地理信息研究范文
时间：2023-11-23 17:53:07
导语：如何才能写好一篇地理信息研究，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
【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
篇2
[关键词] 地理信息系统；集成二次开发；基础开发
1、地理信息系统内涵
地理信息系统，是20世纪60年代创立并发展起来的新兴技术，英文全称为为Geographical Information System，简称GIS，地理信息系统融合多种学科，包括地图学、遥感学、测绘学、空间科学、环境学、信息科学、管理科学、计算机科学等，是现代用来分析和处理海量地理数据的重要技术手段，不同的应用领域对地理信息系统有不同的定义，有的侧重GIS的技术内涵进行定义，有的偏重GIS的应用功能进行定位。比如有的把它定义为对空间数据进行采集、存贮、提取、分析以及显示的工具，有的定义为协助发展和规划，进而做出决定的工具，无论侧重哪个方面，GIS都是利用现代科技手段获取地球信息，利用数学方法完成信息之间的转换、预测、验证。这一过程的核心是计算机技术，数据库、地图可视化和空间分析是基本技术，地球系统内的信息流组成其主要研究内容，主要研究和服务对象是资源环境。地理信息系统与其他信息系统相比，它的显著优势是具有处理空间分布数据的能力。通过有效结合属性数据和空间数据，再利用计算机技术进行分析、处理，最后用图表或曲线形式反映出来，为社会服务。
2、地理信息系统应用开发的方式
地理信息系统的开发方式包括基础开发、借助GIS工具进行二次开发和集成二次开发，在基础开发过程中，开发者不依赖GIS软件，而是利用程序设计语言采集、处理、分析空间数据信息，采用相关算法进行独立设计。这种开发方式可以大大节省成本，但是设计复杂需要大量人力物力，并且功能无法与商业化GIS软件相比。借助GIS工具进行二次开发，当前大多数软件商都向开发者推荐利用GIS软件开发宏语言，用户利用宏语言能够非常方便地进行二次应用，但是这种开发方法的宏语言非常有限。集成二次开发是利用专业的GIS工具软件，实现GIS的基本功能，利用可视化开发工具作为开发平台，进行二者的集成开发。目前主要有OLE/DOE技术和GIS组件技术。
3、地理信息系统应用现状
3.1应用于矿产资源调查、预测。近年来，随着地理信息系统的不断发展，越来越多地被应用到矿产资源的调查、评价与预测中，这种应用在地理信息系统产生初期就受到国内外找矿工作者的关注。在矿产勘查阶段使用该技术，能够帮助找矿工作者准确快速判断地形，了解地貌露头岩组合特性，以及地下构造形态、断层走向等信息，工作者可以通过掌握这些信息，绘制出常规测绘无法达到地区的地形图，如沙漠、高原、戈壁等，对找矿工作者有很大帮助。
3.2应用在城市规划和管理领域。城市规划和管理涉及的要素非常广泛，包括人口、交通、环境、资源、金融、经济等等，GIS数据库管理可以把这些信息全部纳入城市系统，然后进行城市多目标的开发规划。近年来，GIS技术在我国取得了非常显著的成果。北京、上海、天津，深圳等发达城市已将建立了相当完善的GIS管理系统，还有一批城市如海口、洛阳等地正在积极筹备建设城市GIS系统，GIS系统的建设大大提高了城市的管理水平，促进了城市飞速向前发展。
3.3应用在水文和水利领域。GIS技术可以用来研究河流治理、水污染以及洪水安全保障等方面的问题。GIS技术有着传统方法无法企及的优越性，不仅速度快而且信息量庞大，并可实现思维的可视化，通过对水情、水库、雨量信息的掌握，可以高效解决水文模型研究中一直存在的数量不足、信息量单一的问题，大大丰富了水文地质的研究领域，提高了水文模型研究的精度。我国的黄土高原小流域动态监测系统研究、黄河三角洲洪水灾情分析系统研究、黄土高原三川河流区域治理与开发信息系统研究等在这方面的应用研究比较突出。
3.4在人们生活中的应用。近年来，GSM移动通信技术取得了飞速发展，使得GIS的应用范围扩展到人们的生活中，集成GIS、GPS、GSM技术已经在车辆安全防范系统和调度系统内得到应用。有效地帮助人们反劫防盗，为医疗救护提供有效引导，举个医疗救护方面的实例，当患者向急救中心寻求救助时，监控中心可以通过GIS电子地图查找患者的具置，同时搜索最近的急救车进行救援，大大提高了救援效率，为患者争取了宝贵的时间，当患者进入救护车后，监控中心利用双向通话功能，对救护车上的施救医生进行指导，通过GIS的最优路径功能，指引救护车用最快速度到达医院。患者、家属、医生之间也可以通过GIS，并有效结合GPS、GSM无线通信和网络，可以建立全方位的沟通体系，帮助患者进行及时、有效的治疗。如果在车辆移动目标、重点保护单位、家居等安装GPS、GSM无线通信设备，那么无论我们在哪里在干什么事情，都可以通过由GIS、GPS、互联网等无线通信技术组成的综合服务系统中获得帮助和商务服务，使我们真正处于全方位、立体的数字化生活中。
本文主要介绍了地理信息系统在不同领域的应用现状，地理信息系统的发展速度非常快，应用范围越来越广泛，并且随着第三产业的发展，地理信息系统的发展空间将进一步扩展，不仅为人们提供功能更加丰富的服务平台，并且极大地促进我国的经济发展。
参考文献：
[1]张金区.轻量级网络地理信息系统研究与应用[D].北京：中国科学院博士后研究报告，2012.
[2]陈述彭.地球信息科学[M].北京：高等教育出版社，2007.
[3]黄杏元.地理信息系统概论[M].北京：高等教育出版社，2001.
篇3
关键词：WebGIS；基本原理；实例研究；问题研究；发展趋势
中图分类号：TU984.2
文献标识码：A
文章编号：1008-0422（2012）06-0103-02
1 引言
二十世纪以来，面对呈指数增长的各种海量信息，GIS作为地理空间信息处理手段，应用日益广泛且需求量巨大。互联网技术的迅速普及更使GIS的发展发生了质的变化， GIS也面临着机遇和挑战。Internet已成为GIS新的操作平台，与Internet技术和标准融合后的WebGIS是GIS学界研究的热点问题。
宋关福[1]从用户实用角度将WebGIS定义为：WebGIS是Internet技术应用于GIS开发的产物。简单地说，所谓WebGIS是一个基于Internt/Intranet网络环境的一种分布式计算机信息系统，是利用万维网技术对传统GIS 的改造和发展，它能够通过网络进行地理信息的动态、共享、交互分析和查询，Web分布式交互操作是WebGIS的重心。WebGIS的基本思想就是在互联网上提供地理信息，为用户提供空间数据浏览、查询、制作专题地图和分析的功能。
2 webgis基本原理
2.1信息实现技术
目前用来构建WebGIS 系统的技术方法主要有: 通用网关接口法( Common Gateway Interface- CGI) 、服务器应用程序接口法( Server API) 、插入软件法( Plug- ins) 、ActiveX 构件法和Java 编程法等，如表1所示。
2.2数据库管理技术
数据库管理技术包括以下几点[2]：
① 由关系型数据库( RDBMS )管理属性数据。地理空间数据以文件的形式存储，由空间数据管理软件包进行空间操作。地理空间数据文件和关系型数据库之间以指针或关键字建立联系。
② 对关系型数据库进行完善，使其统一管理属性数据和地理空间数据。
③ 在关系型数据库中引入面向对象技术，建立对象关系型数据库(ORDB)或纯对象数据库(OODB)，对象与底层表示分离，空间属性与非空间属性定位平等，实现了属性数据和空间数据一体化管理。
2.3实现模型
目前基于 Internet/Intranet 的 WebGIS 应用开发模型一般是 C(客户机)/S(服务器)的结构以及在此基础上发展起来的 B(浏览器)/S(服务器)结构，体系结构由最开始的二层结构发展到多层结构。其实现模型，归纳起来主要有瘦客户端/胖服务器模型、胖客户端/瘦服务器模型、均衡客户端/服务器模型三种[3]，其中均衡客户端/服务器模型是目前最常用的模型。其原理、优劣归纳如下表2所示。
3 案例研究——基于webGIS的土地利用总体规划信息与管理系统
土地利用总体规划的规划成果（包括图件、文本、说明和表格）基本上都是以图纸、文本的形式保存和管理，存在共享性差、利用效率低、形式单一、成果保存难度大等缺点，利用网络进行土地利用规划信息的，推进土地利用规划信息的全社会共享，提高规划的开放性和公众参与性，具有非常重要的现实意义和应用价值[4]。土地利用总体规划网上信息与管理系统设计流程如图1所示。
4 问题研究
WebGIS的发展拓展了GIS的应用领域，但是从WebGIS的应用现状可以看出，这项技术远未成熟，仍面临着一系列的技术瓶颈和挑战：
1）地理空间信息的继承、共享问题[5]
在开发新的GlS应用的过程中，不可避免要使用旧的地理数据，还要使用其它GIS应用程序生成或处理的地理数据。如何继承性地使用这些数据对GIS互操作性提出要求。
2）缺乏丰富的空间信息表现手法[6]
传统的WebGIS以HTML,ASP作为主要的空间信息表达语言，这类语言因不能准确地描述数据的内部结构而难以表达多源、多语义、多尺度和结构复杂的空间数据，无法实现在互联网上空间信息的查询、整合和定位。
3）无法实现跨平台数据访问
虽然目前微软的DCOM , OMG的CORBA和SUN的RMI等中间件技术提供了强大的分布式计算的实现手段，但是它们有一个共同的缺陷，就是在实际应用中属于封闭式的网络。这使它们无法扩展到迅速发展的互联网上。这样的系统往往十分脆弱，如果一端的执行机制发生变化，那么另一端便会崩溃，使得WebGIS无法实现跨平台的数据访问。
4）传输速率瓶颈和可视化
