地理信息科学导论范文

导语：如何才能写好一篇地理信息科学导论，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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一、精心编写导学案的重要性

高考复习参考资料是传递教学信息的重要载体。教师应该把握高考的大方向，引导学生在有限的时间内进行复习，最终达到高考要求，这就需要教师有选择地将最新、最有效的复习信息传递给学生，而不是随心所欲或按部就班将别人的东西不分学情地传递给学生。学生只有通过教师搭建的平台才能构建基础知识网络，了解高考的具体要求，毕竟学生的学习精力有限，没有时间和能力亲自去研究高考动向等深层次问题。好的复习资料最基本的要求是体现该省份高考考试说明中的具体要求，并在一定程度上适合不同的学情。

随着我国出版事业的发展，高考教辅层出不穷，我认为这些资料在课堂教学时仅仅可以作为师生复习的参考书籍，如果把它们当成复习的全部载体，那就大错特错了。因为有些书籍根本就没有依据具体省份高考考试说明去编写，为了增强其市场占有力，却故意标上“某省专用”或“配套某版本”，但里面的具体内容很少能够体现该省份高考的核心，甚至对该省高考地理的考试形式和要求一窍不通。选用这样的资料，只能是低效徒劳的复习，久而久之还会影响学生的复习情绪。

导学案作为高效课堂的重要抓手，得到了教师们的一致认可，并在实践中取得了良好的效果。它不仅体现了教师的教，还关注了学生的学，有利于师生之间信息和智慧的传递，因此在高考地理一轮复习中坚持使用精心编写的导学案能够提高复习效果，正确对接高考。

二、高考地理一轮复习导学案编写的原则

1.精确瞄准高考原则

在内容编排上，一轮复习导学案要以考试说明为依据，按具体考点分课时编写并最终涵盖考试说明中所有考点。高考对考试说明规定的各级目标有具体的要求，尽管高考不能覆盖所有的三级目标，但在复习时还是要求考点全清，所以高考一轮复习导学案要求覆盖所有考点，确保学生形成完整的考点知识体系。

在能力训练上，导学案的设计要瞄准高考能力要求，适时进行达标训练。高考不仅考查学科基本知识，同时更多的是要考查学生的综合能力，以此体现其选拔功能。所以，导学案要注重对学生能力的培养，可以通过专门的框体对本课时涉及的能力进行训练，也可以通过近年本省和相关省份的高考试题、本省各大市模拟试题对学生进行训练，提高学生的综合能力。

2.生本原则

导学案设计的目的是对接高考，但最终要通过学生的使用才能达到目的，所以导学案设计要以学生为本，关注学生的情感、智力等具体学情。

高考复习，不同于新课学习，所以在基础知识梳理时更多的是需要调动学生自主学习、合作学习，建构自己的知识体系，从学生已有知识为出发点向外扩展至新复习内容或拓展内容，切忌面面俱到。疑难问题、能力训练等内容的设计要注意调动学生的学习积极性，分层次推进，由易入难，让学生在情感愉悦的同时提高地理综合能力，掌握解题思路和技巧。

3.动态反馈原则

“人无完人”，导学案的编写虽然凝聚备课组全体教师的智慧，但在学生课前自主复习和课堂教学使用后师生仍然能够发现一些新的问题，要通过适时调整使导学案无论从内容还是能力培养方面都能更好地符合教学要求，成为建立在动态反馈基础上师生智慧的结晶，成为复习的重要参考资料。

三、高考地理一轮复习导学案的主要结构

1.明确考点

将考试说明中涉及的本课时考点，明确告诉学生，使学生知道考试说明的具体要求，确保高考复习方向的正确性，少走弯路，提高课堂复习效率，为构建高效课堂奠定基础。

2.基础知识梳理

综合各版本教材的主干知识，对较容易记忆的内容通过考点填空的形式进行梳理，在梳理时注意知识的条理性，引导学生形成完整的知识体系。对大气受热过程、热力环流、洋流等地理原理和地理规律这些较难的问题设计“动手构建”、“拓展延伸”等环节，引导学生从地理原理本身出发，动手、动脑去理解地理原理，掌握地理规律，培养地理思维能力，提高综合素养。

3.核心知识解读――重点难点突破

对重点、难点知识和高考考查的高频考点，通过文字分析、图表解读等形式理清考点核心知识，同时安排“对点检测”等环节，突破重难点，攻克核心知识。

4.技能训练

高考地理不仅涉及地理基本知识的考查，更侧重于对地理基本技能的考查，每年的地理高考试题都充分体现了这一点。所以在一轮复习时，不仅要引导学生认真复习，形成完整知识网络，还要有计划地将各种技能训练贯穿在各个考点之中。

5.感悟经典――高考真题体验

高考试题是最有效的复习材料，也是高考复习的风向标，所以引导学生研究高考试题能让学生对所学知识加以应用，掌握解题思路和技巧，更能使学生亲身感受高考试题考查的角度、试题难易程度，提前感知高考，树立必胜信念。

6.考点达标检测

精选对应考点的经典试题，搜集最新模拟试题，整合后选择合适数量的题目，及时引导学生进行达标训练，检测所学知识点，掌握解题思路和技巧。试题要有梯度，满足不同层次学生的学习需求，形式要贴近高考，内容要契合考点，同时关注最新的时事热点，发掘新闻事件中的地理问题，及时引导学生进行分析应用。

7.考点知识网络自主构建

通过自主复习、合作学习、课堂师生探究、达标检测等环节以后，学生对本考点内容有了更深刻的理解。在每一考点复习结束后，引导学生自己通过绘制本考点思维导图或知识框图的形式，将分散的考点知识联系起来，形成完整的考点知识体系，绘制时注意本考点与其他考点的前后联系。

8.自我反思、我的疑问

学生将课前自主复习及课堂学习中发现的问题、自己的疑问记录下来，有助于教师发现学生学习中存在的实际问题，调整课堂教学师生活动环节分配，有利于提高复习的针对性，提高课堂复习效率。

四、高考地理一轮复习导学案编写的步骤

首先，认真研读考试说明、课程标准、本省高中地理教学要求，分解考点，确定本课时复习内容。

其次，搜集与本考点有关的本省及相关省份的最新高考试题、本省各大市最新模拟试题，研究高考命题趋势，确保导学案编写能精确瞄准高考，符合本省高考要求。

再次，翻阅相关复习资料，上网搜集本考点对应的试题、导学案、教案等，筛选有用信息存档留用，确保导学案能集百家之长。

第四，备课组教师集体分析讨论各版本教材对这一内容的处理，找出核心知识，整合教材，理清共同的知识点。从学生已学过这一角度出发，设计如何进行基础知识梳理、突破重难点知识、培养学生哪些地理技能等。

第五，根据所搜集的材料和组内意见着手编写导学案。初稿完成后，备课组集体对相关问题进行讨论，修改，形成定稿。将导学案印刷，在一课时最后十分钟下发给学生，指导学生自主学习。学生完成导学案，并将自己存在的问题记录在导学案上，交老师进行批改。教师根据学生存在的问题进行反思，修改导学案相关内容或调整课堂教学思路。

课堂教学完成后，教师继续根据自己的反思和实际教学中发现的问题对导学案作进一步修改。

五、结束语

构建高效课堂，精心编写导学案是实现这一目标的基础。笔者在高考地理一轮复习中坚持使用导学案，时刻瞄准高考、关注学情，将凝聚教师集体智慧的导学案作为学生学习目标的载体和精彩的课堂预设传递给学生，便于学生自主梳理基础知识，构建高中地理考点知识体系。学生经过课前自主复习，将信息反馈给教师，教师及时调整教学策略，使课堂教学时师生活动能集中围绕核心问题展开，提高了课堂复习效率，为构建高考地理一轮复习高效课堂作出了有益的探索。

参考文献

［1］张海晨，李炳亭.高效课堂导学案设计［M］.济南：山东文艺出版社，2010.

［2］李炳亭.高效课堂22条［M］.济南：山东文艺出版社，2009.

