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篇1

地理信息技術類試題的解答必須在理解3S技術的概念、工作原理、功能和應用范圍的基礎上進行，結合試題相關情境信息的提取，做到有的放矢。一項工作可用到一種或幾種3S技術，要認真審清題目，提煉題目中提供的有用信息。如某山區森林火災發生，著火地點的確定應用了GPS技術，火災范圍的動態檢測應用了RS技術，GIS技術可以對火勢情況進行分析和預報。

1.遙感（RS）。遙感是應用相關儀器從遠處獲得觀察對象信息的綜合技術。它的基本工作原理是利用裝在飛機或人造衛星等上面的光學和電子設備，接受地球上物體反射或輻射的電磁波，形成影像，再將影像傳回地面接收站，使用處理和識別設備對影像進行處理和分析，獲得地物的信息。

遙感的功能表現在能夠精確觀測遠距離、大范圍的地理事物，如地球影像、黃土高原影像的獲取；能及時、持久地檢測事物的發展變化，如對臺風、沙塵暴的發生發展和消亡進行動態監測等。可應用于測繪制圖、自然資源調查、環境與災害監測評價等。

2.全球定位系統（GPS）。GPS是美國研發的精密衛星定位與導航系統，具有海陸空全方位實時三維定位與導航能力，可以同時獲得地面點的經度、緯度、高程、速度。GPS由空間系統、地面監控系統和用戶系統三部分組成。其定位原理是：由已知空間位置的GPS衛星發射信號，在地面（或空中）的GPS接收機跟蹤接收GPS衛星發射的信號，測量信號從衛星到接收機的傳播時間，計算出衛星到接收機的距離。如果接收到3顆衛星信號，GPS接收機可以計算出接收機所在位置的經度、緯度和高程。若接收到4顆衛星信號，就可以獲得定位時間。若捕捉到四顆以上的衛星信號，就可以提高定位精度。若接收機不斷更新位置，就可以解算出移動方向和速度。

GPS可用于野外勘探包括測繪與資源勘探、交通運輸（車輛、船舶、飛機跟蹤、調度、路徑選擇等）、軍事（飛機、火炮、地空導彈、制導炸彈等）、旅游導航等領域。

3.地理信息系統（GIS）。GIS是以數據庫為基礎，在計算機軟硬件支持下，對地理數據進行輸入、存儲、管理、處理、分析和輸出的計算機技術系統。它一般由計算機系統、地理數據和應用人員三部分組成。GIS具有四項基本功能，即數據輸入與編輯、數據存儲與管理、空間查詢與分析，制圖與產品輸出。GIS依托這些基本功能，解決實際的地理問題。

地理數據有矢量數據和柵格數據兩種表示方法，如圖2所示：

GIS的數據分析方法有緩沖區分析和疊加分析兩種方法。可用于政府管理（公共設施、土地、交通、環保等）、公眾生活服務（生產、生活、出行等）、科研與國防應用等領域。

在3S技術中，遙感具有快速采集地理數據的優勢，為GIS提供多種類、多時相和大范圍的地理信息源，也使GIS實現資源與環境動態監測及數據庫的實時更新成為可能；GPS是地理事物和現象快速、精密定位的現代化工具，直接為遙感信息和地理信息的快速定位提供保證；GIS則為遙感信息的處理、分析和應用提供技術支持，GIS中存儲的電子地圖等信息可為GPS定位導航提供依據。3S技術具有互補性，它們有機結合，即RS和GPS向GIS提供或更新區域信息以及空間定位，GIS提供相應的信息查詢和智能化空間分析等重要功能，三者Y合構成相得益彰的現代地理科學技術體系。

4.數字地球（DE）。數字地球是美國提出的新概念，是指按照地理位置把地球上每一點的信息都儲存在計算機里，人們可以通過因特網查找和顯示所需要的任何信息。中國認為數字地球是對真實地球的數字化重現，是以多分辨率地球空間數據為基礎，以高速計算機網絡為信息通道，以虛擬現實為信息表達形式的現代化信息服務系統。中國數字地球由國家信息基礎設施、國家地理數據基礎設施和數字地球實驗室基地三部分組成。國家信息基礎設施主要是建設寬帶網絡、實現電話網、有線電視網與因特網相連接。國家地理數據基礎設施主要是建設全國的基礎地理數據庫，以及各專業數據庫，如數字地形、遙感影像、交通、水系、居民地等。數字地球實驗室基地負責技術攻關和應用示范，如數字農業、數字城市的建設。

三、題型回顧

例1 （2016年高考浙江文綜卷，第1～2題）云杉（亞寒帶代表性針葉樹種）分布與全球氣候變化密切相關。為研究北美洲氣候變化，用恢復歷史植物分布的方法，得到距今2.l萬年（圖3甲）、距今5000年（圖3乙）和距今500年（圖3丙）北美洲云杉主要分布區圖。讀圖，完成（1）～（2）題。

（1）云杉主要分布區北界的移動，反映了（ ）

A.甲到丙時期北美氣溫持續上升

B.乙到丙時期北美氣溫略有下降

C.甲到丙時期太陽輻射持續增強 D.乙到丙時期北美沿岸暖流加強

（2）運用地理信息技術得到甲、乙、丙三幅云杉主要分布區圖，其研究過程是（ ）

①實驗分析并建立云杉主要分布區地理信息數據庫 ②運用GPS對野外采樣點進行空間定位 ③運用GIS分析和輸出云杉主要分布區地理信息數據

A.①②③ B.①③②

C.③②① D.②①③

【解題思路】該題組考查考生根據分布區圖提取信息、探究分析問題的能力。第（1）題，根據題干文字信息可知云杉是亞寒帶代表樹種，云杉主要分布區北界的移動反映了氣候冷暖的變化。結合圖中冰蓋的范圍變化可知，甲時期云杉主要分布區緯度最低，冰蓋范圍最大，說明此時期北美氣溫最低；乙時期云杉分布區北界緯度最高，說明此時期北美氣溫最高；丙時期云杉分布區北界介于三個時期中間，即丙時期北美氣溫低于乙時期而高于甲時期，同時聯想到太陽輻射增強或北美沿岸暖流增強都會使氣溫升高，結合其氣溫變化順序可知B項正確。

第（2）題，考查考生對相關地理信息技術原理及應用的理解。運用地理信息技術得到甲、乙、丙三幅云杉主要分布區圖，首先需要通過遙感得出云杉的分布區域，或通過野外實地調查，運用GPS對采樣點進行定位，再建立云杉分布信息數據庫，然后用GIS進行分析處理，輸出云杉主要分布區圖。

【參考答案】（1）B （2）D

例2 （2016年高考江蘇地理卷，第15～16題）圖4為某地區地理信息系統數據庫示意圖。讀圖，回答（1）～（2）題。

（1）以下圖層組合最適合用遙感（RS）技術獲取信息的是（ ）

A.①②④ B.①③⑤

C.③④⑥ D.②③⑥

（2）進行農業適宜性評價可以利用的圖層組合是（ ）

A.①②④⑤ B.②③④⑤

C.②③④⑥ D.①③⑤⑥

【解題思路】通過GIS疊加分析圖考查考生地理思維能力，需在理解3S技術原理的基礎上加以判定。第（1）題，遙感技術是從較遠的地方用電磁波獲取信息，圖中可以獲取信息的是居民點、水系和地形。土壤、巖層和地下水因易受地被覆蓋，靠電磁波從遠處不易獲取信息。

第（2）題，農業生產主要考慮的是水系、土壤、地形、水等因素，所以進行農業適宜性評價可以利用的圖層組合是②③④⑥，一般不考慮居民和巖層。

【參考答案】（1） A （2） C

例3 （2015年高考江蘇地理卷，第17～18題）圖5為某冰川所在區域遙感影像，圖6為根據1973年、2009年遙感影像提取的該冰川分布圖層（局部），圖中每個方格面積表示900平方米。讀圖，回答（1）～（2）題。

（1）圖5中甲點所處的地形是（ ）

A.山谷 B.山脊

C.沖積扇 D.盆地

（2）圖6所示區域冰川面積變化的情況是（ ）

A.減少了1800平方米

B.增加了1800平方米

C.增加了2700平方米

D.減少了2700平方米

【解題思路】第（1）題，根據遙感影像可知，甲地地勢較低，上部冰川相對較多且有沿此向下流動的趨勢，最可能的地形是山谷，A項正確；而山脊和沖積扇地勢較高、盆地中低周高，均不符合圖示情況，B、C、D項錯誤。第（2）題，根據圖中1973年、2009年冰川分布圖層（局部），圖中每個方格面積表示900平方米可以計算出1973年冰川面積為900×18=16 200（平方米），2009年冰川面積為900×15=13 500（平方米），則2009年比1973年減少了16 200-3500=2700（平方米），D項正確。

【參考答案】（1）A （2）D

例4 （2014年高考福建文綜卷，第1～2題）圖7示意新一代信息技術支撐下的智慧城市。讀圖，回答（1）～（2）題。

（1）地理信息系統為智慧城市建設提供（ ）

A.分析、管理空間信息

B.跟蹤動態定位信息

C.整合集成網絡信息

D.獲取實時通信信息

（2）智慧城市建設對城市發展最重要的作用是（ ）

A.調整地域結構 B.加速人口集散

C.擴大空間規模 D.提升服務功能

【解題思路】該題組通過GIS知識在生活當中的應用，考查考生分析解決問題的能力，第（1）題，地理信息系統在城市管理中通過計算機處理數據，對空間信息進行分析、管理，因此A項正確。跟蹤動態定位信息屬于GPS的功能，整合集成網絡信息是處理信息的環節，獲取實時通信信息是數據的收集，故B、C、D項均錯誤。

第（2）題，A選項調整地域結構和城市功能區布局有關；B選項加速人口集散往往與城市經濟發展水平高低有關；C選項擴大空間規模一般與城市經濟發展水平和速度有關，這些并非智慧城市建設所能直接產生的作用，只能說智慧城市的建設對地域結構的調整提供相關數據支撐，對人口集散、空間規模提供相關數據反映。因為智慧城市建設屬于數字地球范疇，或者說是屬于數字城市，是將城市的基礎設施、功能設施數字化，建立數據庫，并用高速通信網絡鏈接，實現網絡化管理和調控。能夠充分和高效的利用信息，使信息快速流動，可以提高對城市的管理效率，提高生產和貿易效益，擴大生產規模，提升服務質量，促進城市發展。故A、B、C項均錯誤。結合圖示可知，智慧城市包括智慧交通、智慧政務、智慧社區等，城市管理借助于GIS、云計算、大數據存儲與查，使得城市發展更加合理化，故智慧城市的建設對城市發展最重要的是為城市發展提供服務功能，故此題選D項。

【參考答案】（1）A （2）D

例5 （2013年高考江蘇地理卷，第3～4題）2013年4月20日，四川雅安蘆山縣發生7.0級地震。在震后救災中，北斗衛星導航系統（BDS）發揮了重要作用。BDS是我國自行研制的全球衛星定位與短文通信系統，是繼美國全球定位系統（GPS）和俄羅斯格洛納斯（GLONASS）之后的第三個成熟的衛星導航系統。據此回答（1）～（2）題。

（1）BDS在抗震救災中發揮的主要作用有（ ）

①提供災區的影像 ②統計災區的經濟損失 ③確定救災人員的位置 ④提供短文聯絡

A.①② B.①③

C.②③ D.③④

（2）蘆山地震與2008年汶川8.0級地震震中位置同處龍門山斷裂帶，但蘆山地震造成的損失較小，主要原因有（ ）

①震級較低 ②提前預報 ③防震意識強 ④救援及時

A.①②③ B.①③④

C.②③④ D.①②④

【解題思路】第（1）題，本題的關鍵在于材料中“BDS是我國自行研制的全球衛星定位與短文通信系統”，故③④正確，而①為遙感的主要作用；統計災區經濟損失，需要GIS的參與。

