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1、GIS理论与应用研究,_GIS在资源中的应用,资源勘查、开发以及地球科学领域各专业的工作过程，从本质上讲都是信息的获取、处理分析、解释和应用决策的过程。,矿产资源,森林资源,GIS在资源中的应用,旅游,矿产资源,森林资源,GIS在资源中的应用,旅游,GIS技术与水文水资源,勘测的水位、流量、降水等基本数据；水文水资源信息 汛情旱情信息、水资源信息、水质水环境信息；集合的地形、气象、河流水系、土壤、植被 1、GIS的应用领域在不断扩大，同RS和GPS的结合为GIS开拓了更加广泛的应用空间；2、在相关基础理论支持下，根据数据间相关关系建立模型，以更科学地表达来模拟现实系统的结构、功能及发展变化规律
2、，提高其定量分析能力，已成为专业化地理信息系统的基本要求。,空间分布特性,GIS空间信息的管理和分析,发展趋势,GIS在水文水资源领域的应用进展,国际上，GIS在水文水资源中的应用可以追溯到20世纪70年代我国，上海市环境管理部门于80年代末开始GIS的应用研究，并建立了黄浦江流域水环境GIS一些科研部门和流域水管理机构也先后将GIS技术应用于防洪决策支持系统和洪水灾情快速评估系统的开发,GIS在水文水资源领域的应用,1、GIS在水资源管理决策支持系统方面的应用 自20世纪90年代以来，GIS在水资源管理中的应用一直是水资源学科中的一个热点课题。在与水资源结合的方向上，已经从单纯的数据管理、资
3、源评价，发展到今天的决策支持系统乃至专家系统。2、RS与GIS在水文水资源中的应用 RS与GIS技术往往互相交叉、渗透。RS为GIS提供数据源与数据更新途径，GIS为RS提供更精确的服务。近20年来，RS和GIS技术在水利行业的应用，发展最为突出的有以下几个方面：防洪减灾，水资源管理，水环境监测与管理，旱情监测，水土保持，河口、河道、湖泊和水库泥沙淤积调查，大型水利水电工程建设与管理等。注：决策支持系统(Dss)：利用数据库、模型库和方法库及良好的人机会话(用户界面)部件和图形部件，帮助决策者进行半结构化或非结构化决策。GIS与DSS结合称为空间决策支持系统，GIS对决策支持系统最主要和最有力
4、的贡献是空间数据库识别、空间数据分析和图像显示。,GIS在水文水资源领域的应用,3、三维GIS和四维GlS 三维GIS在水资源领域的应用研究是从近十几年才开始的。与二维GIS相比。三维GIS对客观世界的表达能给人以更真实的感受。它以立体造型技术向用户展现地理空间现象，不仅能够表达空间对象间的平面关系，而且能描述和表达它们之间的垂向关系；与此同时，虚拟现实技术用于创建丰富多彩的三维动态虚拟世界在GIS中的应用也逐渐受到重视。4、GIS与水文模型的耦合 传统的水文模型是通过获取的降水、蒸发、气温、水位、流量等资料，利用对湖泊、河流等降水一径流关系的描述，来模拟流域的水文特性。由于大部分水文学问题具
5、有明显的三维空间性质，因此水文模拟强调复杂的空间分配模型的运用。GIS技术可以利用地图功能把流域内的地质地貌、土壤植被等地理因素数字化应用到产汇流理论中，为流域综合研究提供了一种新的思维方法。,GIS在水文水资源领域的应用,5、GIS在水资源与环境管理中的应用 5.1 GIS在水文水资源规划方面的应用 水资源的科学规划、合理利用是当今社会资源配置的大问题。基于GIS的管理系统可以自动生成流域自然地理和社会要素底图及以这些底图为基础的流域水资源供需图、灌溉规划图、水污染分布图、洪水影响图等，完成流域内水资源蓄量分布、水资源与人口分布关系分析、预测信息等的查询和管理，克服传统的大尺度战略规划的缺点
