第六章-GPS与GIS技术

第六章GPS与GIS技术第一节GPS技术第二节GIS技术第一节GPS技术一、GPS的含义二、GPS的构成三、GPS的工作原理四、GPS的特点五、GPS的种类六、GPS的应用与发展2003年3月20日伊拉克战争爆发“斩首行动”巴格达4月，一架B-1B“枪骑兵”轰炸机用炸弹摧毁了另一座建筑目标——一个人萨达姆.侯赛因炸弹——联合攻击炸弹2003年3月20日伊拉克战争爆发通过卫星定位来实现定位由24颗美国卫星组成的全球定位系统--GPS一、GPS的含义全称：卫星测时测距导航／全球定位系统

NavigationSatelliteTimeandRanging/GlobalPositioningSystemGPS全球定位系统是一个无线电空间定位系统利用导航卫星和地面站为全球提供全天候﹑高精度﹑连续﹑实时的三维坐标(纬度，经度,海拔)﹑三维速度和定位信息,地球表面上任何地点均可以用于定位和导航。GPS的相关术语（教材P229）1、坐标坐标的维度——有2维、3维两种收到4颗及以上卫星的信号——3维坐标——经度、纬度、高度收到3颗卫星的信号——2维坐标——精度和纬度常用——以经/纬度(Lat/Long)的方式显示坐标坐标的精度——在SA打开时，GPS的水平精度在100-50米之间，视接受到卫星信号的多少和强弱而定。足球场在SA关闭时，精度能达到15米左右。2、路标GPS内存中保存的一个点的坐标值。在有GPS信号时，就会把当前点记成一个路标。路标是GPS数据核心，它是构成“路线”的基础。标记路标是GPS主要功能之一，但是你也可以从地图上读出一个地点的坐标，手工或通过计算机接口输入GPS，成为一个路标。一般GPS能记录500个或以上的路标。

3、路线一组数据包括：起点、终点、中间点的坐标“腿”——每两个坐标点之间的线段GPS能存储20条线路——每条线路30条“腿”。4、前进方向动坐标的更新5.导向导向功能在以下条件下起作用：（1）设定“走向”目标，“导向”功能将导向此路标。（2）目前有活跃路线。“导向”的点是路线中第一个路点，每到达一个路点后，自动指到下一个路点。

6、日出日落时间显示当地的日出、日落时间7、足迹线GPS每秒更新一次坐标信息，可以记载自己的运动轨迹。GPS会把足迹线转化为一条“路线”，实现导向功能。二、GPS的构成GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；用户设备部分—GPS信号接收机。1、空间部分卫星星座——由24颗卫星组成卫星星座21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星，记作（21+3）GPS星座。卫星高度——距地表2.02万千米的上空卫星的分布——均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗)，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。GPS卫星产生两组电码——C/A码、P码P码：频率较高,不易受干扰,定位精度高,因此受美国军方管制,并设有密码,一般民间无法解读,主要为美国军方服务。C/A码：人为采取措施而刻意降低精度后,主要开放给民间使用。2、地面控制部分组成：1个主控站、5个监测站、3个控制站监测站配有能够连续测量到所有可见卫星的接收机。监测站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据,计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到3个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时,把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。3、用户设备部分即GPS信号接收机主要功能——接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；GPS系统信息，如卫星状况等。GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20米左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2米左右。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。三、GPS的原理（一）GPS导航系统的基本原理（定位原理）测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到（伪距）当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户的位置速度等信息便可得知。GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文（二）GPS的定位方式

1、单点定位、相对定位（差分定位）单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。2、定态定位、静态定位

动态定位——在定位观测时，接收机相对于地球表面运动。例如：应用于——车船——定位的精度为30一100米的伪距单点定位城市车辆——米级精度的伪距差分定位测量放样——厘米级的相位差分定位静态定位——在定位观测时，接收机相对于地球表面静止。如：控制网观测时，一般均采用这种方式由几台接收机同时观测，它能最太限度地发挥GPS的定位精度大地型接收机，是接收机中性能最好的一类GPS已经能够达到地壳形变观测的精度要求（三）定位信息的传递GPS系统只是一个单一的定位系统，需要结合GSM等通讯网络系统来实现定位信息的传递。

GSM（GlobalSystemforMobileCommunications环球移动通讯系统）GSM是一个开放、不断演变改进的系统。这个系统最强的优点之一在于拥有国际漫游的功能，消费者可以凭一个号码，在全球超过159个国家不受阻各地接受同等质量的电话服务。传统的SM方式传递定位信息①

