地理信息系统论文第1篇

【关键词】地理信息系统集成平台框架结构GIS数据集成平台GIS模型集成平台可视化建模工具

1引言

近年来，随着GIS应用的广泛和深入建立了一大批地理信息系统。随着网络技术的发展和实际的需要，这些分散的系统要求集成运行，以实现信息共享，提高运行效率。在国家“八五”攻关中就开展了这方面的研究[1，2]，在“九五”攻关中对系统实用化和运行业务化提出了更高的要求。地理信息系统集成的重要性得到普遍的认识[3，4]。

地理信息系统集成可以分为两个层次，一个是地理信息之间相互关系的概念层次集成，侧重于地理信息的空间分析；另一个是不同数据和模型之间组织和管理的技术层次集成。本文所指的地理信息系统集成主要指后者意义上的集成。

在计算机集成制造（ComputerIntegratedManufactureSystem，CIMS）领域，集成基础结构或集成平台的概念得到广泛的应用，集成平台被认为是实现企业信息集成、功能集成所需的基本信息处理和通信公共服务的集合[5]。IBM公司基于系统使能器（Enabler）的集成平台在企业应用中获得极大成功[6]，中国在CIMS应用中也广泛使用集成平台技术[7]，收到巨大的经济和社会效益。

文献[8]中作者论述了地理信息系统集成的概念、内涵和必要性，地理信息系统集成平台的功能和特点。本文借鉴CIMS的经验，结合信息技术的新发展，提出了基于客户/服务器的地理信息系统集成总体结构，基于元数据的地理信息系统数据集成平台和基于关系数据库的地理信息系统模型集成平台和可视化构模工具方法。

2地理信息系统集成分析

回顾地理信息系统的发展过程，可以看出地理信息系统的集成在技术上可以分为如下几种形式：

（1）同一GIS软件系统不同模块之间或不同系统之间采用Import/Export的文本文件交换形式。这是最简单也是效率最低的一种方式，它适用于任意系统之间的数据和模型集成。

（2）大型商业GIS软件如ARC/INFO具有一致的数据模型和数据结构，提供二次开发语言，构成软件开发平台。不同模块之间可以采用二进制进行数据交换（如Arcedit和Arcplot），具有密切关系的不同GIS软件系统之间也可以采用这种方式（如ARC/INFO和ERDAS）。在这种模式下用户除了在操作系统的基础上开发应用模型被宿主系统调用外，其它所有的操作只能建立在这个商业软件平台基础上，不同的商业软件平台一般无法直接进行数据共享和功能互补。

（3）采用应用程序接口（API）的形式进行集成。如ARC/INFO提供RPC接口实现客户端与服务器端的通讯，提供ARC/INFO与ARCVIEW的集成。同时用户可以遵循RPC规范开发应用模块以实现系统集成。ESRI提出的分布式计算环境（DistributedComputationEnvironment）也是基于API的思想。

（4）对象连接与嵌入（OLE）的自动化功能（Automation）提供了对象之间的互操作功能，一些最近开发的商业GIS软件如Mapinfo公司的MaplnfoProfessional和GoldenSoft公司开发的Surfer，都提供OLEAutomation，用户可以将该软件作为一个对象嵌入自己的系统。

（5）最近发展起来的对象—关系数据库技术（ORDBMS）将空间数据作为一种数据类型直接集成进入数据库系统，用户可以在这种平台上直接管理矢量空间数据、遥感图像数据和普通关系数据，可以利用这种数据库平台的API开发GIS应用系统。

（6）OPENGIS组织采用COBRA标准，了其简单特征规范（SimpleFeaturesSpecification）1.0版本作为开放地理信息系统的基础，这无疑是地理信息系统软件向开放和互操作发展的重要方向之一，但这种方式需要从底层重新开发GIS软件，在短期内很难直接应用于工程实践。

在以上地理信息系统集成的各种形式中，都存在如下的问题需要解决。

（1）地理信息采集和应用的分布性特点决定了地理信息系统的分布性，地理信息系统集成需要一种分布式空间数据管理和分析模型的相互通讯机制。这种机制既可以适应在目前比较成熟的基于数据文件交换形式（如（1）和（2）），又可以为以后基于API（如（3）和（5））面向对象的地理系统集成（包括（4）—（6））提供发展余地。

（2）地理信息涉及不同的时间、空间和属性，需要有一种有效的地理数据管理的机制，并提供数据融合的能力。

（3）地理分析模型与多种地理数据发生联系，不同模型之间有复杂的串并联关系，模型的组织与管理是需要解决的另一个重要问题。

基于以上的分析，本文提出了基于客户/服务器机制的地理信息系统集成总体结构，基于元数据的数据库集成平台和基于关系数据库管理系统的模型集成平台，以及在系统总体结构和数据库集成平台、模型集成平台的基础上进行可视化建模以辅助空间决策的方法和技术。

3基于客户/服务器的地理信息系统集成总体结构

近年来，客户/服务器（Client/Sever，C/S）体系结构在分布式系统中得到了广泛的应用。尽管这种模式至今还没有一个完整的权威性定义，但人们对这个概念的基本看法是一致的。在C/S结构下，一个或更多个客户机和一个或更多个服务器，以及下层的硬件网络、操作系统和支撑平台进程间通信系统，共同组成一个支持分布式计算、分析和表示的系统，在该模式下，应用分为前端的客户部分和后端的服务器部分。客户方发出请求，网络通信服务系统将请求的内容传到服务器，服务器根据请求完成预定的操作，然后把结果送回客户。

地理信息系统集成平台引入客户/服务器机制后，可以将地理信息系统集成定义为两层C/S结构（图1）。前端用户和数据库集成平台、模型库集成平台、应用模型构成第1层C/S结构，集成平台和应用模型与商业软件构成第2层C/S结构。客户端负责引导用户输入数据源、功能要求和模型选择，以及有关输入输出选择项，将这些信息提交模型集成平台服务器和数据集成平台服务器。模型集成平台服务器负责在模型库中检索符合用户功能要求的模型，并支持模型的组合和建立新的模型，然后将这些模型（包括模型库中已有的和通过宏语言或API新建的）对数据的要求提交数据集成平台服务器，其功能请求转化为RS服务器、GIS服务器、RDBMS服务器可以实现的基本操作并提交给这些服务器。数据集成平台服务器、RS、GIS、RDBMS服务器操作结果将返回给模型集成平台服务器，进而返回给客户端。

当客户端有特殊的显示、制图要求时，模型集成平台服务器将负责根据用户的要求调用其它服务器来实现；如果客户端要求将模型运行的结果进入数据库时，模型集成平台将向数据集成平台服务器发出请求，完成在数据库中的注册。数据集成平台服务器除了接收模型集成平台发出的请求外，还可以直接响应按照时间、空间和属性信息数据查询的要求，在空间框架的基础上实现多元数据的融合，数据集成平台的功能也是调用RS、GIS、RDBMS服务器的功能来实现的。模型与数据库之间、模型与模型之间即可以采用IMPORT/EXPORT的文件交换形式（如ARC/INFO的E00格式等），也为将来全部过渡到API的内存交换形式（如DLL，OLE，ActiveX，COBRA等）提供可能。

这种设计使得系统只考虑软件的功能而不会过分依赖于具体的软件平台，因此系统具有良好的可扩充性，无论采用商业软件还是采用国产软件，只要具有该项功能可以作为服务器，服务器软件类型的变化都不会影响系统结构，便于将来采用国产软件和系统的升级换代。