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关键词：遥感图像处理 课程体系 模块化 教学实践

中图分类号：G421 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0185-02

遥感作为一种高效的探测、获取、分析和处理空间信息的先进技术手段，已广泛应用于各个领域。高等院校是我国遥感专业人才培养的主战场，它提供了一个综合性高、专业性强的平台[1]。在该平台上，可以针对社会的应用需求，塑造学生不同的个体特征，培养出适于不同岗位的研究型、应用型人才。因而，构建旨在培养学生综合素养，并突出其个体特征的课程体系具有举足轻重的作用。特色鲜明的体系可以在提升学生的综合素养的同时，也能够突出学生个体，因而可以更好地满足我国遥感专业人才培养的需求。

现阶段我国为遥感专业人才培养设置的本科专业主要有摄影测量与遥感、遥感科学与技术、地理信息科学等，在这些专业的培养方案中，《遥感导论》和《遥感图像处理》在多数高等院校中都有开设，并为专业核心课程之一，有的高等院校还开设了《数字图像处理》。《遥感导论》和《数字图像处理》两门课程可以视为《遥感图像处理》的前期基础课，因而在课程学期安排上应该提前。

《遥感图像处理》以地理学、测绘学、数理统计、计算机技术等为背景，在学习了遥感技术、图像处理技术的原理和理论基础上，着重介绍遥感信息处理的原理、过程与方法，并掌握遥感图像处理技术的发展动态与实际应用。由于《遥感图像处理》是多学科的交叉，与很多专业都有很密切的联系，而且发展速度较快，在遥感图像处理的教学中，一方面要求不同对象的学生掌握、理解或了解图像处理技术的基本原理；另一方面，还要求不同对象的学生理解或了解遥感图像的成像机理、处理技术和流程等。同时，图像处理技术和遥感技术具有技术更新快的特点，因而还需要学生掌握现阶段的状态以及最新发展情况。除了教学内容和教学方法外，实验教学也是《遥感图像处理》课程的重要的环节，传统的课程教学大都偏重于理论，一些已有的实验也主要是针对特定图像处理的一些应用，缺乏图像处理技术应用与遥感图像特征无缝结合和系统组织。

总的来说，目前的《遥感图像处理》课程体系主要存在以下几个方面的问题[2]：（1）传统的课程体系多注重经典理论，轻实验和实践[3]。除了应该重视理论教学外，有效地利用实践教学环节，有利于学生理解和掌握该课程内容，取得事半功倍的教学效果；（2）传统课程体系脱胎于数字图像处理，和遥感处理关键技术之间存在断裂面，遥感处理知识体系不够完善。

本文以我国高等师范院校开设的遥感科学与技术、地理信息科学专业为例，针对《遥感图像处理》课程的教学目标，提出了适合高等师范院校本专业领域学生的课程体系的构建方案，并就其实践教学的效果和课程体系特色进行介绍。

1 课程体系的建立

内容的模块化设计是目前课程体系建设的主要方案，在很多高等院校的专业教学中得到了较好地应用[4]。为适于高等师范院校开设的遥感科学与技术、地理信息科学专业教学需求，通过近10年左右的实践教学，我们将《遥感图像处理》的课程体系结构分为7个模块，如图1所示。

（1）图像基础模块：这一部分主要介绍遥感数字图像的基础知识，主要包括遥感数字图像、遥感数字图像的计算机存储、遥感数字图像的计算机视图与表达等内容，让学生了解遥感数字图像的基本概念和特点，并从计算机存储和显示的角度，定性了解数字遥感图像，引导学生建立遥感图像处理研究和实践的兴趣。

（2）定量遥感处理模块：遥感定量化是当前技术发展的重要方向之一，其分析和处理过程涉及到物理、大气等学科；本科生由于前期所开课程较少，感觉定量遥感处理的难度较大，因而我们主张在本科阶段掌握定量遥感的基础理论和图像处理，深层次处理设置在后续的研究生课程开设。

该模块的主要内容涵盖辐射定标、大气校正、热红外地面温度反演等，以Landsat TM图像为例，了解遥感图像的辐射校正和定量反演的技术方法：辐射定标结合Landsat TM的0级、1级产品，介绍遥感图像数字值（digital number，DN）转换为光谱辐射亮度的方法；大气校正主要讲述基于辐射传输方程的校正方法，结合6S和MOTRAN辐射传输软件包，完成遥感图像的大气校正；热红外图像地表温度反演以Landsat TM6为例，介绍单波段热红外图像的地表温度反演方法和技术流程。

（3）几何遥感处理模块：该模块针对遥感成像的纯中心投影、多中心投影、侧视雷达等不同构像方式，解释它们的几何纠正方法和技术流程；对于多项式纠正方法重点介绍，强度多项式的构建、地面控制点的选择、最小二乘法拟合等相关内容。

（4）数字图像增强模块：数字图像增强模块按照彩色增强、辐射增强、空间域增强、频率域增强、多光谱增强等顺序进行讲解。在这一部分，我们遵循系统深入的原则，基于遥感数字图像处理的实例，帮助学生系统复结并领会各种理论方法之间的逻辑顺序与本质。由于图像处理具有理论性和可视化强的特点，在这个部分教学中，我们希望加强学生对前置基础课程（如《遥感导论》和《数字图像处理》）所学基本理论和方法的深入理解，使其充分认识遥感机理理论知识在遥感图像增强应用中的指导意义，并体会理论本身的魅力。

（5）遥感图像融合模块：该模块从遥感图像融合的目的出发，介绍图像融合的主要方法和技术流程、图像融合结果的性能评估等；联系数字图像增强模块的多光谱增强子模块，以HIS变换、主成份分析、傅里叶变换和小波变换等为基础，阐述遥感图像融合的主要技术方法，并对其方法的缺点进行分析，提出改进的遥感图像融合方案。

（6）遥感图像分类模块：该模块主要包括计算机分类的基本原理、非监督分类、监督分类、计算机分类的新方法、分类结果后处理、精度评估等内容。在这一部分教学中，我们充分发挥图像处理应用性强的特点，选择最小距离法、ISODATA、最大似然分类法等，重点讲述其基础理论和技术方法，激发学生学习兴趣。

（7）变化检测模块：该模块是对前面所学模块的综合运用，向学生展示《遥感图像处理》立体而丰富的专业内容。在介绍遥感图像变化检测意义和技术流程的基础上，重点论述变化检测的分类后比较法和直接比较法；将变化向量分析法（CVA）作为典型算法进行讲述，通过土地覆被变化检测的应用实例，综合遥感图像辐射校正、几何纠正等知识，重点论述变化强度和变化方向的确定方法，并利用图像处理实践提升学生的研究性思维，初步培养学生的创新能力。

2 课程教学实践及其特色

2.1 加强实践教学环节，注重动手能力的培养

本课程主要教学目的是使学生了解和掌握遥感信息处理的基本知识、方法、基本技能和发展动态，初步掌握应用遥感信息处理技术分析和解决实际问题的能力。因而，实践教学能力培养是我们课程建设的核心部分。我们在每个模块中设置了多个实践环节，多角度、多目标的提升学生动手操作能力。

通过理论学习、实践处理等环节，增强学生对本课程的理解，并在此基础上使学生进一步掌握遥感图像成像的基本原理、基本理论和这些理论在遥感图像处理中的应用。近10年的教学实践证明，该课程的实践教学环节较好地调动了学生专业学习的积极性，取得了较好的学习效果。

2.2 内容延伸模块化，形成分层次课程体系

我们依据课程教学内容，构建了授课内容的基本框架，按照教学内容分块设置，根据学生学习阶段、课时安排、专业特色延伸等可以灵活变化，因而给授课内容带来了较大的机动性。

在每个教学模块中首先确定知识体系和拓展专题内容，将这些拓展专题分为偏应用型和偏理论型。每个专题中设置基本内容和扩展内容，形成模块化分层次的课程体系。

例如：在数字图像增强模块中，目前的大多数教材中存在直方图均衡化的内容，然而随着图像处理技术的发展和应用的拓展，人们发现在绝大多数遥感图像增强处理中不适合直方图均衡化处理，因此这部分内容可以不讲或让学生自学。图像增强部分的内容非常多，使学生清楚掌握第一节内容介绍的关键词，课程的延伸内容就会更易理解。根据学科特色和学习层次，可以有意识地引入偏应用专题或偏理论专题，更好地满足不同目标、不同层次的学生的需求。

通过遥感图像处理课程教学内容的分块划分，形成了层次化、模块化课程体系，在确保授课内容体系完整情况下，使内容选择更具条理和可操作性，便于培养不同目标导向的学生，更适于我国高等师范院校相关专业的教学设计。

2.3 多目标人才及其创新能力培养

社会对人才可以从不同的角度加以分类，从生产或工作活动的目的来分析，现代社会的人才可分为学术型（理论型）、技术型、工程型和技能型等。多目标人才就是多功能人才，其特点是多才多艺，能够在很多领域大显身手。当今社会的重大特征是学科交叉，知识融合，技术集成。因而，《遥感图像处理》多目标人才培养是培养学生在各个方面都有一定能力，同时在某一个具体的方面要能出类拔萃。

在高等师范院校地理学背景创办遥感科学与技术、地理信息科学等本科专业的情况下，不同层次、不同培养目标导向，可以让学生针对自己的发展方向选择应用型还是研究型，因而该课程体系更加具有灵活度。我们课程体系中设置的定量遥感模块，可以满足学生在应用型《遥感图像处理》课程中学习到研究型知识，丰富和完善学生的有关遥感处理的知识结构，提升学生的创新能力。实践教学证明，我们的本科生经过该模块的学习，也能够独立完成研究方案构思和具体研究路线设计，并在老师的指导下撰写科学论文。

