地理信息系统

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地理信息系统(Geographic Information System，GIS)

　　地理信息系统(Geographic Information System，GIS)是以地理空间数据为基础，采用地理模型分析方法，适时地提供多种空间的和动态的地理信息，对各种地理空间信息进行收集、存储、分析和可视化表达，是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。

　　GIS的基本功能是将表格型数据(无论它来自数据库、电子表格文件或直接在程序中输入)转换为地理图形显示，然后对显示结果浏览、操作和分析。其显示范围可以从洲际地图到非常详细的街区地图。显示对象包括人口、销售情况、运输路线以及其他内容。

　　GIS技术包括数据库管理、图形图像处理、地理信息处理多方面的基础技术，在计算机软件和硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，为各行业提供规划、管理、研究、决策等方面的解决方案。GIS物流分析软件集成了车辆路线模型、最短路径模型、网络物流模型、分配集合模型和设施定位模型等。

　　(1)车辆路线模型。用于解决一个起始点、多个终点的货物运输中，如何降低物流作业费用，并保证服务质量的问题：包括决定使用多少辆车，每辆车的行驶路线等。

　　(2)网络物流模型。用于解决寻求最有效的分配货物路径问题，也就是物流网点布局问题。

　　(3)分配集合模型。可以根据各个要素的相似点把同一层上的所有或部分要素分为几个组，用以解决确定服务范围和销售市场范围等问题。

　　(4)设施定位模型。用于确定一个或多个设施的位置。在物流系统中，仓库和运输线共同组成了物流网络，仓库处于网络的结点上，结点决定着线路如何根据供求的实际需要并结合经济效益等原则，在既定区域内设立多少个仓库，每个仓库的位置，每个仓库的规模，以及仓库之间的物流关系等，运用此模型均能很容易地得到解决。

　　地理信息系统具有以下三个方面的特征：

　　（1）具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，具有空间性和动态性；

　　（2）以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，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，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。

　　1、城市导游系统

　　城市导游系统是LBS应用的典型范例。通过该系统，游客可以查询到最感兴趣的景点，天气情况等服务，并获取与用户所在环境相关的信息。举例而言：用户要获取距离当前位置lkm以内所有饭店的信息，系统将执行以下步骤：

　　1)移动客户端通过内嵌式GPS装置获取用户当前位置坐标；

　　2)移动客户端向城市导游系统服务器发送请求，查询距离该用户lkm内所有饭店的位置；

　　3)服务器同时搜索互联网上上述饭店的网页；

　　4)服务器将饭店位置信息以及网页上的相关信息反馈给移动终端；

　　5)移动客户端计算并在地图上显示饭店的信息；

　　6)移动终端还可通过浏览相关网页获取用户所选饭店的其他信息。

　　该系统的主要构成有：

　　1)定位组件

　　收发GPS信号，获取通用时间坐标和用户当前的位置信息。

　　2)数字地图服务组件采用矢量格式创建数字地图。为了减少数据冗余度。应采取一系列的方法：如把较大的数字地图切分成适合移动终端显示的小块；制图综合(选取，简化，符号化)，进行信息压缩并建立抽象模型．

　　3)通讯组件

　　系统在用户和服务器之间要建立需求／应答机制的通讯组件。城市导游系统中客户端要为地图服务提供一个网络接El，因此系统在用户和服务器之间要建立需求／应答机制的通讯组件，并根据用户的需求创建和解析消息函数。

　　在基于XML的网络协议之上传输请求和应答服务，实现分布式环境中的信息交换。

　　4)信息组件

　　游客用来查询位置以外的信息，如宾馆级别，套房种类，服务费用，房间预定服务等 。

　　2、森林火灾抢险

　　2003年10月美国加利福尼亚州南部发生森林大火。Mobile—GIS技术在整个森林抢险的过程中，为救灾人员提供技术支持，为指挥部门提供辅助决策，向主管部门和媒体及时报告灾情，将灾难损失降低到了最低限度。首先，抢险人员乘坐携带Mobile—GIS装置的直升飞机经过特定火灾区域，通过GPS定位来记录火灾区域范围坐标，并利用无线通讯传输技术，直接将资料传输到指挥中心。这些资料包括：