4基于元数据的地理信息系统数据集成平台

地理信息系统论文第2篇

摘要从结构功能上分析了地理信息系统的概念及主要研究内容，并且对当前地理信息系统研究中的几个热点研究领域，如面向对象技术、三维技术、图象处理和人工智能技术等作了简要介绍.关键词地理信息系统，计算机系统，空间数据库.以计算机为核心的信息处理系统技术是二次世界大战后科技革命的主要标志之一.在信息的诸多类型中与空间相关的信息是十分重要的一类.人类生存的地球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(geographicinformationsystem，简称GIS)产生和发展的原动力.GIS技术在国防、城市规划、交通运输、环境监测和保护等与国民经济乃至国家命脉相关的重要领域的成功应用，极大地推动了社会生产力的发展，同时，也极大地刺激了GIS技术的迅速发展，使之成为世界各国激烈竞争的高科技热点之一［1］.国家科委将其列入九五重中之重科技攻关项目.MAPGIS，VIEWGIS，CITYSTAR，GEOSTAR等一批优秀国产GIS软件已经开始在许多领域得到广泛应用，成为国内GIS市场一支不可忽视的力量.本文将侧重从GIS技术的角度讨论GIS的定义、研究内容及研究动态.1.GIS的定义和研究内容1.1GIS的定义GIS是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的技术.要给出GIS的准确定义是困难的，因为GIS涉及的面太广，站在不同的角度，给出的定义就不同.通常可以从4种不同的途径来定义GIS［2］.(1)面向功能的定义.GIS是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据的系统.(2)面向应用的定义.这种方式根据GIS应用领域的不同，将GIS分为各类应用系统，例如土地信息系统、城市信息系统、规划信息系统、空间决策支持系统等.(3)工具箱定义方式.GIS是一组用来采集、存储、查询、变换和显示空间数据的工具的集合.这种定义强调GIS提供的用于处理地理数据的工具.(4)基于数据库的定义.GIS是这样一类数据库系统，它的数据有空间次序，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.我们认为，虽然GIS是一门多学科综合的边缘学科，但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(见图1)；因此，可以这样定义：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.虽然GIS使用了地图、可视化、数据库等技术，但与CAD系统、计算机地图系统、数据库系统等均有很大的区别.CAD系统提供交互式的图形处理功能，以辅助象建筑、VLSI等人造对象的设计，其主要特点是设计者与计算机模型的交互.目前许多CAD开始支持对象的非图形性质，而GIS处理的数据大多来自现实世界，较之CAD的人造对象更为复杂，数据量更大.另外，CAD中的拓扑关系较为简单.更重要的是，GIS强调对空间数据的分析，CAD这方面的功能要弱得多.计算机地图系统侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有辅助设计地图和产生高质量矢量形式的输出机制.它强调数据显示而不是数据分析，地理数据往往缺少拓扑关系；另外，它与数据库的联系通常是一些简单的查询.数据库系统是各种类型信息系统的核心.通用数据库侧重非图形数据的优化存储与查询，其图形查询与显示功能极为有限，其数据分析功能也很有限.然而，数据库的一些基本技术，如数据模型、数据存储、数据检索等，都在GIS中广泛采用，成为GIS的核心技术.由此可见，GIS已经形成了一个独立的、具有鲜明特色的研究领域.GIS的研究内容很广泛，下面我们从输入、存储、操作和分析、输出4个方面来讨论GIS的研究内容.1.2GIS的研究内容(1)输入.地理数据如何有效地输入到GIS中是一项琐碎、费时、代价昂贵的任务，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.就这一领域目前的研究进展而言，全自动的智能地图识别短期内没有实现的可能；因而，交互式的地图识别是矢量化方法的一种较为现实的途径.市场上已有多种交互式矢量化软件出售.目前GIS的输入正在越来越多地借助非地图形式，遥感就是其中的一种形式.遥感数据已经成为GIS的重要数据来源.与地图数据不同的是，遥感数据输入到GIS较为容易，但如果通过对遥感图象的解释来采集和编译地理信息则是一件较为困难的事情；因此，GIS中开始大量融入图象处理技术，许多成熟的GIS产品，如MAPGIS中都具有功能齐全的图象处理子系统.地理数据采集的另一项主要进展是GPS技术.GPS可以准确、快速地定位在地球表面的任何地点，因而，除了作为原始地理信息的来源外，GPS在飞行器跟踪、紧急事件处理、环境和资源监测、管理等方面有着很大的潜力.(2)存储.GIS中的数据分为栅格数据和矢量数据两大类，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.在计算机高速发展的今天，尽管微机的硬盘容量已达到GB级，但计算机的存储器对灵活、高效地处理地图这类对象仍是不够的.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.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作出快速反应.地理数据存储是GIS中最低层和最基本的技术，它直接影响到其他高层功能的实现效率，从而影响整个GIS的性能.基于微机平台的MAPGIS能够快速、高效地处理多达上万幅的海量地图库，这不仅在国产GIS软件中处于领先地位，即使与国外同类产品相比仍是其中佼佼者，这与MAPGIS较好地解决了地理数据的存储问题密切相关.(3)地理数据的操作和分析.GIS中对数据的操作提供了对地理数据有效管理的手段.对图形数据(点、线、面)和属性数据的增加、删除、修改等基本操作大多可借鉴CAD和通用数据库中的成熟技术；有所不同的是GIS中图形数据与属性数据紧密结合在一起，形成对地物的描述，对其中一类数据的操作势必影响到与之相关的另一类数据，因而操作带来的数据一致性和操作效率问题是GIS数据操作的主要问题.地理数据的分析功能，即空间分析，是GIS得以广泛应用的重要原因之一.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.GIS的空间分析分为两大类：矢量数据空间分析和栅格数据空间分析.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.(4)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问题求解过程的最后一道工序.输出形式通常有两种：在计算机屏幕上显示或通过绘图仪输出.对于一些对输出精度要求较高的应用领域，高质量的输出功能对GIS是必不可少的.这方面的技术主要包括：数据校正、编辑、图形整饰、误差消除、坐标变换、出版印刷等.2地理信息系统的发展动态近年来地理信息系统技术发展迅速，其主要的原动力来自日益广泛的应用领域对地理信息系统不断提高的要求.另一方面，计算机科学的飞速发展为地理信息系统提供了先进的工具和手段，许多计算机领域的新技术，如面向对象技术、三维技术、图象处理和人工智能技术都可直接应用到地理信息系统中［3］.下面我们对当前地理信息系统研究中的几个热点研究领域作一介绍.2.1GIS中面向对象(objectoriented)技术研究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，面向对象的技术在GIS中的应用，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一维信息更为复杂、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，因而倍受重视［4］.图2展示了面向对象的GIS的一般结构.面向对象的GIS较之传统GIS有下列优点：(1)所有的地物以对象形式封装，而不是以复杂的关系形式存储，使系统组织结构良好、清晰；(2)以对象为基础，消除了分层的概念；(3)面向对象的分类结构和组装结构使GIS可以直接定义和处理复杂的地物类型；(4)根据面向对象late_binding(后编译）的思想，用户可以在现有抽象数据类型和空间操作箱上定义自己所需的数据类型和空间操作方法，增强系统的开发性和可扩充性；(5)基于icon的面向对象的用户界面，便于用户操作和使用.SmallworldGIS是目前面向对象GIS中最为典型的代表.一些传统的GIS也开始部分采用面向对象的技术，如ARC/INFO7.0,Intergraph的TIGRIS,SYSTEM9,FACET系统等.面向对象的GIS也存在一些尚待进一步研究的问题：(1)大对象的操作仍受硬件条件的限制；(2)对象的独立性与颗粒度问题；(3)矢量和栅格数据统一的、支持动态拓扑结构和复合对象表示的面向对象的数据结构问题.2.2时空系统(spatio_temporalsystem)传统的地理信息系统只考虑地物的空间特性，忽略了其时间特性.在许多应用领域中，如环境监测、地震救援、天气预报等，空间对象是随时间变化的，而这种动态变化的规律在求解过程中起着十分重要的作用.过去GIS忽略时态主要是受器件的限制，也有技术方面的原因.近年来，对GIS中时态特性的研究变得十分活跃，即所谓“时空系统”［5］.地物除了具有三维空间中的空间性质外，如何刻画时间维的变化也十分重要.通常把GIS的时间维分成处理时间维(transactiontimedimension)和有效时间维(validtimedimension).处理时间又称数据库时间或系统时间，它指在GIS中处理发生的时间.有效时间亦称事件时间或实际时间，它指在实际应用领域事件出现的时间.根据处理时间和有效时间的划分，可以把时空系统分为4类：静态时空系统(staticSTsystem)、历史时态系统(historicalSTsystem)、回溯时态系统(rollbackSTsystem)和双时态系统(bitemporalSTsystem).(1)静态时空系统.它既不支持处理时间，也不支持有效时间，系统只保留应用领域的一种状态，比如当前状态.(2)历史时态系统.它只支持有效时间，这种系统适用于事件实际发生的历史对问题求解十分重要的应用领域.(3)回溯时态系统.它只支持处理时间，这种系统适用于信息系统的历史对问题求解十分重要的应用领域.(4)双时态系统.它同时支持处理时间和有效时间.处理时间记录了信息系统的历史，有效时间记录了事件发生的历史.时空系统主要研究时空模型，时空数据的表示、存储、操作、查询和时空分析.目前比较流行的作法是在现有数据模型基础上扩充，如在关系模型的元组中加入时间，在对象模型中引入时间属性.在这种扩充的基础上如何解决从表示到分析的一系列问题仍有待进一步研究.2.3地理信息建模系统(geographicinformationmodellingsystem，简称GIMS)通用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大多通过提供进行二次开发的工具和环境来解决这一问题.如ARC/INFO提供的进行二次开发的宏语言AML.二次开发工具的一个主要问题是它对于普通用户而言过于困难.而GIS成功应用于专门领域的关键在于支持建立该领域特有的空间分析模型.GIS应当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.这种GIS系统又称为地理信息建模系统.GIMS是目前GIS研究的热点问题之一.目前实现通用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，其与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.上述两种方式总体上对用户定义自己的专用模型的支持程度都是不够的.目前的GIS离支持实现数据集定义、模型定义、模型生成和模型检验的全过程仍有相当大的距离.GIMS的研究有几个值得注意的动向.(1)面向对象在GIS中的应用.面向对象技术用对象(实体属性和操作的封装)、对象类结构(分类和组装结构)、对象间的通讯来描述客观世界，为描述复杂的三维空间提供了一条结构化的途径.这种技术本身就为模型的定义和表示提供了有效的手段，因而在面向对象GIS基础上研究面向对象的模型定义、生成和检验，应当比在传统GIS上用传统方法要容易得多.(2)基于icon的用户建模界面.建模过程中的对象和空间分析操作均以icon形式展示给用户，用户亦可自定义icon.用户在对icon的定义、选择和操作中完成模型的定义和检验.这种方法较之AML这类宏语言要方便和直观得多.(3)GIS与其他的模型和知识库的结合.这是许多应用领域面临的一个非常实际的问题，即存在GIS之外的模型和知识库如何与GIS耦合成一个有机整体.2.4三维GIS的研究三维GIS是许多应用领域对GIS的基本要求.目前的GIS大多提供了一些较为简单的三维显示和操作功能，但这与真三维表示和分析还有很大差距.真正的三维GIS必须支持真三维的矢量和栅格数据模型及以此为基础的三维空间数据库，解决了三维空间操作和分析问题.主要研究的方向包括：(1)三维数据结构的研究，主要包括数据的有效存储、数据状态的表示和数据的可视化；(2)三维数据的生成和管理；(3)地理数据的三维显示，主要包括三维数据的操作，表面处理，栅格图象、全息图象显示，层次处理等.3结语地理信息系统近年发展迅速，其内涵和外延正在不断变化.最初的地理信息系统都是一些具体的应用系统，充其量只能称之为一门技术.现在已发展成一个独立的、充满活力的新兴学科，这已经为大家所公认.地球信息科学从理论上讲是解决地球信息问题，它的范围包括从卫星航空遥感或全球定位系统(GPS)接受信息，变换和校正后进入空间数据库：数据库中的地理信息可以方便地检索、查询，在此数据库和相关知识库的基础上能够定义和生成各种领域专用模型，如城市规划模型、灾害评价模型等；运用这些模型对地理数据进行有效分析，并把分析结果或是决策咨询建议以直观、清晰的形式输出.这一范围包括了计算机科学、地图学、航测、遥感等多种学科的交叉.总之，由于地理信息在人类生活和国民经济中的重要作用，地理信息系统在未来的几十年中将保持高速发展的势头，成为高科技领域的核心技术.参考文献1CoppockJT,RhindDW.ThehistoryofGIS,geographicinformationsystem.London:LongmanInc,1991.21～392MaguireDJ.AnoverviewanddefinitionofGIS,geographicinformationsystem.London:LongmanInc,1991.9～193EgenhoferMJ,HerringJR.Advancesinspatialdatabases.In:Proceedingsof4thIntSymposiumonSSD''''95.［s.l.］:SpringerInc,1995.4张家庆，张军.九十年代GIS软件系统设计的思考.测绘学报，1994,23(2):127～1345WachowiczM,HealeyRC.TowardtemporalityinGIS,innovationinGIS.London:Taylor&FrancisLtd,1994.105～115