第（2）題，蘆山地震震級比汶川地震震級小，故①正確；地震的發生具有突發性，預報較為困難，不能提前預報，故排除②。在汶川地震以后，無論政府還是個人，抗震意識增強、反應及時，所以有效降低了蘆山地震的損失，故③④正確。本題涉及對考生推測能力的考查。

【參考答案】（1）D （2）B

四、命題預測

隨著信息化時代的到來，3S技術普遍應用于生產、生活、科研和軍事等各個方面，在國土勘探、資源調查、城市管理、旅游、交通建設等領域應用越來越廣泛。試題的取材內容豐富，情境創新度越來越高。但高考試題的命制是為了體現選拔性，考查考生地理素養、地理思維能力，即調動和運用相關知識分析、探究并解決地理問題的能力。從該出發點可知高考命題一定會采用生產、生活中與3S技術密切相關的試題情境，設計體現思維張力的試題加以考查。目前3S技術的應用熱點眾多，如我國各種自然災害發生范圍廣泛，城市洪澇現象嚴重，則利用3S技術對自然災害的動態監測、預報，對城市污水管網的設計；在城市管理當中智能交通的建設；精準農業的推行；我國東海、南海與周邊國家政治問題復雜，沖突摩擦問題不斷，則軍事領域對3S技術的依賴越來越強。美國末端薩德反導系統入韓，中國公開中段反導技術等，這些都可以成為命題的材料。故考生備考時首先要吃透3S技術相關原理和應用方法，然后培養自己運用知識解答問題的能力。

五.能力測試

1.用戶在智能手機上運行打車軟件，輸入目的地即可將信息發送給離他最近的出租車。打車軟件運用的核心技術是（ ）

A.數字地球（DE）

B.遙感（RS）

C.地理信息系統（GIS）

D.全球定位系統（GPS）

精準農業是由現代信息技術支持的現代化農事操作技術與管理的系統。讀圖8，回答第2題。

2.精準農業系統（ ）

A.依據植物生長模型，利用數字地球技術實施監測

B.依據產量分布圖，利用RS技術控制收割機轉向

C.依據施肥處方圖，利用GPS技術進行精準施肥

D.利用GIS識別田間雜草、害蟲，控制農藥噴灑量

我國某大學基于GIS（地理信息系統）的數字評估，完成中國某重要地理分界線（過渡帶）分布圖的繪制。讀“該分界線西段、中段、東段示意圖”（圖9），回答第3題。

3.GIS在繪制該線時的作用主要是（ ）

A.獲取相關地理空間信息

B.確定地理事物空間位置

C.空間數據的分析與應用

D.將相關信息立體化呈現

車厘子，即美國櫻桃。源于英文Cherries的音譯，原產于小亞細亞半島的安納托利亞高原。2010年昆明某生態農業開發公司試種車厘子成功。據此回答4～5題。

4.美國最適宜種植車厘子的地區是（ ）

A.佛羅里達半島 B.西部高原區

C.中央大平原 D.密西西比河口

5.該生態農業開發公司在收獲車厘子之前進行估產，主要用到的地理信息技術是（ ）

①遙感技術 ②全球定位系統 ③地理信息系統 ④數字地球

A.①② B.①③

C.②③ D.②④

圖10為我市某日地表溫度分布圖。讀圖，回答第6題。

6.獲取該地區地表溫度分布的方法是（ ）

A.GIS B.RS

C.GPS D.PS

岡仁波齊，位于東經81.3°，北31°，海拔6638米，是岡底斯山的主峰，冰川廣布。據岡仁波齊周圍景觀照片（圖11），回答7～9題。

7.對岡仁波齊海拔的測量，最簡便的方法是（ ）

A.GPS B.RS

C.GIS D.數字地球

8.在該區域，遙感技術可以（ ）

A.監測河流流速變化

B.調查冰川分布

C.測算冰川消融速度

D.預警地質災害發生

9.跟蹤研究該區域湖泊面積的變化需要運用（ ）

①GPS ②RS ③GIS ④數字地球

A.①② B.③④

C.②③ D.②④

篇2

正文：

1 GIS 地理信息系統相關背景概述

1.1 地理信息系統的概述

地理信息系統最初被提出的時候是在上個世紀的六十年代，由一個加拿大的測量學家提出，這樣就使得加拿大地理信息系統逐漸形成。地理信息系統在提出以后在很多的國家都得到了應用，而且效果是非常好的。我國在經濟發展有一定成績的時候才引入了地理信息系統，并且在我國的很多行業都得到了應用，在實際的應用中，地理信息系統的效果非常好，對我國的經濟發展和建設有很大的促進作用。地理信息系統作為一個綜合性非常強的應用系統，主要是對地球表層的空間物體進行研究，將其地理位置和視圖信息進行結合，然后結合幾何學和地理學的相關知識，利用計算機技術和 CAD制圖技術等先進的技術繪制出來地理圖形，然后對相關的數據進行采集和儲存，通過這樣的方式提供地理空間信息。地理信息系統是以地理信息數據作為發展的基礎，同時利用計算機技術來對空間地理信息進行分析。地理信息系統在出現的時候是為了更好的解決地理方面的問題，但是在發展過程中，對金融、電力、交通、水利等行業的發展也是效果很顯著的，對促進經濟更好發展的作用是非常明顯的。

1.2 GIS 地理信息系統工作原理分析

地理數據的來源是非常廣泛的，其中包含著地圖數據，也包含著地形圖像等文件形式的相關影像、資料和軟件。在地圖方面通常是利用數字化儀器對所需要的地形來進行處理的，然后在地理信息系統中對相關的信息進行輸入。地理信息系統是可以進行數字化的操作的，但是在進行操作的時候不能使用掃描儀將地圖直接掃描成為圖像文件或者是表格類的文件，但是可以直接轉變成為視圖形式。隨著空間技術的不斷發展，現在的遙感技術和地球定位技術在發展中已經慢慢成為了地理信息系統中獲取數據的重要手段，其中，地球定位技術的不斷發展使得現在的定位精度和靈活性得到了明顯的提高，使得現在的測量技術在發展過程中技術是無法比擬的。地理信息系統在信息儲存方面方式是比較單一的，一般在進行儲存的時候，一副完整的地圖通常包含著兩種基本信息，分別是空間信息和描述性信息。空間信息主要是對地理特征的基本因素進行反映，主要包括地理特征中的位置和形狀，描述性信息主要對地理特征中的一些基本的原件進行反映，分別包括地圖中的點特征和線特征。點特征主要是對獨立的位置進行反映，在地圖中對象通常是比較小的，這樣就使得無法用線性特征進行反映，同時也不能用面積特征進行反映。線性特征是由一些有序的坐標點連接而成的，主要是因為在地圖中對象的寬度不夠，無法形成面積區域，這樣就使得在進行描述的時候要采用線性特征來進行反映。線性特征進行反映的時候同時也能對一些根本就不存在寬度的地圖對象進行反映，例如等高線。面積特征主要反映的是封閉地形區域，其中包含著相同性質的區域。在地圖中，地圖對象的相關地理特征和非空間特征都是利用一些特殊的符號來進行反映的，這樣使得人們在進行地圖觀看的時候能夠更直接的對地圖中的信息進行掌握。地理信息系統在進行地圖儲存的時候，并不是進行傳統意義上的計算機地圖文件進行儲存，而是要利用數據庫的形式來進行儲存，在地理信息系統中數據庫是非常重要的組成部分，是地理信息系統區別于其他繪圖系統的重要特征。人們在使用地理信息系統的時候，可以直接對空間信息數據庫進行訪問，同時對要了解的相關地理數據就可以直接進行分析和處理，然后在計算機屏幕上進行直接的顯示。地理信息系統在對空間信息的數據庫進行使用的時候，可以對描述性數據庫進行同時的訪問，這樣可以利用一定的識別代碼將兩者進行必要的聯系，這樣用戶在使用系統的時候可以對地理信息進行雙向的查詢。

2 GIS 地理信息系統具體應用分析

2.1 在城區規劃中可以利用 GIS 將城區數據信息進行分類匯總歸到統一系統中，再對城區進行整體規劃與開發。一般包括城鎮的總體規劃、用地適宜性的評價、道路交通的規劃、環境質量評價、公共設施的配置、城區環境動態檢測這幾方面，實現這些功能需要依靠 GIS 空間搜索技術、多種信息疊加分析處理技術。

2.2 在資源以及環境保護中的應用

對資源進行清查是 GIS 的基本職能之一，利用 GIS 地理信息系統基本分析及統計功能，為資源環境保護提供各類有效信息，同時可以建立相應的數據模型，為政府作決策提供相應的幫助與依據。

2.3 GIS 地理信息系統在道路交通規劃中的應用

近幾年來，GIS 地理信息系統已經被廣泛應用于道路交通規劃方面，并形成了道路交通專業地理信息系統，即 GIS-T 系統。道路交通規劃中，GIS 一般是通過對地形圖以及道路網絡等空間數據進行分析，進行路廊設計和道路管理等工作，主要是對道路進行動態分段管理，道路數據庫里，記錄的道路屬性起點到原點距離，不是真的將道路進行切斷存儲，而是為了適應動態分析、流量分析以及路徑分析等。

2.4城市規劃和管理中的應用

目前，由于城市化進程的加快，造成城市規劃業務急劇膨脹，僅以當前技術手段進行城市規劃建設顯然已經無法滿足要求。于是，城市規劃電子報批這一全新的報批模式開始嶄露頭角。簡單來說，電子報批將傳統的報批由紙介質轉化為電子介質，并通過一套計算機程序加以規范，從而實現計算機輔助審批報批圖件。GIS作為城市規劃電子報批中一項重要而先進的技術，在其中發揮著至關重要的作用。首先，GIS可以使得規劃審批手段標準化。傳統的城市規劃報批多為人工完成，這就難免造成一些細節方面的錯誤和漏洞，使得報批過程旁生枝節，徒增麻煩。而融入了GIS的電子報批的方式則將彌補這方面的缺陷，大大提升報批，審批的效率。隨著GIS的成熟，城市的規劃和管理逐漸變得效率化和規范化，這對社會的可持續發展，加快城市化建設等方面都是極大的利好。

3 GIS 地理信息系統未來發展方向分析

3.1 4S 技術集成以及三維 GIS 技術的研究與發展

4S 技術集成指的是將 RS 遙感、GPS 全球定位技術、地面測量以及調查資料當作數據來源以及數據更新的手段；將 GIS 地理信息系統當作成搜集、分析與管理空間數據平臺；將 ES 即專家系統當作實現決策與管理自動化及智能化的重要手段。現實世界里，地理實體通常具備三維幾何特征。但是目前許多 GIS 技術以及應用都是在二維笛卡爾坐標中建立起來，缺乏分析與管理復雜的三維實體功能，因此，很難適應當前地理科學與相關學科對于三維空間的特征研究要求。未來，三維 GIS 技術的研究和開發將是 GIS 領域研究的重點方向。三維空間中的數據模型、拓撲關系以及數據內插、三維實體測量分析、三維可視化和多維圖形的圖解模型都將成為當前 GIS三維技術研究中的重點關注內容。

3.2 GIS 地理信息系統網絡化發展方向分析

隨著計算機及信息化技術的發展，GIS 技術將大力引進網絡技術，通過網絡信息技術的運用，將大大提高 GIS 地理信息系統的數據獲取以及分析處理能力。當前，萬維網的建立方便了 GIS 地理信息系統對數據獲取以及分析利用，并且可以利用網絡瀏覽器建立地理信息數據資源的共享平臺，從而有利于地理信息的使用者可以更為方便的利用 GIS 技術獲取與處理相關信息。在這種模式下，GIS 對數據的獲取不用局限在現實空間里，而是可以通過網絡。