移动交换中心（MSC）同公众有线网（PSTN）、短消息中心（SMS）、监管维护通过有线方式连接；同蜂窝基站（BSS）通过有线或无线（如微波）方式连接。②

蜂窝基站（BSS）同移动单元（MS）通过无线方式进行相互连接，无线工作频段为900M。③

短消息中心（SMS）是实现短讯收发的信息平台。其在基站与移动单元之间的数据传输是通过无线信令信道进行传输。新的分组数据承载业务——GPRS（GeneralPacketRadioService通用分组无线业务）GSM与GPRS的比较1、技术GSM——传统的电路交换技术、传统的数据通信方式包括短信息SM方式和DATA方式SM方式存在延时大（一般在6—8秒）、通道有阻塞等缺点DATA方式存在拨号时间长（10秒左右）、通信费用高等缺点GSM属于移动通信中的2G（第2代）技术GPRS——采用分组交换技术具有“永远在线”、“自如切换”、“高速传送”等优点，属于移动通信中的2.5G（2.5代）技术，能全面提升移动数据通信服务，目前下行传输速率理论上可达到40kbit/s，上行传输速率可达9.6kbit/s，特别适用于象GPS系统那样具有突发性、每次数据流量小、总体数据流量大、实时性要求高等特点的移动数据通信的应用。

2、

覆盖范围GPRS依托于GSM系统，需要在GSM系统上进行改造，才能实现GPRS。目前，国内只有中国移动采用了GPRS技术。中国联通选用了CDMA技术根据中国移动的网络铺设计划，大中城市已经普及GPRS，GPRS网络的质量也一直在优化中。在某些地区，还没有开通GPRS业务3、

通信费用GPRS采用包月+流量计费，可以一直在线，按照接收和发送数据包的数据量来付费，也可以采用包月方式计费。由于可以自由选择计费方式，对需要密切跟踪的车辆可以选择包月方式，而对于不需要密切跟踪的车辆可以采用按流量计费方式，从而降低整个系统的使用费用。四、GPS特点1、全球、全天候工作。2、定位精度高

3、观测时间短随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20KM以内相对静态定位，仅需15-20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广五、GPS种类根据型号分为——测地型、全站型、定时型、手持型、集成型按接收机的用途分类——1.导航型接收机——运动载体

车载型、航海型、航空型、星载型2.测地型接收机3.授时型接收机按接收机的载波频率分类单频接收机双频接收机按接收机通道数分类多通道接收机

序贯通道接收机

多路多用通道接收机

按接收机工作原理分类码相关型接收机平方型接收机混合型接收机干涉型接收机六、GPS的应用最初——军用：为军方提供精确定位而建立的，至今它仍然由美国军方控制。军用GPS产品主要用来确定并跟踪在野外行进中的士兵和装备的坐标，给海中的军舰导航，为军用飞机提供位置和导航信息等。美国政府宣布2000年至2006年期间，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用信号精度在全球范围内得到改善利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到20米推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长导弹、飞船的导航定位，飞机、汽车、船舶的导航定位，船舶远洋导航和进港引水飞机航路引导和进场降汽车自主导航、地面车辆跟踪和城市智能交通管理公安、银行、医疗、消防等用它建立监控、报警、救援系统紧急救生企业用它建立现代物流管理系统农业、林业、环保、资源调查、物理勘探、电信等都离不开导航定位各种等级的大地测量水下地形测量地壳形变测量大坝和大型建筑物变形监测道路和各种线路放样精细农业个人——旅游、野外探险、个人通讯终端手表式的GPS接收机，将成为旅游者的忠实导游。GPS作为野外定位的最佳工具，在户外运动中有广泛的应用IT第三个新的增长点（通信、互联网、GPS）具有巨大发展空间的朝阳产业电子地图产品需求——GPS导航产品发展GPS发展前景在电脑上输入关键词“电子地图”，谷歌上相关网页约有14,400,000篇，百度约有20,300,000篇。对目的地及周边环境的精准查询需求带动了GPS导航产品市场的繁荣。一项对3G应用的展望和创意的专业调查显示，17.79%的被调查者选择了3G网络视频对话，15.34%的被调查者选择了GPS/地图搜索有分析师认为，手持导航仪——日常消费电器——中国将成为世界上最大的手持导航产品消费国我国GPS整体产业市场呈现高速发展的事态复合增长率达到34.3%。主要包括:整车进口的时候直接带有GPS，相对价格比较高改装市场，加装的GPSPND市场2008年——中国的“3G元年”。作为新一代的通信技术，3G带给人们非常多的期许。也把人们带进了全新的导航时代。现在GPS市场在我国有很好的发展。中国GPS市场的发展1、GPS产业在汽车产业里面呈高速发展的态势截至到2005年底，中国拥有车载导航设备的车辆不足10万辆，相对于3000万辆的汽车总数来说，普及率不到1%。而日本的汽车车载导航安装率高达59%，欧美约占25%。按照私人汽车拥有量年均增速20％测算，对导航产品的需求也是一个很大的增量。在日本，车载导航市场渗透率由1992年的0.4％，到2000年渗透率提高到33％，目前达到50％。欧盟车载导航市场市场晚于日本启动，到2004年，车载导航仪的市场渗透率也达到了