目前互联网的带宽还处于较低的水平，海量空间数据的传输和图像图形的表达成了WebGIS体系模型的技术瓶颈。在现有的网络和硬件条件下，如何建立快速的响应和传输机制，如何向用户提供多样化的、直观易懂的图形用户界面，动态地、客户化地表现地理空间数据是目前WebGIS的一大难题。
5）分布式操作问题
分布式工作包括空间信息的分布式获取、存储和处理、分布式查询、分析和输出[7]。在目前的技术条件下，分布式存储和获取空间信息已经没有多少问题，但协同不同地区的计算机来处理、分析分布式数据还不能够很好地实现。
6）数据的安全性问题
Web-GIS的出现对数据的时效性和GIS数据共享的要求使GIS安全问题变得更加突出。WebGIS安全问题关心的是在网络环境中的WebGIS的系统、程序、数据等的安全[8]，其中数据的安全仍然是核心问题。
5 WebGIS发展趋势
GIS发展方向是高性能、低成本、开放性、互操作性和灵活性[9]。随着空间理论和网络技术的飞速发展，WebGIS 从技术上将向着更具有互操作性和更加开放化、网络化、分布化、移动化、可视化的方向发展；从应用上将向着更高层次的数字地球、地球信息科学及大众化的方向扩展。其发展趋势包括：
1）基于分布式计算的WebGIS
目前，分布式WebGIS应用已从简单的在分布式Web浏览器上显示地图，发展到了基于互联网的功能综合，远程的用户可以享受普通的GIS数据，并与其他用户实现实时通讯。现阶段，发展分布式WebGIS应用技术集中体现在用品、客户机和网络通讯3个方面[10]。目前，国际、国内都十分注重分布式WebGIS的发展，有关专家认为GIS发展趋势的核心是地理信息开放的分布式计算[11]。
2）第二代互联网(Next Generation In-ternet，NGI)
第二代互联网(NGI)是指高性能的计算机及其通信协议，它主要解决的问题是提高网上信息的传输速率。许多国家都非常重视NGI的研究，中国正在推广作为NGI关键技术的 Ipv6。随着NGI技术的发展，WebGIS的数据传输瓶颈将被打破，其发展和应用将得到更大的提高。
3）互操作和开放式GIS的应用
如何能使不同格式、不同代码、不同标准体系的数据和不同比例尺、不同精度、不同时序的地理空间信息进行互操作、共享，已成为WebGIS进一步发展中急待解决的问题。互操作GIS、开放式GIS的出现和地理标记语言(Geography Markup Language，GML)的应用为解决这些难题提供了很好的方法，是未来WebGIS一个重要的发展方向[12]。
4）基于.NET平台的WebGIS模式
NET是一个建立下一代互联网的网络平台，是一种分布式运算的框架。它以XML为基础，以Web服务为核心，是生成、部署和运行Web服务及应用程序的平台，解决了当今软件开发中有关互操作、集成性、异构数据的共享等核心问题。因此，基于Web Service的GIS系统有望在更高层次上解决目前WebGIS所面临的多源异构数据的集成、共享、分布式、互操作及运行瓶颈等诸多技术难题。
5）虚拟现实技术与WebGIS的结合
虚拟现实GIS(VRGIS)是目前GIS发展的一个前沿。虚拟GIS就是GIS与虚拟地理环境 (VR)技术的结合[13]。VRGIS 的关键技术是3D和4D的建模技术、数据模型的研究、海量数据的存贮和管理、三维显示技术与可视化技术的集成、面向对象的空间数据库研究及其与三维实时显示技术的集成等。
6）WebGIS 的大众化应用——无线GIS
无线通信技术、移动定位技术和WebGIS的结合形成了移动GIS和无线定位服务。它一方面可以使GIS用户随时方便双向互动地获取网络提供的各种地理信息服务，另一方面可以使地理信息随时随地地为任何人、任何事进行服务。目前，无线GIS的关键技术是移动存贮设备、实时性GPS和GSM集成等[14]。
7）基于网格计算的新一代WebGIS
网格计算是一种利用互联网或专用网络把地理上分布的各种计算机、存储系统和可视化系统等集成在一起。基于网格计算的GIS平台，能够分布式、协作化和智能化地处理地理信息，特别适合用于解决涉及大量空间分析的问题，其最终目标是实现空间信息的网格化[15]。
8）GIS 的更高层次——数字地球
数字地球是指以地球为对象，以地理空间为主线，将信息组织起来以实现地球数字化或信息化的复杂系统。数字地球具有空间化、数字化网络化、智能化和可视化等特征，它为人类提供了一种全新认识地球的方式。
9）网络三维可视化
在WebGIS中，结合三维可视化技术，完全再现地理环境的真实情况，把所有管理对象都置于一个真实的三维世界里，真正做到了管理意义上的“所见即所得”。
6 结语
随着信息社会的到来，WebGIS的应用涉及军事、教育、商业等各个领域，而且将渗透到城市建设和管理中的方方面面，未来其应用领域将会不断扩大。WebGIS为传统的GIS发展提供新机遇，随着技术的进步，开放、分布式、全球化、大众化的WebGIS将会得到实现。
参考文献：
[1]宋关福，钟耳顺，王尔琪.WebGIS-基于Internet的地理信息系统的研究.中国图象图形学报，1998.
[2]慕富强，孟磊. WEBGIS技术综述. 甘肃科技， 2003.
[3]屈春燕，叶洪与刘治.WebGIS基本原理及其在地学研究中的应用前景.地震地质，2001(3)
[4]常小燕等.基于WebGIS的县级土地利用总体规划管理信息系统的设计.山东农业大学学报(自然科学版). 2004(4)
[5]王帅.基于WebGIS的Argo数据共享与综合服务系统研究， 2010.
[6]尚武.网络地理信息系统(WebGIS)的现状及前景. 地质通报， 2006.
[7]刘洋， 基于WEBGIS的公交查询系统的设计与实现， 2010，北京邮电大学.
[8]马少娟与张英俊.WebGIS及其技术体系发展综述. 测绘标准化，2003.
[9]高建新.GIS近期发展趋势综述.测绘信息与工程，2003.
[10]杨崇俊等.万维网地理信息系统发展及前景.中国图象图形学报，2001.
[11]刘慕溪.WebGIS-基于Internet的地理信息系统. 科技向导，2011.
[12]闵连权.地理信息系统的发展动态.地理学与国土研究，2002
篇4
[关键字]地质灾害 地理信息系统
[中图分类号] P694 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-2-276-2
1 地质灾害风险评估研究的意义
①地质灾害风险评估是制定防灾救灾和具体安排防灾减灾措施的基础，是政府有关部门组织安排灾后救援和分派救援物资的依据；②我国地域辽阔，自然灾害种类繁多，进行地质灾害风险评估对国民经济发展布局的调整具有参考价值，促进国民经济协调发展；③研究建立一套科学的灾害评估指标体系、标准和模式，有利于防灾减灾和灾后重建的科学化，给政府和各级救灾部门、灾后恢复重建工作的正确决策和规划提供科技支持，有利于政府和人民正确认识灾害、了解灾情、提高灾害意识，从而推动社会减灾事业的发展，构建和谐社会。
2 方法和技术路线
2.1 地质灾害风险评估理论体系研究
本研究首先搜集国内外相关文献，进行归纳、整理、阅读和总结，分析地质灾害风险的国内外研究进展，分析地质灾害风险研究的发展趋势与不足；探讨基于GIS技术的地质灾害风险评估理论与方法；重点研究地质灾害风险评估理论体系，从灾害评估体系的建立、量化，危险性评估建模、易损性分析，到风险评估建模方法，为本次研究提供理论依据。
2.2 地质灾害风险评估系统的研发
基于地质灾害风险评估理论，建立以C#语言和基于AicEngine为开发平台的地质灾害风险评估示范系统，开发利用RS技术获取地质灾害风险评估所需数据、基于GIS技术获取和管理数据的模块，从地质灾害风险评估与制图的流程出发，进行空间数据处理、灾区孕灾环境专题信息提取、地质灾害时空分布专题信息提取和风险评估建模的模块开发，构建以多源数据为核心的灾害风险快速评估应用示范系统。
2.3 示范应用研究
以"4.14"，玉树地震为例，对其诱发的地质灾害进行灾害风险评估示范研究，主要包括：
（1）资料收集、整理与分析，研究的资料包括：地震灾区的遥感数据 （TM/ETM+、SPOT、IKONOS、P6，航空影像数据）， SRTMDEM数据，1：25万水系数据，《中华人民共和国地貌图集（1：100万）》的地貌数据，《中国地质图1：200万》的地质数据，土地利用数据，降雨数据以及基础地理数据等。
（2）危险性评估指标提取与量化。包括灾区环境地质条件分析，评估指标体系的建立、提取与量化。评估时，综合考虑灾区地震、地质灾害的发生过程、发育环境等因子，建立玉树震区地质灾害危险性评估模型、评估指标体系等。
（3）风险评估。地质灾害风险（Risk）可以表达为危险性（Hazard）和易损性（Vulnerability）乘积。因此，风险评估分三步进行，首先是危险性评价，确定可能发生灾害的概率，其次是易损性分析，进行承灾体的识别与易损性评估，最后进行风险评估。
3 地理信息系统分析
地理信息系统（简称 GIS）和计算机技术的发展无疑为地质灾害区划研究提供了很好的平台和技术支撑。由澳大利亚专家在Caims地区利用GIS技术对滑坡风险进行评估，把斜坡地质灾害的危险性、易损性、风险评价作为一体进行风险区划研究，并讨论了滑坡的危险性、易损性和风险性三个定量指标的确定方法，得出风险等于危险性、易损性和受灾对象的乘积。这一成果代表了滑坡灾害及风险区划制图技术应用的国际最新水平和发展方向。自80年代以来，GIS技术在区域地质灾害评估预测研究中得到广泛的应用，基本形成了基于GIS技术和"多因素综合预测法"进行滑坡危险性分区的研究理念，在方法论上，经历了从定性到定量模型，再发展到非线性学科相结合的过程，提出了各种针对不同地质灾害研究的数学模型，诸如：多元回归法、模糊综合评判法、神经网路、支持向量机等方法对滑坡产生的危险性进行了有益的研究。