地理信息系统论文第3篇

关键词ARC/INFODEM（数字地面模型）土地坡度面积统计

1、引言

根据国家退耕还林有关政策，积极治理现有坡耕地，对25度以上的坡耕地实行有计划地退耕还林还草，不但有利于中西部的环境保护，而且对调整农业结构、提高农民收入有积极意义。因此能否为各地、市、县准确提供辖区内各种坡度的土地分布以及土地坡向情况，是能否客观制定该区域农业规划和退耕还林还草计划的关键；然而传统的手工圈绘和主观的''''估计''''水份太多，实地丈量不但劳民伤财而且精度低下。

我区广大的测绘工作者多年来为广西的国民经济建设做了大量前期性、基础性的工作，他们测制的1：25万、1：5万、1：1万的基本地形图为解决这一难题提供了物资基础；特别是近年来GIS（地理信息系统）技术的发展，使得这些可贵的资料在数字化处理之后日见增值，为准确、快速、低成本地获取地表的各种统计数据提供可靠的依据。

广西基础地理信息中心在为区党委、区政府制作的《广西综合区情地理信息系统（9202工程）》之西部大开发专题中，使用美国ESRI公司生产的GIS软件――ARC/INFO软件为东兰、乐业县制作了数字地面模型，进行三维地形表面分析和坡度量算统计，取得了准确客观的成果。

2、工作流程

在ARC/INFO中，管理、组织、存储数据最基本的单位是图层（coverage），一个图层相当于一个专题图，包含了地物的空间位置信息和属性信息。利用ARC/INFO进行土地坡度坡向高程的分布统计的工作流程如下：

1、利用国土资源调查结果，提取耕地信息，在ARC/INFO中生成耕地图层，给不同耕地分类赋予不同的属性；

2、获取该地区的DEM数据（DEM即数字高程模型，就是在一个地区范围内，用规则格网点的平面坐标（x,y）及其高程（z）描述地貌形态的数据集）；

3、分别生成坡度分布图层、坡向分布图层和高程带分布图层；

4、将耕地图层与坡度图层、坡向图层、高程带图层分别叠加分析，得到耕地的坡度、坡向、高程属性；

5、进行面积统计，叠加河流、行政区划、道路、居民点等基础地理信息生成专题图。

3、坡度、坡向和高层带分布图生成

坡度、坡向、高程带图层利用ARC/INFO的TIN模块，由DEM（数字高程模型）数据生成。

3.1DEM数据获取：

目前常用的获取DEM数据的方法有两种：

用航天、航空遥感影像立体像对提取DEM；

用现有地形图扫描数字化等高线，获取高程数据生成DEM。

用航天、航空遥感图像立体像对生成DEM，最大的优点是数据更新快，但购买影像费用高；用高程数据生成DEM，精度高于立体像对生成的DEM，但更新慢，周期长，仅对高程变化不大的地区适用。目前区测绘局具有的南宁市1：1000DEM数据由航空遥感影像立体像对生成；全区1：25万、1：5万DEM和部分地区的1：1万DEM数据则由高程数据生成。