12％。中国车载导航仪市场渗透率到2009年达到10％，而手持导航设备市场的发展速度大大快于车载导航仪市场2、手机产业GPS手机市场，山寨机已经占中国5.4亿存量当中很大的比例，我们内销也占到了1.4亿，光是山寨机就占了8000万。这里面手机市场介入门槛逐渐降低。但是手机市场针对GPS市场还是起了引导的作用，起了导向的作用。诺基亚等手机都可以在线安装，在线下载，在线激活GPS。3、融合产品——GPS与无线通信等其它高技术相融合GPS一直以来属于融合的发展趋势。和消费电子产品的融合将成为未来的一种发展趋势。GPS接收机嵌入到蜂窝电话、便携式PC、PDA和手表等通信、安全和消费类电子产品中，从根本上促进了IT技术的整体发展。GPS产业不仅向消费类的MP3、MP4、PSP等产品渗透，而且还有现在的DC市场，爱国者的MP3和MP4已经开始集成导航的功能。移动、数字电视兼导航的产品针对数字电视，神州出了一个向导神，实际上就是移动电视集成了导航功能。还有一些IT产品，包括在线导航产品，可能会放到笔记本和PDA里面。

技术融合促使产业边界日趋模糊。目前占有率比较大的还是PND市场，整体规模达到220.45亿，整个GPS产业里面占42%，CAGR13.4%。在未来五年——GPS产业的发展是高速成长的，在2012年、2013年是关键年，将会突破1000亿。未来市场预测，发展速度比较快的还是GPS手机，主要是ICT的融合产品，2009年到2010年GPS手机市场就会超过PND市场，开始跃居到第一位。将来GPS产品面向两极化——专业市场、大众市场今后，所有运载器，都将依赖于GPS。GPS就象移动电话、传真机、计算机互联网对我们生活的影响一样，人们日常生活将离不开它，GPS的应用将进入人们的日常生活。GPS的应用全球定位系统的主要用途1、陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等；2、海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；3、航空航天应用，包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。

GPS在道路工程中的应用主要用于——建立各种道路工程控制网测定航测外控点GPS在汽车导航和交通管理中的应用三维导航是GPS的首要功能飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新型技术。GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络、计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能。例如：GPS行业车辆管理调度系统基本功能——车辆实时跟踪调度。系统建立起了车辆与监控中心之间迅速、准确、有效的信息传递通道。监控中心可以随时掌握车辆状态，迅速下达调度命令。还可以为车辆提供服务信息，有多种监控方式可供选择。通过该功能还能够了解案发地点警力分布状态，方便中心调遣。车辆远程控制。紧急情况下，可以通过车载终端对车辆进行远程控制。例如当运钞车辆遇到抢劫，可以通过远程控制功能切断车辆油路，锁紧车门，从而令其不能继续行驶，为公安部门争取宝贵处警时间。历史轨迹纪录查询。公安监管车辆在行驶过程中的轨迹信息将被纪录保存,方便事后查询。用户可选定过去一时间段，查询该时间段内指定车辆的历史数据，进行历史回显，是案件分析的得力助手。紧急报警。当车辆遭遇紧急情况时，车载终端会自动向监控中心发送报警数据，在监控终端显示出车辆位置并声光提示。当司机在执行公务时遇到险情或发生交通事故、车辆故障等情况下，可通过车载终端的报警按钮向监控中心求救。监控中心还可对车内情况进行监听并录音。区域/偏航报警。特殊情况下，为了加强调度管理，要求车辆行使固定路线或者只能在特定区域活动。在系统中为任务车辆预先设置行车路线，任务开始时，车辆行走路线及状态开始被监控及记录，如车辆未按预设行车路线行车或者驶出设定区域，系统将会自动报警，中心可以根据实际情况采取措施。车辆统一信息管理。能够对车辆进行集中统一的信息化管理。管理内容涵盖车辆车牌号码、车台号码、车型、颜色、发动机号、底盘号码、用途等。系统将对车辆的所有这些信息进行采集、录入，而后向用户提供修改、删除以及查询功能。图像传输功能。需外置图像采集器、摄像头。车辆上安装电子摄像仪器，保证了乘客安全的同时，也可以及时了解线路当前运营情况，是否需要对运营的车辆进行临时增补等。GPS在长途客运车辆管理中的应用国内首套专业的GPS长途客运车辆管理系统——雅迅长途客运GPS智能管理系统结合了卫星定位技术、GPRS通讯业务、GIS技术、图像采集技术、计算机网络和数据库等技术，在客运公司建立一个总控，其它设为分控，公安部门和运管部门等各部门建立专控的中心系统。系统由控制中心系统、无线通信平台（GPRS/CDMA）、全球卫星定位系统（GPS）、车载设备四部分组成一个全天候、全范围的驾驶员管理和车辆跟踪的综合平台；系统可对注册车辆实施动态跟踪、监控、拍照、行车记录、管理、数据分析等功能，监控车辆可以在电子地图上显示出来，并保存车辆运行轨迹数据；操作终端可任意选择服务器内部局域网或国际互联网对中心进行访问系统容量可随时根据中心服务器和操作终端硬件配置进行扩展，最大为五十万辆，入网车辆不仅可以是长途客运车辆，也可以旅游车等社会车辆。同时系统还可以采用分组管理，不同类型的车辆归入不同分组，便于管理人员的操作。GPS技术在导航仪中的应用国际领先GPS导航仪品牌：Ahada（艾航达）――源自美国硅谷，现已登录中国！产品核心功能：1、地图查询搜索目的地位置记录并保留常要去的地方的位置信息、模糊查询（加油站，宾馆、取款机等信息）2、路线规划根据起始点和目的地，自动规划一条线路规划线路可以设定某些途径点规划线路可以设定避开功能3、自动导航语音导航、画面导航、重新规划线路车载GPS当通过硬件和软件做成GPS定位终端用于车辆定位的时候，称为车载GPS把定位信息传到报警中心或者车载GPS持有人那里——第三方GPS定位系统中还包含了GSM网络通讯（手机通讯）通过GSM网络用短信的方式把卫星定位信息发送到第三方通过微机解读短信电文，在电子地图上显示车辆位置。这样就实现了车载GPS定位。在车上安装相应的探测传感器，利用车载GPS定位的GSM网络通讯功能，同样能把防盗报警信息发送到第三方，或者把这个报警电话、短信直接发送到车主手机上，完成车载GPS防盗报警。车载GPS定位的GSM网络部分实际上是一个智能手机，可以和第三方互相通讯，还可以把车辆被抢，司机被劫、被绑架等信息发送到第三方。所以说车载GPS定位是定位、防盗、防劫的。

