地理信息科学特点范文

导语：如何才能写好一篇地理信息科学特点，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。

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地理信息科学主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题。人们熟知的地图、GPS导航等都属于地理信息科学研究的内容，高校是开放的环境，在教学、科研工作中涉密载体、涉密计算机的保密十分重要。但高校对于保密工作的认识还不够，保密防范技术也落后。现通过对高校地理信息科学专业特点提出高校地理信息科学专业保密工作的一点对策和建议。

1 高校地理信息科学专业的特点

近年来，地理信息技术广泛应用于国土、建设、规划、交通、公安、民政、水利等行业，成为精确掌握国情国力、提供管理决策水平的重要工具。随着网络技术和3S技术的进步，地理信息产业迅猛发展，巨大的市场需求要求充分利用地理信息数据，开设地信信息科学专业的高校越来越多。据不完全统计，全国有几百所高校设立有地理信息科学专业【1】。高校不同于专业的科研机构，它具有开放性、流动性、模糊性、分散性、渠道多样性等特点，保密工作更加严峻在教学科研环节中将会涉及大量的地理信息数据，学生在查阅资料、实际操作中也会涉及地理数据，如测绘类专业有时会使用测量仪器测定一些地区的经纬度等地理信息。同时，各高校地信专业一般都有专门的地理信息系统实验室，配备了必要的GIS硬件和软件，而且在实践或实习过程中所用到的数据资料【2】【3】就会涉及保密工作。因此，高校地理信息专业在注重教学科研的同时，特别需要加强保密安全防范意识。

2 地理信息科学专业在教学、科研工作中保密形势

2.1 地理信息保密常识

地理信息通常被描述为与地理空间位置相关的自然现象、经济现象和人为现象的信息总称；可细分为自然地理信息、经济地理信息、人文地理信息和待整治利用的基础地理信息，其中基础地理信息是自然地理信息的核心组成部分，是其他地理信息的空间定位基础和信息载体。基础地理信息主要包括地理数据和地形数据：全国统一的测绘基准数据和各种多尺度的基础地形数据库、基础航空摄影资料、获取基础地理信息的卫星遥感资料、国家基本比例尺地图、影像图及其数字化产品等【4】。特别是地形图和测量成果，不同于一般的信息产品或普通出版物，尤其是包含国家基本比例尺地形图等重要的空间地理信息数据【5】【6】。由于涉及我国领土、疆域的主权和国防安全等重大问题，历来作为机密资料。

根据《中华人民共和国保守国家秘密法》的有关规定，国家测绘局会同国家保密局对测绘管理工作的国家秘密范围（绝密级、机密级、秘密级）做出了明确规定（国测办字[2003]17号）：

a）绝密级基础地理信息

包括：1：10000、1：50000全国高精度数字高程模型。

b）机密级范围

①涉及军事禁区的大于或等于1：10000的国家基本比例尺地形图及其数字化成果；

②1：20000、1：50000和1：100000国家基本比例尺地形图及其数字化成果；

③空间精度及涉及的要素和范围相当于上述机密基础测绘成果的非基础测绘成果。

c）秘密级范围

①构成环线或线路长度超过1km的国家等级水准网成果资料；

②非军事区1：5000国家基本比例尺地

形图，或多张连续的覆盖范围超过6km2的大于1：5000的国家基本比例尺地形图及其数字化成果。

普通地图是依据国家基本地形图编绘而成，主要以表示地面各种自然要素和社会经济要素的地图，没有严密的地貌特征和地理坐标数据。地图上主要表示水系、居民地、交通线、境界线等，不突出表示其中的某一要素。如人们常见《中国地图》、《世界地图》和各省市的行政区划地图等。专题地图是按照一定的编制原则，突出而完善地表示与主题相关的一种或几种要素，淡化其他要素。如：交通图、城市地图和旅游地图等等。专题地图的内容和形式是多种多样的，它既能提供教学与科研的需求，又能满足国民经济、国防建设以及规划决策等等多方面的各种专门用途的要求【7】【8】【9】。

2.2 网络信息化环境下地理信息专业保密面临的形势

互联网的飞速发展给人们带来许多便利，但地理信息保密问题常常被人们忽视，泄密事件很多是通过互联网传播、移动存储介质使用不当造成【10】。高校是个开放性的环境，教师和学生查阅资料、信息沟通都是通过开放的网络连接。网络信息化环境下，保密工作非常严峻。

首先，高校的开放性使得信息交流更加频繁，在实际交流过程中人们的防范保密意识也差，在网络信息化下，我们可以方便的通过互联网获取丰富的地理信息服务，尤其是谷歌地图的出现，使人们对地理信息保密产生误区，认为地理信息触手可得，保密没有意义，导致高校里地信专业的保密意识更加淡泊。

其次，高校的地信专业由于专业特点要求学生有一定的计算机操作能力、编程能力、网络应用能力。教师和学生都通过计算机在互联网上查阅大量的资料、传送资料信息等。在互联网下，我们每个人上传我们感兴趣的地理信息，下载方便我们的地理信息，在此过程中，应该牢记哪些地理信息涉及到国家秘密，不能随意上传。

3 地理信息科学专业在教学、科研工作中存在的保密认知问题

3.1 认识误区一：保密意识淡薄

地理信息科学专业在课程设置中，往往没有专门的保密安全教育相关类课程，教师在讲授专业知识过程中往往忽略掉地理信息保密知识，导致学生对地理信息保密知识了解不够，在学习过程没有保密意识。

3.2 认识误区二：过度保密，不利于教学科研

地理信息科学在实验教学中，会运用到大量的地图数据，在科研和服务社会的过程中将会接触到地形图等涉密地信信息。如何既能保质保量的完成实验教学，又能做科研服务好社会是高校地理信息科学专业在安全保密管理中面临的首要问题。但是随着技术的发展，保密处理技术的出现使得地形图保密应用两不误，这样在很大程度上解决了高校地信专业在实验教学环节中运用地形图时有关保密管理的难题【11】。

国家系列比例尺地形图保密处理技术由中国测绘科学研究院完成，这一技术是对原本需要保密的地形图中全部点位的大地坐标施加一种平移。经变换后地形图数据，大地坐标得以保密，其绝对定位精度降低到军事保密的范围内。经过保密处理的地形图，相对精度保持在国家规范规定的范围内，能满足一般工程建设、工农业生产和民众生活的需要，城市规划、道路建设，GPS导航等等。即地图进行脱密处理后可以完全满足教学需求，只要教师在教学过程中注意保密工作，不要将未脱密的地信数据提供给学生进行实践练习，在教学过程中将不会产生泄密等事件的发生。

4 高校地信专业保密管理的建议

高校地信专业的保密管理主要包括人员教育、数据资料管理、存储介质、计算机和打印复制设备使用和维修等。

1、要在宣传教育中坚持长效机制，在人员教育方面，要使人人有保密意识，要对地理信息的保密有初步的认识，了解地理信息保密的范畴，不会因无知而发生泄密事件。而高校学生流动性大，作为专业任课教师要从自身做起，保密牢记于心，对学生要长教育、勤叮嘱。建议新生入学都进行一次地理信息保密教育。

2、要有一定的制度约束，建立相应的台账，提高地理信息科学专业学生的保密意识和责任意识。当前社会，网络化?r代，地理信息保密问题，其实师生需要了解那些需要保密，平时应该如何防范，防微杜渐，平时要养成良好的工作习惯，我们不能不用网络，如何在网络化时代运用好地理信息数据才能使我们工作和学习上得到更大的提升。

3、在保密工作中充分利用新技术的优势

虽然现在有很多技术手段可以有效的将地信数据进行脱密处理，但是合理有效的保密管理工作仍然需要高校地信专业高度重视，充分遵循信息化条件下信息资源利用和管理的客观规律，建立科学有效的保密管理制度，才能促进信息资源的合理利用。地信专业从教学到科研都与地理数据密不可分，要把保密教育工作当做教学必不可少的环节，保密工作做在前，才能充分利用好地理数据。

