS应用中的基本功能。 关键词：地理信息系统；计算机系统；水土保持；空间数据库 地理信息系统（GIS）管理空间信息和数据库属性数据，广泛应用于国防建设、城市规划、资源管理、环境监测等领域；以计算机为核心的信息处理系统技术是信息诸多类型中与空间相关的信息的一种类型，人类生存的地理这个三维空间中的万物无不与空间位置相关，如何利用计算机处理空间相关信息是地理信息系统（Geoqrphic Information System, 简称GIS）产生与发展的原动力，目前国产GIS软件种类很多（如：SWCGIS、WEBGIS、MAPGIS、VTEWGIS、CITYSTAR、）在许多领域得到广泛应用与推广，极大激励了GIS技术的发展，被列入各国高科技重点攻关项目，已成为各领域数字信息化建设首选的高科技软件。 1 GIS信息技术的概念及其研究内容 1.1 GIS信息技术的概念 GIS是一门多学科综合的边缘学科，其核心是计算机科学，基本技术是数据库，地图可视化及空间分析，而GIS是计算机科学，地理系统测量学、地图学、空间学、信息科学等多门学科综合的技术，要给出GIS的准确定义比较困难。一般认为：广义的概念是GIS是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。狭义的概念是：1基于数据库的定义：GIS的数据库系统有空间次序，并且提供一个对数据进行操作的操作集合，用来回答对数据库中空间实体的查询；2基于功能的定义：GIS是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据的系统；3基于应用的定义：由于GIS应用领域的不同， GIS可分为土地信息系统、水土保持规划信息系统、空间决策支持系统等。 1.2 GIS信息技术研究的内容 1.2.1 输入系统：地理数据如何有效地输入到GIS中是一项琐碎、费时、代价昂贵的工作，大多数的地理数据是从低质地图输入GIS。常用的方法是数字化和扫描，数字化的主要问题是低效率和高代价；扫描输入则面临另一个问题，扫描得到的栅格数据如何变换成GIS数据库通常要求的点、线、面、拓扑关系属性等形式，一般采用交互式的地图识别是矢量化方法的一种较为现实的理想输入方法，而全自动的智能地图识别方法采用较少。 1.2.2 存储系统：GIS中的数据分为栅格数据和矢量数据两类，如何在计算机中有效存储和管理这两类数据是GIS的基本问题。目前计算机的硬盘容量已达到GB级，可有效存储和高效处理地图这类对象是比较方便灵活的。但GIS的数据存储却有其独特之处，大多数的GIS系统中采用了分层技术，即根据地图的某些特征，把它分成若干层，整张地图是所有层叠加的结果，可同时高效地处理上万幅的海量地图库。在与用户的交换过程中只处理涉及到的层，而不是整幅地图，因而能够对用户的要求做出快速反应和处理。 1.2.3 地理数据的操作：GIS对图形数据(点、线、面)和属性数据的增加、删除、修改等基本操作中对数据的操作提供了对地理数据有效管理的手段，GIS并使图形数据与属性数据紧密结合在一起，形成对地物的描述。 1.2.4 空间分析：地理数据空间分析是通过GIS提供的空间分析功能，用户可以从已知的地理数据中得出隐含的重要结论，这对于许多应用领域是至关重要的，是GIS得以广泛应用的重要原因之一。GIS的空间分析分为矢量数据空间分析和栅格数据空间分析两类：矢量数据空间分析通常包括：空间数据查询和属性分析，多边形的重新分类、边界消除与合并，点线、点与多边形、线与多边形、多边形与多边形的叠加，缓冲区分析，网络分析，面运算，目标集统计分析；栅格数据空间分析功能通常包括：记录分析、叠加分析、滤波分析、扩展领域操作、区域操作、统计分析。 1.2.5 输出：将用户查询的结果或是数据分析的结果以合适的形式输出是GIS问题求解方程过程的最后一道工序，输出形式通常有在计算机屏幕上显示或通过绘图仪输出。对于输出精度要求较高、质量较好的GIS输出功能，还包括：数据校正、编辑、图形修饰、误差消除、坐标变换、出版印刷等技术。 2 地理信息系统自身发展动态。 2.1 地理信息平台技术 面向对象方法为人们在计算机上直接描述物理世界提供了一条适合于人类思维模式的方法，即面向对象的GIS，已成为GIS的发展方向，这是因为空间信息较之传统数据库处理的单维或多维信息更为复杂、琐碎，面向对象的方法为描述复杂的空间信息提供了一条直观、结构清晰、组织有序的方法，因而倍受使用者的采纳和接受。 2.2 地理信息系统空间技术 空间信息用于地球研究即为地理信息系统，空间信息是指与空间和地理分布有关的信息，经统计，世界上的事物有90%左右与空间分布有关。为了满足数字地球的要求，将影像数据库、矢量图形库和数字高程模型（DEM）三库一体化管理的GIS软件和网络GPS，在我国相关领域已得到普及。极大的方便GIS应用软件产生的地理信息将被另一个软件读取，可实现不同层次的互操作。 由于遥感和GIS的广泛应用，空间分辨率快速的提升。分辨率指空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率。空间分辨率指影像上所能看到的地面最小目标尺寸，用像元在地面的大小来表示。从遥感形成之初的80m，已提高到6m，乃至2m，军用甚至可达到5cm。到目前获取1m或优于1m的空间分辨率影像将会十分方便。光谱分辨率指成像的波段范围，分得愈细，波段愈多，光谱分辨率就愈高，现在的技术可以达到1-5nm（纳米）量级，800多个波段。时间分辨率指重访周期的长短，目前一般对地观测卫星为3-5d的重访周期。通过发射合理分布的卫星星座可以1-3d观测地球一次，应用高分辨率卫星遥感图像在可以优于1m的空间分辨率，每隔1-3d为人类提供反映地表动态变化的详实数据。 2.3 地理信息系统集成模块 多数GIS的空间分析功能对于大多数的应用问题是远远不够的，因为这些领域都有自己独特的专用模型，目前通用的GIS大多通过二次开发来解决这一现实问题。而GIS成功应用于专门领域的关键技术在于支持建立该领域特有的空间分析模型。GIS通过二次开发可以支持面向用户的空间分析模型的定义、生成和检验的环境，支持与用户交互式的基于GIS的分析、建模和决策等功能。 目前GIS空间分析功能与各种领域专用模型的结合主要有两种途径.(1)松散耦合式：即除GIS外，借助其他软件环境实现专用模型，并与GIS之间采用数据通讯的方式联系。(2)嵌入式：即在GIS中借助GIS的通用功能来实现应用领域的专用分析模型。 3 地理信息系统模块在水土保持中的应用分析 3.1 水土保持规划系统平台设计 传统GIS开发平台均采用专门设计的开发语言。例如，Arc/Info采用AML或C++语言，加上庞大的函数、命令库，使得开发技术人员掌握难度较大，递延了应用产品的开发周期。传统GIS系统中的空间数据管理和数据库管理系统通常均直接由GIS厂商提供，这也是传统GIS软件价格昂贵的一个重要原因。一方面大大提高了应用开发与系统建设的成本，另一方面也限制了用户根据应用需要和各种数据库工具的优劣，选择利用数据库工具的机会。 3.2 水土保持规划系统与GIS组件设计理论 基础组件是面向空间数据管理，提供基本的交互过程。基础组件属基础性平台，是整个系统的基础，主要面向空间数据管理，提供基本的交互过程，并能以灵活的方式与数据库系统连接。 高级通用组件是面向通用功能。高级通用组件由基础组件构造而成。它们面向通用功能，简化用户开发过程，如显示工具组件、编辑工具组件等。 行业性组件是面向行业应用的管理方式，固化到组件中，加速开发进程。行业性组件以GPS监控为例。对于GPS应用，除了需要地图显示、信息查询等一般的GIS功能外，还需要特定的应用功能，如动态目标显示、目标锁定等。这些GPS行业性应用功能组件被封装起来后，开发者的工作就可简化为设置显示目标的图例以及调用、接受数据的方法等。 3.3 水土保持规划系统在GIS使用中的优越性 将GIS的功能适当抽象，以组件形式提供开发者使用，会带来许多传统GIS工具无法比拟的优点。 3.3.1 GIS功能强大、系统处理速度快。 目前市场上开发使用的GIS组件都是基于128位系统平台的，采用InProc直接调用形式，所以无论是管理大数据的能力还是处理速度方面均不比传统GIS软件逊色。GIS组件完全能够提供拼接、裁剪、叠合、缓冲区等空间处理能力和丰富的空间查询与分析能力。 3.3.2 采用直接嵌入法对MIS开发。 组件的开发建立在严格的标准之上，因此，凡符合标准的组件都可在目前流行的各种开发工具上使用。这样Delphi、PowerBuilder、Notes、Access等都可直接成为GIS或GMIS的最优开发工具，它们各自的优点都能够得到充分发挥。与传统GIS专门性开发环境相比，是一种质的飞跃。 3.3.3 灵活方便、价格适宜。 在组件模型下，各组件都集中地实现与自己最紧密相关的系统功能。组件化的GIS平台集中提供空间数据管理能力，并且能以灵活的方式与数据库系统连接。在保证功能的前提下，系统表现得灵活方便，而其价格仅是传统GIS开发工具的三分之一，甚至更少。这样，用户便能以较好的性能价格比获得或开发最优GIS应用系统。 3.4 水土保持规划系统中的GIS系统基本功能 水土保持规划系统管理中存在海量的多时态水土保持规划数据，能够快速获取水土保持规划因子中的土地分类数量、质量、空间分布和利用状况；能够对年度水土保持规划数据进行更新、管理、分析；能够输出各种查询、统计和分析结果。因此，建立水土保持规划信息系统的目标是高效地管理海量的多时态水土保持利用数据，实现对水土资源的科学管理，及时提供科学、详实、直观的数据，为水土保持工程的实施决策提供科学依据，实现水土保持生态资源总量动态平衡，最终达到区域水土保持可持续发展。 3.4.1 查询功能:水土保持规划系统采用关系数据库管理空间数据，空间数据与属性数据一体化，因此图形和属性之间相互查询比较方便。查询包括对图形和属性的双向查询、图形定位等查询功能。 3.4.2 统计分析功能:水土保持统计分析是水土保持规划信息系统的重要组成部分。通过水土保持统计了解土地数量结构、利用状况的区域分布特征。 3.4.3 变更编辑功能：水土保持规划系统变更是指水土保持利用状况发生的变化，即地类、面积发生的变化。系统将水土保持各因子变更划分为属性变更和图形变更。系统提供各种图形和属性变更工具，图形变更能够直接输入精确坐标进行变更操作，图形变更时自动生成新实体编号（如图斑编号），避免重号的发生。 3.4.4 制图显示功能:制图显示功能包括常规的地图操作，如放大、缩小，地图图层控制管理等；创建默认水土保持规划(现状)利用图，创建各种专题图如单一值规划图、等级符号图、统计专题图等。利用等高线和高程点生成DEM和数字正射影像，并与水土保持利用图叠加显示，生成形象直观的水土保持土地利用图，可以很直观地看出地类在地形上的分布情况。 3.4.5 输出功能:根据用户具体要求可以输出多种形式的数据、报表、图表，按小流域或者区划可以输出一定比例的水土保持土地利用图、水土保持规划图、水土流失现状图等。 [参考文献]： [1] 中地软件丛书编委会.MAPGIS地理信息系统使用手册[S].3-270.2004.4 [2] 吴信才.地理信息系统的基本技术与发展动态[J].http://www.esri.com.2005.2.5 [3] 齐清文，刘岳.GIS环境下向地理特征的制图概括的理论和方法[J].地理学报:1998.53卷.第4期 28-29.