GPS预警器GPS预警器是通过GPS卫星在GPS预警器中设定坐标来完成的如：电子眼——前300米左右就会开始预警GPS应用于电离层、对流层监测GPS应用于对流层研究，对于天气预报会起重大作用。在天气预报、空间天气预报、气象监测方面做出巨大贡献。GPS作为卫星测高仪的应用

利用GPS定位发展GPS测高技术利用空载GPS作为测高仪进行测高。它是通过利用海面或冰面所反射的GPS信号，求定海面或冰面地形，测定波浪形态，洋流速度和方向。GPS在物流领域中的应用一、GIS的概念二、GIS与其它系统的区别三、GIS的特点四、GIS的构成五、GIS的功能六、GIS的应用七、GIS面临的主要问题八、GIS发展趋势与建议九、移动GIS与三维GIS第二节GIS技术GIS技术——地理信息系统GIS——GeographicInformationSystems1、定义以计算机为基础、交叉性、边缘性的学科是以地理空间数据库为基础，在计算机硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型等分析方法，实时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。一、GIS的概念2、包含内容①GIS使用的工具：计算机软硬件系统；②GIS研究对象：空间物体的地理分布数据及属性；③GIS数据建立过程：采集、存贮、管理、处理、检索、分析和显示。（1）将表格型数据转换为地理图形显示，然后对显示结果浏览，操作和分析。（2）显示范围：从洲际地图到非常详细的街区地图（3）显示对象：人口，销售情况，运输线路以及其他内容

