第十四章：地理信息系统的应用及实例.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十四章：地理信息系统的应用及实例,由于,GIS,是,用来管理、分析空间数据,的信息系统，所以几乎所有的使用空间数据和空间信息的部门都可以应用,GIS,由于各个部门的不同，,GIS,在具体业务系统中所占的比重、应用方式也各异,结合比较紧密的如城市规划、环境领域等,相对松散的有商业、医疗卫生领域,本章简单介绍了一些,GIS,应用实例，针对不同实例，介绍方法也不同,有的概述一个具体区域的应用,有的叙述工作流程,有的介绍了工作原理和分析方法,提纲,14.1,地貌管理,14.2,道路交通管理,14.3,城市规划、建设管理,14.4,地震灾害和损失估计,14.5,农业气候区划,14.6,大气污染监测管理,14.7,医疗卫生,14.8,军事,14.1,地貌,地貌是构造、过程和时间的函数，现存地貌形态的定量指标及其物质组成等特点集中反映了地貌系统以往内外营力共同作用的总和,地貌信息系统分析方法就是提取地貌系统各不同侧面的特征参数，采用系统综合分析方法取得对区域地貌发展规律的总体认识,地理信息系统方法的发展，使得建立地貌信息系统，对庞大复杂的地貌空间数据进行定量分析处理和信息复合与综合评价成为可能,14.1,地貌,主要应用,地貌形态分析：,用于提取由地表形态反映出来的地貌特征参数，包括,DEM,以及基于,DEM,的各种地貌参数：坡度、坡向、起伏度、河网密度、沟谷参数等等,地貌信息复合：,包括地貌参数复合模型和地貌信息,/,专题信息复合模型，前者将各个地貌参数复合，发现其间的规律性，得到综合的分析结果；后者考虑到地貌格局还受到外动力地质作用的影响，将地貌信息与地质、水文、气象等信息复合，发现其联系。,地貌区域评价：,根据单个或者多个地貌特征的分析，评价地貌环境对农业、建筑、工程、旅游、居住条件的影响以及评价地貌条件对于各种自然灾害发生、发展以及防治的影响。,14.1,地貌,主要应用,地貌成因分析：,内动力成因分析模型,：内动力是地壳内部能量产生的营力，决定地貌的格局与骨架，可以从几何效应和力学机制两个方面进行分析,外动力成因分析模型,：外动力是地球表面受太阳能和重力以及生物活动的营力，主要包括重力作用、风力作用、水利作用、温差作用和生物作用等,地貌预测：,理论地貌预测模型,：以成因分析为基础，采用数理模型进行宏观和微观的模拟，预测地貌的发展,统计地貌预测模型,：在地貌发展历史数据的基础上，采用“黑箱”或“灰箱”的方法进行统计分析，预测地貌发展趋势,14.2,道路交通管理,近年来，,GIS,在交通方面的应用得到了广泛的重视，并形成了专门的,交通地理信息系统,GIS-T,，以满足道路交通管理方面的要求,GIS,在公路方面的具体应用,路廓设计,道路管理,流量和路径分析,14.2,道路交通管理,路廓设计,路廓设计是公路设计中的一个重要环节，是定出公路最终线向的一个步骤,路廓设计中要综合分析多种空间数据包括：大比例尺的土地利用图、地形图以及现有的道路网等,一个软件环境,从各方面收集来的资料合并到,GIS,资料库中，建造约束多边形，确定公路需要避开的区域，通常这些多边形可以分为三级：,第一级约束是必须要避开或减至最少；,第二级约束是尽量避开或减至最少；,第三级约束是可以避开或减至最少,根据需要可以用权重表示不同的约束等级，并在地图上分别显示，以便设计员在设计路线时尽量绕开这些区域,14.2,道路交通管理,方案评价,将每条试验性线路输入到,GIS,中,利用缓冲区分析得到路廓多边形,与约束多边形进行叠加分析，计算路廓与每个多边形相交的总面积，并乘以权重，得到该试验线路的约束影响的加权总面积（,Total Impact Weighted