4 結語

篇3

燃氣管道和輸配設備是燃氣企業的命脈，而以往絕大部分的燃氣管道資料都依賴于竣工圖紙和巡線人員的記憶，準確性和可靠性較差。隨著城市化水平的不斷提高，城市的建設與變遷日新月異，燃氣管道的新建和變更速度非常快，在城區內形成了大規模、錯綜復雜的地下燃氣管網，依靠傳統的竣工資料及巡線人員記憶模式遠不能滿足現代化管理的需要。因此，目前各大燃氣企業開始致力建設城市燃氣地理信息系統。

地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）是一種采集、處理、傳輸、儲存、管理、查詢、檢索、分析、表達和應用地理信息的計算機系統，是分析、處理和挖掘海量地理數據的通用技術[1]。城市燃氣利用GIS技術，能夠解決以往管網數據統計和整理效率低，人工管理可靠性差的問題，實現管道及相關設施設備空間數據、屬性數據、拓撲關系的一體化管理，為燃氣管網的維護維修、事故搶險、業務分析提供準確可靠的數據。

1 系統的開發中值得注意的幾個問題

1.1 特性分析

城市燃氣地理信息系統的開發需要軟件和燃氣兩個不同專業的配合，系統幾乎涉及燃氣行業的所有數據，數據來源多樣、格式標準難以統一、不同數據更新速度不同步。燃氣管道及設施設備的屬性多，具有位置、管徑、埋深、壓力級制等幾十個重要屬性，且對數據的準確性要求高。由于歷史原因，部分屬性可能無法確定，所以在確定必備屬性時必須詳細研究本單位管網的實際情況，否則會對數據的錄入造成困難。另外，城市燃氣地理信息系統是一個動態的系統，隨著管網建設及遷改工程的建設，管網資料信息變化速度快，對數據錄入和更改的方便性有較高要求。

1.2 底圖選擇

道路建筑圖屬背景底圖，是地理信息系統中的最基礎的部分。在系統的開發過程中，道路建筑圖一般設置為單獨的背景圖層，燃氣管線等信息是建立在背景圖層的基礎之上的，沒有道路建筑圖，管線地理位置就缺乏參考，也就不能叫做地理信息系統。因此，在系統的開發過程中應特別注意對底圖的選擇，底圖的來源有以下幾種方式：①從當地城市規劃設計院等部門購買道路測繪圖紙；②自行請測繪單位測繪；③從谷歌、搜狗、百度地圖等網絡地圖供應商獲取接口。從城市規劃設計院購買的圖紙及自行測繪的圖紙的優點是道路建筑的準確度較高，但存在價格昂貴，且不能及時更新的問題。在實際的使用過程中，城市道路建筑的變化速度非常快，地形地貌的變化會給管線信息的瀏覽帶來困難。另一方面，目前的管線信息全部采用坐標定位，道路建筑圖是為方便視覺上參考，不需要通過與道路建筑物的相對距離來確認管線絕對位置，所以底圖的實時性比精確性顯得更為重要。谷歌、搜狗、百度等網絡地圖更新速度快，建筑物名稱標注較為準確，甚至還有三維地圖和衛星地圖，使用成本相對較為低廉，如需開發web版本，網絡地圖的兼容性更好。開發過程中還必須注意解決管線信息采用的坐標系統和底圖的坐標系統可能不匹配導致管線信息顯示偏差的問題。

1.3 開發團隊

城市燃氣企業中，管線、閥井、調壓箱等設施設備一般由不同部門負責日常管理。在系統的開發過程中，如果將管線和設施設備由不同部門負責，就可能出現不同部門意見不一致，最后錄入系統的時候格式不統一，或者數據重復的情況。所以，系統開發必須由一個團隊統一負責，應在分析燃氣系統的特殊性的基礎上，遵循項目管理的“啟動――計劃――執行――控制――收尾”五大過程[2]，實行項目經理制，要求項目經理必須具備良好的技術知識，在公司具備類似職能經理的權利，能在全公司范圍內調配資源，從全局上掌控系統的開發。

1.4 協調工作

在系統的開發過程中，燃氣企業作為甲方，軟件的設計一般外包給專業的軟件設計公司。軟件設計單位的人員只懂軟件的編程設計，但對燃氣行業的專業知識知之甚少。在實際的開發過程中，經常會出現系統開發完成才發現未對燃氣管道壓力級制進行有效區分，遺漏鋼塑轉換等重要部件等問題。燃氣企業為了能與軟件開發單位配合，一般指派熟悉軟件設計的職工對接，但他們往往缺乏一線工作的經驗。所以，在系統的開發的過程中，要特別重視前期的需求分析，一方面，燃氣企業應指派一線經驗豐富的工程師作為開發團隊的技術支持，盡可能在公司使用者的范圍內征求意見，配合軟件設計公司做好需求分析；另一方面，安排對軟件設計公司的人員進行燃氣基礎知識的培訓，兩方面相互結合，才能避免后期大范圍改動。

1.5 硬件升級

燃氣地理信息系統需要對基礎數據進行大量反復的存儲和提取，對計數機的硬件配置有著很高的要求，特別是內存和顯卡必須能滿足軟件的需要，否則，系統開發得再完美也只能是雞肋。另外，燃氣地理信息系統大部分基礎數據一般存儲在遠程數據庫，數據的傳輸對網絡的搭建有極高的要求，網線、交換機等網絡設備必須選擇符合標準的規格，否則頻繁的掉線或者登錄不上系統的情況會對系統的正常使用帶來很多麻煩。

2 系統的應用

燃氣地理信息系統的應用非常廣泛，包括管網的整體瀏覽、查詢統計、制圖打印、數據編輯、設施設備管理等基礎功能應用。通過這些基礎功能應用能夠對燃氣管線及設施設備進行有效管理，本文對基礎功能的應用不做詳細探討，著重對系統使用過程中的與其他業務相關的應用做一些討論。

2.1 管線精確定位

在燃氣企業的運行過程中，經常需要尋找管線具置，如工程碰口時，需要尋找原建管線具置，搶險開挖時需要掌握地下管線的準確位置。然而，以往資料的缺乏，加上城市化建設快，地形地貌相對發生變化大，往往大面積的開挖都無法找到需要確定的管線位置。結合燃氣GIS系統就能有效的解決這一問題，只需在管網地理信息系統上找到需要的管線位置，記錄下坐標和埋深信息，然后到現場，技術人員通過GPS設備輸入記錄的坐標信息即可快速定位。這一方法在實際的使用過程中簡便快捷，準確率高。運用得當，可以節約大筆開挖費用。

2.2 為設計人員提供依據

燃氣管線錯綜復雜，燃氣設計人員在設計新建管線時必須從整體的角度進行考慮，以往靠查詢竣工資料，都是局部片區，難以拼湊成整體，且查閱相對繁瑣，容易照成設計人員誤判。通過燃氣地理信息系統，設計人員可以從全面掌握整個管線的信息，且通過背景地形的結合，可以很清楚的知道哪些地方需要增設管線，甚至還可以利用地理信息系統上的水利計算應用，幫助設計人員找出現有管線的瓶頸之處，對管線的設計和對管網的長期規劃都有著極其重要的參考作用。

2.3 與其它系統集成

燃氣地理信息系統相當于一個管網的基礎資料，基礎資料做好后，其它相關的應用系統可以與燃氣地理信息系統集成，解決實際應用。如，燃氣地理信息系統可以與管網巡查系統進行集成，利用巡線人員和車輛配備的GPS巡線設備，可實時掌握巡線人員的巡線軌跡，統計巡線里程，分析重點巡查區域等。另外還可以與SCADA系統結合，為SCADA系統的測點分布提供依據。

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地理信息技術教學過程離不開教學實踐，因此教學實踐環節的培養目標，就是培養學生應用地理信息技術來解決實際問題的能力，主要有以下幾個方面：

2.1初步掌握遙感圖像的讀圖技巧遙感技術是地理信息技術中的一個重要的組成部分，因此學習遙感圖像的判讀是地理信息技術教學中的一個重要內容。讀圖的基礎就是對于一些地物的形狀、顏色等遙感圖像的特征要十分熟悉。例如，遙感圖像上人工建筑物的顏色往往會呈現淺藍色或者是灰白色；天然湖泊的邊界往往比較圓滑。同時，還要學會借助已知的地物來推斷未知地物。例如，與村莊或者城市相連的線狀地物往往是小路，而與湖泊相連的往往是河流等。在教學過程中，教師要注意為學生展示相關的遙感圖像，培養學生的讀圖能力。

2.2GPS手持機定位導航的實踐當前GPS在生活中的應用越來越多，其強大的導航功能更是受到了越來越多的青睞。目前，GPS手持機的人機界面更加人性化，操作也更加簡單方便，使得GPS實際運用的教學難度也進一步降低。在地理信息技術教學的過程中，教師要安排相關的實踐活動來讓學生掌握GPS手持機的操作和使用。例如，教師可以開展野外拉練等活動，讓學生利用GPS手持機的導航功能來指導學生向著目標地前進，在實際應用的過程中讓學生掌握GPS的導航定位功能的應用。

2.3掌握一些簡單的GIS軟件的操作運用目前有很多GIS軟件，其功能也是多種多樣。常用的GIS軟件有SuperMap、MapGIS等。在地理信息技術教學過程中，要使學生對至少一種相關的GIS軟件的操作能夠基本的掌握，同時能利用相關的軟件來實現一些數據的處理和加工。在GIS軟件學習的過程中主要培養以下能力：數據表的建立、簡單的數據查詢和數據分析方法的掌握、GIS窗口一些主要的快捷鍵的使用、通過網絡GIS地圖查詢相關的地理信息、利用GIS軟件制作一些專題地圖等，進一步提高學生對GIS軟件的實際應用能力。

3發展目標——思想認識的加深

3.1認識到地理信息技術的重要性地理信息技術強大的數據獲取以及分析和處理能力在社會上的各個領域有著廣泛的應用。在實際的教學過程中，教師要讓學生對于地理信息技術在中國國民經濟發展過程中發揮的作用有更加深刻的認識，讓其感受到地理信息技術在國家進行建設決策過程中起到的支持作用。同時，它在生活中實際應用也進一步拓展了人們的生活空間，使人們的生活更加便利舒適，進而讓學生在對于地理信息技術的重要性有著充分認識的基礎上加強學生對于地理信息技術應用的意識。

3.2注重地理信息安全的保護在地理信息技術教學的過程中，還要注重學生的地理信息安全意識的培養。目前信息安全是網絡安全中一個極為重要的組成部分，一些不合法的地理信息的應用可能會給他人帶來重大的損失甚至有可能觸及法律。在地理信息獲取和使用的過程中，要提高學生的地理信息安全保護意識，不將一些重要的地理信息外泄，不一些虛假的地理信息，不因個人利益而隨意篡改地理信息，不竊取個人使用權限之外的地理信息等，加強學生對于地理信息安全的保護意識，進一步規范地理信息技術的使用。

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地理信息系統（GeographicInformationSystem,GIS）是一種專門用于采集、存儲、管理、分析、和表達空間數據的信息系統。其既是表示、模擬現實空間世界和進行空間數據處理分析的“工具”，也可看作是人們用于解決空間問題的“資源”，同時還是一門關于空間信息處理分析的“科學技術”。

二、GIS的提出和迅速發展

50年代，由于電子計算機科學的興起和它在航空攝影測量與地圖制圖學中的應用，使人們開始有可能用電子計算機來收集、存貯和處理各種與空間和地理分布有關的圖形和屬性數據，并希望通過計算機對數據的分析來直接為管理和決策服務，這樣就導致了地理信息系統的問世。

1956年，奧地利測繪部門首先利用電子計算機建立了地籍數據庫，隨后各國的土地測繪和管理部門都逐步發展土地信息系統（LIS），用于地籍管理。1963年，加拿大測量學家R.T.Tomlinson首先提出了地理信息系統這一術語，并建立了世界上第一個GIS—加拿大地理信息系統（CGIS），用于自然資源的管理和規劃。稍后，美國哈佛大學研究出SYMAP系統軟件。但是，由于當時計算機技術水平不高，存儲量小、磁帶存取速度慢，使得GIS帶有更多的機助制圖色彩，地學分析功能極為簡單。當時的系統能實現手扶跟蹤數字化地圖，進行地圖數據的拓撲編輯，分幅數據的拼接，并發展了基于柵格的操作方法。

