地理信息系統

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

　　地理信息系統(Geographic Information System，GIS)是以地理空間數據為基礎，採用地理模型分析方法，適時地提供多種空間的和動態的地理信息，對各種地理空間信息進行收集、存儲、分析和可視化表達，是一種為地理研究和地理決策服務的電腦技術系統。

　　GIS的基本功能是將表格型數據(無論它來自資料庫、電子錶格文件或直接在程式中輸入)轉換為地理圖形顯示，然後對顯示結果瀏覽、操作和分析。其顯示範圍可以從洲際地圖到非常詳細的街區地圖。顯示對象包括人口、銷售情況、運輸路線以及其他內容。

　　GIS技術包括資料庫管理、圖形圖像處理、地理信息處理多方面的基礎技術，在電腦軟體和硬體的支持下，運用系統工程和信息科學的理論，科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據，為各行業提供規劃、管理、研究、決策等方面的解決方案。GIS物流分析軟體集成了車輛路線模型、最短路徑模型、網路物流模型、分配集合模型和設施定位模型等。

　　(1)車輛路線模型。用於解決一個起始點、多個終點的貨物運輸中，如何降低物流作業費用，並保證服務質量的問題：包括決定使用多少輛車，每輛車的行駛路線等。

　　(2)網路物流模型。用於解決尋求最有效的分配貨物路徑問題，也就是物流網點佈局問題。

　　(3)分配集合模型。可以根據各個要素的相似點把同一層上的所有或部分要素分為幾個組，用以解決確定服務範圍和銷售市場範圍等問題。

　　(4)設施定位模型。用於確定一個或多個設施的位置。在物流系統中，倉庫和運輸線共同組成了物流網路，倉庫處於網路的結點上，結點決定著線路如何根據供求的實際需要並結合經濟效益等原則，在既定區域內設立多少個倉庫，每個倉庫的位置，每個倉庫的規模，以及倉庫之間的物流關係等，運用此模型均能很容易地得到解決。

　　地理信息系統具有以下三個方面的特征：

　　（1）具有採集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力，具有空間性和動態性；

　　（2）以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有區域空間分析、多要素綜合分析和動態預測能力，產生高層次的地理信息；

　　（3）由電腦系統支持進行空間地理數據管理，並由電腦程式模擬常規的或專門的地理分析方法，作用於空間數據，產生有用信息，完成人類難以完成的任務。

　　1、城市導游系統

　　城市導游系統是LBS應用的典型範例。通過該系統，游客可以查詢到最感興趣的景點，天氣情況等服務，並獲取與用戶所在環境相關的信息。舉例而言：用戶要獲取距離當前位置lkm以內所有飯店的信息，系統將執行以下步驟：

　　1)移動客戶端通過內嵌式GPS裝置獲取用戶當前位置坐標；

　　2)移動客戶端向城市導游系統伺服器發送請求，查詢距離該用戶lkm內所有飯店的位置；

　　3)伺服器同時搜索互聯網上上述飯店的網頁；

　　4)伺服器將飯店位置信息以及網頁上的相關信息反饋給移動終端；

　　5)移動客戶端計算併在地圖上顯示飯店的信息；

　　6)移動終端還可通過瀏覽相關網頁獲取用戶所選飯店的其他信息。

　　該系統的主要構成有：

　　1)定位組件

　　收發GPS信號，獲取通用時間坐標和用戶當前的位置信息。

　　2)數字地圖服務組件採用矢量格式創建數字地圖。為了減少數據冗餘度。應採取一系列的方法：如把較大的數字地圖切分成適合移動終端顯示的小塊；製圖綜合(選取，簡化，符號化)，進行信息壓縮並建立抽象模型．

　　3)通訊組件

　　系統在用戶和伺服器之間要建立需求／應答機制的通訊組件。城市導游系統中客戶端要為地圖服務提供一個網路接El，因此系統在用戶和伺服器之間要建立需求／應答機制的通訊組件，並根據用戶的需求創建和解析消息函數。

　　在基於XML的網路協議之上傳輸請求和應答服務，實現分散式環境中的信息交換。

　　4)信息組件

　　游客用來查詢位置以外的信息，如賓館級別，套房種類，服務費用，房間預定服務等 。

　　2、森林火災搶險

　　2003年10月美國加利福尼亞州南部發生森林大火。Mobile—GIS技術在整個森林搶險的過程中，為救災人員提供技術支持，為指揮部門提供輔助決策，向主管部門和媒體及時報告災情，將災難損失降低到了最低限度。首先，搶險人員乘坐攜帶Mobile—GIS裝置的直升飛機經過特定火災區域，通過GPS定位來記錄火災區域範圍坐標，並利用無線通訊傳輸技術，直接將資料傳輸到指揮中心。這些資料包括：