　　1)火灾发生位置及范围。

　　2)树木死亡率。

　　3)微小的特征点。比如：消防栓等防火就灾的设施；林中空地，学校操场等人员疏散的目的地。然后，指挥中心依据获取的信息，使用GIS评估火灾扩散情况，分析受威胁建筑物的影响范围，制定救险计划，确认救灾人员、救灾物资的目标区域；并且每经12 h便利用最新的信息重新制定救灾策略 。加州大火中移动GIS的应用，表明了抢险指挥人员快速获取灾情信息，并迅速制定救灾计划的技术水平已经取得了很大提高。

　　3、城市救护车管理系统

　　移动GIS在城市交通中起到了非常重要的作用。以欧洲城市救护车管理系统为例，该系统集成GIS，GPS，GMS技术，为救护车建立了一条从接收事故信息地点到赶往事故发生地再到最近医院的最佳路径。系统的构架是建立在3G集成基础上的，GPS和GSM用于定位，并将精确的位置信息传输到远程的GIS服务器。每一台救护车装备一个GPS装置和GSM调制解调器，负责为救护车定位，并将位置信息传输给紧急救助中心。车辆还可以配备计算能力较强的电脑或其他移动数据终端，计算并显示救护车到指定地点的最佳路径。GIS服务器架设在医院终端，接受包括道路交通网，医院或医疗中心的位置，救护车的位置信息等即时数据。这些数据还应利用以往的交通统计资料或交通网传感器即时传输的数据进行更新。

　　该系统主要完成以下功能：

　　1)绘制救护车位置和医院分布的地图。

　　2)救护分区。依据统计数据中事故的严重程度进行区域划分。事故高发地段应当分布更多的救护车。

　　3)查找事故发生点。该功能以救护中心的人工通话记录为基础，在移动GIS中使用地理坐标编码进行匹配。系统可采用数据库中存储的固定电话号码和相应电话所在位置信息，方便地进行地址匹配；或者要求移动服务运营商提供特别服务，利用GPRS进行定位。

　　4)选择最合适的救护车处理紧急事故。依据救护车的即时位置，交通状况以及事故类型，GIS服务中心选派能在最短时间到达事故发生地的车辆前往救护。

　　5)移动GIS设计救护车到事故地点以及再到合适医院的最佳路线。设计时必须考虑距离，事故类型等因素。路线信息会通过GSM网络在救护人员和救护中心之间传输。

　　移动GIS在城市救护车管理系统的应用，加强了城市紧急医疗救护的能力，起到了良好的作用 。

　　4、移动GIS在考古学中的新应用

　　移动设备，尤其是移动GIS的融人，为区域研究提供了极大的便利。在考古研究中，科学家利用移动GIS方便地获取、记录数据，并进行空间分析。考古人员配备了新型的移动GIS装置后，在传统的考古调查基础上快速侦察，记录遗迹的空间分布状况；在遗迹所在地进行取样和测试性挖掘。当发现有价值的文物时，考古专家利用移动GIS装置记录该文物的精确位置和属性。主要过程是：

　　1)寻找遗址

　　检测人员发现一个可疑的考古遗迹时，立即使用GPS进行精确定位，记录坐标位置。

　　2)建立遗址的边界

　　工作组集中到某一遗址处，按照考古文物的分布特性为遗址划定边界，在此过程中，将使用移动GIS将空间边界记录为多边形，然后为该多边形分配惟一的ID号。

　　3)评估考古价值

　　对该遗址的文物特性进行评估，可参照先前工作组制定的标准，以确定该遗址是否有开发的价值。

　　4)记录点的位置

　　将即时调查出的文物的几何点坐标存人带有惟一标志码的集合

　　5)绘制详细位置

　　移动GIS用户在考古专家陪同下观测每一件文物所处位置。这些文物的空间数据仍用多边形表示，属性数据依据考古专家的评估进行赋值。照片等其他类型的数据通过惟一的ID标识码同GIS数据连接 。可见，在某些特殊领域中应用移动GIS，可以起到良好的效果。

　　绝大多数单独的GPS接收机以经纬度和GPS高度表示位置。但是坐标如北纬24度，东经121度和100公尺高对你决定所在位置并不很好用，你还需要知道你在地图上的位置。GIS地理信息系统是存于计算机中的地图数据库(Database)，GIS能比纸上地图更为精致复杂。它可以是三度空间以显示地形图，也可包括其它有用的信息，如加油站、旅游胜地的照片等等，汽车导航系统就是GPS和GIS之组合，这种应用被人看好是21世纪GPS市场中最庞大的一部分。另需特别注意GPS的高度。它并不是真正距地面上的高度，也不是海平面上的高度，因为GPS接收机不是GIS，并不知道外面世界的真象。