地理信息融合处理

1. 如何建立MAPGIS地理信息系统中的拓扑处理

其在运行过程中,将地理空间数据库作为基储分析上采用空间模型法,为环境保护、资源开发等决策提供强有力的数据支持。如何建立MAPGIS地理信息系统中的拓扑处理

2. 教学中融合地理信息技术应用的知识，可能遇到的困难有哪些

课程标准规定，地理三中的区域发展问题要使用案例研究的方法教学，这部内分中的案例属于大容型案例，这对高中地理教师是个挑战。在以往的区域发展案例教学中容易出现以下问题：把案例当作要掌握的知识去“讲”；简单地把案例当作理解地理原理的普通实例，即“举例”。
将地理信息技术应用作为一个相对独立的部分纳入高中地理标准，是高中地理新课程的一个特点，也是高中地理学习内容同科学技术发展和实际生产生活应用密切联系的方面，有比较大的实用价值。同时，地理信息技术也是地理学习的一种工具或一个平台。教学中遇到的主要问题是：教师的知识储备使他们普遍感觉地理信息技术应用的教学比较困难；相应设备和软件的缺乏；容易就技术讲技术。
评估学生的学习是高中教师普遍关心的问题，遇到的主要问题有：不会设计有效的过程性评价；过程性评价对教师和学生的压力过大，特别是对担任多班教学的地理教师；阶段性评价命题对日常教学存在不良导向的问题等。

3. 地理信息系统的功能

GIS的核心问题可归纳为5个方面的内容:位置、条件、变化趋势、模式和模拟(见图1.1)。

图1.1 GIS的核心问题

(1)位置(Locations):即“在某个特定的位置有什么”。一般通过地理对象的位置进行定位，然后利用查询获取性质，例如当前地块名称、所有者、地点、土地利用情况等。位置问题是地学领域最基本的问题，在GIS中反映为空间查询技术。

(2)条件(Conditions):即“什么地方有满足某些条件的地理对象”。根据地理对象的属性信息，通过从预定义的可选项中进行选取，列出条件表达式，进而查找满足该条件的地理对象的空间分布位置，如在屏幕上将满足指定条件的所有对象以高亮度显示等。条件问题是GIS中一种较复杂的查询问题。

(3)趋势(Trends):该类问题需要在综合现有数据的基础上识别已经发生或正在发生变化的地理现象。它要求能够根据现有的历史数据、现状数据等，对现象的变化过程做出分析判断，对过去做出回溯，并能对未来做出预测。例如在研究地形演变问题时，可利用历史的和现有的地形数据对不同历史时期的地形发育情况进行展现，也可进一步对未来地形做出分析预测。

(4)模式(Patterns):即地理对象实体与现象的空间分布间的空间关系问题。第一步:确定模式，一般需要在熟悉现有数据、了解数据间的内在关系的基础上通过长期的观察来确定;第二步:获得报告，说明该事件发生的时间、地点、显示事件发生的系列图件。例如，城市中居住人口分布与不同功能区的分布的关系模式。

(5)模拟(Models):即某个地理位置如果具备某种条件会发生什么问题。是在模式和趋势的基础上，建立因素和现象之间的模型关系，进而发现普遍规律。例如，在对某矿区的突水和地质条件、含水层条件、隔水层条件等关系研究的基础上，对其他矿区进行相关问题研究。一旦发现具有普遍规律，便可建立通用分析模型，并可进行相应的预测和决策。

GIS作为空间信息自动处理及分析系统，其功能遍及“数据采集—数据分析—决策应用”全过程。因此，一个GIS应该具备以下基本功能:

(1)数据采集功能。GIS的第一步就是数据采集，主要用于获取数据。数据采集即通过各种数据采集设备(如GPS、全站仪、经纬仪等)获取现实事物的描述数据，并输入GIS。目前，可用于GIS数据采集的方法与技术很多，最典型的有两类，一是跟踪数字化技术，二是扫描数字化技术。随着扫描技术的发展和广泛应用，后者已经成为GIS数据采集的主要技术。

(2)数据处理。通过GIS数据采集获取的数据为原始数据，其不可避免地存在误差。为尽可能地减小误差，保证数据在逻辑、数值上的完整性和一致性，需要对数据进行格式化、格式转换和概化等一系列的处理工作。数据格式化是指不同数据结构数据间的转换。数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变化等。数据概化包括数据平滑、特征集结等。GIS应该提供强大的、交互式的数据处理功能。

