閆興愿    董勝利    趙 凱

西北綜合勘察設計研究院  陜西 西安 710003

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    當今信息技術日新月異，信息產業獲得空前發展,信息資源呈爆炸式擴張。多尺度、多類型、多時態的地理信息是人類研究和解決土地、環境、人口、災害、規劃、建設等重大領域時所必需的重要信息資源。信息時代對信息資源的采集、管理、分析提出了更高的要求。系統論、信息論等理論的形成，計算機技術、通信技術、人造衛星遙感等空間技術、自動化技術的應用，為信息資源的科學管理展示出更廣闊的前景。GIS就是在這樣的背景下產生的。

 

    GIS是Geographical Information System的縮寫，即地理信息系統。地理信息系統是一種兼容、存儲、管理、分析、顯示與應用地理信息的計算機系統，是分析和處理海量數據的通用技術。

 

    地理信息系統是以地理空間數據為基礎，在計算機軟硬件的支持下，對空間相關數據進行采集、管理、操作、模擬、分析和顯示，并采用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態的地理信息，為地理研究和地理決策服務而建立起來的計算機技術系統。

 

    地理信息系統是空間數據的管理系統，是空間數據和屬性數據的綜合體，其主要有以下特征：

    1、空間定位特征：空間實體在一定空間參照系中的位置識別是與數據聯系在一起的，這是地理信息區別于其它類型信息的最顯著的標志。

    2、多維結構特征：可在二維空間的基礎上實現多專題的第三維結構和不同專題間的相互關聯。

    3、明顯的時序特征：地理信息的各種特征在空間尺度上隨時間的變化而變化。

 

    由于GIS所能提供的應用具有“多來源”、“多層次”、“多時態”、“快速度”、“深加工”、“多形式”、“多精度”等特點，因此應對地理信息的這種區域性的、多層次的和動態變化的特征進行研究和掌握，才能實現人口、資源、環境等信息的綜合分析、管理和決策。而GIS作為一空間屬性分析的有力工具，在這方面體現出其強大的優勢。

 

    1.地理信息系統與遙感集成聯合運用

    遙感與地理信息可以集成允許資源管理者分析復雜空間之間和影響因素的相互關系。兩者結合可以更方便、更及時、更高效的做出決策。

 

    2.地理信息系統和全球定位系統( GPS )

    在GIS電子地圖上主要是定位數據及及其屬性數據。全球定位系統(GPS)比傳統方法以較低的成本得到最精確（厘米級）定位，這是因為GPS系統的地面設施和衛星可隨時提供精確的定位數據，這種精確的定位數據非常滿足地理信息系統的要求。連接全球定位系統的數據記錄器可自動記錄和更新，不僅有資源清查數據，還有點和導線的數據可直接進入GIS系統。地理信息系統很樂意把精度高、使用方便，而且成本低的全球定位系統作為一種數據采集源。

 

    3.地理信息系統與決策支持系統( DSS )融合

    reisinger et al . ( 1988 )整合現有的地理信息系統與決策模式的關于木材采伐開發決策支持系統。Honea et al. (1990)指出將地理信息與決策支持系統的融合可以幫助決策者作出更好的決定。Herrington et al. (1998)試驗了一個關于森林管理的GIS決策支持系統。Carter et al. (1999)制定了綜合地理信息系統和木材采伐調度模型。 這一基于網絡的決策支持系統，包括申請網上瀏覽資料，瀏覽地圖及圖片和模擬木材采伐，并允許用戶進行效益分析。

 

    4.地理信息系統與遙感和全球定位系統聯合運用

    遙感( RS )提供了多譜段、多分辨率、多時相和多傳感器圖象環境和自然資源。GPS提供強的大地測量控制與度量定位。地理信息系統利用先進工具從地理信息空間數據庫提取出相關數據進行使用，推理和描述以助于做出決策。所以越來越多的科技者設法結合這三項技術或三者中任何兩項的組合。Graham(1993)在植被圖方面進行了這項試驗，在這次試驗中他將GPS獲得的數據轉化為地理信息系統的數據，所以地理信息系統可以快速而準確的進行定位、查詢。Chen et al. (1998) 遙感技術和全球定位系統聯合運用作為收集數據的工具，結合地理信息系統進行管理、分析和輸出空間數據，實踐證明這是一種有效的資源管理方法。

 