用ARC/INFO生成DEM的方法是：数字化地形图，获取高程数据，包括高程点、等高线、软断线（如边界线等）、硬断线（如河流、山脊、陡崖线等），生成TIN（不规则空间三角网，一种描述地形表面的方法），再由TIN内插成DEM。ARC/INFO软件生成的TIN对点、软断线、硬断线有不同的插值处理方法。根据笔者对ARC/INFO和国产软件GEOTIN的对比试验，ARC/INFO软件生成的TIN在更大程度上拟合实际的地型，不足之处是加特征点的过程较为繁杂，生产时间较长。

3.2坡度图、坡向图、高层带图生成：

在ARC/INFO中，坡度、坡向是这样计算的：DEM上每个格网点的坡度由相邻8个格网点计算而成（图1）。高程的最大变化率即为该部分表面的坡度。坡向为用于计算坡度的那条线的方向。

运用TIN模块的分析功能可计算坡度、坡向和高程带，使用命令的关键是建立好坡度、坡向、高程带的分级定义查找表（LOOKUP-TABLE）。以坡度查找表为例，根据坡度分类的要求定义如下：

DEGREE-SLOPESLOPE-CODE2162153254905对应的坡度分类：(0°~2°)（2°~6°）（6°~15°）（15°~25°）（25°以上）

c="/Newspic/200881/1127448440.jpg"width=566border=0>

坡度查找表字段要严格定义如下：

4、图层叠加：

GIS强大的分析任务之一是将独立的特征类型合为一个新的特种类，代表了两个输入要素类的合并后的情况。图层叠加，是将土地利用图与坡度图、坡向图、高层分带图依次叠加，可研究它们之间的共同区域。运用OVERLAYEVENTS命令可进行叠加分析。

5、面积统计：

图层叠加后，根据各种分类条件提取耕地，可得到耕地按坡度、坡向、高程带的分布图，利用ARC/INFO的面积计算功能进行面积统计。

精度情况：据清华大学人居环境研究中心党安容等人研究，经国家测绘局验收的1：25万的数字地图（高程精度为25米），在用于分县土地坡度分级计算时，最小误差是0.9%，最大误差为4.9%[1]，适合省级农业部门制定宏观规划。如果利用即将完成的全区1：5万DEM和已经完成的1：1万DEM（西江流域），将得到更高的精度，适合县一级及县以下农业部门制定本县、本乡的部门农业规划。

值得注意的是，在坡度较大的地区，平面面积与三维地形表面积相差较大，笔者利用1：25万高程数据生成的DEM计算东兰县平面面积为2438平方公里（国土部门公布的数据：2434平方公里[2]），曲面面积为3437平方公里，平面面积与曲面面积相差较大。东兰地处大石山区，山岭绵延，河谷深切，地形起伏较大，利用ARC/INFO的表面积计算功能统计面积应该更为合理。

6、输出专题图：

对生成的各种分布图按照需要叠加河流、行政区划、道路、居民点等基础地理信息生成专题图输出。笔者在《广西综合区情地理信息系统（9202工程）》之子系统建设中，利用WebGIS将退耕还林试点县东兰县、乐业县的坡度图制成网络电子地图（图3），可供局域网上浏览和查询。

【参考文献】

1、党安容毛其智王晓栋.《遥感与地理信息系统在人居环境可持续发展研究中的应用》.ARC/INFO暨ERDAS中国用户大会论文集（2000）

地理信息系统论文第4篇

0引言

网络拓扑分析是电力系统网络分析应用软件的基础,它的任务就是对网络中开关状态的变化进行处理,形成新的网络结线,得到拓扑数据,供电力系统应用程序使用。拓扑分析的效果直接影响着应用程序的使用效果。早期的网络拓扑分析是利用堆栈技术进行搜索[1]。为了加快拓扑的速度,出现了以下几种利用数据结构加上特定的算法来实现拓扑的改进方法:1)追踪网络拓扑变化[2]。其拓扑处理方法是保存前一次网络拓扑分析的母线结构,通过对比前后开关状态的变化,局部修改母线编号。这种方法虽比较费时,但拓扑分析效率有所提高。2)分电压等级拓扑法。该拓扑分析方法只搜索断开开关所在的厂站电压等级,大大减小了搜索的空间,提高了网络拓扑分析的效率[3]。3)面向对象(OO)的电力网络拓扑。实现拓扑跟踪OO模型的启发式拓扑分析方法,利用OO技术可扩展拓扑算法的适用范围[4,5]。4)基本分析单元的有色Petri法。将整个电网拓扑分析问题分解为若干基本分析单元,采用基本分析单元的有色Petri网模型,只重新计算受开关状态变化影响的分析单元,减小了搜索的空间,可提高拓扑分析的效率[6]。随着电力系统自动化的深化,地理信息系统(以下简称为GIS)在电网中的应用越来越广泛,如何在GIS基础上构建电力网络拓扑,已成为在GIS基础上构建电力系统的高级应用软件需解决的首要问题。为了充分利用GIS的信息资源,有效地利用GIS系统提供的网络拓扑数据,本文提出了一种实用的基于GIS的电网网络拓扑分析算法。

1GIS中的网络拓扑功能[7]

地理信息系统以地理空间数据库为基础,对空间相关数据进行管理、操作、分析、模拟和显示,提供了空间和动态的地理信息。对于容纳海量数据的地理空间数据库而言,拓扑分析是其核心技术。

1.1GIS中拓扑的基本功能

根据拓扑学原理,图形元素可以大致分为点、线、面三种基本形式,空间实体的拓扑特征就体现为这三种基本元素的拓扑关系。所以,对空间的拓扑分析,就是对点、线、面三种基本元素相互之间的关系进行分析处理后提取的拓扑特征。基于结点-弧段-多边形的拓扑分析,是建立在点集拓扑的理论基础之上的。它描述了空间实体之间的连接性和邻接性,此即为拓扑空间关系所要描述的内容。在GIS中,基础的拓扑表述方法已经集成为通用函数,供开发使用。其中连通性分析功能便是一种带有自动拓扑功能的函数,它根据定义的拓扑规则,自动进行图形的拓扑分析,得到拓扑数据。

1.2拓扑空间数据模型空间数据模型的基本类型起源于“Spaghetti模型”,如图1所示。GIS中的拓扑生成意味着给Spaghetti文件增加拓扑结构。图2为增加了拓扑结构的拓扑模型示意图。GIS拓扑空间数据定义为空间特征数据和属性数据。空间特征数据记录的是空间实体的位置(X,Y),拓扑关系和几何特征,是将GIS和其他各种数据库管理系统区分开的标志,其拓扑关系是通过拓扑模型自动创建的;属性特征数据,需要按照其级别来分类以便进行属性的概括和显示,通常用关系表的形式组织。图2中线(或弧)由结点定义,是有方向的;点、线、面之间的拓扑关系用若干拓扑属性表来描述。按照分类,GIS用一些表明实体类别的整数来代替实体原始属性的级别值,这些整数就是GIS赋给实体的标识号(OID),这些OID号具有很好的完备性,与实体一一对应,是各个实体之间关联的桥梁。查找时,直接在拓扑属性表中查找OID即可,比Spaghetti模型在整个图中查找效率高。