3 结语

卫星遥感、图像处理技术的迅猛发展，其应用领域愈来愈广泛，该领域受到很多学生的垂青，激发了他们的学习热情。目前很多高等院校都开设了《遥感图像处理》这门课程。如何根据各个高等院校的学科特色、学生特点构建适合自己的课程教学体系、安排好授课内容、提高教学方法和教学手段的有效性是很多高等院校主讲教师最关注的，同时对于提高学生学习兴趣、加强实践应用能力以及培养信息技术时代的创新型人才具有重要意义。

笔者结合多年《遥感图像处理》课程的教学经验，设计了一个课程内容模块化、专题内容可延伸、分层次的课程体系，它采用专题框架，在保证授课体系完整性的前提下，授课教师可以依据人才培养目标、专业特色、学时要求引入模块化延伸内容，有机地将课程教学内容联合在一起，形成多层次、多目标的授课内容。实践证明，该课程体系设置达到了我们高等师范院校相关专业的课程教学预期效果，可以为我国其他高等师范院校的相关专业的《遥感图像处理》课程教学提供参考。

参考文献

[1] 邓磊，赵文吉，胡德勇.遥感课程实践教学模式探索与教改实践[J].科技创新导报，2012（7）：136-137.

[2] 赵珊，刘静.数字图像处理课程实践教学的改革与设计[J].中国科技信息，2009（23）：226-227.

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关键词：地理信息系统；旅游资源评价；旅游规划

旅游资源的评价和规划是旅游产业兴衰与否的关键因素，而有效运用GIS技术将有助于大大提高旅游评价与规划的科学性。

一.地理信息系统概况

地理信息系统（GIS）是根据空间地理数据库为处理基点，对整个或部分地球表层空间实体数据进行采集、输入、整理、编辑、转化、校正、模拟，运用多维空间系统模型处理分析多种空间目标的动态数字信息，进而为地学研究和规划决策提供计算机软硬件技术系统支持[1，2]。

GIS的构成主要由搭载处理程序的平台如计算器、输入输出存储装置和网络设备等实体物理硬件系统；融合了空间数据采集处理的模型或管理分析方法的各种程序如操作可视化系统工具、数据库管理系统工具等软件系统；描述地学实体数据的属性特性和空间特性的多维空间数据系统；操作GIS的技术管理人员；可以对地理学领域的具象和演变过程进行规律性研究的数字应用分析方法与模型，共五大部分构成。

GIS具有四项主要功能即数据输入和编辑、数据存储和管理、空间查询和分析、制图和可视化表达。数据输入及编辑表现为数据采集、摄影测量、遥感影像判读、图形变换编辑等；数据存储和管理即地理信息数据库的定义、建立以及维护；空间查询和分析即空间数据定位查询、属性数据检索、时空关系查询、拓扑叠合分析、缓冲区分析和数字地形分析模型；制图和可视化表达包括各类地图、影像图、专题地图等其他形式数字图件。

二.旅游资源的GIS评价和规划应用

（一）旅游资源评价的GIS应用

关于旅游资源的评价，即包括对一定旅游要素和分类体系的特性评价，同时包含对相关资源规划开发的外在环境要素的评价[3]。GIS可以实现数据的快速获取，并对目标数字、图件及影像等数字信息，形象精确的编辑、处理和表达。将GIS技术应用于旅游区域资源的收集和整理中，配合现场实体验证，可以快速提高旅游资源的调查精度和收集效率[4]，获得更准确的资源要素价值。目前，应用GIS的旅游资源评估方式主要体现为：

依照旅游区域环境目标的特征需求，建立资源数据库评价体系，也就是说把旅游区域地理空间和特征数据即地理特征、道路、土地使用状况等和校正过的遥感影像图互相重合对照，同时匹配地域环境要素、生态状况等因子，分层次开展资源信息的系统处理和评级。其次，依据GIS及遥感影像图件具有的独特光波谱特性，建立对应的具体解译分析指标，通过目测解译的基本分析方式判读影像图显示的相关旅游资源。

（二）旅游规划的GIS应用

旅游资源规划与决策开发的准确程度，凭借GIS的定量数据分析模型可以得到很大的提高。譬如Williams等（1996）依据GIS全面调查评估了加拿大第三大省——不列颠哥伦比亚省（卑诗省）的旅游资源性状[5]。辜寄蓉、范晓（2001）通过GIS软件开发了关于四川九寨沟景区的旅游地质灾害预警、岩溶水道空间解析和水文资源预测模型，通过运用这些模型对景区旅游分布数据进行采集、分析和推演，对九寨沟区域旅游规划开发和生态要素保护提供了科学的决策参考依据[6]。

1.旅游资源调查中的GIS应用

常规旅游资源要素调查包括了自然环境空间要素信息，例如旅游景区地形、地质、生物、气候、水体等属性和人文环境要素数据，如区域历史沿革、交通、经济因子状况、社会文化环境及客源等基本信息。依托GIS技术进行旅游资源调查的本质，正是将采集的繁杂旅游数据进行编辑和分析，获取有效直观的优选信息，多元化形式演示旅游数据（航拍、专题旅游地图、多维影象、音频等），实现旅游编码信息在内容与空间上的优化完整性，创建完整统一的时空和专题特性的地理学空间资源数据库。

2. 旅游决策分析中的GIS应用

伴随地理信息技术的深入发展，GIS已经可以为旅游开发和规划提供充实的基础数据库支持，通过使用GIS的网络拓扑叠置分析功能，将旅游区域资源要素的基本属性数据即环境表层空间因子（地貌、生物、大气、水体、道路等）和区域旅游评估数据图层叠置进行筛选判定最优可行性开发区域，并规划出景区观览路线和基础公共设施的最优分配格局，旅游景区的环境有效承载力范围和旅游保护区域可以借助GIS空间缓冲区模拟分析技术加以确定。最终建立数字高程分析模型（DEM）简化和形象演示旅游区域空间资源实体和旅游行为关系的可视化程度，有利于模拟验证并直观展示景区内各要素和区域整体的旅游规划最优视觉体验观感度[7]。旅游区域规划内在信息认知及与相关行政决策部门之间的信息良性互动程度，也得益于GIS空间分析技术的辅助，准确程度得到了很大的提升。目前主要的运用途径表现为：

（1）旅游区开发适宜度分析

旅游地域最优性规划即筛选对景区自然属性、人文特征及经济因素等重要因子有影响力的要素，建立GIS层次分析模型，叠置旅游区空间专题数据矢量图层，进行图形数据处理。同时建立旅游区域突况因子、损失评价因子和旅游灾害应急框架结构体系，并匹配旅游区域灾情发生前后时空变异信息数值，集成分析灾害的破坏阈值和损耗，有助于提高旅游区域灾情类别识别和防护准确度。

（2）客源地属性分析

建立GIS空间模拟分析模型可以精确获取旅游目的地客源受众结构、客源分布格局和最大效益客源影响因子在地理时空大尺度下的机理特性和数据参数，结合旅游客源出行影响要素的外部内在特征，有利于获取范围更精确地客源地分布区，并匹配旅游者特征数据，分析得出客源地市场的属性和基本状况。

（3）旅游地域的时空特征分析

旅游地域的时空特征分析体现在对旅游最优承载力景观格局的布置，首先需要对水域环境进行层次处理，在以景区开发不干扰区域生态现状和环境承载力的基础上，通过数据建模功能扩大水体规划区域。其次依据空间分析技术规划出最佳范围的植被布设范围，并量化地形要素属性建模，绘制区域地形特征、地表坡度数字图形，优选规划区域地表和旅游要素的空间影响关系。最后通过叠置水体、植被和地形空间专题矢量图层，获取最需保护的的旅游承载力景观区域[8，9]，完成最优承载力景观格局，更直观展示并预见规划的效果。

参考文献：

[1]陈述彭.地理信息系统导论[M].北京：科学出版社，1999：23-31.

[2]彭望录.遥感数据的计算机处理与地理信息系统[M].北京：北京师范大学出版社，1991.

[3]楚义芳.旅游地开发评价研究[J].地理学报，1991，（4）：396-403.

[4]谷上礼.遥感在旅游资源调查中的应用[J].国土资源遥感，1993（3）：6-10.

[5]HARRISONH LC， HUSBANDS W. Practicing responsible tourism： international case studies in tourism planning， policy & development[C]. New York： J. Wiley & Sons， 1996：404-421.

[6]辜寄蓉，范晓.九寨沟旅游景观资源保护和规划中GIS的应用[J].地球信息科学，2002，4（2）：100-103.

[7]付晶“.3S”技术在旅游规划中的应用研究——以广东省南昆山七仙湖生态旅游区为例[D].上海师范大学，2006.