進入70年代以后，由于計算機硬件和軟件技術的飛速發展，尤其是大容量存取設備—磁盤的使用，為空間數據的錄入、存貯、檢索和輸出提供了強有力的手段。用戶屏幕和圖形、圖像卡的發展增強了人機對話和高質量圖形顯示功能，促使GIS朝著實用方向迅速發展。一些發達國家先后建立了許多專業性的土地信息系統和地理信息系統。GIS這一技術成為一個引人注目的領域。

三、80年代的GIS—地理信息系統（GeographicInformationSystem,GIS）

80年代是GIS在理論、方法和技術上取得突破與趨向成熟的階段。由于大規模和超大規模集成電路的問世，推出了第四代計算機，特別是微型計算機和遠程通訊傳輸設備的出現，為計算機的普及應用創造了條件，加上計算機網絡的建立，使地理信息的傳輸效率得到極大的提高。另外，軟件開發工具的廣泛應用和數據庫技術的推廣，推動了GIS的數據處理能力、空間分析功能、人機交互對話、地圖的輸入、編輯和輸出技術的進一步發展，并逐步走向成熟。GIS的應用從解決基礎設施的規劃（如道路、輸電線等）轉向更加復雜的區域開發問題。當時，GIS已跨越國界，在全世界范圍內全面推廣，應用領域不斷擴大，并與衛星遙感技術結合，開始應用于全球性的問題（如全球變化、全球沙漠化監測等）。因此，國際著名的GIS專家，即前面提到的R.T.Tomlinson認為：“如果70年代是GIS發展的鞏固時期，那么80年代則是國際上GIS發展具有突破性的年代”。這個時期，GIS還保留有地理信息系統（GeographicInformationSystem,GIS）的含義和意思。

四、90年代的GIS—地理信息科學（GeographicInformationScience,GIS）

地理信息系統技術的應用大大提高了人類處理和分析大量有關地球資源、環境、社會與經濟數據的能力，而地理信息系統技術及其應用的進一步發展則必須以地球信息機理理論為基礎。陳述彭院士在論述地理信息系統發展時強調了對于地球信息基礎理論的研究，并指出地球信息基礎理論的實質內容：地理信息系統已不僅僅限于物質流與能量流的信息載體，而且包括研究地學信息流程的動力學機理與時空特征、地學信息傳輸機理及其不確定性(多解)與可預見性等；并認為：Geo-Informatics不同于Geomatics，在于這個Info還包括很多地學規律，其分析模型必須以地學為基礎。

Goodchild于1992年提出地理信息科學(GeographicinformationScience)的概念。地理信息科學主要研究在應用計算機技術對地理信息進行處理、存貯、提取以及管理和分析過程中所提出的一系列基本問題，如數據的獲取和集成、分布式計算、地理信息的認知和表達、空間分析、地理信息基礎設施建設、地理數據的不確定性及其對于地理信息系統操作的影響、地理信息系統的社會實踐等。地理信息科學的提出是地理信息系統技術及應用發展到相當水平后的必然要求，它是在人們不再滿足于僅僅利用計算機技術來對地理信息進行可視化表達及其空間查詢，而強調地理信息系統的空間分析和模擬能力時產生的；它在注重地理信息技術發展的同時，還注意到了與地理數據、地理信息有關的其他一些理論問題，如地理數據的不確定性、地理信息的認知以及社會對于地理信息技術運用于實踐的認可等。由此可見，地理信息科學在地理信息技術研究的同時，還指出了對于支撐地理信息技術發展的基礎理論研究的重要性。世紀之交，由于地理信息系統的應用日益廣泛，加上航空和航天遙感、全球定位系統、數字網絡(Internet)和地理信息系統等現代信息技術的發展及其相互間的滲透和整合，逐漸形成了以地理信息系統為核心的地球空間信息集成化技術系統，為解決區域范圍更廣、復雜性更高的現代地學問題提供了新的分析方法和技術保證；同時，這些現代信息技術的綜合發展及其應用的日益深廣，掀起了全球變化研究與對地觀測計劃的新高朝，于是時勢造英雄，促使一門新興的交叉學科“地理信息科學”的脫穎而出。這個時期，GIS己經漸變地含有地理信息科學（GeographicInformationScience,GIS）的含義和意思。

五、現在的GIS—地理信息服務(GeographicInformationService,GIS)

近年來，隨著地理信息產業的建立和地球數字化產品的普及應用，GIS的發展進入到各行各業乃至各家各戶的用戶時代，成為人們生產、生活、學習和工作中不可缺少的工具和助手。這個時期，社會對GIS的認識普遍提高，需求大幅度增加，地理信息系統已成為許多機構（特別是政府決策部門）必備的工作和決策咨詢系統。國家級乃至全球級的地理信息系統已成為公眾關注的問題，地理信息系統已被列入“信息高速公路”計劃，也是美國前副總統戈爾提出的“數字地球”戰略的重要組成部分。地理信息系統的研究和應用正逐步形成行業，具備了走向產業化的條件。

近來，個人數字助理（PersonalDigitalAssistant,PDA）、移動電話的普及給新的應用創造了許多機會。這樣的應用有流動工作人員和基于位置服務。流動工作人員，顧名思義，他們工作在遠程位置，如客戶處、分公司或者野外現場。這些工作人員經常要為完成某項任務下載一段所需的數據，在遠端使用這段數據，然后在每天工作結束的時候將改動更新（同步地）到主數據庫上。這種場景的一個重要方面是：客戶端保留有數據，并以離線方式在本地對數據進行操作。基于位置服務的使用是近年來出現的一個重要趨勢，這類服務徹底改變了對用戶地理位置的依賴。隨著全球定位系統（GPS）的應用，可以很容易確定任何一個客戶/使用者的精確位置，并根據用戶的地理位置提出最佳解決方案。基于位置服務的影響和重要性促使開放GIS協會（OpenGISConsortium,OGC）提出了開放位置服務（OpenLocationService，OpenLS）,希望能夠將地理空間數據和地理操作的資源集成到位置服務和電信基礎設施中去。美國聯邦政府已于2001年10月頒布了規定：所有蜂窩電話的位置在67%的使用時間里必須是可追蹤的，追蹤精度為125米。這樣，一方面人們總在評述著Internet革命“消滅”了地理的概念，與此同時，對于空間技術的需求卻在不斷增長。位置服務（LocationBasedService,LBS）的巨大魅力在于通過固定或移動網絡發送GIS功能和基于位置信息，從而在任何時間應用到任何人、任何位置和任何設備上。當前，LBS已成為科學研究、技術發展和市場開拓領域共同的熱點話題。此時，GIS已朝著地理信息服務(GeographicInformationService,GIS)的方向發展。

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1998年1月31日，美國副總統戈爾在美國加利福尼亞科學中心發表了題為《數字地球：二十一世紀認識地球的方式 （The Digital Earth：Understanding Our Planet in the 21st Century）》的講演，提出了“數字地球”（Digital Earth）的概念。戈爾在講演中指出：我們需要一個“數字地球”，一個可以嵌入海量地理數據的、多分辨率的、真實地球的三維表示［1］。戈爾關于“數字地球”的這些觀點引起了科技界的高度重視與響應。21世紀已進入數字化時代，谷歌地球（Google Earth）、數字城市、電子政府等詞匯與理念開始深入人心。2004年8月，地理信息技術與生物技術、納米技術被美國勞工部并列為三大最具前景的新興產業［2］。我國在這個世紀初以來，也注重地理信息技術專業人才的培養，各種地理信息技術相關的優秀教材也不斷出現［2-4］。

筆者從2008年開始給本科生和研究生講授地理信息技術課程。其中本科生課《地理信息技術與數字地球》為跨專業全校性選修課，研究生則為全英文教學的海洋事務碩士生選修課《地理信息技術及其在海岸帶管理中的應用》。從選修學生的專業背景知識來看，文理工兼具，層次也參差不齊。如何讓不同專業的學生能理解地理信息技術相關專業知識，課堂上機實驗的設計對于這兩門實用性很強的課程尤其重要。本文主要以這兩門與地理信息技術相關的課程為例，圍繞課程上機實驗的設計與探索，談些體會，以饗讀者。

1 知識背景與課程定位

據統計，地球上有超過80%的數據與空間相關，而地理信息技術是空間數據數字化的核心技術之一，是將地球上各種資源信息可視化表達、存貯、分析以方便人類生活、生產的重要技術支撐。地理信息技術是一種強有力的空間信息獲取、管理和分析的工具［5］。這里談及的地理信息技術主要為3“S”，即：地理信息系統（ GIS，Geographical Information System）、遙感（RS，Remote Sensing）、全球定位系統（ GPS，Global Positioning System）。其中，GIS 是以地理空間數據庫為基礎，在計算機軟硬件的支持下，對空間相關數據進行采集、管理、操作、分析和顯示，并采用模型分析方法，適時提供多種空間和動態信息，為地理研究和決策服務而建立起來的計算機技術系統［6］。RS 與GPS 是兩種重要的空間信息采集工具，是GIS重要的數據源。

由以上可知，地理信息技術是與計算機、地理學等學科相關性很強的一門實用型技術，并與我們的日常生活息息相關，如：利用GPS導航定位、利用谷歌或百度上的電子地圖進行相關空間查詢等。事實上，地理信息技術的應用領域已不再僅僅是地理學，已被應用于衛生、交通、林業、房地產、旅游、農業等各行各業中 ［7-8］。世界最大的GIS軟件公司環境系統研究所Environmental Systems Research Institute（ESRI）的創建者、總裁Jack Dangermond說過，GIS的應用僅受限于使用者的想象力。也因為這樣，從2008年開課以來，學生選修這門課的積極性較高，不論他們的專業背景是歷史、音樂、哲學、英語、或是化學、生物、建筑、機械自動化與計算機等。表1列出了2010－2011年開設的本科生全校性選修課和海洋事務碩士生選修課兩門課的選課學生的專業及人數構成情況。

表1 選課學生專業及人數構成

由表1可見，兩門選修課，無論是本科生還是研究生的課程，選課學生的專業背景五花八門，這給教學與上機實驗帶來了一定的挑戰。但無論是全校性本科生選修課，或是全英文授課研究生選修課，本課程的定位都是一致的，即結合自身的課題研究成果，如GIS在流域與海岸帶管理中的應用等，介紹地理信息技術的基本功能及其應用，讓學生了解地理信息技術、數字 地球與人類生產生活緊密相關，并初步掌握地理信息技術常用軟件的基本操作。

2 課程設計與上機實驗教學方案

圍繞上述課程開設的定位，進行了課程的整體安排與上機實驗教學的設計。表2為全校性本科生選修課《地理信息技術與數字地球》課程的整體設計。由表2可見，涉及到GIS、RS軟件實際操作與課程作業的第4、7和8講，占整個課程課時（36課時）的近60%（22課時），這是出于該課程實用性較強，需有足夠時間保證上機的考慮。

表2 全校性本科生選修課《地理信息技術與數字地球》之課程設計

基于同樣的思路，開展了海洋事務研究生選修課的課程設計，詳見表3。由表3可見，有關ArcGIS軟件學習的時間占用了20個學時，并進一步設計了兩個有關GIS軟件的課程實踐（作業），目的是保證學生有充分的時間上機練習及完成課程作業。

表3 海洋事務研究生選修課《地理信息技術及其在海岸帶管理中的應用》之課程設計

在保證讓學生在課堂上有時間能自己動手操作軟件的前提下，基于課程的定位，為了讓學生掌握一些基本的軟件功能，進一步設計一些能使不同專業背景的學生都能感興趣的上機內容。表4進一步給出了本科生選修課《地理信息技術與數字地球》第4講（表3）的上機實驗設計。需要強調的是，本科生教學所涉及到的GIS軟件為MapInfo和ArcView兩個較易上手，界面友好同時對機房的硬件要求不高的桌面式GIS軟件，主要的參考教材是《地理信息系統導論》（第一版）［3］。

