GIS原理及其应用

GIS原理及其应用（精选7篇）

GIS原理及其应用 篇1

随着我国社会经济的快速发展, 特别是计算机技术、网络技术、信息技术等的快速发展, GIS在城市规划、决策中的作用越来越明显, 俨然成为城市化建设中不可缺少的技术。现阶段, 我国城市化建设正在如火如荼的进行中, 加强对GIS应用的研究具有十分现实的意义。

1 GIS的工作原理

GIS规范化发展是一个相对漫长的过程, 随着各种系统的应用, GIS逐渐趋于成熟, 在测绘领域的作用也逐渐的凸显出来。GIS工作原理主要是对不同来源的多元化形式数据进行采集与分析, 确定测绘的准确坐标。如利用经纬度、海拔等对变量位置实施标注。然后通过一定的组织手段形成能够直接方位的数据库, 并通过不同系统运营商将地图形式的数字信息, 通过一定的转换手段, 转换成可以供系统直接识别的信息或图像。

2 GIS在测绘工程中的应用

测绘工程中, GIS应用流程为:数据采集——数据转换与处理——空间分析, 具体表现为以下几个方面:

2.1 数据采集

在测绘工程实施初期, 可以利用GIS系统对实际客观存在的测量对象进行抽象、离散等处理, 并将连续对象实体以矢量、栅格两种形式存储在系统数据库中。其中栅格数据组成部分包括唯一值存储单元、列, 其数据集分辨率大小主要根据地面单位网格的规格大小;矢量存储方式就是利用几何图形中的基础点线面, 将客观对象表示出来。

在数据采集过程中, 一般的做法是利用纸上现有数据或者聚酯薄膜地图中现实的数据, 通过扫描等方式产生数字式数据。采用GIS系统, 借助与GPS的定位技术, 确定测量对象的地理位置坐标, 然后将位置坐标输入到系统中进行相关的处理, 同时也能够利用遥感技术对相关数据信息进行采集。在数据采集平台中, 附带了很多诸如激光雷达、摄像机、数字扫描仪等传感装置, 与卫星、航空器共同完成数据平台, 将主要来源于航空照片以及图片判读的数字数据进行特征选择, 然后以二维或者三维的形式对数据进行捕捉, 进一步将数据传输到相应的软拷贝系统。遥感则是利用不同的传感器包被动地测量由主动传感器发射出去的电磁波或者无线电波的反射系数, 进而将属性数据输入到GIS系统中。

2.2 数据转换与处理

GIS对数据的处理主要是通过专用的数据处理软件, 将相关数据上传到系统中, 进行编辑以及数据预处理, 然后对数据进行拓扑建模, 最后通过将相应的测量图形以及系统中相关土层进行叠加分析。GIS中软件能够分析采集到的数据属性之间的空间关系。如果采集到的数据为复杂的实体, 临近数据存在包含关系, 需要通过建模分析。

在数据转换与处理过程中, 需要重视对数据的重构, 将其转换为GIS系统能够识别的数据形式, 保证各个数据源之间的兼容问题。在测绘工程中, 对于不同的需求侧, 其数据属性也会存在差异, 因此在数据分析之前, 需要通过一系列的转标转换以及投影, 建立差异性的数学分析模型, 满足GIS系统对数据空间分析的具体需求。

2.3 GIS空间分析

经过数据采集、预处理、处理等工作后, GIS系统就能够通过相应的数据进行空间分析, 并通过相关的数据计算, 对研究对性空间位置进行那个定性以及定量的描述。GIS系统主要的功能包括空间分析, 而空间分析是相对繁杂的过程, 涉及到经济学、地理学、物理学、区域学等学科知识。对空间物体位置的定量描述主要借助于空间统计学、拓扑结构学、图论等, 这样才能实现对研究对象的空间数据描述效果, 从而对空间过程实施进一步的预测分析。

3 GIS在测绘工程中的应用优势与发展前景

GIS管理就是将地理空间实体数据之间的关系, 经过一定的转换与处理, 将复杂的地理规划、管理、决策问题转换为简单的定量分析, 并利用一系列的设备、软件等, 实现对数据的模拟分析、传输、评价等。在整个过程中, 不仅能够得到传统测绘方式难以获取的地理信息, 还能够实现对研究对象的空间定量分析。该系统通过定量、定性等形式, 实现了GIS应用于分析的有效结合, 为整体规划提供有效地便利, 获取的数据也更为精确。另外, GIS系统具有快速分析、查询等功能, 能够从大量数据中获取有用的信息, 为重大地理决策提供便利。

随着信息技术的发展, GIS系统应用的范围会更加的广阔, 可能会与CI、SDA等技术相结合, 实现时空一体化的地理信息数据分析。另外, GIS系统的应用会逐渐的渗透到各个领域, 并且将不同领域空间模型整合到一个标准的框架中, 实现通信、调度、执行为一体的智能化系统。

结语

现阶段, 我国的城市化建设正处于快速发展的新阶段, 人们对于工程测量精度的要求也越来越高, 这就要求相关人员加强对新测量技术的研究。GIS技术在工程测量中的应用是测绘工程一次巨大的变革, 对整个测量领域产生了巨大的冲击, 推动了测绘工程的发展。目前, 我国的工程测量技术仍存在一定的缺陷, 包括测量数据来源、标准不统一等, 还需要加强这些方面的研究, 对GIS技术进行不断的完善, 提升测量的精度, 为我国工程测量提供有效的支持。

摘要：本文首先介绍GIS的工作原理, 并探讨GIS在测绘工程中的应用, 最后分析GIS字测绘技术中的应用优势与发展前景, 供有关人员参考。

关键词：GIS,工作原理,测绘工程,应用

参考文献

[1]郭欣.地理信息系统在测绘中的应用分析[J].科技信息, 2013, 26 (07) :124-125.