2GIS拓扑分析的应用局限

现有的GIS拓扑分析主要用于电力系统故障点查询、停电范围的查找、着色显示等简单分析功能,而不适用于电力系统网络分析的潮流计算、无功优化、智能操作票专家系统等高级应用。网络分析中所用到的拓扑描述方式与GIS对拓扑关系的描述方式并不完全相同。主要有以下几点区别:1)在GIS系统中,其拓扑分析是基于空间连通性,分析的是将实体经过抽象之后的点、线、面之间的空间关系。而电网分析应用程序所用的数据是以描述电网模型为主,即主要描述电网结构和逻辑关系。2)GIS中的拓扑描述并不区分节点类型,对杆塔与线路端点等一般节点在拓扑分析的时候并不加以区分,而杆塔节点在网络分析中是不需要的。3)GIS中的母线是用线实体来表示,而在网络分析中所需的拓扑数据却是节点号。因此,GIS构建的拓扑数据不能够直接应用于网络分析应用程序,应该通过一定的方法将以GIS方式描述的拓扑数据进行转换。除了能够提供地理空间分布信息数据外,还可以给出网络分析用的元件参数,包括节点号、支路数据、节点数据等等,并对母线、连接线等零阻抗元件做正确的拓扑处理。

3基于GIS的电力网络拓扑分析

电力网络拓扑一般分为两个基本步骤[1～3]:第一步是厂站的结线分析,也称母线分析;第二步是系统网络分析,分析整个系统的母线由支路连接成多少个子系统,也称为电气岛分析。本文在GIS平台上,按照网络分析要求,定义了各元件的属性表结构,对母线、开关和节点编号做了有效的处理,并依照拓扑的基本步骤和GIS的连通,形成了一种实用的基于GIS的电力网络拓扑算法。

3.1拓扑实现的环境由于GIS系统具有庞大的空间数据库系统,直接在上面进行拓扑分析必然会影响计算速度,而且,数据库中有很多数据是电网网络分析软件不需要的,如前面提到的杆塔等。因此,本文在GIS上只加载与网络分析所需数据相关的图层,在此基础上实现拓扑分析。利用GIS自身强大的功能,该平台具有和外界接口的能力,与实际系统对接可以得到实时数据;与其他作图软件如AutoCAD等对接可以直接得到电网图形及数据;与其他数据库对接可以直接通过数据库引擎技术将获取所需的数据。

3.2元件属性表结构GIS提供的实体属性表中,含有地理空间信息及OID号。为满足电力网络分析软件对其提供数据的要求,重新定义了电网中各网络元件的属性表。在原有的属性表基础上加入了网络分析所需要的数据,如带电状态、型号等。各属性表结构如表1所示。由给出的结构定义可以得到各元件的网络参数,供网络分析软件使用。其中,带电状态可以用来进行着色显示;型号用来获取具体的参数,如在线路属性表中,得到线路的型号和长度,结合标准线路参数,就得到了线路的阻抗值。为了程序能自动给出元件的网络参数,定义了标准线路参数表和标准变压器表,专门存放各种型号对应的参数。开关元件的关联线路字段、负荷及电容器等元件的关联节点字段都是用来存放元件拓扑关系数据的,线路、变压器等都是支路,拓扑存放在“支路-节点关联表”之中,其形成在节点编号处理中给出。

3.3母线的处理母线是节点的集合,按照电力系统的习惯将母线定义为线状零阻抗实体,其上节点号码均相同,包括连接线等线状零阻抗实体都按照这种方式定义。对于由网络开关造成的母线模型影响,采用了一种非常简便实用的方法[3]。开关断开后,母线分裂,分裂出一个或者多个母线,则新增母线编号排在初始母线最大编号之后;开关操作未造成母线模型的变化,或者开关闭合后,删除一个或多个母线,母线合并,采用初始母线编号。这种处理方法,实现简单,计算量小,效率高,适合用于开关操作频繁的情况。

3.4开关的处理拓扑的主要任务是处理网络中开关状态变化所引起的接线变化,因此,开关在拓扑中的处理方式至关重要。GIS系统中,开关是图2中的中间点,通过GIS拓扑中点与线的关系,分别与所连接的线路相关联。当开关状态发生变化时,对母线模型影响的拓扑处理过程如图3所示。由开关变化的状态来确定对母线模型的影响后,再按照上文对母线的处理方法更新受影响母线模型;然后,由与线路的关联情况,通过GIS连通性分析可以迅速形成网络结线。这个功能还可用于实现带电模拟操作、查询停电范围等功能。

3.5节点编号按照GIS系统的连通性所得到的拓扑编号,即实体的标识号-OID号,具有很好的数据完备性,而且不需要人工输入网络原始编号信息。同时,连通性分析是对平台上的整个网络进行分析,和拓扑分析的第二个基本步骤有相同的作用,因此,获得的OID号已经具有子系统的信息。应用程序只需要将OID号从图库中读出,按照自己的要求对OID号重新编号即可。本文对编号的处理只需要简单地将OID号变成从一开始的连续编号,无须进行复杂的编号工作。编号的简要程序流程如图4所示。其中所有OID号由GIS原始连通性自动给出;用GIS的邻接关系判断函数将线路和节点关联,形成的关联表为初始关联表;用SQL语句将关联表中节点号更新得到编号后的关联表。当开关状态发生变化,需要进行拓扑处理的时候,直接利用此表,拓扑速度将大大提高。超级秘书网

3.6算法的整体流程算法的整体流程简图如图5所示。其中网络拓扑初始分析包括初始厂站分析、初始母线分析;自动节点编号,形成节点-支路关联表;进行初始连通性分析,得到了电气岛号。此处可以与实际的系统接口,也可以用于模拟操作。当开关状态发生变化的时候,按照对母线的处理办法,来确定对母线模型的影响。首先对开关状态进行判断,决定是否影响母线模型,对受影响的母线进行处理,然后根据支路-节点关联表,进行连通性分析,相当于电气岛分析。分析的结果按照带电与否进行着色,显示于GIS系统之中,使拓扑的结果一目了然。整个过程均在开发的电网图形平台上进行,拓扑过程中,充分利用了GIS的连通性分析功能,使得整个过程简单易行。

地理信息系统论文第5篇

——以北京香山滑雪场为例(完全版) 论文摘要：景观中存在着某些关键性的局部、位置和空间联系，它们构成某种战略性的格局--景观安全格局，对维护景观中某种过程的健康和安全有着至关重要的作用。以北京香山滑雪场的规划过程为例，本文系统地探讨了景观生态安全格局、景观视觉安全格局和景观文化安全格局的判别及其敏感地段的场地规划方法。文章同时显示，地理信息系统在场地规划中的有着广阔的应用前景。 论文关键词：景观安全格局，场地规划，GIS，香山公园 引言 对于一个象北京香山这样一个生态、文化和视知觉都很敏感的地段来说，尽可能地避免景观改变带来的冲击，维护生态、文化及感知过程的安全是非常重要的。有关部门已决定在香山植物园内兴建一个以仿真滑雪为主的、餐饮、休闲相配套的全天侯多功能综合性大型运动场，占地面积6万平米，这一决策是本工作的一个前提。从风景和环境保护的角度来讲，这样大型项目本身是不适于在上述地段内建设的，对此本文不作讨论。但至少有一点是十分明确的，即在这样一个非常敏感的地段建设大型的体育运动项目必会对香山特有的生态、文化和感知氛围造成冲击，所以，系统的景观分析和评价，以便尽可能减少其对环境的不良冲击，不但对本项目设计中具有重要意义，对类似项目的规划也必有可借鉴之处。 自I. McHarg的"依自然而设计"(Design With Nature， 1969)一书问世以来，尊重自然过程进行景观改变的设计思想已为广大景观规划师所接受，并在现代环境运动中起到了非常重要的作用。McHarg 把这种通过土地的剥层分析，层层叠加，最后确定土地利用的规划视为人类生态规划(1981)。这一规划思想最早可追溯到英国规划师Patric Geddes(Steiner 等 1987)，以后又由哈佛大学景观设计教育先驱之一Elliot发扬而成为景观规划专业之一大特色(Faludi 1987)。因子叠加的规划模式也因之而产生并在技术上不断发展。在计算机出现之前，这种叠加过程成功地用透明薄膜来完成(Steinitz,等 1976.)。60年代中期，哈佛大学教授Steinitz等开始尝试将叠加过程通过计算机来完成(Steinitz，1993)，并最终使叠加(overlay)成为地理信息系统的一种基本功能，在一般商业GIS软件中都可以完成。 尽管在技术上叠加过程可以通过计算机来完成，但将不同的生态、文化和感知过程的信息综合起来用于景观的综合评价和土地的综合利用，是非常具有挑战性的，它需要多学科的紧密配合，对各种景观过程有充分的认识并能通过相应的模型将其表达出来。这种挑战性集中反映在：土地是有限的，我们不能指望用大量的土地来维护或控制某种过程。因此，一个关键性的问题是如何用尽可能少的土地来最有效地维护某种景观过程的健康和安全。景观安全格局理论和方法在解决这一问题上已作了一些尝试(Yu 1996, 俞孔坚 1998)。该方法强调，景观中存在着一些战略性的组分和空间关系，它们构成某种关键性的格局――安全格局，对景观过程有着至关重要的影响。景观安全格局的判别有赖于对景观过程的模拟和分析、过程的安全指标的确定等。对于景观生态安全格局、景观视知觉的安全格局、和农耕过程的安全格局的判别已有过初步的探讨，可作借鉴(Yu 1995，俞孔坚 1998). 以香山滑雪场规划过程为例，本研究探讨了如何在一个极敏感地段进行项目规划的研究程序, 特别讨论了地理信息系统支持的景观安全格局设计途径。全部GIS分析都用ARC/INFO(WindowsNT版)来完成。 1．研究目的与方法 1.2 研究目的 北京香山滑雪场位于北京植物园西区待开发预留地，毗邻卧佛寺，其建设涉及局部景观改变，如果不对场地进行认真的规划与设计，必然会对周围景观的生态过程、视知觉过程和文化氛围带来不良的冲击。同时，不良景观改变还有可能对投资者造成不必要的浪费。所以，如何合理利用场地，维护景观的生态、感知及文化过程的安全，关系到该敏感地段的景观保护，也与投资者的