Area,TIWA),根据,DEM,进行线向的详细设计，其主要操作,根据,DEM,得到道路横断面,进而进行填挖方的优化,得到最终的路廓设计结果,14.2,道路交通管理,道路管理,属性数据,1,）公路属性,：路网标识，道路标识，路段标识，参考点等；,2,）几何属性,：路面宽度，路向，车道数目，坡度等；,3,）设施属性,：中央隔离带和隔离物，护轨，桥梁，交通标志，路灯，交通量计算仪；,4,）公用设施：,收费所，交叉口，涵洞，交通管理站等；,5,）建筑材料属性：,面层，覆盖层，基层，路基；,6,）道路使用统计属性：,交通量，每天平均流量，事故，车重统计，车类统计，进路要求；,7,）验收记录属性：,强度，粗糙度，障碍物，路面损坏程度，限速区段，车速调查；,8,）合同属性：,预算，费用，图则，日期等；,9,）维修工程属性：,工程类别，预算，费用，数量，日期,14.2,道路交通管理,道路管理,动态分段,:,是在数据库中纪录道路的每种属性的起止点到道路原点的距离，并不是真的将道路切断存储，适合于动态的分析，顾名动态分段,流量和路径分析：,流量和网络分析一般较多地应用于城市交通中，为城市交通管理和道路规划提供科学的决策支持，其中，有如下四类主要的模型：,1,）“出行产生”模型：,根据交通分析区的土地利用形态以及其它社会经济数据来估计各个区域所产生和吸引的交通量，例如，居住区会产生出行，而商业区则吸引出行,2,）“出行分布”模型：,根据出行产生分析的结果，确定各个区域之间的交通量,3,）“交通工具选择”模型：,将交通量计算分配到交通工具上，计算车流量,4,）“出行分派”模型：,根据交通线路的容量和速度，将车流量分配到各条道路上,14.3,城市规划、建设管理,在城市管理中，可以应用,GIS,的方面非常多，如土地、道路、管网、环境、人口等等诸多要素,城市建设规划涉及的因素非常多，开发新城要征用土地，改建旧城要拆迁安置，同时需要基础设施、公共服务设施的配套,下面介绍,GIS,在密尔沃基（,Milwaukee,）市城市建设日常管理方面的应用,14.3,城市规划、建设管理,美国威斯康星州的密尔沃基从,1976,年开始建设城市地理信息系统，并不断发展、完善。由于数据库比较完整，地理信息系统在很多方面发挥了作用，主要可以分为三个方面的活动,地图更新,土地区划管理,建筑审批处的内部工作管理,14.3,城市规划、建设管理,地图更新,地籍房产图,由政府税务部门负责编制，通常在以下情况下需要修改更新：,地契内容改变，包括地块边界的变化以及地块权属的变化；,在一个大的地块内再划分为若干小块，产生新的土地所有者；,公共道路的拓宽或者连通；,小地块合并成为大地块；,其它变化，如道路名称、地名的改变以及错误的纠正。,14.3,城市规划、建设管理,地图更新,一般的测绘图,，由政府市政工程部门负责编制，图面上标有主要的地块边界（不作为法律依据），但是没有普通的建筑物，通常在下列情况下需要更新：,城市建设造成地面重要物体的边界变化；,重新测量，纠正过时的内容；,道路打通、拓宽或封死；,大的地块合并或重新划分；,街道名称改变；,地图上的错误纠正,14.3,城市规划、建设管理,地图更新,土地使用图,，反映土地的实际用途，也反映了主要的地块边界,由城市规划部门负责编制，主要为城市规划服务,通常在以下条件下需要更新：,房屋的拆除和重建；,房屋改变用途；,地块边界改变；,地块重新划分；,地块兼并；,道路变化；,道路名称的修改；,地图错误纠正。