[2]祁永芳.地理信息系统的工作流程及发展趋势[J].中国新科技新产品, 2013, 18 (01) :56-57.

[3]刘月.测绘地理信息的应用探析[J].科技研究, 2014, 31 (14) :99-100.

[4]林朝飞.工程测量中如何有效应用三维GIS技术的研究[J].计算机光盘软件与应用, 2014, 24 (01) :109-110.

GIS原理及其应用 篇2

GIS (Geographic Information System, 地理信息系统) 是一门管理地理空间数据的学科, 它建立地理和地理勘察、测量以及计算机等多个学科基础上, 它可以从空间提取、研究和筛选数据, 并对数据进行处理和统一管理[1]。随着GIS技术的完善, GIS技术广泛应用于配电网生产管理系统中, 并未电力企业的生产管理带来极大的便利, 也为企业创造了巨大的经济效益。文章就配电网生产管理系统中的GIS的应用及原理谈谈自己的看法。

1 GIS在配电网生产管理系统中应用的特点和优势

1.1 GIS在配电网生产管理系统中应用的特点

GIS使用的是C/A/S和B/A/S相结合的系统架构, 它可以充分发挥电力企业现有的网络资的优势和作用, 在电力企业内部实现各种数据和资源的共享。系统的服务器端通过SQL Server进行业务数据管理, 客户端使用GIS技术与数据库技术共同卡法而成。配电网系统应用GIS平台后, GIS平台中的Arcinfo地图决方案可以在任何window平台上解决地图问题。管理系统同时使用了OLE编程技术, 为实现Arcinfo的所有功能提供技术保障。整个数据库使用无状态链接方式, 可以最大限度地利用数据库资源, 提高数据库的工作效率。

1.2 应用GIS的优势

和传统系统的使用性能相比, 应用GIS的配电网生产管理系统在处理速度、市场运行情况和经济效益情况上都有很大的优势。首先, 应用GIS的配电网生产管理系统的处理速度更快。GIS系统可以根据所监测事物的地理位置信息为基础, 结合GIS系统搜集的其他数据和信息, 对事物的运行状态做出准确的判断。并通过一系列快速地搜集、分析和处理等操作, 为管理人员做出正确的、科学的决策提供准确的信息和依据。其次, 应用GIS的配电网生产管理系统的市场运行状况更好。随着我国电力行业的发展, 电力企业运行的市场环境和管理也发生了巨大的变化, 电力企业运行市场环境和管理环境的变化必然导致电力企业管理模式的变化。在新形势下, 电力企业要保证配电网生产管理系统的有效和稳定, 必须积极的应用和创建GIS系统。最后, 应用GIS系统的配电网生产管理系统具有更好的经济效益。在我国电力建设进一步扩大的背景下, 传统的配电网生产管理系统已经很难满足需求。而应用了GIS技术的配电网生产管理系统可以实现为不同的用户提供方便、快捷的服务, 从而让电力企业获得更好的经济效益。

2 GIS在配电网生产管理系统中作用

2.1 管理设备

管理数量庞大和种类繁多的配电网设备是应用GIS的主要目标之一。GIS的应用可以让管理和查询设备工作变得更加的便捷和简便。例如GIS的集成功能可以让管理员较为方便和快捷地查询电网资源信息以及管理人员可以根据线路和站房轻易查询设备的功能[2]。除此之外, 在设备发生变更时, GIS平台可以通过模拟方式对设备的位置和运行状态进行实时监控, 并通过图形显示设备的运行状态。管理员可以利用设备变更集成的方式将配电网生产管理系统关于设备变更过程及其记录和GIS的对配电设备运行状态的实施监控有机结合, 使GIS展示的设备运行状态符合设备实际运行状态相同, 图形和台账一致。

2.2 提供数据信息

应用GIS后, GIS平台可以向配电网生产管理人员提供GIS搜集的数据信息, 如道路数据信息、地图数据信息和电力相关图层数据信息。在此基础上, GIS平台可以方便管理人员实现对数据信息的操作和处理。例如GIS平台提供的图形数据信息, 管理人员可以对图形数据信息进行放大和缩小、漫游、鹰眼等基本的操作。

2.3 检修和维护设备

检修和维护设备是应用GIS的主要功能, GIS技术可以通过分析电网连通性、分析供电和停电范围、供电半径以及其它的方式来发现设备问题和快速定位设备问题, 为设备检修人员提供科学参考。例如某区域发生停电, 配电网生产管理系统可通过GIS对停电区域大小和停电用户数量进行分析, 并可以从GIS平台直观地看到停电范围大小、停电用户多少[3]。管理人员再根据GIS系统分析结果来评估停电的影响范围和带来的影响, 并根据相关数据制定电网检修计划或者停电申请。

2.4 辅助工程设计

首先, 应用GIS技术可以实现数据和图纸的流传, 为管理人员检查、监控和控制工程进度提供技术支撑, 保证工程的顺利进行。其次, GIS技术可以提供规划图纸、设计草案图纸以及其它设备信息, 为生产管理系统中的设备检修部门检修一次设备和线路, 或者设备检修部门对一次设备和线路进行技改和大修提供指导的作用, 保证设备检修部门检修和维护设备、线路工作顺利进行。