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我国未来的产业优化与升级、农业发展、高技术产业发展、国际贸易、城市化、人口健康、资源综合利用、社会可持续发展、能源结构优化、环境改善和国家安全等都需要地理科学做出积极贡献。地理科学专业旨在培养适应国家与地方经济、社会发展需要，具备地理科学的基本理论与方法，掌握遥感、地理信息系统和信息科学与技术等基本理论与技能，了解本学科前沿并受到科学研究的基本训练，能在有关部门从事教育教学、科学研究、开发和管理工作的高级专业人才，或继续攻读硕士、博士学位的人才。西华师范大学地理科学专业自1986年创建以来，长期、高度重视人才培养质量与专业内涵建设，已于2000年被评为四川省惟一的地理科学专业省级本科人才培养基地，2008年被评为省级特色专业，2010年被评为国家级特色专业。

一、专业办学条件

该专业现有专任教师28人。其中，教授8人、副教授14人、高级实验师1人、讲师5人；博士后3人，博士和在读博士共占专任教师总数的52%。专任教师主要来自北京大学、南京大学、同济大学、中山大学、四川大学和中科院的北京地理所、成都山地所、新疆地理所等，具有良好的人脉资源与学缘结构。专任教师中享受国务院特殊津贴专家1人，四川省学术和技术带头人后备人选1人。教授与副教授每年至少为本科生讲授一门专业基础课或主干课。近年来，专任教师先后主持或承担973计划、863计划、国家自然科学基金、教育部、四川省科技厅、教育厅和国土资源厅以及地方政府委托的科研项目230余项，出版学术专著8部，发表高质量学术论文358篇，科研成果获省部级奖励5项，科研考核连续5年获全校理科第一名。同时，专任教师还主持或承担四川省高等教育教学改革工程人才培养质量和教学改革项目9项，教学成果获省部级奖励8项。建设有四川省级重点课程1门（人文地理学），省级精品课程4门（环境保护、人文地理学、旅游学、水文学），校级精品课程3门（自然地理学、地球概论、区域分析与规划），精品课程数量位居全校前列。

该专业课程教学与科学研究所需的图书资料和仪器设备等较为充足。学校图书馆藏书230余万册，有地理类藏书近10万册，有中国期刊网、重庆维普、超星数字图书馆以及ebscohost、eco psp、ccc、isi proceeding等多种中外文电子期刊数据库。学院资料室的面积约200m2，有100余种国内外专业学术期刊和近万册藏书，每年新增图书、杂志1 000余册。专业实验室面积约5 400m2，有基础实验室28个、开放实验室23个，仪器设备总价值600余万元，万元以上大型仪器28台；有arcgis、erdas、mapgis、geostar和cass等国内外专业软件实验平台。其中，地理信息系统实验室为中央与地方共建基础实验室，丘陵地区国土资源统筹利用工程实验室为四川省教育厅高校重点实验室，资源与环境信息系统实验教学中心为四川省地理科学专业惟一的省级实验教学示范中心。

该专业的专业实习和教育实习基地不断完善。1996年，经四川省国土局同意、省教育厅批准，由四川省国土勘测规划研究院和川东北地区58个市、县国土资源局联合成立“四川师范学院国土管理学院董事会”。董事会不仅为专业建设提供资金与智力支持，同时为学生的实习和见习等提供条件，这也是四川省地理科学专业校地合作办学的成功案例。此外，还有南充市污水处理厂、青居曲流国家地质公园、凌云山国家森林公园和嘉陵江中游阶地等近郊实习基地；乐山—峨眉山地区的部门地理野外实习基地，成都—西安—延安地区的区域地理野外实习基地；以南充市5所中学为核心，辐射四川盆地的广安、绵阳、广元、巴中、达州、德阳、乐山、眉山、内江、南充、遂宁和雅安等12个地市的70余所中学地理教育实习基地。

二、主要优势特色

教师教育是师范院校固有的优势和特色。作为四川省属重点师范大学，西华师范大学是四川省教育师资培养的重要基地，历来把师范专业特色建设作为提升办学实力的根基。地理科学是研究人类赖以生存的地球表层自然、人文各要素相互作用及其时空变化规律的科学，是自然科学和社会科学的交叉学科，具有区域性、综合性、实践性和应用性等特征。学科特征要求地理科学专业教育必须重视“厚基础”、“强实践”。

1.负重自强、铸魂励教，矢志不渝为基础教育服务

要想成为一名优秀的地理教师，必须具备厚实的专业基础知识和扎实的教育教学功底，必须能够结合实际、灵活自如地将专业知识应用到教学一线。课程与课堂教学是专业知识传授和人才培养的重要途径。西华师范大学地理科学专业最新的人才培养方案于2008年修订、实施。为了增强学生的专业基础知识，新方案将各部门自然地理学单独设课，并开设天文学概论、旅游地理学、文化地理学、城市地理学、灾害地理学、数字地球导论、综合自然地理学、区域经济学、环境地理学、环境影响评价、水土保持学、土地资源调查、土地利用规划、资源与环境经济学、土地法学、房地产估价、可持续发展导论等与中学地理教育和资源、环境与发展问题紧密联系的选修课程。为了夯实学生的教育教学功底，新方案除开设教育学、心理学、普通话、书法和地理学科教学论外，还增设乡土地理教学与研究、地理素描与三板艺术、地理活动与地理教学、中学地理微格教学、中学地理新课程改革、地理教学技能训练等地理教师教育课程，还组织

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编写《地理科学专业学生必读》供学生查阅拓展阅读书目、地理学人风采、专业期刊网站、报考研究生及地理教师职业发展等相关信息。

为了引导学生养成良好的学习风气，除了落实新生入学教育、教学督导制、学生信息员制、期中教学检查和严格考试纪律等常规管理外，还组织大一、大二学生固定时间、固定教室上自习。大一学生参加手工绘图技能比赛，大二学生参加自然地理野外调研报告比赛，大三学生参加课堂教学技能比赛，所有学生选择性参加数字测图技能比赛、gis软件操作与二次开发技能比赛、遥感专题应用技能比赛、城市规划软件操作技能比赛、autocad软件操作技能比赛、土地资源开发利用与设计比赛等，通过各种比赛提高学生的综合素质和专业核心竞争力。为了促进学生将专业知识应用到教学一线，除了选派中青年教师到中学挂职锻炼、评聘基础教育兼职教师外，还定期邀请基础教育一线名师如四川省教科所张白峡教研员、南充高中何从春高级教师、南部中学赵海特级教师、德阳二中饶萍教师（第五届全国优秀中学地理教育工作者）等给学生讲授示范课，还定期将学生带到南充市5所中学去参加教研活动、听公开课、评阅试卷等，还选派优秀本科生去顶岗实习或参加中学地理教师置换培训项目等，通过“请进来、走出去”真刀真枪地磨炼学生的教育教学能力。

2.校地合作、科研强化，千方百计培养学生实践创新能力

要想成为一名优秀的地理学人，必须具备丰硕的实践经验、敏锐的学术思维和强烈的创新欲望。实验实践教学是培养学生理论联系实际，学会发现问题、分析问题和解决问题，拓展知识面、提升综合素质和激发创新意识的重要途径，也是地理科学专业教育必须高度重视的关键环节。西华师范大学地理科学专业已建立起由基础到综合、由验证到设计、由设计到创新，“基础验证实验—综合设计实验—创新探究实验”逐步推进，“实验—实训—实习”互为补充，“课内—课外、校内—校外、教学—科研”互相结合，理论教学和实验教学融为一体、课程教学与科学研究融为一体、专业教育与择业教育融为一体的新型实验实践教学体系（如图1所示）。必修课非独立设课实验实践均有严谨的教学大纲及配套讲义，非独立设课实验实践占总学时9.9%；一些技术性或应用性较强的课程，如计算机地图制图、测量与地图学、地理信息系统和遥感等，特别重视综合性、设计性和探究性实验，占其实验实践学时85.0%；近郊乡土地理实习、乐山—峨眉山部门地理实习、成都—西安—延安区域地理实习、地理教研论文写作等，独立设课实验实践占总学时20.3%。

作为地处非中心城市的地方性师范大学，西华师范大学建校65年来历经两次分合、七易校名，学校建设发展深受无区位优势、队伍不稳和投入有限等问题的困扰与制约，但西华师大人一直秉承团结一致、毫不气馁、孜孜以求、积极作为的优良传统。地理科学专业教师承蒙社会厚爱及董事会成员单位支持，已在嘉陵江中游、川东北地区、川中丘陵区、四川盆周山区的土地利用与保护、城市与区域经济、自然灾害与风险管理、数字地貌与环境信息等领域主持或承担200余项服务地方经济、社会发展的应用型科研项目。教师以身作则，将专业知识应用到生产实践，激发学生更加热爱所学专业。利用教师项目较多优势，鼓励学生参与地图数字化与专题制图、空间数据库建设与维护、遥感图像解译、地理信息系统开发、区域综合调查、大比例尺数字化测图等工作，通过科研工作磨炼学生的实践能力、激活学生的学术思维、点燃学生的创新热情、增强学生的社会适应能力等。学生结合科研工作申请大学生创新科研项目、发表科研论文和撰写毕业论文等成效显著，广泛涉猎土地利用评价、旅游资源开发、地质遗迹保护、生态环境评价、区位优势分析、教育教学改革等领域。

