空间信息技术基础（韦娟）课件 第6章 空间信息技术的应用

空间信息技术基础第六章空间信息技术的应用第一节地理信息系统的开发第二节地理信息系统的应用第三节全球卫星导航的应用1-1GIS的开发概述第一节地理信息系统的开发1、结构化生命周期法2、由底而上法3、快速原型法4、面向对象的软件开发方法5、“演示和讨论”方法1-1GIS的设计方法第一节地理信息系统的开发1、结构化生命周期法

（瀑布模型）可行性研究与计划需求分析设计编码运行维护测试定义阶段开发阶段维护阶段第一节地理信息系统的开发GIS的设计方法2、由底而上法具体的初级功能

计划、控制、决策总目标实现增加特点：缺乏系统性，缺点大。避免用该方法进行GIS的开发。GIS的设计方法第一节地理信息系统的开发3、快速原型方法采用原型模型的软件生存周期：分析定义系统需求生成

原型

系统设计程序设计编码测试运行和维护含原型化的软件生存期原型化

GIS的设计方法第一节地理信息系统的开发4、面向对象的软件开发方法

(1)对象模型(2)动态模型

(3)功能模型GIS的设计方法第一节地理信息系统的开发4、面向对象的软件开发方法

(1)对象模型描述系统内部对象结构，包括对象本身的定义、对象的属性、操作，以及对象与其它对象之间的关系。

为所有模型实体准备一个数据字典，精确描述每一个对象类, 包括:

成员

约束

关联、属性、操作

GIS的设计方法第一节地理信息系统的开发4、面向对象的软件开发方法

(2)动态模型用来描述系统与时间相关的动态行为即系统的控制逻辑，表现对象彼此间经过相互作用后，随时间改变的不同运算顺序。动态模型以“事件”（Events）和“状态”（States）为其模型的主要概念。动态模型以状态图形式呈现。GIS的设计方法第一节地理信息系统的开发4、面向对象的软件开发方法

(2)动态模型（续）初始事件空闲可视菜单左边按钮按下/显示弹出菜单光标移动/高亮菜单项状态1Do:活动1状态2.…...

结束事件事件1[条件1]/动作1

弹出菜单动作状态图：GIS的设计方法第一节地理信息系统的开发4、面向对象的软件开发方法

(3)功能模型用来描述系统中数据的变换。

传统DFD+控制流对象A

对象B

过程1过程2控制流

数据流

数据存储区

GIS的设计方法第一节地理信息系统的开发5、“演示和讨论”方法

（1）具有较好的可预见性（2）实施过程是启发式的（3）实施具有可操作性（4）具有一定的开放性（5）有利于在整个开发过程中进行全面质量管理

GIS的设计方法第一节地理信息系统的开发1-2GIS的开发过程1、系统的调查分析

2、系统的设计3、系统的实施4、系统的运行和维护

1、系统的调查分析

（1）需求调查与分析（2）可行性分析（3）系统分析1-2GIS的开发过程1、系统的调查分析

A、调查用户的性质、规模、结构和职责

B、调查传统的处理方法C、调查要求新系统产生的结果和可获得资料、数据的程度

D、调查用户对应用界面和接口的要求E、潜在用户和地理信息系统的潜力

(1)需求与调查分析

1-2GIS的开发过程GIS的开发过程1、系统的调查分析

A、新系统的社会、经济效益分析

B、该任务的人员，质和量方面能否完成该任务C、技术上的关键问题及难点能否予以适当解决D、资料和数据的总量，可获取的资料、数据清单E、软件系统和开发能力能否完成该系统的要求