表4 《地理信息技術與數字地球》之第4講上機實驗設計

通過上機操作，學生基本上掌握了空間數據采集（數字化）與編輯、屬性數據輸入與管理以及專題地圖制作等基本的GIS軟件操作，從課程難度上也較適合于這些跨專業（文理工兼具）的本科生。

對于海洋事務研究生選修課《地理信息技術及其在海岸帶管理中的應用》，表3所列的第2－10講“ArcGIS軟件學習”的上機內容進一步展開如表5所示。需要說明的是，由于是研究生課程及上機條件的改善，學習的GIS軟件為ArcGIS，主要的教材是《地理信息系統導論》（第三版）［2］。該教材有中文導讀，其它內容包括上機說明都是英文，是現有較適合作為GIS英文教學的教材。在實際授課中，針對每一講，采用“概念與原理介紹”與“上機實踐”兩部分相結合的形式，有效地保證了學生的上機時間。

表5 《地理信息技術及其在海岸帶管理中的應用》第2－10講之上機實驗模式設計

由表5可見，盡量課時有限，但基于研究生具有一定的自學能力的考慮，通過這樣的上機實驗設計，學生較為系統地掌握了GIS軟件的基本功能如空間數據采集、編輯、制圖、簡單的緩沖區分析、空間疊置等空間分析，并學到了一些高級的空

間分析，如地形分析、水文分析等以及GIS模擬。

3 期末課程作業設計與課程教學效果評估

對于這兩門實踐性較強的選修課，如果在期末用閉卷考的形式，僅是要求學生掌握地理信息技術相關的原理、概念，則有悖于課程的定位。取而代之的是，通過結合實際情況的開放式課程作業的設計，來考核學生對課程掌握的情況，從學生提交的作品來評估教學效果。

對于全校性本科生選修課《地理信息技術與數字地球》，通過2個期末作業來評估學生課程的表現。課程作業1是“數字化廈門大學本部地圖”。通過采集身邊的空間數據并進行制圖表達，讓學生進一步掌握MapInfo的空間數據采集，屬性數據錄入，數據編輯以及制圖等基本操作。學生較好地完成了作業，并建立了不同的空間圖層，如道路、林地、建筑用地、湖泊、草地等圖層（見圖1A）。課程作業2是專題地圖制作“中國人口分布圖”，通過該作業，評估學生應用ArcView進行專題地圖制作的能力。圖1是這兩個課程作業的學生作品。

圖1 本科生課程作業（A-作業1；B-作業2）

由圖1可見，學生基本掌握了對周邊地理事物進行數字化與制圖表達的能力。通過這樣的開放式的課程作業設計，聯系身邊的地理現象，讓學生學以致用（如廈大校園地圖制作），極大地激發了他們學習這門課程的自主性和積極性。

對于海洋事務研究生選修課《地理信息技術及其在海岸帶管理中的應用》，同樣采用課程作業來評估學生對課程的掌握情況。作業1是有關創建GIS數據庫及地理制圖。其中的制圖包括普通地圖與專題地制作。通過開放式分組（按學生所在國家）作業的完成，讓學生掌握從網上獲取各種相關空間數據的數據采集方式，并進一步編輯與地理制圖。作業2是利用GIS的空間分析功能并與模型結合估算流域尺度的水土流失量并表達其空間分異性（基于課題研究成果）。該作業涉及到表5中的第6、7、8、10講的內容，可讓學生進一步鞏固相關知識并通過GIS項目練習對GIS的空間分析與地理表達有進一步的認識。圖2和圖3分別是來自美國與喀麥隆的兩位學生完成的兩個作品。

圖2 研究生課程作業1之學生作品

圖3 研究生課程作業2之學生作品

從圖2－3可以看出，學生較好地掌握了地理信息技術的相關知識與軟件技能。值得強調的是，圖2作業是本科專業是生物學的美國學生自己從網上下載相關空間數據圖層，包括行政邊界、河流、道路、人口等并完成制圖的，來自韓國、喀麥隆等地的學生也完成了他們各自國家專題地圖制作，篇幅所限，這里無法一一列出他們的作品。顯然，通過這樣的課程作業設計會使他們產生能用所學的東西制作自己國家地圖的自豪感和成就感，學以致用。課后來自不同國家、學習層次不同的學生的普遍反映是該課程的實用性強，能學到一些“超出預期”的東西。

4 教學心得與體會

通過三年多的跨專業本科生、研究生地理信息技術相關課程的教學實踐與探索，總結如下教學心得與體會：

4.1 聯系實際并明確“學以致用”的課程定位。通過課題研究的成果展示并聯系身邊有關空間數據的事例，讓學生了解地理信息技術是解決研究問題并與日常生活緊密相關的常用工具，有效地減少了跨專業學生對這個從未曾接觸的軟件工具的陌生感。進一步地從實用性的角度進行課程、上機實驗設和課程作業設計，讓學生掌握地理信息技術常用軟件的基本操作。

4.2 “概念與原理介紹”與“上機實踐”兩部分相結合的授課形式對于地理信息技術這種實用型技術的教學是有效的。有關地理信息技術的原理與概念介紹很晦澀難懂，在簡要地對重點概念與原理介紹之后，通過給學生有具體操作步驟的上機練習，完成特定任務，在課堂上有成就感，這很重要。課程設計上要保證學生有較多的上機時間。

4.3 課程評估宜采用開放式的課程作業的形式，讓學生提交作品，而非閉卷考試。通過進一步的上機操作、復習相關內容并完成作品，可以進一步鞏固學生對這一實用型技術的基本功能的掌握。

參考文獻

［1］ Core A. The Digital Earth：Understanding our planet in the 21th Century. Given at the California Science Center，Los Angeles，California，on January 31，1998

［2］ Chang K S著，陳健飛譯. 地理信息系統導論（第三版）. 科學出版社，2006

［3］ Chang K S著，陳健飛譯. 地理信息系統導論（第一版）. 科學出版社，2003

［4］ 湯國安，楊昕. ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程. 科學出版社，2006.

［5］ 黃金良，洪華生，張珞平，張玉珍. 地理信息技術在海岸帶資源環境管理中的應用，臺灣海峽，2003，22（1）：79-84

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伴隨科研的進一步進展，不斷的探究人們的計算機信息技術的改進，使之更有效地應用到各個范疇。通過對優勢和計算機信息技術優缺點的深入研究，提出有用的改善方法，并很好地使用到每個行業范疇里。

1）傳感技術的完善及其應用

即使我們傳感器技術的研究、生產和應用系統，人員和傳感器技術的部分優點，也有了許多先進的成就，諸如工具/車輪顯示一系列的結果，油的溫度和壓力感測系統，油井高溫高壓感測系統，高精度的熱式光檢測傳感器，以及大范圍的用戶市場。但系統性缺陷仍然存在，如傳感器和傳感器系統的研究和發展戰略沒有統一的布局，形成兩個平行不連貫的研究，以及缺乏完善傳統的傳感器，以及集成化、智能化和納米技術沒有得到很好的強化。所以還是要在探究傳統的傳感器技術上，偏重于用量大，應用范圍廣，具有現代物理學的效果，提高其可靠性和適用性，并減少成本，才能支持工業、農業和服務業的進展。例如信息技術、生物技術、新材料技術、加快林業的推廣“5S”（遙感，地理信息系統，全球定位系統，專家系統和決策支持系統）技術已成為一個主要的工具。衛星遙感，紅外監控，飛機等高科技，化學滅火森林預測，監測，控制、病蟲害火災隱患的控制，過去不能用常規技術或方式來處理荒漠化防治和瀕危野生動物的問題，現在因為RS和GIS的參與變得比較簡單。

2）通信技術的完善及其應用

計算機通信技術經過網絡拓撲設計是為了要成立連接性和可靠性，快速的通信，柔韌性，高品質的計算機通信網絡，合理的數據傳輸和數據同享，強化系統的可靠性，并統一對主機的分布式信息處理不同的范圍，也可以提供實時的集中控制和管理功能，節約了在硬件、軟件、設備，并由此創建通信子網和運輸環節，增加了用戶的網絡資源的成本，優化網絡拓撲結構，旨在在一定程度上提高通信技術。在交通領域IT的應用是基于全球定位系統（GPS），地理信息系統（GIS），移動通信網絡和國際網絡的傳輸控制協議（TCP/IP）和其他技術原理，在汽車領域使用交通方便，如數據傳輸，語音通訊，目標跟蹤，自動報警和住戶拿到設有各種公共信息，實用的信息服務。而計算機技術、其他子系統和各種數據庫相聯合，達成范圍大的效果。

3）計算機技術的完善及其應用

根據計算機技術的一般屬性適用在物理學，機械工程，電子工程和現代通信技術和數學，進一步加強它的進展和改進。第一要從技術的結構，操作系統管理上來說，要加以建設和使用，可以提高計算機系統。第二是強化對操作計算機系統，信息存儲，輸入和信息技術的輸出控制，以提高計算機的組件技術。第三是逐漸完成由信息處理，數據處理轉化到知識處理，知識到數據庫的過程。計算機技術應用在工程產業，經由項目管理系統和某些軟件工具的應用支撐，計算和運營管理，表現出了有效的提高了工作效率和成果質量。

4）控制技術的改進及其應用

信息技術在業務流程層面上的手動或自動控制程序為運行發電原理，用于形成、記載、處理或其他金融數據的程序信息，相關的數據通常包含檢查計算、查賬和試算的精度，設置輸入數據和數值的自動檢查。經由電腦整理數據可以使用日歷年為單位，分析部門的歷史財務數據，并為決策者的選擇提供可靠依據，并由此創建較為完整的決策支持體系，實現會計電算化資料的應用，以便決策者能夠遵從市場經濟規則，擬定行為規范為自身發展的前提下，強化經營管理，提升經濟效益。

5）密碼技術的完善及其應用

對稱加密的密鑰分配和管理制度最大的問題是很復雜，而且數字簽名是不能實現的。所以可以在實際運用中使用兩者的優勢，采取對稱加密系統，使用公共密鑰加密系統，混合加密文件，就可以處理運算速度的密鑰分配和管理情況。保護計算機在因特網的加密技術應用的信息的安全性，利用加密技術，無需使用Internet網絡的拓撲結構，因為數據傳輸技術已達到安全要求。通過現代信息技術改進，任何信息的數字化，成本低，運輸方便，保真度，幫助再創造等。現代技術可以形成信息高速公路網絡，具有大容量，高帶寬，對于某些快速通道和信息洪流的有序流動，減少了距離和時間的距離，更好地加速了通信效率，輕松地獲得儲存過程中的信息。

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隨著科學技術的不斷進步，測繪科技也在加速創新。傳統的測繪方式已逐步被測繪高新技術“3S”技術和“4D”產品所取代。傳統的測繪方法：如三角測量、大平板儀測圖、普通航攝儀測圖等已經徹底淘汰，而水準測量、光電測距、部分解析法測圖、三角高程測量將作為測繪高新技術的輔助手段繼續存在。傳統測繪技術形成的成果圖件稱為手測圖，后經計算機掃描及矢量化完成的成果不能稱之為數字化成果，只能稱為半數字化，其精度不高，更新慢。而用3S技術通過特殊軟件及設備加工處理生產出的4D產品則為真正意義上的數字化成果。完成這一產品的過程只有現代地理信息技術才能實現。地理信息產業、國情地理監測涵蓋了整個測繪領域和過程。然而，隨著測繪內容的越來越豐富，測繪名詞成因需要進一步規范

二、傳統測繪產業和測繪高新技術的提法。

有人認為：現在從事的小范圍測繪項目和非數字城市項目都屬于傳統測繪產業，這個提法不確切，現在不管大小項目，為客戶提供各種測繪服務都是采用高科技技術手段完成的，不存在傳統不傳統的問題，比如小區域測圖，控制部分都是由GPS來完成，測圖部分大部分用航片外業調繪（航片用遙感技術獲得），內業用配套軟件計算機處理完成，而更小一點范圍測圖使用全站儀外業采集數據，內業編輯成圖精度更加可靠。因此就測繪產業本身來講不存在傳統的，而是測繪方法及手段存在傳統和非傳統說法。