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    在对学生成绩总体评价方面,单位或企业都很看重学生的在校成绩,希望学生成绩在良好以上的单位占92.0%。在学生获得各类证书方面,希望学生外语成绩通过四六级考试的比例为72.0%,但有些单位不要求学生通过等级考试,这样的单位有软件公司和从事纯测绘的单位。希望学生掌握计算机程序设计语言能力的单位占96.0%,但在计算机等级考试方面,希望学生过二、三级考试的单位占64.0%,也有28.0%的单位不需要学生过计算机等级考试,这样的单位往往是行业管理单位或规模较小的单位。考虑学生是否具有“全国GIS应用水平考试证书”的单位不多,选择可有可无的单位占80.0%,选择需要的只占12.0%,“全国地理信息系统应用水平考试证书”考试是由地理信息系统软件及其应用教育部工程研究中心组织的。目前除高校外,对大多数企业来讲不是很了解,有待进一步加强宣传力度,当其纳入到政府行为的全国职业资格考试范畴时才会引起学生和用人单位的重视。在行业内地理信息系统软件使用方面,有84.0%的单位要求学生熟练掌握地理信息系统软件使用,说明单位看重学生的对行业内地理信息系统软件的实际动手能力。在地理信息工程应用方面,希望学生在校期间参加过工程应用项目经历的比例达84.0%,且92.0%的单位希望学生掌握了数据整理与建库技术。在地理信息系统软件开发方面,要求学生基本掌握或熟练掌握地理信息系统二次开发技术的比例达96.0%,要求熟练掌握的主要是地理信息系统软件公司和信息中心等单位达48.0%。由于调查的是测绘地理信息行业,有68.0%的单位希望学生具有从事外业测绘工作的经历和能力,不要求学生具备外业测绘能力的单位多数是软件公司和信息中心。除外业测绘能力外,有96.0%的单位强调学生具有摄影测量与遥感方面的知识,因为企业都知道摄影测量与遥感技术是未来空间信息获取的主要手段,此项知识的掌握有助于单位未来业务拓展。自学能力是一个人从事终生学习的基本要求,几乎所有的单位都希望学生具有自学能力,有72.0%特别强调很需要,说明一个单位的发展离不开员工的知识更新。希望学生具有科学研究潜力的单位占80.0%,只有20%的单位不强调这一要求,其中私有企业几乎都要求学生具有科学研究的潜力,表明企业要发展,必须要求员工具有科学研究潜力来保证。多数企业注重学生在校期间参加各类竞赛活动并获奖,有60.0%单位表示会优先考虑录用获得过各类竞赛奖的学生,只有16.0%单位不会考虑。至于学生在校期间是否获得奖学金,有60.0%的单位明确表示不考虑,表明单位注重学生实际能力的因素大于课堂考试成绩因素。在团队协作精神方面,有96.0%的单位强调学生这一素质,因此大学期间如何培养学生的团队精神是今后学校应该关注的问题。就学生的交际能力方面,84.0%的单位表示学生应该具备较强的交际能力。在学生业余爱好方面,强调学生具有体育、艺术爱好的单位比例分别是48.0%和36.0%,也有20.0%的单位不对学生业余爱好提出要求。在学生生源的地域方面,有76.0%的单位不考虑学生的地域要求,希望学生来自农村或周边省份的单位所占比例均为16.0%单位,这样的单位是基础测绘单位,希望学生能吃苦、稳定。在性别方面,有72.0%的单位不考虑学生的性别,有28.0%的单位希望是男生。这是由于GIS专业性质所决定,GIS专业人员大多在室内工作,男女生没有什么太大的区别。而希望招收男生的主要是从事测绘与地理信息生产任务的单位。

    2地理信息科学专业本科学生能力结构体系

    2.1学生能力结构体系

    人的能力是在人的生理素质的基础上,经过教育和培养,并在实践过程中吸取前人的智慧和经验而形成和发展起来的。能力=知识+科学方式+技能[6,7]。地理信息科学是一门集计算机科学、地理学、测绘科学、环境科学、空间科学以及管理科学等学科为一体的交叉学科,这就要求GIS专业的学生不仅要有扎实的理论基础,还应该具有较强的动手能力和软件开发能力,同时自主学习能力是学生适应未来学科发展和拓展应用领域的基础[8]。具体来讲,对一个GIS本科生的基本要求是:起码要熟练掌握一门计算机语言,能够开发简单的GIS应用模块,能够掌握二种以上的常见地理信息系统软件,并至少具有一种二次开发的能力,尽最大可能让学生参与相关的科学研究与实用地理信息工程项目的开发[9]。由此可见,GIS专业学生能力除一般大学生所具备的能力和素质之外,更要突显以下七个方面的能力:专业基础理论与前沿技术、地理信息系统软件使用与数据采集处理能力、空间数据建模与分析能力、地理信息工程建设能力、地理信息系统二次开发设计能力、自主学习能力以及GIS科研与创新能力等。基于上述分析,我们可以构建地理信息科学专业学生能力结构体系,通过专家打分后采用改进的层次分析法进行综合评价得到各结构项的权重[10-12],如表2所示。在该能力结构体系中,强调学生的基础理论、兼顾学生的基本技能,同时也突出了地理信息系统工程应用的特点和创新能力。权重的高低并不代表知识重要程度,因为表中的7个方面的知识和能力是地理信息科学专业所必须具备的,它是指各知识结构在整个知识结构中的比例,可以成为地理信息科学专业课程体系设置的基础。

    2.2能力结构体系应用

    东华理工大学地理信息科学专业从1999年开设,专业教师一直在探索该专业学生能力体系结构,并根据能力结构体系制订和修订教学计划。东华理工大学地理信息科学专业是依托测绘学科开设的,所以东华理工大学的特色在于突出空间信息的获取与表达、地理信息工程开发与建设两个方面。对此,东华理工大学加强了测绘类和计算机类课程的理论与实践性教学的比重,体现理论与实践性课程“四年不断线”的教学计划设计思路。例如,测绘类课程开设了地图学、测量学、测量平差基础、摄影测量学、GPS测量原理、遥感原理等课程;计算机类课程开设了计算机基础、C语言、高级程序设计、数据结构、数据库原理与地图数据库、计算机地图制图、GIS二次开发等课程;实践性课程有数字化测图软件(测量学)、GIS软件及应用、遥感软件及应用,GIS设计与开发、专业综合实习、生产(毕业)实习。这样保证了学生从大一到大四每年都能在测绘类、计算机类、实践类三方面都有相应的理论课程或实践性教学环节,对巩固学生的理论知识与实践能力、对学生能力培养起到了很好的推动作用。此外,东华理工大学还注重为学生提供科技创新与动手能力的机会,例如实行本科生导师制、鼓励学生参加老师生产型或研究型课题、引导学生参加各类科技创新与竞赛活动等。实践表明,通过教学计划的调准,学生能力有稳步提高的趋势。例如,东华理工大学2013届地理信息科学专业有一个本科生就成功地在网络环境下研发了一个“基于GIS的高校餐饮物流配送管理信息系统”,并应聘到上海诚信所从事软件开发工作,这与平时东华理工大学加强学生知识结构与能力培养是分不开的。

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[关键词]地理信息系统 地质 矿产 勘查

[中图分类号] P624 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-124-1

1前言

地理信息系统，简称GIS，是用于处理地理信息的系统。它综合地理学、计算机科学、数学、信息学、测绘学等学科，以地理和测绘为基础，依靠计算机技术作为技术支撑，广泛应用于与空间信息有关的领域。

地理信息系统有三个基本特征。首先，地理信息系统是以计算机软件为基础的应用系统，其使用职能为通过计算机接收外部信息进行空间数据整理。其次，地理信息系统以多媒体数据库系统为媒介，它的功能和使用范围将随着多媒体技术和数据库的技术发展而发展。第三，地理信息系统经由内部处理器完善生成的数据具有两大特点，分别是统计性和空间地理性。

2地理信息系统的发展背景

地理信息系统的发展只有50多年的历史[1]，了解地理信息系统出现的背景对于更好的认识地理信息系统有重要的意义。

首先，地理信息系统以地理学为认识基础。从概念上看，地理信息系统就是处理和地理有关的信息。在经历了传统地理学、计量地理学之后，地理学如今走向了信息化的道路。通过计算机技术的引用，将过去纸面上、手头上的数据进行信息处理与加工，进而系统化、统一化、定量化、动态化。地理信息系统作为一种新思想、新技术丰富了解决地理问题的手段，是地理学科走向多元化发展的道路。

其次，地理信息系统以地图学为方法基础。传统的地图表达方式具有更新慢、效率低等缺陷，如今计算机技术的引入使得地图学以信息的形式存在于系统中，计算机通过外部输入获得信息，通过内部程序进行加工处理，从而获得精确可靠的地理信息。而且由于计算机网络的发展，其更新快、实时性强、精度高的特点更为突出。不过，传统的地图学提供的地理信息系统以地图学色彩设计与表示方法、地图制图综合、地图量算与分析、专题数据处理与

表示方法等都在地理信息系统得到了延续。

第三，地理信息系统以空间对地观测获得新的信息源。如何获得可靠、丰富且实时的信息源一直以来是地理信息系统发展过程中的重要问题。传统的信息来源是在地图学发展的基础上出现的，如实地测绘、航空摄影、探险考察等。如今计算机网络和数据库的发展很好的解决了困难。卫星、航天飞机、无人机等实时化、全球化通信网络成为了地理信息系统获取新信息的重要工具，对地理信息系统来说，这是其发展过程中极其重要的一环。