3 GIS的架构设计

3.1 应用系统的架构

配电网生产管理系统应用GIS后, 配电网管理的系统化和一体化程度更高。配电网管理系统架构主要包括配电网的数据资源管理模式、运行管理模式、调度运行模和安全调控的管理模式等等。使用C/A/S和B/A/S相结合的架构的系统运行平台, 可以分为表示层、系统应用层和系统数据层。系统应用层包括中间件、数据应用的持久模板和电网应用的逻辑概念[2]。C/A/S和B/A/S相结合架构的配电网体系不但符合我国以及企业的关于配电网体系的要求, 还能满足相关的应用需求和技术发展需求。不仅如此, 这种结合架构可以充分利用电气企业的网络资源和数据资源, 可以预防出现过重的网络负荷, 使网络和系统处于稳定和可靠的状态下运行。同时C/A/S和B/A/S相结合的系统架构简化了客户端, 使客户端的维护更容易操作。

3.2 GIS系统硬件架构

在配电网的运行过程中会产生运行信息、空间数据信息和时事信息这三种侧重点不同的运行信息, 电力企业通常采用集中管理模式管理这些运行信息[4]。集中管理模式就是通过GIS技术捕捉运行信息, 并将运行信息上传至上级配电网数据中心, 上级配电网数据中心再对运行信息进行分析、处理和存储等一些类管理。GIS系统的硬件结构是建立在数据中心之上, 并围绕数据中心来建构应用平台, 因此GIS硬件系统的架构包括数据中心、应用中心和WEB等结构的服务器。对GIS硬件系统架构中的各个服务器而言, 服务器必须具备在大量访问的环境下稳定和安全运行的能力。

4 结语

众多的经验和实践表明, GIS的应用可以有效的应用与配电网的生产管理系统, 并服务于生产管理, GIS是保证配电网安全生产管理的重要手段。通过GIS的应用, 管理人员可以获得更加准确的数据作为管理的依据以及制定解决问题的针对性办法, 保证配电网运行的稳定和安全, 为电力可靠运行提供更多的保障, 也为电力企业带来巨大的效益。

摘要：文章首先对应用GIS的配电网生产管理系统的特点以及应用GIS的优势做了简要的介绍, 再对GIS在配电网生产管理系统中的管理设备、提供数据信息、检修和维护设备、辅助工程设计做减少的论述, 最后针对GIS系统的架构提出自己的看法。

关键词：GIS,配电网生产管理,服务器

参考文献

[1]周驰, 郭宝, 王沈亮, 魏巍.生产管理系统与电网GIS平台集成应用分析[J].电力信息化, 2011 (02) .

[2]杨远佐.基于GIS的配电网安全生产管理系统建设问题探讨[J].科技创新与应用, 2013 (06) .

[3]吴建国, 李光耀.电力数字化综合管理系统的设计与实现[J].计算机辅助工程, 2010 (03) .

智能化GIS的特点及其应用 篇3

一、智能化GIS设备的概述

GIS组合电器作为作为变电站中的控制和保护的执行元件,对电网的安全可靠运行起着至关重要的作用。智能化GIS是将传感器检测设备和控制设备融入开关本体,把现代嵌入技术与开关机构融合到一体的集开关功能和自动检测功能于一体的新型组合电器;具体分析其特点有:

1. 设备智能化。

大量地使用智能开关以及数字输出式光学传感器。而且利用高效率高保真的光纤进行一次设备和二次设备之间的通讯,并使用数字化的编码方式,使得每一次的采样值、状态量和控制指令等信息都实现智能化。

2. 设备数字化。

利用无线通讯来发送与接受模拟量、开关量和控制指令等信息,大大改善了传统的电缆指令传送方式传输效率低、失真的困扰。

3. 自动化管理。

所有的故障分析,机械维修与系统的操控都不再需要人工的操作,实现自动化。其信息的收集、输送、分析都是采用数字化自动进行的,具备信息化、智能化、管理自动化的特征。所以其信息的收集、输送、分析都是采用数字化自动进行的。

二、智能化GIS智能组件介绍

智能化高压开关设备整体上包括开关设备本体和智能组件。其本体上安装各种传感器(包括分合闸线圈电流传感器、电子式互感器、储能电机电流传感器、局部放电传感器、位移传感器、SF6气体状态传感器等)和操作机构。

1. 光学互感器。

互感器主要完成系统电流、电压及功率因数的测量,将测量结果通过DL/T860通信协议网络上传;并接收后台的指令完成高压开关设备的遥控。

光学互感器应用到智能化变电站中,在很大程度上推进了智能化变电站的发展。它的主要作用是对机构的分合闸时的线圈工作电流进行检测与记录,记录结果是根据线圈电流产生的波形参数来计算铁芯启动、运动和线圈通电时间。光学互感器的应用就能通过检测电流实现对铁芯有无卡滞的检测。这样可以更少时间解决问题。并且光学互感器还能利用检测到的电流反映出铁芯的活动过程,利用线圈工作电压推导出操作回路电压值的大小。

2. 开关控制器。

开关控制器接收测控装置和继电保护装置的控制指令,通过操动机构箱控制完成相应开关设备的分、合闸操作,并对开关设备相关参量进行测量,向测控装置返回控制状态。如断路器的行程和时间的监控对于断路器当前状态是否正常可以更好的掌控。断路器的分合时的电路和分合的次数的监控有利于计算出断路器的触头磨损情况的分析,如果出现磨损状况可以更早发现,更早解决。这些智能化的指令和报警使得技术人员对电网系统的运作有了更好的了解和控制。