F、硬件的能力能否保证系统的指标

G、经费能否保证任务完成及新系统产生效益估计

H、任务的时间计划表是否合理并有适度余量

(2)可行性分析

1、系统的调查分析

A、分析传统的工作流程，导出逻辑模型

B、把用户需求分析的集中描述，概括为系统明确目标C、分析描绘新系统流程，列出逻辑模型

D、对系统调查分析的总结成文

(3)系统分析

1-2GIS的开发过程2、系统的设计

逻辑模型物理模型转化系统设计总体设计详细设计1-2GIS的开发过程2、系统的设计

A、确定系统目的、目标和属性

B、规划系统规模和确定系统的组成与功能

C、规定模块或系统的关系描述及接口

D、硬件、软件配置的环境设计E、数据源评估，数据库方案及建库方法F、人才培训G、系统建立计划和经费预算

H、成本及收益分析

(1)总体设计

1-2GIS的开发过程2、系统的设计

A、模块设计B、数据分级分类及编码设计C、数据库设计D、输入、输出方式及界面设计E、安全性设计F、实施的计划方案

(2)详细设计

1-2GIS的开发过程3、系统的实施

（1）硬、软件配置及准备（2）人员培训（3）数据采集和数据库建立（4）模块程序的编制、调试与运行（5）系统测试（6）系统文档材料的建立（7）系统验收1-2GIS的开发过程4、系统的运行和维护

（1）纠错（2）完善和适应性维护（3）硬件设备的维护（4）数据更新1-2GIS的开发过程4、系统的运行和维护

定期数据备份数据备份操作不当，硬件损坏引起的数据丢失数据恢复海量数据库1-2GIS的开发过程1-3地理信息系统的评价报告目的

指标评价1、系统评价目的

（1）开发的GIS系统是否达到了预期目标。（2）系统中各项资源的利用效率如何。（3）根据分析和评价结果，找出系统存在的问题，并提出改进的方法。

1-3地理信息系统的评价1、系统评价目的A、系统本身的目标及技术问题B、系统管理、使用和维护方面的问题C、体制和政策方面的问题

可能存在的问题

1-3地理信息系统的评价2、系统评价指标

评价指标一般系统的性能指标专业性能指标经济效益指标1-3地理信息系统的评价2、系统评价指标

（1）一般系统性能指标

A、GIS稳定性和平均无故障时间B、GIS联机响应时间、处理速度和吞吐量C、GIS的利用率D、系统的操作灵活性、方便性、容错性E、安全性和保密性F、加工数据的准确性G、系统的可扩充性H、系统的可维护性1-3地理信息系统的评价2、系统评价指标

（2）专业性能指标

A、数据的包容性B、空间分析的准确性及区域性

C、可视化功能和性能

1-3地理信息系统的评价2、

专业性能指标

A、数据包容性1、数据的规范化和标准化

2、对众多主流GIS系统数据的兼容性

3、空间数学基础的标准性及地图投影变换能力的强弱4、系统数据库的容量与性能

5、系统多分辨率数据的兼容性6、矢、栅集成能力

7、无缝数据地理能力8、二维、三维数据集成能力9、扫描数字化和扫描矢量化能力10、数据更新能力及交互处理性能1-3地理信息系统的评价2、专业性能指标

B、空间分析的特性

1、区域的量度准确性及区域范围2、三维分析的准确性及区域范围3、叠置分析的颗粒度及区域范围4、缓冲区及类似分析的准确度及区域5、大区域乃至全球准确量度分析能力6、网络分析的功能，精度及范围7、其他专业空间分析功能和能力

1-3地理信息系统的评价2、专业性能指标

C、可视化功能性能

1、符号美观、色彩鲜艳，制作方便、动态性2、图形、图像及多媒体信息的显示功能及交互性能3、二维、三维信息的结合显示及性能4、虚拟实景能力5、地图的在线编绘能力交互编绘的能力6、图面配置的艺术性、智能性7、输出EPS格式的功能与性能1-3地理信息系统的评价2、系统评价指标

（3）经济效益指标

A、成本费用

B、直接经济效益

C、间接经济效益

1-3地理信息系统的评价1-4地理信息系统标准化

1地理信息系统标准化的意义和作用促进空间数据的使用和交换数据数量数据库设计数据档案数据格式数据的可视化数据产品的评测促进地理信息共享指地理信息的社会化应用，就是地理信息开发部门、用户和经销部门之间以一种规范化、稳定、合理的关系共同使用地理信息及相关服务机制。地理信息共享有三个基本要求：要正确的向用户提供信息；用户无歧义、无错误地接收并正确使用信息；要保障数据供需双方的权力不受侵害。数据共享技术涉及：面向地理系统过程语义的数据共享概念模型的建立；地理数据的技术标准；数据安全技术；数据的互操作性。1-4地理信息系统标准化