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GIS技术固然关键，更关键的是创意。 　　社会对GIS(空间地理信息系统)的需求是与经济发展相适应的，这恐怕是为什么现在GIS在国内飞速发展的最合理解释。 　　其实，GIS在国外已经有20多年的历史，而中国市场的GIS发展则只有20多年的一半多。这决定了我国GIS发展的先天劣势和后天优势。北京超图地理信息技术有限公司董事长钟耳顺认为，国内GIS的劣势在于，相比较国外品牌，我们的产业化程度不高——无论是品牌建设，还是宣传、包装都没有国外产品专业。但是，因为我们起步得晚，所以我们能用最先进的IT技术和IT架构搭建整个GIS的平台，而国外由于历史原因经常用的是很古老的语言而且转型很困难。另外，我们也容易把握最新的技术潮流，比如，面对目前网络地理信息系统的市场需求，我们的体系架构更容易满足。 　　形成产业链才能发展 　　GIS只是工具，不是应用。就像微软的Windows一样，GIS提供的只是基础结构和数据，而之上到底用这些结构和数据做什么，则是应用软件开发商的事情。这其实是一个生态链。 　　以120急救指挥系统为例，当患者家属拨打120之后，120医疗急救指挥信息系统利用GIS技术定位呼救点，能够自动标注患者的发病点及会面地点，并按照距离发病点由近及远的原则推荐五个就诊医院，之后指挥中心直接对就诊医院进行调度，对其车辆及出车情况进行管理与监控，并可打印出车单及出车地图。 　　这就是GIS在具体行业的具体应用，而这其实并不是凭GIS厂商一家之力可以做的。 　　GIS只是一项技术，以及在技术上跑的一些指标。但是具体使用时，它仍然必须和各行业具体应用结合起来才有意义。一般来说，GIS软件提供商只负责底层结构，之后，ISV会根据自己的行业优势在GIS软件的基础上进行有针对性的开发，形成应用软件。而该应用软件很多时候并不只包含GIS功能，还有其他实际应用(比如120中的Call Center系统等就和GIS关系不大)，因此，只能算是应用中的某一个基础软件。 　　每个GIS软件提供商周围都生活着这样一批ISV，而一个GIS软件到底被用户接受程度如何，与他身边的ISV数量和质量有关。 　　从整个产业链的发展情况看，链条上的每一段都有自己的特色：核心基础软件要符合现代技术发展趋势，不仅仅适合PC使用，还要开发适合手机、PDA等的版本；而ISV则要和用户非常密切，开发更快，客户化做得更好。 　　数据是难点 　　仍然是上文的例子，有了技术，有了软件，五个就诊医院到底从哪里挑呢？最基础的是这些医院的相关位置、接诊情况等基本信息。无论是GIS还是之后的GPS，没有数据，单纯的技术没有任何意义。 　　“技术只是杠杆，数据才是真正的核心。”钟耳顺用他多年的经验直面很多目前难以解决的问题。从中国现状来说，国内的重要数据都存在相关机构手中，而普通民营机构没有勘测权，这些法规和政策导向都使得GIS发展遭遇了障碍。另外，中国很多城市都在大兴土木，现有的GIS地图变得远没有实际情况快——前两天还没有的路，这两天就通车了，这在欧洲、美洲等发达国家是不可想象的，自然，相关数据的收集也是个难题。 　　其实，与电子政务建设一样，国内各政府行业的信息壁垒使得各种信息的共享难上加难。一个地下管线铺设的图，要找市政要下水道设计图，再找供水公司看自来水管道设计图，再加上光缆等，把信息收集全须跑几个单位，这种数据收集的障碍困扰着所有GIS企业。 　　钟耳顺认为，其实，这些数据的共享最终要依靠法律解决。国家如果能够制定相关法律，明确知识产权和定价问题，共享就不再是无章可循、各自为战的现状。 　　不过，北京市在这方面走在了前列。早在2003年，崇文区政府信息办就和超图开始GIS工程的合作，开通了“数字崇文地理信息系统”公众服务系统，具备跨部门、跨业务的服务能力。之后，“数字昌平”的建设瞄准了电子政务GIS系统，西城区也于去年8月开展“城市资源现状调查项目”，超图和西城区共同构建基于SuperMap GIS的软件平台，全面掌握西城区辖区内的城市部件资源的分布和现状情况，并以1∶500地形图作基底，按照城市部件的功能分类、分层建库，把每一个城市部件与其属性信息表建立关联，将其全部定位到所属万米单元网格中，建立西城区城市部件管理数据库，为网格化城市管理新模式的应用打下基础。 　　前一段时间，北京市“市区两级信息资源共享交换技术”正式通过科委验收，怀柔、平谷、石景山等6个试点区县成功实现政务信息资源共享。其中，作为子课题之一的“区县全国产化空间GIS系统研究及其在怀柔、平谷区的试点建设”成果演示汇报获得了验收专家的高度评价。可以说，政府牵头进行的数据整合，才是将来解决数据问题的关键。 　　未来不存在 　　现在谁知道自己手机里用的什么芯片，什么操作系统？99%的人不知道。因为，手机已经是用易操作的界面在为百姓服务，百姓不用知道后台到底是Java还是高通，编代码的到底是国内企业还是外资企业，总之，用得好就行。 　　这也给GIS的发展指出了一条终极之路：无处在又无所不在。说它无处在，是未来除非专业人士外，没有人关心什么是GIS，GIS在哪里；说它无处不在，是指生活中它的应用已经非常广泛，出门指路、上网查地图，到处都用GIS。说到底，不在的是表现形式，在的是内容。 　　由于GIS的民用化越来越明显，目前国际上GIS发展呈现两种趋势。一是没有人再关心精度很高的数据。以前在军用上，GIS数据经常要精确到厘米，而现在，“只要到底是路北还是路南的，方位没错，差个几米、几十米问题不大。” 钟耳顺这样对比。二是功能性要明显加强。以前的GIS只要标注每个地方有什么，而现在则需要更全的功能，比如方圆一公里内哪有停车场，哪有加油站等。 　　日本现在新出厂的手机都已经预装了GIS功能，日本公民无论到什么地方，都能迅速查找自己的位置，也能查找附近的建筑物或设施。而每次查询，运营商都会收取一定费用，然后再和服务提供商分成，商业模式已经非常成熟。 　　“GIS发展得很快，但我一直认为这是一个创意产业，关键是如何将GIS与用户的行业特色和实际应用具体结合起来。技术固然关键，更关键的是创意。”钟耳顺这样总结。

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1 ． 1 物流管理技术

1915 年美国人阿奇．萧首先提到 Physical Distribution 的概念，随着科学技术的不断发展和物流需求的逐步改变， Physical Distribution 演变为 Logistics 的原型，从 Physical Distribution 到 Logistics 原型以至于到目前的物流（ Logistics ），出于习惯，我国学者一直将上述两个词译为“后勤”或“物流”，虽然其含义已经发生了根本的改变。

中国物流术语国家标准定义物流是 以最小的总费用，按用户的要求，将物质资料从供应地向需要地转移的过程，主要包括运输、包装、装卸、配送、流通加工、信息处理等活动 。美国物流管理协会（ CLM ）定义物流是供应链程序的一部份，包括物品、服务及相关信息，从起点到终点有效流通及储存的企业计划、执行与管理，以达到顾客的要求。

现代科学技术的迅速发展，尤其是信息技术的迅速发展，极大地促进了物流管理技术的发展。现代物流管理作为传统物流管理技术与 ERP 技术结合的典范，被认为是企业在降低物资消耗、提高劳动生产率以外的重要利润源泉。在供应链的“四流”，即物流、商流、资金流、信息流中，信息流提升到了前所未有的高度，信息获取和处理的实时性和准确性是物流管理成败的关键。

1 ． 2 GIS 技术

地理信息系统（ GIS ）技术作为地理数据获取、存储、分析、处理等的工具，将多种地理数据以不同层次联系构成现实世界模型，具有强大的空间数据管理、地理分析和空间分析的能力。

目前 GIS 重要的研究成果主要表现在 [1] ： OpenGIS 的研究保证了用户可以存取在网络上的异构 GIS 数据和处理单元；关系数据库（ RDBMS ）和 GIS 的有效结合，使得许多 RDBMS 也将支持新的对象—关系模型，从而可以更好地支持空间数据类型； GIS 构件（ Component ）的开发使得原来的大型 GIS 系统正迅速走向构件化，分解为基本的 GIS 构件； WEB （ Internet/Intranet ）已经成为 GIS 的新的操作平台；数据挖掘（ Data Mining ）技术的发展，为知识发现提供了新的工具。 GIS 的最新研究成果为 GIS 技术引入物流管理提供了基础的技术条件。

1 ． 3 GIS 技术与物流管理技术的集成

异构性是系统集成的根源，不同系统由于存在着异构的成分导致了各个系统无法实现有效的交互，才有了系统集成的必要。物流作为物体在时间和空间上的位移，对地理空间具有较大的依赖性，基于 GIS 技术的物流管理系统对于物流的可视化、实时动态管理和辅助决策分析等具有重大的意义。 GIS 技术与现代物流管理技术的飞速发展，使二者集成成为其发展的必然趋势，空间物流信息系统作为一个新的研究领域应运而生。

空间物流信息系统可以理解为从地理分析或空间分析以及可视化管理的角度出发，以 GIS 技术为基础，辅助以定位技术、通信技术、 WEB 技术等，进行物流作业和物流辅助决策的实时、动态的物流管理信息系统。

GIS 与物流管理技术集成，构造物流信息平台需要三个阶段：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。技术关键在于两点：数据集成和功能集成。数据集成主要包括异构数据的集成和同构数据的集成；功能集成主要是根据物流操作模式对其功能进行的规划和重组。

