GIS地理信息系統(tǒng)組成及應(yīng)用分析

什么是GIS

　　物質(zhì)世界中的任何事物都被牢牢地打上了時(shí)空的烙印。人們的生產(chǎn)和生活中百分之八十以上的信息和地理空間位置有關(guān)。地理信息系統(tǒng)（ Geographic Information System, 簡(jiǎn)稱 GIS ）作為獲取、整理、分析和管理地理空間數(shù)據(jù)的重要工具、技術(shù)和學(xué)科，近年來得到了廣泛關(guān)注和迅猛發(fā)展。由于信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字時(shí)代的來臨，理論上來說，GIS可以運(yùn)用于現(xiàn)階段任何行業(yè)。

　　從技術(shù)和應(yīng)用的角度， GIS 是解決空間問題的工具、方法和技術(shù)；

　　從學(xué)科的角度， GIS 是在地理學(xué)、地圖學(xué)、測(cè)量學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門學(xué)科，具有獨(dú)立的學(xué)科體系；

　　從功能上， GIS 具有空間數(shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)、顯示、編輯、處理、分析、輸出和應(yīng)用等功能；

　　從系統(tǒng)學(xué)的角度， GIS 具有一定結(jié)構(gòu)和功能，是一個(gè)完整的系統(tǒng)。

　　簡(jiǎn)而言之， GIS 是一個(gè)基于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（ DBMS ）的分析和管理空間對(duì)象的信息系統(tǒng)，以地理空間數(shù)據(jù)為操作對(duì)象是地理信息系統(tǒng)與其它信息系統(tǒng)的根本區(qū)別。

　　GIS即地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System），經(jīng)過了40年的發(fā)展，到今天已經(jīng)逐漸成為一門相當(dāng)成熟的技術(shù)，并且得到了極廣泛的應(yīng)用。尤其是近些年，GIS更以其強(qiáng)大的地理信息空間分析功能，在GPS及路徑優(yōu)化中發(fā)揮著越來越重要的作用。GIS地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供管理、決策等所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。簡(jiǎn)單的說，地理信息系統(tǒng)就是綜合處理和分析地理空間數(shù)據(jù)的一種技術(shù)系統(tǒng)。

GIS 的組成部分

　　從應(yīng)用的角度，地理信息系統(tǒng)由硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員和方法五部分組成。硬件和軟件為地理信息系統(tǒng)建設(shè)提供環(huán)境；數(shù)據(jù)是GIS的重要內(nèi)容；方法為GIS建設(shè)提供解決方案；人員是系統(tǒng)建設(shè)中的關(guān)鍵和能動(dòng)性因素，直接影響和協(xié)調(diào)其它幾個(gè)組成部分。

　　硬件主要包括計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，存儲(chǔ)設(shè)備，數(shù)據(jù)輸入，顯示和輸出的外圍設(shè)備等等。

　　軟件主要包括以下幾類：操作系統(tǒng)軟件 、數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件 、系統(tǒng)開發(fā)軟件 、GIS 軟件，等等。 GIS軟件的選型，直接影響其它軟件的選擇，影響系統(tǒng)解決方案，也影響著系統(tǒng)建設(shè)周期和效益。

　　數(shù)據(jù)是GIS的重要內(nèi)容，也是GIS系統(tǒng)的靈魂和生命。數(shù)據(jù)組織和處理是GIS應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涉及許多問題：

　　——應(yīng)該選擇何種（或哪些）比例尺的數(shù)據(jù)？

　　——已有數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性如何？

　　——數(shù)據(jù)精度是否能滿足要求？

　　——數(shù)據(jù)格式是否能被已有的GIS軟件集成？

　　——應(yīng)采用何種方法進(jìn)行處理和集成？

　　——采用何種方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的更新和維護(hù)，等等。

　　方法指系統(tǒng)需要采用何種技術(shù)路線，采用何種解決方案來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)。方法的采用會(huì)直接影響系統(tǒng)性能，影響系統(tǒng)的可用性和可維護(hù)性。

　　人是GIS系統(tǒng)的能動(dòng)部分。人員的技術(shù)水平和組織管理能力是決定系統(tǒng)建設(shè)成敗的重要因素。系統(tǒng)人員按不同分工有項(xiàng)目經(jīng)理、項(xiàng)目開發(fā)人員、項(xiàng)目數(shù)據(jù)人員、系統(tǒng)文檔撰寫和系統(tǒng)測(cè)試人員等。各個(gè)部分齊心協(xié)力、分工協(xié)作是GIS系統(tǒng)成功建設(shè)的重要保證。

