地理信息融合處理

1. 如何建立MAPGIS地理信息系統中的拓撲處理

其在運行過程中,將地理空間資料庫作為基儲分析上採用空間模型法,為環境保護、資源開發等決策提供強有力的數據支持。如何建立MAPGIS地理信息系統中的拓撲處理

2. 教學中融合地理信息技術應用的知識，可能遇到的困難有哪些

課程標准規定，地理三中的區域發展問題要使用案例研究的方法教學，這部內分中的案例屬於大容型案例，這對高中地理教師是個挑戰。在以往的區域發展案例教學中容易出現以下問題：把案例當作要掌握的知識去「講」；簡單地把案例當作理解地理原理的普通實例，即「舉例」。
將地理信息技術應用作為一個相對獨立的部分納入高中地理標准，是高中地理新課程的一個特點，也是高中地理學習內容同科學技術發展和實際生產生活應用密切聯系的方面，有比較大的實用價值。同時，地理信息技術也是地理學習的一種工具或一個平台。教學中遇到的主要問題是：教師的知識儲備使他們普遍感覺地理信息技術應用的教學比較困難；相應設備和軟體的缺乏；容易就技術講技術。
評估學生的學習是高中教師普遍關心的問題，遇到的主要問題有：不會設計有效的過程性評價；過程性評價對教師和學生的壓力過大，特別是對擔任多班教學的地理教師；階段性評價命題對日常教學存在不良導向的問題等。

3. 地理信息系統的功能

GIS的核心問題可歸納為5個方面的內容:位置、條件、變化趨勢、模式和模擬(見圖1.1)。

圖1.1 GIS的核心問題

(1)位置(Locations):即「在某個特定的位置有什麼」。一般通過地理對象的位置進行定位，然後利用查詢獲取性質，例如當前地塊名稱、所有者、地點、土地利用情況等。位置問題是地學領域最基本的問題，在GIS中反映為空間查詢技術。

(2)條件(Conditions):即「什麼地方有滿足某些條件的地理對象」。根據地理對象的屬性信息，通過從預定義的可選項中進行選取，列出條件表達式，進而查找滿足該條件的地理對象的空間分布位置，如在屏幕上將滿足指定條件的所有對象以高亮度顯示等。條件問題是GIS中一種較復雜的查詢問題。

(3)趨勢(Trends):該類問題需要在綜合現有數據的基礎上識別已經發生或正在發生變化的地理現象。它要求能夠根據現有的歷史數據、現狀數據等，對現象的變化過程做出分析判斷，對過去做出回溯，並能對未來做出預測。例如在研究地形演變問題時，可利用歷史的和現有的地形數據對不同歷史時期的地形發育情況進行展現，也可進一步對未來地形做出分析預測。

(4)模式(Patterns):即地理對象實體與現象的空間分布間的空間關系問題。第一步:確定模式，一般需要在熟悉現有數據、了解數據間的內在關系的基礎上通過長期的觀察來確定;第二步:獲得報告，說明該事件發生的時間、地點、顯示事件發生的系列圖件。例如，城市中居住人口分布與不同功能區的分布的關系模式。

(5)模擬(Models):即某個地理位置如果具備某種條件會發生什麼問題。是在模式和趨勢的基礎上，建立因素和現象之間的模型關系，進而發現普遍規律。例如，在對某礦區的突水和地質條件、含水層條件、隔水層條件等關系研究的基礎上，對其他礦區進行相關問題研究。一旦發現具有普遍規律，便可建立通用分析模型，並可進行相應的預測和決策。

GIS作為空間信息自動處理及分析系統，其功能遍及「數據採集—數據分析—決策應用」全過程。因此，一個GIS應該具備以下基本功能:

(1)數據採集功能。GIS的第一步就是數據採集，主要用於獲取數據。數據採集即通過各種數據採集設備(如GPS、全站儀、經緯儀等)獲取現實事物的描述數據，並輸入GIS。目前，可用於GIS數據採集的方法與技術很多，最典型的有兩類，一是跟蹤數字化技術，二是掃描數字化技術。隨著掃描技術的發展和廣泛應用，後者已經成為GIS數據採集的主要技術。