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关键词：水利信息化，遥感技术，全球定位系统，地理信息系统

 

0 背景

3S技术是遥感技术(Remote sensing，简称RS)、地理信息系统(Geographic InformationSystem，简称GIS)和全球定位系统(Global PositioningSystem，简称GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术，是现代社会持续发展、资源合理规划利用、城乡规划与管理、自然灾害动态监测与防治等的重要技术手段，是地学研究走向定量化的科学方法之一，也是水利信息数字化的关键技术之一。

水利建设及管理是一个信息密集型行业，一方面，水利部门要向社会提供大量的水利信息，如汛情旱情信息、水质和水量信息、水资源信息和水利工程信息等；另一方面，水利部门也离不开相关行业的信息支持，如气象信息、地理环境信息、社会经济信息等。当今世界信息技术的飞速发展对水利信息的采集、传输、处理、共享方式等都提出了更高的要求，传统的信息采集技术在时间、空间、采集频度和精度方面与水利建设各项工作的整体需求已不相适应，质和量两方面也都难以满足水利信息化的要求，因此，水利建设及管理噩需借助3S技术提升水利建设及管理的效率及效益。

1 GPS技术及其应用

1.1 GPS简介

GPS（Global Positioning System，全球定位系统）是美国从20 世纪70 年代开始研制，历时20年，耗资200 亿美元于1994年全面建成的具有海、陆、空全方位实施三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。目前，由于GPS 定位技术的不断改进和软、硬件的不断完善，传统上以测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术正逐步被一次性确定三维坐标的高效率、高精度、低费用、易操作的GPS 技术所代替。同时随着GPS 接收机的改进，广域差分技术、载波相位差分技术的发展和美国SA(Selective Availability)技术的解除，GPS技术在水利工程建设、导航、运载工具实时监控、城市规划、工程测量等领域都有了更为广泛的应用。目前水利、铁路、公路、桥梁及隧道等大型工程控制网的实施均采用了GPS 技术，时至今日，GPS定位技术已经基本上淘汰了用常规测角、测距手段建立大地控制网的方法，其良好的精度、可观的经济效益已为水利建设领域所公认。

1.2 GPS的应用

GPS技术在水利建设中的应用范围很广，如GPS可应用于航测外业控制测量、航摄飞行导航、机载GPS航测等航测成图的各个阶段，同时通过加密测试控制点，可应用GPS实时动态定位技术(简称RTK)测绘各种比例尺地形图并用于水利工程的施工放样。而与GPS导航和RTK技术相比，水利工程建设中应用最多的是GPS静态定位技术，GPS静态定位技术广泛应用在精密水利工程测控网布设、城市、矿区和油田地面沉降监测、水库大坝变形监测、同层建筑变形监测、隧道贯通测量等方面，可实现各种水利工程设施的实时监测和控制。随着我国A、B 级GPS 控制网的建立，水利部门基于这些GPS控制网提供的高精度平面和高程三维基准进行水利工程建设，将大大提高水利水电工程设计和施工质量。

2 GIS技术及其应用

2.1 GIS简介

GIS(GeographicalInformation System，地理信息系统)是集计算机科学、空间科学、信息科学、测绘遥感科学、环境科学和管理科学等学科为一体的新兴边缘学科。从20 世纪60 年代至今只有短短的四十多年的时间，但已经成为多学科集成并应用于各领域的基础平台，成为地学空间信息分析的基本手段与工具。GIS其技术优势不光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，还在于它的空间分析、预测预报和辅助决策功能。目前，GIS不仅发展成为一门较为成熟的技术科学，而且已经成为一门新兴的产业，在测绘、地质矿产、农林水利、气象海洋、环境监测、城市规划、土地管理、区域开发与国防建设等领域发挥越来越重要的作用，基于GIS、数据库、内外一体化测图、扫描矢量化及全数字摄影测量等技术为专业信息系统提供及时、准确、标准化、数字化的基础空间信息以建立各类专业信息系统，从而实现管理的科学化、标准化、信息化。论文格式。

2.2 GIS的应用

GIS是水利信息存储、管理、分析的有力工具，由于水利信息量大繁杂，既有实时数据又有历史数据同时还包含环境数据、经济数据、矢量数据、栅格数据等等。存储、管理这么庞杂的数据唯有地理信息系统能够胜任，同时借助GIS还可进行水利信息的可视化查询与网上。如在防洪救灾的过程中，可利用GIS进行防洪评估、洪涝灾害风险分析及城市防洪管理等等。而在水资源的管理方面，可利用GIS进行水资源信息的空间与属性双向查询、历史数据管理和实时数据的动态加载、水资源信息的时空统计、多种方式的可视化表达及各类信息的空间分布和动态变化过程模拟、区域水资源的空间分析、主要用水户的分布、区域水资源管理模式区划等等，所有这些应用都为合理利用及管理水资源提供了方便的途径。当然，GIS在水利建设的其他方面也有着广泛的作用，如GIS在水环境及水土保持方面的应用及水利工程建设及管理方面的应用等等。

3 RS技术及其应用

3.1 RS简介

RS(RemoteSensing，遥感)技术由于其具有大面积的同步观测、时效性、数据的综合性和可比性及经济性等优势，因而得到了快速的普及及应用，多光谱航空摄影和高分辨率的遥感卫星将成为对地观测获取基础地理信息的重要手段。目前，各种中小比例尺地形图都可以利用遥感影像来获取，为应用于工程测量领域的城市基本地形图、地籍图以及各种大、中、小比例地形图的快速更新提供了十分便利的方法和手段。一些大中城市已经利用航空遥感进行城市的综合调查，并编制地质、水文、植被、交通、污染、土地利用等专题地图，获取了大量社会与自然环境资料，为城市规划建设及国土资源开发利用提供了宝贵的信息资料。随着遥感数据源向着高光谱分辨率和更高空间分辨率发展，加之遥感相关处理技术的日益成熟，结合GIS 和GPS，必将使RS 技术在工程等领域应用进一步普及和深化。

3.2 RS的应用

随着高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率卫星数据的日益丰富及普及，RS对水利建设及管理的影响和作用越来越大，目前RS在水利建设及管理方面的应用主要分为以下几个方面：洪涝灾害遥感监测、水资源监测、水环境监测、旱情监测、水土流失调查、河口、河道、湖泊和水库泥沙淤积调查。

3.2.1洪涝灾害遥感监测

遥感技术能够实时地对大江、大河和湖水水位进行监测，可实时监测洪水灾害面积。RS和GIS集成能及早预报洪水淹没范围和干旱灾情范围，为防灾、抗灾提供准确信息。目前，我国各地、各部门已建成洪涝灾情预报系统（如黄河下游洪水预警信息系统），它们将在防灾、抗灾、救灾中发挥重大作用。

3.2.2水资源监测

水资源遥感监测方面，在地表水体提取上，20世纪80年代用近红外遥感图像比较多，而在近10年来则更多地利用SAR图像，提取河流、水库、湖泊等地表水体。遥感结合地理信息系统技术还可以寻找地下水，通过遥感图像可查明与地貌、岩溶地貌、第四纪地质和新构造有密切联系的水文地质条件，结合物探结果，可较准确地评价地下水资源。重视遥感资料的地质和水文地质分析是我国用遥感调查裂隙水准确率较高的原因。此外，主动微波遥感对地面有一定的穿透能力，可以发现地下古河网的踪迹，寻找地下潜水层。另外，遥感对雪盖范围、雪的状态以及雪盖融雪程度的监测十分有效。近年来，用SAR对雪盖厚度的测定有了新进展，从而对雪盖水当量的估算更加精确。论文格式。对1998年长江大洪水的成功预测与1997年冬和1998年春用遥感手段对青藏高原积雪的监测有密不可分的关系。融雪是我国西部地区水资源的重要组成部分，目前遥感是冰川、融雪水资源调查最为有效的手段。

3.2.3 水环境监测

利用航空红外扫描图像可以确定热电厂排水口外的水体升温及其空间分布，利用SAR图像或红外扫描仪确定海面油污染的范围和油膜的厚度，利用TM图像确定水生物（藻类）、赤潮的范围等等，都是在水环境监测领域应用遥感技术的例子。在水质遥感监测方面，近几年来，对构成水的质量的一些要素进行定量监测的研究有了一定的进步，这些要素包括浑浊度、总悬移质泥沙含量、PH值、总含氮量等等。