　　GIS應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)需要從以上五個(gè)方面著手。

GIS 的應(yīng)用領(lǐng)域

　　地理信息系統(tǒng)在最近的30多年內(nèi)取得了驚人的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于資源調(diào)查、環(huán)境評(píng)估、災(zāi)害預(yù)測(cè)、國(guó)土管理、城市規(guī)劃、郵電通訊、交通運(yùn)輸、軍事公安、水利電力、公共設(shè)施管理、農(nóng)林牧業(yè)、統(tǒng)計(jì)、商業(yè)金融等幾乎所有領(lǐng)域。 (加測(cè)繪、應(yīng)急、石油石化等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。)

　　以下地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域分別回答了在各自領(lǐng)域內(nèi)的作用

　　◆ 資源管理 (Resource Management)

　　主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域，解決農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域各種資源(如土地、森林、草場(chǎng))分布、分級(jí)、統(tǒng)計(jì)、制圖等問題。主要回答“定位”和“模式”兩類問題。

　　◆ 資源配置 (Resource Configuration)

　　在城市中各種公用設(shè)施、救災(zāi)減災(zāi)中物資的分配、全國(guó)范圍內(nèi)能源保障、糧食供應(yīng)等到機(jī)構(gòu)的在各地的配置等都是資源配置問題。GIS在這類應(yīng)用中的目標(biāo)是保證資源的最合理配置和發(fā)揮最大效益。

　　◆ 城市規(guī)劃和管理 (Urban Planning and Management)

　　空間規(guī)劃是GIS的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，城市規(guī)劃和管理是其中的主要內(nèi)容。例如，在大規(guī)模城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中如何保證綠地的比例和合理分布、如何保證學(xué)校、公共設(shè)施、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所、服務(wù)設(shè)施等能夠有最大的服務(wù)面(城市資源配置問題)等。

　　◆ 土地信息系統(tǒng)和地籍管理 (Land Information System and Cadastral Applicaiton)

　　土地和地籍管理涉及土地使用性質(zhì)變化、地塊輪廓變化、地籍權(quán)屬關(guān)系變化等許多內(nèi)容，借助GIS技術(shù)可以高效、高質(zhì)量地完成這些工作。

　　◆ 生態(tài)、環(huán)境管理與模擬 (Environmental Management and Modeling)

　　區(qū)域生態(tài)規(guī)劃、環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)、污染物削減分配的決策支持、環(huán)境與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的決策支持、環(huán)保設(shè)施的管理、環(huán)境規(guī)劃等。

　　◆ 應(yīng)急響應(yīng) (Emergency Response)

　　解決在發(fā)生洪水、戰(zhàn)爭(zhēng)、核事故等重大自然或人為災(zāi)害時(shí)，如何安排最佳的人員撤離路線、并配備相應(yīng)的運(yùn)輸和保障設(shè)施的問題。

　　◆ 地學(xué)研究與應(yīng)用 (Application in GeoScience)

　　地形分析、流域分析、土地利用研究、經(jīng)濟(jì)地理研究、空間決策支持、空間統(tǒng)計(jì)分析、制圖等都可以借助地理信息系統(tǒng)工具完成。

　　◆ 商業(yè)與市場(chǎng) (Business and Marketing)

　　商業(yè)設(shè)施的建立充分考慮其市場(chǎng)潛力。例如大型商場(chǎng)的建立如果不考慮其他商場(chǎng)的分布、待建區(qū)周圍居民區(qū)的分布和人數(shù)，建成之后就可能無法達(dá)到預(yù)期的市場(chǎng)和服務(wù)面。有時(shí)甚至商場(chǎng)銷售的品種和市場(chǎng)定位都必須與待建區(qū)的人口結(jié)構(gòu)(年 齡構(gòu)成、性別構(gòu)成、文化水平)、消費(fèi)水平等結(jié)合起來考慮。地理信息系統(tǒng)的空間分析和數(shù)據(jù)庫(kù)功能可以解決這些問題。房地產(chǎn)開發(fā)和銷售過程中也可以利用GIS功能進(jìn)行決策和分析。

　　◆ 基礎(chǔ)設(shè)施管理 (Facilities Management)