三、地理信息、地理信息系統、地理信息產業

1、地理信息(Geographic Information)是指與空間地理分布有關的信息，它表示地表物體和環境固有的數量、質量、分布特征，聯系和規律的數字、文字、圖形、圖象等的總稱。地理信息代表三維空間信息。具備區域性、多維性和動態性。其動態性主要用于測繪生產實踐，它表示地理信息的動態變化特征，即時序特征。可以按照時間尺度將地球信息劃分為超短期的（如臺風、地震）、短期的（如江河洪水、季節溫度）、中期的（如土地利用、作物估產）、長期的（如數字城市、水土流失）、超長期的（如地殼變動、氣候變化）等。地理信息常以時間尺度劃分成不同時間段信息，這就要求及時采集和更新地理信息，并根據多時相區域性指定特定的區域得到的數據和信息來尋找時間分布規律，進而對未來作出預測和預報。

2、地理信息系統是在計算機軟硬件支持下，把各種地理信息按照空間分布及屬性，以一定的格式輸入、存儲、檢索、更新、顯示、制圖、綜合分析和應用的技術系統（簡稱GIS）。GIS是一種計算機系統，它具備一般計算機系統所具有的功能，如采集、管理、分析和表達數據等功能。其次，GIS處理的數據都和地理信息有著直接間接的關系。地理信息是有關地理實體的性質、特征、運動狀態的表征和一切有用的知識，而地理數據則是各種地理特征和現象間關系的符號化表示，包括空間位置、屬性特征（簡稱屬性）及時域特征三部分。空間位置數據描述地物或現象所在位置；屬性數據有時又稱作非空間數據，是屬于一定地物或現象、描述其特征的定性或定量指標；時域特征是指地理數據采集或地理現象發生的時刻或時段。由此，可以簡單地定義地理信息系統為用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達地理空間數據的計算機信息系統。地理信息系統是有關空間數據管理和空間信息分析的計算機系統。依照其應用領域，地理信息系統可分為土地信息系統、資源管理信息系統、地學信息系統等。

3、地理信息產業，是以現代測繪技術和信息技術為基礎發展起來的綜合性產業。既包括 GIS(地理信息系統)產業、衛星定位與導航產業、航空航天遙感產業，也包括測繪業和地理信息技術的專業應用，還包括LBS(基于位置服務)、地理信息服務和各類新興技術及其應用。

開發地理信息系統都是為完成地理信息產業服務的，近些年，各行各業都在開發地理信息系統，無論哪個行業開發都離不開測繪科技，地理信息系統必須有基礎信息平臺，這就是所屬區域的基礎測繪資料，所以，測繪技術的日新月異，使實現社會信息化變為可能。

四、數字城市。

數字城市是城市基礎地理空間框架，是數字化城市管理系統簡稱，是數字省和國家的重要組成部分，數字城市以計算機技術、多媒體技術和大規模存儲技術為基礎，以寬帶網絡為紐帶，運用遙感、全球定位系統、地理信息系統、遙測、仿真-虛擬等技術，對城市進行多分辨率、多尺度、多時空和多種類的三維描述，即利用信息技術手段把城市的過去、現狀和未來的全部內容在網絡上進行數字化虛擬實現。數字城市建設成果是用強大的地理信息系統來完成的，是科學技術的綜合體現，數字城市系統開發建設為城市管理提供方便快捷服務。

五、地理國情監測。

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1）計算機信息技術概述：計算機信息技術是一門通過現代通信、電子計算機收集、儲存、加工、傳遞、處理、利用、信息，用于輔助決策的技術的總稱，也是一門融合計算機、通信、多媒體和網絡通訊、安全等技術，形成具有智能多媒體信息服務特征，與計算機、網絡、通信、密碼、數學等多學科交叉的時空大規模信息網。

2）計算機信息技術分類與特征分析：計算機信息技術具有功能多元化、綜合性較強的技術，按照其功能不同可分為計算機技術、通信技術、控制技術、傳感技術、密碼技術。計算機技術通過信息的處理和存儲實現對信息的編碼、壓縮、加密和再生，其中存儲技術有內存儲和外存儲技術，主要用于管理計算機存儲器的讀寫速度、存儲容量，并保持其穩定性[1]。通信技術是一種快速、可靠、安全實現信息在時空上的轉移的信息傳遞技術，大量的信息滯留會影響到計算機信息技術的應用。傳感技術是一種結合通信技術與測量技術，擴展人感覺器官獲取信息的傳感功能的信息采集技術，多種技術的交叉綜合使用，可進一步加強人感知信息的能力。控制技術主要包括信息的調控和顯示技術，是實現計算機信息技術過程中最后一個環節。根據所用載體的不同，還可分為硬件技術和軟件技術，硬件技術主要應用于信息設備，具有輔助信息設備傳播通信的功能，軟件技術主要用于處理信息的知識、方法或技能。

3）計算機信息技術發展方向：計算機技術應用廣泛，且在不同領域有著不同的發展與優勢。隨著人們信息安全意識的提高，數據信息加密技術、防入侵技術都從技術層面上得到一定的發展，當然客上仍存在一定的局限性，尤其是要適應計算機中央處理器、運算速度的提升與發展，因此只有不斷改進各項計算機信息技術，方能保證網絡安全的關鍵技術[2]。如今微型機已逐步滲透到人們生活的方方面面，信息技術也得到規模化發展，信息系統成人們在社會生活中用于實現信息的獲取、傳輸、處理以及顯示的強大社會資源系統，通信技術、控制技術可將信息系統資源變得更加簡單、易操作，管理信息系統已成為企業信息管理的主要方式，計算機輔助生產管理系統計算機的信息技術，使其不斷靠攏企業與經濟。

2 計算機信息技術改進及其應用

隨著科研水平提高，人們對計算機信息技術的進一步研究和完善，使其更有效地應用到各個鄰域。這里筆者通過深入研究各項計算機信息技術的發展優勢和缺陷，提出了有效的改進策略，并將其有效地應用于各個領域。

1）傳感技術的改進及其應用：對于傳感技術我國雖已形成研究、生產和應用體系、人才隊伍和部分傳感技術的優勢，也有一批先進的成果，如刀具/砂輪監控儀系列成果，石油油井用高溫、高壓傳感檢測系統、高精度熱敏檢測傳感等，以及一個量大面廣的用戶市場。但在研究開發戰略在系統性上仍存在著不足，如傳感器與傳感系統未能統一布置，形成兩套并列，相互脫節的攻關，以及對傳統傳感器的改進不足，還有集成化、智能化和納米技術未能得以完善。因此我們仍需在傳統傳感技術與系統的研究開發上，偏重于應用量大而廣，有良好物理學效果的現代化微小型傳感系統，，還要著力提高其可靠性、可應用性，并降低成本，以支持我國工農業和服務業的發展。如信息技術、生物技術、新材料技術等高新技術，正加速滲透林業的“5S”（遙感、地理信息系統、全球定位系統、專家系統和決策支持系統）技術已成為科技興林的重要手段。衛星遙感、紅外監測、飛機化學滅火等高新技術使森林預測、監測、控制、病蟲火害防治、荒漠化防治、瀕危野生動植物保護等過去無法用常規技術或手段解決的問題，現在由于 RS 和 GIS 的介入開始變得相對容易。

2）通信技術的改進及其應用：計算機通信技術主要是通過網絡拓撲設計建立具有連通性、可靠性、快速通信、靈活性、經濟合理的高質量的計算機通信網，來實現數據傳輸、提供數據共享，提高系統可靠性，并對集中與主機的信息進行不同范圍的分布式處理，還可以對分散對象提供實時集中控制與管理功能，極大地節省硬件、軟件設備開銷。而通過建立通信子網和傳輸鏈路，擴大用戶資源網，優化網絡拓撲設計，可有效改進通信技術。信息技術在交通領域中的應用就是基于全球定位系統（GPS）、 地理信息系統（GIS）、 移動通訊網絡以及國際網絡運輸控制協議（TCP/IP）等技術原理，在汽車及交通領域中輕松實現如數據傳遞、話音通訊、目標跟蹤、自動報警以及駕乘者獲取各種公眾信息、 實用信息服務的功能。同時計算機信息技術可通過與110、 120等子系統和各類數據庫相結合，實現更廣泛的應用。

3）計算機技術的改進及其應用：基于計算機技術的綜合特性，只有緊密結合應用物理、機械工程、電子工程、現代通信技術和數學等，才能有效促進其發展和完善。首先應從結構、操作系統管理、維護和應用方面改善計算機系統技術；其次通過加強計算機系統運算與控制、信息存儲、信息輸入輸出技術，來改善計算機部件技術；最后逐步實現將由信息處理、數據處理過渡到知識處理，知識庫向數據庫的轉化。計算機技術應用于工程行業通過應用工程項目管理系統和一定的工具軟件進行各項計算作業和輔助管理工作，在提高工作效率和工程質量方面收到了良好的效果。

4）控制技術的改進及其應用：信息控制技術是在業務流程層次運行的人工或自動化程序，與用于生成、記錄、處理、報告交易或其他財務數據的程序相關，通常包括檢查數據計算準確性，審核賬戶和試算平衡表，設置對輸入數據和數字序號的自動檢查，以及對例外報告進行人工干預。通過計算機進行整理可以利用歷年的數據對本單位、本部門進行歷史會計數據的比較與分析，從而為單位決策者提供可靠的決策依據，并通過建立比較完善的決策支持系統，以實現電算化會計檔案的應用使決策者在遵循市場經濟規律的前提下，制定出適合自身發展的行為規范，改善經營管理、提高經濟效益。

5）密碼技術的改進及其應用：對稱加密系統最大的問題是密鑰的分發和管理非常復雜、代價高昂，也不能實現數字簽名；因此在實際應用中可利用二者的各自優點，采用對稱加密系統加密文件，采用公開密鑰加密系統加密“加密文件”的混合加密，可較好地解決運算速度問題和密鑰分配管理問題。信息技術在互聯網中的密碼技術的應用是為保護信息的安全，采用密碼技術的互聯網不再需要采用網絡拓撲結構，因為在數據傳輸工程播種已經達到安全程度的要求。

經過改良后的現代信息技術對任何信息都能進行數字化處理，因而具有成本低、易傳輸、高保真、有利于再創造等優勢[3]。現代信息技術可以形成網絡化的信息高速公路，具有極大的容量和很高的寬帶，從而打破傳統的時空觀，為信息洪流提供必要的快速通道和有秩序的流通，把距離和時間縮小到零，有效的提高溝通效率，更加便捷地獲取、存儲、處理信息，條理清楚的為人們服務。

3 結束語

計算機信息技術是現代化和信息時代的重要組成部分，它在人們的各項工作和生活過程中都發揮了重要的作用，我們要合理利用這個珍貴的資源，繼續開發它的潛在價值，以提高我們的生活質量。

參考文獻：

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環境地理信息系統（簡稱EGIS）是收集、存儲、管理、綜合分析和處理空間信息和環境信息的計算機軟硬件系統。它是GIS技術在環境領域的延伸，是GIS技術與環境監測技術、環境管理技術等各種環境信息分析和處理技術的集成。環境地理信息系統的主要功能有：

1.基本功能包括對空間和屬性數據的輸入、存儲、編輯，以及制圖和空間分析等功能。編輯功能允許用戶添加、修改、刪除點、線、面或修改其屬性信息；制圖功能可以靈活多樣地制作和顯示及輸出各種專題地圖，如污染分布圖、水功能區劃圖、環境規劃圖等等，地理要素可放大縮小以顯示不同的細節內容，并能夠測量地圖上線段的長度或指定區域的面積。