3.2.4河口、河道、湖泊和水库泥沙淤积调查

遥感技术的优势之一是能够监测动态变化。几十年前的遥感影像可以真实、具体、形象地反映当时的下垫面情况。因此在河道、河口等的动态监测中遥感是首选工具，河道与河口的泥沙淤积以及引起的相应河势变化对防洪、航运等都至关重要。遥感在悬移质泥沙分布和河势监测中的应用也有技术优势。我国利用卫星遥感信息监测河道变化、预测河道发展趋势，并应用到水利规划、航道开发以及防灾减灾等方面，产生了十分可观的经济效益和显著的社会效益。尤其是近年来，开展了大量的河口、河道、湖泊和水库泥沙淤积遥感调查工作。

3.2.5 水土流失调查

近年来，随着现代遥感技术的发展及其在水土保持领域的应用，定量或定性与定量结合的侵蚀评价在区域监测中得以实现，而地理信息系统技术又为较大范围的空间分析提供了快速、准确的技术手段，人们可以利用矢量和栅格两种类型的空间数据分析侵蚀因子的属性、数量值及其空间分布，进而评价侵蚀的类型、程度以及不同类型、不同程度侵蚀的分布规律。这就在技术、方法乃至理论上深化了区域土壤侵蚀监测的研究。论文格式。

4 结束语

当前在水利应用方面，3S（GPS、GIS、RS）技术的应用在国内外还处于起步阶段，但是已经取得了一定的进展。目前，“3S集成技术”已经在“全国江河洪水调度模拟系统”、“广西防灾减灾预警预报系统”、“广西洪水预警预报系统”、“天津城市防洪信息系统”、“天津引滦入港供水管道系统”及其他应用系统中得到充分应用。不可否认的是，国内GIS技术在水利方面的应用起步相对较早，但大部分只局限于二维的电子地图，并未形成一定发展模式，在实际应用中也只起到防汛分析的功能。国外，在防汛方面作了相当大的工作，并为此开发出相应的GIS 系统以解决科学分析、辅助决策等功能。而GPS、RS在水利中应用则相对较少。

“数字水利”是当今社会发展的必然趋势，而“数字水利”离不开3S技术。随着遥感、卫星及雷达等技术和地理信息系统的应用，可提供了多元化的更丰富和更准确的信息，如防汛抗旱信息。卫星和雷达信息的引进不仅弥补了地面观测信息的不足，而且提高了信息的准确度和可靠性。GIS 的应用，推进了“数字化流域”，从而使流域的规划、开发、管理全面实现信息数字化，而GPS技术在水利的监测应用方面可提供精确、可靠、及时的信息。因此3S技术是“数字水利”的重要技术基础。

参考文献：

[1] 徐绍铨，张华海等. GPS 测量原理及应用[M] . 武汉：武汉大学出版社，2001，7.

[2] 邬伦，刘瑜等. 地理信息系统原理、方法和应用[M] . 北京：科学出版社，2001，2.

[3] 梅安新，彭望禄等. 遥感导论[M]. 北京：高等教育出版社，2001，7.

[4] 翟天放. GIS技术在吉林省水利地理信息平台中的应用[J]. 吉林水利，2006，(05)

[5] 王孟樵. GPS技术在水利工程领域中的应用[J]. 四川水利，2005，(01)

[6] 佟祥明. 3S 集成技术在“数字水利“中的应用[J]. 广西水利水电，2005，(03)

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【关键词】土地整理；项目测绘；GPS-RTK技术

在我国幅员辽阔的疆土上，对土地进行整理首先要对其进行测绘，以此来得到土地的范围、形状、覆盖物和利用程度等基本信息。当前，政府对土地利用的规划、企业对土地进行开发、国家对一些河流沟渠进行整理等项目都需要进行土地测绘，只有进行了土地测绘，才能清楚的知道该土地是否适合进行某项规划（是否能够进行沟渠等的建设或者是否适合企业建设房屋等）。因此，测绘必须要得到准确度高的数据，才能以此展开工作。目前，测绘技术中的“新秀”是GPS-RTK测量技术，它是一种新型的技术，优点是测绘精度高于其他测绘技术，工作效率高于普通测绘技术。

一、土地整理测绘概述

土地整理测绘是开展土地整理项目的前期行为，是获取和表达土地整理项目区位置、形状、数量和利用状况等地籍信息要素，提供土地整理现状图和土地整理规划设计底图的专题地籍测绘；是以满足土地整理可行性研究、项目规划设计、工程量概算、施工放样和土地整理规划设计的实施以及土地开发对土地利用现状、地形状况等空间基础地理信息的需要而进行的一项技术性较强的基础性测绘工程。

土地整理数据信息获取的方式主要包括社会调查与统计、现场踏勘、原始图件判读、遥感卫星图件等扫描数字化、白纸测图、传统测量（经纬仪加水准仪，全站仪）和现代化测量（GPS技术，数字摄影测量与遥感测量等）。目前，国家投资的土地整理测绘对象主要为基本农田，这就决定了测绘环境是野外空旷的农村土地，其特点为：视野开阔，高大建筑物较少，无大的干扰信息源，能够接收较强的信号等。

二、GPS-RTK测量技术简介

GPS-RTK是GPS测量技术与数据传输技术的结合，是GPS接收设备、数据传输设备和软件系统的集成，其配置包括以下3部分：（1）基准站接收机；（2）移动站接收机；（3）数据链。

基准站接收机设在观测条件好的参考点上，连续接收所有可视GPS卫星信号，并将测站的坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态通过数据链发送出去，移动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据，快速求解载波相位整周模糊度，通过相对定位模型获取所在点相对于基准点的坐标和精度指标。

随着GPS-RTK测量技术与当代通讯技术的发展，逐渐能够利用网络传输数据链，称为网络RTK，此技术解决了长距离传输数据链的问题，经过几年的实践，认为此方法在合适的作业条件和方法下，10公里以内有较高的精度和效率。

GPS测量软件系统具有能够实时解算出流动站的三维坐标的功能。RTK测量技术除具有GPS测量的优点外，同时具有观测时间短，能实现坐标实时解算的优点，因此可以提高生产效率。实时动态定位如采用快速静态测量模式，在15km范围内，其定位精度可达1～2cm，可用于城市的控制测量。RTK测量系统的开发成功，为GPS测量工作的可靠性和高效率提供了保障，这对GPS测量技术的发展和普及具有重要的现实意义。

三、运用GPS-RTK系统进行土地开发整理活动的优点

（一）避免测绘工作中通视条件的限制

土地测绘工作是一项复杂的工程，其工作的展开受到各种各样因素的限制，其中最重要的限制条件就是通视。在实际土地测绘工作中，要求每个观察站、考察站之间都必须要通视，只有这样，才能达到预期的测量效果。而GPS-RTK技术就免去了这个条件的限制，它可以通过卫星定位系统确定每个测绘站之间的精准位置，并对其进行有效测绘，这在很大程度上降低了实际测绘工作中花费的时间以及成本。

（二）定位精度高，作业有效距离远

在土地开发整理工程中，可能会有一些项目离控制网比较远，但是精度要求又不是很高。这种情况下，完全可以使用RTK系统代替静态GPS，既方便又提高了效率。

（三）操作简便，自动化程度高

在测绘定位中主要的工作就是开关机，量取仪器高和监视仪器工作状态，而其他观测工

作如卫星的捕获，跟踪观测等均由一起自动完成。以我所使用的拓普康HIPER PRORTK为例，

已经达到了傻瓜机的程度，极大减轻了劳动强度，使野外工作变的更加轻松。

四、GPS-RTK技术在土地整理测绘工作中的应用

GPS-RTK技术能够实时实地测量并显示点位3维坐标数据，为土地整理测绘工作的可靠性和高效率提供了保障。当前土地开发整理所要求的绘图比例尺一般为1：10000，1：5000或1：2000，这对于一定范围内精度可以达到厘米级的GPS-RTK技术将完全满足要求。GPS-RTK技术应用于土地整理测绘中，根据土地整理可行性研究、项目规划设计、预算和施工放样等工作要求，主要用于地类边界、电力通讯等基础设施、陡坎、行政界线、权属界线、控制点、独立地物及其他要素的测量，高程点加密，沟渠、道路横断面测量等。

（一）土地整理测绘前期准备

在进行测绘前需要有效的收集各类工作资料，主要资料收集有以下几种：行政界限、基本农田及基础地理等资料。在收集完资料后我们需要编制土地整理测绘指导书，以此科学的指导土地测绘工作。