(2)數據處理。通過GIS數據採集獲取的數據為原始數據，其不可避免地存在誤差。為盡可能地減小誤差，保證數據在邏輯、數值上的完整性和一致性，需要對數據進行格式化、格式轉換和概化等一系列的處理工作。數據格式化是指不同數據結構數據間的轉換。數據轉換包括數據格式轉化、數據比例尺的變化等。數據概化包括數據平滑、特徵集結等。GIS應該提供強大的、互動式的數據處理功能。

(3)數據存儲、組織與管理功能。數據的有效組織與管理是成功建立GIS資料庫的關鍵步驟，也是GIS系統應用成功與否的關鍵。為了能高效的再現真實環境並進行各種分析，必須按照一定的結構對計算機中的數據進行組織管理。由於空間數據本身具有特定的特徵，GIS必須發展自己特有的數據存儲、組織和管理功能。目前常用的GIS空間數據組織方法有柵格模型、矢量模型和柵格/矢量混合模型，數據管理模式有面向對象數據管理模式、全關系型數據管理模式和文件－關系資料庫混合管理模式等。

(4)空間查詢與空間分析功能。空間查詢是GIS和其他許多自動化地理數據處理系統應具備的基本功能，空間分析是GIS特有的功能和的核心功能。

GIS可以方便地對地理信息進行檢索和查詢。雖然通用資料庫提供了諸如SQL語言的資料庫查詢語言，但對GIS而言，需要對其進行補充或改進，進而使之支持空間查詢。例如查詢穿過一個城市的公路、與某個城市相鄰的城市、某高速公路周圍6km范圍內的居民點等，這些查詢問題是GIS所特有的。因此一個功能強大的GIS軟體，應該滿足常見的空間查詢的要求，設計一些空間查詢語言。

空間分析是較空間查詢更深層次的應用，包括拓撲分析、疊置分析、網路分析、緩沖區分析等。隨著GIS應用范圍的拓廣，GIS的空間分析功能將繼續增加和完善。GIS的空間分析可分為3個不同的層次:①空間檢索，包括從屬性檢索空間物體和從空間位置檢索屬性。②空間拓撲疊加，本質為空間意義上的布爾運算，實現了輸入要素屬性在空間上的連接(Join)以及要素屬性的合並(Union)。③空間模擬分析，該層次的應用研究可以分為3類，即GIS內部的空間模型分析、GIS外部的空間模型分析及混合型的空間模型分析。其中空間模擬分析是GIS應用深化的標志。

(5)數據輸出功能。通過圖形、表格等方式顯示空間數據是GIS項目的必須。作為可視化工具，圖形是傳遞空間數據信息的最有效工具。GIS的主要功能之一就是計算機地圖制圖，包括地圖符號的設計與符號化、圖幅整飾、圖例與布局地圖注記、統計圖表製作等項內容。另外GIS軟體也應具備驅動列印設備或顯示設備的能力，因為對屬性數據也要設計報表輸出，且這些輸出結果需要在列印機、顯示器、繪圖儀上輸出。

圖1.2顯示了這些功能之間的關系及它們操作(Manipulation)數據的不同表現。

圖1.2 GIS功能概述(橢圓)以及它們的表現(矩形)

4. 遙感與DEM集成處理

遙感與地質地理信息的集成可製作三維影像地質圖、構建虛擬地質環境。傳統的地質圖是由地質專業信息和地理信息組成的平面圖，圖注、圖例紛繁復雜，專業性很強，制約了包括政府部門在內的其他各行業非地質專業人員對地質成果的積極和有效利用。三維影像地質圖能夠將地質調查成果及認識直觀、鮮明、通俗易懂地表達出來，是使用者所喜聞樂見的一種表達方式，它不僅能服務於地質專業，以直觀地分析地質構造規律，而且能被社會各個方面的用戶所接受和利用(李建星等，2003)，對遙感信息產業將起到有力的促進作用。