基于GIS技术进行的地质灾害区划研究与地质灾害的研究是分不开的。国外对地质灾害区划的研究始于上世纪中期，如：60年代末，美国专家在加里福利亚州，利用"滑坡敏感性预测方法"对该行政区的斜坡进行危险性分区研究（殷坤龙等，2000）。
我国将GIS应用到地质灾害评价的工作起步较晚，直到20世纪90年代中后期，随着高等院校与科研院所将GIS技术全面引入滑坡区域评价〔沈芳等， 1999；许强等，2000；黄润秋等，2001），使得GIS技术在地质灾害区划研究方面得到推广应用。以GIS软件为技术平台，运用统计分析法、信息量法、因子叠加法、层次分析法、模糊评判法、主成分分析法和神经网络法等数学方法进行地质灾害的危险性、易损性和风险评价已成为地质灾害区划领域研究的发展方向之一。在基于Gls的地质灾害区划研究中，选取一定的指标，如灾害密度、灾害强度等进行地质灾害区划研究，或选取地质灾害相关的基础条件，运用灰色关联分析方法确定各因素的权重值、层次分析法、专家评判结合GIS的空间叠置分析技术，即逆行地质灾害危险性综合评估，建立地质灾害危险性综合评价指标体系，进行地质灾害危险性评估（朱照宇，2001；张春山等，2003；王轶等，2004）。
篇5
关键词：耕地重心；经济重心；几何中心；重庆市
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 09-0000-05
土地是最基本的自然资源，保持一定数量的耕地是人类赖以生存和发展的基础。中国是一个人多地少的发展中国家，不仅人均耕地远低于世界平均水平，而且随着经济的快速发展，耕地大量流失在相当长的一段时间内将难以避免。中国耕地资源的稀缺性日益突出，已成为农业生产及国民经济可持续发展的瓶颈因素。近年来，一些学者对全国以及某些典型地区的耕地面积变化过程与经济发展的关系做了研究并已取得不少进展。
1 研究区概况
重庆市位于东经105°17′-110°11′，北纬28°10′-32°13′之间。处于我国内陆西南部、青藏高原与长江中下游平原的过渡地带，东临湖北、湖南，南接贵州，西靠四川，北连陕西。地形走势从南、北向长江河谷倾斜，起伏较大，最高海拔2797m，最低海拔75m，呈现东南高而西北低的显著的立体地貌特征。地貌类型复杂多样，以山地、丘陵为主，占幅员面积94%，其次是河谷、平原、盆地和高原[1]。
重庆市是一个典型的大城市带大农村的直辖市，区域内部经济发展水平极不平衡。耕地总量较少，人均占有量更少；陡坡耕地比重大，耕地质量差，生产率低；耕地后备资源严重不足，生产潜力极为有限。随着重庆政治经济的不断发展变化，重庆市耕地资源利用中存在一些问题，一方面体现在耕地总量呈递减趋势，不同经济体中，耕地面积递减速度有差异；另一方面，耕地质量在不断下降。重庆市在实现建设成为西部地区的重要增长极、长江上游地区的经济中心、城乡统筹发展的直辖市，在西部地区率先实现全面建设小康社会的宏伟目标时，将会给重庆的社会、经济与生态环境带来深刻影响[2]。重庆社会经济的快速发展，使重庆市面临着四大问题：三峡库区的建设，要求保护生态环境；经济地位的提升，城市化速度加快；非农建设用地需求量的迅速增加；农村经济要发展就需要进行农业产业结构的调整，而保护耕地安全又势在必行，必须要严把关口。如何协调四者之间的关系，特别是耕地供求矛盾关系，是实现重庆市经济可持续发展必须要关注的问题[3]。耕地后备资源的区位条件与经济发展的关系非常密切，因此，本文是对重庆市近十年的耕地资源重心和经济重心的演变及其对比分析。
2006年，重庆提出“一圈两翼”发展战略，即以主城为核心、以大约1小时通勤距离为半径范围的城市经济区（“一圈”），建设以万州为中心的三峡库区城镇群和以黔江为中心的渝东南城镇群（“东北翼、东南翼”）。此政策的提出，是基于重庆的实际情况：重庆的主城区的发展带动周边农村发展的速度不够，必须通过城市扩张来摆脱贫困和提高竞争力。由于重庆东西方向、南北方向的差异较大，因此，有必要对重庆内部不同发展程度的经济体进行更详细的分析。本文对重庆分区域对比分析也是基于此政策对重庆经济体的划分。
2 研究的现状、理论、方法及数据来源
2.1 研究现状
国内外许多学者利用耕地数量变化的研究显示，耕地流失与经济增长之间存在很强的相关性，并且由于处在不同的经济发展水平及经济增长阶段，相关关系存在不同的特点。而针对重庆市耕地面积变化与经济发展之间的关系进行研究，发现重庆耕地的减少与经济发展具有直接关系，随着经济的快速发展，重庆耕地面积、人均耕地面积均呈现不断下降趋势，但是耕地变化与GDP变化的同步率不稳定[4]。
美国学者弗・沃尔克将“重心”方法引入到人口问题研究中，用以分析美国西部开发和阳光地带崛起所引起的美国人口分布变化情况[5]。20世纪70年代以后，我国学者也开始尝试运用重心研究方法分析社会问题，并且在研究经济重心、耕地重心、人口重心、就业重心、能源重心、消费重心等等问题时取得了很多的成果。在空间信息快速发展的年代，GIS技术的应用无疑是解决空间统计、空间分析问题最好的手段和工具[6]。但是将耕地重心与经济重心进行空间上的相关分析却很少有人涉及。
2.2 研究的理论
“重心”原本是物理学中的概念，是指物体内各点所受重力产生合力的作用点。人流、物流和能量的分布无不在空间上展开，各种物质和能量在空间上聚散和迁移，便产生了某一时刻的重心问题，重心的运动方向、速度和强度是表征某一物质在空间上变化的最好指标。各国学者把此概念的运用延伸到经济、人口、就业、污染重心等等方面研究。当某一空间现象的空间均值显著区别于区域的几何重心时，就指示了这一空间现象的不均衡分布，或者称为“重心偏离”。偏离方向指示了空间现象的“高密度”区域，偏离的距离则指示了均衡程度[7]。
“重心”运用到经济学中时，是指在区域经济空间里的某一点，在该点各个方向上的经济力量能够维持均衡[8]。不过，对一个拥有若干个次一级行政区域的省、市来说，计算经济重心通常更多地借用地理坐标来表达空间上的距离概念。在对经济重心进行计算时，基于对前人经验的借鉴，耕地面积的变化对经济发展的贡献主要体现在GDP和各产业值方面[9]，本文运用的数据为重庆各个区县年末人均GDP数量作为耕地经济重心计算的基础指标。
同理，区域耕地数量在空间分布上的变化同样导致耕地分布重心的迁移。因此，耕地分布重心表征了区域耕地分布在空间上的集中性特征。本文运用各个区县每年年末的耕地数量作为耕地重心计算的基础指标。
2.3 研究方法及数据来源
本文根据以上理论，对整个大重庆以及三个经济体分别的（一圈、东北翼、东南翼）经济重心和耕地重心进行计算并分析。具体方法为：（1）建立资源数据库，包括重庆市2001-2010年统计数据尽可能全的10个年份的耕地面积和人均GDP数据[10]；（2）采用ArcGIS空间分析方法，使用Spatial Statistics Tools中Measuring Geographic Distribution下的Mean Center工具计算耕地及经济的重心。据此，获得耕地、经济近十年重心，将它们合并到一个图层上以方便分析。用直线按年份的次序得到的重心连接起来，形成重心变化曲线。（3）利用ArcMap软件的距离测量工具测出各个重心移动和相离的距离。利用GIS技术直观、形象地表示不同年份重庆耕地重心、经济重心的移动轨迹和速度。
本文选取重庆市各个区县2001-2010年的逐年年末耕地资料，重庆市各个区县的人均GDP资料，以及重庆行政区划矢量图。这些资料来源于重庆市统计年鉴资料和西南大学地理科学学院。数据的处理和图件的制作主要是运用Microsoft Excel软件、SPSS16.0软件和ArcGIS软件完成。
3 大重庆及三大经济体耕地重心、经济重心空间变化
3.1 大重庆耕地重心、经济重心空间变化
3.1.1 大重庆耕地重心空间变化
根据整理的2001-2010年期间重庆各个区县的耕地数据，计算出每年的耕地重心坐标，将其表示在经纬网平面坐标系中，并依年份将各个坐标点连接起来便可得到10年来重庆耕地重心的动态演化（图1）。由图可知：（1）重庆耕地重心一直位于107°26′E以东，29°55′N以南位于涪陵区北部。大大偏离了重庆的几何重心（107°52′，30°3′）位于丰都县内。这说明重庆的耕地分布从十年前就处于不平衡状态，耕地的密度西部高于东部，南部高于北部。东西方向的不平衡性大于南北方向，这样的不平衡性是由自然条件和经济发展共同导致的。（2）由于三峡工程的实施，出于生态保护等等各个方面的需要，重庆东北方向处于三峡库区的区县进行了退耕还林，导致01-04年耕地的不断减少，耕地重心也不断向西南方向移动。
图1 大重庆耕地重心
Fig1.The Cultivated Land in the center of gravity in Chongqing
3.1.2 大重庆经济重心空间变化
根据整理的2001-2010年期间重庆各个区县的人均GDP数据，计算出每年的人均GDP重心坐标，将其表示在经纬网平面坐标系中，并依年份将各个坐标点连接起来便可得到10年来重庆经济重心的动态演化（图2）。由图可知：（1）10年来重庆人均GDP重心，在106°48′30″-106°53′30″E、29°40′15″-29°42′30″N之间变动02年从江北区移动到渝北区。相对于几何中心，人均GDP重心一直偏向于西南，即一圈经济体，这说明重庆区域经济发展一直处于不平衡状态。一圈经济体是重庆的经济高密度区。而且东西方向的区域差异要大于南北的差异。（2）从01-04年，人均GDP重心向东北方向移动7.1km，从05年起，重心处于一个相对密集的区域，说明在这一阶段，东北地区的经济有所发展，但是，与经济发展较好的一圈相比，仍然需要一定的时间来发展。