　　1)火災發生位置及範圍。

　　2)樹木死亡率。

　　3)微小的特征點。比如：消防栓等防火就災的設施；林中空地，學校操場等人員疏散的目的地。然後，指揮中心依據獲取的信息，使用GIS評估火災擴散情況，分析受威脅建築物的影響範圍，制定救險計劃，確認救災人員、救災物資的目標區域；並且每經12 h便利用最新的信息重新制定救災策略 。加州大火中移動GIS的應用，表明瞭搶險指揮人員快速獲取災情信息，並迅速制定救災計劃的技術水平已經取得了很大提高。

　　3、城市救護車管理系統

　　移動GIS在城市交通中起到了非常重要的作用。以歐洲城市救護車管理系統為例，該系統集成GIS，GPS，GMS技術，為救護車建立了一條從接收事故信息地點到趕往事故發生地再到最近醫院的最佳路徑。系統的構架是建立在3G集成基礎上的，GPS和GSM用於定位，並將精確的位置信息傳輸到遠程的GIS伺服器。每一臺救護車裝備一個GPS裝置和GSM數據機，負責為救護車定位，並將位置信息傳輸給緊急救助中心。車輛還可以配備計算能力較強的電腦或其他移動數據終端，計算並顯示救護車到指定地點的最佳路徑。GIS伺服器架設在醫院終端，接受包括道路交通網，醫院或醫療中心的位置，救護車的位置信息等即時數據。這些數據還應利用以往的交通統計資料或交通網感測器即時傳輸的數據進行更新。

　　該系統主要完成以下功能：

　　1)繪製救護車位置和醫院分佈的地圖。

　　2)救護分區。依據統計數據中事故的嚴重程度進行區域劃分。事故高發地段應當分佈更多的救護車。

　　3)查找事故發生點。該功能以救護中心的人工通話記錄為基礎，在移動GIS中使用地理坐標編碼進行匹配。系統可採用資料庫中存儲的固定電話號碼和相應電話所在位置信息，方便地進行地址匹配；或者要求移動服務運營商提供特別服務，利用GPRS進行定位。

　　4)選擇最合適的救護車處理緊急事故。依據救護車的即時位置，交通狀況以及事故類型，GIS服務中心選派能在最短時間到達事故發生地的車輛前往救護。

　　5)移動GIS設計救護車到事故地點以及再到合適醫院的最佳路線。設計時必須考慮距離，事故類型等因素。路線信息會通過GSM網路在救護人員和救護中心之間傳輸。

　　移動GIS在城市救護車管理系統的應用，加強了城市緊急醫療救護的能力，起到了良好的作用 。

　　4、移動GIS在考古學中的新應用

　　移動設備，尤其是移動GIS的融人，為區域研究提供了極大的便利。在考古研究中，科學家利用移動GIS方便地獲取、記錄數據，併進行空間分析。考古人員配備了新型的移動GIS裝置後，在傳統的考古調查基礎上快速偵察，記錄遺跡的空間分佈狀況；在遺跡所在地進行取樣和測試性挖掘。當發現有價值的文物時，考古專家利用移動GIS裝置記錄該文物的精確位置和屬性。主要過程是：

　　1)尋找遺址

　　檢測人員發現一個可疑的考古遺跡時，立即使用GPS進行精確定位，記錄坐標位置。

　　2)建立遺址的邊界

　　工作組集中到某一遺址處，按照考古文物的分佈特性為遺址劃定邊界，在此過程中，將使用移動GIS將空間邊界記錄為多邊形，然後為該多邊形分配惟一的ID號。

　　3)評估考古價值

　　對該遺址的文物特性進行評估，可參照先前工作組制定的標準，以確定該遺址是否有開發的價值。

　　4)記錄點的位置

　　將即時調查出的文物的幾何點坐標存人帶有惟一標誌碼的集合

　　5)繪製詳細位置

　　移動GIS用戶在考古專家陪同下觀測每一件文物所處位置。這些文物的空間數據仍用多邊形表示，屬性數據依據考古專家的評估進行賦值。照片等其他類型的數據通過惟一的ID標識碼同GIS數據連接 。可見，在某些特殊領域中應用移動GIS，可以起到良好的效果。

　　絕大多數單獨的GPS接收機以經緯度和GPS高度表示位置。但是坐標如北緯24度，東經121度和100公尺高對你決定所在位置並不很好用，你還需要知道你在地圖上的位置。GIS地理信息系統是存於電腦中的地圖資料庫(Database)，GIS能比紙上地圖更為精緻複雜。它可以是三度空間以顯示地形圖，也可包括其它有用的信息，如加油站、旅游勝地的照片等等，汽車導航系統就是GPS和GIS之組合，這種應用被人看好是21世紀GPS市場中最龐大的一部分。另需特別註意GPS的高度。它並不是真正距地面上的高度，也不是海平面上的高度，因為GPS接收機不是GIS，並不知道外面世界的真象。