3地理信息系统的发展

地理信息系统从上世纪60年代诞生到现在已经发展了50多年，世界各国已经开始应用地理信息系统来进行空间数据的储存、获取、传输和处理等，给管理人员和决策人员提供巨大的信息保障。在了解了地理信息系统产生的背景之后，我们更要知道地理信息系统50多年的发展历史，更好的认识地理信息系统以便在今后的使用中得心应手。

地理信息系统的最初构想由加拿大的Roger F.Tomlinson 和美国的 Duane F.Marbel 在二十世纪六十年代初分别提出。之后加拿大人Tomlinson 于1962年提出使用计算机技术的方法建立加拿大地理信息系统，简称CGIS，其功能主要是进行地图的叠加和量算。这是地理信息系统发展的第一阶段，属于开拓期。这一时期内，研究人员利用计算机技术开发了一些简单的软件，后人称之为地理信息系统软件包。然后利用这些软件包进行空间数据的地学处理。1972年CGIS在简单完善后投入使用，美、英也开始进行相关研究的工作。二十世纪七十年代是地理信息系统的平稳发展阶段，注重管理是这一阶段的主要内容。进入八十年代，地理信息系统实现了技术上的重大突破，空间决策支持分析的出现使得地理信息系统的应用越来越广，各国政府也从中获得了利益，因此，相关的研究机构被设立，地理信息系统进入快速发展的阶段。1992年，Goodchild提出地理信息科学概念，旨在研究应用计算机技术处理、储存、管理、分析地理信息过程中的一系列基本问题。地理信息科学的提出使得地理信息系统理论化，这是地理信息系统发展的必然结果。二十世纪九十年代地理信息系统已经服务于多种行业，特别是地理信息科学的提出使得它将有更加广阔的未来。时间进入二十一世纪，近十年来，遥感、全球定位系统、国际互联网等现代信息技术与地理信息系统相互联系、相互渗透，它们之间已经发展形成了以地理信息系统为核心的集成化技术系统。新时代、新技术的蓬勃发展给地理信息系统注入了新的活力，而地理信息系统广阔的应用前景必将使得它在今后拥有更好的未来。

4地理信息系统在地质矿产勘查中的应用

地理信息系统在现今高新技术层出不穷的背景下飞速发展，加之信息化技术和信息化产业的不断完善，地理信息系统已经在地质学领域取得了重大发展。

地理信息系统在地质学领域的发展主要表现在地质制图、地质灾害预测、石油勘探资料管理和矿产资源预测等方面。我们着重介绍其在地质矿产勘察方面的发展。

首先是地理信息系统用于地质矿产勘探制图。长久以来，矿产、石油勘探都需要通过地质、物探等得到相关资料做成地图，以完成相关信息的综合。不过传统的地质制图方法存在效率低下、利用率低、管理繁杂等不足，已经不适应如今迅速发展的油气勘探、矿产开发等领域。地理信息系统的出现很好的解决了这一问题，它可以实现各种专题图的可视化、数字化，并通过数据库对其进行管理，存贮方便且查询容易。

其次是地理信息系统用于地质矿产勘探数据管理。在地质矿产勘探过程中，如何对庞大的数据资料进行管理是很重要的问题。如今，地理信息系统通过将各种文本资料录入，图形资料数字化，从而完成由文本、图形到数据的移植。这种方式便于保存，且通过识别码连接实现对空间信息、属性资料的一体化管理，继而做到对矿产地质信息的全方位管理与应用。

第三是地理信息系统用于矿产资源预测。勘查人员在研究地质矿产资源的过程中会遇到很多棘手的问题。恶劣的地质环境，简陋的分析设备以及不可预知的自然环境都使得研究人员头痛欲裂。不过，地理信息系统的出现有效的降低了这一问题的难度。现今，大量的地源信息、地质资料已被获得，研究人员要做的就是将它们录入地理信息系统中，然后通过计算机技术进行处理就能获得有价值的信息。

地理信息系统在地质矿产行业的发展中发挥了巨大作用，取得了很多成果。美国、加拿大、澳大利亚等过早在1985～1989年就将其应用于地质矿产调查和填图[2]。2002年，澳大利亚得研究人员携带笔记本电脑于野外采集地质数据，并建立相关数据库。Zhou[3]以其建成的中国金矿大型数据库为基础，使用地理信息系统进行成矿地理分析，预测区域成矿靶区。中国地质科学院方一平等建成1：500万中国矿产资源数据库，中国地质矿产信息研究院吴仲煌将GIS应用于矿产资源区域评价。此外，我国1：50万数字地质图数据库[4]已经建立完成。总而言之，通过地理信息系统辅助，研究人员可以基于大量的信息进行空间采样，从而对地质矿产勘查进行预测和指导。

5地理信息系统的未来展望

地理信息系统数据量庞大、信息多元化、定量化分析等特点正是传统地质研究中所缺乏的。不过地理信息系统也存在着如分析对设备要求较高、硬件花费较大、收集资料耗时耗力等不足。随着地理信息系统的应用被越来越广泛的开发，地理信息系统在地质矿产勘查领域的发展将会朝以下几个趋势发展：高维化、网络化、集成化和智能化。我们相信地理信息系统的研究将使其更加完善，并更好的服务于各行各业。

参考文献

[1] 王家耀，成毅，吴明光，孙庆辉. 地理信息系统的演进与发展. 测绘科学技术学报. 2008， 8 （5）， No.4.

[2] 郑贵洲.地理信息系统（GIS）在地质学中的应用[J]. 地球科学， 1998， 23（4）： 420～423.

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关键词：3S集成技术 ； 公路工程 ； 3S ； 可行性研究

Abstract: the line selection, from the highway engineering geological exploration, engineering design to the highway operation management, 3S technology information analysis method has other irreplaceable role. Finally the application prospect of 3S integration technology in highway engineering are discussed.

Keywords: 3S integrated technology; highway engineering; 3S; feasibility study

中图分类号E932.4 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（201中图分类号2

引言：

随着现代空间探测及计算机信息技术的发展,遥感、全球定位系统、地理信息系统技术(简称3S)在高速公路可行性研究及勘察设计中发挥越来越重要的作用。 自从1998年1月31日美国副总统戈尔提出了“数字地球”(Digital Earth)的概念后,“数字地球”“数字城市”相继成为本世纪的热门术语和新兴学科,数字地球的核心是地球空间信息科学,地球空间信息科学的技术体系中最基础和基本的技术核心是“3 S”技术及其集成,所谓“3 S”是全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)和遥感(RS)的统称,是目前对地球观测中空间信息获取、存储管理、更新、分析和应用的三大支撑技术,他集中了空间探测、电子技术、计算机、数据库、互联网、通讯、人工智能和地球科学等众多最新成就,为人类探测地球和分析环境提供了先进有效的手段。

3S集成技术在发达国家已得到了广泛的应用，在我国也得到了高度重视，随着计算机技术的应用，空间技术交叉渗透，信息科技蓬勃发展，3S集成理论正在得到不断的发展，已逐步在土地、资源、农业、水利、工程建设、物探和环境等领域得到应用。 本文主要研究3S集成技术在道路工程的应用[1]。

1．3S集成技术的概述

“3S”是地理信息系统（Geographical Information Systerm简称GIS）、遥感（Remote Sensing 简称RS）和全球定位系统（Global Positioning Systm简称GPS）的英文缩写简称，其中GPS和RS分别用于获取点、线、面等空间信息或监测其变化，GIS是完成空间数据的存储、分析和处理。这三种空间信息技术已经较广泛的应用。

三者在空间信息管理上各具特色,均可独立完成自身具有的功能,同时相互之间又有许多关联,在解决问题的功能上各有优点与不足。三者的结合与集成已成为空间科学的发展方向和必然趋势。3S技术在公路规划和勘察选线方面的应用研究和勘察设计实践,在多段高速公路及大型隧道的勘察设计应用中取得了很好的效果,不但提高速度2~3倍以上,而且可以全面认识公路工程地质环境的特征,提高工作质量,尤其在减少不良地质危害、优化选线设计质量等方面,具有巨大的经济效益和社会效益,具有很好的发展应用前景[2]。

3S集成不是GPS、RS、GIS的简单组合，而是一种利用现代测绘技术、遥感技术、定位技术、图像和图像处理技术与计算机技术于一体，向GIS和RS数字图像处理系统提供足够的数量、精度、可靠性、完备性的空间数据，通过空间分析、预测、决策，确保地理信息问题的优化、系统地解决[1]。3S集成是高度自动化、实时化、智能化的对地观测系统，并有自动、实时地采集、处理和更新数据的功能。