图2 大重庆人均GDP重心
Fig2.The Economic barycenter in Chongqing
3.1.3 大重庆耕地重心与经济重心空间变化关系
大重庆内，耕地重心与人均GDP重心都位于重庆几何重心的西南方向，耕地重心距离几何重心41km，人均GDP重心距离几何重心103km。比较两幅图的变化趋势得出结果：（1）01-04年，耕地重心变化方向与人均GDP重心变化方向相反。在一定程度上说明，此时东北方向的经济发展是与耕地数量的减少同步的。在SPSS软件的支撑下分析重庆耕地面积和GDP之间呈现明显的相关关系，Pearson的相关系数达到-0.886，也佐证重庆的经济发展与耕地之间相关性大。（2）05-10年耕地重心变化方向与人均GDP重心变化方向相同。在一定程度上说明，此时，经济的增长对土地的依赖性减小，产业结构得到了升级，各个地区执行退二进三政策，进行土地流转，提高土地集约化使用，避免了土地浪费，土地政策的执行对耕地保护有一定的成效。
3.2 一圈耕地重心、经济重心空间变化
3.2.1 一圈耕地重心空间变化
图3为一圈经济体耕地重心变化图，由图可知：一圈经济体内，耕地重心位于沙坪坝区内，重心由（106°26′30″E，29°33′30″N）向（106°24′0″E，29°34′10″N）呈现缓慢地向西北方向移动的现象。位于一圈的几何重心（九龙坡区内）（106°30′5″E，29°31′20″N）西北方向10.8 km处。耕地重心背离几何重心方向的移动，说明一圈内，耕地的不均衡性正在逐渐变大，并且东西方向的不均衡性大于南北方向。
图3 一圈耕地重心
Fig3.The Cultivated Land in the center of gravity in the Circle
3.2.2 一圈经济重心空间变化
图4为一圈经济体经济重心变化图，由图可知：一圈内经济重心一直处于沙坪坝区内，并且在一定的范围内波动，但是总体呈现出向东北移动的现象。与一圈的几何重心距离有所缩短，不均衡性有减弱的趋势。
图4 一圈人均GDP重心
Fig4.The Economic barycenter in the Circle
3.2.3 一圈耕地重心与经济重心空间变化关系
一圈内耕地重心与经济重心都位于重庆几何重心的西北方向，耕地重心距离几何重心10.8km，人均GDP重心距离几何重心6.5km。比较两幅图的变化趋势得出结果：一圈内主城内经济基础稳固，使人均GDP重心在较小的范围内波动，但是，仍然有向东方向移动的趋势，这与一圈内耕地重心的移动方向西相反。重庆主城将第二产业向长寿和涪陵（位于重庆一圈的东部）转移，经济得到很快的发展，依赖土地程度比较严重，经济发展与土地相关性强[10] ，SPSS软件分析Pearson相关系数达到-0.886。
3.3 东北翼耕地重心、经济重心空间变化
3.3.1 东北翼耕地重心空间变化
图5为东北翼经济体耕地重心变化图，由图可知：01-08年，东北翼耕地重心在万州区内由（108°26′0″E，30°47′0″N）向（108°22′30″E，30°44′30″N）呈现向西南方向移动的现象，09-10年，耕地重心有向相反方向回移的现象。位于东北翼的几何重心（云阳县内）（108°40′5″E，30°57′55″N）西南方向。
图5 东北翼耕地重心
Fig5.The Cultivated Land in the center of gravity in the Northeast wing
3.3.2 东北翼经济重心空间变化
图6为东北翼经济体经济重心变化图，由图可知：东北翼经济重心在万州区内（108°23′25″E，108°25′30″E），（30°47′0″N，30°49′30″N）范围内，整体呈现逆时针变化，01-03向西南方向移动，04向西北移动，05-10向东北方向移动。
图6 东北翼人均GDP重心
Fig6.The Economic barycenter in the Northeast wing
3.3.3 东北翼耕地重心与经济重心空间变化关系
东北翼耕地重心与人均GDP重心都位于东北翼几何重心的西南方向，耕地重心距离几何重心32.2 km，人均GDP重心距离几何重心29.5 km。东北翼耕地重心与经济重心相比，01-03年变化方向一致，04-08年变化方向相反，09-10年变化方向一致，耕地重心与经济重心空间变化步调并不完全呈现相同或相反。整个东北翼的不平衡性有逐渐减弱的趋势，西南部的耕地储备资源较东北来说更为丰富。
3.4 东南翼耕地重心、经济重心空间变化
3.4.1 东南翼耕地重心空间变化
图7为东南翼经济体耕地重心变化图，由图可知：东南翼耕地重心位在彭水县（108°27′50″E，108°28′20″E），（29°13′0″N，29°14′0″N）范围内，01-07年，东南翼耕地重心向西北方向移动，09-10年，向东北方向移动。处于东南翼几何中心（彭水县内）（108°28′20″E，29°15′20″N）的南方。总体来说耕地重心向北移动，与几何中心的距离正在逐步减小。
图7 东南翼耕地重心
Fig7.The Economic barycenter in the South East wing
3.4.2 东南翼经济重心空间变化
图8为东南翼经济体经济重心变化图，由图可知：东南翼经济重心处于彭水县（108°23′30″E，108°25′35″E），（29°18′50″N，29°19′50″N）范围内。01-04年人均GDP重心在一定区域内波动，05-06年重心向北移动，07-09则向东南方向移动。处于东南翼几何重心西北方向，总体看来人均GDP重心与东南翼几何中心的距离正在减小，东南翼经济发展不平衡性正在逐渐减小。
图8 东南翼人均GDP重心
Fig8.The Economic barycenter in the South East wing
3.4.3 东南翼耕地重心与经济重心空间变化关系
东南翼耕地重心位于东南翼几何重心的南方，人均GDP重心都位于东南翼几何重心的西北方向，耕地重心距离几何重心2.6 km，人均GDP重心距离几何重心8 km，相对差距在不断减小，不平衡性不断减弱。耕地在东北翼的分布相对比较平衡，耕地重心向北移。由于黔江区的发展，人均GDP重心东移，即向黔江区移动。
3.5 三个经济体耕地重心、经济重心空间变化的相互关系分析
三个经济体相互比较，一圈及东南翼的耕地重心和人均GDP重心，与各自区域的几何重心比较，相偏离的距离较小，东北翼偏离的距离更大，分别达到了耕地重心距离几何重心32.2km，人均GDP重心距离几何重心29.5km。导致这种现象的原因可能是东北翼以万州为分界区域的西南方向区县包括梁平、忠县、垫江、丰都的耕地资源，自然条件相比于东北方向的区县包括城口、巫溪、巫山要更好一些。经济方面东北方向的区县包括城口、巫溪、巫山、奉节、云阳、开县包括万州，都是国家级贫困县，经济基础薄弱，西南与东北经济发展失衡，导致人均GDP重心向西南方向偏离几何重心较远。随着建设以万州为中心的三峡库区城镇群发展战略的开展，重庆东北翼经济发展的不均衡性正在逐步减小。但是东北翼的经济发展依然与耕地的相关性很大，SPSS软件分析Pearson相关系数达到-0.899。
东南翼是三个经济体中唯一耕地重心和人均GDP重心处于几何重心两侧的区域。并且，两个重心都有向几何重心移动的趋势，从侧面可以分析出，在一定程度上，东南翼的经济发展与土地的挂钩较强，相关性大[11]，SPSS软件分析Pearson相关系数达到-0.865。
以重庆2010年耕地数据为基础，利用ArcMap中Symbology中Quantities工具制图，依据各个区县的耕地数量分成五个级别，耕地资源最多的为第一级，资源最少的为第五级，中间按照各个样本间的密集程度划分出三个级别，得到重庆2010年耕地数量分级图9。从图中可以看出：（1）一圈经济体的耕地资源呈圈层结构分布，中间圈层是主城区，耕地资源贫瘠，中间圈层向外，耕地数量逐渐增多，一圈经济体的外圈层耕地资源比主城要丰富。（2）东北翼经济体开县、万州的耕地资源丰富，耕地现有量是最高级别；西南方向的梁平、忠县、垫江、丰都和东面的云阳、丰都耕地资源较丰富；处于第二级别；最北边的城口，最东面的巫溪、巫山耕地资源相对较少，分别是第四和第五级别。（3）东南翼的彭水、酉阳耕地资源较丰富，处于第一级别；而石柱、武隆、黔江、秀山耕地资源则较少，处于第三级别。目前东北翼和东南翼的经济发展对土地的依赖性较强，在合理利用时要注意对耕地质量好的地区进行耕地的保护，保证粮食安全。
图9 重庆2010年耕地数量分级图
Fig9.2010 The quantity of cultivated land grading figure in Chongqing
4 结论
重庆整体来说，耕地和经济在各个区域发展不平衡，但在不同的经济体，由于先天的条件不同，经济发展水平及经济增长阶段不同，不平衡的程度不同，重心分布的特点也不同。但是，却都存在经济增长，伴随耕地减少的情况。目前我国处于经济中等发达高增长型，代价性的耕地减少在发展中国家的经济起飞阶段具有一定的普遍性，在这一阶段，耕地面积的减少对经济发展具有一定的积极意义。但是也反映出目前发展阶段对土地的节约集约利用程度不够，产业结构不够完善。为了实现重庆全面发展，实现城市带动农村，在进行产业结构调整转移第二产业时，需要注意对当地耕地生态资源的保护，实现经济科学的可持续发展。
不足之处：在解释耕地重心与经济重心移动的根本原因或影响因素方面有待深入的定量研究；在不同属性重心之间互相影响的关系方面，定量分析方面需深入探讨。
参考文献：
[1]陈晓军.重庆市土地利用变化与经济发展的耦合关系研究[D].重庆市：西南大学，2009，11.