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2 ．基于 GIS 的物流信息平台的数据组织

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图1: 基于GIS的物流信息平台数据组织 GIS 使用的数据大多为空间数据，其基本构成单元可以分为点（ Point ）、线（ Line ）、面（ Polygon ）、复杂物体（ Complex Object ）等，并以空间数据库的形式进行数据组织，空间实体的属性信息作为属性项进行存储和管理。传统物流管理采用的数据大多是非空间数据，通常可以以二维表格的形式进行数据组织，可以采用通用的关系数据库进行数据的存储和管理，构成非空间数据库。 GIS 的数据基础与传统物流管理信息系统的数据基础显然有巨大的差异，基于 GIS 的物流信息平台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 RDBMS 的集成等；或者将异构数据规划为同构的过渡数据，如基于 SQL 和 DLL 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、影象数据等，采用标准 SQL 语言可以实现 DB 与 DBMS 的分离， Oracle 、 DB2 、 Informix 等均支持上述操作。 图 1 显示了基于 GIS 的物流信息平台的数据组织模式。

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3 ．基于 GIS 的物流信息平台的功能组织 在数据处理的基础上，基于 GIS 的物流信息平台建设的重心就是功能的组织，也就是 GIS 功能与物流管理功能的规划和重构。 系统的重建显然是不可取的， 目前主要的技术方法有： 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、基于 AGENT 技术的操作模式等。 3 ． 1 独立操作模式 基于 GIS 的物流信息平台对于 GIS 系统与物流信息系统的功能要求具有较强的独立性时， GIS 系统和物流信息系统的原有功能经过组合基本上可以满足物流信息平台的需要时，可以采用独立操作模式，即原有的 GIS 系统和物流信息系统在功能上仍然保持相对的独立性，它们之间的通信可以采用文件交换等方式实现，对于 GIS 功能要求比较简单、物流信息平台规模较小的情况比较适用，是 GIS 与物流信息系统集成的初级方式。该方法虽然技术简单，但是仍然具有一定的实用性。 3 ． 2 基于 OLE 技术的操作模式 OLE （ Object Linking and Embedding ，对象的链接与嵌入）是 Windows 操作系统过时但仍被广泛采用的一项技术，是应用程序交换数据和相互操纵的一种方式。通过 OLE 一个应用程序可以指挥其它多个应用程序的运行。 OLE 技术的实现方法是首先建立 OLE 容器，即一个包含 OLE 对象的公共用户界面，通过 OLE Automation 建立不同应用程序之间的通信和调度，利用 OLE 接口实现自动化客户对自动化服务器的访问。 目前绝大多数应用软件支持 OLE2 ． 0 ，即允许其它应用程序通过 OLE 的方式将其嵌入到自己的系统中。 OLE 可以实现 GIS 与物流管理系统在功能上的有效集成，并一定程度上采用了面向对象的设计思想，但是 OLE 的实现方式几乎将一个应用系统完整地嵌入到了另外一个系统中，包括需要的部分和不需要的部分，因而集成后的系统不但比较庞大，而且对集成后系统的稳定性、可维护性、可重用性等均带来了一定程度的负面影响，因此该方案是可行的方案，但不是较好的功能集成模式。 3 ． 3 基于 COM 技术的操作模式 控件（ COM ） 是具有如下特点的程序块 [ 7 ] ：具有一定结构和功能；遵循一定的接口标准；即插即用；单独或与其它构件一起共同完成特定的功能；内部实现完全封装。 控件是典型的面向对象思想的实现， GIS 控件将数据和操作紧密结合，空间数据、属性信息、数据操作封装在一个对象中，在数据库中存储统一的地理对象，功能集成只是实现不同的对象之间的消息通信。 目前 GIS 厂商提供了许多优秀的控件，如 ESRI 的 MapObject 、 Mapinfo 的 MapX 等。采用 控件的方法是实现功能集成较好的一种方法，集成后系统有较好的性能和功能、可继承性、可维护性等。该方法的主要问题是，集成系统的功能受控件功能的约束，几乎无法添加和修改原有控件的功能，因此集成系统的功能很大程度上受到了所采用控件所提供功能的制约。 3 ． 4 基于 CORBA 技术的操作模式 目前实现分布式系统的主要技术有三种： OMG 的 CORBA （ Common Object Request Broker Architecture ）、 Microsoft 的 DCOM （ Distributed Component Object Model ）和 SUN 的 Java 。 CORBA 是计算机工业从事的最重要的中间件项目，其关键在于 CORBA 定义了包含几乎现有 C/S 模式中间件每一种格式的一个中间件 [8] 。 CORBA 将对象作为一个整体的隐象征，将现有应用软件都规划到对象总线上来。 CORBA 对于系统是自描述的，服务规范与实现分离，允许将现有系统合并到对象总线上。 采用 CORBA 技术进行物流信息平台的建设具有良好的开放性和扩展性，是建造分布式信息系统的一种重要技术规范。信息的分布性是基于 GIS 的物流信息平台的基本特点，物流信息平台要实现对现有不同类型信息系统的集成，从异构的系统中获取有关信息，对信息资源进行合理共享和优化利用， CORBA 技术无疑是当前解决分布、异构问题的最有效的技术。 3 ． 5 基于 AGENT 技术的操作模式 AGENT 技术是当今计算机技术的一个重要研究方向 [ 3 ] 。由于 AGENT 具有自主性、交互性、反应性、主动性等的特点，采用 AGENT 技术实现分布式信息系统在网络通讯和协作处理方面有着巨大的优势。 AGENT 技术运用于基于 GIS 的分布式物流信息平台建设，不仅可以较好地解决系统数据共享和服务共享，而且更加便于子系统之间的应用协作和智能化信息服务的实现。 目前， AGENT 技术的研究尚处于理论研究阶段，已有的原型系统大都处于实验阶段，相信不久基于 AGENT 理论的分布式系统的开发模式将会成为物流信息平台开发的主流。

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对于大量共用信息进行组织处理，确保信息流正确、及时、高效、通畅是构筑物流信息平台成败的关键因素。目前，物流信息平台发展规划研究处于起步阶段，没有一个比较完善的范例可资借鉴 [2] 。

物流经过多年的发展，目前传统物流体系结构已经得到了大多数专家学者的认可。王众托、高复先等先后提出和论证了“企业信息系统新的体系结构”的概念，为在信息系统建设中如何进行规划和设计的问题给出了普遍意义上的解答。吴洪庆、段成华提出了物流信息系统结构的定义，物流信息系统结构指构成物流信息系统的各组成部件、部件之间的连接关系，以及部件和连接方式对构建物流信息系统所起的作用，并根据上述研究成果，提出了物流信息系统的总体框架（ Logistic Information System Architecture ， LISA ），认为物流信息系统总体框架包括三个组成部分，业务层、管理控制层和战略管理层 [ 4 ] 。

基于 GIS 的物流信息平台应该提供如下功能：支持多种内容、类型、格式的数据和模型，并提供对不同数据的操作功能；考虑到基于 GIS 的物流信息平台分布式的特点，根据用户的不同而提供不同的用户视图；提供基于 GIS 并针对物流作业的地理分析和空间分析功能，支持模型分析以及辅助决策；采用面向对象的思想，使平台具有良好的可继承性和可维护性，并使使用者可以透明地操作；提供标准的程序接口和通信服务机制，支持与其它系统的数据交换和功能调用，使平台具备一定的可拓展性。

从信息系统的角度，基于 GIS 的物流信息平台概念结构纵向上可以分为管理层、作业层、用户层，横向上可以分为数据层、功能层、用户（使用）层。从目前分布式信息系统的设计角度，纵向结构遵从横向结构，通常采用身份认证的方式在系统中进行层次划分。

基于 GIS 的 物流信息平台是 GIS 技术的支撑下的物流信息平台，是通过建立完善的数据采集、分发、共享、处理、分析、存储的机制，构筑的物流操作平台。物流从狭义上可以理解为包括生产、仓储、配送、运输四个主要的过程，辅助决策支持、物流作业管理、企业管理三个层次。图 2 显示了物流共用平台系统的结构。

　

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图2:物流共用平台系统结构图

其中，辅助决策支持部分包括全局或局部物流优化、各级客户地理分析、运输能力模型分析、交通物流资源优化、配送中心能力分析、配送网络方案分析、门到门服务分析优化、联运优化方案分析、代理网点设置优化、物流仿真分析模型、仓储能力分析、仓库选址模型、中转仓库优化方案等等；物流作业管理部分包括企业物流资源管理、物流服务支持系统、物流资源查询检索、交通资源信息查询、信息发布系统、在线商务交易、仓库可视化管理、货物跟踪监控、海关报通关系统、货物卫生检疫系统、银行支付系统等等；企业内部管理部分包括企业内部资源管理、财务管理子系统、人力资源子系统等等。

从上述三个部分的构成可以看出， GIS 技术涉及到辅助决策支持和物流作业管理大部分的内容，企业内部管理实际上完全可以从物流信息系统中剥离。物流活动作为物体在空间上的移动，是时间和空间的集合，因此物流信息系统也可以分为两大部分：物流作业和支持系统、物流商务运行系统。

5 ．结束语

物流具有空间尺度和空间特征的性质是 GIS 技术与物流管理技术集成的基础。 GIS 应用于物流，从根本上改变传统物流的管理方式和分析模式，具有广阔的应用前景。但是，目前基于 GIS 的物流信息平台的研究和实践还处于研究实验阶段，如何建设合理实用的 GIS 物流信息平台，还有许多的问题需要考虑和实践。