    5.地理信息系統與人工神經網絡工程(ANN)結合

    地理信息系統與人工神經網絡工程(ANN)結合運用在10前就被提出來了。 從那時起，進行了各種各樣的探索研究潛在適用于神經網絡工程的空間分析。最近的研究表明：融合人工神經網絡工程與地理信息系統可大幅改善建模能力的地理空間決策。Wang (1992) 成功地通過融合人工神經網絡加強了用于土地適宜性分析的地理信息系統空間數據模型的能力。Sui et al，(1993)通過整合一個標準的反向傳播人工神經網絡與地理信息系統的開發適宜性分析，研究表明：基于人工神經網絡的地理模擬方法可以直接近似做出“決定”。可見，集成神經網絡工程和地理信息系統進行空間分析和建模是一個非常重要的研究領域，將大大有助于設計下一代的地理信息系統。

 

    地理信息系統是對地理信息進行采集、存貯、更新、分析、傳輸、查詢等管理過程的基礎工具。地理信息就是表征地理系統諸要素的數量、質量、分布特征、聯系和規律的數字、文字、圖像和圖形的總稱。

 

    GIS能回答和解決以下四類問題：

    1、位置：即在某個地方有什么的問題。

    2、條件：即符合某些條件的實體在哪里的問題。

    3、趨勢：即某個地方發生的某個事件及其隨時間的變化過程。

    4、模擬：即某個地方如果具備某種條件會發生什么的問題。

 

    GIS目前已成功地應用到了包括資源管理、自動制圖、設施管理、城市和區域的規劃、人口和商業管理、交通運輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類別的一百多個領域。

 

    GIS在水文水資源中有廣泛的應用。在GIS應用平臺上可實現基本的GIS功能并實現水情可視化和汛情可視化，其中數據庫設計是信息系統建設的關鍵。

 

    水資源數據庫建設是極其復雜系統工程。首先，水資源數據是多維的。例如，對于每一個水情監測數據，它都有個時間戳，記錄了數據采集的時間。同時每個數據還有個地理戳，記錄了數據采集的具體位置。這樣時間維、空間維和各個主題域(水情狀況)一起構成了水情多維數據。其次，水資源監測原始數據在采樣時間上精確到了分鐘(采樣時間、采樣時分)，在取樣位置上又精確到了測點(測站、斷面、測線、測點)，因此數據量是極其龐大的。為了方便更好地查詢和分析數據，需要對原始監測數據進行綜合。總體上看來，在水資源信息系統中，涉及到的數據可以分為兩大類：空間數據和屬性數據。空間數據庫包括兩大類；一類是基礎地理數據庫，包括邊界圖、行政區劃圖、水系圖(河流、渠道、水庫)、居民地分布圖、地形、交通等等，這一類數據主要是作為背景顯示；另一類是水資源專題圖層，這一類包括水情監測站點分布圖等、水資源功能區劃圖等。屬性數據庫主要是相對空間數據庫而言的，它  一般可以用二維表的形式存儲數據。水資源信息系統中涉及到的屬性數據包括：

 

    1、水環境地區社會經濟數據；

    2、水情監測站點基本信息；

    3、監測斷面信息；

    4、水情、汛情統計數據等。

 

    利用GIS可實現圖形和屬性數據的雙向查詢，對水資源數據進行科學管理， 在此基礎上做出評價。快速掌握水文水資源內的各種信息，使水資源管理達到系統化、科學化，促進水文水資源的有效開發和可持續利用。應當指出，要想利用 GIS 建立完善的水資源管理系統，還要進一步進行水資源系統模擬和輔助決策支持方面的研究。盡管GIS本身并不提供任何系統模擬分析和輔助決策支持功能，但利用其動態數據維護能力，結合專業性的模擬分析工具，可以提供一個實時的水資源輔助分析系統，水文水資源決策者可以獨立地根據情況的變化和新的數據調整決策方案，分析決策效果。

 

    同時利用GIS、空間數據庫和結構化的組件式程序設計等先進技術，負責完成空間數據（包括基礎地理信息、水利工程信息等）管理、防洪規劃、洪水規劃、水情收集、汛情傳遞、城市防洪、搶險救災、災情評估及旱災統計，為防汛抗旱提供重要的物質基礎。

 

    隨著GIS相關新技術的不斷發展，其應用領域將不斷擴展，為人們的生產生活會發揮巨大的作用。它在水資源管理中為信息分析、日常管理、科學決策等領域為水資源工作者提供更加科學的信息服務。

 

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作者：閆興愿（1967-）男，工程師，主要從事測繪技術生產管理工作。

         董勝利（1966-）男，工程師，主要從事GIS、測繪技術生產管理工作。

         趙  凱（1982-）男，助理工程師，主要從事GIS技術開發工作。