3S融合技术是公路勘察的先进手段。遥感、全球定位系统和地理信息系统技术为人类探测地球和分析环境提供了先进有效的手段。3S技术各有特长:遥感图像能够快速获取大面积信息,但有些地物属性又不可全面感知(如高程和经纬度);GPS可以迅速定位目标,但没有地理属性;GIS具有信息查询分析和管理能力,但数据的获取比较困难;因此它们的结合应用是当代信息科学发展的必然趋势。3S技术的结合有多种形式,主要根据工作需要而定。应用卫星和航空遥感图像与计算机信息处理技术的结合,可以快速编制各种比例尺(1∶200 000~1∶10 000甚至更大比例尺)的遥感图和解译工程地质图,指导选线勘察工作。其综合效益可以提高30%~200%以上,地质选线速度可以提高3~5倍以上。遥感、全球定位系统与地理信息系统的功能和数据资源,彼此可以相互结合,实现功能互补,资源共享。基于GPS的遥感探测,可以获得具有3维地理信息的遥感图像数据,并输出3维地形模型数据(DEM)和各种实用图件,大大简化了传统地形测量的过程,是地理制图技术的一个飞跃[3]。

应用GIS 3维地形模型叠加遥感图像的技术,可以生成真实的地形模型,是当前在计算机上进行公路环境分析、优化路线方案的现代化技术之一。对优化路线方案, 提高设计质量和速度有关键作用,是当前高等级公路勘察设计自动化的主要发展方向。另外,应用3S系统的信息采集、分析与制图功能,可以有效进行公路交通各个阶段的管理工作。例如,路区遥感图像的更新及专题图的输出,工程建设数据统计与图像图形显示,车流量与经济发展分析,车辆GIS与GPS动态安全管理等。从公路选线、工程地质勘察、工程设计到公路运行管理,3S技术的信息分析技术有其他手段不可替代的作用;遥感航测制图更有其速度快、质量高、节省人力物力的优势,而3维遥感航测数据是公路勘测设计自动化的基础。

2. 3S技术在公路工程应用中的特点

2.1集成化

传统的公路测量、设计表现为离散式、分离式的测、设、绘的过程,譬如野外测量就可以分为测角、量距、水准等三大要素,而利用3S技术的勘测设计则是集成测绘技术,表现为外业、内业用图一体化、集成化。

2.2实时化

经典的公路工程从规划、勘测、设计到施工、运营是建立在对路线外业观测数据的后处理基础上的,到获得3维坐标有一定的时间滞后。而3S技术可根据某些内容的要求实时、快速地确定3维坐标。

2.3动态化

3S技术依据其技术系统,将拟建公路的相关信息(地形、地质、气候、水文等)收集、分析、处理,在计算机上产生出数字地形、地质及构造的立体模型,直观地进行路线设计,动态演示公路的平面和立面位置。

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关键词：测绘技术；全球定位系统；地理信息系统；数字化测绘和地面测量技术；

测绘作为国家一项极为重要的包含基础性、前期性的工作，在国民经济与社会发展中发挥重要的作用。据报道，我国目前国民经济的发展速度保持快速为8%~9%左右，测绘技术在国民经济中的技术进步贡献率在60%~70%左右，作用明显。随着现代化技术、仪器的发明和使用，测绘技术的方法和手段也逐渐丰富多样并且准确性更高。现在测绘技术的核心是卫星导航式定位技术、遥感技术以及地理信息系统技术。随着社会的进步，测绘技术必将向着测绘数据采集和处理自动化、实时化、数字化以及测绘数据管理的科学化、规格化发展。本文就测绘技术的应用状况和发展前景进行详细的探讨。

一、测绘技术的种类和作用

测绘技术在国民经济发展过程中的促进作用积极，地位明显，并且随着技术的发展，其作用更加重要。本文以1995-1998年数据为样本，说明测绘技术产值国民生产总值的比重以及探头其发展趋势。下表1为测绘产值在国民生产总值的比重表：

表1 测绘产值在国民生产总值的比重

根据上表数据可以看出，测绘产值在国民生产总值中的比例呈逐年上升趋势，尽管是属于服务型辅助产业，但是其发展对国民经济的刺激还是有一定贡献，从而可以推断，随着新技术的使用，该比例势必在将来会逐步扩大。因此，测绘技术应用是重要的。

目前来讲，测绘技术大概可以分为：全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、以及数字化测绘和地面测量技术。

二、测绘技术的应用与展望

1、全球定位系统（GPS）：

全球定位系统（GPS）作为一种新的测绘测量手段，其广泛的应用为工程测绘提供了一个崭新的定位测量手段。所谓全球定位系统(GPS)，其全称是“卫星授时测距导航/全球定位系统”。 GPS的基本原理是使用卫星发射的无线电信号进行导航定位，为人们提供军事导航和定位服务，已经渗透到国计民生的多个领域。

GPS可为用户提供连续的动态目标的三维位置、三维速度以及时间信息，具有定位精度高、功能用途广、测量时间短、操作运行简便并且能够实施全天候全球覆盖定位的特点。

GPS系统是一个具备极高精度和使用方便的定位系统，其在测绘中已经发展成为一个多领域、多模式、多用途的技术。其主要应用包括：（1）在工程细部测绘和房屋地形测图中的应用。工程细部测绘是工程调查的重要组成部分，利用GPS技术可以在街坊界址点以及街坊内界址点间距误差缩小，确保测绘的准确，并且仅需要一个人背着仪器把一个区域内的地形地物点测定然后利用绘图软件绘制，极大的提高了工作效率，降低了人工成本；（2）用于确定和测量施工临时水准点。在工程测绘的水准测量中，采用传统测量技术由于未进行严密预算和考察而导致得出水准点距离较远，通过采用GPS进行水准点的测量和确定，更好的协调好外业观测的进程，提高工作效率，保证测绘结果的精确度。

GPS应用于工程测绘是一次伟大的技术突破，未来在工程测绘方面，将会建立区域性GPS网即城市或矿区GPS网，各种GPS工程网等，这类网是专为工程项目不测采用GPS静态相对定位技术、精密度高的网，用于地面沉降监测、大坝变形监测、高层建筑物监测，能够达到高精度、使用频繁的要求，为国民经济建设服务。

2、地理信息系统（GIS）技术

目前，数据采集以及数据处理逐渐的向自动化、数字化发展，测量工作者开始着手利用数据库技术和地理信息系统技术更好的管理长期积累的或搜集大量的测绘信息数据，更好的服务于国民经济建设以及国防建设。

地理信息系统（GIS）作为信息科学以及其延伸的信息产业的一部分，在现代信息社会里作用将是积极且不可取代的。GIS技术是集计算机科学与技术、空间科学信息科学与技术、测绘遥感科学与技术、环境科学与技术和管理科学与技术等融为一体的新型学科。目前，随着其发展，已经科学集成并应用于很多领域的基础平台和地学空间信息显示的必要的基本手段与工具。

由于采用了诸多领域的科学与技术的集成，该技术优势不仅在于它的集地理数据采集、存储、管理、分析、三维可视化显示与成果输出于一体的数据流程，它还能进行空间提示、预测预报和辅助决策等功能，可谓功能强大丰富。

在未来几十年内以至更久时间，地理信息系统（GIS）将向着数据标准化（Interoperable GIS）、数据多维化（3D&4D GIS）、系统集成化（Component GIS、系统智能化（Cyber GIS）、平台网络化（Web GIS）以及应用社会化（数字地球）的方向发展。

3、数字化测绘和地面测量技术

数字化测绘和地面测量技术主要是指地图数字化技术和数字化成像技术。地图数字化技术主要是指对原有地图进行数字化处理，对已有纸质地图假如其现势性、精度和比例尺能满足要求，就可以利用数字化仪将其输入电脑，经编辑、修补后生成相应的数字地图。目前可用于进行数字化转化的仪器主要有手扶跟踪数字化和扫描矢量化两大类仪器。数字化成像技术针对以前作业艰苦、作业程序复杂、内业数据处理和绘图工作繁琐等特点而出现的具有精度高、劳动强度小、更新方便、便于保存管理应用、易于等特点的新型技术。主要设备有全站仪、电子手薄等。

数字化测绘技术，它可以通过计算机的模拟，在屏幕上直接生动直观地反映地形、地貌特征以及地籍要素，更具通俗易懂性；同时在使用、维护和更新上具有方便快捷的特点，能够随时保持产品信息的现势性并且可以随时补充修改；还可以根据不同用户的需要对产品进行各种要素数据再加工，用途更为广泛。

数字化测绘技术在工程中具有广泛的应用。主要内容有：（1）原图的数字化。该方法适用于一个地区需要用到数字地形图而一时因其他因素控制没有完成的情况，能够充分利用现有地形图，配备计算机、数字化仪或者是扫描仪，再配以数字化软件就可以开展工作；（2）地面数字测图。如果没有合乎要求的大比例尺地图的地区，可直接采用地面数字测图的方法，得到的地图精度高，可以控制在5cm范围内；（3）应用于数字地球。该方法就是将经济和社会发展的各方面加载于一个统一的地理坐标框架中按数字形式存储与计算机中，做到不出门便知天下事。

三、结束语

总之，测绘技术已经成为了获取工程数据的重要手段，随着科技的不断发展，测绘技术日新月异，为我国经济建设和社会发展提供了有力的支持，提供了科学精密的手段。现代测绘技术势必在将来有更大的突破和更重要的作用！

参考文献：

[1] 洪立波. 我国工程测量技术发展现状与成就[Z].