,14.3,城市规划、建设管理,土地区划管理,在美国，大多数地方政府都用土地区划（,Zoning,）来指导、限制城市土地利用和城市发展,在密尔沃基市，先由城市规划部门编制土地使用规划，经批准后再制定区划，它是城市建设和审批修建申请的依据,密尔沃基市的土地区划图分为：,用途图,:,用于限制和规定相冲突的土地利用，如不准贴近主要交通干道修建大型商业设施等,范围图,:,对建筑之间的距离以及建筑后退道路等作出了规定,高度图,:,则规定了建筑本身的高度、相邻建筑在高度上的相互关系的限制,这三种区划图分为三个图层进行管理,可以叠加在一起显示，避免各个部门数据不一致的情况,可以很方便地检查规划图的错误，避免法律上的纠纷,也便于税收部门查询地产信息，调整对土地所有者的税收,14.3,城市规划、建设管理,建筑审批处的内部工作管理,每个建筑物在修建之前，必须经过政府主管部门批准，由于申请非常多，并且需要实地勘察，工作繁重，如何分配并确定每个经办人员的工作，以充分调动每个人的积极性成为一个难题,在建立地理信息系统后，修建项目申请卡片被记录到属性数据库中，其中的建筑物地址属性与地块空间数据相关联，这样可以很方便地将一定时期内所有的修建申请的位置分布显示在地图上，可以方便的根据申请量的多少、到市中心的距离、前往勘察的边界程度，划分每个工作人员的负责范围，提高了工作效率，改善了建筑审批处的内部管理,14.3,城市规划、建设管理,1,、城市信息管理与服务,二、,GIS,在城市管理中的应用举例,登陆网站：,(,中原地图）,1,、,如何利用,GIS,进行城市管理与信息服务？,2,、,GIS,可以解决城市管理中的哪些问题？,2,、城市规划,登陆网站,(,三亚城市规划信息网）,1,、如何利用地理信息系统,GIS,进行城市与区域多目标的开发和规划？,2,、,GIS,在城市规划中具有哪些优势与作用？能解决哪些问题？,3,、能否运用,GIS,为学校或自己的村庄进行规划？,二、,GIS,在城市管理中的应用举例,3,、城市道路交通管理,二、,GIS,在城市管理中的应用举例,登陆,（,北京公交网）,1,、,如何利用地理信息系统,GIS,进行城市道路交通管理？,2,、,GIS,在城市道路交通管理中具有哪些优势与作用？能解决哪些问题？,4,、城市抗震防灾,二、,GIS,在城市管理中的应用举例,1,、如何利用地理信息系统,GIS,进行,城市抗震防灾,？,2,、,GIS,在,城市抗震防灾,中具有哪些优势与作用？能解决哪些问题？,4,、城市抗震防灾,利用,GIS,可以实时跟踪灾害的发生、发展过程，对灾害进行快速分析、评价和模拟，并辅助开展灾后的应急和恢复工作。,二、,GIS,在城市管理中的应用举例,14.4,地震灾害和损失估计,对地震灾害以及地震次生灾害的评估对于一个区域的降低危险，资源分配以及紧急响应规划具有重要的意义,通过存储和分析地质构造信息，利用,GIS,可以预测地震发生的“场景”并估计该区域由于地震引发的潜在损失,在地震实际发生时，分析灾害严重程度的空间分布，帮助政府分配紧急响应资源,14.4,地震灾害和损失估计,进行地震灾害评估时要综合考虑地质构造等各种信息的空间分布，通常包括以下几个步骤,估计地表震动灾害,：需要识别地震源点，然后建立在该点发生地震以及地震波传播的模型，最后根据地表的土壤条件得到最终的震动强度,估计次生的地震灾害,：次生的地震灾害包括液化、滑坡、断裂等，评估这些灾害需要收集相应区域的地质构造信息，计算地表运动的强度和持续时间以及在以前的地震发生过程中这些灾害发生的情况,估计对于建筑物的损害：,需要收集地震区域内建筑和生命线的分布状况，然后对每种建筑的建立损害模型,估计可以用金钱衡量和不可以用金钱衡量的损失：,可以用金钱衡量的损失包括受损建筑的修复和重建,不可以用金钱衡量的损失包括人员伤亡,估算这些损失需要相应的社会经济信息，此外，清除垃圾和重新安置费用、失业、精神影响以及其它的长期或短期的影响，需要建立不同的模型，分别加以确定。,14.4,地震灾害和损失估计,地表震动强度可以根据震源位置以及地震波传播公式计算,而次生灾害以及建筑物的损害要根据相关的图件进行计算，并基于上述计算的结果来评估金钱损失和非金钱损失,在分析过程中，由于地震强度以及破坏程度随着到震源的距离增大而衰减，所以要采用缓冲区计算模型；而在计算金钱损失以及非金钱损失时，因为要综合考虑多个因素，要使用叠加复合模型。