(3)数据存储、组织与管理功能。数据的有效组织与管理是成功建立GIS数据库的关键步骤，也是GIS系统应用成功与否的关键。为了能高效的再现真实环境并进行各种分析，必须按照一定的结构对计算机中的数据进行组织管理。由于空间数据本身具有特定的特征，GIS必须发展自己特有的数据存储、组织和管理功能。目前常用的GIS空间数据组织方法有栅格模型、矢量模型和栅格/矢量混合模型，数据管理模式有面向对象数据管理模式、全关系型数据管理模式和文件－关系数据库混合管理模式等。

(4)空间查询与空间分析功能。空间查询是GIS和其他许多自动化地理数据处理系统应具备的基本功能，空间分析是GIS特有的功能和的核心功能。

GIS可以方便地对地理信息进行检索和查询。虽然通用数据库提供了诸如SQL语言的数据库查询语言，但对GIS而言，需要对其进行补充或改进，进而使之支持空间查询。例如查询穿过一个城市的公路、与某个城市相邻的城市、某高速公路周围6km范围内的居民点等，这些查询问题是GIS所特有的。因此一个功能强大的GIS软件，应该满足常见的空间查询的要求，设计一些空间查询语言。

空间分析是较空间查询更深层次的应用，包括拓扑分析、叠置分析、网络分析、缓冲区分析等。随着GIS应用范围的拓广，GIS的空间分析功能将继续增加和完善。GIS的空间分析可分为3个不同的层次:①空间检索，包括从属性检索空间物体和从空间位置检索属性。②空间拓扑叠加，本质为空间意义上的布尔运算，实现了输入要素属性在空间上的连接(Join)以及要素属性的合并(Union)。③空间模拟分析，该层次的应用研究可以分为3类，即GIS内部的空间模型分析、GIS外部的空间模型分析及混合型的空间模型分析。其中空间模拟分析是GIS应用深化的标志。

(5)数据输出功能。通过图形、表格等方式显示空间数据是GIS项目的必须。作为可视化工具，图形是传递空间数据信息的最有效工具。GIS的主要功能之一就是计算机地图制图，包括地图符号的设计与符号化、图幅整饰、图例与布局地图注记、统计图表制作等项内容。另外GIS软件也应具备驱动打印设备或显示设备的能力，因为对属性数据也要设计报表输出，且这些输出结果需要在打印机、显示器、绘图仪上输出。

图1.2显示了这些功能之间的关系及它们操作(Manipulation)数据的不同表现。

图1.2 GIS功能概述(椭圆)以及它们的表现(矩形)

4. 遥感与DEM集成处理

遥感与地质地理信息的集成可制作三维影像地质图、构建虚拟地质环境。传统的地质图是由地质专业信息和地理信息组成的平面图，图注、图例纷繁复杂，专业性很强，制约了包括政府部门在内的其他各行业非地质专业人员对地质成果的积极和有效利用。三维影像地质图能够将地质调查成果及认识直观、鲜明、通俗易懂地表达出来，是使用者所喜闻乐见的一种表达方式，它不仅能服务于地质专业，以直观地分析地质构造规律，而且能被社会各个方面的用户所接受和利用(李建星等，2003)，对遥感信息产业将起到有力的促进作用。

制作三维影像地质图的技术流程大致要经过数据源的准备、纹理的生成和DEM与纹理的套合整饰等步骤(图8.3)。数据源的准备工作见第二章相关内容。纹理的生成是在MapGIS6.5平台上实现的，即先将相山地区地质图的所有区都设置为透明输出，再利用MapGIS的光栅输出功能，通过依次添加已进行融合的遥感影像图(如SIFM543.img)和地质构造图，生成新的JPEG格式的平面影像地质图，并在图像处理模块中转换成MSI图像，这即是所需要的纹理。DEM与纹理的套合是在电子沙盘模块中进行的。

图8.3 三维影像地质图制作流程

图8.4即为相山地区形象直观、通俗易懂的三维影像地质图，相山火山-侵入杂岩的地形地貌景观跃入眼中。

5. 什么是地理信息处理软件和地理信息系统平台软件

又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统

6. 地理信息科学如何去解决地理科学中环境问题

地理科学中的环境问题已经从局部的小范围发展成地区性的甚至是全球性的问题。回当今世界人类面临的答环境问题主要有环境污染和生态破坏问题，环境污染已涉及到大气、水、土壤、噪音污染等方面；生态破坏使森林面积减少，生物多样性降低。文章主要从大气污染、水污染、土壤污染、生态破坏几方面阐述人文地理学所面临的主要环境问题，呈现严峻现状，引发大众思考。地理信息科学通过队地理认知、地理信息本体论以及概念格，面向“人”，面向社会的集中发展，地学模拟、情景决策支持分析，时空过程表达、时空数据模型、时空分析，网络环境下的分布式三维可视化、虚拟环境与数字地球，协同地理信息系统，移动地理信息系统，数据挖掘与知识发现，网络技术发展与网格GIS，遥感信技术与GIS分析综合性的去解决地理科学中的环境问题。

