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資源與環(huán)境研究中的GIS
地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,簡稱GIS)是20世紀(jì)60年代以來隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其廣泛應(yīng)用,在地理學(xué)中發(fā)展起來的一種新的工作手段和 *** 。該學(xué)科是介于信息科學(xué)、空間科學(xué)和地球科學(xué)之間的交叉學(xué)科,它是計(jì)算機(jī)科學(xué)、遙感技術(shù)、信息工程和現(xiàn)代化地理學(xué)理論與 *** 的有機(jī)結(jié)合,是它們應(yīng)用的進(jìn)一步延伸和發(fā)展,是地理學(xué)的又一新進(jìn)展。
一、地理信息與地理信息系統(tǒng)
地理信息是指表征地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、相互聯(lián)系和變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形等的總稱。從地理數(shù)據(jù)到地理信息的發(fā)展,是人類認(rèn)識(shí)地理事物的一次飛躍。地球表面的巖石圈、水圈、大氣圈和人類活動(dòng)等是更大的地理信息源。地理科學(xué)的一個(gè)重要任務(wù)就是迅速地采集到地理空間的幾何信息、物理信息和人為信息,并適時(shí)地識(shí)別、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、傳輸、再生成、顯示、控制和應(yīng)用這些信息。
地理信息屬于空間信息,其位置的識(shí)別是與數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起的,這是地理信息區(qū)別于其他類型信息的最顯著的標(biāo)志。地理信息的這種定位特征,是通過經(jīng)緯網(wǎng)或公路網(wǎng)建立的地理坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)空間位置的識(shí)別;地理信息還具有多維結(jié)構(gòu)的特征,即在二維空間的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多專題的第三維結(jié)構(gòu),而各個(gè)專題型實(shí)體型之間的聯(lián)系是通過屬性碼進(jìn)行的,這就為地理系統(tǒng)各圈層之間的綜合研究提供了可能,也為地理系統(tǒng)多層次的分析和信息的傳輸與篩選提供了方便。地理信息的時(shí)序特征十分明顯,因此可以按照時(shí)間尺度將地理信息劃分為超短期的(如臺(tái)風(fēng)、地震)、短期的(如江河洪水、秋季低溫)、中期的(如土地利用、作物估產(chǎn))、長期的(如城市化、水土流失)、超長期的(如地殼變動(dòng)、氣候變化)等。地理信息的這種動(dòng)態(tài)變化的特征,一方面要求地理信息的獲取要及時(shí),并定期更新;另一方面要從其自然的變化過程中研究其變化規(guī)律,從而作出地理事物的預(yù)測與預(yù)報(bào),為科學(xué)決策提供依據(jù)。認(rèn)識(shí)地理信息的這種區(qū)域性、多層次性和動(dòng)態(tài)性變化的特征對建立地理信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)人口、資源、環(huán)境等的綜合具有重要意義。
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地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下,對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示,并采用地理模型分析 *** ,適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息,為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。因此,地理信息系統(tǒng)具有以下三個(gè)方面的特征:
(1)具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力。
(2)以地理研究和地理決策為目的,以地理模型 *** 為手段,具有空間分析、多要素綜合分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測的能力,并能產(chǎn)生高層次的地理信息。
(3)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持進(jìn)行空間地理數(shù)據(jù)管理,并由計(jì)算機(jī)程序模擬常規(guī)的或?qū)iT的地理分析 *** ,作用于空間數(shù)據(jù),產(chǎn)生有用信息,完成人類難以完成的任務(wù);計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支持是GlS的重要特征,它能使GIS得到快速、精確、綜合地對復(fù)雜的地理系統(tǒng)進(jìn)行空間定位和動(dòng)態(tài)分析。
二、GIS的組成部分
地理信息系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng),它由信息輸入、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的分析處理和信息的輸出等基本部分組成,并在計(jì)算機(jī)軟、硬件支持下運(yùn)行工作。各種組成在GIS中所起的作用不同,可以分為五個(gè)組成部分:
(1)計(jì)算機(jī)硬件:指GIS所需要的基本設(shè)備。這些設(shè)備用來存儲(chǔ)、處理和顯示。對象主要是數(shù)字地圖或數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。
(2)計(jì)算機(jī)軟件:包括機(jī)器運(yùn)行所需的各種程序及有關(guān)資料,如操作系統(tǒng)、編譯程序、匯編程序、專用程序、GIS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、各種分析程序及使用分冊、說明等。主要作用是完成各種GIS應(yīng)有的操作。
(3)數(shù)據(jù):GIS研究所需要的各種地理空間數(shù)據(jù),包括數(shù)字化了的地圖數(shù)據(jù)、經(jīng)過數(shù)字轉(zhuǎn)換的圖像數(shù)據(jù)、分析用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等等。
(4)過程:GIS工作時(shí),為了得到問題的解答而執(zhí)行的一步一步的動(dòng)作。不少系統(tǒng)在執(zhí)行時(shí),為了方便用戶使用目錄選擇方式,又稱作點(diǎn)“菜單”方式,作哪個(gè)動(dòng)作就點(diǎn)哪項(xiàng);也有的系統(tǒng)使用命令方式,根據(jù)用戶需要打入命令,由系統(tǒng)完成,可以一個(gè)命令做一個(gè)動(dòng)作,也可以一個(gè)命令完成一系列動(dòng)作,也就是命令過程。
(5)專家:了解GIS,知道怎樣使用系統(tǒng),這是最重要的。有些系統(tǒng)不能被人完全了解,因而不能發(fā)揮出全部作用,更不能進(jìn)一步發(fā)展系統(tǒng)。創(chuàng)造GIS的工作量很大,常以“人年”作為計(jì)量工作的單位。
三、GIS的類型
(1)專題地理信息系統(tǒng):是具有有限目標(biāo)和專業(yè)特點(diǎn)的地理信息系統(tǒng)。為特定的專門的目的服務(wù),如水資源管理信息系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)、農(nóng)作物估產(chǎn)信息系統(tǒng)、草場資源管理信息系統(tǒng)、水土流失信息系統(tǒng)、環(huán)境管理信息系統(tǒng)等。
(2)區(qū)域地理信息系統(tǒng):主要以區(qū)域綜合研究和全面信息服務(wù)為目標(biāo)。可以有不同規(guī)模,如國家級的、地區(qū)或省級的、市級或縣級等為各不同級別行政區(qū)服務(wù)的區(qū)域信息系統(tǒng),也可以按自然分區(qū)或流域?yàn)閱挝唤^(qū)域信息系統(tǒng)。區(qū)域信息系統(tǒng)如加拿大國家信息系統(tǒng)、美國橡樹嶺地區(qū)信息系統(tǒng)、圣地亞哥縣信息系統(tǒng)、中國黃河流域信息系統(tǒng)等。
(3)地理信息系統(tǒng)工具:它是一組具有圖形圖像數(shù)字化、存儲(chǔ)管理、查詢檢索、分析運(yùn)算和多種輸出等地理信息系統(tǒng)基本功能的軟件包。它們或者是專門研究的,或者是在完成實(shí)用地理信息系統(tǒng)后抽去具體的區(qū)域或?qū)n}的地理空間數(shù)據(jù)后得到的。這些軟件適于用來作為地理信息系統(tǒng)支撐軟件,以建立專題或區(qū)域性的實(shí)用性地理信息系統(tǒng),也可以作教學(xué)軟件。由于地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)較高,而且重復(fù)編輯比較復(fù)雜的基礎(chǔ)軟件也造成人力的極大浪費(fèi),因此采用地理信息系統(tǒng)工具,無疑是建立實(shí)用地理信息系統(tǒng)的一條捷徑。
四、資源與環(huán)境研究中的GIS
進(jìn)入21世紀(jì),中國的GIS事業(yè)發(fā)展迅速,GIS的作用日益被大眾所認(rèn)識(shí),并蓬勃應(yīng)用到各種領(lǐng)域中。人類正在進(jìn)入以信息技術(shù)和空間技術(shù)應(yīng)用為特征的新型信息時(shí)代。作為新興技術(shù)科學(xué)的地理信息系統(tǒng),從20世紀(jì)80年代末期以來已成為最活躍的信息產(chǎn)業(yè)之一。它涉及到GIS軟件、硬件、數(shù)據(jù)、遙感與航空攝影、制圖、野外數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、系統(tǒng)集成和咨詢等內(nèi)容。其中,軟件是GIS的技術(shù)核心,而從事軟件開發(fā)和系統(tǒng)集成的公司或機(jī)構(gòu)則往往成為GIS產(chǎn)業(yè)的主體。
早期GIS主要應(yīng)用于自動(dòng)制圖、設(shè)施管理和土地信息系統(tǒng)(LIS),后來逐步擴(kuò)展到資源與環(huán)境管理、森林清查、城市規(guī)劃、市政管理、災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)測、科學(xué)研究和軍事戰(zhàn)略等眾多領(lǐng)域。隨著GIS技術(shù)的成熟,數(shù)據(jù)積累和應(yīng)用環(huán)境的改善,它的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展,應(yīng)用程度不斷深化。GIS在資源與環(huán)境研究中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1.資源清查與管理