,14.5,农业气候区划,自八十年代以来，中国农业生产环境、气候环境发生了巨大变化，包括：,农业科学技术进步、种植业向粮食,经济,饲料作物三元结构转变，小生产、大市场向规模经营方向发展，农村产业结构调整向农业气候区划提出了新的要求,气候条件与气候资源本身发生了变化：如东北地区平均气温升高，北方地区干旱范围扩大，长江流域洪涝增多，特别是九十年代以来，异常气候事件呈现明显增多的趋势,农业气候区划技术条件发生了巨大变化，“,3S”,与网络技术在农业气候资源动态监测与开发应用中展示出广阔前景。,农业生产的发展，对气候资源开发利用和保护提出了更高要求。气象部门必需依靠科技进步，技术创新适应社会的需求。建立一套基于“,3S”,、网络平台的区划信息系统，有助于广大气象台站在气象服务手段和技术上得到提升。,面对,21,世纪农业新技术革命和可持续农业战略，农业气候资源作为一种重要的投资环境，有必要进行科学、客观的评价,14.5,农业气候区划,中国气象局提出建设“第三次农业气候区划”项目的目的是：,采用新技术、新方法、新资料，开发“农业气候区划信息系统软件，建立气候资源开发利用和保护监测体系,实行资源平面与立体，时间与空间全方位优化配置,发挥区域气候优势，趋利避害减轻气候灾害损失，提高资源开发的总体效益,为各级政府分类指导农业生产，农村产业结构调整，退耕还林防止水土流失等提供决策依据，为地方政府服务,14.5,农业气候区划,系统结构,农业气候区划信息系统是基于,GIS,工具平台，建立起面对专业技术人员的专用工具，适用于农业气候资源监测评价、气候资源管理与分析，小网格气候资源推算与空间查询、省地县三级区划产品制作等。具体实现了以下功能：,地理基础信息管理：管理工作区的基础地理数据，如行政区划，水系，交通数据等；,小网格资源信息管理：管理栅格格式的、与农业气候区划有关的信息，包括各种,DEM,数据；,小网格资源推算与区划产品制作；,农业气候资源监测与评价；,农业气候区划成果演示。,14.5,农业气候区划,工作流程,14.5,农业气候区划,“,3S”,在项目中的应用,利用,GIS,对农业气候区划综合要素空间查询和管理,利用,GIS,对气候资源进行小网格推算模式研究,GIS,在农业气候资源分析中的应用,利用“,3S”,提取农业背景信息参与区划计算,利用,GIS,建立集区划,资源动态监测,高产栽培技术为一体的信息服务系统,利用,RS,和,GIS,实现对农作物的生长情况的实时动态监视,农业生产自动化,江西省万安县脐橙种植区划,14.6,大气污染监测管理,随着经济的发展，环境污染直接影响了人们的生活质量,污染环境包括水污染、大气污染、固体废弃物污染,城市区域由于受到工业生产、居民生活的影响，成为大气污染发生的集中区域,如伦敦烟雾事件（,1952,）,洛杉矶光化学烟雾事件（,1943,）,近几十年来，研究者对大气污染问题进行了大量研究，并且通过实验或计算来建立适合于特定区域的大气污染物扩散模式以及确定相关参数的计算方法,14.6,大气污染监测管理,城市大气污染的来源主要包括：,点状污染源：主要包括烟囱,线状污染源：指汽车尾气排放,而污染的扩散的影响因子，除了排放量、排放物之外，还受到气象条件、下垫面等因素的影响,无论是点源污染，还是线源污染，其空间分布以及属性可以通过地理信息系统进行管理，而污染扩散的影响因子的空间分布同样可以作为,GIS,的空间数据组成部分,基于,GIS,可以建立大气污染扩散模型，进而，,GIS,也提供了表现污染物强度空间分布的功能，可以查询强度分布状况，并可以结合其它社会经济数据，进行更加细致的评价分析,14.6,大气污染监测管理,基于,GIS,建立大气污染扩散模型，可以,1,）模拟污染物的空间分布，评价不同区域的环境质量；,2,）将污染物空间分布与人口密度空间进行复合分析，确定受污染影响的人口数目；,3,）预测在给定气象条件下污染物的空间分布；,4,）确定不同点源对整个研究区污染总量的贡献；进而,5,）为污染整治，如降低排放量、甚至关闭某些污染源，提供决策依据；,6,）如果要增加污染点源，可以比较不同的方案（如烟囱的位置，高度等），从中选择最优方案；,7,）在城市规划时，作为确定不同用地（居住、工业、商业等）的分布。