2.空間統計分析是指對空間數據庫中的專題數據進行統計分析。包括各種屬性數據的集征數、離散特征數及其分類分級統計等。

3.疊加分析功能允許兩個或多個圖層在空間上比較各空間要素和屬性，分為合成疊加和統計疊加。對不同的圖層進行疊加分析，從而獲得各種感興趣信息，如利用類型疊置分析獲取新的類型。

4.緩沖區分析是GIS的基本空間操作功能之一。例如，某地區有危險品倉庫，要分析一旦倉庫爆炸所涉及的范圍，這就需要進行點緩沖區分析，結合與居民地圖層的疊加分析，可以獲取需要疏散的人口數等等。

綜上所述，空間分析是地理信息系統軟件的核心，空間統計分析、疊加分析、緩沖分析等功能為環境地理信息系統提供了強大的環境分析功能與廣闊的應用空間。隨著其功能的不斷完善和發展，環境地理信息系統將為環境各部門提供一個功能強大的空間信息服務和管理工具，成為各部門日常工作不可或缺的工作手段。

二、環境地理信息系統的具體應用

1.電子地圖使環境管理工作變得輕松直觀

由于采用空間數據和數據庫掛接，改變了傳統的信息管理方法，地圖由傳統的靜態紀錄變為信息豐富多樣的動態的電子地圖，實現了數據可視化。它使環境主管部門對各種環境要素的管理變得直觀、簡單和輕松。

2.強大的環境規劃手段

區域環境規劃是EGIS應用發展的重點領域之一，目前基于EGIS的環境規劃模型還處于深化研究階段，將環境應用模型與GIS集成為一體，可以為環境規劃提供更強大的技術手段。由于應用EGIS能夠更好地考慮和評價建設項目對環境的影響，因此在建設項目的環境評價中得到廣泛應用。

3.危險物運輸管理

借助GIS的運行路徑選擇功能，可以對危險物轉移運輸線路進行優化選擇，能避開人口集中居住區、飲用水源地等環境敏感區域制定運輸計劃。并可以通過GPS對危險物的運輸線路進行實時監控。

4、環境模型模擬分析

環境模型在環境決策中有著重要的作用，如可以通過模型模擬出污染事故發生后各個時間的擴散情況，為決策提供科學的參考依據。常用的模型主要有大氣擴散模型、一維水污染擴散模型、二維水污染擴散模型等等，實現各種模型的模擬結果的生成、二維和三維的顯示等功能。

5、為數字環保提供技術平臺

數字環保是最近提出來的終極環境管理系統，它是繼數字地球概念提出以后，環保領域提出的新概念，它將是未來十年環保領域信息化建設的終極方向，EGIS作為數字環保的基礎平臺，將能夠為用戶提供實時動態環境信息服務，也能夠為環境管理者提供決策信息，逐步控制污染，改善環境狀況，提高人民生活水平。

三、發展環境地理信息系統的策略探討和建議

當前我國有關部門已經開始著手進行環境地理信息系統的開發，并進行了一些有益的嘗試 ，但鑒于我國GIS基礎工作薄弱，特別是基本的空間信息數據庫尚未建立，因此EGIS的開發費用十分巨大；加上EGIS的發展涉及眾多部門和多種技術，因此有關部門應當重視和開展我國EGIS的發展策略研究。發展EGIS應當采用“統一規劃、注重基礎、緊密跟進、高起點開發、協調發展”的發展策略。

1.統一規劃。由于EGIS的發展不但涉及眾多環境部門，還包括與其他各級政府管理部門之間的信息交流；同時又涉及多種信息技術，而信息技術發展的速度十分迅速，為了降低空間數據資源采集和管理的成本，為了適應未來發展的需要，必須在多方部門的參與下，統一規劃和構建EGIS的發展框架。

2.注重基礎。由于我國GIS發展基礎薄弱，數據基礎是系統生命力的關鍵，失去了完善可靠的基礎數據的支撐，系統的功能再強大也不能發揮其作用，因此要在統一規劃的思路和明確的發展框架下，不斷加強基礎空間數據庫和基礎環境數據庫的積累與建設。

3.緊密跟進、高起點開發、協調發展。在技術上緊密跟進國外先進的GIS技術，高起點進行系統開發，與我國的信息產業發展速度相協調，共同發展適合我國國情的EGIS。

當前我國各地許多部門雖然已經開展了EGIS的研究與開發，但這些開發均是出于本部門的需要，很少考慮到將來部門之間的數據交流和共享，加上沒有全國性的EGIS發展框架和數據標準，數據的通用性將成為影響EGIS開發的關鍵因素，建議有關部門及時組織開展EGIS發展體系和框架標準的研究。

四、結束語

地理信息系統是近二十年來迅速發展的信息技術的重要組成部分，它的應用已經從早期的礦產資源管理拓展到與空間地理相關聯的更廣泛的領域，特別是在環境領域，原有的多種環境信息處理技術（環境模型、環境規劃分析） 正在與地理信息系統融合，逐漸形成具有強大功能并具有環境特征的地理信息管理系統，即環境地理信息系統。它將成為各個環境管理部門日常信息處理不可缺少的新工具。它將徹底改變傳統的信息處理方式。可以說它是環境管理進入信息時代的標志。

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0引言

GIS的發展一方面使得計算機知識得到了推廣和應用，另一方面也提高了我國信息技術。對基于計算機技術的GIS 技術的發展趨勢進行探討，能夠有效指導GIS 研究工作的開展。

1地理信息系統概述

1.1地理信息系統的基本概念

地理信息系統（GIS腸eogarphiealIL-oflrmationSystem）是一種決策支持系統，具有信息系統的各種特點，一方面，它是一門介于地球科學與信息科學之間的交叉類學科，另一方面它是在計算機硬件和軟件系統的支持下對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、模擬、分析、顯示和描述的技術系統。綜合而言它是為區域和工程規劃、設計、管理決策服務的信息加工與管理技術的學科池是一種綜合性強、適用性廣的工具。

1.2地理信息系統的構成

地理信息系統（GSI）是由計算機硬件、軟件和不同的方法組成的系統該系統設計支持空間數據的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規劃和管理問題。

1.3地理信息系統（GSI）的特征

地理信息系統具有以下三個方面的特征：1.具備采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力具有很強的空間性和動態性；2.以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有空間分析、多要素綜合分析和動態預測的能力，并能產生高層次的地理信息；3.由計算機系統支持進行空間地理數據管理。并由計算機程序模擬常規的或專門的地理分析方法作用于空間數據，產生有用的信息并完成人類依靠傳統方法難以完成的任務。

2地理信息系統的基本功能

地理信息系統（GIS）的基本功能體現在6個方面：1.數據的采集與編輯，用于獲取數據，保證GIS數據庫中的數據在內容與空間上的完整性。2.數據轉換與處理，保證數據在入庫時內容上的完整性，邏輯上的一致性。3.數據的存儲和管理功能地理信息數據庫管理系統是數據存儲和管理的高新技術，包括數據庫定義、數據庫的建立與維護、數據庫操作、通訊功能等。4.制圖功能根據GIS的數據結構及繪圖儀的類型，用戶可獲得矢量化的地圖或柵格地圖。可以為用戶輸出全要素地圖，也可以根據用戶需要分層輸出各層的地圖。5.空間查詢與空間分析功能包括拓撲空間查詢、緩沖區分析、數字高程模型的建立、地形分析等等。6.二次開發和編程功能用戶可以在自己的編程環境中調用GIS的命令和函數，或者GIS系統將某些功能做成專門的控件供用戶開發使用。

3 GIS的發展

3.1 GIS軟硬件技術

隨著計算機技術的發展，讓GIS能夠將更為復雜、更為大量的計算任務完成，使其所處理的空間分析和圖形更加復雜等等優勢。此外，努力改善開發平臺能力能夠決定GIS技術的發展，并能將軟件的可移植性增強和其所應用的領域擴大化，在相關技術的輔助下，將GIS系統的集成度和用戶友好度提高。美國的ARC/INFO、MAPINFO，澳大利亞GENAMAP和加拿大的TITAN/GIS、PCI是目前較好的GIS開發平臺；而國內中國地質大學的MAP/GIS和北大遙感所的CITYSTAR軟件也比較好。這些都是較為強大的二次開發功能；但在各個領域的開發利用的重點不一樣，在數據結構、集成化和智能化都有所不同。

3.2 MGIS―多媒體GIS

多媒體技術能夠將聲、像、圖、文和通訊等集合到一體，通過最為直觀的方式和感知信息，以及形象可感的、甚至能夠聲控對話的人機界面對信息處理進行操縱。GIS的系統結構、系統功能及應用模式的設計深受多媒體技術的影響，多媒體技術能夠讓呈現更為豐富、靈活、友好的表現形式。多媒體地理信息系統（MGIS）實現了文字、圖形（圖像）、色彩、聲音、色彩、動畫等技術的融合，使得GIS應用的市場和領域更為廣闊。它一方面能夠將生動直觀、高效快捷的信息服務提供給社會經濟、文化教育、旅游、商業和決策管理等領域，另一方面能夠讓電腦技術真正滲入到人們生活當中。多媒體技術在GIS領域的應用以及具有良好集成能力的MGIS的出現，都是技術發展的必然結果。

3.3 WebGIS技術

基于Web的GIS系統綜合利用了信息處理、計算機圖形學、數據庫、Internet、地理信息系統（GIS）、軟件工程等先進技術，借助現代網絡通信設備，使各類數據能夠很方便的到網絡上。達到了由用戶自定義數據檢索方式、自定義圖形層結構、在網絡上直接處理數據，顯示各類圖形等目標。

4 GIS技術的應用

4.1 GIS在地理學中的應用

一般來說，地理學任何一門分支學科在具體的研究過程中，都必須收集前人的成果資料，并進行調研和分析測試，上述數據則是GIS信息管理分析的重要數據源之一，它和專題地圖提供的數據以及各種遙感數據構成了GIS的三大數據源。在地理學的研究工作中，不管研究對象、研究目的有何差異，三種類型的基本數據是利用GIS進行管理與分析的必要條件；然后針對具體問題采用各分支學科的研究方法，解決所要研究的問題；最后可以應用GIS進行專題地圖的編輯處理，或者應用GIS數據庫資料及相應的數據模型對研究對象的現狀或發展趨勢進行分析與預測。

4.2 GIS在環境科學領域的應用

隨著“數字地球”的概念的提出“，數字環保”的概念隨之形成“。數字環保”是在EMIS、DE、DE、GPS等技術的基礎上所衍生的大型系統工程。當前，引進地理信息系統（GIS）技術已經成為當前環境管理信息系統建設的一個熱點，GIS使EMIS的功能更加強大，可實現環境制圖、專題分析、統計分析表現、空間等值分析、模擬結果表現、信息查詢等功能。不僅把環境信息進行科學直觀化，將管理者置身于自然和社會環境中，而且使管理工作變得直觀、生動和全面。GIS除了在環境管理方向有重要的應用之外，在環境規劃、環境監測與評價以及環境影響評價等方面都有重要的應用。

5結束語

在當今這個信息化的社會中，唯有有效地利用自身資源，掌握更全面、更準確的信息，更快地作出科學的決策，才能在激烈的競爭中站穩腳跟，并同時給企業帶來更高的回報。GIS技術在我國取得了廣泛的應用，我們只有正確了解GIS技術發展動向，利用GIS最新技術開發產品，推廣應用，發展產業，才能立足于世界信息技術發展的潮流中。

參考文獻

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21世紀，信息作為一種重要的社會資源和社會動力，已經對人們的生活產生了深遠的影響。作為信息技術重要組成部分的GIS技術，已經在社會各個領域發揮了重要的作用。其廣泛應用于社會生活的諸多部門，對傳統的地理教學也提出了挑戰。