三、智能化GIS在智能变电站中的应用

在智能化变电站技术的应用中,我国起步较晚,在变电站的数字化技术、自动化技术、信息技术等方面还不能在各个智能变电站中发挥充分的作用。国内在智能化这方面的发展正式起步是在2001年到2004年,通过不懈的努力,一些电力公司按照IEC61850标准进行数字化试验建设,已经有了110KV、220KV以及500KV变电站,智能化变电站已经随着科学技术的发展而进入人们的视野,也成了我国以后的发展方向。

智能化变电站必须具备以下三点才可以叫做真正的智能,即资源调控的自动化,设备故障维护和系统状况的及时反馈。也只有实现了以上三点,智能化才能更好地服务于变电站,否则反而增加了维护人员的作业难度和工作强度。

智能化GIS的优势相对于传统变电设施来讲具有很大的优势,但是其研发和设备的组建、维护、更新中仍然存在着很多的问题,需要把智能化设计、组装、试验和安装形成标准化的程序和标准,每个环节都按照标准实施,那么在组装、试验和安装的应用过程中才能减少直至避免问题的产生。但是GIS设备具有优良的技术性能和占地面积少的特点,会越来越多的应用到输变电行业当中。

智能化GIS作为一种智能电网形势下出现的新型高压组合电器,其结构的合理性,功能的完备性都需要更长时间的探索和实践,实现真正的智能还有很长的路要走。但是随着社会经济、科学技术的不断进步,智能电网的进一步优化升级,智能化GIS必将成为未来一次设备的必然趋势,引领着智能一次设备的发展。

参考文献

[1]刘振亚,郑宝森.智能电网知识读本:智能变电站[M].中国电力出版社,2010-03.

GIS原理及其应用 篇4

GIS是对地球表面空间信息的描述、表达、可视化以及分析的信息系统，而GIS中所描述的复杂现象比比皆是：河流水系、地形地貌、城市组织结构等，作为非线性理论之一的分形几何学成为了GIS学者的福音。分形一词，是1973年曼德勃罗(B.B.Mandelbrot)由拉丁语Frangere一词创造而成，其原意具有不规则的、支离破碎的意义。分形几何学是一门以非规则几何形态为研究对象的几何学，其本质是标度不变性，核心是自相似性。描述分形的特征量是分形维数(fractal dimension)[6]，可以是整数也可以是分数。

1 地图目标结构特征描述

分形维数是分形几何中一个非常重要的概念，用于定量表示分形体的不规则性、复杂性或度量空间填充的程度。在地图中的河流、海岸线、山脉等地图目标具有典型的自相似性特性。对于点状地物，一个单一点的分维数为零，但对于密集点群，分维值代表点目标分布密度变化的不规则性。常用的分维数计算方法有计盒法(Box Counting Method)、半径计算法等。线状目标是地图中最典型的数据形式，如等高线、海岸线等，也是分形主要的研究对象之一。其分维数计算方法主要有计盒法、步长法、侵蚀膨胀法、缓冲区计算法[5]，其长度L取决于量测尺度的大小，描写了曲线长度随测量尺度变化的快慢，即曲线的弯曲复杂程度。对于面状地物，其轮廓线可以视为闭合的曲线，因此线目标的分维计算方法也适合于面状要素。此外，还可以用周长-面积法、线扫描多边形法等来计算。

总之，分形学方法可以用来描述地图要素的固有特征(分数维的大小)，还可以对其信息进行多比例或多层次处理，其主要优越性在于描述与处理地物或其集合的固有特征[12,13]。

2 地图制图综合中的应用

尺度是空间数据的重要特征之一，一般指信息被观测、表示、分析和传输的详细程度，是数据表达的空间范围的相对大小和时间的相对长短。而GIS中的尺度在地图制图中表现为比例尺。地图目标分维值计算方法之一就是通过改变粗视化程度求维数，改变粗视化的现实意义就是从更远的距离去观察事物，而在地图制图中的意义就是基于更小比例尺量测数据，小比例尺地图是通过对大比例尺地图综合而得到。显而易见，分形分维与地图制图综合有着天然的联系。

J.C.Muller研究了制图综合对制图线的影响[1]，发现大部分曲线在较小比例尺地图上的分维数减小了，有些在大比例尺地图上具有统计自相似性的线条在小比例尺地图上已经丧失了，有些制图线的分维数是依标度的，即在不同的标度上相同的线条具有不同的分维数[2]。Nakano在研究日本沉降海岸线的过程中也得出了相同的结论[3]。王桥[10]基于分形分析方法，充分利用线状符号本身的形态结构特征，从数学模型上保证了图形的化简、概括图形形态结构特征随比例尺变化的规律，给出了自动综合的方法，为制图综合过程的自动化、模型化探索了一条新的途径，在此基础上建立了顾及要素自身形态及分布特征的方根规律分形扩展模型[9]。张华国[14]基于分形几何理论，将Douglas-Peuker算法和随机中点移位法结合起来，提出了一种针对曲线新的分形插值方法。李雯静[7]以扩展分维作为理论基础，从变维分析的角度出发，研究地图目标的自相似程度随比例尺变化而衰减的规律，得出地图目标随比例尺的改变其分维值呈反“S”形态的衰减变化。

分形理论应用于地图综合研究的意义，主要在于能够比较客观地揭示出随着比例尺的改变，地图信息变化的程度和趋势，分维值的测算意义主要在于实现对这种尺度变化效应的量化。有的学者认为，保持制图线的分维数可以成为制图综合遵循的标准以及评价制图综合好坏的标准[11]。