7. 什么是地理信息系统的空间数据采集与处理

空间数据的采集可以通过：实地调查，测量，现有地图，航空影像，遥感影像图专片以及过去的资料获取属。
处理手段主要有：误差修正（设定容许值，连接接点，重建拓扑关系）边界匹配，数据格式的转换，投影变化，坐标变换，图像纠正，图象解译，精度评价。这些是主要流程

8. 地理信息数据处理员是什么工作,请指教

地理信息数据处理员，每天打交道的都是矢量数据、栅格数据，都是一些软件操作处理（CAD、ArcGIS...），属于技巧性工作不是技术性工作。具体前途嘛，个人认为一般。经过经验积累可以向管理型人才转型。

9. 地理信息系统

在农用地分等中需要对地块（图斑）进行空间定位、面积测算、类型调查以及权属确认等，图件是辅助农用地分等最重要的技术手段，这些图件包括土壤图、地形图、土地利用现状图、坡度图等。这些图件如果采用手工方式绘制，操作起来费时费力，更新时也极其不方便。采用GIS技术可以轻松地完成这些工作。GIS技术在农用地分等中的应用贯穿于工作的整个过程。该工作实质上是针对农用地这一特定空间对象所做的多因素叠加综合分析，以及基于此分析的进一步数据挖掘。在农用地分等中，GIS技术主要应用在以下几个方面。

（一）数据库建设

1.数据采集、检验与编辑

主要用于获取数据，保证农用地分等工作中的数据在内容与空间上的完整性、数据值逻辑上的一致性等。而这一过程的工作量超过全部分等工作量的一半。该过程主要采用自动化扫描输入与遥感数据集成的方法，扫描后的数据进行自动化编辑与处理后成为工作的基础数据（底图）。

2.数据处理

农用地分等工作中，数据的初步处理主要包括数据格式化、转换和综合。由于各地采用的专业软件不同，在开始工作前必须对各种来源的数据进行数据格式、坐标系统和比例尺的统一，使之满足农用地分等工作的具体要求，同时为分等成果数据的共享打下基础。数据的格式化是指不同数据结构之间的转化；数据比例尺的变换涉及数据比例尺缩放、平移、旋转等方面，其中最为重要的是投影变换；数据综合包括数据平滑、特征集结等。

3.数据的存储与组织

这一部分工作在农用地分等工作中表现为空间数据与属性数据的对接，是一个数据集成的过程，也是建立分等数据库的关键步骤，涉及空间数据和属性数据的组织。在地理数据组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。采用GIS软件系统将二者分开存储，通过唯一标识码（单元编码）连接起来。

以上部分构建了分等数据库，是农用地分等工作开展的前提和基础。而在农用地分等过程中同样应用了GIS技术，主要表现为采用GIS技术的空间分析技术提取和传输空间信息。

（二）在分等计算过程及省级汇总中的应用

1.空间叠加

农用地分等中同一个图斑受多种因素（主要表现为10个分等因素，涉及土壤图、地形图、坡度图、水文图等图件叠加）覆盖，需要采用叠置分析方法，按照面积或者中心权重进行运算。通过叠置分析将同一地区、同一比例尺的数据层进行叠置，生成一个新的数据层（含有分等相关属性的图层），实现了各个图斑具有多重属性和各叠置层目标属性的统计计算。

2.缓冲分析

在因素量化的过程中大量采用了缓冲区分析方法计算确定某一因素的影响范围。将点、线、面等因素，根据各自的衰减方式计算得出缓冲区多边形，采用叠置分析的方法将分值赋予各个图斑。这是GIS重要的和基本的空间分析功能之一。

3.空间分析与计算

在实现三级分等成果的联动追溯查询中还使用了包括泰森多边形分析在内的多种分析方法，解决市级图斑与县级图斑、省级图斑与市级图斑的一对多关系。泰森多边形可用于定性分析、统计分析、邻近分析等。如用离散点的性质来描述泰森多边形区域的性质；用离散点的数据来计算泰森多边形的数据；判断一个离散点与其他离散点相邻时，可根据泰森多边形直接得出。

4.地形分析

主要是利用等高线内插生成DEM或DTM模型描述地表起伏状况，用于提取各种地形参数，如坡度、坡向等数据。

（三）在数据库管理信息系统中的应用

1.用户管理

用户管理主要指用户的添加、删除和用户属性的编辑。该程序是系统安全运行的重要保证。通过菜单或工具栏，用户可以进行关联查询，通过省或市的数据查询县级数据，或者通过市、县的数据查询该数据相对应的省、市数据；还可查询汇总图中的某个分等单元是由工作底图中的哪些分等单元综合而成。