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关键词：Web-GIS；北海老街；虚拟旅游

1 概述

随着旅游行业的高速发展和“互联网+”的兴起，虚拟旅游的研究已经逐渐成为热点。GIS （地理信息系统）是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，Web-GIS（网络地理信息系统）是Internet技术应用于GIS开发的产物。

北海老街（珠海路）是北海市历史文化名城的核心开发街区，对北海的旅游产业起着支撑作用。珠海路历史悠久，商业传统优良，是北海历史和风俗及市民生活的浓缩地带。旅游产业规模不断扩大，经济效益日益突出，然而一些问题也日益凸显，对外宣传力度不够，不能及时的旅游信息和进行旅游咨询活动，市场潜力未得到充分开发。应用Web-GIS等技术实时旅游信息、实现数据共享，使游客能够直接通过互联网实现数据访问，实现空间数据浏览、查询，对促进北海老街的旅游发展具有非常重要的意义。

2 Web-GIS概述

网络地理信息系统（Web Geographic Information System，Web-GIS），是指基于Internet平台，运用在Internet上的地理信息系统，包括Web-GIS浏览器、Web-GIS服务器、Web-GIS编辑器、Web-GIS信息四个部分，是地理信息技术和互联网技术结合的产物。Web-GIS与传统GIS相比具有如下优势：全球化服务应用、分布式动态系统，良好的可扩展性、良好的兼容性等。

Web-GIS主要具有如下几个功能：

（1）在全球范围内通过多种手段获取地理信息，把已存在的图形数据转化为 Web-GIS 的基础数据，提高数据共享和传输效率；

（2）不同地区的客户端利用浏览器的交互能力，实现图形及属性数据的查询检索；

（3）实时完成在服务器端为浏览器端提供模型参数的分析与计算，并即时将计算结果以图形或文字等方式返回至浏览器端；

（4）将Internet上空间分布的信息进行组织管理，为客户端提供基于空间分布的多种信息服务，提高资源利用。

计算机软硬件和网络技术的快速发展，地理空间信息科学的飞速发展以及人们对信息需求的不断增加，这些都给Web-GIS的开发和应用提供了非常广泛的空间：如与多媒体技术、虚拟现实技术的结合，基于移动端Web-GIS的研发，基于网格计算的Web-GIS系统模式等。Web-GIS将为电子商务、电子政务等多种信息化建设提供巨大的技术支持平台。

3 虚拟旅游系统的功能设计

依据北海老街旅游的基本情况，将系统功能分为三大模块：空间数据管理模块，系统查询模块，系统维护模块。

3.1 空间数据管理模块

该模块对空间数据库中的数据进行分析，需要具备动态管理功能，能够及时根据北海老街基础设施更新、景点内部扩建和改建动态更新数据库信息。（1）图形显示模块：完成图形的大小缩放、显示全图等基本图形处理功能。（2）空间分析模块：使用Web-GIS便捷的空间分析能力可以在地图上简单的实现半径查找，如通过Web-GIS分类查找老街景点情况，以及商店、饭店等功能性设施。（3）多媒体显示模块：借助多媒体，实现路线漫游跟踪和快速显示，并可以对各主要景点进行多媒体演示，通过图像、视频、音频等多媒体信息全面介绍老街的最新旅游风貌。（4）虚拟三维显示模块：虚拟现实（Virtual Reality）利用计算机生成模拟环境，给用户提供现场多感觉通道，根据不同的使用需求，探寻一种最佳的人机交互方式，使游客通过特殊交互设备身临其境，实现虚拟旅游，获得身临其境的感受。

3.2 系统查询模块

该模块为用户提供多种查询功能，按照查询对象类型的不同，分为以下几个部分：（1）景区地理信息查询：查询从北海主要地标（如：北海站、福成机场、南珠汽车站、银滩、北部湾广场等）到达景区的路线。（2）景区景点分布查询：用户可以根据需要查询各类景点的位置，如基督教堂，博物馆等。（3）功能性查询：查询餐饮娱乐信息，并完成餐饮住宿的在线预订。

3.3 系统维护模块

实现快捷方便的系统维护和数据升级，提供可靠的旅游信息供用户准确的下载，为游客和旅游管理人员提供有力的信息支持。

4 Web-GIS的构造模型

本系统采用当前主流的浏览器服务器（B/S）模式，该模型为三层结构体系：数据库服务器、Web-GIS应用服务器和客户端。数据库服务器和Web-GIS应用服务器被区分开来，客户端采用通用的Web浏览器。相对于传统的两层结构，客户端在该模式下可以使用通用的浏览器，支持多种操作系统，具有操作简单、使用和开发成本低等特点。另一方面，数据库服务器、Web-GIS应用服务器的分离，大大降低了服务器的负载。

用户通过Web浏览器向Web-GIS应用服务器发出请求， Web-GIS应用服务器接收到请求后从数据库服务器中读取数据， Web-GIS应用服务器根据用户请求，或直接在服务器端处理数据并将结果发送到客户端，或者将数据发送到客户端由客户端自行处理。浏览器服务器三层结构如图1所示：

5 结束语

北海作为国内著名的沿海旅游城市，拥有独特的自然和人文景观，由于北海市旅游信息的封闭性，阻碍了北海旅游业的发展。经过多次的实地调查和数据采集，我们开发设计了北海老街虚拟旅游信息系统，旨在探索一种全新的旅游模式。

本系统的特点主要体现在，使用Web-GIS技术，采用浏览器服务器三层结构实现浏览、查询、缩放、测量等功能，客户端采用通用web浏览器访问系统资源，操作性大大提高，同时降低了服务器的负载。

参考文献

[1]贺媛媛，张颖.Web GIS 的发展现状及前景[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2008.

[2]闫丽洁，秦奋，余明泉. 基于WebGIS的旅游信息系统的设[J]. 聊城大学学报（自然科学版），2006.

[3]黄国倩.北海老街（珠海路） 调查研究[J].老区建设，2012.

[4]李世佳，梁优.北海老街的保护与开发现状及其问题探讨[J].钦州学院学报，2014.

[5]舒永刚. WebGIS旅游信息搜索功能研究及应用[D].浙江工商大学，2012.

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[关键词]信息；网络服务；关键技术

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0378-01

随着经济的发展，地理信息网络技术也不断发展进步，三维地理信息网络服务技术近年来得到了广泛的应用，受到各个领域的认可。和二维地理信息系统相比，三维地理信息系统能够帮助人们更加准确、真实的认识我们的客观世界，并从根本上解决重复建设以及开发成本问题，缩短开发周期。

一、 三维地理信息网络服务的理论研究

从三维地理信息网络服务的表面上看，则是融合了计算机技术以及网络通信技术等，将全新的技术运用在地理信息领域中，而究其本质，则是将地理空间认知科学与现有的先进技术工具进行融合的全新演变历程下的产物。

1、地理空间认知方式的演进

所谓的认知指的是借助感知活动的开展，实现对外部信息的获取与转化，进行演变成心理特征并形成相应的知识结构体系，在此基础上，借助对这些知识的运用来指导实践活动。在地理空间认知方面的研究，目前可分为两类，即所谓的where与what，相关学科间所展现出的关系。而在地理空间认知的演进上，相应概念信息的传递可借助语言、文字以及图形等方式进行传递，同时也可以借助真实亦或是抽象的环境，通过对比分析来实现对地理空间的理解与相应地理现象的掌握。

2、认知抽象模型

针对现有的地理空间抽象模型进行分析.主要有如下三种：①OpenGIS。其为九层抽象模型，在实际开发OpenGIS的过程中，其核心目的在于能够实现对GIS间的充分共享，因此在搭建这一认知抽象模型的过程中，需要确保其具备高度的开放性，并能够得到行业的普遍认可。②ISO/TC211，基于这一认知抽象模型下，其展现出了层次化特点，在搭建的过程中，是在明确地理空间论域的基础上，实现概念模式的建立，基于人们认知特点与计算机解释处理之需下，实现这一模型的打造。在此过程中，则是从现实空间进行概念的筹划，以此来搭建出相应的模型。③GIS抽象层次模型。这一模型共分为三个层次，其目的在于将GIS的抽象过程进行简单且清晰的描述。概念模式也就是地理空间认知模型，基于计算机系统下，其则隶属于抽象的最高层次，而逻辑数据模型是地理数据的逻辑表示结构，隶属于中间层，是借助对概念的转化而得到的，对于用户而言，则能够借助GIS来实现对现实世界中地理空间的观看。