地理信息系统论文第6篇

（1）代替传统教学用图。

对于中学地理教学来说，地图的作用是至关重要的，它是最为经常用到的教学工具，信息量比较大，且形象直观。为了培养学生的地理能力，首要的就是要培养其学习地图的能力，也就是说，要学会对地图进行阅读以及填绘和分析。传统教学中，一般都是利用教学挂图以及课本附图还有复合投影片等形式对地理分布知识进行讲授，虽然利用教学挂图和投影仪能够深化教学，可是在使用过程中会占用空间，容易损坏，而利用GIS技术自主制图，能够将教师的问题清晰反应出来，也不容易损坏。这样制作出来的地图，信息容量比较大，且精度比较高，表现形式具有丰富性，能够进行动态显示，容易对内容进行修改以及扩充，也能够结合具体需求提供信息，另外，它还可以将分布图以及信息数字进行结合，使学生具有量的概念。

（2）可以进行空间查询。

利用这一技术能够达到双向查询的效果。比如，在对我国省级行政区进行教学的过程中，教师可以利用动态闪烁的形式显示行政区名称以及简称还有位置和轮廓等，同时还要赋予其属性，能够随时对其面积以及人口还有社会情况和经济状况等进行查询。另外，这种可视化能够提升学生自身的感性认识，将其学习兴趣充分调动起来。

（3）使知识教学更加丰富。

GIS能够对传统观念和认识加以改变，使教学与学生都能够有全新心态对地理知识加以探索与学习，对学生思维理念加以培养，增加其个性化学生。教师在对研究课题进行确定以后，学生能够利用GIS数据库开展研究性学习，从多个方面对研究内容加以了解，对知识教学加以丰富，使学生学习能力和教师的教学水平得到提升。

二、在中学地理教学中对GIS使用的几点建议

（1）对相关教育资源进行建设。

从当前情况看，GIS技术成果一般都被用在商业中，在教学中的应用比较少，因此，要对中学地理教学过程中GIS技术的应用加以重视。对中学地理教育的相关软件以及地理数据资料进行开发，对教师进行GIS知识培训，是中学教师地理专业水平以及计算机操作水平得以提升。在对人才进行培养与培训的时候，一定要和中学教学进行衔接，多开设GIS课程，对相关教材以及案例数据进行编写与制作，使教师对学生的学习进行指导，教师要改变传统单纯教授知识的模式，而是要将教学过程变为提供以及加工地理信息并解决地理问题的一个过程。当前，由于计算机技术不断发展，教师要对免费资源进行科学利用，利用自身知识进行修改并利用。各级中学也可以和相关院校进行交流，使GIS技术和资源实现共享。

（2）对GIS教育加以普及。

在中学地理教学过程中，应用GIS技术，就是要求学生在对计算机相关知识进行掌握之后，可以利用GIS技术针对相关数据加以操作和处理，之后能够对实际问题进行解决。在当前社会中，GIS技术的作用越来越重要，因此，要确保这一技术在中学地理教学过程中得以普及。从当前情况看，我国很多地区的中学都设置了微机室，虽然在数量以及质量方面无法满足学生的需求，可是学校只要进行认真规划，合理进行利用，就能确保学生上机机会，使学生对GIS的基础知识进行操作应用，保证GIS技术的普及。

（3）对相关教育体系进行构建。

不能在大学才开始进行GIS教育，要融入在中小学教育过程中。结合教学环境要分地区以及分层次和分级别对GIS教育在中学阶段进行设置并逐步做好落实工作。要在教学过程中分成基本要求教学以及拓展教学和研究性教学，也可以根据课程设置的相关结构，将其分成必修课程和选修课程，构建一套完整的GIS系统。在中学地理教学过程中利用GIS技术，能够使学生对地理学科有一种正确的学习态度，和地理的前沿科技动态进行接触，坚持与时俱进的原则，为GIS人才以及地理学科人才和复合型人才的培养打下良好基础。

三、结语

地理信息系统论文第7篇

论文关键词：MRO2车辆，监理

 

0 引言

随着国内轨道交通的大力发展，各地城市轨道交通的地铁车辆需求不断增加，车辆监理作为车辆制造环节的重要组成部分，发挥这不可替代的关键作用，而如何把车辆监理做好、作出特色、水平，就需要站在一个更高的平台上来创新和提高，MRO2就是这样一个好的平台，如何利用和开发这一平台，使车辆监理工作取得突破和创新，这就是车辆监理系统研究的意义所在。

1 MRO2系统平台概述

（1）MRO2的内涵

MRO2：Maintenance ：例行保障：使产品装备处于正常工作状态；Repair：故障恢复：在产品装备受到损害后使恢复良好状态；Operation：健康运行：保持正常运转所需的相关流程、活动和资源；Overhaul：装备大修：为保持产品装备性能和寿命所作的翻新与革新。

这是一个面向设备全寿命周期的支持系统平台，车辆监理作为其中的一个子系统来研究。

（2）MRO2的核心业务

MRO2对于车辆监理的核心业务为六方面：基础数据管理、监理信息管理、监理质量管理、监理计划管理、监理原材料管理、监理执行管理。这六大模块涵盖了车辆监理的全过程，可以用下图说明监理工作流程（图1）：

地理信息系统论文第8篇

［关键词］：地理信息系统配电网自动化应用

以实际地理位置为背景的电力设备分布图，不仅能在设备管理上为用户增加设备空间位置的信息，而且通过实时信息能准确地反映配电网的实时工作状况。因此，GIS已成为配电网自动化不可缺少的组成部分。

一、数据组织

地理空间数据是指以空间位置为参考的数据，地图是空间数据的一种表达方式，空间位置通常是用空间实体与某中参数坐标系统的关系来表达。

各种地理空间实体，如居民区、街道、市政管线、电话亭、电力线路等，在计算机中的表达一般抽象为点、线、面这3种最基本的实体，任何空间实体都可以用点、线、面，再加上说明和记号来表示。