製作三維影像地質圖的技術流程大致要經過數據源的准備、紋理的生成和DEM與紋理的套合整飾等步驟(圖8.3)。數據源的准備工作見第二章相關內容。紋理的生成是在MapGIS6.5平台上實現的，即先將相山地區地質圖的所有區都設置為透明輸出，再利用MapGIS的光柵輸出功能，通過依次添加已進行融合的遙感影像圖(如SIFM543.img)和地質構造圖，生成新的JPEG格式的平面影像地質圖，並在圖像處理模塊中轉換成MSI圖像，這即是所需要的紋理。DEM與紋理的套合是在電子沙盤模塊中進行的。

圖8.3 三維影像地質圖製作流程

圖8.4即為相山地區形象直觀、通俗易懂的三維影像地質圖，相山火山-侵入雜岩的地形地貌景觀躍入眼中。

5. 什麼是地理信息處理軟體和地理信息系統平台軟體

又稱為「地學信息系統」或「資源與環境信息系統」。它是一種特定的十分重要的空間信息系統。它是在計算機硬、軟體系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行採集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統

6. 地理信息科學如何去解決地理科學中環境問題

地理科學中的環境問題已經從局部的小范圍發展成地區性的甚至是全球性的問題。回當今世界人類面臨的答環境問題主要有環境污染和生態破壞問題，環境污染已涉及到大氣、水、土壤、噪音污染等方面；生態破壞使森林面積減少，生物多樣性降低。文章主要從大氣污染、水污染、土壤污染、生態破壞幾方面闡述人文地理學所面臨的主要環境問題，呈現嚴峻現狀，引發大眾思考。地理信息科學通過隊地理認知、地理信息本體論以及概念格，面向「人」，面向社會的集中發展，地學模擬、情景決策支持分析，時空過程表達、時空數據模型、時空分析，網路環境下的分布式三維可視化、虛擬環境與數字地球，協同地理信息系統，移動地理信息系統，數據挖掘與知識發現，網路技術發展與網格GIS，遙感信技術與GIS分析綜合性的去解決地理科學中的環境問題。

7. 什麼是地理信息系統的空間數據採集與處理

空間數據的採集可以通過：實地調查，測量，現有地圖，航空影像，遙感影像圖專片以及過去的資料獲取屬。
處理手段主要有：誤差修正（設定容許值，連接接點，重建拓撲關系）邊界匹配，數據格式的轉換，投影變化，坐標變換，圖像糾正，圖象解譯，精度評價。這些是主要流程

8. 地理信息數據處理員是什麼工作,請指教

地理信息數據處理員，每天打交道的都是矢量數據、柵格數據，都是一些軟體操作處理（CAD、ArcGIS...），屬於技巧性工作不是技術性工作。具體前途嘛，個人認為一般。經過經驗積累可以向管理型人才轉型。

9. 地理信息系統

在農用地分等中需要對地塊（圖斑）進行空間定位、面積測算、類型調查以及權屬確認等，圖件是輔助農用地分等最重要的技術手段，這些圖件包括土壤圖、地形圖、土地利用現狀圖、坡度圖等。這些圖件如果採用手工方式繪制，操作起來費時費力，更新時也極其不方便。採用GIS技術可以輕松地完成這些工作。GIS技術在農用地分等中的應用貫穿於工作的整個過程。該工作實質上是針對農用地這一特定空間對象所做的多因素疊加綜合分析，以及基於此分析的進一步數據挖掘。在農用地分等中，GIS技術主要應用在以下幾個方面。

（一）資料庫建設

1.數據採集、檢驗與編輯

主要用於獲取數據，保證農用地分等工作中的數據在內容與空間上的完整性、數據值邏輯上的一致性等。而這一過程的工作量超過全部分等工作量的一半。該過程主要採用自動化掃描輸入與遙感數據集成的方法，掃描後的數據進行自動化編輯與處理後成為工作的基礎數據（底圖）。