3、模型特征分析

在这一认知模型中，相应认知操作占据着主体地位，该认知抽象模型所呈现出的特征可从两方面进行阐述：①基于网络服务下。相应认知行为需要首先需遵循一般的认知特征，同时也具备着自身的独特性，具体而言为一致性、同步性、综合性、相互性以及灵活性，而在认知内容的交互共享上，具备了交互性、多元性以及协作性特征。同时，相应的认识活动中心逐渐偏移向用户。②三维地理信息特征。事实上，二三维地理信息网络服务的认知抽象模型与认知过程极为相似，但在认征为：认知模拟程度高、数据信息呈现出海量化与多元化的特点，同时可视化计算相对较为复杂。

二、 关键技术

1、系统架构

为推动GIS应用的互操作性，由OGC、ISO/TCZll两个组织制定了有关地理信息的标准规范使GIS开发人员按照这些规范实施的GIS应用都具有良好的互操作性。多年以来，OGC和150虽然都是为实现相同的目标，但却一直独立开展研究目前这种状况发生了变化，两家组织为制定共同的解决方案开始合作，两个组织在制定标准的过程中，极力倡导将大量的GIS应用服务划分成不同的功能模块，这些模块之间通过标准的接口进行交互。这就要求必须具有一个非常灵活的GIS应用体系结构，以便适应不同的功能实现环境。根据OGC和150的建议，GIS应用的体系结构中至少应该包括各类规范。这个规范实现通用GIS应用体系结构的开始，最为重要的一点是，这些规范的制定始终将GIS应用的互操作性作为指导原则。这为全面建立通用GIS应用体系结构奠定了很好的基础。

2、Webserivce在系统建设中的应用

Web Sevrice是一种可以接收从Internet或者Intranet上的其他系统中传递过来的请求，轻量级的独立的通讯技术〕是：通过SOAP在web上提供的软件服务，使用WSDI文件进行说明，并通过UDDI进行注册。WebSerivce的主要目标是跨平台的可互操作性。为了实现这一目标，完全基于XM（L可扩展标记语言）、XSD（XMLSCheran）等独立于平台、独立于软件供应商的标准，是创建可互操作的、分布式应用程序的新平台。因此使用它有许多优点，在系统建设中，为弥补三维平台空间分析功能薄弱的缺点，该系统在服务器端构建了基于AcrGIS的二维GIS服务，提供周边查询，空间数据编辑，数据人库等功能，这些服务对于用户是透明的，计算的结果在三维平台上进行展示。前面提到的WFS服务也一种web seivrce。其在允许重用代码的同时，可以重用代码背后的数据。使用Web Sevrice，只需要直接调用远端的Web Sevrice就可以实现所需的功能要求，为用户提供一个统一的、友好的界面。

三、 结束语

三维地理信息网络服务技术以地理信息数据为支撑，实现三维可视化技术，应用网络三维组件，构建真三维地理信息公共平台，为实现对三维地理信息网络服务的搭建与运用提供了理论参考基础。

参考文献：

[1] 黄海峰，夏斌，赵宝林，赵冠伟.一种通用GIS应用体系结构的分析与应用[J].地球信息科学，2010（6）.

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关键词：GIS；发展过程；测绘

Abstract: The geographic information system is a spatial information science integrating multiple technology, which relies on geography, surveying, statistics such basic disciplines, and depends on the progress and achievement in computer hardware and software technology, space technology, remote sensing technique and artificial intelligence and expert system technology. In addition, the geographic information system is a information industry based on the purpose of application that involves all walks of life. Geographic information system processes and manages a variety of geographical spatial entity data and their relations, including space location data, graphics data, remote sensing image data and property data, which is used to analyze and process the various phenomena and process distributed in a geographical area to solve complex issues of planning, decision-making and management.

Key words: GIS; development process; surveying and mapping

中图分类号：[TS951.8+4]文献标识码：A文章编号：

一、GIS的概念

地理信息系统（Geographical Information System，GIS）是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统与其它信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理代码，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少由空间位置几何参考信息和非位置属性信息两个组成部分。

通过上述的分析和定义可提出GIS的如下基本概念：

1．GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，它又由若干个相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等，这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。

2．GIS的操作对象是，地理实体数据，即空间数据和属性数据。地理实体数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现对其定位、定性和定量的描述、即空间特征数据和属性特征数据统称为地理数据。这是GIS区别于其它类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。

3．GIS的技术优势在于它的数据集成、地理空间分析评价能力、快速搜索定位及可视化表达方法，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。

4．GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为GIS中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数；电子速测仪、GPS全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用，可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品，为GIS提供丰富和更为实时的信息源，并促使GIS向更高层次发展。地理学是GIS的基础理论依托。

有的学者断言，“地理信息系统和信息地理学是地理科学第的主要工具和手段。如果说GIS的兴起和发展是地理科学信息革命的一把钥匙，那么，信息地理学的兴起和发展将是打开地理科学信息革命的一扇大门，必将为地理科学的发展和提高开辟一个崭新的天地”。GIS被誉为地学的第三代语言——用数字形式来描述空间实体。

二、GIS的发展过程

地理信息系统最早应用在资源环境管理中。目前它已经广泛用于资源环境，如森林、矿产、水利及农牧业等的管理；自然资源，如林业、地质矿藏、水资源等的调查；自然灾害，如水旱在害、虫害、震灾等的监测、预报、评估；环境保护，如水土流失、荒漠化治理等方面。

1．国外地理信息系统的发展历史

国际上地理信息系统的发展始于20世纪60年代，地理信息系统起源于北美。世界第一个运行性地理信息系统是在1963年加拿大土地调查局为了处理大量的土地调查资料，由测量学家R.F.Tominson提出并建立的。同一时期美国哈佛大学的计算机图形与空间分析实验室，建立了SYMAP系统软件，竭力发展空间分析模型和制图软件。但由于当时计算机技术水平不高，存贮量小，磁带存取速度较慢，使得GIS带有更多的机助制图色彩，地学分析功能极简单。20世纪70年代以后，由于计算机软硬件迅速发展，特别是大容量存贮功能磁盘的使用，为地理空间数据的录入、存贮、检索、输出提供了强有力的手段，使GIS朝实用方向迅速发展。美国、加拿大、英国、西德、瑞典、日本等发达国家先后建立了许多不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统。

2．中国地理信息系统的发展历史

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关键词　地球信息科学；全球环境变化；系统研究方法

 

1 引言

全球环境变化是当今环境研究的热点，也是地球信息科学的应用问题之一。土地利用变化通过与气候、生态系统过程、生物地球化学循环、生物多样性和人类活动的相互作用来影响全球变化，它是全球环境变化的主要驱动力之一，也是全球变化研究的中心内容。在全球尺度，土地覆盖变化是土地利用变化长期积累的结果。因为这些变化影响气候、土壤、植被、水资源和生物多样性等人类赖以生存的主要自然资源，所以它们在陆地生态系统中与可持续发展问题密切相关。

为了分析土地利用变化过程、景观空间异质性动态、人类对土地覆盖变化的反应，我们至少需要以下两个方面的数据：①过去各个历史时期的景观综合图和其它土地覆盖的间接证据；②反映近期土地变化的遥感数据。

为了整理来源于遥感和景观综合图等的有关信息，并在一个公用的空间框架中为地理、文化、政治、环境和统计数据提供输入、储存、处理、分析和显示能力，我们需要地理信息系统。

为了预测地球系统的变化趋势，数学模型是必不可少的。土地利用变化的数学模型包括基于变化格局外推的诊断模型和基于土地利用变化过程的动态集成模型。现有的数学模型综合了景观变量和变化的近因，可以进行短中期预测。

全球变化的长期预测需要分析土地覆盖变化在不同地理和历史背景下的主要人文驱动因素，分析气候变化和全球生物地球化学因素对土地利用和土地覆盖的影响。这些分析需要综合土地利用动态的案例研究，通过运用地学信息图谱对这些大量典型案例研究的对比分析，在区域尺度得出土地利用变化的一般结论。为了使这些研究从区域尺度上升到全球尺度，我们必须进一步分析空间异质性、技术创新、政策变化和城乡动态等问题[1]。

在全球环境变化方面我国已有很多研究成果[2～4]，同时也已产生了许多研究方法。例如，叶笃正等提出了全球变化的预研究方法[5]；张新时等改进了 holdridge 模型，并据此研究了气候变化对中国森林植被的可能影响[6]；李克让等开发了气候—森林响应动力学模型[7]。本文主要从地球信息科学的角度，讨论我们对全球环境变化系统研究方法的一些认识。