對地理學科而言，學科的學習對象是地理環境、地理事物以及事物之間的規律，其具有時空范圍的廣泛性、多樣性、差異性、各要素間的聯系性、綜合性和可變性。學習對象的諸多特性和學習者的時空局限、認知極限之間不可避免地存在著矛盾。而教師僅憑一張嘴、一支筆、一幅掛圖的傳統教學方式已遠遠不能滿足需求。因此，在現代教學中，電化教學越來越受到重視，并以其直觀、形象、生動等優勢，最大程度的激發了學生的求知欲，誘發了學生的學習動機，調動了學生的學習積極性。GIS技術作為電教手段之一，目前已經滲透到電化教學的隊伍中，并開始發揮其重要的作用。著名的地圖與信息系統專家陳述彭院士曾指出：“定性描述是地理學的第一代語言，地圖是地理學的第二代語言，地理信息系統是地理學的第三代語言。”這充分體現了GIS技術在地理教學中的重要性與價值所在。

二、地理信息系統（GIS）簡介

GIS是一個用于管理、分析和顯示地理信息的系統。它通過采集、管理、處理、分析、顯示地理空間數據和屬性數據來表達地理信息。

1.從空間可視化的角度來看，GIS是一套智能地圖，用于顯示地表上要素及要素間關系。底層的地理信息可以各種視圖的方式進行表達，而這些表現方式可以被構建成“數據庫的窗口”，來支持查詢、分析和信息編輯。

2.從空間數據庫的角度看，GIS是一個包含了用于表達通用GIS數據模型（要素、柵格、拓撲、網絡等等）的數據集的空間數據庫。

三、GIS技術在地理教學中的應用

1.GIS在地理教學中的功能分析

第一，GIS的空間可視化特征，可以幫助學生培養空間想象能力、建立空間概念。第二，GIS技術將空間信息和屬性信息集成在一起的特點，使學生在了解地理事物的空間信息的同時掌握了其屬性信息。第三，GIS的數據關系特征可以提高學生的地理空間思維能力。GIS空間數據庫在存儲各地物空間信息的同時，還存儲了地物之間的空間關系，也就是我們常說的拓撲關系。通過這種拓撲關系，學生可以清晰的認識到地理事物之間的空間位置關系，從而培養其空間思維能力。

2.GIS在地理教學中的應用特點

第一，信息表現力強、數據更新速度快。GIS地圖一般都是矢量地圖，即節省空間，又能實現精確顯示。同時GIS地圖多是分層存儲，為人們的操作和使用帶來了極大的方便。另外數據庫的時時更新又促使了圖形信息的更新。第二， 空間性強，具有豐富的空間分析功能。學生通過對GIS相關軟件功能的認識，有助于學生認識地理空間分析的實用價值。第三，實踐性強，有助于學生綜合素質的培養。GIS在地理教學中還有一個重要的應用，就是專題地圖的繪制。通過這一過程，就可以培養學生的動手能力、創新能力以及審美情趣。這一過程即有助于學生能力的培養，又提高了學生學習的興趣。

3.GIS在地理教學中的應用方式

（1）地圖操作顯示應用

GIS的相關軟件提供了對地圖的放大、縮小、漫游和測距等基本操作功能。在地理教學過程中，可以根據教學內容的需要對地圖局部進行適時的縮放、漫游。尤其測距的功能對初中地理地圖一節的講述有很高的實用價值。

（2）查詢功能

GIS技術的查詢功能可以實現對各種方式的空間信息及其屬性信息的查詢檢索與統計。其中定點查詢，可以幫助學生在地圖上實現對地理事物的快速定位，使其對地理事物的直觀分布有深入的了解。在學生對地理事物的空間定位有了一定了解的同時，也可以幫助學生對地理事物相應的屬性信息進行查詢與統計。而比較查詢則可以快速實現對相應的指標進行比較，并把比較結果用圖表的形式顯示。

（3）繪圖功能

學生可以運用GIS軟件來完成專題圖的繪制。通過完成對各種空間對象的顯示方式、符號顏色和大小等的設置與管理，學生的動手能力及創新能力將得到鍛煉與提高。

四、多種類型GIS與地理教學的結合

1.多媒體GIS在地理教學中的應用

多媒體GIS是指將文字、聲音、動畫、圖像與GIS技術相結合，極大的增強了GIS的信息表現力。多媒體GIS與地理教學的結合，將在很大程度上提高教學質量與效率。

2.虛擬GIS在地理教學中的應用

虛擬GIS（VGIS）應用于地理教學，其最大的特點就是展現一些現實中無法再現的景象。例如，模擬高原、盆地等的形成過程、地球板塊的運動等等。VGIS采用了多媒體、動畫等方式展現教學內容，把軟件和虛擬現實集于一體，對輔助教學具有重要意義。

3.三維GIS在地理教學中的應用

三維GIS是在二維空間的基礎上，疊加水文、生態因素，并整合遙感影像等，最終形成三維可視化的模型。對空間對象的三維空間分析和操作是其特有的功能。例如，在講地形圖的判讀時就可以通過三維GIS來完成各種地形的三維視圖，并通過漫游功能讓學生從不同的角度來觀察地形特點。運用三維GIS來對客觀世界進行表達，其結果將更加真實。

五、結論

傳統的教學方式已經遠遠不能滿足現代教學需求，現代教學需要更多新興技術的加入。隨著GIS技術的不斷發展，越來越多的GIS技術將會應用于地理教學中，不斷豐富教學內容，活躍課堂氣氛、提高學生的學習興趣，使教學方式在傳統教學的基礎上得到徹底的改觀。但就目前實際的教學狀況來看，筆者認為，由于硬件條件、教師素質等多方面的因素，GIS技術在地理教學中的普遍應用，還需要長期的努力。另外，為了使多媒體GIS技術、虛擬GIS技術、三維GIS技術和地理教學更好的結合，我們還需要對其進行更加深入的研究，以使其更有助于地理教學的開展。

參考文獻：

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[2]孫利平，徐曉寰，王子君.以地理教學為例談現代教育技術與課堂教學內容的整合[J].遼寧教育研究，2002.

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精確農業（precision agriculture）是由美國農業工作者在20世紀九十年代初倡導并實施的。精準農業的興起主要有兩個原因：一是可持續農業為世人所接受。傳統農業的發展在很大程度上依賴于化肥、農藥的大量投入的增加而實現。但是由于化學物質的過量投入造成生態環境污染和農產品質量下降，高能耗的生產方式導致農業生產效益低下。在當今農產品市場競爭日趨激烈的時代，急需精準農業這種新的生產模式來適應農業持續發展的需要。二是全球定位系統、地理信息系統、遙感、人工智能等高新技術的產生以及民用化。前者給精準農業的產生提供了思想準備，后者給精準農業的實現提供了技術準備。

2 精準農業內涵及其關鍵技術

精準農業指的是利用全球定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS）、遙感（RS）、連續數據采集技術、決策支持系統（DSS）、變量控制技術等現代高新技術獲取農田小區作物產量和影響作物生產的環境因素（如土壤結構、地形、植物營養、含水量、病蟲草害等）實際存在的空間及時間差異性信息，分析影響小區產量差異的原因，并采取技術上可行、經濟上有效的調控措施，區域對待，按需實施定位調控的“處方農業”。其技術體系由信息數據采集、信息數據處理和決策生成、決策實施等3個環節組成的[1]。如圖1所示：

圖1 精準農業技術體框架

2.1 地理信息系統（GIS）

地理信息系統是用于輸入、存儲、查詢、分析、和顯示地理數據的計算機系統[2]。地理信息系統開始應用于農業領域是在20世紀70年代，最先應用在耕地調查、土地資源評價、農業資源信息管理等方面。到20世紀90年代以后，地理信息系統開始廣泛的應用于農業領域，和全球定位系統、遙感、計算機網絡技術、自動控制等技術緊密地結合起來，主要用于采集、建立影響農田小區作物生產的地理環境數據、土壤數據、作物苗情數據、病蟲害數據、作物產量等空間數據庫。并且進行空間信息的地理統計處理、圖形處理和表達等，為分析空間和時間差異性和實施調控提供決策方案。

2.2 全球定位系統（GPS）

全球定位系統是指利用定位衛星在全球范圍進行定位、導航的系統。利用全球定位系統快速準確的定位系統可以實時的用于農田面積精準測量、農藥化肥的精準噴灑，在作物收獲時不僅可以精準收獲還可以不斷地記錄下幾乎每平方米的產量和其他信息。不僅有助于提高作物的產量還可以降低因化肥農藥的過量使用而造成的環境污染。

2.3 遙感（RS）

遙感是指在一定的距離之外，不與目標物體直接接觸，通過傳感器收集被測目標所發射出來的電磁波能量而加以記錄并形成影響，以供有關專業進行信息識別、分類、和分析的一門技術學科[3]。因此遙感技術是未來精準農業主要采用的信息獲取手段，是支持大面積快速獲得田間數據的重要工具。主要用于土壤數據采集、農業資源監測、作物產量預測、農情預報等方面。

2.4 專家系統（ES）

專家系統是一個能夠利用某個領域人類專家水平的知識和經驗來解決領域問題的智能計算機程序系統。一般是由知識獲取、知識庫、推理機和人機界面等幾個部分組成的。20世紀70年代專家系統在農業領域初次應用，隨著農業專家系統的不斷發展，專家系統在農業領域中的應用越來越廣泛，已經由單一的施肥、灌溉、病蟲害等服務擴展到播前、播種、施肥、灌溉、病蟲害、田間管理等全過程。

2.5 決策支持系統（DSS）

決策支持系統是一種以計算機為輔助工具，應用決策科學以及有關科學的理論與方法，以人機交互方式輔助決策者解決半結構或非結構化的決策問題的信息系統。在精準農業技術體系中，決策支持系統可以根據農作物的生長情況、環境因素、結合經濟分析以及作物生長相關的數據進行決策，并且根據專家知識，對不同的決策給出最優方案，從而指導田間操作。

2.6 作物模擬模型（CGSM）

作物模擬模型，是指能夠定量和動態地描述作物的生長、發育和產量形成過程及其對環境反應的計算機模擬程序[4]。作物模擬技術是60年代初在歐洲及美國出現的[5]，主要通過作物模擬模型研究不同播種時期、不同作物密度以及灌溉時間、灌溉次數、肥料使用量在不同的環境狀況下對作物布局和產量的影響。現在將作物生長模擬模型與專家系統、多媒體技術、網絡技術、3S技術等技術相結合使得作物模擬模型在生產力預測預警、品種設計與評價、時空尺度分析、環境效應評估等方面發揮更大的作用。

3 我國精準農業的發展現狀

我國在1994年就提出在我國進行精準農業研究應用的建議，但是由于當時條件的限制，并沒有引起有關部門的重視。近幾年隨著信息技術的快速發展，信息技術在農業上的應用也得到了重視。國家計委劉江副主任訪美后，認為我們應該跟蹤國際農業生產技術的前沿領域，開展“精準農業”的研究應用。科技部徐冠華副部長在談發展“數字地球”時認為，“精準農業”是中國“數字地球”發展戰略的切入點之一。國家在863計劃中已列入了精準農業的內容，國家計委和北京市政府共同出資在北京搞精準農業示范區。中科院也把精準農業列入知識創新工程計劃，我國精準農業的思想已經為科技界和社會廣為接受，并在實踐上有一些應用。但是“精準農業”在理論上目前還是一些概念性的東西，沒有建立先進的體系，不足以對指導精準農業進行深入研究和實踐運作。且我國發展精準農業存在諸多限制因素：1）農田類型多種多樣、分布零星、人均耕地面積較少不利于聯合作業機械的實施。2）農業機械化水平較低且農業科技投入不足精準農業技術一時很難推廣。3）農民的信息意識不強、科研成果實用性不足高投入的精準農業在我國的多大部分很難付諸實施。所以我國精準農業的發展還處在起步階段。

【參考文獻】

[1]徐國強，高獻坤，田輝，侯瑞娟，余泳昌.精細農業研究[J].農機化研究，2001，01.

[2]Kang-tsung Chang.地理信息系統導論[M].陳建飛，等，譯.北京：科學出版社.