GIS技术——空间信息分析技术是以地理空间为基础，采用地理模型分析方法，实施提供多种空间和动态的地理信息，是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。3、基本功能GIS有别于DBMS(数据库管理系统)GIS具有以某种选定的方式对空间数据进行解释和判断的能力，而不是简单的数据管理，这种能力使用户能得到关于数据的知识，GIS是能对空间数据进行分析的DBMS,GIS必须包含DBMS。GIS有别于MIS(管理信息系统)GIS要对图形数据和属性数据库共同管理、分析和应用。MIS则只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，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。管理地图和地理信息的MIS不一定就是GIS,MIS在概念上更接近DBMS。二、GIS与其它系统的区别GIS有别于地图数据库。地图数据库仅仅是将数字地图有组织地存放起来，不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析和提供辅助决策的信息，它只是GIS的一个数据源。GIS有别于CAD系统。GIS是在CAD基础上发展起来的一门学科，都能描述和处理图形数据，也能处理属性数据。使用目的不同CAD主要偏向于制图和表达，CAD的图形编辑功能较强，具有较强的排版和制图能力；GIS更强调解决空间问题，GIS的核心功能是空间分析三、GIS的特点GIS必须具备的基本特点：1、公共的地理定位基础2、标准化和数字化3、多维结构4、具有丰富的信息所有的地理要素，要按经纬度或者特有的坐标系统进行严格的空间定位，才能使具有时序性、多维性、区域性特征的空间要素进行复合和分解，将隐含其中的信息变为显示表达，形成空间和时间上连续分布的综合信息基础，支持空间问题的处理与决策。将多信息源的空间数据和统计数据进行分级、分类、规格化和标准化，使其适应于计算机输入和输出的要求，便于进行社会经济和自然资源、环境要素之间的对比和相关分析。在二维空间编码基础上，实现多专题的第三维信息结构的组合，并按时间序列延续，从而使它具有信息存贮、更新和转换能力，为决策部门提供实时显示和多层次分析的方便。这显然是常规二维或二维半的地形图所不具备的。GIS数据库中不仅包含丰富的地理信息，还包含与地理信息有关的其它信息，如人口分布、环境污染、区域经济情况、交通情况等。纽约市曾经对其数据库进行了调查，发现有80%以上的信息为地理信息或与地理信息有关。四、GIS的构成由五部分组成：1、计算机硬件系统主要包括计算机主机，输入设备，存储设备和输出设备2、计算机软件系统——运行时所必需的各种程序包括：操作系统软件、数据库管理软件、系统开发软件、GIS软件3、空间数据——系统分析加工的对象包括：空间数据——空间位置坐标数据拓扑关系——地理实体之间空间拓扑关系属性数据——空间位置的属性数据4、用户——使用、维护人员应用人才、硬软件维护人才、5、方法采用何种技术路线采用何种解决方案影响系统的可用性和可维护性GIS应用系统建设需要从以上五个方面着手。空间地理数据的基本特征

⑴空间特征表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称为几何特征或定位特征，一般以坐标数据表示。⑵属性特征

表示现象的特征，例如变量、分类、数量特征和名称等等。⑶时间特征

指现象或物体随时间的变化。

五、GIS的功能GIS的核心问题——位置、条件、变化趋势、模式、模型1、位置——确定位置（坐标）、获得特性2、条件——什么地方有满足某些条件的东西指定一组条件、获得满足指定条件的所有对象的列表3、变化趋势——综合现有数据，以识别已经发生了或正在发生变化的地理现象。确定趋势——针对该趋势——分析——趋势的确认或否定例如，通过GIS，可以识别该趋势的特性：有多少柑桔地块转作它用？现在作为何用？某一区域中有多少发生了这种变化？这种变化可回溯多少年？哪个时间段能最好反映该趋势？1年、5年还是10年？变化率是增加了还是减少了？4、模式——分析与已经发生或正在发生事件有关的因素。地理信息系统将现有数据组合在一起，能更好地说明正在发生什么，找出发生事件与哪些数据有关。确定模式（长期的观察、熟悉现有数据、了解数据间的潜在关系）——获得一份报告，说明该事件发生在何时何地、显示事件发生的系列图件。例如，机动车辆事故常常符合特定模式，该模式（即事故）发生在何处？发生地点与时间有关吗？是不是在某种特定的交叉处？在这些交叉处又具有什么条件？5、模型——该类问题的解决需要建立新的数据关系以产生解决方案。建立模型（如选择标准、检验方法等）——产生满足特定的所有特征的列表，并着重显示被选择特征的地图，而且提供一个有关所选择的特征详细描述的报表。例如要兴建一个儿童书店，用来选址的评价指标可能包括10、15、20分钟可到达的空间区域。附近居住的10岁或10岁以下的儿童的人数、附近家庭的收入情况、周围潜在竞争的情况。GIS功能包括数据采集监测与编辑数据处理数据存储与组织空间查询与分析图形交互与显示数据采集、监测、编辑——获取数据，保证GIS数据库中的数据完整性、数值逻辑一致性、正确性等。GIS数据库的建设占整个系统建设投资的70%多数据处理——包括数据格式化、转换、概括数据的格式化是指不同数据结构的数据间变换；数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变化。数据存储与组织——空间数据和属性数据的组织。在数据组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。空间查询与分析——最核心的功能。空间查询：最基本的分析功能；空间分析：核心功能，根本区别空间分析可分为三个不同的层次：第一，空间检索，包括从空间位置检索空间物体及其属性和从属性条件集检索空间物体第二，空间拓扑叠加分析，实现了输入要素属性的合并以及要素属性在空间上的连接。第三，空间模型分析图形与交互——为用户提供多形式的数据表现的工具，如报告、表格、地图等六、GIS的应用应用领域——