3 DEM内插

分形学自诞生之时就和地学，特别是地貌学的研究有着紧密关系，从而有了分形地貌学的建立，地形是地貌形态的重要特征之一。数字高程模型(DEM)的提出使得对于地形表面的描述开始定量化。

内插是数字高程模型的核心问题，是指根据已知点高程求未知点高程的方法。基于分形原理的数据内插就是利用分形几何体的自相似性，采用一定的数学模型来进行数据的内插。利用分形原理的插值方法有基于IFS(迭代函数系统)的方法和基于FBM(分形布朗运动)的方法。前者通过仿射变换构造插值函数，再进行迭代得到所要的形状;后者是通过控制参数H和σ，在构造分形图形时加入一个随机成分。基于FBM的方法主要有中点移位法(random midpoint displacement,RMD)、傅里叶滤波法等。曹云刚对传统的RMD算法作了一定的改进，在递归插值过程中，对于每一步采用不尽相同的插值比系数，能有效地避免插值点附近的“尖峰现象”，插值后生成的地形起伏平稳，并且能够较逼真地反映地形表面的真实细节。周侗(2007)提出了基于DEM的元分维模型的概念模型以及具体的算法实现。

综上，分形分析对于DEM内插具有必然的优势，如何在顾及实际地形各向异性的情况下，考虑其局部分形特征，来逼近地形地貌的现实状况具有重要意义。同时在具有较好可视化基础上如何顾及DEM插值的精度。

4 结束语

GIS作为现代地球信息科学技术的重要组成学科之一，应用于各个领域，使其成为一个庞大的复杂系统，现实世界中许多现象都不同程度的具有分形特征，包括自然现象和人为现象，合理认识其分形特征对于揭示人类生存环境的空间格局、形成演化过程、影响因素、发展机制和调控机理具有重要意义。目前，与分形和GIS相关的首要研究任务包括以下几方面：

(1)从分形几何学诞生之日起，各个学科领域的学者都对分维数进行了计算，给出了许多计算公式，但都只是对应于独自研究领域的算法，至今为止对于分维数的估算还没有统一的方法，“同维异形、同形异维”的现象仍然无法解决，缺乏统一的意义，因而分维值估算方法的统一性与精确性仍是研究重点之一。

(2)以往的研究基本上都是将研究对象视为一个整体，进而在无标度区或者扩展分维区估算其分维值，探讨对象自身或者对象之间不同分维值所反映的情况，很少涉及对象内部分形特征差异的研究，而内部特征往往能更好的反映对象形态的复杂性及其形成机制和发育成因，因此应研究如何利用分形来表达对象的内部特征。

GIS原理及其应用 篇5

快速、准确地采集和获取相关信息是实现青山工程动态监测的重要基础和前提。近年来, 移动G IS技术已经成为野外数据采集的重要手段, 在一类清查、二类调查、荒漠化普查和营林调查等林业各个领域得到了广泛的应用, 可以有效的提高外业数据采集的精度和效率。

1 移动外业采集系统设计与实现

1.1 系统总体架构

本系统基于M ap Zone移动G IS平台进行开发。系统采用组件式设计思想进行设计, 共分四层:

第一层:基础设施层, 是实现系统应用的基础, 为系统应用提供基础硬件和软件平台。

第二层:数据资源层, 是实现业务应用的数据依据和来源, 经过对各种信息资源的整合改造和开发利用, 建设建立青山工程外业采集综合数据库。

第三层:平台层, 面向应用系统提供与之对应的业务应用功能组件, 包括数表模型、基础组件、上传下发、业务流程管理、基础框架、应用管理等。

第四层:应用层, 是支撑业务运行的核心系统, 即基于移动G IS技术的外业采集系统。

1.2 系统功能设计

该系统依据青山工程工作需求, 采用亚米级G IS (阿什泰克M M 100) 数据采集器进行准确定位, 采集现地三维地理坐标数据, 并依据青山工程调查需求对青山工程所需各种因子进行现场采集、分析、计算与整理, 及时算出垂直投影面积及坡面面积, 避免了外业手工记录、计算的繁琐, 解决了以前无法快速、准确计算坡面面积的难题;同时实现对图面的修改、备注、整合、添加、删除和分色排版等功能, 达到获得矢量化图型等需要, 简化了从前先在纸图上区划记录, 再使用电脑矢量化操作的步骤。系统的主要功能包括工程管理、航迹管理、视图浏览、数据采集、图层管理、基础编辑、高级编辑、数据同步、补充调查、实地核查和系统设置等 (如图2) 。

1) 数据同步。在进行外业调查前, 将PC端相关的项目信息 (青山工程治理项目数据或者青山工程稽查案件数据) 同步到移动设备中, 在外业数据采集结束后, 将移动设备中的成果数据同步到PC端, 以达到内外业一体化数据采集。系统提供在线和离线两种数据同步方式:离线方式通过存储设备或者移动设备直接连接到PC进行数据同步;在线同步方式采用“增量包”方式将采集的更新内容通过移动网络回传到后台, 实现数据同步。系统采取了多项技术措施来减少提交的数据量, 便于数据传输。2) 航迹管理。记录外业人员在外业调查和监测过程中的航迹, 实现对于航迹数据的历史管理、回放等。3) 数据采集。数据采集分为图形数据采集和属性数据采集两部分。其在那和包括图形数据的创建、删除、复制、节点编辑、图形分割、选择、撤销、重做等功能。后者提供了方便快捷的属性采集录入工具, 用于实现对相关属性信息的采集。4) 地图工具。系统提供了大量一键式地图工具用于辅助完成外业采集工作。如分割面积, 当采集的面跨了多个小班, 可以分别显示被小班分割后的各个地块面积;再如坡面面积, 可以根据用户输入的坡度值计算采集面的坡面面积;等。

