GIS论文
GIS背景分析与应用
计算机科学与技术学院
2012级苏丽爽
教学号：53120332
GIS背景分析与应用
地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，随着GIS的发展，也有称GIS为“地理信息科学”，近年来，也有称GIS为"地理信息服务"。GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理（简而言之，是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析）。GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起结合Google和网页功能的地理资讯系统架构。GIS与其他信息系统最大的区别是对空间信息的存储管理分析，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。
GIS可以分为以下五部分：
1.人员，是GIS中最重要的组成部分。开发人员必须定义GIS中被执行的各种任务，开发处理程序。
2.数据，精确的可用的数据可以影响到查询和分析的结果。
3.硬件，硬件的性能影响到软件对数据的处理速度，使用是否方便及可能的输出方式。
4.软件，不仅包含GIS软件，还包括各种数据库，绘图、统计、影像处理及其它程序。
5.过程，GIS 要求明确定义，一致的方法来生成正确的可验证的结果。
地理信息系统包含5项基本功能：数据采集与编辑；数据库管理；空间查询和分析；地形分析；制图。
数据采集与编辑功能地理对象的空间位置信息采集、属性信息采集；地理信息输入；地理信息数字化；地理数据的编辑、验证、编码、规范和标准化；符号设计和地图修饰；地理数据入库。
数据库管理功能地理数据库定义、建立；地理数据库操作，包括数据检索、增加、修改、删除等；地理数据库维护、备份和安全；地理数据库更新和变更历史记录。
空间查询和分析功能图形属性双向查询。根据地理对象的图形查询相应的属性信息；按照属性信息的特点，查询对应的地理目标。
地形分析功能 GIS通过构造数字高程模型（DEM）进行有关的地形分析。其中包括等高线分析、透视图分析、坡度坡向分析和断面图分析等。
制图功能 GIS可以根据地理数据库地图生成数字地图，并对数字地图进行整饰，添加图例、颜色和标注，为用户输出全要素地图；根据用户需要，分层输出各种专题地图；可以输出通过空间分析得到的结果图。
随着地理信息系统理论方法和技术的成熟，在农业领域的应用也逐步深入。GIS在农业上主要应用在以下几个方面。
1 利用GlS进行农业区划：在利用GIS进行农业区划以前，农业区划工作一直处于手工阶段，农业科技人员通过大量调查，得到关于农业资源的大量数据，然后对数据进行分析处理，并手工绘制区划图。这种方法不仅费力费时，而且对大量数据的处理能力较差，很难对多因素的大量数据进行规划。利用GIS进行农业区划，可以将现有的资源、经济数据库与GIS结合，很快形成各种农业区划统计图件。也可以将遥感系统(RS)和GIS结合起来，利用RS的遥感结果，结合GIS软件中提供的各种评判方法和区划建模进行不同区划方案的动态模拟与评价，编绘出综合评价图、区划图，直观定量地显示区划结果。这样，保证了区划方法的科学性、针对性和先进性。
2 利用GIS进行土壤适宜性评价：土壤的适宜性评价的目的在于揭示土壤对不同农业用
途的适宜性和限制性，为确定最适宜的用地方式提供依据。利用GIS进行土壤适宜性评价就是根据土壤类型、质地、有机质含量、氮磷钾等其它元素，依据各个元素对某种作物生长的重要性赋予权重，在地理信息系统中分析运算，生成土壤适宜性评价图。也可以依据实际情况建立数学模型，进行农业土地适宜性的单因素评价和多因素综合评价，实现土地适宜性的分等定级。
3 利用GIS开展农业灾害预测与预防研究:利用遥感、GIS和计算机等技术对重大农业气象灾害进行综合测评，为政府和有关部门提供及时有效和准确可靠的决策信息，使减灾、防灾及救灾等有充分的科学依据，是农业生产和农村经济稳定发展的保证。由于GIS具有较完备的空间属性信息，如某一区域经过多少河流，有多少铁路线，有多少商业区等等。若该区域有灾害发生，如遭受一场洪灾，可以根据GIS空间信息计算出大致的受灾面积，进而估算该区域的经济损失；根据GIS的空间特性，对某一区域历史数据的演变分析，对区域内灾害发生的基本规律、时空分布、概率分布、危害程度等进行综合评价和模拟，并对灾害发展趋势进行预测，如对旱灾、涝灾、水灾、作物病虫害等农业灾害的预测预报、灾情的演变趋势模拟和灾情的动态变化，为防灾减灾提供分析对策。