（二）数据的采集以及传输处理

GPS-RTK技术中的数据采集是指采集那些外界的数据，这种工作并不是很复杂，一般情况下采用连续测量法以及非连续测量法，主要测量的是土地的特征点、点状地物以及地类边界。在数据处理传输阶段，我们会接触到一种仪器叫做测量控制器，在实际操作中，要将测量控制器与计算机连接在一起，此时GPS-RTK技术的功能或者作用就是将每天采集的数据传输到计算机里面去，这种导入不是杂乱无章的，它的存储需要一定的格式，按照以日期+组名为文件名进行处理。

在图形编辑阶段，我们会接触到南方CASS数字化地形地籍成图软件，这种软件能够接受TGO导出的与其格式相融合的数据文件，具体表现在计算机上，就是一系列的数据点，再根据外业草图就可以编辑图片。在南方CASS数字化地形地籍成图软件下，依据最终的数据文件以及草图内容，就可以绘制出成果图，当然，在绘制土地整理现状图的过程中还要注意成图比例尺、制图单位、图廓线、图号以及图名等，只有这样，才能确保最终成果图满足土地整体设计的要求，同时满足施工的要求。

五、结束语

基于GPS的数字测绘技术现在已经在土地整理工程中得到了广泛的应用，它的存在大幅度减小了土地整理工程测绘环节的工作强度，避免了频繁更换基站所造成的误差，提高了测绘工作的效率。 数字测绘技术的应用除了大大减少了外业的工作量，还带来了巨大的社会效益和经济效益，未来必将会得到更为广泛的应用。

参考文献：

[1]徐让雄，GPS-RTK技术在城市测量中的应用[J] 城市勘测，2009，（6）

[2]刘仁钊，工程测量技术[M].河南：黄河水利出版社 2008，3.

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关键词 GeoSOT；语义统一；局部更新

中图分类号 P209 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）122-0161-01

随着高分辨率对地观测技术以及卫星、航空产业的快速发展，遥感影像已成为人们实际生活中重要信息来源。天地图、百度和谷歌等手机地图服务为众多移动用户提供出行便利，但地图服务更新周期一般较长且更新过程复杂，在地貌发生变化区域，移动用户采用未更新的历史数据服务容易被误导，因而，用户渴求最新周期短的地图服务模式。因此，采用更新周期短的遥感影像作为的基础数据成为移动地图服务的新发展方向。然而，当前遥感影像的请领与分发主要以景、图幅为单位，数据量较大，特定目标区域的影像一般需要进行切割、拼接、融合等处理，也就是说遥感影像更新需要耗费很长时间。针对这些因素，本文提出了基于GeoSOT的遥感影像快速更新机制，基于该机制，开发和实现了遥感影像移动服务系统，统一了遥感影像的存储、索引、请领与分发各个应用环节的数据单位（剖分网络对应的数据块）。该系统采用成熟ACE通信框架保障了移动通信传输可靠性，为移动用户提供全球范围内的地图服务、局部更新、订阅和主动推送等遥感影像服务。

1 遥感影像剖分化存储与索引

1.1 GeoSOT概述

全球剖分网格GeoSOT（Geographical coordinate global Subdivision based on One-dimension-integer and Two to n-th power），全称为基于2n一维整型数组地理坐标的全球剖分网格，其核心思路是：通过三次地球扩展（将地球扩展为512°×512°、将1°扩展为64′、将1′扩展为64″），实现整度、整分的四叉树剖分，形成一个上至地球（0级）、下至厘米级面元（32级）的多尺度四叉树网格。网格编码设计有四种形式：四进制1维编码、二进制1维编码、二进制2维编码、十进制2维编码。这四种形式是完全对应、一致的。该系统采用二进制1维编码，可以转换为网格的定位角点的经纬度，定位角点的定义与网格所在区域有关。

全球剖分网格GeoSOT具有全球无缝覆盖、多尺度、全整型编码等特性，采用GeoSOT作为数据组织的基础，可实现海量遥感影像数据的高效存储、快速检索与按需分发。

1.2 GeoSOT遥感影像快速更新机制

遥感快速更新机制核心思路是：1）遥感影像数据按照GeoSOT网格进行金字塔构建。2）把变化区域表达为最小外包剖分网格的集合。3）按照影像金子塔进行局部更新服务。

首先把海量遥感影像存储在剖分集群里，由于集群中的各个存储单元与剖分网格关联在一起，可以依据网格编码直接定位到关联的物理存储单元，提高存取访问效率。

单个遥感影像采用与全球剖分编码相结合的压缩影像金子塔存储，将同一区域不同剖分层级对应分辨率的影像用金子塔组合起来，根据用户需要区域的大小来分发不同尺度，不同分辨率的影像，达到按需分发的效果。并且基于Hilbert编码建立了剖分金字塔的索引机制。

对热点区域最新遥感影像数据，进行自动或手工提取变化区域，把变化区域表达为最小外包剖分网格的集合。当进行影像更新时，只需传输覆盖变化区域的影像面片即可，从而减少影像更新时的数据传输负担。

2 系统体系结构

遥感影像移动服务体系结构分为数据层、网络层、服务层和应用层，如图1所示：

其中：1）数据层包括遥感影像数据、热点区域的变化影像数据和剖分金字塔索引数据的管理。 2）网络层包括3G、WiFi、电台和集群内部局域网的通信保障。3）服务层提供地图、局部更新、订阅和主动推送服务。4）应用层包括智能手机、PAD和笔记本等移动设备的应用。

3 系统组成与功能

遥感影像移动服务系统由剖分存储子系统、高效检索子系统、通信保障子系统、影像服务子系统和移动终端子系统组成，其中：1）剖分存储子系统，基于剖分集群管理所有服务数据，为影像服务子系统提供数据检索功能，通过通信保障子系统为移动应用子系统提供影像数据。2）通信保障子系统，基于ACE自适配通信环境的反应器模式框架，为其它子系统提供数据传输功能，支持断点续传。3）影像服务子系统，为移动用户提供地图服务、局部更新服务、订阅服务和主动推送服务。主要功能包括处理移动应用子系统请求，根据请求在剖分存储子系统检索相应影像数据，根据检索结果启动影像数据传输链路功能。4）移动应用子系统，为移动设备用户提供遥感数据可视化应用，主要功能包括基于剖分网格编码提交数据请领申请、接收遥感影像数据和遥感数据可视化。

4 技术特点

1）该系统对遥感影像数据的存储、检索、请领与分发采用了

统一全球剖分网格，在各个应用环节形成区域概念的语义统一，可以提高系统效率。

2）依托变化影像数据管理，结合移动设备屏幕特征，为热点区域提高局部更新服务，可以弥补现在地图服务更新周期长、更新过程复杂，提高遥感应用服务的实时性。

3）提供地图、局部更新、订阅和主动推送等多种服务，可以满足移动用户各种差异化应用需求。

5 结束语

基于GeoSOT全球剖分网格，提出了遥感影像快速更新机制，在此基础上开发了遥感影像移动服务系统，经过实际系统开发与测试验证，系统用户可以在任意时刻任意地点快速获得影像服务，进而获得更加直观和详细的移动地图服务。

参考文献

[1]程承旗，任伏虎，濮国梁，王洪，陈波.空间信息剖分组织导论[M].北京：科学出版社，2013.

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关键词:空间索引;混合聚类;Hilbert R-Tree;K-means;K中心点;空间查询

中图分类号:TP311文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2009)35-10047-02

A Spatial Index Algorithm Based on Spatial Cluster Analysis

HAN Qiu-ying1, MA Jun1,2, ZHANG Shao-hui3

(1.College of Computer and Information Engineering, Henan University, Kaifeng 475004,China;2.Institute of Data and Knowledge Engineering, Henan University,Kaifeng 475004,China;3.Department of Computer Science, Zhoukou Normal University,Zhoukou 466000,China)

Abstract: The R-Tree spatial index structure was analyzed.There are overlap between brothers nodes and multi-path in search ,and Hilbert R-Tree can not effectively reduce the overlap, which is a direct impact on query efficiency. Based on hybrid spatial clustering algorithms, a spatial index algorithm used K-means algorithm and K-center algorithm is proposed, which improve the random choice of the initial centrists in the classic K-means algorithm and decrease the leaf nodes MBR area and overlap between interior nodes. Experiments show that the algorithm has the faster response speed and the higher query efficiency.