老蒋头

似乎前景挺广阔

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基于遥感与GIS 的干旱区生态资产评估研究 周可法①② 陈曦① 周华荣① 张清② 左其亭① 张海波① 闫金凤① 陈川③ (① 中国科学院新疆生态与地理研究所, 乌鲁木齐830011; ② 北京大学遥感研究所, 北京100871; ③ 新疆大学, 乌鲁木齐830008. E-mail: zhoukf@ms.xjb.ac.cn) 摘要在3S 技术的支持下, 利用地面Landsat TM 数据、中巴卫星数据、气象数据和MODIS 数据, 以 及地表覆盖类型和野外测定观测等数据, 在景观生态学的基础上研究干旱区生态资产单位面积价值, 建立了基于遥感与GIS 的干旱区生态资产价值评估模型, 并结合野外测验数据, 以2003 年的新疆玛纳 斯河流域为例, 将流域划分为4 个生态资产区, 对其生态系统的生态资产进行了定量的计算, 并分析了 生态资产空间分布特征, 编制了生态资产空间分布图, 分析了其空间分布特征. 结果表明: 玛纳斯河流 域生态系统2003 年的生态资产总价值为1494.54 亿元人民币, 生态资产的分布具有从高山向平原、从 绿洲向荒漠逐渐减少的趋势, 具有和干旱区植被地带性分布一致的特征. 测量结果更加客观地反映干 旱区流域生态资产及其空间分布的现实情况, 为全面开展生态资产测量进行了初步的探索研究. 关键词生态资产GIS 评估模型遥感测量 干旱区大规模人类活动和工程建设诱发的土地 沙漠化与盐渍化、草场退化、河湖水质恶化、生物多 样性减少等一系列生态环境问题日趋严重, 已直接 影响到我国的国民经济建设. 生态资产评估包括自 然资产估价和生态系统服务价值评估, 是直接对生 态资产从整体上进行评估, 也就是同时包括自然资 产评估和生态系统服务价值评估[1~3]. 以生态系统服 务功能效益和自然资源价值为核心的生态资产测量 与价值评估引起了世界各国的普遍关注, 当前许多 国内外专家、学者、政府部门和国际组织都开始致力 于生态资产的研究, 开展了对以生态系统服务功能 为主体的生态资产的核算, 并试其纳入国民经济核 算体系[4~6]. 早在20 世纪70 年代, 美国就建立了国家 自然资源调查局, 专门从事国家生态资产调查和评 估的工作, 采用野外抽样调查统计的方法, 对国家生 态资产进行调查和评估, 建立了绿色GDP核算体系, 并制定了生态环境补偿政策[1,2], 目前发达国家如法 国、德国、荷兰、日本等均有类似的向政府和公众提 供服务的专门机构. 有关生态资产估算方面的研究 成果基本限于利用单位面积价值对总量的静态估算, 对生态系统类型、质量状况的时空差异缺乏考虑, 估 算结果难以反映生态资产在空间分布上的真实状况. 国外估算出热带雨林生态资产, 是利用“3S”技术与 统计模型相结合的方式, 将不同的大比例尺的数据 源集成进GIS中, 同野外数据建立概率模型, 从而产 生基于概率模型反映生态价值. 综上所述, 目前国内 外还没有形成公认的、较为完善的生态资产测量的理 论和方法体系, 本文在对有关生态资产价值评估理 论进行总结的基础上, 提出了一套基于遥感生态测 量技术的干旱区生态资产定量模型和技术体系, 对 玛纳斯河流域的生态资产价值进行评估研究, 定量 反映其现有生态系统的经济价值的存量及其变化, 为将来全面开展干旱区生态资产测量进行了初步的 探索研究. 1 研究原理与技术路线 1.1 研究区概况 玛纳斯河流域位于新疆准噶尔盆地南缘, 发源 于天山北坡, 位于东经43°20′~45°55′, 北纬85°00′~ 87°00′, 全长约400 km, 流域面积5156 km2, 该流域 地形呈南高北低走势, 源头海拔5000~5500 m,有现 代冰川分布, 面积达608.25 km2. 如图1 玛纳斯流域 位置示意图所示, 流域山地垂直地带性特征十分明 显, 流域内的固定、半固定沙丘及沙地演化成为流 动、半流动状态; 从其分水岭到河流尾闾有规律地分 布着半湿润的山地自然带、半干旱的人工绿洲带、极 干旱的荒漠自然带, 使夹持在两大景观发育方向呈 明显对立态势的自然带之间的人工绿洲带成为环境 极为敏感、脆弱的干旱流域生态区. 在过去的20~30 年里, 荒漠灌木林分布线向北退缩30 km, 沙漠整体 向南延伸了2 km之多, 沙尘暴、风沙等灾害性天气不 断发生, 其上游山地及下游荒漠的生态建设水平和 第51 卷增刊Ⅰ 2006 年5 月论文 环境容纳能力, 对整个流域生态环境的动态演变起 重要作用. 图1 玛纳斯河流域位置图 1.2 数据来源与预处理 本文所利用的LANDSAT TM 数据(图像空间分 辨率: 30 m×30 m, 时间为2003 年6~10 月)、中巴卫 星数据(空间分辨率: 20 m×20 m, 时间为2003 年6~9 月)、MODIS 数据(空间分辨率: 250 m×250 m, 时间为 2003 年1~12 月)和气象卫星NOAA/AVHRR NDVI 数据, 其中NOAA/AVHRR来源于美国地球资源观测 系统数据中心的数据集, 图像空间分辨率: 1 km × 1 km, 时间分辨率为月, 时间序列: 1990 年1 月至2003 年12 月; 数字高程模型(DEM)空间分辨率为90 m. 资料来 源: 新疆测绘局数据中心, 经几何校正、配准、投影 变换处理; 1:100 万《新疆植被类型图》、1:50 万《新 疆土壤质地图》和1:10 万《昌吉州土地利用图》等 资料来源为中国科学院新疆生态与地理研究所, 经 ARCGIS 投影变换; 野外测验数据利用GIS的空间分 析工具, 对野外数据进行插值, 获取测验栅格图; 所 有数据经投影变换处理, 选取的投影方式为Albers等 面积投影. 1.3 生态系统服务价值遥感测量指标 Costanza等[4]将全球生物圈分为16 个生态系统 类型, 并将生态系统服务分为17 大类, 列举了生态 系统服务与生态系统功能之间的对应关系, 是目前 最有影响的对生态系统服务的研究结果. 本文从宏 观生态学角度, 根据基于遥感手段的区域生态资产 计算特点, 考虑数据获取的可能性和可靠性, 以及我 国在这方面的研究情况[3,7~15], 最终确定的基于遥感 技术的干旱区生态资产评估指标如表1. 1.4 生态资产评估方法 生态系统提供的不少间接效益还不为人类所认 识, 这些还不为人类所认识到的效益和暂时无法衡 量的效益价值不能被计入生态资产总价值中. 因此, 从理论上看, 目前所评估的还不是生态资产的全部 价值, 但是这些价值已能反映目前对生态资产评估 的认识水平. 本次研究工作得出的生态资产总价值 表1 生态资产的评估指标表 序号生态系统服务生态系统的功能 1 调节气候维持大 气平衡模型 在评估生态系统对气温、降水的调节以及对其他气候过程的生物调节作用的价值时, 以生 态系统有机物质生产为基础, 通过释放O2和吸收固定CO2来计算 2 营养物质循环模型 在评估生态系统营养物质循环的价值时, 以生态系统的生物量和净初级生产力为基础, 根 据各生态系统中N, P, K 的质量分配率来计算 3 生产有机物质模型通过净某一时段初级生产力计算该时段植物所生产的有机物量 4 涵养水源模型通过单位面积上降水贮水量来计算植被的涵养水源价值 5 保持水土效益模型 在计算中, 首先采用无林地的土壤侵蚀量来估算各生态系统减少的土壤侵蚀量, 然后再评 价它们对表土损失、肥力损失和减轻泥沙淤积灾害三方面的价值 6 废弃物处理效益模型通过植被吸附有毒尘埃和SO2气体减轻环境污染来计算其价值 7 维持生物多样性效益模型 通过生态系统所提供的多样性生境生长、发育、繁殖的野生生物物种, 所储藏的物种基因 库等所具有的经济价值来计算 8 游憩效益模型利用生态系统为人类提供旅游、定居和临时种群提供栖息地的价值来计算 9 提供科研、文化社会价值 的效益模型 由提供美学、娱乐、教育、科研等社会价值效益形成的资产 176 www.scichina.com 论文第51 卷增刊Ⅰ 2006 年5 月 为涵养水源效益、保持水土效益、维持大气平衡效益、 营养物质循环效益、生产有机物质效益、吸收和分解 污染物质效益、维持生物多样性效益、休闲娱乐的效 益和提供娱乐、美学、科研、教育等效益之和, 反映 干旱区生态资产总体特征和分布及变化趋势. 2 生态资产评估模型 一定区域内生态资产的总量是一个随时间动态 变化的量值, 它是区域内所有生态系统类型提供的 所有服务功能及其自然资源价值的总和, 并随着区 域内所含有的生态系统的类型、面积、质量的变化而 变化. 一定区域内的生态资产价值总量(V)可以表示 为: C 1 , n c V V = = ∑ 其中, c=1,2,…,n, 表示生态系统的类型; VC表示第C 类生态系统生态资产价值. www.scichina.com 177 S C C 1 1 , i n m ij ij i j V R V = = = × × ∑∑ 其中, i =1,2,…,n, 表示第C类生态系统的第i种生态服 务功能; VCi表示第C类生态系统的第i种生态服务功 能类型的单位面积价值; j=1,2,…,m表示一定区域内 第C类生态系统在空间上分布的象元数; Sij表示各个 象元的面积大小, 对于等面积投影,Sij为给定的常数; R i j 表示每个象元的调整系数,它是由生态系统的 质量状况决定的. 本文选取植被覆盖度(fj)和植被净 第一性生产力(NPP)作为表征当年生态系统质量状况 的生态参数. 根据干旱区生态资产计算的特征, 基于定量遥 感测量的价值评估模型主要包括以下四部分内容: 生态系统遥感分类、生态参数遥感测量、单位面积生 态服务功能价值定量计算和测量结果精度检验, 资 产评估模型的技术流程如图2 所示. 3 结果分析 3.1 生态资产评估结果 根据建立的生态资产评估模型, 对昌吉地区 1990 和2003 年生态资产进行了计算. 在模型构建时, 以GIS 为计算平台, 对耕地、林地、草地、灌丛、建 筑用地、水域和难利用地等七类地表覆盖类型生态资 产价值进行空间分析, 得到各种土地类型在各种不 同条件下的生态资产价值. 生态资产遥感测量结果 的空间分布如图3 所示. 从表2 和表3 数据分析中可以看出, 1990 年和 2003 年的玛纳斯流域草地的生态服务价值占了总生 态服务价值的一半以上; 其次为难利用地、林地和耕 地,由此可见草地、耕地和林地对生态资产的贡献率 较大. 1990 年, 营养物质循环价值最高, 总生态服务 价值的46%; 其次是保持水土价值(18%)、维持大气 平衡价值(16%)和涵养水源价值(12%); 2003 年, 营养 图2 资产评估模型技术路线图 第51 卷增刊Ⅰ 2006 年5 月论文 178 www.scichina.com 表2 2003 年不同分区各项生态服务价值统计表(单位: 亿元) 序号分类/分区荒漠区绿洲平原区山前丘陵区高山区 1 维持大气平衡80.59 141.83 56.10 107.47 2 营养物质循环124.00 172.85 41.64 85.82 3 生产有机物质46.70 81.46 31.43 61.60 4 涵养水源48.78 48.66 20.84 38.74 5 保持水土36.24 64.62 33.87 121.17 6 废物处理0.07 0.23 0.10 1.02 7 维持生物多样性3.69 8.74 2.91 6.87 8 休闲娱乐2.62 5.14 2.12 3.09 9 科研文化2.62 4.83 2.29 3.79 总价值345.33 528.35 191.30 429.56 单位面积价值(元) 1.46 2.98 3.72 4.79 表3 1990 年和2003 年不同生态系统类型各项生态服务价值统计表(单位: 亿元) 时期名称林地草地水体城镇用地难利用地沼泽地耕地合计 维持大气平衡11.91 86.28 7.80 2.12 64.36 2.32 35.21 209.99 营养物质循环22.69 222.07 19.41 5.99 193.27 8.11 100.24 571.77 生产有机质2.76 19.98 1.80 0.49 14.90 1.16 8.16 49.24 涵养水源20.82 83.86 13.78 1.90 19.95 10.42 43.07 193.82 保持水土183.35 111.30 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 294.65 废物处理1.69 0.30 0.00 0.00 0.00 0.00 0.12 2.11 休闲娱乐9.80 12.88 0.18 0.03 0.60 0.00 8.33 31.82 生物多样性1.96 10.30 0.15 0.03 0.48 0.00 5.00 17.92 科研文化2.95 11.62 0.32 0.07 0.30 0.00 2.31 17.57 1990 合计257.94 558.59 43.43 10.63 293.87 22.00 202.44 1388.91 维持大气平衡37.24 212.13 13.06 4.54 55.60 6.57 56.83 385.98 营养物质循环30.17 208.69 14.68 6.17 81.89 8.70 74.00 424.31 生产有机质21.34 121.54 7.42 2.61 31.85 3.87 32.56 221.19 涵养水源13.91 70.52 17.00 1.16 28.18 4.83 21.42 157.03 保持水土158.82 97.07 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 255.89 废物处理1.12 0.24 0.00 0.00 0.00 0.00 0.06 1.42 休闲娱乐6.54 10.36 0.23 0.02 0.91 0.00 4.14 22.20 生物多样性1.30 8.29 0.15 0.01 0.72 0.00 2.49 12.97 科研文化1.97 9.35 0.39 0.05 0.44 0.19 1.15 13.53 2003 合计272.41 738.20 52.94 14.56 199.59 24.17 192.66 1494.54 物质循环价值最高, 总生态服务价值的29.69%; 其 次是维持大气平衡价值(26.57%)、生产有机质价值 (15.23%)和保持水土价值(15.12%); 这说明营养物质 循环价值和维持大气平衡价值对生态资产的贡献率 最大. 十几年的变化可以得出营养物质循环价值和 生产有机物价值变化较大, 这也反映了近几年人类 活动加强, 土地利用变化较大, 从不同功能服务功能 所占生态资产价值分布计算, 如图4 所示: 从生态资产空间分布上来看(图3), 玛纳斯河流 域生态资产总体空间分布呈现由南向北递减、由高山 向平原和绿洲向荒漠递减的趋势, 这与植被的地带 性分布梯度基本一致. 最低值区位于北部的沙漠地 区, 这里主要分布着荒漠戈壁, 气候恶劣, 生态环境 非常脆弱. 2003 年生态资产单位面积价值, 高山区、 山前丘陵区、绿洲平原区和荒漠区依次为4.79, 3.72, 2.98 和1.46 元. 其各区各类服务功能生态资产如表2 所示. 从不同的生态系统类型来看, 大部分的生态系 统类型, 其生态资产是逐年增加的. 耕地生态资产变 化主要是受人为因素的影响. 林地及草地的增幅较 大, 变化率为27%, 主要是气候与人为因素的双重影 响造成的; 水体的生态资产增幅不大, 其变化率一般 在11%左右, 这一方面是由于其的面积较小, 单位面 积价值即使有较大的变化也很难在较小面积上反映 出来, 另一方面则是因为它们对降水条件有一定的 缓冲作用, 气候因素对其植被生长的影响相对较小; 论文第51 卷增刊Ⅰ 2006 年5 月 图3 1990 年和2003 年不同功能服务所占生态资产 价值比重 1. 维持大气平衡, 2. 营养物质循环, 3. 生产有机质, 4. 涵养水源, 5. 保持水土, 6. 废物处理, 7. 休闲娱乐, 8. 生物多样性, 9. 科研文化 冰川、祼岩和砾石等无植被或极稀疏植被地带, 生态 资产从1990 年到2003 年则表现为下降趋势, 其生态 资产减小则主要是受气候变化的影响, 因为这些地 方环境恶劣、人迹罕见, 人为因素影响的可能性极小. 全球气候变暖, 可能使高山区、山前丘陵地区及绿洲 区的水热条件配置更合理, 对植被生长极为有利; 而 西北干旱、半干旱地区的环境则变得更为恶劣, 使自 然生态系统受到的胁迫越来越严重. 3.2 生态资产的空间分析 昌吉州生态资产评估结果的空间分布如图4 所 示. 昌吉州生态系统2003 年的生态资产总价值为 1494.54 亿元人民币, 这一评估结果高于玛纳斯流域 国民生产总值. 从不同生态系统类型的生态服务功 能价值分布来看(表3), 草地的生态服务价值占了总 生态服务价值的49%; 其次为林地(18%) 和耕地 (13%), 这三类共占了玛纳斯流域生态资产的80%. 从功能服务价值来看, 营养物质循环价值最高, 为 424.31 亿元人民币; 其次是维持大气平衡价值 (385.98 亿元)和保持水土价值(255.89 亿元); 这说明 营养物质循环价值和维持大气平衡价值对生态资产 的贡献率最大. 从生态资产空间分布上来看(图3), 昌吉州生态资产总体空间分布呈现由南向北递减、由 高山向平原和绿洲向荒漠递减的趋势, 这与植被的 地带性分布梯度基本一致. 最低值区位于北部的沙 漠地区, 这里主要分布着荒漠戈壁, 气候恶劣, 生态 环境非常脆弱, 生态资产单位面积价值在1000 元·hm−2以下,高值区主要分布于昌吉州以南山区,单 位面积生态资产介于20000 元·hm−2以上. 受气候和人类活动的影响, 一定区域内的生态 资产会随时间发生动态变化. 总体看来, 玛纳斯流域 生态系统两期的生态资产呈上升趋势 1). 1990 年昌 吉地区的生态资产为1388.91 亿元人民币, 到2003 年全区生态资产总值增加到1494.54 亿元人民币. 从 动态模型分析来看, NPP是自然状况下控制生态系统 图4 1990 年(a)和2003 年(b)玛纳斯河流域生态资产空间分布图 1) 张清, 陈曦.干旱区生态系统生态资产测量及其动态变化分析.中国科学院研究生院硕士论文. 2005, 40~56 www.scichina.com 179 第51 卷增刊Ⅰ 2006 年5 月论文 生态资产变化的关键因子. 其一方面可归结为气候 因素, 因为近些年来, 整个区域内水热条件的配置比 较适合于植被的生长; 另一方面则是因为20 世纪90 年代以来, 国家实施的退耕还林还草、天然林保护工 程等措施对生态环境起到了较大的改善作用. 因此, 以下分析人为土地类型变化、气候变化与生态资产的 关系. 4 结论 针对干旱区开展生态资产遥感测量工作, 具有 十分重大的现实意义, 本文利用3S 技术, 结合地理 学、生态学和数学的方法, 通过对生态参数的测量, 建立生态资产遥感定量评估模型, 对昌吉州生态系 统2003 年的生态资产进行了测量, 并编制了2003 年 昌吉州生态资产空间分布图. 结果表明, 昌吉州生态 系统2003 年所产生的昌吉州生态资产为1494.54 亿 元, 高出当年GDP 的值; 从生态资产的空间分布来 看, 昌吉州生态资产总体空间分布呈现由南向北递 减、由高山向平原和绿洲向荒漠递减的趋势, 这与植 被的地带性分布梯度基本一致, 说明生态资产遥感 的测量结果符合昌吉州生态资产的实际情况. 生态 资产的遥感测量方法, 既反映了生态系统本身的质 量状况; 同时, 采用的遥感技术克服了传统的生态统 计方法以点代面的缺点问题, 测量结果可以更加客 观的反映生态资产及其空间分布. 生态资产测量方面的研究仍然处于探索阶段. 本 文利用3S 技术对玛纳斯流域生态资产进行了定量测量, 其存在的不确定性主要来自多方面: (1) 缺乏一套适合 于干旱区生态资产计算的生态系统分类体系; (2) 现阶 段有关生态资产研究工作多侧重于科学研究, 其技术 方法却不能满足生态资产评估的业务化生产要求; (3) 建立生态资产测量实验站; (4) 针对干旱区生态资产遥 感测量关键技术的系统研究较少, 每一种生态服务功 能单位价值的定量研究须进一步验证. 本文只选择了9 项比较常见且影响较大的指标, 而实际上生态系统的 服务功能远不止这些, 仍须作进一步的研究. 因此, 本 文对生态资产的评估只是保守和粗略的估计. 致谢本工作为国家高新技术重点规划项目(2002AA- 133061)、国家重点基础研究发展规划项目(2001BC409809) 和中国科学院创新工程项目(KZCX3-SW-355)资助. 参考文献 1 Daily G C. 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International Journal of Remote Sensing, 1998, 19(8): 1533—1543[DOI] 9 欧阳志云, 王效科, 苗鸿. 中国陆地生态系统服务功能及其生 态经济价值的初步研究. 生态学报, 1999, 19(5): 607—613 10 李金昌, 姜文来, 靳乐山, 等. 生态价值论. 重庆: 重庆大学出 版社, 1999. 112—114 11 潘耀忠, 龚道溢, 邓磊, 等. 基于DEM 的中国陆地多年平均温 度插值方法. 地理学报, 2004, 59(3): 366—374 12 侯学煜. 中国植被图集(1:100 万). 北京: 科学出版社, 2001 13 侯学煜.中华人民共和国植被图(1:400 万). 北京: 地图出版社, 1982 14 邓时琴. 中国土壤质地图. 见: 中国土壤图集. 北京: 地图出版 社, 1986. 23—24 15 陈仲新, 张新时. 中国生态系统的效益. 科学通报, 2000, 45(10): 870—875 (2005-07-20 收稿, 2006-01-16 收修改稿)

