閆興愿    董勝利    趙 凱

西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院  陜西 西安 710003

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    當(dāng)今信息技術(shù)日新月異，信息產(chǎn)業(yè)獲得空前發(fā)展,信息資源呈爆炸式擴(kuò)張。多尺度、多類(lèi)型、多時(shí)態(tài)的地理信息是人類(lèi)研究和解決土地、環(huán)境、人口、災(zāi)害、規(guī)劃、建設(shè)等重大領(lǐng)域時(shí)所必需的重要信息資源。信息時(shí)代對(duì)信息資源的采集、管理、分析提出了更高的要求。系統(tǒng)論、信息論等理論的形成，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、人造衛(wèi)星遙感等空間技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，為信息資源的科學(xué)管理展示出更廣闊的前景。GIS就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。

 

    GIS是Geographical Information System的縮寫(xiě)，即地理信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)是一種兼容、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示與應(yīng)用地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是分析和處理海量數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。

 

    地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對(duì)空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來(lái)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。

 

    地理信息系統(tǒng)是空間數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)，是空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的綜合體，其主要有以下特征：

    1、空間定位特征：空間實(shí)體在一定空間參照系中的位置識(shí)別是與數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起的，這是地理信息區(qū)別于其它類(lèi)型信息的最顯著的標(biāo)志。

    2、多維結(jié)構(gòu)特征：可在二維空間的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)題的第三維結(jié)構(gòu)和不同專(zhuān)題間的相互關(guān)聯(lián)。

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

 

    由于GIS所能提供的應(yīng)用具有“多來(lái)源”、“多層次”、“多時(shí)態(tài)”、“快速度”、“深加工”、“多形式”、“多精度”等特點(diǎn)，因此應(yīng)對(duì)地理信息的這種區(qū)域性的、多層次的和動(dòng)態(tài)變化的特征進(jìn)行研究和掌握，才能實(shí)現(xiàn)人口、資源、環(huán)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(xiàn)出其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。

 

    1.地理信息系統(tǒng)與遙感集成聯(lián)合運(yùn)用

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

 

    2.地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)( GPS )

    在GIS電子地圖上主要是定位數(shù)據(jù)及及其屬性數(shù)據(jù)。全球定位系統(tǒng)(GPS)比傳統(tǒng)方法以較低的成本得到最精確（厘米級(jí)）定位，這是因?yàn)镚PS系統(tǒng)的地面設(shè)施和衛(wèi)星可隨時(shí)提供精確的定位數(shù)據(jù)，這種精確的定位數(shù)據(jù)非常滿足地理信息系統(tǒng)的要求。連接全球定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄器可自動(dòng)記錄和更新，不僅有資源清查數(shù)據(jù)，還有點(diǎn)和導(dǎo)線的數(shù)據(jù)可直接進(jìn)入GIS系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)很樂(lè)意把精度高、使用方便，而且成本低的全球定位系統(tǒng)作為一種數(shù)據(jù)采集源。

 

    3.地理信息系統(tǒng)與決策支持系統(tǒng)( DSS )融合

    reisinger et al . ( 1988 )整合現(xiàn)有的地理信息系統(tǒng)與決策模式的關(guān)于木材采伐開(kāi)發(fā)決策支持系統(tǒng)。Honea et al. (1990)指出將地理信息與決策支持系統(tǒng)的融合可以幫助決策者作出更好的決定。Herrington et al. (1998)試驗(yàn)了一個(gè)關(guān)于森林管理的GIS決策支持系統(tǒng)。Carter et al. (1999)制定了綜合地理信息系統(tǒng)和木材采伐調(diào)度模型。 這一基于網(wǎng)絡(luò)的決策支持系統(tǒng)，包括申請(qǐng)網(wǎng)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(jìn)行效益分析。

 

    4.地理信息系統(tǒng)與遙感和全球定位系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)用

    遙感( RS )提供了多譜段、多分辨率、多時(shí)相和多傳感器圖象環(huán)境和自然資源。GPS提供強(qiáng)的大地測(cè)量控制與度量定位。地理信息系統(tǒng)利用先進(jìn)工具從地理信息空間數(shù)據(jù)庫(kù)提取出相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行使用，推理和描述以助于做出決策。所以越來(lái)越多的科技者設(shè)法結(jié)合這三項(xiàng)技術(shù)或三者中任何兩項(xiàng)的組合。Graham(1993)在植被圖方面進(jìn)行了這項(xiàng)試驗(yàn)，在這次試驗(yàn)中他將GPS獲得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，所以地理信息系統(tǒng)可以快速而準(zhǔn)確的進(jìn)行定位、查詢(xún)。Chen et al. (1998) 遙感技術(shù)和全球定位系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)用作為收集數(shù)據(jù)的工具，結(jié)合地理信息系統(tǒng)進(jìn)行管理、分析和輸出空間數(shù)據(jù)，實(shí)踐證明這是一種有效的資源管理方法。

 

    5.地理信息系統(tǒng)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工程(ANN)結(jié)合

    地理信息系統(tǒng)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工程(ANN)結(jié)合運(yùn)用在10前就被提出來(lái)了。 從那時(shí)起，進(jìn)行了各種各樣的探索研究潛在適用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工程的空間分析。最近的研究表明：融合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工程與地理信息系統(tǒng)可大幅改善建模能力的地理空間決策。Wang (1992) 成功地通過(guò)融合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)了用于土地適宜性分析的地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)模型的能力。Sui et al，(1993)通過(guò)整合一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與地理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)適宜性分析，研究表明：基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地理模擬方法可以直接近似做出“決定”。可見(jiàn)，集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工程和地理信息系統(tǒng)進(jìn)行空間分析和建模是一個(gè)非常重要的研究領(lǐng)域，將大大有助于設(shè)計(jì)下一代的地理信息系統(tǒng)。