资源管理

主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源(如土地、森林、草场)分布、分级、统计、制图等问题。

资源配置

城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能源保障、粮食供应等到机构的在各地的配置等都是资源配置问题。

城市规划和管理

空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布、如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面等。

土地信息系统和地籍管理

地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作。

生态、环境管理与模拟

区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。

应急响应

解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施的问题。

地学研究与应用

地形分析、流域分析、土地利用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间统计分析、制图等都可以借助地理信息系统工具完成。

商业与市场

商业设施的建立充分考虑其市场潜力。房地产开发和销售过程中也可以利用GIS功能进行决策和分析。

基础设施管理

城市的地上地下基础设施(电信、自来水、道路交通、天然气管线、排污设施、电力设施等)广泛分布于城市的各个角落、且这些设施明显具有地理参照特征的。

选址分析

根据区域地理环境的特点，综合考虑资源配置、市场潜力、交通条件、地形特征、环境影响等因素，在区域范围内选择最佳位置

网络分析

建立交通网络、地下管线网络等的计算机模型，研究交通流量、进行交通规则、处理地下管线突发事件(爆管、断路)等应急处理。

可视化应用以数字地形模型为基础，建立城市、区域、或大型建筑工程、著名风景名胜区的三维可视化模型，实现多角度浏览，可广泛应用于宣传、城市和区域规划、大型工程管理和仿真、旅游等领域。

分布式地理信息应用

运行于Intranet或Internet环境下，实现地理信息的分布式存储和信息共享，以及远程空间导航等。

应用资源环境领域1、农业在我国，从20世纪80年代中期开始，GIS技术就被应用于农业领域国土资源决策管理、农业资源信息、区域农业规划、粮食流通管理与粮食生产辅助决策农业生产潜力研究、农作物估产研究、区域农业可持续发展研究、农用土地适宜性评价、农业生态环境监测、基于GPS和GIS的精细农业信息处理系统研究等主要体现在四个方面：（1）

作为农业资源调查的工具，建立了农业资源地理数据库，实现空间数据库的浏览、检索等，利用GIS绘制农业资源分布图和产生正规的报表；（2）作为农业资源分析的工具，GIS技术已不限于制图和空间数据库的简单查询，而是以图形及数据的重新处理等分析工作为特征，用于各种目标的分析和重新导出新的信息，产生专题地图和进行地图数据的叠加分析等；（3）

作为农业生产管理的工具：主要是建立了各种模型和拟订各种决策方案，直接用于农业生产；（4）

作为农业管理的辅助决策工具，利用了GIS的模型功能和空间动态分析以及预测能力，并与专家系统、决策支持系统及其它的现代技术（如RS和GPS）有机结合，便于我国农业生产的管理和辅助决策。2、林业社会经济在迅速发展，森林资源的开发、利用和保护需要随时跟上经济发展的步伐，掌握资源动态变化，及时做出决策就显得异常的重要。林地使用状况、植被分布特征、立地条件、社会经济等许多因子的数据，这些数据既有空间数据又有属性数据，对这些数据进行综合分析并及时找出解决问题的合理方案，借用传统方法不是一件容易的事，而利用GIS方法却轻松自如。林业GIS就是将林业生产管理的方式和特点溶入GIS之中，形成一套为林业生产管理服务的信息管理系统。以减少林业信息处理的劳动强度，节省经费开支，提高管理效率。GIS在林业上的应用过程大致分为3个阶段：(1)作为森林调查的工具：主要特点是建立地理信息库，利用GIS绘制森林分布图及产生正规报表。GIS的应用主要限于制图和简单查询。(2)作为资源分析的工具：已不再限于制图和简单查询，而是以图形及数据的重新处理等分析工作为特征，用于各种目标的分析和推导出新的信息。(3)作为森林经营管理的工具：主要在于建立各种模型和拟定经营方案等，直接用于决策过程。三个阶段反映了林业工作者对GIS认识的逐步深入。