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摘 要：从地理信息系统的概念入手，探讨了地理系统研究的主要内容，并且对当前地理信息系统的关键技术措施在水土保持规划系统中的应用，针对水土保持管理的具体要求和目标，分析了一个基于关系数据库模型水土保持规划信息系统在GIS应用中的基本功能。 关键词：地理信息系统；计算机系统；水土保持；空间数据库 地理信息系统（GIS）管理空间信息和数据库属性数据，广泛应用于国防建设、城市规划、资源管理、环境监测等领域；以计算机为核心的信息处理系统技术是信息诸多类型中与空间相关的信息的一种类型，人类生存的地理这个三维空间中的万物无不与空间位置相关，如何利用计算机处理空间相关信息是地理信息系统（Geoqrphic Information System, 简称GIS）产生与发展的原动力，目前国产GIS软件种类很多（如：SWCGIS、WEBGIS、MAPGIS、VTEWGIS、CITYSTAR、）在许多领域得到广泛应用与推广，极大激励了GIS技术的发展，被列入各国高科技重点攻关项目，已成为各领域数字信息化建设首选的高科技软件。 1 GIS信息技术的概念及其研究内容 1.1 GIS信息技术的概念 GIS是一门多学科综合的边缘学科，其核心是计算机科学，基本技术是数据库，地图可视化及空间分析，而GIS是计算机科学，地理系统测量学、地图学、空间学、信息科学等多门学科综合的技术，要给出GIS的准确定义比较困难。一般认为：广义的概念是GIS是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。狭义的概念是：1基于数据库的定义：GIS的数据库系统有空间次序，并且提供一个对数据进行操作的操作集合，用来回答对数据库中空间实体的查询；2基于功能的定义：GIS是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据的系统；3基于应用的定义：由于GIS应用领域的不同， GIS可分为土地信息系统、水土保持规划信息系统、空间决策支持系统等。 1.2 GIS信息技术研究的内容 1.2.1 输入系统：地理数据如何有效地输入到GIS中是一项琐碎、费时、代价昂贵的工作，大多数的地理数据是从低质地图输入GIS。常用的方法是数字化和扫描，数字化的主要问题是低效率和高代价；扫描输入则面临另一个问题，扫描得到的栅格数据如何变换成GIS数据库通常要求的点、线、面、拓扑关系属性等形式，一般采用交互式的地图识别是矢量化方法的一种较为现实的理想输入方法，而全自动的智能地图识别方法采用较少。 1.2.2 存储系统：GIS中的数据分为栅格数据和矢量数据两类，如何在计算机中有效存储和管理这两类数据是GIS的基本问题。目前计算机的硬盘容量已达到GB级，可有效存储和高效处理地图这类对象是比较方便灵活的。但GIS的数据存储却有其独特之处，大多数的GIS系统中采用了分层技术，即根据地图的某些特征，把它分成若干层，整张地图是所有层叠加的结果，可同时高效地处理上万幅的海量地图库。在与用户的交换过程中只处理涉及到的层，而不是整幅地图，因而能够对用户的要求做出快速反应和处理。 1.2.3 地理数据的操作：GIS对图形数据(点、线、面)和属性数据的增加、删除、修改等基本操作中对数据的操作提供了对地理数据有效管理的手段，GIS并使图形数据与属性数据紧密结合在一起，形成对地物的描述。 1.2.4 空间分析：地理数据空间分析是通过GIS提供的空间分析功能，用户可以从已知的地理数据中得出隐含的重要结论，这对于许多应用领域是至关重要的，是GIS得以广泛应用的重要原因之一。GIS的空间分析分为矢量数据空间分析和栅格数据空间分析两类：矢量数据空间分析通常包括：空间数据查询和属性分析，多边形的重新分类、边界消除与合并，点线、点与多边形、线与多边形、多边形与多边形的叠加，缓冲区分析，网络分析，面运算，目标集统计分析；栅格数据空间分析功能通常包括：记录分析、叠加分析、滤波分析、扩展领域操作、区域操作、统计分析。 1.2.5 输出：将用户查询的结果或是数据分析的结果以合适的形式输出是GIS问题求解方程过程的最后一道工序，输出形式通常有在计算机屏幕上显示或通过绘图仪输出。对于输出精度要求较高、质量较好的GIS输出功能，还包括：数据校正、编辑、图形修饰、误差消除、坐标变换、出版印刷等技术。 2 地理信息系统自身发展动态。 2.1 地理信息平台技术 面向对象方法为人们在计算机上直接描述物理世界提供了一条适合于人类思维模式的方法，即面向对象的GIS，已成为GIS的发展方向，这是因为空间信息较之传统数据库处理的单维或多维信息更为复杂、琐碎，面向对象的方法为描述复杂的空间信息提供了一条直观、结构清晰、组织有序的方法，因而倍受使用者的采纳和接受。 2.2 地理信息系统空间技术 空间信息用于地球研究即为地理信息系统，空间信息是指与空间和地理分布有关的信息，经统计，世界上的事物有90%左右与空间分布有关。为了满足数字地球的要求，将影像数据库、矢量图形库和数字高程模型（DEM）三库一体化管理的GIS软件和网络GPS，在我国相关领域已得到普及。极大的方便GIS应用软件产生的地理信息将被另一个软件读取，可实现不同层次的互操作。 由于遥感和GIS的广泛应用，空间分辨率快速的提升。分辨率指空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率。空间分辨率指影像上所能看到的地面最小目标尺寸，用像元在地面的大小来表示。从遥感形成之初的80m，已提高到6m，乃至2m，军用甚至可达到5cm。到目前获取1m或优于1m的空间分辨率影像将会十分方便。光谱分辨率指成像的波段范围，分得愈细，波段愈多，光谱分辨率就愈高，现在的技术可以达到1-5nm（纳米）量级，800多个波段。时间分辨率指重访周期的长短，目前一般对地观测卫星为3-5d的重访周期。通过发射合理分布的卫星星座可以1-3d观测地球一次，应用高分辨率卫星遥感图像在可以优于1m的空间分辨率，每隔1-3d为人类提供反映地表动态变化的详实数据。 2.3 地理信息系统集成模块 多数GIS的空间分析功能对于大多数的应用问题是远远不够的，因为这些领域都有自己独特的专用模型，目前通用的GIS大多通过二次开发来解决这一现实问题。而GIS成功应用于专门领域的关键技术在于支持建立该领域特有的空间分析模型。GIS通过二次开发可以支持面向用户的空间分析模型的定义、生成和检验的环境，支持与用户交互式的基于GIS的分析、建模和决策等功能。 目前GIS空间分析功能与各种领域专用模型的结合主要有两种途径.(1)松散耦合式：即除GIS外，借助其他软件环境实现专用模型，并与GIS之间采用数据通讯的方式联系。(2)嵌入式：即在GIS中借助GIS的通用功能来实现应用领域的专用分析模型。 3 地理信息系统模块在水土保持中的应用分析 3.1 水土保持规划系统平台设计 传统GIS开发平台均采用专门设计的开发语言。例如，Arc/Info采用AML或C++语言，加上庞大的函数、命令库，使得开发技术人员掌握难度较大，递延了应用产品的开发周期。传统GIS系统中的空间数据管理和数据库管理系统通常均直接由GIS厂商提供，这也是传统GIS软件价格昂贵的一个重要原因。一方面大大提高了应用开发与系统建设的成本，另一方面也限制了用户根据应用需要和各种数据库工具的优劣，选择利用数据库工具的机会。 3.2 水土保持规划系统与GIS组件设计理论 基础组件是面向空间数据管理，提供基本的交互过程。基础组件属基础性平台，是整个系统的基础，主要面向空间数据管理，提供基本的交互过程，并能以灵活的方式与数据库系统连接。 高级通用组件是面向通用功能。高级通用组件由基础组件构造而成。它们面向通用功能，简化用户开发过程，如显示工具组件、编辑工具组件等。 行业性组件是面向行业应用的管理方式，固化到组件中，加速开发进程。行业性组件以GPS监控为例。对于GPS应用，除了需要地图显示、信息查询等一般的GIS功能外，还需要特定的应用功能，如动态目标显示、目标锁定等。这些GPS行业性应用功能组件被封装起来后，开发者的工作就可简化为设置显示目标的图例以及调用、接受数据的方法等。 3.3 水土保持规划系统在GIS使用中的优越性 将GIS的功能适当抽象，以组件形式提供开发者使用，会带来许多传统GIS工具无法比拟的优点。 3.3.1 GIS功能强大、系统处理速度快。 目前市场上开发使用的GIS组件都是基于128位系统平台的，采用InProc直接调用形式，所以无论是管理大数据的能力还是处理速度方面均不比传统GIS软件逊色。GIS组件完全能够提供拼接、裁剪、叠合、缓冲区等空间处理能力和丰富的空间查询与分析能力。 3.3.2 采用直接嵌入法对MIS开发。 组件的开发建立在严格的标准之上，因此，凡符合标准的组件都可在目前流行的各种开发工具上使用。这样Delphi、PowerBuilder、Notes、Access等都可直接成为GIS或GMIS的最优开发工具，它们各自的优点都能够得到充分发挥。与传统GIS专门性开发环境相比，是一种质的飞跃。 3.3.3 灵活方便、价格适宜。 在组件模型下，各组件都集中地实现与自己最紧密相关的系统功能。组件化的GIS平台集中提供空间数据管理能力，并且能以灵活的方式与数据库系统连接。在保证功能的前提下，系统表现得灵活方便，而其价格仅是传统GIS开发工具的三分之一，甚至更少。这样，用户便能以较好的性能价格比获得或开发最优GIS应用系统。 3.4 水土保持规划系统中的GIS系统基本功能 水土保持规划系统管理中存在海量的多时态水土保持规划数据，能够快速获取水土保持规划因子中的土地分类数量、质量、空间分布和利用状况；能够对年度水土保持规划数据进行更新、管理、分析；能够输出各种查询、统计和分析结果。因此，建立水土保持规划信息系统的目标是高效地管理海量的多时态水土保持利用数据，实现对水土资源的科学管理，及时提供科学、详实、直观的数据，为水土保持工程的实施决策提供科学依据，实现水土保持生态资源总量动态平衡，最终达到区域水土保持可持续发展。 3.4.1 查询功能:水土保持规划系统采用关系数据库管理空间数据，空间数据与属性数据一体化，因此图形和属性之间相互查询比较方便。查询包括对图形和属性的双向查询、图形定位等查询功能。 3.4.2 统计分析功能:水土保持统计分析是水土保持规划信息系统的重要组成部分。通过水土保持统计了解土地数量结构、利用状况的区域分布特征。 3.4.3 变更编辑功能：水土保持规划系统变更是指水土保持利用状况发生的变化，即地类、面积发生的变化。系统将水土保持各因子变更划分为属性变更和图形变更。系统提供各种图形和属性变更工具，图形变更能够直接输入精确坐标进行变更操作，图形变更时自动生成新实体编号（如图斑编号），避免重号的发生。 3.4.4 制图显示功能:制图显示功能包括常规的地图操作，如放大、缩小，地图图层控制管理等；创建默认水土保持规划(现状)利用图，创建各种专题图如单一值规划图、等级符号图、统计专题图等。利用等高线和高程点生成DEM和数字正射影像，并与水土保持利用图叠加显示，生成形象直观的水土保持土地利用图，可以很直观地看出地类在地形上的分布情况。 3.4.5 输出功能:根据用户具体要求可以输出多种形式的数据、报表、图表，按小流域或者区划可以输出一定比例的水土保持土地利用图、水土保持规划图、水土流失现状图等。 [参考文献]： [1] 中地软件丛书编委会.MAPGIS地理信息系统使用手册[S].3-270.2004.4 [2] 吴信才.地理信息系统的基本技术与发展动态[J].http://www.esri.com.2005.2.5 [3] 齐清文，刘岳.GIS环境下向地理特征的制图概括的理论和方法[J].地理学报:1998.53卷.第4期 28-29.