2地理信息系统标准化的内容地理信息内容和层次地理知识、地理信息、地理数据地理信息的构成和信息结构地理信息的分类与编码地理信息的记录格式与转换不同空间数据模型下空间目标的记录完整性及转换完整性各种参考信息的记录及转换格式数据显示信息，包括标准的符号系统、颜色系统显示属性数据的标准定义及值域的记录及转换地理实体的定义及转换元数据(Metadata)的记录格式及转换地理信息规范及标准的制定制定地理信息技术标准的主要对象制定地理信息技术标准的一般要求编制标准体系表GIS主要应用领域

资源管理

区域和城乡规划

灾害监测和预防环境评估作战指挥交通运输

宏观决策商业金融、通讯邮电、日常生活等各领域第二节地理信息系统的应用从应用水平上，也从简单的机助制图，提供简单数据表格，发展到分析和解决问题办法，解决问题范围也由过去的几个图幅上升到几十、几百甚至几千幅图的范围。资源管理

资源清查是GIS的最基本的职能包括:1）土地资源的清查、管理；

2）森林资源的清查、管理；

3）矿产资源的清查、管理；

4）土地利用规划；

5）野生动物的保护

……

第二节地理信息系统的应用第二节地理信息系统的应用系统工作流程

农业气候区划区域和城乡规划GIS在区域和城乡规划中的应用包括：

1）城镇总体规划；

2）公共设施配置；

3）道路交通规划；

4）城市环境动态监测；

5）城市环境选质量评价；

6）城市建设用地适宜性评价；……

第二节地理信息系统的应用城市规划、建设管理在城市管理中，可以应用GIS的方面非常多，如土地、道路、管网、环境、人口等诸多要素都可以通过地理信息系统进行管理，并且形成了应用于专门领域的GIS工具。土地信息系统（LIS-LandInformationSystem）：管理地块的位置、面积、权属以及地籍的动态变化AM/FM（自动制图/设施管理，AutomaticMapping/FacilityManagement），主要对电力、通讯等设施的管理和分析、制图。

GIS在密尔沃基（Milwaukee）市建设日常管理方面的应用

1）地图更新密尔沃基市常用地图分为三种：地籍房产图（当地称为PlotMap），由政府税务部门负责编制。测绘图（当地称为Quarter-SectionMap）。由政府市政工程部门负责编制，图面上标有主要的地块边界（不作为法律依据），但没有普通的建筑物。土地使用图（当地称为LandUseMap）。2）土地区划管理密尔沃基市的土地区划图分为用途图、范围图和高度图，用途图用于限制和规定相冲突的土地利用，如不准贴近主要交通干道修建大型商业设施等；范围图对建筑之间的距离以及建筑后退道路等作出了规定；高度图则规定了建筑本身的高度、相邻建筑在高度上的相互关系的限制。3）建筑审批处的内部工作管理在建立GIS后，修建项目申请卡片被记录到属性数据库中，其中的建筑物地址属性与地块空间数据相关联，可以很方便地将一定时期内所有的修建申请的位置分布显示在地图上，可以方便的根据申请量的多少、到市中心的距离、前往勘察的边界程度，划分每个工作人员的负责范围，提高了工作效率，改善了建筑审批处的内部管理。灾害监测GIS方法和多时相的遥感数据，用于:森林火灾的预测预报;洪水灾情监测和淹没损失估算;确定泄洪区内人员撤退、财产转移和救灾物资供应的最佳路线;为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息。第二节地理信息系统的应用大气污染监测管理