資源的清查、管理和分析是GIS應(yīng)用中趨于成熟而重要的領(lǐng)域,包括土地資源、森林資源和礦產(chǎn)資源的清查、管理,土地利用規(guī)劃,野生動(dòng)植物的保護(hù)等。資源清查是地理信息系統(tǒng)最基本的職能,這時(shí)系統(tǒng)的主要任務(wù)是將各種來源的數(shù)據(jù)匯集在一起,并通過系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)和覆蓋分析功能,按多種邊界和屬性條件,提供區(qū)域多種條件組合形式的資源統(tǒng)計(jì)和資源狀況分析,為資源的合理開發(fā)、利用和科學(xué)管理提供依據(jù)。
以土地利用類型為例,可以輸出不同土地類型的分布和面積,按不同高程帶劃分的土地利用類型、不同坡度區(qū)內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀、不同巖性引起的土地利用差異以及不同時(shí)期的土地利用變化等,為資源的合理利用、開發(fā)和科學(xué)管理提供依據(jù)。又如中國西南地區(qū)國土資源信息系統(tǒng),設(shè)置了三個(gè)功能子系統(tǒng),即數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、輔助決策系統(tǒng)、圖形系統(tǒng)。資源數(shù)據(jù)存儲(chǔ)了1500多項(xiàng)300多萬個(gè)。該系統(tǒng)提供了一系列資源分析與評價(jià)模型、資源預(yù)測預(yù)報(bào)及西南地區(qū)資源合理開發(fā)配置的資料。可繪制草場資源分布圖、礦產(chǎn)資源分布圖、各地縣產(chǎn)值統(tǒng)計(jì)圖、農(nóng)作物產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)圖、交通規(guī)劃圖、重大項(xiàng)目規(guī)劃圖等不同內(nèi)容的專業(yè)圖件。
2.區(qū)域與城鎮(zhèn)規(guī)劃
城市與區(qū)域規(guī)劃中要處理許多不同性質(zhì)和不同特點(diǎn)的問題,它涉及資源、環(huán)境、人口、交通、經(jīng)濟(jì)、教育、文化和金融等多個(gè)地理變量和大量數(shù)據(jù)。地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理有利于將這些數(shù)據(jù)信息歸并到統(tǒng)一系統(tǒng)中,最后進(jìn)行城市與區(qū)域多目標(biāo)的開發(fā)和規(guī)劃,包括城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、城市建設(shè)用地適宜性評價(jià)、環(huán)境質(zhì)量評價(jià)、道路交通規(guī)劃、公共設(shè)施配置以及城市環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測等。這些規(guī)劃功能的實(shí)現(xiàn),是以地理信息系統(tǒng)的空間搜索 *** 、多元信息的疊加處理、空間分析 *** 和 *** 分析功能等作為保證的。中國大、中型城市很多,根據(jù)加快中心城市的規(guī)劃建設(shè),加強(qiáng)城市建設(shè)決策科學(xué)化、現(xiàn)代化的要求,利用地理信息系統(tǒng)作為城市規(guī)劃、管理和分析的工具,具有十分重要的意義。
3.環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測
利用GIS *** 和多時(shí)相遙感數(shù)據(jù),可以有效地用于森林火災(zāi)的預(yù)測預(yù)報(bào)、洪水災(zāi)情監(jiān)測和災(zāi)情損失的估算,為救災(zāi)搶險(xiǎn)和防洪決策提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息,例如據(jù)中國大興安嶺地區(qū)的研究,通過普查分析森林火災(zāi)實(shí)況,統(tǒng)計(jì)分析十幾萬個(gè)氣象數(shù)據(jù),從中篩選出氣溫、風(fēng)速、降水、溫度等氣象要素、春秋兩季植被生長情況和積雪覆蓋程度等14個(gè)因子,用模糊數(shù)學(xué) *** 建立數(shù)學(xué)模型,建立微機(jī)信息系統(tǒng)的多因子的綜合指標(biāo)森林火險(xiǎn)預(yù)報(bào) *** ,對預(yù)報(bào)火險(xiǎn)等級的準(zhǔn)確率可達(dá)73%以上。又如黃河三角洲地區(qū)防洪減災(zāi)信息系統(tǒng),在ARC/INFO地理信息系統(tǒng)軟件支持下,借助于大比例尺數(shù)字高程模型,加上各種專題地圖,如土地利用、水系、居民點(diǎn)、油井、工廠排放工程設(shè)施及社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)信息等,通過各種圖形疊加、操作、分析等功能,可以計(jì)算出若干個(gè)泄洪區(qū)域及其面積,比較不同泄洪區(qū)域內(nèi)的土地利用、房屋、財(cái)產(chǎn)損失等,最后得出更佳的泄洪區(qū)域,并制定整個(gè)泄洪區(qū)域內(nèi)的人員撤退、財(cái)產(chǎn)轉(zhuǎn)移和救災(zāi)物資供應(yīng)等的更佳運(yùn)輸線路。
4.環(huán)境保護(hù)及管理