2 系统在青山工程中的应用

辽宁省青山工程移动G IS手持机外业数据采集系统采用单后台多前端的工作模式进行青山数据外业采编, 统一管理, 分布作业, 外业集成多种数据采集与数据检查方式, 可有效控制提交的青山数据质量。

动态监测对于辽宁省青山工程的顺利开展具有重要意义。动态监测中最为重要的内容是开展数据调查, 传统的手动数据调查方式, 已经远远不满足于青山工程动态监测的需求, 通过基于移动G IS技术的外业采集系统的使用, 实现了外业调查工作成果数字化, 确保了与青山保护动态监测系统平台对接的要求, 达到外业采集数据与内业操作平台的无缝对接, 避免数据丢失及繁重的录入工作, 大大地提高了工作效率, 保证青山工程的监测工作有效开展。

另一方面, 基于移动G IS技术的外业采集系统具有快速采集现场图片、音视频及相关文字等信息能力, 具备G PS定位和跟踪功能, 在对举报案件进行稽查的过程中能够实现空间导航、自动记录稽查路线以及稽查里程、现场信息处理分析等功能, 能够通过公众网络 (G PR S/C D M A等) 与有关监测平台连通, 第一时间将稽查现场的信息上传给监测中心, 供指挥人员进行分析和决策, 同时接收监测中心的分析结果和决策信息。这对青山工程案件稽查工作具有革命性意义。

3 结语

移动G IS手持机外业数据采集系统的建设给全省青山工程的动态监测以及外业调查等工作带来了巨大的效率提升, 为辽宁青山保护事业快速、健康、有序的发展提供可靠保障。

参考文献

GIS原理及其应用 篇6

关键词：地理信息系统,环境保护,应用

地理信息系统 (Geographic Information System简称GIS) 是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一个新兴技术, 是一个能够对空间相关数据进行采集、管理、分析和可视化输出的计算机信息系统。

地理信息系统萌芽于20世纪60年代初, 1972年, 世界上第一个物理信息系统——加拿大地理信息系统 (CGIS) 全面投入运行。此后, 地理信息系统在全球范围内获得了快速发展, 在西方发达国家GIS应用已经渗透到社会经济生活的各个方面, 目前已成功地应用到了资源管理、环境保护、灾害预测、投资评价、城市规划建设、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、教育、军事等众多领域。在我国随着经济建设的迅速发展, GIS在城市规划管理、环境保护、交通运输、防灾减灾、农业、林业等领域发挥了重要的作用, 取得了良好的经济效益和社会效。

1 GIS技术及其特点

GIS系统是在数据库管理系统 (DBMS) 和计算机辅助设计 (CAD) 两个比较成熟的软件技术基础上发展起来的, 并附加了对空间数据进行管理和分析的特殊功能。GIS以其混合数据结构和独特的地理空间分析功能而别具一格。它所提供的专用函数可用来进行测量、坐标变换、图象生成、属性修改、统计分析、拓扑叠加、网络分析等。许多GIS产品还采用了工业标准的组件对象模型 (COM) 技术, 为用户进行功能和结构定制拓展了空间。GIS技术特点归纳如下。

1.1 数据输入

数据输入是把现有资料按照统一的参考坐标系统、统一的编码、统一的标准和结构组织转换为计算机可处理的形式, 输入到数据库中的过程。除了在地图上手扶跟踪数字化、图形扫描外, 目前GIS的输入越来越多地借助非地图形式, RS (遥感技术) 数据和GPS (全球定位系统) 数据已成为GIS的重要数据来源。

1.2 数据处理

GIS对空间数据的处理主要包括数据编辑、数据综合、数据变换等, 最终形成具有拓扑关系的空间数据库。GIS中的数据分为栅格数据和矢量数据, 如何有效地存储和管理这两类数据是GIS的基本问题。大多数GIS系统采用了分层技术, 即根据地图的某些特征, 把它们分成若干图层分别存储, 把选定的图层叠加在一起就形成了一张满足某些特殊要求的专题地图。

1.3 空间分析和统计

空间分析和统计是GIS的一个独立研究领域, 它的主要特点是帮助确定地理要素之间新的关系, 为用户提供一个解决各类专门问题的工具。这也是GIS得以广泛应用的重要原因之一。GIS的空间分析分为两大类:矢量数据空间分析和栅格数据空间分析。矢量数据空间分析包括:空间数据查询和属性数据分析, 缓冲区分析, 网络分析等。栅格数据空间分析包括:记录分析、叠加分析、统计分析等。

1.4 地图显示与输出

GIS可将空间地理信息以地图、报表、统计图表等形式显示在屏幕上, 利用开窗缩放工具可以对所显示的地图中的任意点和范围进行无级开窗缩放, 也可以按照某一比例尺显示, 进行分析对比。还可按照用户需要设置制图符号和颜色, 根据编辑好的空间数据分层选择, 通过逐层叠加形成各种专题图, 通过绘图机、打印机等输出。

1.5 二次开发和编程

大多数GIS系统都提供二次开发环境, 包括提供专用语言的开发环境, 用户可在自己编程环境中调用GIS的命令和函数。系统配有专门的控件, 供用户的开发语言 (C++, VB, VC++, Dephi, …) 调用等等。用户可以很方便地编制自己的菜单和程序, 生成可视化的用户界面, 完成GIS的应用功能的开发。