Key words: spatial index; hybrid spatial clustering; hilbert R-tree; K-means; K-center; spatial query

随着GIS(Geographic Information System,地理信息系统)研究和管理的范围不断扩大,精度不断提高,需要处理的数据量也不断激增。由于空间数据本身的复杂性,以及目前对海量空间数据快速查询的要求日益提高,当前GIS正面临着大数据量空间数据存储及管理的挑战。如何组织、检索这些海量数据是空间索引要解决的问题之一。与非空间数据不同,空间索引处理的数据是二维、三维甚至是多维的不规则数据,故空间数据库的开销一般要比关系数据库要大[1]。所以研究空间索引结构、寻求更高效的空间索引算法,引起了人们越来越多的关注和兴趣。

近年来,人们提出了大量的空间索引方法,如R-Tree及其变种R*-Tree、R+-Tree、四叉树、Quad-Tree、Grid索引等等。R-Tree是空间数据库中最流行的索引结构之一[2],但是在动态构建树时容易造成空间区域重叠大,以及产生大量的“死空间”(不包含空间对象的索引空间),检索效率不高。

聚类分析是提高空间索引性能的一个非常有效的方法。目前已有K-means、CURE、ISODATA等多种算法,这些算法多数依赖于初始解的选择。当初始解选择不好时,会影响聚类质量,降低空间检索效率,且这些算法执行结果与数据输入次序有关[3]。

Hilbert R-Tree是由R-Tree发展而来的,具有R-Tree的特征,通过对R-Tree和Hilbert R-Tree的结构进行比较和分析,提出了一种利用混合聚类技术和Hilbert R-Tree相结合的空间索引算法,降低了构造树的时间复杂度,缩短了计算时间,提高了查询效率。

1 R-Tree简介

R-Tree最初由Guttman在1984年提出的,它是B-Tree在K维上的自然扩展,是空间数据库中最常用的空间索引结构[4]。R-Tree是一种完全动态的层次数据结构,在叶子节点中包含指向实际数据对象的指针,插入、删除和查询可以同时进行,并且不需要周期性的索引重组。如图1所示的平面划分对应的R-Tree为图2。

R-Tree索引具有其它索引方法无法企及的优势:1)它按数据来组织索引结构。这使它具有很强的灵活性、可调节性,不须预知整个空间对象所在的空间范围就可以建立索引。2)由于它是由B-Tree在K维上的自然扩展,具有相似的结构和特性,能很好的和传统的关系型数据库融合,这也是国外很多空间数据库选择R-Tree作为空间索引的重要原因之一。但是R-Tree中当节点中记录项超过M(每个节点存贮的最多索引记录项)时,节点必须分裂,这种分裂往往会导致节点内的数据重新聚类,并导致索引数据重组,反而降低了效率。而且,R-Tree允许兄弟节点的之间的相互重叠,对于精确匹配查询,不能保证唯一的搜索路径。

2 Hilbert R-Tree简介

Hilbert R-Tree是利用Hilbert曲线将高维对象映射到一维中,并保存了大部分空间信息。它将空间对象根据位置相邻关系打包,形成MBR(MinimumBounding Rectangle, 最小外接矩形),再把这些MBR的中心映射到Hilbert曲线上并进行升序排列,然后将排列好的数据依次放入叶节点中,再按照各节点产生的时间顺序,自底向上建立高层的目录节点,最后就得到一棵的空间存储利用率几乎100% Hilbert R-Tree。地图显示时,空间中距离近的空间对象被一起读取显示的概率大于距离远的空间对象,所以,将距离近的空间对象物理上靠近存储,在查询过程中可以有效的减少数据操作范围,减少了计算机I/O读取外存的次数和寻道时间(I/O的存取单元是一个物理磁盘块),加快查询过程。因为Hilbert曲线具有优良的聚类性质,能获得比一般R-Tree更小的节点覆盖区域,因此具有更高的存储利用率。

3 基于混合聚类的Hilbert R-Tree的空间索引算法

R-Tree是一种高度平衡树,显而易见总节点数量越少,查询效率越高;从R-Tree的结构来看,让空间上靠近的空间对象拥有尽可能近的共同祖先,则R-Tree的查询效率越高;根据R-Tree的聚类特性,对固定数目的空间对象划分聚类个数越多,聚类的性能越好。根据这种思路,本文将K-means聚类算法和K中心聚类算法相结合,提出一种基于混合聚类的Hilbert R-Tree构造方法,将空间相近的点放入相近的叶节点内,从而提高Hilbert R-Tree查询效率。

3.1混合聚类算法

所谓聚类就是在设计空间数据库的存储结构时,将空间上相邻的和查询上有关联的对象存储在物理位置相邻的存储单元里,减少存取时间,提高查询效率。在构建Hilbert R-Tree之前对数据进行采用混合聚类算法处理,将空间上邻近的对象聚集到同一个聚类中,可以得到更小叶节点的面积,极大提高R-Tree的查询效率。K-means算法从N个数据对象任意选择 k 个对象作为初始聚类中心,而对于剩下的其它对象,则根据它们与这些聚类中心的距离,分别将它们分配给与其最近的聚类,然后再计算每个新聚类的聚类中心(即该聚类中所有对象的均值),不断重复这一过程直到标准测度函数开始收敛为止。选择适当的初始解可以获得较好的聚类效果,但是,K-means算法依赖于初始解的选择,我们引进K中心聚类算法。K中心法使用中心点定义原型,其中中心点是一组点中最有代表性的点,利用空间点群之间的距离找到典型点位作为聚类的种子对象,根据空间对象与典型点的距离,将剩余对象归到最近的聚类。我们用空间对象的MBR的中心点代替每一个空间实体,设定N为空间对象数,M为R-Tree中每个节点所能包含的最大实体数,m是每个节点包含的最小实体数,k为划分的聚类个数。

混合聚类算法如下:

1)设置k的初值为[N/M],k的取值范围[N/M]~[N/m];

2)根据K中心聚类算法选择k个对象分别赋给k个集合,作为这k个集合的初始聚类中心。将k个对象的中心作为k个集合的中心。

3)利用K-means算法,对剩余的每一个对象找到离它最近的聚类中心(该聚类中所有对象的均值),并将该对象分配到该聚类中,对调整后的新类计算新的聚类中心。

4)重复步骤2),3),直至所有空间对象完全分配到k个集合中。

5)计算标准测度函数,以覆盖面积,重叠面积作为评估指标。

6)选择标准测度函数值最小的划分聚类个数。

3.2基于混合聚类的Hilbert R-Tree索引生成算法

利用空间距离比较接近的空间对象的Hillbert码值的也比较接近,空间对象的MBR距离较小的Hilbert码值相差也较小的性质,直接对叶节点的MBR进行聚类,对非叶节点进行Hilbert码值聚类。

树的生成算法如下:

1)以数据MBR为中心,调用上面的聚类算法,得到k个聚类中心Ci(i=1,2,…,k)。

2)根据Hilbert 映射函数将二维或三维空间映射到一维空间上,求出各个聚类中要素MBR的Hilbert码值,并按照各自的Hilbert值升序排列。

3)对产生的k个聚类进行判别,如果聚类中包含对象个数不大于M,不作处理,自成一个叶节点。对于聚类中对象个数大于M的,求出聚类中实体对象MBR的Hilbert码值,从第一个开始,按照Hilbert码值依次分为各含M个数据的组(最后一个节点除外)。

4)按照各节点产生的时间顺序,自底向上生成Hilbert R-Tree。

4 结果测试

在相同的软硬件平台上,分别用两种算法执行同一组查询,实验选用东莞市地图数据库,对同样的水文测站数据进行了实验。查询的响应时间主要有两部分组成,一部分是读取与查询区域相交的节点所需时间;另一部分是CPU处理这些节点所需时间。与从外存访问一个节点的时间相比,CPU的响应时间可以忽略。假定没有缓冲区的条件下,把所需访问的节点装入全部内存,磁盘访问次数和节点的访问次数是相等的。由于Hilbert R-Tree具有很好的聚类性质,从高维到一维的线性映射的速度也很快,自底向上的建树次序也使并行处理成为可能,多个CPU可同时处理不同的数据。从表1可以看出,聚类后的算法节省建树的时间,建立索引耗时更少。

采用的混合聚类算法基本能够把实际空间中比较接近的点聚集在同一个聚类中,改进后的方法实现了将相近的点放入相同叶节点中而相距较远的点放入不同叶节点的目的,从而降低了叶节点的面积,尤其是当数据分布非均匀时,对稀疏和稠密区域的分别处理,稠密区域的对象聚集放置,稀疏的对象分散放置,查询性能提高明显。从表2可以看出,改进后的Hilbert R-Treee检索效率可以提高30%以上。

从图3可以看出,聚类后的算法较好的实现了空间对象的“空间聚类性”,查询过程中可以有效的减少数据操作范围,减少了查询时磁头的跳转次数,涉及更少的磁盘页,查询效率有明显提高。

5 结论

本文根据空间对象的特征,采用聚类思想对Hilbert R-Tree的算法进行了改进,将K-mean聚类算法和K中心聚类算法引入了Hilbert R-Tree中。实验表明,通过对Hilbert R-Tree节点数据的聚类,空间节点分布也比R-Tree更均匀,减少了需要搜索的路径以及磁盘访问次数,提高了查询效率。以后将进一步深入研究缓存对空间索引的影响。

参考文献:

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