[摘要]：地理信息系統(tǒng)(GIS) 是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。它探討了地理系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容，并且對當(dāng)前地理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)措施在水土保持規(guī)劃系統(tǒng)中的應(yīng)用，針對水土保持管理的具體要求和目標(biāo)，分析了一個基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型水土保持規(guī)劃信息系統(tǒng)在GIS應(yīng)用中的基本功能。

[關(guān)鍵詞]：地理信息系統(tǒng);水土保持;空間數(shù)據(jù)庫

1 前言

地理信息系統(tǒng)(Geoqrphic Information System, 簡稱GIS)管理空間信息和數(shù)據(jù)庫屬性數(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于國防建設(shè)、城市規(guī)劃、資源管理、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域;目前國產(chǎn)GIS軟件種類很多(如： MAPGIS、VTEWGIS)在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用與推廣，極大激勵了GIS技術(shù)的發(fā)展，被列入各國高科技重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，已成為各領(lǐng)域數(shù)字信息化建設(shè)首選的高科技軟件。

2 GIS技術(shù)的概述及其研究內(nèi)容

2.1 GIS的概念

GIS是一門多學(xué)科綜合的邊緣學(xué)科，其核心是計(jì)算機(jī)科學(xué)，基本技術(shù)是數(shù)據(jù)庫，地圖可視化及空間分析，而GIS是計(jì)算機(jī)科學(xué)，地理系統(tǒng)測量學(xué)、地圖學(xué)、空間學(xué)、信息科學(xué)等多門學(xué)科綜合的技術(shù)。

GIS狹義的概念可以理解為：1基于數(shù)據(jù)庫的定義：GIS的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有空間次序，并且提供一個對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的操作集合，用來回答對數(shù)據(jù)庫中空間實(shí)體的查詢;2基于功能的定義：GIS是采集、存儲、檢查、操作、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的系統(tǒng);3基于應(yīng)用的定義：由于GIS應(yīng)用領(lǐng)域的不同， GIS可分為土地信息系統(tǒng)、水土保持規(guī)劃信息系統(tǒng)、空間決策支持系統(tǒng)等。

2.2 GIS研究的內(nèi)容

GIS是一種決策支持系統(tǒng),它與其他信息系統(tǒng)的主要區(qū)別是其存儲和處理的信息是經(jīng)過地理編碼的,地理位置及與位置有關(guān)的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。一個完整的地理信息系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)(或空間數(shù)據(jù)) 、系統(tǒng)操作人員4 個部分組成。

2.2.1 輸入系統(tǒng)：地理數(shù)據(jù)如何有效地輸入到GIS中是一項(xiàng)瑣碎、費(fèi)時(shí)、代價(jià)昂貴的工作，大多數(shù)的地理數(shù)據(jù)是從低質(zhì)地圖輸入GIS。掃描輸入則面臨另一個問題，掃描得到的柵格數(shù)據(jù)如何變換成GIS數(shù)據(jù)庫通常要求的點(diǎn)、線、面、拓?fù)潢P(guān)系屬性等形式，一般采用交互式的地圖識別是矢量化方法的一種較為現(xiàn)實(shí)的理想輸入方法，而全自動的智能地圖識別方法采用較少。

2.2.2 存儲系統(tǒng)：GIS中的數(shù)據(jù)分為柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)兩類，如何在計(jì)算機(jī)中有效存儲和管理這兩類數(shù)據(jù)是GIS的基本問題。大多數(shù)的GIS系統(tǒng)中采用了分層技術(shù)，即根據(jù)地圖的某些特征，把它分成若干層，整張地圖是所有層疊加的結(jié)果，可同時(shí)高效地處理上萬幅的海量地圖庫。在與用戶的交換過程中只處理涉及到的層，而不是整幅地圖，因而能夠?qū)τ脩舻囊�求做出快速反�?yīng)和處理。

2.2.3 地理數(shù)據(jù)的操作：GIS對圖形數(shù)據(jù)(點(diǎn)、線、面)和屬性數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改等基本操作中對數(shù)據(jù)的操作提供了對地理數(shù)據(jù)有效管理的手段，GIS并使圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)緊密結(jié)合在一起，形成對地物的描述。

2.2.4 空間分析： GIS的空間分析分為矢量數(shù)據(jù)空間分析和柵格數(shù)據(jù)空間分析兩類：矢量數(shù)據(jù)空間分析通常包括：空間數(shù)據(jù)查詢和屬性分析，多邊形的重新分類、邊界消除與合并，點(diǎn)線、點(diǎn)與多邊形、線與多邊形、多邊形與多邊形的疊加，緩沖區(qū)分析，網(wǎng)絡(luò)分析，面運(yùn)算，目標(biāo)集統(tǒng)計(jì)分析;柵格數(shù)據(jù)空間分析功能通常包括：記錄分析、疊加分析、濾波分析、擴(kuò)展領(lǐng)域操作、區(qū)域操作、統(tǒng)計(jì)分析。

2.2.5 輸出：數(shù)據(jù)分析的結(jié)果以合適的形式輸出是GIS問題求解方程過程的最后一道工序，輸出形式通常有在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示或通過繪圖儀輸出。