2.數據處理

農用地分等工作中，數據的初步處理主要包括數據格式化、轉換和綜合。由於各地採用的專業軟體不同，在開始工作前必須對各種來源的數據進行數據格式、坐標系統和比例尺的統一，使之滿足農用地分等工作的具體要求，同時為分等成果數據的共享打下基礎。數據的格式化是指不同數據結構之間的轉化；數據比例尺的變換涉及數據比例尺縮放、平移、旋轉等方面，其中最為重要的是投影變換；數據綜合包括數據平滑、特徵集結等。

3.數據的存儲與組織

這一部分工作在農用地分等工作中表現為空間數據與屬性數據的對接，是一個數據集成的過程，也是建立分等資料庫的關鍵步驟，涉及空間數據和屬性數據的組織。在地理數據組織與管理中，最為關鍵的是如何將空間數據與屬性數據融合為一體。採用GIS軟體系統將二者分開存儲，通過唯一標識碼（單元編碼）連接起來。

以上部分構建了分等資料庫，是農用地分等工作開展的前提和基礎。而在農用地分等過程中同樣應用了GIS技術，主要表現為採用GIS技術的空間分析技術提取和傳輸空間信息。

（二）在分等計算過程及省級匯總中的應用

1.空間疊加

農用地分等中同一個圖斑受多種因素（主要表現為10個分等因素，涉及土壤圖、地形圖、坡度圖、水文圖等圖件疊加）覆蓋，需要採用疊置分析方法，按照面積或者中心權重進行運算。通過疊置分析將同一地區、同一比例尺的數據層進行疊置，生成一個新的數據層（含有分等相關屬性的圖層），實現了各個圖斑具有多重屬性和各疊置層目標屬性的統計計算。

2.緩沖分析

在因素量化的過程中大量採用了緩沖區分析方法計算確定某一因素的影響范圍。將點、線、面等因素，根據各自的衰減方式計算得出緩沖區多邊形，採用疊置分析的方法將分值賦予各個圖斑。這是GIS重要的和基本的空間分析功能之一。

3.空間分析與計算

在實現三級分等成果的聯動追溯查詢中還使用了包括泰森多邊形分析在內的多種分析方法，解決市級圖斑與縣級圖斑、省級圖斑與市級圖斑的一對多關系。泰森多邊形可用於定性分析、統計分析、鄰近分析等。如用離散點的性質來描述泰森多邊形區域的性質；用離散點的數據來計算泰森多邊形的數據；判斷一個離散點與其他離散點相鄰時，可根據泰森多邊形直接得出。

4.地形分析

主要是利用等高線內插生成DEM或DTM模型描述地表起伏狀況，用於提取各種地形參數，如坡度、坡向等數據。

（三）在資料庫管理信息系統中的應用

1.用戶管理

用戶管理主要指用戶的添加、刪除和用戶屬性的編輯。該程序是系統安全運行的重要保證。通過菜單或工具欄，用戶可以進行關聯查詢，通過省或市的數據查詢縣級數據，或者通過市、縣的數據查詢該數據相對應的省、市數據；還可查詢匯總圖中的某個分等單元是由工作底圖中的哪些分等單元綜合而成。

2.綜合查詢

綜合查詢指對圖形數據和屬性數據的提取和顯示，主要有單目標查詢、多目標查詢和條件查詢。單目標查詢指通過滑鼠選擇某個分等單元，以查看其所有的屬性。多目標查詢指由多邊形框選擇多個分等單元，然後在列表中查看每個分等單元的屬性。條件查詢指使用界面提供的SQL語句編輯工具生成一個SQL條件語句，然後根據它來查找與條件相符合的目標，並把他們突出顯示。

3.空間量算

空間量算包括空間位置、長度、面積的度量和圖層的管理。圖層管理包括圖層的添加和刪除、圖層的移動、圖層數據的表現形式和圖形信息的提示方式。

4.圖形操作

對圖形的操作主要指對圖形的瀏覽，主要有縮放、漫遊、全圖顯示、導航圖的顯示、分等單元的突出顯示、前景色及背景色的設置以及圖層的分色顯示。

5.數據分析

數據分析主要指數據的統計和分析。數據可以是當前的選擇集，也可以是某個圖層的全部對象。選擇分類的欄位，如鎮、自然質量等，可對選擇統計的對象進行和、最大值、最小值、計數等的統計，並以表的形式表達出來。