,14.6,大气污染监测管理,在包头市的研究工作中，利用,1,月份平均风速、风向、频率，并将其换算为风频表，对包头市的,37,个高架点源造成的地面,SO,2,浓度的空间变化进行模拟，结果如图,14.6,大气污染监测管理,模拟检验,将模型预测结果图与包头市环境监测站绘制的等值线图相比较,14.6,大气污染监测管理,在大气环境规划中，对规划中欲添加的新污染源需要预测新增污染源造成的污染、对新源的进行合理选址、确定新源的排污量大小以及点源烟囱的高度等,在研究中，拟在青年农场（图上三角点位置）增加一个新的污染源，有三种方案，分别为源强为,100000mg/s,、烟囱高,150,米；源强,1000000mg/s,、烟囱高,150,米；源强,1000000mg/s,、烟囱高,200,米,在一月风向风频条件下进行预测，将预测结果叠加在原来的污染分布状况上，结果如图,14.6,大气污染监测管理,大气污染的受害人群是大气污染管理和控制中最重要的关注对象，将模型的预测结果与包含人口数据的行政区划图进行叠加复合分析，获得各个污染区的面积和人口,(,新添加污染源造成的污染人群变化结果表,),浓度单位：,mg/m,3,0.00-0.05,0.05-0.15,0.15-0.25,0.25-1.6,新源强：,100000mg/s,新源高：,150,米,46.05,15.33,2.10,0.80,新源强：,1000000mg/s,新源强：,150,米,36.20,24.30,2.73,1.04,新源强：,1000000mg/s,新源强：,200,米,41.02,20.02,2.33,0.89,未添加前大气状况,49.83,15.61,2.03,0.80,源强为,1000000mg/s,的污染源造成的高浓度受害人群数量明显增加，而源强为,100000mg/s,的新添污染源造成的高浓度污染受害人群数量变化不大,增高污染源的高度来降低污染的危害是以低浓度受害人群数量的增加为代价的,14.7,医疗卫生,在医疗卫生领域应用,GIS,，将有助于解决健康问题以及制订相应的政策。,某些疾病只是限于一些地区（地方病），探讨其局部的自然和社会条件，对于研究疾病的原因以及治疗手段有着重要的意义,医疗设施（医院、诊所、急救中心等）具有空间分布特性，在一个区域内合理分布医疗设施有利于资源的有效利用,14.7,医疗卫生,GIS,与流行病研究,从空间的角度来看，流行病学需要很好地描述流行病发病率空间分布特征的手段，进而可以研究发病率模型，以发现流行病和周围环境的关系。,GIS,在流行病研究中主要提供了如下三个方面的功能：,流行病数据的可视化,空间数据分析,流行病模型,宾西法尼亚州,1981-1988,年爱滋病的扩散情况，,图上灰色的区域成几何级数增长生动地表现了爱滋病的扩散,14.7,医疗卫生,利用空间分析手段确定疾病原因，最著名的案例是英国医生琼,斯诺利用地图发现霍乱病病源：,1854,年,8,月到,9,月英国伦敦霍乱病流行时，当局始终找不到发病原因，后来医生琼,斯诺博士在绘有霍乱流行地区所有道路、房屋、饮用水机井等内容的,1:6500,城区地图上,标出了每个霍乱病死者的住家位置,得到了霍乱病死者居住位置分布图，他分析了这张图，马上明白了霍乱病源之所在,死者住家都集中于饮用“布洛多斯托”井水的地区及周围,根据斯诺博士的分析和请求，当局于,9,月,8,日摘下了这个水井的水泵，再往后就没有出现新的霍乱病人了。