[2]Stockholm.Relating Land Use and Global Land Cover Change[C]//IGBP Report No.24 and HDP Report No.5，in―ternational Geosphere-Biosphere Program.Cambridge：Cambridge University Press，1998.
[3]王业侨.海南省经济社会发展与土地利用相关分析[J].地域研究与开发，2006，25（3）：81-85.
[4]石彦，杨庆媛，文森，冯应斌.重庆市耕地变化与经济发展关系研究[J].中国土地资源可持续利用与新农村建设研究，2008：811-817.
[5]傅娟.建国以来新疆经济重心和人口重心的动态转移轨迹与区域经济发展[N].新疆财经，2011（2）.
[6]何学洲.基于GIS的人口空间统计分析研究与实现[D].重庆市：西南大学，2008：3-4.
[7]徐建华，岳文泽.近20年来中国人口重心与经济重心的演变及其对比分析[J].地理科学，2001，21（5）：385-389.
[8]曹宗龙，陈松林.基于GIS的经济与产业重心空间演变及动态分析――以福州市为例[J].亚热带水土保持，2011，23（2）：22-33.
[9]徐映雪，任志远，张文梅.基于GIS的陕西省耕地与人口空间变化分析[J].干旱地区农业研究，2008，26（3）：216-222.
[10]鲁春阳，杨庆媛，文枫，张彦涛.重庆都市区耕地面积变化与经济发展相关性的实证分析[J].西南大学学报（自然科学版），2008，30（10）：146-150.
篇6
随着科学的发展，信息技术在教育业中起到的作用越来越大。在学校教学中，应用信息技术不仅可以激发学生的学习兴趣，而且在提高教师的教学效率和提高学生的学习质量上起到了很大的积极作用。就信息技术和高中地理教学的整合做了浅显的研究以供教学工作者参考。
［关键词］
信息技术；高中地理；整合模式
一、信息技术在高中地理教学中应用现状
信息技术为传统的教学模式注入了新的血液，在调动学生学习积极性与主动性方面做出了很大的贡献，但是也逐渐显现出了很多过度应用信息技术或是过度排斥信息技术的教学现象。过度的应用体现在教师在课堂上仅仅用PPT进行讲课，完全摒弃了板书这一重要的教学方式。过度的排斥则是有多媒体的条件却不加以应用，仍固执于板书教学。信息技术与高中地理教学中的不合理整合成为教学中逐渐凸显的问题。
二、信息技术在高中地理教学中应用的可行性
高中生大多数的时间都是用在学习上，其活动范围在学业的压力下变得越来越小。教师在讲地理课程时，通过应用信息技术，将书面上晦涩的文字活化起来，地理知识由平面变得立体，学生不仅可以从中有直观的感受，也可以锻炼学习能力。
三、将信息技术与高中地理教学整合的建议
1．将信息技术中的音、像融入课堂，激发学生兴趣
地理作为一门将政治、经济、文化、军事、天文等多领域文化综合到一起的学科，在授课时单纯用笼统的语言与文字很难让学生产生深入的了解与学习。例如在学习《地球的公转与自转》的时候，仅仅将地球公转与自转的平面图展示给大家，这与将地球如何公转与自转的视频展示给大家相比，动态的画面更容易吸引学生的注意力。从心理学中我们得知，动的物体比静的物体更容易吸引人的注意力。所以，教师在授课时，通过对多媒体的应用可以将铺在平面上的地理知识“动”起来。为了让书本上的知识“动”起来，在高中地理教学课堂上，教师可以给学生放包含着地理知识的音乐，通过音乐来吸引学生的注意力，通过歌曲进行知识的回顾与串讲。例如《长江之歌》：“你从雪山走来，春潮是你的风采，你向东海奔去，惊涛是你的气概……”教师可以先提问以了解学生分析题干与对知识点的掌握情况，在对歌中包含的知识点讲解后，再基于当前知识点进行扩展。在《长江之歌》的前两句歌词中我们得到的地理知识点有：长江的发源地是哪里？为何长江是奔向东海的？长江沿线上的水电站有哪些？等等。教师在讲四季更替和五带划分的时候，也可以通过视频的视觉吸引进行加深印象型教学，通过展示五带中的奇特动植物来引导学生加深对五带划分的掌握。
2．多媒体与板书结合运用，使知识讲解层次分明课堂上单纯地运用
PPT进行授课与传统的只用板书进行教学是没有大区别的，这将失去信息技术作为教学辅助手段的特点。这就需要教师在课堂授课中，在允许减少工作量的前提下，将多媒体教学与黑板的书面板书相结合。作为了解的内容，教师可以通过PPT的演示向学生做简单语言讲解即可；但是重要的地理知识，就需要教师不仅在PPT中做重点表示，还要在黑板上将这些知识罗列出来。在讲解气压章节时，可能电子图示比教师自己手画的图示更直观，这就需要教师通过运用PPT进行电子图示展示。信息技术在教学过程中最终起到的还是辅助教学的作用，这不能代替教师的讲授与强调。不完全抛开多媒体教学，也不完全抛开书面板书，人、机两者的整合与交互在高中教学中产生很大的好的影响。
3．建立地理专题“课上授业，课下解惑”学习网站
随着互联网时代的到来，各大学校开始重视建设学习网站，而且很多学生也会在课余时间到网络上搜索自己所需要的学习资料。高中学校为提高地理教学质量，可以信息技术作为知识的桥梁，在自己的网站上开设高中地理教学与学习模块。作为专题性模块，学校可以将教师的教课视频与课堂中应用的教学资料、教案一并投放到该网站模块中。试听与书面学习资料对应投放，可以让在课堂上没有听明白的学生在课余时间进行自主性的重新学习，也可以让学会了的学生有复习与预习的学习渠道。网站中也需设有对应的学习交流区，为学生提供分享与提问的平台。教师可以通过互动平台看到学生在学习地理时的疑惑之处，对于单个的疑问可以在平台上解答，对于对同一知识点有很多人不懂的地方，就拿到课堂上统一讲解，在师生线上、线下的互动中将高中地理知识教透与学透。
篇7
[关键词]地理信息系统(GIS)面向对象MapX组件技术
中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110080-02
一、地理信息系统概念
地理信息系统(Geographic Information System,简称为GIS),是由计算机软硬件和不同方法组成的能够对海量的空间信息进行采集、存储、处理、分析、更新和显示的计算机应用系统。它是由地图制图学、地理学、测量学、遥感学与计算机技术相结合产生的边缘性学科。
作为一种主要处理地理空间数据的系统,地理信息系统(GIS)除了具有普通数据库(CDBS)的研究内容外,主要还包括关于空间数据的输入、存储、检索以及空间运算、空间分析等方面的研究内容。与传统意义上的信息系统相比,地理信息系统的优势在于:它不仅能够存储、分析和表达现实世界中的各类对象的属性信息,而且能处理、表达事物之间地理空间分布状况的空间关系,从空间和属性两个方面对现实世界进行综合、分析、管理,以方便地获取信息,满足应用和研究的需要,并将结果以图形或数字等多种手段直观的表达出来。
可见,地理信息系统以其混合数据结构和独特的地理空间分析功能而独树一帜,可以将地理信息系统理解为:GIS=CAD+DATABASE+SPATIAL OPEA
TION。
二、控件MapX简介