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如今，地理信息系统（GIS）的应用范围已经非常广阔，但是随着GIS应用深度和广度的不断扩展，一些新的需求也在不断涌现。 首先，“数字地球”、“数字国家”、“数字区域（省市）”的应用要求十分迫切。 随着人类获取空间数据的手段与技术的不断发展，一度曾经制约GIS应用发展的瓶颈将会大幅度地缓解。 所谓“数字**”，实际上就是将一定范围内的多尺度（比例尺）、多类型（矢量数据、影像数据等）地理空间数据加以组织，形成基本框架，在此基础上集成各类应用数据和应用技术（如MIS、ITS、OA等等），构建可以互通的应用系统，形成以地理空间数据为基础、包括各个领域应用系统的巨系统。 这类系统首先在美国发端（例如洛杉矶地区湖滨县集成了电子政务的城市综合管理系统），在我国也正方兴未艾，相当一部分城市正在开展“数字城市”的建设，构建“数字中国”的策略与可行性也在研究之中，城市应急联动系统建设也在全面展开。 除了横向的区域级应用，纵向的“数字行业”建设也在全面展开。以空间数据为基础的、从中央到地方、从企业总部到各级分支机构，各级业务部门的集成业务系统建设需要构建GIS与业务应用集成的系统平台。 例如，“数字国土”将集成各级国土管理、矿产管理系统、“数字石油”将全面管理各级油田、输油管线、“数字林业”将全面管理各级林务部门和林场，等等。使管理更加全面，决策更加科学。 未来几年，直接面向公众的GIS应用将大范围展开。与卫星定位相结合的导航、搜救、物流配送将形成巨大的产业，从营业网点的布设、交通路线的规划，乃至父母对儿童管控，凡此种种无一能够离开GIS的支持。 嵌入式GIS将在人们周围频繁出现，成为像手表、移动电话（或直接嵌入GIS）一样不可或缺的日常必需品，它与无线通信技术的结合，将极大地方便人们的生活。 至于军事方面，从庞大的作战单位到单兵，任何精确打击武器，都伴随着GIS的身影。 应用的扩展、理论研究的深入、技术的发展以及一批IT大鳄（如微软、甲骨文等）重视并进入空间信息领域将加速GIS软件的升级换代。Google Earth的出现已经开始动摇传统GIS的观念。新一代地理信息系统软件将在未来5-10年内出现。第四代GIS软件将呈现出一系列重大的概念与技术变革： 空间数据的概念模型、组织模型与存储模型将发生重大革命，时空数据数据模型将替代单一时相的静态空间数据模型，场模型的完善将不可避免地冲击目前空间数据离散模型的表示与组织方式，空间数据解析模型表示与组织将成为某些情况下的重要手段并继续发展，并引发空间数据计算模型的变化；以地图处理为基础的模式将让位于直接面向空间实体及其关系的处理模式，从而使地理信息系统软件进入“后Tomlinson时代”。 空间数据协同计算技术将成熟并进入实用，以“数据资源共享、计算资源共享、动态性、负载平衡、容错”为特色的空间数据协同计算将成为构建GIS应用系统的技术基础，具备上述主要特点的网格地理信息系统将成为GIS软件的主流。行业级、区域级需要GIS集群的空间信息应用系统将在其支持下变得十分普遍。 因特网的出现使“计算机联合起来”在技术上变成可能，网格地理信息系统也将在技术上支持“GIS联合起来”。 时空复合数据库查询语言技术将进入实用，成为空间数据库的基本配置。这类语言不仅可以支持时空数据模型、实现时间与空间两个方向及其复合计算，而且可以支持分布式环境下的并发计算，在空间数据计算组织、时空复合查询和分布式计算任务分配乃至空间数据一致性、完整性维护等方面具有强大的描述能力，较之目前的空间数据库查询语言应用覆盖面更加宽广。用户可以用它方便地组织空间数据（包括属性数据）的应用计算任务，摆脱面向过程的空间数据计算模式，真正实现面向问题的计算。 此外，新一代地理信息系统软件在与其它软件的集成能力、空间表现能力和三维处理能力等方面也会有更大的发展与突破。 我国的地理信息系统软件水平在过去10年间得到了长足的进步，产业得到了明显的发展。但是，我们必须正视并接受面临的挑战，加快脚步，实现技术创新，争取跨越式的发展，攀登地理信息系统技术的世界高峰。