　　城市的地上地下基礎(chǔ)設(shè)施(電信、自來水、道路交通、天然氣管線、排污設(shè)施、 電力設(shè)施等)廣泛分布于城市的各個(gè)角落、且這些設(shè)施明顯具有地理參照特征的。它們的管理、統(tǒng)計(jì)、匯總都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。

　　◆ 選址分析 (Site Selecting Analysis)

　　根據(jù)區(qū)域地理環(huán)境的特點(diǎn)，綜合考慮資源配置、市場(chǎng)潛力、交通條件、地形特征、環(huán)境影響等因素，在區(qū)域范圍內(nèi)選擇最佳位置，是GIS的一個(gè)典型應(yīng)用領(lǐng)域，充分體現(xiàn)了GIS的空間分析功能。

　　◆ 網(wǎng)絡(luò)分析 (Newwork System Analysis)

　　建立交通網(wǎng)絡(luò)、地下管線網(wǎng)絡(luò)等的計(jì)算機(jī)模型，研究交通流量、進(jìn)行交通規(guī)則、處理地下管線突發(fā)事件(爆管、斷路)等應(yīng)急處理。 警務(wù)和醫(yī)療救護(hù)的路徑優(yōu)選、車輛導(dǎo)航等也是GIS網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用的實(shí)例。

　　◆ 可視化應(yīng)用 (Visualization Application)

　　以數(shù)字地形模型為基礎(chǔ)，建立城市、區(qū)域、或大型建筑工程、著名風(fēng)景名勝區(qū)的三維可視化模型，實(shí)現(xiàn)多角度瀏覽，可廣泛應(yīng)用于宣傳、城市和區(qū)域規(guī)劃、大型工程管理和仿真、旅游等領(lǐng)域。

　　◆ 分布式地理信息應(yīng)用 (Distributed Geographic Information Application)

　　隨著網(wǎng)絡(luò)和Internet技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)行于Intranet或Internet環(huán)境下的地理信息系統(tǒng)應(yīng)用類型，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)地理信息的分布式存儲(chǔ)和信息共享，以及遠(yuǎn)程空間導(dǎo)航等。

GIS常用軟件

　　國(guó)外的：

　　AutoCAD Map3d

　　ArcGIS（包括ArcGIS, MapObjects, ArcIMS、ArcSDE、ArcEngine、ArcServer等）

　　MapInfo

　　GeoMedia

　　MGE

　　SmallWorld

　　Grass

　　國(guó)內(nèi)的：

　　Supermap

　　MapGIS

　　GeoStar

　　TopMap

　　GeoBean

　　VRMap

　　MapEngine

　　geobrain

電力工業(yè)中的GIS

　　在電力工業(yè)中，GIS是指六氟化硫封閉式組合電器，國(guó)際上稱為“氣體絕緣開關(guān)設(shè)備”（Gas Insulated Switchgear)簡(jiǎn)稱GIS，它將一座變電站中除變壓器以外的一次設(shè)備，包括斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端、進(jìn)出線套管等，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)有機(jī)地組合成一個(gè)整體。

　　GIS全稱氣體絕緣組合電器設(shè)備（Gas Insulated Switchgear），主要把母線、斷路器、CT、PT、隔離開關(guān)、避雷器都組合在一起。就是我們經(jīng)?？梢钥吹降拈_關(guān)站，也叫高壓配電裝置。

　　高壓配電裝置的型式有三種：第一種是空氣絕緣的常規(guī)配電裝置，簡(jiǎn)稱AIS。其母線裸露直接與空氣接觸，斷路器可用瓷柱式或罐式。葛洲壩電廠采用的即是這種型式。 第二種是混合式配電裝置，簡(jiǎn)稱H－GIS。母線采用開敞式，其它均為六氟化硫氣體絕緣開關(guān)裝置。 第三種是六氟化硫氣體絕緣全封閉配電裝置。其英文全稱GAS—INSTULATED SWITCHGEAR，簡(jiǎn)稱GIS。

　　GIS的優(yōu)點(diǎn)在于占地面積小，可靠性高，安全性強(qiáng)，維護(hù)工作量很小，其主要部件的維修間隔不小于20年。

?? GIS == Geographic Information System （地理信息系統(tǒng)）

　　GIS == Geographic Information Science （地理信息科學(xué)）

　　GIS == Geographic Information Service （地理信息服務(wù)）

　　GIS == Geographic Information Software （地理信息軟件）

　　GIS == Gas Insulated Switchgear （氣體絕緣組合電器設(shè)備）