3 地理信息系統(tǒng)模塊在水土保持中的應(yīng)用分析

在水土保持領(lǐng)域,有鐵路工程水土流失監(jiān)測與管理、黃土丘陵溝壑區(qū)小流域侵蝕產(chǎn)沙的地貌分帶研究、土壤侵蝕與土地利用關(guān)系研究、區(qū)域水土流失快速定量評價(jià)、巖溶地區(qū)水土流失遙感定量監(jiān)測研究、土壤侵蝕與其背景的空間分析,建立了小流域水土保持規(guī)劃信息系統(tǒng)、區(qū)域水土流失評價(jià)模型、土壤侵蝕背景數(shù)據(jù)庫、水土流失遙感定量模型、水土保持土壤侵蝕信息系統(tǒng)。

3.1 水土保持規(guī)劃系統(tǒng)平臺設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)GIS開發(fā)平臺均采用專門設(shè)計(jì)的開發(fā)語言。例如，Arc/Info采用AML或C++語言，加上龐大的函數(shù)、命令庫，使得開發(fā)技術(shù)人員掌握難度較大，遞延了應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)周期。

3.2 水土保持規(guī)劃系統(tǒng)與GIS組件設(shè)計(jì)理論

對于GPS應(yīng)用，除了需要地圖顯示、信息查詢等一般的GIS功能外，還需要特定的應(yīng)用功能，如動態(tài)目標(biāo)顯示、目標(biāo)鎖定等。這些GPS行業(yè)性應(yīng)用功能組件被封裝起來后，開發(fā)者的工作就可簡化為設(shè)置顯示目標(biāo)的圖例以及調(diào)用、接受數(shù)據(jù)的方法等。

3.3 水土保持系統(tǒng)在GIS使用中的優(yōu)點(diǎn)

將GIS的功能適當(dāng)抽象，以組件形式提供開發(fā)者使用，會帶來許多傳統(tǒng)GIS工具無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

3.3.1 GIS功能強(qiáng)大、系統(tǒng)處理速度快。

目前市場上開發(fā)使用的GIS組件都是基于128位系統(tǒng)平臺的，采用InProc直接調(diào)用形式，所以無論是管理大數(shù)據(jù)的能力還是處理速度方面均不比傳統(tǒng)GIS軟件遜色。GIS組件完全能夠提供拼接、裁剪、疊合、緩沖區(qū)等空間處理能力和豐富的空間查詢與分析能力。

3.3.2 靈活方便、價(jià)格適宜。

組件化的GIS平臺集中提供空間數(shù)據(jù)管理能力，并且能以靈活的方式與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)連接這樣，用戶便能以較好的性能價(jià)格比獲得或開發(fā)最優(yōu)GIS應(yīng)用系統(tǒng)。

3.4 水土保持規(guī)劃系統(tǒng)中的GIS系統(tǒng)基本功能

建立水土保持規(guī)劃信息系統(tǒng)的目標(biāo)是高效地管理海量的多時(shí)態(tài)水土保持利用數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對水土資源的科學(xué)管理，及時(shí)提供科學(xué)、詳實(shí)、直觀的數(shù)據(jù)，為水土保持工程的實(shí)施決策提供科學(xué)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)水土保持生態(tài)資源總量動態(tài)平衡，最終達(dá)到區(qū)域水土保持可持續(xù)發(fā)展。

3.4.1 查詢功能:水土保持規(guī)劃系統(tǒng)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理空間數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)一體化，因此圖形和屬性之間相互查詢比較方便。查詢包括對圖形和屬性的雙向查詢、圖形定位等查詢功能。

3.4.2 統(tǒng)計(jì)分析功能:水土保持統(tǒng)計(jì)分析是水土保持規(guī)劃信息系統(tǒng)的重要組成部分。通過水土保持統(tǒng)計(jì)了解土地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)、利用狀況的區(qū)域分布特征。

3.4.3 變更編輯功能：水土保持規(guī)劃系統(tǒng)變更是指水土保持利用狀況發(fā)生的變化，即地類、面積發(fā)生的變化。系統(tǒng)提供各種圖形和屬性變更工具，圖形變更能夠直接輸入精確坐標(biāo)進(jìn)行變更操作，圖形變更時(shí)自動生成新實(shí)體編號(如圖斑編號)，避免重號的發(fā)生。

3.4.4 制圖顯示功能:制圖顯示功能包括常規(guī)的地圖操作，如放大、縮小，地圖圖層控制管理等;創(chuàng)建默認(rèn)水土保持規(guī)劃(現(xiàn)狀)利用圖，創(chuàng)建各種專題圖如單一值規(guī)劃圖、等級符號圖、統(tǒng)計(jì)專題圖等。利用等高線和高程點(diǎn)生成DEM和數(shù)字正射影像，并與水土保持利用圖疊加顯示，生成形象直觀的水土保持土地利用圖，可以很直觀地看出地類在地形上的分布情況。

3.4.5 輸出功能:根據(jù)用戶具體要求可以輸出多種形式的數(shù)據(jù)、報(bào)表、圖表，按小流域或者區(qū)劃可以輸出一定比例的水土保持土地利用圖、水土保持規(guī)劃圖、水土流失現(xiàn)狀圖等。

4 GIS的應(yīng)用前景

目前，GIS的研究和應(yīng)用都處在一個高速發(fā)展的階段。未來空間數(shù)據(jù)采集和GIS技術(shù)將會有新的更大的發(fā)展，由于GIS本身的特點(diǎn)，過去建立起來的城市GIS系統(tǒng)的實(shí)際效益在未來幾年將會逐步顯示出來，人們的認(rèn)識會進(jìn)一步提高，城市GIS的生命力將愈加旺盛，并將會發(fā)揮應(yīng)有的、符合其特點(diǎn)的作用，GIS也將真正走向產(chǎn)業(yè)化和市場化。

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