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,由于它是一种基于Windows操作系统的标准控件,因而能支持绝大多数标准的可视化开发环境,如Visual C++、Visual Basic、Delphi、Power Builder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,轻松地将地图处理功能嵌入到应用程序中,并且可以编译成exe文件,脱离Maplnfo的软件平台运行。利用MapX,能够简单快速地在企业应用中嵌入地图功能,增强企业应用的空间查询和空间分析能力,实现企业应用的增值。MapX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。而且,MapX提供了各种工具、属性和方法,实现这些功能是非常容易的。因此,MapX非常适合中小型的GIS应用开发。MapX主要有下面这些功能:
1.MapInfo格式地图的显示;
2.对地图的随意浏览功能;
3.专题地图制作;
4.数据绑定;
5.图层控制;
7.简单的地理数据、属性查询;
8.支持栅格地图图像;
9.自动和动态注释;
10.提供强大的远程数据库连接。
三、校园地理信息系统的发展现状
“数字地球”、“数字城市”是近几年来地球空间信息科学研究的热境。随着世界各国校园信息化建设的发展,“数字校园”的概念也相应出现。从广义上讲,数字校园是以网络为基础,利用先进的信息化手段和工具,实现从环境(包括设备、教室等)、资源(如图书、讲义、课件、信息等)、到活动(包括教学、管理、服务、办公等)的全部数字化。在传统校园的基础上构建一个数字空间以拓展现实校园的时间和空间维度,从而提升传统校园管理的效率,扩展传统校园管理的功能,最终实现教育过程的全面信息化。达到提高教学质量、科研和管理水平的目的。
随着信息可视化(Information Visualization)技术和GIS技术的发展及广泛应用,出现了另一种数字校园的理念,即在现实校园的基础上构建可视化的虚拟校园。这是一种基于地理坐标系建立的关于校园的空间信息模型,通过信息网络将现实校园的各种信息收集、整理、归纳、存储、分析和优化,进而对校园的各种资源、生态环境、社会环境、教学环境等方面的实体和现象进行模拟、仿真、表现、分析和深入认识网。现在许多高等院校都建立了自己的校园地理信息系统,将GIS技术与传统的管理信息系统相结合,利用GIS提供的空间管理和空间分析功能去解决常规管理方法难以解决的许多问题。但是建设数字校园是一项复杂而庞大的工程,它一方面需要学校内部多方面相互配合,理顺学校的内部管理机制;另一方面,建设过程应统筹规划、分期进行。因此,校园地理信息系统应该首先规划出分类管理模块和功能模块,然后逐一实现每个模块的功能,同时还要考虑各个模块间的相互关系和信息交互,实现系统化管理。目前,国内许多高等学校已经建成或在建各种类型、复杂程度不一的基于GIS技术的校园信息系统,如清华大学、中国地质大学、中科院研究生院、成都理工大学等。
四、校园地理信息系统研究的目的和意义
高等院校作为积极推广、使用高新技术的集中地,理应要求学校管理者掌握的信息现势性强,内容丰富准确,而且能进行快速查寻和综合分析,为学校的发展预测、规划决策以及科学管理提供可靠的依据。有鉴于此,开发基于GIS技术的校园管理信息系统是很有必要的。
校园地理信息系统(CGIS)的建立和应用,可从根本上改变目前无序的人工管理状态,节省大量的人力、物力;为管理、设计、决策快速准确地提供各种所需的图、文、声、像并茂的资料。将CGIS应用于学校后勤管理部门,可以提高学校后勤管理的水平;将CGIS搭乘上校园网络的快车,可以提高管理和决策的透明度,同时也将扩大CGIS的应用范围;将CGIS应用校务管理部门,可以有效的提高校务管理水平。
基于GIS的校园管理信息系统以电子地图的形式为平台,将学校的各种信息直观、形象地展现在人们的面前,可以为用户提供各种校园信息的双向查询、检索和必要的空间分析、统计操作以及按不同用户要求输出地图、平面图、专题图或统计表、分析图、文字说明等。高校校园地理信息系统的开发研究,是适应当前信息社会中对高校信息化管理的要求,也是建设“数字校园”,“校园办公自动化”的初期工作。
建立校园地理信息系统的意义归纳起来主要有以下几个方面:
1.有利于用电子数字产品全面地反映校园地理信息的现状,包括各类建筑物、管线的空间位置、分布及其相互关系。由于系统的空间信息和属性信息都实现了数据库管理,可以生成用户所需的各种数字化产品,同时可按各种条件生成和输出各种图表和报表。
2.有利于校园各种建筑物的有序化管理。可快速、准确地进行各类建筑物的检索查询和定位,为管理和设计规划提供准确而详细的数据,这种检索和查询是双向的,既可以根据图形查属性,又可以根据属性显示相应的图形。
3.有利于学生信息的有序化管理。将学生档案信息与地理信息相结合,可快速、准确地进行学生信息的检索查询和定位。
4.有利于校园资源的更加经济有效的利用。如将校园的地理位置信息与学生的选课信息相结合,可以进行各种统计分析和空间分析,实现教室资源的优化配置。
5.有利于建筑物、管网信息的维护、动态监测和更新,从而提高管理水平。
6.由于使用了计算机管理,使管理信息便于传输,适合一家建设,多家共享。使用网络分析工具来优化资源调配,作各种应急处理,提高了决策的科学性。
7.在校园地理信息系统的建设方面做进一步的开发与研究。可以为城市数字化做一些基础牲及实验性的工作。
五、校园地理信息系统研究的主要功能
校园地理信息系统将校园内的图形、属性结合在一起,加以空间分析功能,在可视环境下解决与校园空间信息有关的信息查询、信息、空间规划、信息管理等实际问题。一般来说,校园地理信息系统应具有如下功能:
1.分层显示综合校园地图或专题校园地图。它能向用户提供校园地形图、现状图、规划图等方面的信息,并能够输出不同类型的地图。
2.查询功能。利用属性表的相关属性(如房屋名称、建筑面积、使用面积、主要用途等)对图上校园实体进行查询(由表查图);利用信息工具查询路线距离、区域面积等基本几何信息;同时可直接查询图上对象的相关属性(由图查表)。
3.统计功能。系统可按属性表的相关属性进行统计,并能以直方图、饼图、密度图等专题图的形式输出。
4.将学生信息与地图相结合,实现学生信息和其宿舍地理位置等图上信息的互查及维护,从而改善学生档案信息的管理,实现学生档案信息的地理定位。
5.加入多媒体属性,使用户可以通过图象、声音、文本、影象等各种多媒体来更清楚、全面地了解地图上地形、地物的地理位置及相互关系。对多媒体属性可进行制作、编辑、查询显示、维护等操作。
6.实现缓冲区分析和最短路径查询等空间分析功能。为校园的规划设计提供一定的辅助分析功能。
数字校园是建设信息化高校管理的必然趋势,引入GIS技术的数字校园系统将成为校园新的信息源。它的特点就在于将地理信息系统应用于校园,将校园基础信息与地理信息系统相结合。它可以将校园内的平面图、图形、多媒体信息(如图像、声音、文本等)和属性资料有机结合起来进行综合管理。通过系统可对校园内地理信息的各种要素进行汇总、统计和分析,也可以在屏幕上进行不同格式的地图输出。
总之,实现校园的全面数字化是一项复杂而庞大的工程,它一方面需要学校内部多方面相互配合,理顺学校的内部管理机制;另一方面,建设过程应统筹规划、分期进行。因此,校园地理信息系统应该首先规划出分类管理模块和功能模块,然后逐一实现每个模块的功能,同时还要考虑各个模块间的相互关系和信息交互,实现系统化管理。在这方面更深入的理论和实践研究,地理信息系统工作者可谓任重而道远!
参考文献:
[1]龚健雅,地理信息系统基础,北京:科学出版社,2003.
[2]万剑华、曲国庆、王心众、丁宁,地理信息系统基础教程,东营:石油大学出版社,2001.
[3]齐锐、屈韶琳、阳琳,用MapX开发地理信息系统,北京:清华大学出版社,2003.