2 数据获取

第一手数据对全球环境变化研究是非常重要的，如果第一手数据有问题，那么下面的所有分析和预测都将是建立在沙滩上的空中楼阁[8]。早在 1960 年代初，作者之一（陈述彭）利用海南岛航空像片对包括坡度、土地利用、植被、土壤、坡向、地貌和地质多要素解译及地面实况进行了三级比例尺验证。在航空像片综合利用与农业综合制图的实验中，主张以地理的综合方法作为解决热带航空像片分析与农业制图的基本途径，即：按照地面控制考察与航空像片分析相结合的原则，从研究区域自然综合体的自然历史过程着手，摸清各种自然要素之间相互依存、相互制约的关系，综合利用航空像片，相互阐明，彼此印证。根据像片判读和量测的可能性，试制了大北部试点地区的 6 种基本自然条件与土地资源图：微地貌结构图、坡度组合图、植被图、土地利用图、土壤土质图和农用地形图[9]。

1978～1980 年间，中国科学院组织全国 80 多个单位，在云南腾冲地区首次进行了大规模的综合航空遥感试验。这次遥感试验分为 33 个专题进行，包括地质、农林、水资源、测绘制图等各个专业的解释制图工作，以及各种遥感仪器检验和波谱测试工作。在土地管理方面，根据地物波谱特性和遥感图像的亮度系数，对土壤进行聚类。通过彩色红外片的色散分析，鉴别主要森林树种，利用遥感图像解译立地因子，回归估算森林材积量和评价宜林地。利用彩色红外像片，从图像上直接解译 20 多种土地利用类型和土壤特性，确定植被覆盖率、森林和各类植被的覆盖面积，划分植被类型，确定森林植被的郁闭度、分层和高度等数量指标，分析生态环境条件并分出优势树种。在这次试验过程中，通过地面实况观察和航空像片解译，编制了试验区的自然景观图；结合应用土壤、植被、水分等参数，通过航测地形图的数据量测，建立了腾冲地区数字地形模型[10]。

1981 年，在渡口—二滩开展的第二步试验中，以航空遥感资料为基础，从土地覆盖和环境污染着手，试验多源的数据采集与空间配准的方法，探索了信息专题化和数字化的技术途径[11]。其试验内容包括：①彩色红外正射影像地图的编制；②土地覆盖图的编码；③社会经济统计数据的

自

1970 年代末以来，遥感技术在我国得到了较广泛的应用，例如：大地构造学理论与板块学说的验证，水、气动力学现象与自然历史轨迹的分析和生态系统的监测与环境科学的应用[12]，陕北黄土高原地区遥感应用研究[13]，资源环境动态遥感与模型分析试验研究[14]，三北防护林遥感综合调查研究[15]，城市遥感[16]和中国资源环境遥感宏观调查与动态研究[17]。

遥感图像和数据是现代地理信息的重要来源之一[18]。遥感图像是一种综合性的地理信息源（包括各种地理要素），同时，又是一种空间信息，为地理现象的空间分布提供了定位、定量的数据。遥感数据比地图更进一步强化了地理综合体的形象和概念，它提供了具有全息性质的交织在一起的可见景观实体影像。人地关系错综复杂，难解难分，通过其中相互依存、相互制约的关系，人们可能由此及彼、由表及里，超越直接的形象，借助于间接的标志，从中获取极其丰富的二次信息。因此，遥感是一种运用物理手段、数学方法和地学规律相结合的数据获取技术。在 20 世纪和 21 世纪之交的今天，遥感技术不再是孤立的系统，已达到了与全球定位系统、地理信息系统和网络技术紧密结合的水平，可以为全球环境变化研究提供多维和动态的网络数据。

3 地理信息系统

地理信息系统的发展可划分为 4 个相互重叠的阶段[19]：1950 年代到 1970 年代中期是地理信息系统的开拓阶段，1970 年代中期到 1980 年代初期是政府资助研究和正式试验阶段，1980 年代初期到 1980 年代后期是地理信息系统的产业化阶段，自 1980 年代后期以来地理信息系统进入工作台站网络化和多媒体阶段。我国自 1960 年代初期跻身于地理信息系统的探索、试验和发展以来，在研究方面基本上保持着与国际同步发展的水平[20]。

从历史发展来说，地理信息系统脱胎于地图[21]。地图和地理信息系统都是地理学的信息载体。其所以称为地理信息系统，是因为它的特定性质属于空间型，以区别于其它统计型的信息系统。它的主要特点是，每个数据项都按地理坐标来编码，即首先是定位，然后是各种定性、定量属性。以这些定位数据库为基础而发展起来，具备愈来愈完善的分析功能的信息系统，则统称为地理信息系统[22]。它的基本构成包括三部分，①地理基础：按经纬度、地形图格网或行政区划、流域等来建立格网的或多边形的地理坐标；②标准化和数字化：将统计数据、地图或影像加以规格化和数字化，以适应计算机输入和输出，以便于人文与自然要素之间的对比与相关分析；③多维结构：实现三维的空间信息结构并按时间序列延续，从而具备信息存储、更新和转换的能力[23]。地理信息系统是具有多层次数据结构、多功能综合分析能力的空间型信息系统，可把全球或地球的大量自然因子和人文要素的属性，按照地理位置建成关系数据库，再加上遥感卫星的周期性大范围扫描数据以及结合经济统计的实时传输，使数据保持在经常的更新状态之中。因此，我们可以根据地理系统建立空间分析模型，对全球环境变化进行动态模拟和预测[24]。

4 数学模型

建立新一代空间动态模型是全球变化研究面临的主要挑战[1]，而总结和评价现存的有关模型是新一代模型必不可少的基础。为此，我们自 1998 年 7 月开始进行数学模型文档库建设。由于资源环境数学模型的复杂性，有关模拟系统质量的隐含和明确假设对模型用户常常并不是不言自明的，所以，标准化数学模型文档库中的每一个模型包含有 6 个层次的信息，它们所包含信息的详细程度逐渐提高。即：①注册信息层：包括有关模型的整体信息，例如摘要、作者联系地址和参考文献等；②科技信息层：包含层次 1 中的所有信息以及模型的详细科技信息，例如，模型的数学方程、参数变量、隐含假设和资源环境背景等；③数学信息层：包含层次 2 中的所有信息及模型的数学基础；④过程信息层：包含层次 3 中的所有信息及模型的构建过程或论证过程；⑤程序信息层：包含层次 4 中的所有信息及模型的原程序；⑥案例信息层：包含层次 5 中的所有信息及模型的应用案例。

通过比较分析文档库中的模型，对现存建模方法的局限性和尚待创建的数学模型有了一个全面的认识，并因此派生了具有创新意义的模型。例如，以综合生物多样性模型[25]为核心的景观空间异质性动态模型体系，以生态系统稳定性模型[26]、连通性模型和基于植被指数的土地生产力模型为核心的土地利用变化过程模型体系，以数据挖掘模型[27]为核心的气候变化模型体系和以土地管理虚拟系统[28]为核心的人类对土地覆盖变化的反应模型等。

5 地学信息图谱

发展和完善一种方法来反演 (backcasting) 土地利用

和土地覆盖变化的过去和预测 (forec asting)其未来，是全球变化研究的具体目标之一[1]。地学信息图谱正是迎合这一研究目标的有效可选方法之一。

地学信息图谱是在继承中国传统研究成果的基础上，运用卫星遥感、全球定位系统、地理信息系统和信息网络等当代先进技术和现代科学理论发展起来的，它是一种图谱生成过程智能化的系统理论。地学信息图谱吸收了景观综合图简洁和数学模型抽象的特点，它的发展经历了景观制图实验[29]、图谱概念的提出[30]、图谱方法的

应用[31、32]和地学信息图谱理论[33]的形成 4 个阶段。地学信息图谱由征兆图、诊断图和实施图组成。征兆图是信息提取模型对有关数据的运行结果，可为我们进一步研究提供线索和依据[28]；诊断图可表达为各种基础图的不同组合，可反映资源环境动态的变化与发展趋势[34]；实施图以诊断图为依据，通过改变各种边界条件，分析推理不同控制条件下的决策方案，可为进行规划实验提供依据和预案[35]。

图谱是一种源远流长的中国传统方式，主要运用图型语言进行时间与空间的综合表达与分析；地学信息图谱则是应用地学分析的系列多维图解来描述现状，并通过建立时空模型来重建过去和虚拟未来[33]。也就是说，地学信息图谱不仅应用于数据采集和数据开发利用，而且服务于科学预测与决策方案的虚拟。地学信息图谱具有以下 4 个重要功能：①借助图谱可以反演和模拟时空变化，即可反演过去、预测未来；②可利用图的形象表达能力，对复杂现象进行简洁的表达；③多维的空间信息可展示在二维地图上，从而大大减小了模型模拟的复杂性；④在数学模型的建立过程中，图谱有助于模型构建者对空间信息及其过程的理解[35]。

6 讨论

事实上，许多科学家已经认识到了全球环境变化系统研究方法的重要性。例如，一些专家认为[36]，为了解决全球环境变化亟待解决的问题，必须重视以下几个最重要的方面：①优化卫星观测系统和地面监测网；②建立有效的地理信息系统，集成源于野外工作、航空照片、卫星影像和地图的有关数据；③构建和发展地球物理与生物过程模型、优化气候模型中的生物圈参数，以分析卫星观测的时间序列数据；④发展基于卫星观测数据、地理信息系统和分析模型的全球变化预测理论。有的专家