2 GIS技术在环境保护中的应用

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应用, 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。而地理信息系统技术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。

目前, 全国27个省级环保局及一百多个城市环保部门都已购置了ESRI公司的ARCGIS、ARCVIEW地理信息系统平台软件和相应的硬件设施, 大部分省市已经建立环境基础数据库, 在GIS平台上开发了城市环境地理信息系统、重点流域水资源管理、环境污染应急预警预报系统等, 取得了显著的成效。下面将结合实例分别阐述GIS技术在环保领域的应用情况。

2.1 应用GIS制作环境专题图

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。GIS的制图方法比传统的人工绘图方法要灵活得多, 在基础电子地图上, 通过加入相关的专题数据就可迅速制作出各种高质量的环境专题地图。可以根据实际需要从符号和颜色库中选择图件, 使之更好地突出专题效果和特性。

2.2 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。例如, 基于GIS平台, 厦门市建立了城市环境空间数据库和污染源监测属性数据库, 开发了网络化城市环境质量地理信息系统, 该系统涵盖了大气、地表水、声学环境的监测信息, 以分布图、专题图、三维模型等形式, 生动直观地反映环境质量状况。由于采用了因特网的GIS开发技术, 该系统可以在Internet/Intranet上运行。

2.3 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、分析, 实现为环境决策提供辅助手段的目的。如广东省以东深流域自然环境地理信息为基础, 对东深流域的监测数据进行存储处理, 利用GIS技术开发了东深流域水环境管理信息。该系统直观显示和分析东深流域水环境现状、污染源分布、水环境质量评价, 追踪污染物来源。可结合数字地图查询历年监测数据及各种统计数据, 进行空间分析 (如缓冲区查询与分析) 、辅助决策 (容量计算及污染状况的预测) 为流域水环境的科学化管理和决策提供了先进的科学手段。

2.4 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。国家环保总局把GIS技术与遥感技术相结合, 对我国西部12省的生态环境现状进行调查, 得到了西部地区生态环境的空间分布与空间统计状况、生态环境质量状况和生态环境变化的空间规律特点, 为该地区经济的可持续发展与资源环境的可持续利用提供了科学依据。青海省遥感中心将“3S”技术运用到青海湖环湖重点区域调查上, 快速查清了该区域土地利用、土地覆盖现状, 建立了生态环境数据库和生态环境评价指标体系, 为政府规划决策、资源开发、环境保护提供了宝贵资料。

2.5 GIS应用于环境应急预警预报

建立重大环境污染事故区域预警系统, 能够对事故风险源的地理位置及其属性、事故敏感区域位置及其属性进行管理, 提供污染事故的大气、河流污染扩散的模拟过程和应急方案。例如, 大连市的“重大污染事故区域预警系统”把重大污染事故的多种预测模型与GIS技术相结合, 当某一风险源发生事故时提供应急措施、报警信息和救援信息, 为重大污染事故应急指挥奠定了基础。上海市应用GIS、RS与GPS技术开发了环保应急热线系统, 该系统采用GIS技术进行污染源搜索和定位;将GIS与GPS结合起来, 用于出警指挥和导航;用RS技术获取地面信息, 解决了GIS基础底图动态更新问题。通过“3S”技术的综合应用, 更好地发挥了GIS在环保执法和应急事件中的作用。

2.6 GIS应用于环境质量评价和环境影响评价

由于GIS能够集成管理与场地密切相关的环境数据, 因而也是综合分析评价的有力工具。环境影响评价是对所有的改、扩、建项目可能产生的环境影响进行预测评价, 并提出防止和减缓这种影响的对策与措施。利用GIS的空间分析功能, 可以综合性地分析建设项目各种数据, 帮助确立环境影响评价模型。由于GIS系统具有层的结构, 可将不同的环境影响进行计算并叠加。深圳市环境保护研究所已利用GIS技术进行编制环境影响评价报告书和制图。

在区域环境质量现状评价工作中, 可将地理信息与大气、土壤、水、噪声等环境要素的监测数据结合在一起, 利用GIS软件的空间分析模块, 对整个区域的环境质量现状进行客观、全面的评价, 以反映出区域中受污染的程度以及空间分布情况。如通过叠加分析, 可以提取该区域内大气污染布图、噪声分布图;通过缓冲区分析, 可显示污染源影响范围等。

2.7 GIS应用于水环境管理

水环境信息具有明显的空间属性和层次属性, 利用GIS可以更加明确地揭示不同区域的水环境状况, 反映水体环境质量在空间上的变化趋势。可以更加直观地反映如污染源、排污口、监测断面等环境要素的空间分布。利用GIS还可以进行污染源预测、水质预测、水环境容量计算、污染物削减量的分配等, 以表格和图形的方式为水环境管理决策提供多方位、多形式的支持。目前, 全国各省环保局正在使用GIS软件进行各省水环境功能区划汇总工作, 在此基础上, 进一步开发水环境功能区管理信息系统, 实现水环境数据查询、水质评价、统计分析、水质预测等功能, 将各种水环境信息以可视化的方式表达, 对水环境的科学管理将具有非常重要的意义。

3 结束语

地理信息系统近年来发展迅速, 尤其是“3S”集成技术的出现, 使我国的环境地理信息系统开发与应用迈上新的台阶。随着国家环境地理信息系统的建立和100城市日援项目的实施, GIS技术必将在环境保护领域得到更广泛的应用。

参考文献

[1]边复苓.地理信息系统原理和方法[M].北京:测绘出版社, 1996:7-15.

[2]郭秋英.当前G IS发展的几个特点[J].测绘通报, 1998 (5) :43-54.