2.综合查询

综合查询指对图形数据和属性数据的提取和显示，主要有单目标查询、多目标查询和条件查询。单目标查询指通过鼠标选择某个分等单元，以查看其所有的属性。多目标查询指由多边形框选择多个分等单元，然后在列表中查看每个分等单元的属性。条件查询指使用界面提供的SQL语句编辑工具生成一个SQL条件语句，然后根据它来查找与条件相符合的目标，并把他们突出显示。

3.空间量算

空间量算包括空间位置、长度、面积的度量和图层的管理。图层管理包括图层的添加和删除、图层的移动、图层数据的表现形式和图形信息的提示方式。

4.图形操作

对图形的操作主要指对图形的浏览，主要有缩放、漫游、全图显示、导航图的显示、分等单元的突出显示、前景色及背景色的设置以及图层的分色显示。

5.数据分析

数据分析主要指数据的统计和分析。数据可以是当前的选择集，也可以是某个图层的全部对象。选择分类的字段，如镇、自然质量等，可对选择统计的对象进行和、最大值、最小值、计数等的统计，并以表的形式表达出来。

6.文件操作

文件操作主要是外部数据的输入和输出。主要分为两个方面，即所有图层的基本信息（包括图层的名称、类型、保存的路径等）导入工作环境和各图层文件的生成。图层信息的入库通过程序代码自动录入。

10. 地理信息与地理信息系统

地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征，它是对表征地理特征与地理现象之间的地理数据的解释。地理数据包括空间位置、属性特征及时域特征三部分。空间位置数据描述地物所在位置; 属性特征数据是属于一定地物，且描述其特征的定性或定量指标; 时域特征数据是指地理数据采集或地理现象发生的时段/时刻 ( 如在矿井瓦斯监控系统中，如瓦斯浓度、巷道风速、井下压力随时间变化等) ( 刘桥喜等，2004) 。空间位置、属性特征及时域特征是地理空间分析的三个基本要素。

地理信息系统是融计算机图形和数据库于一体，对空间数据进行采集、存储、更新、分析、输出等处理的工具。地理信息系统的数据库包括空间数据 ( 又称图形数据) 和属性数据两部分，空间数据主要负责点 ( point) 、线 ( line，arc) 、面 ( surface) 等图形实体的管理，而各类图形实体的属性管理则由 SQLServer，Oracle 等数据库来承担。事实上，人类对地球三维空间中任意实体的表达，应该是图形和属性的并集，这样，才能对物体进行较为精确的描述。所以，只有地理信息系统才能对空间目标进行有效的描述 ( 石磊等，2005) 。

地理信息系统是集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘科学。GIS 把这些技术与学科有机地融合在一起，并与不同数据源的空间和非空间数据相结合，通过空间操作和模型分析，提供对规划、管理和决策有用的信息产品 ( 刘铁民等，2004) 。

地理信息系统 ( GIS) 与管理信息系统 ( Manger Information System，MIS，如矿井巷道检索系统、通风管理系统等) 的主要区别在于: GIS 要对图形数据库和属性数据库共同管理、分析和应用，GIS 的软硬件设备要复杂、系统功能要强; 而 MIS 则是只有属性数据库的管理，即使存储了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询，没有拓扑关系。如图 2. 3 所示，有一张煤层区域地质图，在计算机中没有存储图形，只存储了右边的列表。

图 2. 3 煤层区域图信息

图 2. 3 中数据是按矩阵排列，一行称为一个 “记录”，一列是同类项称为一个 “域”，每一行代表一个独立的矿井单元所具有的属性。查询时可以做逻辑运算，不受域和记录个数的限制。例如，可以检索煤层厚度大于 4m，瓦斯含量大于 15m3/ t 的矿井，查询结果为林北矿，安东矿和洪阳 2 井。这里虽然管理的是矿井资源信息，但没有反映空间结构( 与地理位置无关) ，因而该系统仍属于 MIS 的类型。

地理信息系统和地图数据库虽然都有空间查询、分析和检索功能，但是地图数据库不可能像 GIS 那样去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的信息。

地理信息系统与计算机辅助制图系统 ( CAD) 的共同特点是二者都有参考系统，都能描述图形数据，但 CAD 图形功能较强，属性库功能相对要弱 ( 刘铁民等，2004) 。相对而言，GIS 完善了上述各种系统存在的不足。实现数据输入、存储、编辑，操作运算，数据查询、检索，应用分析，数据显示，结果输出等功能。其他各种功能，下述各章还会进行详细介绍。