这种空间数据的组织能满足配电网自动化的要求，根据实际地理位置布置设备、线路，展示配电网的实际分布，采用层的概念组织图形和管理基础数据，自由分层，层次之间又可以灵活的自由组合。

与空间图形数据对应的还有属性数据，既对图形相关要素的描述信息，如配电线路的长度、电缆型号、线路编号、额定电流、配变型号、编号、名称、安装位置、投运时间、检修情况和实验报告等。

这些属性数据的用途为结合图形进行档案资料的查询提供具体信息。对已经在管理信息系统（MIS）中录入和使用的部分属性数据，可通过共享途径直接获取，末录入的则必须在GIS中进行录入和编辑。

属性数据可存于任何关系型数据库中，如：SQLSERVER，SYBASE，ORACLE等传统的关系型数据库不能管理具有地理属性的空间数据，所以大多以文件形式存储。从数据的多用户、访问安全性以及数据操作的高效性来讲，这种储存形式力不从心。各大GIS公司相继推出这类产品。如：ESRI公司的SDE（空间数据库引擎），通过SDE把地理空间数据加到商业关系型数据库：MAPINFO公司的SPATIALWARE上，可以将地理数据存储到RDBMS中，ORACLE81SPATIAL使得ORACLE81数据库具有空间数据的管理能力。

二、配电网GIS的建立

目前开发配电网GIS有两种趋势，一种是把GIS作为整个配电网自动化的基础平台，另一种是把GIS作为其中的组成部分，与SCADA等其他系统共同完成整个配电网自动化的功能。笔者认为第二种方案比较可行。原因是目前大部分地区SCADA系统的功能已经完成，并且投入运行，作为新增加的GIS只要通过数据库的关联，就能实现信息的共享，而且又能保证各个子系统的独立性，使整个系统的可维护性增强。同时减少了开发GIS子系统的工作量，免去了资金的重复投入。

三、配电网自动化中GIS实现的功能及其特点

GIS在配电网自动化中的应用可以分为离线和在线两个方面。

3.1离线应用方面主要包括：

A．图形的操作：在以地理图为背景的配电网分布图上，可以分层显示变电站、线路、变压器、开关到电杆以及到用户的地理位置。由于这些图形均为矢量图，可完成无级放大、缩小和漫游，并且地理的比例尺及视野可以任意设定。

B：空间数据测量：测量两点、多点之间的距离和任意定义区域的面积。通过鼠标定位，既可得出该点的坐标，可完成配电线长度的测量，也可以统计供电区域的面积。

C：设备档案管理：管理所有的配电系统设备档案和用户档案，根据要求进行各种查询统计。主要根据属性数据与空间数据关系，进行双项查询。条件查询（从数据库查询图形，按设备的属性数据库查找设备地理位置，对典型设备可以进行查询、显示、列表、统计）和空间查询（从图形查询属性数据，在图形上对任意设备进行定点查询和多边形小区查询，并且显示、列表和统计）

D：设备检修管理：根据检修管理指标，自动地进行校核，自动列出各项指标的完成情况，提醒工作人员安排设备检修工作，并提出设备检修计划。

E：用户报装辅助决策：通过直接在地图上部设报装用户位置，系统根据报装容量，电流强度等自动的搜索设定范围内（范围值可以在界面上灵活设置）满足要求的变压器，选择不同的变压器系统自动在图上画出最佳的架设路径，并给出具体的长度。

F：开操作票：把开操作票的任务放在GIS界面上完成，直观、简单地在地图上用鼠标电击选取操作对象，就能把操作对象的名称及其当前状态填入相应的操作票表单中，再在标准动作库及术语库中选择操作目标结果，就能方便、准确地开操作票。

G：模拟操作：可以做计划内停电检修前的预演。分为拉开关、停线段、停馈线等不同方式，根据不同的操作自动搜寻停电范围，预演操作结果，确认后打印停电通知单。

3.2在线应用

在线方面应用主要包括：

A：反映配电网的运行状况：读取SCADA系统实时状态量，通过网络拓扑着色，反映配电网实时运行状况。对于模拟量，通过动态图层进行数据的动态更新，确保数据的实时性。对于事故，推出报警画面（含地理信息），显示故障停电的线路及停电区域，做出事故记录。

B：在线操作：在地理接线图上可直接对开关进行遥控，对设备进行各种挂牌和解牌操作。

C：负荷管理：根据地图上负荷控制点的位置，结合独立运行的负荷监控实时系统，以用户的负荷控制终端的基本数据为数据，实现各种查询和分析功能，用图表方式显示结果。根据负荷点的地理分布及其各种实测数据，进行区域负荷密度分析，制定负荷专题图，通过不同时期的对比，辅助电网规划。

D：停电管理：他是配网自动化中管理系统的重要组成部分，利用打来的故障投诉电话弥补配电自动化信息采集的不足，根据用户停电投诉电话中故障地点的数量和位置，进行故障定位，确定隔离程序；并且分析故障停电的范围，排除可能的故障点顺序。根据维修队伍的当前位置，给出到达故障地点的最佳调度路径，可以迅速、准确地找到并隔离故障点，恢复供电。

E：与用户抄表与自动记费系统接口：远方抄表与自动记费系统向GIS传送用户地址、用户的名称以及用电负荷等信息，GIS可以显示抄表区域和区域的负荷情况，使数据更加直观。

四、系统的开发

应根据GIS在配网自动化中的应用功能进行模块划分，由于GIS数据量大，维护工作比一般管理系统复杂，需要一定的专业知识，另一面，根据供电企业部门的职能划分，对GIS也提出了不同的要求。因此对建立整个配网GIS来说，根据功能大致可分为3个自系统。

A：系统编辑，系统自维护，主要完成配电网图形的编辑和数据库的维护。

B：实时运行子系统，能够对配电设备进行各种操作，并实时反映操作结果。

C：浏览，查询子系统，查看当前电网状况，完成各种查询、统计和分析。

随着平台及应用技术的不断发展，GIS的应用越来越来深入，广泛。

参考文献：

地理信息系统论文第9篇

1　地理科学在科学体系中的地位

钱学森在20世纪80-90年代逐步完成了总结全人类研究的科学体系。概括起来分11个门类、5大巨系统、4项建设（图1、图2、图3、表1），下面分别表述原著与解解的内容。

附图

图1　钱学森论人类的知识体系

fig.1 the statement of human knowledge system by qian xuesen

钱学森将当今人类对科学知识的体系，分为数学科学、自然科学、地理科学、社会科学、建筑科学、军事科学、人体科学、思维科学、行为科学、系统科学与美学11个体系。对上述人类知识体系解读，可以将自然科学、社会科学和地理科学作为客体世界的主要研究对象；而人体科学、思维科学和行为科学作为人类主体的主要研究对象；建筑科学界于客体与主体科学之间；军事科学实际上是指谋略科学（包括经济、政治、军事等），是在掌握所有科学基础上的智慧较量；美学是纵贯于各个学科的；数学科学与系统科学是横贯于各个学科的。因此有以下的科学分类网络系统（图2）。

附图

图2　科学分类的网络体系

fig.2 the network system of science classification

在五个开放的、复杂巨系统中（图3），地理系统与星系系统、社会系统、人体系统、人脑系统并列，其中的物理、地理、事理、人理、脑理中的“理”都是指研究的“规律”。

钱学森提出的社会主义总体设计部（表1）中，除了政治文明建设、物质文明建设、精神文明建设外，特别提出地理建设，笔者将其修改为地理系统工程，并增加了人口、科教、城镇、资源、灾害、产业。

表1　社会主义建设的系统结构（略有修改）

tablel the system structure of socialism construction

附图

2　地理信息科学

20世纪70年代以来，随着航天技术的迅猛发展，来自外层空间的遥感、遥测、定位、通讯信息海量地增加；随着计算机技术的迅猛发展，处理与解决这些海量数据的能力大幅度地提高。地理信息系统、地理专家系统、管理信息系统、辅助决策系统应运而生，使得地理信息科学首先获得发展的机会。正是地理信息科学这门用高新技术武装起来的技术科学的发展，带动了整个地理科学的建立与发展。