[3]郭仁忠.空间分析[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社, 1997:65-78.

[4]石自平.中国环境信息系统建设总体方案研究[C].国家环保部.环境信息国际研讨会论文集.北京:国家环保部.1993:20-25.

[5]刘敏.3S技术及其在生态环境监测中的应用[J].广东林业科技, 2005.

[6]边馥苓.地理信息系统原理和方法[M].北京:测绘出版社, 1996.

[7]国家环境保护总局信息中心.环境信息技术与应用[M].北京:化学工业出版社, 2001.

[8]张月妹.基于G IS技术的环境监察信息系统研究[J].环境科学动态, 2005 (2) .

GIS原理及其应用 篇7

1数字图像技术的发展与现状

数字图像技术的应用就是图片通过计算机网络传递的过程中将图片转化成一组具有特定规律的计算机可以接受的数字形式,一般是用数字矩阵来表达的。所以数字图像处理技术的发展是在计算机基础上发展来的,主要是靠计算机水平和数学理论作为发展动力,换言之就是计算机的发展推动数字图像处理技术的发展。

随着计算机的发展,数字图像技术也开始发展,数字图像技术的起源是20世纪20年代,但真正的发展是在20世纪40年代计算机技术开始发展之后,其最早期的处理是以傅里叶变换为基础对图像进行简单的处理,但是由于当时的计算机的容量很小,而图片的容量却很大,因此这个阶段的图像处理通常是分段进行,并且时间也较慢,所以在当时的实用性并不是很强[1]。

一直到了20世纪80年代,随着计算机技术实现质的飞跃后,数字图像处理才真正的在计算机中实现,其真正的价值意义才被发掘,并且随着数字化仪与扫描仪的生产与运用、遥感技术的发展与数学算法的成熟都在一定程度上促进了数字图像技术的进步与完善,其主要的应用范围是在通讯技术、宇宙探索、遥感技术、生物医学、工业生产、气象预测、计算机科学军事技术、侦缉破案考古以及测绘等等方面,数字图像处理技术的应用为这些领域的发展打开了新的发展领域。

2数字图像处理的基本理论与技术

数字图像处理自从其发展以来一直在不断的发展与完善,不断的寻求新的理论与算法,在不断的发展探索中形成了多种理论。

(1)小波理论。小波理论相对于傅里叶变换有着很大的优越性,但是小波理论的真正突破是从20世纪80年代开始的,虽然经过了长时间的发展但还是存在很多的问题亟待解决。小波理论还被成为数学的“显微镜”[2],当前对小波理论的应用还大多数在2维,目前仍然在探讨阶段。

(2)分形理论。分形理论是由英国人创立的,是非线性代数中的一个分支,它在自然科学中被广泛的应用,在自然界中的物质大都可以分为两种情况,一种的有形状尺度的,例如一棵树的高度,也有没有具体的形状尺度的,比如雨雪,而这些没有尺度的就是分形,在图像中分形几何的物质大量的存在,所以在数字图像处理中分形理论被大量的运用。

(3)人工神经网络。人工神经网络顾名思义就是模仿人脑在工作中的方式而设计的一种机器,它具有不断的获取知识而解决问题的能力,在快速的运算以及学习理论的能力都有着非常重要的成果。人工神经网络已经被应用到很多领域,对于图像处理领域主要应用于字体字符的识别、语音、签字、指纹、人脸等的识别,以及对癌细胞的识别,心电图与脑电图的分类等等。虽然在人工神经网络方面取得了一定的成果,但是仍然是处于初级阶段,发展道路仍然很漫长。

(4)遗传算法。遗传算法在近几年来的研究中广受欢迎,其主要是依据生物学中的遗传规律来研究生物个体之间的关系,数字图像处理中主要是运用遗传算法来对图像进行分类,并且也取得了一定的成果,但是遗传算法的价值不仅在于此,更多的价值有待发掘。

(5)数学形态学。形态学本是生物学种研究植物、动物的结构的一个分支,后来被应用于以形态为基础对图形进行分析的一种数学工具。数学形态学在数字图像处理中可以简化图片的数据,保持图像的基本图形。

3熟悉图像处理在GIS中的应用

GIS(地理信息系统)是一门在诸多学科的基础上发展起来的一门学科,有独立的学科体系,GIS中融合了地理学、地图学、测量学以及计算机等科学,它主要作为获取、整理、分析和管理地理空间数据的重要工具与技术手段,近年来被广泛的关注与发展,并且取得了一定的成果,但是GIS是具有非常鲜明的时代性的学科,所以随着时代的不断进步,GIS也会不断的发展。当前我国对GIS的研究仅停留在了3维,所以发展研究的空间仍然很大。

当前我国运用的GIS系统主要是以数字图像处理技术为基础的,GIS的编辑、存储以及查询等都是运用的图像处理技术;根据GIS的发展动向来看,今后的GIS将会主要依据遥感技术,而遥感技术就是图像处理技术中的技术要领;GIS中运用到的数据分析也是依靠的数字图像处理技术理论来对数据进行压缩和编码的,因此GIS的发展与完善都离不开数字图像处理,并且随着数字图像处理的不断的发展,GIS也会随之不断的前进。

4结语

数字图形处理技术主要依据电子计算机的发展而发展,因此数字图形处理的发展受计算机行业的发展速度影响,今后其应用也会越来越广泛,并且也会一直影响GIS的发展与创新,数字图形处理在GIS中的应用也会越来越深入。

参考文献

[1]徐飞,施晓红.MATLAB应用图像处理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.