4 利用GlS对作物种植的适宜性评价:作物种植适宜性评价是针对某种作物在特定地域种植的适宜程度作出的结论性评价。对具体作物在具体地域上能否适宜生长做出定性、定量和定位的评价，不仅能充分利用自然资源，开发土地潜力，实现作物高产，而且能够在现有基础上优化作物种植的总体布局，使区域经济结构和生态环境实现可持续发展。GIS技术已经在种植适宜性评价中开始应用。根据某一作物的生产与气象条件的关系，确定出某一地区某一作物种植的农业气候区划指标，进而采用GIS技术对此地区某作物种植区进行农业气候区划，划分适宜、次适宜和不适宜种植区，为农业结构调整及作物的合理布局提供科学依据。
5 农业资源的清查、核算、评估与监测:农业资源是农业持续发展的基础条件，在进行农业生产决策之前必须清查资源，包括自然资源和社会经济资源，这是一项复杂而费时的工作。而利用GIS和RS结合，能够快速、准确地查清、核算、监测某一区域的农业资源。利用遥感系统可以快速地获取研究区域内的农业资源的遥感图象；将图象信息传递给GIS，经GIS的判读解析，提取有用信息，建立区域农业空间数据库；利用GIS的统计和覆盖功能可以快速地实现农业资源数据的再现；利用GIS制作出所需的各种资源要素的图件，如土地利用现状图、植被分布图、水分利用图、地形地貌图等一系列社会经济条件统计图等专题信息图，还可以利用这些图进行叠加分析而获得综合信息图；也可以结合一些模型对具有时空变化特点的资源进行存量和价值量的估算。利用RS定期地对农业资源的质和量进行动态监测，及时更新GIS空间数据库，从而使人们动态地了解农业资源的变化情况。
6 农作物估产和监测:农作物估产和监测对国家及时了解农作物产量，制定粮食进出口政策和价格至为重要，联合国粮农组织(FAO)及大多数国家都将其作为头等大事来抓。作物估产的内容主要有两方面，一是估算作物种植面积；二是由单产模型、长势遥感监测来确定估产模式。利用GIS完成这项任务，而且能做到又快又准又省。砸生产中，通过遥感方法获得作物的长相长势的遥感图象，判读解译RS影像信息，在GIS中对各种空间数据信息进行分析，识别作物类型，通过统计量算出播种面积；进而分析出作物生长过程中自身的态势和环境的变化，再利用GIS系统的模型功能，构建出不同条件下作物生长模型和多种估产模式，把上述因素信息引入模型中便能估算出大面积的作物的产量和长相长势。早在2O世纪7O
年代，美国和苏联就利用这种方法进行作物的估产。
7 农业生态环境的监测和分析:地理信息系统在农业生态环境研究中应用广泛，主要有环境监测、生态环境质量评价与环境影响评价、环境预测规划与生态管理以及面源污染等。利用RS和GIS，将二者有机地结合起来对农业生态环境质量进行监测和分析是GIS在农业中应用的又一个新领域。通过遥感方法获得生态环境的遥感图象，将信息输入GIS，在GIS
中对各种空间数据信息进行分析、处理，及时发现情况并进行预警；建立环境的空间数据库，对空间数据进行管理和分析，作出某一指标或多个指标的专题地图，直观形象地表达生态环境的变化；利用GIS的模型功能，建立农业生态环境的模型，模拟区域内农业生态环境的动态变化和发展趋势，为决策和管理提供依据。
8 地理信息系统在精确农业中的作用:精细农业是利用RS、GIS、GPS(全球卫星定位系统)、计算机技术等高新科技，对农业生产全过程中农作物、土地、土壤从宏观到微观进行实时监测，通过诊断和决策，制定实施计划，并进行田间自动作业的信息化现代农业。GIS 在精细农业中的应用主要包括以下几个方面：①GIS作为精确农业中整个系统的承载运作平台和基础，起着大脑和神经中枢的作用。精确农业作为一个完整的大系统，各种农业资源数据的流入、决策控制信息的流出都要经过GIS来执行；GIS作为精确农业的核心组件，将RS、GPS、专家系统、决策支持系统等组合起来，起到“容器”的作用。②作为农田空间数据库的管理系统。在精确农业中，GIS用于农田土地数据管理，查询土壤、自然条件、作物苗情、作物产量等数据，也能采集、编辑、统计分析不同类型的空间数据。⑧绘制作物产量分布图和农业专题地图分析。安装GPS导航仪的联合收割机在田间收割农作物时，每隔一定时间把小区的产量记录在地理数据库GIS空间信息计算出大致的受灾面积，进而估算该区域的经济损失；根据GIS的空间特性，对某一区域历史数据的演变分析，对区域内灾害发生的基本规律、时空分布、概率分布、危害程度等进行综合评价和模拟，并对灾害发展趋势进行预测，如对旱灾、涝灾、水灾、作物病虫害等农业灾害的预测预报、灾情的演变趋势模拟和灾情的动态变化，为防灾减灾提供分析方案。