篇8
关键词：地理信息数据；发展方向
随着经济社会的不断发展,对基础地理信息现势性等的要求会越来越高,基础地理信息的更新方法还需与时俱进,持续加强和完善。基础地理信息数据是涉及国家安全和经济社会发展的基础性、战略性信息资源,基础地理信息数据库的生命力在于其数据的现势性和准确性。因此,如何提高数据库的更新效率成为测绘行政主管部门工作的重点内容之一。
一 城市基础地理数据信息更新的内容
更新内容涉及全省交通、行政地名、行政境界、管线、大型工程(水利、电力、工矿企业等)等数据层。交通包括新建、在建、改建铁路,公路，机场等。行政地名主要指乡镇以上地名的变更,以撤乡建镇为主要内容。管线包括新建、改建的主要输气、输油、输电线路等,如西气东输管道、西部原油成品油管道工程、大型工程包括新建水利、电力、工矿企业等具相当规模的大型工程。
二 地理信息数据更新方式
根据城市基础测绘外业修测工作开展的特点,对基础地理信息数据库更新一般存有在三种方式:测区级更新、图幅级更新以及要素级更新。测区级更新适用于某一块区域因经济建设和社会发展迅速导致地物地貌变化较大,无法采用局部个别要素更新解决数据现势性问题时,可对该地区进行全面重测,并使用更新后的数据对数据库中同区域数据进行整体性替换。与前两种方式相比较而言, 要素级更新更新数据量少,但更新速度较快。
三 地理信息数据维护体系
城市基础地理信息数据生产包括数据采集、数据分类与编码、数据处理、数据分层、数据库数据存储结构设计，数据管理等。以保证基础地理信息的现势性，以确保规划设计及后续其它专业能够适时使用地理空间数据。
测绘部门将修测数据加工整理后,可以通过两种方法更新基础地理空间数据库①:基于版本的更新,即以不同时间的整个数据库为版本,更新时以新的版本取代旧的版本。②基于基态修正的数据更新,通过检测、识别发现数据的变化部分,并对变化部分的数据进行更新,该方法适用于有严格的时态表达且变化频繁的数据, 如地籍数据等。无论采用哪种更新方式,当数据量较大时,一旦遇到突发事件导致更新工作中断,若没有相应措施就会导致大量的时间和人力资源浪费在重复劳动中。
四 我国基础地理信息更新服务所面临的问题
目前我国基础地理信息的更新服务方式仍以批量式更新为主，即把更新后的新版数据全部提供用户，然后用户根据需要进行相应的更新操作。根据我国已建成的基础地理数据库特点，并结合笔者对1:25万地形数据库和水利部在其基础上建成的水文数据库的调研结果分析，目前我国批量式更服务方式所面临的问题主要包括：
1. 要素标识和标准问题
为简化数据的更新过程，MasterMap?数据集通过要素唯一标识符（TOID）来跟踪哪些要素发生了变化。我国虽然已经建立了多种地理信息分类与代码标准（如国土基础信息数据分类与编码，中华人民共和国行政区划代码，全国河流名称代码等），但在建立国家基础地理数据库时，仍然存在不用标准，代码分配不全，的现象。同时由于应用目的、标准体系、编码规则的不同，各个数据库之间的要素ID往往不能相互兼容。如1:25万地形数据中的河流代码采用《全国河流名称代码》（送审稿）标准，而水文数据库中则采用《中华人们共和国行业标准 中国河流名称代码 SL249－1999》。在难以维护公共ID 的情况下，可采用计算要素几何属性的方法以保证要素间的相互匹配。
2. 语义差异问题
目前大多数用户是在对基础地理数据进行加工处理后才建立自己的应用型或专题型系统的。该过程的实施导致主数据库和客户数据库之间在语法、语义、结构等方面的差异和不一致性，其中语义冲突又可以在模式（Schema）和数据（Data）两个层次上分别划分为六种类型。具体地讲，在1:25 万地形数据库和水文数据库之间主要存在表达冲突，分段冲突等数据层次上的语义冲突。
①表达冲突：当同一要素在数据库中具有不同的表达形式时将产生表达冲突，如25万地形数据库中一条河流表示为一个狭长的面，而在水文数据库中则可能将其表示为一条线。
②分段冲突：在数字化采集过程中，同一要素可能被不同的操作员分为不同的片段，进而引起数据间的分段冲突。
在存在以上差异的情况下，客户数据库更新过程中需要设计准确的模式匹配算法，以发现主/客户数据库之间语义相关的模式元素（关系，属性等）并建立相互之间的映射关系，然后利用OCG（OpenGIS Consortium）提出的“语义转换”方法，将主数据库背景下的属性值转换到客户数据库背景下，并根据新的属性值对客户数据库进行更新操作。
3. 变化发现问题
变化发现是指识别和确定不同时刻数据集之间存在的差异，由四个步骤组成：①发现变化；②变化分类；③变化类型特征描述④变化数量度量。批量式更新服务方式中，由于不同版本的数据只提供了地面特征在某一特定时刻的快照式信息，用户可以通过生成缓冲区、层叠置等空间分析技术发现两个版本间特征变化内容。
五 结语
篇9
关键词：地理信息公共服务平台；Web Service；SOA；GIS
中图分类号：C35文献标识码： A
1、引言
城市地理信息公共服务平台是以满足政府各部门、企事业单位和社会公众的地理信息需求为导向，以基础地理信息数据为空间定位基础，整合市（县）范围内各类地理空间信息资源，建成以框架数据库为基础的分布式地理空间信息数据库体系、地理信息公共服务的网络体系和软件体系，完善相关标准规范和安全支撑体系建设，建立与各部门的相互连通，形成支持跨部门、跨行业的地理信息数据共享机制[1-2]。以平台为依托，利用市（县）权威的、统一的、现势的地理信息数据，为政府、企业、公众提供一站式的地理信息综合服务，满足用户多样化的地理信息需求，提高电子政务和信息化水平，从而在横向上实现政府部门之间，纵向上实现省、市、县地理信息资源的互联互通，为政府宏观决策、应急管理、社会公益服务提供在线地理信息服务，全面推进数字城市的建设。
目前，国内学者对地理信息公共服务平台已有诸多研究。然而，地理信息公共服务平台所应用的数据量非常庞大，涉及的部门也较多，如何有效地组织管理这些数据，实现各部门的相互连通，是地理信息公共服务平台构建所面临的一大难题。Web Service、SOA等网络技术和GIS技术的发展，可以很好地解决这一难题。
2、平台架构
2.1 总体架构
平台建设以信息化基础设施为支撑，以地理信息资源为基础，综合采用Web Service技术，包括AJAX技术、OGC规范和SOA技术，采用统一的技术架构，将多源、多尺度、多类型的地理信息资源有机地组织起来，实现海量信息的高效管理与持续更新，并在信息共享机制和政策法规框架下，实现在线地理信息便捷、高效、安全的共享服务。
根据测绘数据分级建设与管理的特点，共服务平台采用分级建设的方式，为用户提供分布式、多层次的地理信息共享服务。平台面向地市和县市，纵向上市（县）平台是国家、省公共服务平台的子节点，市（县）平台和国家、省公共服务平台之间在数据和服务上存在互为补充的关系，因此市（县）平台必须在架构体系上与国家、省公共服务平台保持一致，保证国家、省、市（县）三级公共服务平台的互联互通。横向上，公共服务平台作为数据共享服务中心向各部门提供地理空间信息资源，而部门可以通过公共服务平台专题数据，也可建立分中心专题数据，最终实现部门之间的互联互通。
平台在软件体系上由运行支撑层、数据层、管理层、服务层、应用层等组成。
2.2 架构设计
系统架构采用Web Service方式来支持SOA架构（图1所示），提供基于网络的HTTP＋XML接口服务，接受服务方可以通过XML传递必要的参数到服务器端，就象调用本地接口一样实现与自身业务应用系统的无缝集成。
图1基于Web Service的SOA模型
系统设计与开发过程中提供对外服务的应用程序，功能封装和为Web服务（Web Service），通过服务注册和服务申请，向服务消费者（各种组件或部门的应用系统）提供Web服务，使系统的功能可以采用松耦合的方式实现集成，并使系统提供功能服务具有可扩展性。
3、关键技术
按照各项任务之间的关联关系，地理空间框架的建设内容可分为四项专项任务，分别是基础地理信息数据库建设、地理信息共享服务平台建设、示范应用建设、支撑环境建设。
3.1 SOA套件技术
SOA套件即为服务总线ESB，用于实现平台所有资源（数据、服务以及其它资源）的集成、管理与调用。以SOA架构原则，实现平台资源的整合。
平台各种数据和资源都通过服务引擎，以Web Services形式提供。这些服务和资源，就是SOA三角色中的服务提供者；然后这些服务都通过服务注册的方式注册到ESB，ESB即对应SOA三角色中的服务中介；平台客户端、各种应用系统及第三方系统则为SOA三角色中的服务调用者，它们从服务总线检索自己需要的服务，进行调用以支撑各自的应用。
1）服务资源
在平台中包含如下四种类型的资源：（1）业务数据：指用于各业务系统的非空间数据信息，如用户信息、权限信息、审批信息等；（2）业务功能：指用于支撑平台业务运行的功能以及对业务，如用户管理、业务审批等；（3）空间数据：包括基础数据、专题数据、交换数据等；（4）空间处理：对空间数据的各种操作，包括缓冲分析、空间查询、路径分析等。
所有这些数据和功能分布在网络中的不同的机器上，均以服务形式提供出来。
2）服务总线
服务总线将所有业务功能、空间数据和空间功能集成到一起，进行集中的管理和监控，提供给外界访问。
具体来说，服务总线的主要功能包括如下5个方面：
（1）统一命名：服务总线会按照统一的规则对服务进行重新命名，并分配新的访问地址供外界访问。
（2）服务接口适配：用于将各种非标准的接口转换为标准接口对外提供出去，将底层接口的复杂性封装在平台内部，给终端用户最大的使用便利。
2）服务注册与管理
（1）服务注册
服务注册的主要作用，就是把服务信息添加到服务总线。由于服务的类型多种多样，每种服务类型都有自己的用途、内容和参数，不同服务的来源也不一样。同时不同名称和来源的服务也可能提供类似的服务内容。因此，为了更好的对服务进行利用和管理，需要对服务进行归类整理，同时采取特定的服务元数据对服务的内容、来源和调用形式进行说明。
同时注册中心还规定了服务元信息的查询检索接口，这样，任何想要获取服务说明的人（或程序）都可以通过检索接口进行查询。