 

    地理信息系統(tǒng)是對(duì)地理信息進(jìn)行采集、存貯、更新、分析、傳輸、查詢(xún)等管理過(guò)程的基礎(chǔ)工具。地理信息就是表征地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形的總稱(chēng)。

 

    GIS能回答和解決以下四類(lèi)問(wèn)題：

    1、位置：即在某個(gè)地方有什么的問(wèn)題。

    2、條件：即符合某些條件的實(shí)體在哪里的問(wèn)題。

    3、趨勢(shì)：即某個(gè)地方發(fā)生的某個(gè)事件及其隨時(shí)間的變化過(guò)程。

    4、模擬：即某個(gè)地方如果具備某種條件會(huì)發(fā)生什么的問(wèn)題。

 

    GIS目前已成功地應(yīng)用到了包括資源管理、自動(dòng)制圖、設(shè)施管理、城市和區(qū)域的規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運(yùn)輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類(lèi)別的一百多個(gè)領(lǐng)域。

 

    GIS在水文水資源中有廣泛的應(yīng)用。在GIS應(yīng)用平臺(tái)上可實(shí)現(xiàn)基本的GIS功能并實(shí)現(xiàn)水情可視化和汛情可視化，其中數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是信息系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵。

 

    水資源數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)是極其復(fù)雜系統(tǒng)工程。首先，水資源數(shù)據(jù)是多維的。例如，對(duì)于每一個(gè)水情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，它都有個(gè)時(shí)間戳，記錄了數(shù)據(jù)采集的時(shí)間。同時(shí)每個(gè)數(shù)據(jù)還有個(gè)地理戳，記錄了數(shù)據(jù)采集的具體位置。這樣時(shí)間維、空間維和各個(gè)主題域(水情狀況)一起構(gòu)成了水情多維數(shù)據(jù)。其次，水資源監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)在采樣時(shí)間上精確到了分鐘(采樣時(shí)間、采樣時(shí)分)，在取樣位置上又精確到了測(cè)點(diǎn)(測(cè)站、斷面、測(cè)線、測(cè)點(diǎn))，因此數(shù)據(jù)量是極其龐大的。為了方便更好地查詢(xún)和分析數(shù)據(jù)，需要對(duì)原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合。總體上看來(lái)，在水資源信息系統(tǒng)中，涉及到的數(shù)據(jù)可以分為兩大類(lèi)：空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)庫(kù)包括兩大類(lèi)；一類(lèi)是基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)，包括邊界圖、行政區(qū)劃圖、水系圖(河流、渠道、水庫(kù))、居民地分布圖、地形、交通等等，這一類(lèi)數(shù)據(jù)主要是作為背景顯示；另一類(lèi)是水資源專(zhuān)題圖層，這一類(lèi)包括水情監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分布圖等、水資源功能區(qū)劃圖等。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)主要是相對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)而言的，它  一般可以用二維表的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。水資源信息系統(tǒng)中涉及到的屬性數(shù)據(jù)包括：

 

    1、水環(huán)境地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)；

    2、水情監(jiān)測(cè)站點(diǎn)基本信息；

    3、監(jiān)測(cè)斷面信息；

    4、水情、汛情統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。

 

    利用GIS可實(shí)現(xiàn)圖形和屬性數(shù)據(jù)的雙向查詢(xún)，對(duì)水資源數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)管理， 在此基礎(chǔ)上做出評(píng)價(jià)。快速掌握水文水資源內(nèi)的各種信息，使水資源管理達(dá)到系統(tǒng)化、科學(xué)化，促進(jìn)水文水資源的有效開(kāi)發(fā)和可持續(xù)利用。應(yīng)當(dāng)指出，要想利用 GIS 建立完善的水資源管理系統(tǒng)，還要進(jìn)一步進(jìn)行水資源系統(tǒng)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(tǒng)模擬分析和輔助決策支持功能，但利用其動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)維護(hù)能力，結(jié)合專(zhuān)業(yè)性的模擬分析工具，可以提供一個(gè)實(shí)時(shí)的水資源輔助分析系統(tǒng)，水文水資源決策者可以獨(dú)立地根據(jù)情況的變化和新的數(shù)據(jù)調(diào)整決策方案，分析決策效果。

 

    同時(shí)利用GIS、空間數(shù)據(jù)庫(kù)和結(jié)構(gòu)化的組件式程序設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)，負(fù)責(zé)完成空間數(shù)據(jù)（包括基礎(chǔ)地理信息、水利工程信息等）管理、防洪規(guī)劃、洪水規(guī)劃、水情收集、汛情傳遞、城市防洪、搶險(xiǎn)救災(zāi)、災(zāi)情評(píng)估及旱災(zāi)統(tǒng)計(jì)，為防汛抗旱提供重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。

 

    隨著GIS相關(guān)新技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)展，為人們的生產(chǎn)生活會(huì)發(fā)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(xué)決策等領(lǐng)域?yàn)樗�資源工作者提供更加科學(xué)的信息服務(wù)。

 

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作者：閆興愿（1967-）男，工程師，主要從事測(cè)繪技術(shù)生產(chǎn)管理工作。

         董勝利（1966-）男，工程師，主要從事GIS、測(cè)繪技術(shù)生產(chǎn)管理工作。

         趙  凱（1982-）男，助理工程師，主要從事GIS技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。