附图

图3　五个开放的复杂巨系统

fig.3 five open complex giant system

地理信息科学的主要内容就是天地信息一体化网络系统，包括航天信息网络系统（外层空间卫星之间的信息网络）、地面的网络系统、天地之间的网络系统三部分，是有线网络与无线网络连通的一体化网络系统。1998年笔者发表了“航天信息与地理信息一体化网络系统及其应用”的论文[5]，2002年又发表了“论地理信息科学的发展”[6]一文。两篇论文基本上代表了地理信息科学的创始与发展，当前各行各业都在进行数字化或信息化的建设，实际上都是天地信息一体化网络中的部分子网络或子系统。地理信息科学中最重要的原创性的成果是遥感信息模型与地理信息编码模型。

随着遥感信息的大量获取，数学家以模式识别为工具对遥感信息进行图像处理与分类，使用的数学工具主要是数理统计的方法，把遥感信息看成是没有成因关系的随机变量；物理学家则把获取遥感的物理过程视为遥感信息的成因，因此采用反演的方法，使用辐射传输方程为主的数学工具，事实上不承认地理现象的不确定性；大多数地理学家将遥感信息当成系列成图的基础信息，快速、准确地制作系列地图。地图是符号系统，其信息量远不可与遥感信息量比较，地图学家把遥感信息转化成符号系统的系列图谱。遥感信息模型则是将地理复杂现象中的非遥感信息转变为归一化的影像信息，与遥感信息一起用方程、统计与相似准则结合，也即演绎逻辑、归纳逻辑与类比逻辑结合；确定性与不确定性（包括随机的不确定性、模糊的不确定性、灰色的不确定性、分形的不确定性）辩证统一；图像与方程（一个像元或一个图斑、一个方程）耦合；抽象思维与形象思维互动而建立起来的一种地理复杂信息模型[7-9]。这种信息模型只有在遥感技术的推动下才有可能产生。这种信息模型是遥感信息与地理信息连接的纽带。

地理信息系统本来就是为了制作地图而创建的，因此地图学家将从遥感中提取的系列地图存入地理信息系统，是顺理成章的。但是这种地理信息系统无论空间分析功能多么强大，也不可能进行模型计算，外挂、内嵌种种方式都不可能解决直接进行模型计算问题。系列地图存入计算机的图形库时，信息又是冗余的，因此带来一系列与计算机技术发展格格不入的疑难，最为典型的是数据挖掘，数据挖掘说明存在数据库中的信息有冗余。遥感信息模型的运算要求地理信息系统可以直接进行模型计算，由此地理信息编码模型应运而生[10,11]。传统的地理信息系统以图形的叠合(overlay)为主；而能够进行遥感信息模型运算的地理信息系统则以像元或图斑中的多位编码的抽取(extract)为主。这又是完全相反的途径。地理信息编码模型还是地理定量信息与定性信息转化的纽带，也是地理信息系统中属性库与地理专家系统中知识库联系的桥梁。

总之，天地信息一体化网络系统是开放的复杂巨系统，研究这个巨系统的地理信息科学的内容远远超过了3s(remote sensing,global positioning system,geographical information system)的范围，而是以天地信息一体化网络系统为核心的天—地—人—机系统。地理信息科学虽然是从属于地理科学的技术科学，但是地理信息科学的诞生与发展是引领地理科学成长的核心力量，因此本刊更名时，将地理信息科学与地理科学相提并论，突出了地理信息科学的重要性。

3　地理系统工程

地理系统工程当前尚未被广泛认识，已经认识到的也仅仅是系统工程在地理学中的应用。当地理信息科学中的模型在实践中应用时，必然会涉及地理系统工程的可操作性。地理遥感复杂信息模型的建立，可以进行定量预报和回溯，因此为地理系统工程打下了工程的基础。国民经济的主战场主要包括人口、资源、生态、环境、灾害、城镇、基建、产业等8个方面，这8个方面是互动的。

如果没有以高新技术武装起来的地理信息科学的支撑，研究复杂的地理系统工程就是空想，然而所幸的是人们已经掌握了地理信息科学的许多关键技术，地理系统工程的实践指日可待。

4　理论地理科学

地理信息科学一方面可以进一步为地理系统工程提供研究方法与手段；另一方面又为理论地理科学提供技术基础。从遥感信息模型发展到地理复杂信息模型再到地理数学[8]，为理论地理科学奠定了坚实的基础。

理论地理科学中首要的是建立开放的复杂巨地理系统的理论；其次是地理类比的广义相似理论[13]；第三是一般地理复杂模型理论与地理数学；第四是地理数学在部门地理—部门子地理系统工程与区域地理—区域地理系统工程中的应用。理论地理科学如果不能指导部门子地理系统工程的研究和区域地理系统工程的研究，那么就失去了理论意义。

如果没有以高新技术武装起来的地理信息科学的支撑，研究理论地理科学也是空想，然而所幸的是人们已经掌握了地理信息科学的许多关键技术，理论地理科学的建立指日可待。

5　地理科学在可持续发展信息社会中的作用

地理学的发展经历了“地理环境决定论”、“人类中心主义”，然后达到了地理科学的可持续发展的阶段。地球上人类消耗的资源、能源是极其不平衡的，按照发达国家的水平，一个地球是满足不了全人类的需求的。可持续发展只有在信息社会中才能实现，人类一方面需要依靠科学技术开发资源，如太阳能的利用，靠基因工程使绿色植被更多地利用太阳辐射，靠纳米技术直接转化太阳能为电能；另一方面是靠信息技术节省资源、能源，如天地信息一体化网络系统就是信息社会的重要支柱之一，靠航天技术获取外层空间信息源，靠计算机技术建立信息网络。由此可见，地理信息科学在可持续发展信息社会中的作用[14]。随着地理信息科学的发展，地理系统工程与理论地理科学的发展，将为国民经济的主战场做出重要的贡献。

由上分析，可见地理科学与地理信息科学已经被广泛共识，地理系统工程与理论地理科学的发展尚不够充分，因此本刊更名为“地理与地理信息科学”是适时的，是既有继承性又有发展性的；是既有前瞻性又有现实性的。在这里我们希望地理科学界的同仁，切不要轻视技术，高新技术恰恰是新理论、新应用的强大推动力。

【参考文献】

[1]　钱学森，等.论地理科学[m].杭州：浙江教育出版社，1994.1-325.

[2]　钱学森.发展地理科学的建议[j].大自然探索，1987,6(19):36-46

[3]　钱学森.就“地理科学”答《地理知识》记者问[j].地理知识，1990,(1):90-93.

[4]　马蔼乃.论地理科学的发展[j].北京大学学报（自然科学版），1996,32(1):120-129.

[5]　马蔼乃.航天信息与地理信息一体化网络系统及其应用[j].北京大学学报（自然科学版），1998,34(4):533-541.

[6]　马蔼乃，等.论地理信息科学的发展[j].地理学与国土研究，2002,18(1):1-8.

[7]　马蔼乃.遥感信息模型[m].北京：北京大学出版社，1997.1-165.

[8]　马蔼乃.遥感信息模型与地理数学[j].北京大学学报（自然科学版），2001,37(4):521-529.

[9]　马蔼乃.遥感地理信息模型[j].地理学报，1996,51(3):266-271.

[10]　马蔼乃.地理信息编码模型[a].地理科学与地理信息科学论[c].武汉，武汉出版社，2000.283-302.

[11]　马蔼乃.地理知识的形式化[a].地理科学与地理信息科学论[c].武汉，武汉出版社，2000.261-274.

[12]　马蔼乃.21世纪黄河系统工程方略（首届黄河论坛暨王化云治黄思想研讨会）[n].黄河报（转载），2002.