（2）服务管理
服务总线将服务信息集成进来以后，为了便于对这些服务的控制和操作，还需要一个服务管理模块。服务管理的主要功能为：（a）服务运行控制：包括服务的启动、停止、暂停、刷新；（b）查看服务信息：查看当前服务的运行状态，查看服务的元信息；（c）服务预览：对数据服务进行预览；（d）服务分类目录管理：新增、删除或修改服务分类目录；（e）服务元数据模型管理：对各类服务的元信息模型进行维护，包括元信息项的增加、删除和修改。
3.1其他技术
1）地理信息资源编目技术
在电子政务信息资源目录体系之下进行扩展、延伸，针对空间信息资源建立地理信息资源目录体系，基于元数据库实现地理信息资源编目技术，编目技术满足易移植、易扩展、易交换等特性。
2）分布式多源异构数据集成技术
通过动态空间分布化技术，实现分布式多源异构数据集成，实现各政府部门专题业务数据与基础地理数据的叠加与交换，满足业务系统的地理应用，保证社会各领域、各部门信息的互联互通。
4.总结
地理信息公共服务平台建设是一个技术复杂、涉及面广、周期较长的超大型地理信息系统工程，是数字城市建设的核心。本文在实际工作和调查研究的基础上，对城市地理信息平台建设的总体架构、关键技术等问题进行了研究，取得了一定的成果。然而，地理信息公共服务平台建设还处于起步阶段，还有许多技术发展得不够成熟，有许多问题有待解决。因此，后续工作应在此基础上作出更深层次的研究。
参考文献：
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关键词：GIS大气质量模型
中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）01-0082-02
1 绪论
1.1 研究意义
现在，越来越严重的大气污染问题已经成为了当前影响社会发展进步的一大难题。随着我国经济发展和人民生活水平的不断提高，生活与工作过程中对能源的需求也越来越大。1980年中国能源消费总量为58587万吨标准煤，到2010年，中国能源消费总量为307987万吨标准煤[1]。1980年以来，中国原煤消耗量已增加了两倍以上，2002年原煤消耗量已达14.8亿吨。2011年中国原煤产量为35.2亿吨，同比增加2.8亿吨，增量为历史最高水平。煤炭在一次能源生产结构中的比重接近80%，石油则在20%左右变化。而煤炭和石油产品为主的能源消耗是大气颗粒物的主要来源。大气颗粒物中PM10（细颗物）和PM2.5（超细颗粒物）是对人体最为有害的两种物质。
城市不断发展，燃料消耗也越来越多。近几年来，我国各大中城市的机动车数量大幅度增长。机动车数量增长也意味着而且城市内的燃料、危险品运输和存储也会因为种种原因发生事故。对这些突发事故设立预警和预案处理系统能减少损失。
所以，对大气污染状况分析、对大气污染的影响的控制和预警已经是环境保护中的一个紧迫任务。对已有的固定点源大气污染状况和突发事件引起的大气污染预警而建立专门的系统，能为整个城市发展和规划带来很大的好处。
1.2 GIS在大气环境研究中的应用
地理信息系统（GIS）技术是融合地理学、图形学、计算机科学等多项技术的新兴交叉学科，是对空间信息进行采集、存储、处理与输出的计算机系统。随着近些年来GIS技术的不断发展，利用GIS技术进行大气环境研究的越来越多。GIS技术为大气环境研究提供了强有力的技术保障，大气环境研究提供了理论支持，两者结合则为科研人员提供了全方位的信息研究处理平台。
2 大气环境质量模型
2.1 大气环境质量模型的特点
大气环境质量模型是了解区域环境质量、分析污染物扩散的有力工具。不同的大气环境质量模型适用于不同尺度和不同类型污染源的各种大气扩散模式，能够在时间和空间尺度上准确描述各种污染物的迁移、输送、转化等变化特征。
大气环境质量模型发展到现在，尽管它们具有不同的表达方式，但是它们都具有以下几个特点：空间性、动态性、多元性、复杂性、综合性。
2.2 几种常见的大气扩散模式
国内外有多种描述大气污染扩散过程的数学模型。点源扩散模式常用的有高斯模式、萨顿模式以及赫-帕斯奎尔模式等；线源扩散模式常用的有点源求和法、线源直线化模式等；面源扩散模式常用的有箱模式、虚拟点源模式（或称等效点源模式、倒退点源模式）和吉福德-汉纳模式（或称G-H模式）[2]。
一般研究认为，高斯模型是相对其他模型反应大气污染扩散的过程是最简单的，利用高斯模型计算出的浓度场与实际的的浓度场较为吻合。部分线源模型和面源模型也是由高斯模型发展而来的。
大气环境质量基本模型基本方程如式（2-1）：
（2-1）
式中：x轴为平均风向，z轴铅直向上，uz=0、uy=0，Et，x、Et，y、Et，z为湍流扩散系数常数。在研究污染物对大气污染的整个研究过程内，可忽略污染物的自身衰减，即K=0。可将公式简化，可得式（2-2）：
（2-2）
当对上述模型使用不同的初始条件和边界条件来解的时，就能表示不同情况的污染源在各种气象条件下所造成的大气污染情况。
2.2.1 高架连续点源扩散模式
城市大气污染最常见的污染源是工厂烟囱。一般将每一个排放的烟囱视为一个污染点源。而由于烟囱自身的高度使得计算烟囱所导致的大气污染于和在地面上污染源的不一样。一般将高度高于15m的污染源视为高架点源，低于15m的污染源为非高架源。非高架点源的大气污染扩散模式就为基本模型，而高架点源扩散模式则在基本模型上有所修正。
高架连续点源扩散模式由于在推导过程中设定的假定条件，使得它在使用时有很多情况不适用。并且当出现静风、微风或大气中有逆温发生时，仍用这个模式计算会与实际情况出现比较大的偏差。
2.2.2 线源扩散模式
线源扩散模型一般用于计算道路上的机动车尾气污染。线源扩散的计算曾采用点源求和法计算公路下风向任一点的浓度，但计算过程复杂。于是提出了线源直线化模式来解决上述方法的不足。目前较为常用的线源直线化模式有垂直风模式、平行风模式和内插模式三组模式。
2.2.3 面源扩散模式
城市中的低矮烟囱和大量分散的炉灶摊点产生的污染物数量多，排放高度低，污染源强度不大，但是却会对城市大气质量产生比较严重的影响。但实际操作时却无法用点源和线源模式处理。所以我国绝大部分城市都采用简单箱模式、G-H模式及虚拟点源模式来评估城市大气环境质量。
2.3 GIS与大气环境模型的结合方式
GIS和大气环境模型的结合在不同阶段和技术条件下，按照结合方式和数据交换形式分类，可分为三种：
松散结合：GIS和大气环境模型都为独立的系统并且有不同的用户界面，GIS能够为大气环境模型提供数据并输入，大气环境模型计算后的输出结果能够利用GIS处理或显示。
紧密结合：GIS和大气环境模型为独立的系统，但是有共用用户界面来管理2个系统的公共数据和两者之间的数据交换。
完全集成：GIS和大气环境模型有共用的用户界面并实现两者的数据共享。完全集成需要从底层开发来实现各部分的紧密融合。
由于各种条件的限制，当前GIS和大气环境模型完全集成的系统非常少，主要的集成模式还是前两者，主要发展方向是紧密结合方式。
3 系统设计与实现
3.1 系统的建模
为了实现出现污染源时候，计算某时刻某一坐标位置的污染物浓度，需要将高斯模型转化成可以计算的解析式（3-1）。
前提条件：大气流场均匀稳定，忽略纵向弥散作用。
（3-1）
高斯模型解析式
式中：
C：浓度，mg/m3；
He：污染源高度，m；
Q：单位时间排放量，mg/s；
σy：横向扩散参数，mz；
σz：铅直扩散参数，m；
ux：平均风速，m/s。
3.2 GIS与大气质量模型集成步骤
GIS与大气环境质量模型集成可由以下五个步骤完成（图1）。
图1 GIS与大气质量模型集成的框架步骤
（1）问题定义：根据研究目的，确定污染物研究区域范围大小和时间跨度，选择合适的大气污染扩散模型。
（2）数据输入：输入污染源信息，气象资料，地形资料。
（3）大气环境模型：输入气象环境数据和污染源数据，输出污染物浓度信息。
（4）数据分析操作：对各种输入数据和模型计算计算出的结果进行分析处理。
（5）数据显示输出：最终处理结果的显示和输出。
3.2 系统总体设计
城市大气环境污染模块是作为完整的地理信息系统的一个部分而产生的。系统需要实现的功能包括污染数据输入，大气污染模拟，污染区域可视化等几部分。由于是作为系统的一个模块，数据交换由设定好的接口实现。
3.3 系统功能设计
城市大气环境污染模块主要需求是提供城市环境下的污染情况模拟。并将模拟结果输出提供给其他系统模块处理生成预警信息或模拟污染情况设定预案用。需要实现的功能包括：
污染数据输入：由多种方式输入污染源的情况数据，包括污染源的空间信息。污染物类型，扩散参数。同时也需要设定模拟的环境条件，包括大气温度，风向等等。
大气污染模拟：按照大气扩散模型，依照输入的污染源信息和环境信息来计算模拟污染物的扩散的情况。
污染区域可视化：当污染物扩散情况计算完成之后。在地图显示单元分级显示污染物的扩散分布等级，按照污染严重程度的不同上不同的颜色。并在最后生成shape文件。这部分最后会共享给地理信息系统的各部分模块来处理。
3.4 系统应用开发实验
采用.Net开发环境，基于ArcGis Engine开发组件，完成了城市大气污染模拟模块的开发。系统模块基本达到了要求。能够为城市大气污染预警和预案提供有效的支持。系统主界面如图2所示。
图2 城市大气污染模拟界面
4 结语
城市大气污染模拟模块能够在地理信息系统平台上增加大气污染模拟功能，提供大气污染的模拟数据给预警和预案工作。实现大气环境管理调控的现代化，为政府决策，居民出行，企业选址等提供信息化平台。而且由于组件化的关系，能够方便灵活的与不同的专业地理信息系统整合，提供处理服务，具有较高的实用价值。
参考文献
[1]国家统计局能源统计司.中国能源统计年鉴，2011.
[2]华敏洁.大气环境质量模型和GIS结合的研究[D].上海师范大学硕士论文，2005.
[3]蒋波涛.插件式GIS应用框架的设计与实现──基于C#和ArcGIS Engine 9.2[M].北京：电子工业出版社，2008.