,14.7,医疗卫生,GIS,与医疗设施分布,医疗设施规划,可达性，可用性及结果,联系流行病学与医疗实施规划,空间决策支持系统,在医学地理学中，地理流行病学和医疗设施规划是两个最主要的领域。在研究中，发现以下问题是值得注意的：,1,）地图的比例尺，小比例尺的地图会掩盖许多细部的重要问题，如小区域间发病率的变化。大比例尺地图则可使有关当局集中力量于最需要他们的区域。,2,）疾病的传播是无国界的，随着人类活动的扩展，疾病也随之传播，通过对人口流制图，可以研究疾病的传播规律。,14.8,军事,指挥决策智能化、作战指挥自动化、武器装备信息化成为未来战争取胜的关键。,军事地理信息系统是地理信息系统技术在军事方面的应用，是指在计算机软硬件的支持下，对军事地形、资源与环境等空间信息进行采集、存储、检索、分析、显示和输出的技术系统。,14.8,军事,军事地理信息系统和遥感、全球定位系统关系密切，同时和指挥自动化系统,C3I,（,Command,，指挥；,Control,，控制；,Communication,，通信；,Information,，情报）紧密地联系在一起，形成一个多功能的统一系统,信息收集子系统,信息传递子系统,信息处理子系统,信息显示子系统,决策监控子系统,执行子系统,情报是军事决策的基础；信息收集、处理和显示是系统的核心；通信和控制是信息传输和决策过程的保证；指挥使军事决策具体执行。地理信息系统技术在情报的收集、处理、显示和指挥决策方面发挥着重要的作用。,14.8,军事,国外军事地理信息系统（,MGIS,）现状,军事地理信息系统在海湾战争及以后的战争中发挥了重要的作用，受到了各国军方的普遍重视。报道较多的是美国、俄罗斯、英国、澳大利亚等国的,MGIS,。其应用领域包括：,1,）基础地理信息,包括地形图、,DEM,、,DTM,等。,2,）航海、航空管理,航海图、制定计划航线、障碍物、禁区、助航设施、导航管理、空中交通控制等。,3,）地形分析,包括战场模拟、行军路线、应急线路分析、越野机动、涉水分析、通视点分析、距离量测、面积量测、武器打击轨迹分析等。,4,）任务规划（战略层次）,包括军事基地规划、军事基础设施管理、打击效果评估、巡航导弹支持、战区规划、入侵应急规划、目标分折、轨道建模等。,5,）战争管理（战术层次）,包括战场监测、战场管理、小战区规划、登陆计划、战术模拟、后勤保障规划、交通规划等。,6,）基础作业支持,包括拦截应用、环境应用、军事设施分类规划等。,7,）边界控制,包括边界巡逻和交叉分析、毒品禁运、移民控制等。,8,）情报,包括反毒品活动、反恐怖主义活动、武器监视与跟踪、情报收集等。,14.8,军事,国外军事应用系统示例,美国国防制图局是美国军事,GIS,的管理部门，,1989,年以来投入大量的人力和物力来开发军事,GIS,系统。例如：,1,）数字航海图,:,数字化海图（和,GPS,结合用于海军的导航，来取代以前使用的,4500,张纸质海图。这些数字地图可以支持广泛的空间分析和地理查询。数字化海图一般包含有,12,个特征数据库：地名注记、水文要素、界限、港口设施、水下地形、航道、航海标志、救援标志、海洋环境、陆地地形地物、航海障碍物、数据的优先级。,2,）数字地图,:,数据分两个层次，分别对应于,1,：,25,万比例尺和,1,：,5,万比例尺的地形图。该系统包括有,10,个数据层：交通、网络、界限、水文、城市、公用设施、植被、等高线、工业设施。,3,）水文资源评估系统,:,用于水文和测深数据的收集。,14.8,军事,MGIS,的发展方向,概括而言，军事地理信息系统有以下的发展趋势，以便更能够满足现代战争的要求：,1,）基础数据、基础设施大型化,2,）各领域应用专业化,3,）实用化，简单化，易学易用,4,）小型化,应用总结,根据应用创建空间模型,设计数据模型,要素,场,网络,表面,采集数据,-,数据处理,-,入库,应用分析,查询,空间分析,模型分析,制图,