6.文件操作

文件操作主要是外部數據的輸入和輸出。主要分為兩個方面，即所有圖層的基本信息（包括圖層的名稱、類型、保存的路徑等）導入工作環境和各圖層文件的生成。圖層信息的入庫通過程序代碼自動錄入。

10. 地理信息與地理信息系統

地理信息是有關地理實體的性質、特徵和運動狀態的表徵，它是對表徵地理特徵與地理現象之間的地理數據的解釋。地理數據包括空間位置、屬性特徵及時域特徵三部分。空間位置數據描述地物所在位置; 屬性特徵數據是屬於一定地物，且描述其特徵的定性或定量指標; 時域特徵數據是指地理數據採集或地理現象發生的時段/時刻 ( 如在礦井瓦斯監控系統中，如瓦斯濃度、巷道風速、井下壓力隨時間變化等) ( 劉橋喜等，2004) 。空間位置、屬性特徵及時域特徵是地理空間分析的三個基本要素。

地理信息系統是融計算機圖形和資料庫於一體，對空間數據進行採集、存儲、更新、分析、輸出等處理的工具。地理信息系統的資料庫包括空間數據 ( 又稱圖形數據) 和屬性數據兩部分，空間數據主要負責點 ( point) 、線 ( line，arc) 、面 ( surface) 等圖形實體的管理，而各類圖形實體的屬性管理則由 SQLServer，Oracle 等資料庫來承擔。事實上，人類對地球三維空間中任意實體的表達，應該是圖形和屬性的並集，這樣，才能對物體進行較為精確的描述。所以，只有地理信息系統才能對空間目標進行有效的描述 ( 石磊等，2005) 。

地理信息系統是集計算機科學、地理學、測繪遙感學、環境科學、城市科學、空間科學、信息科學和管理科學為一體的新興邊緣科學。GIS 把這些技術與學科有機地融合在一起，並與不同數據源的空間和非空間數據相結合，通過空間操作和模型分析，提供對規劃、管理和決策有用的信息產品 ( 劉鐵民等，2004) 。

地理信息系統 ( GIS) 與管理信息系統 ( Manger Information System，MIS，如礦井巷道檢索系統、通風管理系統等) 的主要區別在於: GIS 要對圖形資料庫和屬性資料庫共同管理、分析和應用，GIS 的軟硬體設備要復雜、系統功能要強; 而 MIS 則是只有屬性資料庫的管理，即使存儲了圖形，也是以文件形式管理，圖形要素不能分解、查詢，沒有拓撲關系。如圖 2. 3 所示，有一張煤層區域地質圖，在計算機中沒有存儲圖形，只存儲了右邊的列表。

圖 2. 3 煤層區域圖信息

圖 2. 3 中數據是按矩陣排列，一行稱為一個 「記錄」，一列是同類項稱為一個 「域」，每一行代表一個獨立的礦井單元所具有的屬性。查詢時可以做邏輯運算，不受域和記錄個數的限制。例如，可以檢索煤層厚度大於 4m，瓦斯含量大於 15m3/ t 的礦井，查詢結果為林北礦，安東礦和洪陽 2 井。這里雖然管理的是礦井資源信息，但沒有反映空間結構( 與地理位置無關) ，因而該系統仍屬於 MIS 的類型。

地理信息系統和地圖資料庫雖然都有空間查詢、分析和檢索功能，但是地圖資料庫不可能像 GIS 那樣去綜合圖形數據和屬性數據進行深層次的空間分析，提供輔助決策的信息。

地理信息系統與計算機輔助制圖系統 ( CAD) 的共同特點是二者都有參考系統，都能描述圖形數據，但 CAD 圖形功能較強，屬性庫功能相對要弱 ( 劉鐵民等，2004) 。相對而言，GIS 完善了上述各種系統存在的不足。實現數據輸入、存儲、編輯，操作運算，數據查詢、檢索，應用分析，數據顯示，結果輸出等功能。其他各種功能，下述各章還會進行詳細介紹。