基于GIS建立大气污染扩散模型，可以1）模拟污染物的空间分布，评价不同区域的环境质量2）将污染物空间分布与人口密度空间进行复合分析，确定受污染影响的人口数目3）预测在给定气象条件下污染物的空间分布；4）确定不同点源对整个研究区污染总量的贡献，为污染整治，如降低排放量、甚至关闭某些污染源，提供决策依据6）如果要增加污染点源，可以比较不同的方案（如烟囱的位置，高度等），选择最优方案地震损失评估过程

地震灾害和损失估计

基于GIS的地震损失评估过程基于GIS的地震损失评估过程

汶川县水磨镇震后和重建后映秀镇震前、震后和重建后对比图环境评估

第二节地理信息系统的应用宾西法尼亚州1981-1988年爱滋病的扩散情况，图上灰色的区域成几何级数增长生动地表现了爱滋病的扩散一、GIS与流行病研究

流行病数据的可视化空间数据分析流行病模型医疗卫生

二、GIS与医疗设施分布

1、医疗设施规划病人到全科医师的主要流动方向反应了每个全科医师的“吸引范围”（westSussex）

在英国westSussex的研究中，通过确定病人到医生的流量，从而对该地区医疗设施规划的合理性做出判断

医疗卫生

2、可达性，可用性及结果

GIS在理解医疗结果与医疗设施可达性的关系方面很有帮助。

对于一些疾病，如交通事故，迅速送往医院对于病人的抢救至关重要，需要医院具有良好的可达性，对于可达性与医疗关系的探讨，有助于规划医疗设施。

医疗卫生

二、GIS与医疗设施分布

三、联系流行病学与医疗实施规划—空间决策支持系统在医学地理学中，地理流行病学和医疗设施规划是两个最主要的领域。建立两者间的桥梁，需要包括空间决策支持系统，如果分析显示在特殊的局部区域存在健康问题，此时，空间决策支持系统将提供工具及策略来处理这一问题。注意：1）地图的比例尺，小比例尺的地图会掩盖许多细部的重要问题，如小区域间发病率的变化。大比例尺地图则可使有关当局集中力量于最需要他们的区域。2）疾病的传播是无国界的，随着人类活动的扩展，疾病也随之传播，通过对人口流制图，可以研究疾病的传播规律。医疗卫生

作战指挥第二节地理信息系统的应用军事

军事地理信息系统MGIS是指在计算机软硬件的支持下，对军事地形、资源与环境等空间信息进行采集、存储、检索、分析、显示和输出的技术系统。它在军事地理信息保障和指挥决策中起着重要的作用。美国国防制图局（DefenseMappingAgency）是美国军事GIS的管理部门，1989年以来投入大量的人力和物力来开发MGIS系统。1）数字航海图数字化海图（DigitalNavigationChart，DNC）和GPS结合用于海军的导航，来取代以前使用的4500张纸质海图。这些数字地图可以支持广泛的空间分析和地理查询。2）数字地图

VMAP（VectorsmartMAP）数据分两个层次，

分别对应于1：25万和1：5万比例尺的地形图。3）水文资源评估系统用于水文和测深数据的收集。交通运输第二节地理信息系统的应用宏观决策GIS利用地理数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，可为国家宏观决策提供依据。第二节地理信息系统的应用一、在民用航空、航天及军事中的应用1、在民用航空中的应用按航路类型或飞行阶段划分,则涉及到:

洋区空域航路;内陆空域航路;

终端区导引;

进场/着陆;

机场场面监视和管理;

特殊区域导航,如农业、林业等。第三节全球卫星导航的应用2、在航天中应用应用的特点主要有：应用范围广（应用的时段、多功能）；全球覆盖，观测时间长，测量精度高；可以提供时间基准，给空间飞行器提供了自主、分布式空间测控体系。在空间飞行器上的应用：在空间飞行器定位/定姿的应用在多航天器相对导航和姿态确定中的应用多航天器系统的特点在多航天器系统中应用的模式多航天器系统中GPS应用的结构3、在军事中的作用用于各种精密打击武器的制导。构成C3I{指挥(Command)、控制(Control)、通信(Communication)、情报(Intelligence)}系统的重要组成部分。用于各种需要