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ArcGIS Explorer是ESRI推出的与Google Earth类似的三维浏览软件,Google Earth虽说也是从鼎鼎大名的Google,可Google毕竟不是做GIS的,与GIS软件的结合不会象ArcGIS 那么好，赶快下载ArcGIS Explorer体验专业GIS给您的新奇吧！ 官方下载地址：http://arcgisonline.esri.com/index.cfm?fa=download.arcgisexplorer 下面是Arcgis Explorer运行界面的截图： 登录/注册后可看大图 ArcGIS Explorer 全球视图 登录/注册后可看大图 ArcGIS Explorer 北京地区俯瞰图

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网络服务改变 GIS应用方式

网络服务是下一代 Internet的主要工作模式和应用形态。现在，人们应用GIS（Geography Information System）的方式，是一种“小而全”或“大而全”的方式，无论空间数据还是GIS功能，都必须拿到属于自己的机器或网络空间中来才能使用，各种花费了大量投资建立起来的数据库和应用方案，基本上都孤立地存在着，很难方便地共享和互通，造成整个社会的巨大资源浪费。

网络服务有可能彻底改变这种局面。有数据的部门和机构可以在网上发布自己的数据，并可以以元数据的形式来发布。一些有实力的咨询机构、应用开发商和政府职能部门，可以建立自己的网络服务站点，对外提供各种 GIS功能服务，需要GIS数据或功能服务的单位或个人，可以随时随地访问Internet上各种GIS Web服务站点。由于服务器之间也可以交互，所以客户端甚至不用知道网上的服务者是谁，就像打电话不需要知道交换机的位置一样。

这样一来， Internet成了真正的交流中心，数据和功能服务都可以在上面共享和交互。在构建自己的空间数据基础设施（NSDI）的同时，网络服务

构架相关技术的研发和实施，也将使跨国界的全球空间数据基础设施 (GSDI)得以更好的利用。

协同作业使用户成为一体

Web服务架构中，客户端和服务器之间，服务器和服务器之间都可以方便地交流，使得各种空间数据可以在网上自由地分发共享、互通有无。人们可以在网上请求自己需要的服务，而服务方又可以去请求别的服务，从而将多种服务整合到一起。客户和服务者在Internet上将成为一种相对的关系，即所谓的“我为人人，人人为我”，大家各取所需，在网上自然协调地工作、学习。

Web GIS的雏形

美国 ESRI公司应用最新的Web服务技术框架，构建了一个网络服务体系雏型——ArcWeb USA，有50多家GOS相关机构参与了ArcWeb Server USA的建立。目前在ArcWeb USA上可以提供40种GIS相关的Web服务，并且这种服务还在不断增加。客户端的应用可以通过Internet访问远端的ArcWeb服务，实时执行诸如高级制图、地址匹配、地名查找、路径优化等功能，而无需在本地设置相应的数据、应用服务环境和功能。

ArcWeb Service通过SOAP协议与客户端和其他的Web Service进行交流、通信，任何第三方开发的应用服务，只要支持SOAP等相关协议，就可以为其客户端间接地提供由ArcWeb Service提供的服务。 （计算机世界报 第 39期 C12）