目前GIS在林业上的应用主要有：

（1）环境与森林灾害监测与管理方面中的应用，包括：林火、病虫害、荒漠化等管理，如在防火管理中，其主要内容有：林火信息管理、林火扑救指挥和时实监测、林火的预测预报、林火设施的布局分析等；（2）在森林调查方面的应用，包括：森林资源清查和数据管理，这是GIS最初应用于林业的主要方面、制定森林经营决策方案、林业制图；（3）森林资源分析和评价方面，包括：林业土地利用变化监测与管理、用于分析林分、树种、林种、蓄积等因子的空间分布、森林资源动态管理、林权；（4）森林结构调整方面，包括：林种结构调整、龄组结构调整；（5）森林经营方面，包括：采伐、抚育间伐、造林规划、速生丰产林、基地培育、封山育林等（6）野生动物植物监测与管理3、土地资源最初的应用——主要是土地利用现状调查和城镇地籍调查图件和属性数据的存储、查询等管理工作等，基本上没有数据的空间分析及其它决策功能。目前的应用——主要包括：土地评价工作——适宜性或多宜性评价、生产潜力评价、持续利用评价、城市地价评估、耕地地价评价等土地利用规划——包括土地利用总体规划、土地利用多目标规划土地利用与土地覆被现状分类与制图；土地利用与土地覆被动态监测。为了查清我国的土地资源，特别是耕地资源，国务院于1984年正式布置开展全国土地资源调查。此次调查历时15年，采用以航空为主、航天为辅的遥感技术，结合大比例尺地形图，实行全野外调查。在土地利用图件编制、数据量算汇总与空间分析等方面，GIS技术发挥了重要作用。通过土地资源详查，初步摸清了我国土地资源的家底，为全国土地利用规划、土地开发与管理提供了的科学基础。从1996年开始，国家科委、国家土地管理局和农业部实施“全国基本农田保护与监测”工作。GIS成为全国土地利用动态遥感监测数据库建设的核心支撑技术，主要用于管理与分析矢量数据（土地利用年度变化信息）、栅格数据（遥感影像、DEM等）和属性数据。在国土资源部统一规划和组织下，在新一轮国土资源大调查纲要和实施方案的部署和安排下，以1:1万比例尺为主的县（市）级土地利用数据库建设工作于1999年9月在数字国土工程中立项，1999年10月正式启动。其中GIS技术在数据库管理与数据挖掘方面具有不可替代的优势。4、生态环境应用主要有：（1）生态环境背景调查；（2）用遥感信息与地面站点监测信息相结合，对环境（水、大气及固体废气物等）进行动态、连续监测；（3）利用"3S"技术支持自然生态环境监测、预报与评估；（4）面源污染的监测、分析与评价；（5）生态环境影响评价；生态区划与规划；环境规划与管理。国家环境保护总局先后组织有关单位先后进行了我国西部和中东部地区生态环境现状调查，第一次全国摸清了我国的生态环境现状。为了提高我国环境信息技术的整体实力,国家环保局在27个省开展了“中国省级环境信息系统”项目,它以环境数学模型为基础,对管理信息系统提供大量数据分析和处理,给出决策原则上的辅助信息,该系统将先进的地理信息系统空间分析技术基础数据库和空间数据库综合起来,使环境问题决策的过程更加直观、快速、适时和有效。2002年在科技部主持下，环保、农业、林业等部门开展了“全国环境背景数据库建设与服务”工作，通过该项目规范了我国的环境背景元数据的标准与代码，建设了环境背景元数据库，并将继续建设与完善环境背景数据库；从而进一步促进我国环境保护工作的科学分析与决策。5、环境资源管理资源环境管理的内容：资源环境状况、动态变化、开发利用及保护的合理性评估、监督、治理、跟踪等资源环境的空间和时间的非均匀性加拿大于20世纪70年代已经开始用GIS进行土地与其他基础设施的管理美国、欧洲等一些发达国家也于20世纪80年代相继开展了GIS在土地、林业、生物资源等方面管理业务中的应用我国GIS在一些资源环境管理领域已得到了应用林业领域——森林资源地理信息系统、荒漠化监测地理信息系统、湿地保护地理信息系统等；农业领域——土壤地理信息系统、草地生态监测地理信息系统等；水利领域——流域水资源管理信息系统、各种灌区地理信息系统、全国水资源地理信息系统等；海洋领域——海洋渔业资源地理信息系统、海洋矿产地理信息系统等；土地领域——土地资源地理信息系统、矿产资源地理信息系统等6、灾害预警灾害——突发性自然灾害——火灾、洪灾、泥石流、雪灾、地震等非突发性事故——干旱灾害、土地沙漠化、森林虫灾和环境危害就其应用——灾害预警预报、灾害监测调查、灾情评估分析等①进行灾情预警预报;②对灾情进行动态监测;③分析探讨灾情发生的成因与规律;④进行灾害调查;⑤灾害监测;⑥灾害评估等。1、认识问题国家和地方政府——投资太少、没有战略发展构想、高度不够2、人才问题量、质过硬的专业知识、广博的知识面高素质的GIS人才,3、数据质量问题数据来源与数据质量难以保证——数据来源广泛，但数据质量不高仪器设备、人力、物力的限制——许多数据难以获取数据来源不一、格式各异、年代不———数据质量难以保证,、难以共享每个数据项都有空间坐标——而传统的人工采集与野外调查数据空间定位能力差、误差——数据来源与数据精度——“瓶颈”4、安全问题基于因特网的GIS——数据的保密性5、网络通讯建设不同步低带宽的网络通讯是制约GIS普及应用的一个瓶颈网络产品的质量和价格将影响GIS的网上应用6、标准规范不统一、数据共享程度低七、主要问题八、GIS的发展（一）GIS的产生19世纪——地图和专题图——模拟式的地理信息系统宋代的中国地图——地理图碑——刻绘了山脉、长江、黄河、长城以及全国各级行政机构20世纪50年代——电子计算机应用——现代意义上的地理信息系统的问世1956年，奥地利测绘部门首先利用电子计算机建立了地籍数据库，随后各国的土地测绘和管理部门都逐步发展土地信息系统(LIS)用于地籍管理。1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出了地理信息这一术语，并于1971年建立了世界上第一个GIS——加拿大地理信息系统(CGIS),用于自然资源的管理和规划。1、国际发展状况