GIS技術(shù)也是進(jìn)行環(huán)境評價(jià)、環(huán)境規(guī)劃管理的有力工具。其內(nèi)容包括:環(huán)境監(jiān)測和數(shù)據(jù)收集,建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和環(huán)境動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫,建立環(huán)境污染的有關(guān)模型,提供環(huán)境管理的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和報(bào)表輸出,環(huán)境作用分析和環(huán)境質(zhì)量評價(jià),環(huán)境信息傳輸和制圖等。
環(huán)境管理涉及人類社會(huì)活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的一切領(lǐng)域,一個(gè)大中型城市每年收集和監(jiān)測的環(huán)境數(shù)據(jù)可能多達(dá)100萬個(gè),對如此大量的數(shù)據(jù),應(yīng)使其有效地為環(huán)境管理決策及其他用途服務(wù)。一個(gè)地方環(huán)境管理信息系統(tǒng)的功能有:為環(huán)境管理部門提供數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)存儲(chǔ) *** ——基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng);提供環(huán)境管理的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表和圖形編輯 *** ;建立環(huán)境污染的若干模型,為環(huán)境管理決策提供支持;提供環(huán)保部門辦公軟件;提供信息傳輸?shù)?*** 和手段。
例如,上海市環(huán)境管理雅息系統(tǒng)具有如下主要特征:①建立了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫,可存儲(chǔ)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)(如包括污染源和環(huán)境質(zhì)量)和其他有關(guān)數(shù)據(jù)(如環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、水文、氣象等),對大多數(shù)環(huán)境管理功能來說,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享;②面向環(huán)境質(zhì)量管理,可以對環(huán)境質(zhì)量狀況的統(tǒng)計(jì)、評價(jià)、預(yù)測、規(guī)劃以及其他管理提供支持;③為實(shí)現(xiàn)面向污染源的污染控制管理提供支持,可以實(shí)現(xiàn)排污收費(fèi)、排污許可證制度的管理;④為便于用戶使用,系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)界面友好的窗口菜單系統(tǒng),使用方便,可以提供不同形式的輸出,包括屏幕顯示、表格打印、圖形繪制、磁盤輸出等,還預(yù)留了遠(yuǎn)程通訊接口。
5.宏觀決策
GIS利用有效的數(shù)據(jù)庫,通過一系列決策模型的構(gòu)建和比較分析,可為國家或區(qū)域的宏觀決策提供科學(xué)依據(jù)。例如GIS支持下的土地承載力的研究,可以解決土地資源與人口容量的規(guī)劃。中國在三峽地區(qū)研究中,通過利用地理信息系統(tǒng)和機(jī)助制圖的 *** 等多種功能建立了環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),為三峽宏觀決策提供了建庫前后環(huán)境變化的數(shù)量、速度和演變趨勢等可靠依據(jù)。又如,通過水土流失監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的水土流失強(qiáng)度、地質(zhì)巖性、坡度及其他資源與環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究,利用圖形疊置等功能和變化的規(guī)律模型,可以進(jìn)行水土流失的預(yù)測,為水土保持方案的編制及實(shí)施生態(tài)環(huán)境治理等提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),為宏觀決策提供依據(jù)。
如何利用ArcGIS軟件制作專題地圖
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gis專題地圖怎么布滿圖紙
gis專題地圖布滿圖紙 *** :
1.打開ArcMap,在ArcMap里面對要進(jìn)行數(shù)字化的柵格數(shù)據(jù)(有坐標(biāo)信息圖片地圖)進(jìn)行坐標(biāo)配準(zhǔn),如果是有坐標(biāo)的高分辨率遙感影像進(jìn)行數(shù)字化的話,就不用進(jìn)行坐標(biāo)配準(zhǔn)。
2.打開ArcCatalog,在ArcCatalog里面找一個(gè)文件夾,點(diǎn)擊右鍵新建Shapfile文件,坐標(biāo)信息可以暫時(shí)不用設(shè)。
3.打開ArcMap,先把配準(zhǔn)好的柵格數(shù)據(jù)加載進(jìn)入ArcMap里面,然后加載在ArcCatalog里面新建的Shapfile文件。選擇編輯模塊,選擇要編輯的圖層,啟動(dòng)編輯,就可以再柵格數(shù)據(jù)上進(jìn)行數(shù)字化了,數(shù)字化完之后保存數(shù)據(jù)。
4.把數(shù)字化好的數(shù)據(jù),用ArcToolbox里面的自定義地圖坐標(biāo)系進(jìn)行圖層坐標(biāo)定義。這樣gis專題地圖就能布滿圖紙了。
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