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地理信息系统（GIS）技术是近些年迅速发展起来的一门空间信息分析技术，在资源与环境应用领域中，它发挥着技术先导的作用。GIS技术不仅可以有效地管理具有空间属性的各种资源环境信息，对资源环境管理和实践模式进行快速和重复的分析测试，便于制定决策、进行科学和政策的标准评价，而且可以有效地对多时期的资源环境状况及生产活动变化进行动态监测和分析比较，也可将数据收集、空间分析和决策过程综合为一个共同的信息流，明显地提高工作效率和经济效益，为解决资源环境问题及保障可持续发展提供技术支持。 一． GIS技术在资源环境领域的应用 1.1 农业 在我国，从20世纪80年代中期开始，GIS技术就被应用于农业领域，从国土资源决策管理、农业资源信息、区域农业规划、粮食流通管理与粮食生产辅助决策到农业生产潜力研究、农作物估产研究、区域农业可持续发展研究、农用土地适宜性评价、农业生态环境监测、基于GPS和GIS的精细农业信息处理系统研究等，都取得了很大的成绩，一些研究成果直接应用于农业生产，取得了很大的经济效益。随着GIS理论的产生发展以及方法和技术的成熟，在农业领域的应用也逐步深入。从技术角度看，GIS在我国农业资源与环境领域中的应用进展主要体现在四个方面： (1) 作为农业资源调查的工具，建立了农业资源地理数据库，实现空间数据库的浏览、检索等，利用GIS绘制农业资源分布图和产生正规的报表； (2) 作为农业资源分析的工具，GIS技术已不限于制图和空间数据库的简单查询，而是以图形及数据的重新处理等分析工作为特征，用于各种目标的分析和重新导出新的信息，产生专题地图和进行地图数据的叠加分析等； (3) 作为农业生产管理的工具：主要是建立了各种模型和拟订各种决策方案，直接用于农业生产； (4) 作为农业管理的辅助决策工具，利用了GIS的模型功能和空间动态分析以及预测能力，并与专家系统、决策支持系统及其它的现代技术（如RS和GPS）有机结合，便于我国农业生产的管理和辅助决策。 1.2 林业 林业生产领域的管理决策人员面对着各种数据，如林地使用状况、植被分布特征、立地条件、社会经济等许多因子的数据，这些数据既有空间数据又有属性数据，对这些数据进行综合分析并及时找出解决问题的合理方案，借用传统方法不是一件容易的事，而利用GIS方法却轻松自如。 社会经济在迅速发展，森林资源的开发、利用和保护需要随时跟上经济发展的步伐，掌握资源动态变化，及时做出决策就显得异常的重要。常规的森林资源监测，从资源清查到数据整理成册，最后制定经营方案，需要的时间长，造成经营方案和现实情况不相符。这种滞后现象势必出现管理方案的不合理，甚致无法接受。利用GIS就可以完全解决这一问题，及时掌握森林资源及有关因子的空间时序的变化特征，从而对症下药。 林业GIS就是将林业生产管理的方式和特点溶入GIS之中，形成一套为林业生产管理服务的信息管理系统。以减少林业信息处理的劳动强度，节省经费开支，提高管理效率。 GIS在林业上的应用过程大致分为3个阶段，即： (1) 作为森林调查的工具：主要特点是建立地理信息库，利用GIS绘制森林分布图及产生正规报表。GIS的应用主要限于制图和简单查询。 (2) 作为资源分析的工具：已不再限于制图和简单查询，而是以图形及数据的重新处理等分析工作为特征，用于各种目标的分析和推导出新的信息。 (3) 作为森林经营管理的工具：主要在于建立各种模型和拟定经营方案等，直接用于决策过程。 三个阶段反映了林业工作者对GIS认识的逐步深入。目前GIS在林业上的应用主要有： （1）环境与森林灾害监测与管理方面中的应用，包括：林火、病虫害、荒漠化等管理，如在 防火管理中，其主要内容有：林火信息管理、林火扑救指挥和时实监测、林火的预测预报、林火设施的布局分析等； （2）在森林调查方面的应用，包括：森林资源清查和数据管理，这是GIS最初应用于林业的主要方面、制定森林经营决策方案、林业制图； （3）森林资源分析和评价方面，包括：林业土地利用变化监测与管理、用于分析林分、树种、林种、蓄积等因子的空间分布、森林资源动态管理、林权； （4）森林结构调整方面，包括：林种结构调整、龄组结构调整； （5）森林经营方面，包括：采伐、抚育间伐、造林规划、速生丰产林、基地培育、封山育林等 （6）野生动物植物监测与管理。 1993～1997年，由联合国开发计划署（UNDP）援助的“中国森林资源调查技术现代化”项目顺利执行。以全国林业监测站点数据和遥感数据为主要信息源，进行全国林地生态类型数据库的建设工作，在空间上和时间序列上完整、系统的反映林地区域不同的生态系统特点、林种、群落特征及其林（树）龄等。 1.3 土地资源 GIS技术最初在土地资源开发与管理上的应用主要是土地利用现状调查和城镇地籍调查图件和属性数据的存储、查询等管理工作等，基本上没有数据的空间分析及其它决策功能。随着技术的不断发展，目前在土地科学中的应用主要包括了土地评价工作（土地的适宜性或多宜性评价、土地的生产潜力评价、土地持续利用评价、城市地价评估、耕地地价评价等）；土地利用规划（包括土地利用总体规划、土地利用多目标规划）；土地利用与土地覆被现状分类与制图；以及土地利用与土地覆被动态监测。 为了查清我国的土地资源，特别是耕地资源，国务院于1984年正式布置开展全国土地资源调查。此次调查历时15年，采用以航空为主、航天为辅的遥感技术，结合大比例尺地形图，实行全野外调查。在土地利用图件编制、数据量算汇总与空间分析等方面，GIS技术发挥了重要作用。通过土地资源详查，初步摸清了我国土地资源的家底，为全国土地利用规划、土地开发与管理提供了的科学基础。 从1996年开始，国家科委、国家土地管理局和农业部实施“全国基本农田保护与监测”工作。GIS成为全国土地利用动态遥感监测数据库建设的核心支撑技术，主要用于管理与分析矢量数据（土地利用年度变化信息）、栅格数据（遥感影像、DEM等）和属性数据。 在国土资源部统一规划和组织下，在新一轮国土资源大调查纲要和实施方案的部署和安排下，以1:1万比例尺为主的县（市）级土地利用数据库建设工作于1999年9月在数字国土工程中立项，1999年10月正式启动。其中GIS技术在数据库管理与数据挖掘方面具有不可替代的优势。 4．生态环境 地理信息系统在生态环境研究中应用广泛,主要有： (1) 生态环境背景调查； (2) 用遥感信息与地面站点监测信息相结合，对环境（水、大气及固体废气物等）进行动态、连续监测； （3）利用"3S"技术支持自然生态环境监测、预报与评估； （4）面源污染的监测、分析与评价； （5）生态环境影响评价；生态区划与规划；环境规划与管理。 国家环境保护总局先后组织有关单位先后进行了我国西部和中东部地区生态环境现状调查，第一次全国摸清了我国的生态环境现状。为了提高我国环境信息技术的整体实力,国家环保局在27个省开展了“中国省级环境信息系统”项目,它以环境数学模型为基础,对管理信息系统提供大量数据分析和处理,给出决策原则上的辅助信息,该系统将先进的地理信息系统空间分析技术基础数据库和空间数据库综合起来,使环境问题决策的过程更加直观、快速、适时和有效。 2002年在科技部主持下，环保、农业、林业等部门开展了“全国环境背景数据库建设与服务”工作，通过该项目规范了我国的环境背景元数据的标准与代码，建设了环境背景元数据库，并将继续建设与完善环境背景数据库；从而进一步促进我国环境保护工作的科学分析与决策。 1.5 环境资源管理 资源环境管理的内容包括资源环境状况、动态变化、开发利用及保护的合理性评估、监督、治理、跟踪等方面。由于资源环境的空间和时间的非均匀性，利用以空间信息管理及分析为主要功能的地理信息系统（GIS）对资源环境进行管理才能够实现真正的有效管理。 国外GIS在资源环境管理中的应用有着成功的经验，加拿大于20世纪70年代已经开始用GIS进行土地与其他基础设施的管理，美国、欧洲等一些发达国家也于20世纪80年代相继开展了GIS在土地、林业、生物资源等方面管理业务中的应用。目前，我国GIS在一些资源环境管理领域已得到了应用，如林业领域已经建立了森林资源地理信息系统、荒漠化监测地理信息系统、湿地保护地理信息系统等；农业领域已经建立我国土壤地理信息系统、草地生态监测地理信息系统等；水利领域的流域水资源管理信息系统、各种灌区地理信息系统、全国水资源地理信息系统等；海洋领域的海洋渔业资源地理信息系统、海洋矿产地理信息系统等；土地领域建立了土地资源地理信息系统、矿产资源地理信息系统等；这些地理信息系统在资源环境管理方面发挥了一定的作用。 1.6 灾害预警 从国内外发展状况看,地理信息系统技术在重大自然灾害和灾情评估中有广泛的应用领域。从灾害的类型看,它既可用于火灾、洪灾、泥石流、雪灾和地震等突发性自然灾害,又可应用于干旱灾害、土地沙漠化、森林虫灾和环境危害等非突发性事故。就其作用而言,从灾害预警预报、灾害监测调查到灾情评估分析各个方面,综合起来有如下几点: ①进行灾情预警预报; ②对灾情进行动态监测; ③分析探讨灾情发生的成因与规律; ④进行灾害调查; ⑤灾害监测; ⑥灾害评估等。 由联合国环境署、联合国人居中心与国家环保总局共同支持的“长江流域洪水易损性评价”首次全面地从多因子、全方位对洪水灾害进行了综合研究与评估，改变了传统防洪观念，对未来洪水灾害控制提供了新的思路，报告明确指出了哪些区域可合理开发，哪些区域需进行严格保护，针对性强，对洞庭湖区产业结构调整、避洪农业发展、水资源开发利用、生态环境保护、土地利用与规划布局有现实意义，对地方政府及相关部门编制环境、社会和经济发展规划，以及政策制定与措施实施等提供了科学依据。 二 主要问题 GIS技术在环境资源领域取得进展的同时，不可否认GIS的应用还存在诸多问题，主要表现在： 数据来源与数据质量难以保证（数据来源广泛，但数据质量不高）。资源与环境问题涉及土壤学、环境学与地理学等各个学科领域，其影响因素复杂，需要数据量大且要求质量高。然而由于仪器设备以及人力物力的限制,许多数据难以获取。而且现有数据也往往由于数据来源不一、数据格式各异、年代不同等原因造成土地资源与生态环境数据质量难以保证,特别是数据格式不一，使各地区的数据难以共享，严重影响了GIS的应用。同时,地理信息系统最基本特点是每个数据项都有空间坐标，而传统的人工采集与野外调查数据空间定位能力差,并且往往以点代面,不可避免的带来了各种误差。因此数据来源与数据精度一直是GIS技术真正解决资源与环境问题的一个“瓶颈”。 应用水平低，目前的资源环境管理型地理信息系统，还停留在简单的资源浏览查询、制图及简单的分析水平，而真正意义上以资源环境合理配置、决策支持方面的专业应用系统仍十分缺少； GIS的功能没有充分发挥出来，管理者的认识水平、基础数据、模型方法欠缺等方面的限制，使GIS的空间分析功能在资源环境管理没有发挥效益； 标准规范不统一、数据共享程度低，由于资源环境管理的专业性比较强，在相应GIS建立的过程中技术标准、数据交换标准、元数据标准等方面存在着很大的差别，使不同的信息系统之间难以共享； 集成化程度低，目前的许多资源环境管理GIS功能相对单一，系统结构开发性差，没有实现与全球定位系统、遥感信息的集成应用，难以满足现代资源环境管理相集成化、综合化方向发展的需要。 三、发展趋势与建议 GIS在资源环境领域的应用方兴未艾，从技术、地理信息、经济社会的需求等方面分析，在该领域有以下趋势及建议： 结合国家信息化推进工作，以电子政务相关工程为基础，推动GIS在资源环境管理中的推广应用。信息化建设已成为我国各级政府及企业的重要任务，GIS在以资源、能力、生产、资金等空间综合配置、优化组合为目的的信息化建设中，可以发挥应有的作用；结合相应的应用工程，推动GIS的发展； 应用往专业化方向发展，功能由通用管理功能转向资源评估、监督、跟踪分析等专业功能方向发展。随着经济社会的发展，经济社会与资源环境之间的各方面的矛盾及问题逐渐暴露出来，这些问题在时间和空间上具有诸多的关联性，分析这些问题、提出合理的解决方案建议，需要功能更专业化的GIS软件系统支持； 支持多源、多尺度、多类型集成应用的软件平台工具的开发应用。信息获取技术的快速发展和多源化趋势，要求资源环境方面的GIS应能够接收、处理及分析多种来源、多尺度的地理信息； 促进3S技术集成应用，推动专业技术及软件的发展，全球定位系统、遥感技术与GIS的集成应用已成为GIS软件发展的趋势之一，而这种应用的发展是在应用推动的基础上建立的，针对特定的应用领域的集成化的GIS将成为资源环境领域GIS的发展方向，也是系统与业务结合的需要； 开展专业应用系统开发建设，结合资源环境各领域的需求，开发多种专业化的GIS，如针对性生态保护区、生态功能区、地下水、生物资源等领域的专业性GIS软件与管理系统。