发展的几个阶段——4各阶段

（1）60年代，开拓期——注重于空间数据的地学处理。例如：处理人口统计局数据——美国人口调查局建立的DIME资源普查数据——加拿大统计局的GRDSR许多大学开始研讨初期GIS发展的动力——学术探讨、新技术的应用

、大量空间数据处理的生产需求等特点——限于政府及大学的范

畴，国际交往甚少

（二）GIS的发展状况（2）70年代，巩固发展期——注重于空间地理信息的管理。发展的原因：资源开发、

利用、环境保护问题成为政府首要解决的。计算机技术迅速发展硬件——价格下降软件——不断出现，

80

多个专业化人才不断增加，许多大学开始提供地理信息系统

培训，一些商业性的咨询服务公司开始从事地理信息系统工作特点：系统的数据分析能力仍然很弱

技术方面未有新的突破系统的应用与开发多限于某个机构专家个人的影响削弱，而政府影响增强

（3）80年代，大发展时期——注重于空间决策支持分析应

用领域迅速扩大资源管理、环境规划→应急反应商业服务区域划分→政治选举

分区涉及多学科与领域——古人类学、景观生态规划、森林管理、土木工

程以及计算机科学等许多国家制定了本国的地理信息发展规划，启动了若干科研项目

，建立了一些政府性、学术性机构。中国于1985年成立了资源与环境信息系统国家重

点实验室，美国于1987年成立了国家地理信息与分析中心（NCGIA）英国于1987年成立

了地理信息协会。商业性的咨询公司，软件制造商大量涌现，并提供系列专业性

服务。特点——商业化实用系统进入市场

（4）90年代，用户时代GIS已成为许多机构必备的

工作系统社会对GIS认识提高，需求增加，应用扩大与深化国家级、全球性的GIS系统已成为公众关注的问题例如：美国的“信息高速公

路”计划、“数字地球”战略我国的“21世纪议程”、“三

金工程”GIS将发展成为现代社会最基本的

服务系统。GIS的普及和推广应用——有效地解决全球性的难题：全球沙漠化、全球可居住区的评价、厄尔尼诺现象、酸雨、核扩散及核废料等2、国内发展状况

起步晚——70年代末提出倡议——80年代发展80年代初开始标志——1980年中国科学院遥感应用研究所成

立全国第一个地理信息系统研究室发展阶段——第七个五年计划开始（1986—1990）。GIS研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划有计划、有组织、有目标的科学研究、应用

实验和工程建设工作。并在全国性应用、区域管理、

规划和决策中取得了实际的效益。如：全国性GIS系统（或数据库）实体建设区域GIS系统研究和建设城市GIS系统

GIS系统基础软件、应用软件的研制GIS系统教育培训快速发展阶段——90年代起——强调GIS的实用化、集成化和工程化1994年4月，我国专门成立了“中国GIS协会”,此后又成立了“中国GIS技术应用协会”,加强了国内各种GIS学术交流主要研究：重大自

然灾害监测与评估系统的建设和应用；重点产粮区主要农作物估产；城市地理信息系统的建设与应用；建立数字化测绘技术体系；国家基础地理信息系统建设与应用；专业信

息系统与数据库的建设和应用；基础通用软件的研制与建立；地理信息系统规范化与标

准化；基于地理信息系统的数据产品研制与生产。经营地理信息系统业务的公司逐

渐增多。

经过十年的发展——逐步形成行业——走向产业化（三）GIS发展方向GIS发展可以简单概括为五大方向1、随时随地GIS是指在任意的时间、地点能充分、完整享受各种类型和各种形式的GIS信息。2、直播式GIS是指能随时随地对任何真实世界、或者历史世界、或者虚构世界实现交