提出[37]，重建过去的生态景观过程、模拟当前的景观动态、分析其驱动因素、发展典型案例研究支撑的地理信息系统是最有前途的全球环境变化研究方法，数字影像处理、地理信息系统和数学模型的集成为我们更准确全面地监测和预测环境变化提供了新的可能性。

因为我们目前还没有精确、详细的全球尺度空间数据，所以空间抽样研究是全球变化研究的一个重要手段[1]。例如，根据土地覆盖变化的生态和社会经济敏感性以及我们现有的数据基础，我们可以首先对全球变化有重要意义的以下 4 个热点地区进行深入研究。

（1）黄河三角洲：它位于渤海湾和莱州湾的湾口，地处 37°20′～38°10′n、118°7′～119°10′e，属温带半湿润季风气候区。地下蕴藏着丰富的油气资源和其它沉积矿床，已建成我国第二个最大的石油工业基地。地面农业资源多种多样，拥有丰富的水沙资源、土地资源、草场资源和广阔的滩涂，生产潜力很大。但由于对黄河三角洲地区特殊的自然环境缺乏全面的认识，以及旱、涝、盐碱等不利因素的影响，生态平衡一度遭到破坏。为了为黄河三角洲的可持续发展建立遥感监测系统和资源与环境信息系统，1985 年 10 月国土资源卫星协调小组将黄河三角洲列为试验区之一[38]，到目前为止，已形成了较完整的时空动态遥感数据系列。

（2）珠江三角洲：珠江三角洲位于广东省中南部，濒临南海，是我国南亚热带最大的冲积平原。自 1978 年以来，成为我国层次最高、发展最快的改革开放先行地区[39]。未来的珠江三角洲将是一个经济快速发展、城乡融为一体的经济区和城市密集区[40]。为了保证珠江三角洲的可持续发展，我国即将启动珠江三角洲地区的 1∶1 万基础地理数据库建设，并运用 1m 分辨率以上的各种卫星数据，建立包括 1m 分辨率的资源、环境、社会和经济方面的多分辨率数据库。

（3）黄土高原：黄土高原水土流失非常严重，它不仅破坏了当地的生态环境，而且给黄河下游的海防带来了很大的威胁。为了全面了解土壤侵蚀状况和水土保持工作的进展情况，为综合治理和合理开发提供科学依据，1985 年我国起动了“黄土高原遥感系列制图”课题。根据调查结果将黄土高原分为剧烈侵蚀区、强烈侵蚀区、高强度侵蚀区、强度侵蚀区、中度侵蚀区和轻度侵蚀区、建立了黄土高原 1∶100000 资源与环境遥感调查数据库[41]。

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[关键词]地理信息 GIS 发展 应用

[中图分类号] P228.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-278-1

0引言

GIS的发展一方面使得计算机知识得到了推广和应用，另一方面也提高了我国信息技术。对基于计算机技术的GIS 技术的发展趋势进行探讨，能够有效指导GIS 研究工作的开展。

1地理信息系统概述

1.1地理信息系统的基本概念

地理信息系统（GIS肠eogarphiealIL-oflrmationSystem）是一种决策支持系统，具有信息系统的各种特点，一方面，它是一门介于地球科学与信息科学之间的交叉类学科，另一方面它是在计算机硬件和软件系统的支持下对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、模拟、分析、显示和描述的技术系统。综合而言它是为区域和工程规划、设计、管理决策服务的信息加工与管理技术的学科池是一种综合性强、适用性广的工具。

1.2地理信息系统的构成

地理信息系统（GSI）是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。

1.3地理信息系统（GSI）的特征

地理信息系统具有以下三个方面的特征：1.具备采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力具有很强的空间性和动态性；2.以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息；3.由计算机系统支持进行空间地理数据管理。并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法作用于空间数据，产生有用的信息并完成人类依靠传统方法难以完成的任务。

2地理信息系统的基本功能

地理信息系统（GIS）的基本功能体现在6个方面：1.数据的采集与编辑，用于获取数据，保证GIS数据库中的数据在内容与空间上的完整性。2.数据转换与处理，保证数据在入库时内容上的完整性，逻辑上的一致性。3.数据的存储和管理功能地理信息数据库管理系统是数据存储和管理的高新技术，包括数据库定义、数据库的建立与维护、数据库操作、通讯功能等。4.制图功能根据GIS的数据结构及绘图仪的类型，用户可获得矢量化的地图或栅格地图。可以为用户输出全要素地图，也可以根据用户需要分层输出各层的地图。5.空间查询与空间分析功能包括拓扑空间查询、缓冲区分析、数字高程模型的建立、地形分析等等。6.二次开发和编程功能用户可以在自己的编程环境中调用GIS的命令和函数，或者GIS系统将某些功能做成专门的控件供用户开发使用。

3 GIS的发展

3.1 GIS软硬件技术

随着计算机技术的发展，让GIS能够将更为复杂、更为大量的计算任务完成，使其所处理的空间分析和图形更加复杂等等优势。此外，努力改善开发平台能力能够决定GIS技术的发展，并能将软件的可移植性增强和其所应用的领域扩大化，在相关技术的辅助下，将GIS系统的集成度和用户友好度提高。美国的ARC/INFO、MAPINFO，澳大利亚GENAMAP和加拿大的TITAN/GIS、PCI是目前较好的GIS开发平台；而国内中国地质大学的MAP/GIS和北大遥感所的CITYSTAR软件也比较好。这些都是较为强大的二次开发功能；但在各个领域的开发利用的重点不一样，在数据结构、集成化和智能化都有所不同。

3.2 MGIS―多媒体GIS

多媒体技术能够将声、像、图、文和通讯等集合到一体，通过最为直观的方式和感知信息，以及形象可感的、甚至能够声控对话的人机界面对信息处理进行操纵。GIS的系统结构、系统功能及应用模式的设计深受多媒体技术的影响，多媒体技术能够让呈现更为丰富、灵活、友好的表现形式。多媒体地理信息系统（MGIS）实现了文字、图形（图像）、色彩、声音、色彩、动画等技术的融合，使得GIS应用的市场和领域更为广阔。它一方面能够将生动直观、高效快捷的信息服务提供给社会经济、文化教育、旅游、商业和决策管理等领域，另一方面能够让电脑技术真正渗入到人们生活当中。多媒体技术在GIS领域的应用以及具有良好集成能力的MGIS的出现，都是技术发展的必然结果。

3.3 WebGIS技术

基于Web的GIS系统综合利用了信息处理、计算机图形学、数据库、Internet、地理信息系统（GIS）、软件工程等先进技术，借助现代网络通信设备，使各类数据能够很方便的到网络上。达到了由用户自定义数据检索方式、自定义图形层结构、在网络上直接处理数据，显示各类图形等目标。

4 GIS技术的应用

4.1 GIS在地理学中的应用

一般来说，地理学任何一门分支学科在具体的研究过程中，都必须收集前人的成果资料，并进行调研和分析测试，上述数据则是GIS信息管理分析的重要数据源之一，它和专题地图提供的数据以及各种遥感数据构成了GIS的三大数据源。在地理学的研究工作中，不管研究对象、研究目的有何差异，三种类型的基本数据是利用GIS进行管理与分析的必要条件；然后针对具体问题采用各分支学科的研究方法，解决所要研究的问题；最后可以应用GIS进行专题地图的编辑处理，或者应用GIS数据库资料及相应的数据模型对研究对象的现状或发展趋势进行分析与预测。

4.2 GIS在环境科学领域的应用

随着“数字地球”的概念的提出“，数字环保”的概念随之形成“。数字环保”是在EMIS、DE、DE、GPS等技术的基础上所衍生的大型系统工程。当前，引进地理信息系统（GIS）技术已经成为当前环境管理信息系统建设的一个热点，GIS使EMIS的功能更加强大，可实现环境制图、专题分析、统计分析表现、空间等值分析、模拟结果表现、信息查询等功能。不仅把环境信息进行科学直观化，将管理者置身于自然和社会环境中，而且使管理工作变得直观、生动和全面。GIS除了在环境管理方向有重要的应用之外，在环境规划、环境监测与评价以及环境影响评价等方面都有重要的应用。

5结束语

在当今这个信息化的社会中，唯有有效地利用自身资源，掌握更全面、更准确的信息，更快地作出科学的决策，才能在激烈的竞争中站稳脚跟，并同时给企业带来更高的回报。GIS技术在我国取得了广泛的应用，我们只有正确了解GIS技术发展动向，利用GIS最新技术开发产品，推广应用，发展产业，才能立足于世界信息技术发展的潮流中。

参考文献

[1]吴云丰，陈学辉.地理信息系统的应用及发展动态探析[J].硅谷，2014，15：8+5.