GIS在环境资源上的应用：GIS 在资源、环境的应用是很突出的。 1）资源中主要对于资源的分布、 2）在环境中的主要是：环境保护、环境检测、环境应急预警以及环境质量与影响评价等方面的应用，还有环境制图等。资源的清查、管理和分析是地理信息系统应用最广泛的领域，也是目前趋于成熟的主要应用领域，包括森林和矿产资源的管理、野生动物的保护、土地资源利用评价，以及水资源的时空分布特征研究等。地理信息系统的主要任务是将各种来源的数据和信息有机地整合在一起，在一个连续无缝的方式下，管理大型的地理数据库，这种功能强大的数据环境允许集成各种应用。最终用户通过地理信息系统的客户端软件，可以直接对数据库进行查询显示、统计、制图、以及提供区域多种组合条件的资源分析，为资源的合理开发利用和规划决策提供依据。例如，在农业方面建立了农业资源地理数据库，实现空间数据库的浏览、检索等，利用 GIS 绘制农业资源分布图和产生正规的报表，便于我国农业生产的管理和辅助决策。在林业中常规的森林资源监测，从资源清查到数据整理成册，最后制定经营方案，需要的时间长，造成经营方案和现实情况不相符。这种滞后现象势必出现管理方案的不合理。利用 GIS 就可以完全解决这一问题，及时掌握森林资源及有关因子的空间时序的变化特征，从而对症下药。在土地资源方面用于土地评价工作（土地的适宜性、土地的生产潜力评价、土地持续利用评价、城市地价评估、耕地地价评价等），土地利用规划（包括土地利用总体规划、土地利用多目标规划），土地利用与土地覆被现状分类与制图，以及土地利用与土地覆被动态监测。地理信息系统在环境保护中的应用与价值日益显现，随着我国环境信息化的快速发展和计算机新技术在环境保护领域的广泛引用，环境信息系统在环境保护管理和决策工作中发挥着越来越重要的作用。而地理信息系统的出现为环境保护工作迈向信息化、现代化提供了技术支持。GIS 的强大功能之一是它的空间数据的采集、编辑、处理功能和对空间数据的管理能力。它还能建立各种环境空间数据库，同时还能把各种环境信息与其他地理位置结合起来进行综合分析与管理，以实现空间数据的输入、查询、分析、输出和管理的可视化。总的来说，GIS 在环境方面的应用功能主要有环境管理、环境规划与决策、环境评价、环境监测、环境模拟与预测。
随着城市数目和城市人口的不断增多，中国经济的快速发展，环境污染问题日渐严重，我们运用 GIS 就可以更轻松的解决这一问题。GIS 在环境中主要用于以下几个方面。一、环境制图，环境制图是环境科学研究的基本工具和手段。与传统的、周期长、更新慢的手工制图方式相比，利用 GIS 建立起地图数据库，可以达到一次投入、多次产出的效果。它不仅可以用户输出全要素地形图，而且可以根据用户需要分层输出各种专题图，如污染源分布图、大气质量功能区划图等等。二、应用 GIS 建立各种环境地理信息系统，各级环保部门在日常管理业务中，需要采集和处理大量的、种类繁多的环境信息。而这些环境信息 85% 以上与空间位置有关。GIS 的强大功能之一是它的空间数据的采集、编辑、处理功能和对空间数据的管理能力。使用 GIS，可以建立各种环境空间数据库。例如：污染源空间信息数据库（包括工业、农业、交通等污染源数量、属性和污染源发生的地域范围）、环境质量信息数据库（包括空气、水、噪声等），GIS 能够把各种环境信息与其地理位置结合起来进行综合分析与管理，以实现空间数据的输入、查询、分析、输出和管理的可视化。三、GIS 应用于环境监测，在环境监测过程中，利用 GIS 技术可对实时采集的数据进行存储、处理、显示、析，实现为环境决策提供辅助手段的目的。四、GIS 应用于自然生态现状分析。在进行自然生态现状分析过程中，利用 GIS 可以比较精确地计算水土流失、荒漠化、森林砍伐面积等，客观地评价生态破坏程度和波及的范围，为各级政府进行生态环境综合治理提供科学依据。另外 GIS 还可用于环境应急预警预报与环境质量评价和环境影响评价。进入 21 世纪以来，人类社会已经全面进入信息时代，信息技术正在深刻改变着人类的生活与社会面貌。作为全球信息化浪潮重要的组成部分的地理信息系统的建设与应用，日益环境评估、灾害预测、受到科技界、企业界和政府部门的广泛关注。它广泛应用于资源调查、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。
GIS在其他方面也有一些应用。
例如绘制土壤属性空间分布图是土壤空间变异性最直观的表达形式.传统的土壤属性分布图的制作在很大程度上依赖于制图者的知识背景和主观判断,难以定量地反映土壤属性的空间变异性.随着空间统计理论和分析技术的发展,定量化的土壤属性制图方法已成为可能.即应用GIS系统。
目前 GIS 的应用已从基础信息管理与规划转向更复杂的区域开发、预测预报，与卫星遥感技术相结合用于全球监测，成为重要的辅助决策工具， GIS 作为信息产业的重要组成部分，正以前所未有的速度向前发展。随着地理信息系统产业的建立和数字化住处产品在全世界的普及,GIS 将深人到各行各业以至千家万户，成为人们生产、工作、学习和生活中不可缺少的工具和助手。