6、。5.2 GIS在水环境监测管理方面的应用 借助于GIS系统对空间数据的管理、分析能力，管理者不仅可以通过空间查询属性或属性查询空间的方式快速、准确、直观地查询有关资料，分析水质变化的特点和未来趋势，还可以了解方案实施效果。5.3 GIS在防洪减灾方面的应用 我国是缺水国家，但每年因洪涝灾害造成的经济损失也非常严重。将GIS与GPS和RS结合，集成实时水情信息数据库，建立洪水预警和防汛减灾决策系统，不仅可快速传递水情信息，实时查询特征水位、最高水位、最大流量、水位过程、流量过程、降雨量分布等水情状况，还可动态获取洪水演进的数据，动态分析洪水情势，预测未来洪水变化趋势，进行快速的洪水预报。,GI
7、S在水文水资源领域的应用,6、GIS在地下水系统中的应用 地下水问题具有明显的时空维，地下水模拟比较强调地下水在介质中的运动情况。GIS应用于地下水模拟，可用来获取、操作、显示与这些模型有关的空间数据和所得的成果，使模型进一步细化，从而深入认识地下水含水层中的赋存、运动情况，为合理开采、保护地下水服务。6.1 区域地下水评价 GIS在水资源调查评价中，主要运用地图功能绘制等值线并拟合多种关系，平衡降水、径流、蒸发三要素，根据分区可快速、准确地计算出各分区的面平均降水量、径流量、陆地蒸发量、水面蒸发量、径流系数等要素，进行水资源空间分析、平衡分析及水资源量的计算。6.2 区域地下水资源管理 GI
8、S应用于区域地下水资源管理的基本思路是以GIS为载体，连接其他数据库系统，把某一区域内的各种地质、水文地质数据和背景资料输入GIS的数据库，构成一个区域水文地质信息系统，然后开发该系统与水文、地下水模拟系统的接口，及时地模拟水质、水量变化状态。6.3 地下水水质及污染物分析 地下水水质通常是地下水开发利用的一种限制性因素，其化学成分经历了复杂的演化过程，既与水和岩石间的地球化学、水化学、生物化学的相互作用有关，又受人类活动的强烈影响。GIS主要针对区域水质条件的输入及分析结果的图形化输出，包括迭置指数等水质分析方法的实现。6.4 GIS应用于地表水与地下水的联合研究 区域地表水和地下水的统一调
9、度和科学管理一直是水资源领域中突出的实际问题，应用GIS是解决这一问题的有效手段。,GIS在水文水资源中应用特点总结,早期，GIS只是作为地面实物数字化或显示地图的工具;GIS开始具有空间数据管理、界面制作、统计图形制作、基本空间分析、网络分析及空间数据复杂统计分析等功能;GIS技术发展到多数据源、多平台、局域网、广域网及大型数据库和数据仓库的时代，网络GIS、WEB GIS、组件式GIS，以及数字地球已渐渐成为GIS发展与应用的主要方向。,实际经验的积累相应GIS技术的发展,计算机技术的突飞猛进网络、通信、数据库面向对象编程等技术的出现和发展,GIS在水文水资源应用中面临的问题,1、GIS与
10、水文的专业性结合不强：由于GIS的应用面很广，GIS软件在设计开发过程中，必须要考虑到软件适用的广泛性，就很难把它在水文上的应用考虑得很全面，因此目前大多数GIS系统并不能很好地体现水文业务的专业性。2、GIS系统的多样化与统一标准之间存在着矛盾：GIS应用的广泛需求使得近几年涌现了许多GIS软件，但这些软件系统各自所支持的数据格式有限，虽然许多软件厂商为了扩展其适应能力，开发了一些格式转换程序，但在转换过程中大都存在一些问题，如转换后数据丢失，或者某些属性不能正确表现出来等，给系统之间的数据交换造成了很大的麻烦。,GIS在水文水资源应用的趋势,1、进一步研究探讨GIS与RS、GPS相结合进行
11、水资源评价管理。建立水资源管理专家系统，实现数据库的快速更新并在分析决策模型支持下，快速完成多维、多元复合分析，为水文学研究和水资源管理工作提供更先进的技术手段。2、开发能实现三维和四维空间分析和显示的软件用于水文模拟和水资源管理。因为传统的GIS在表示复杂的地理要素，如真三维空间模型、时空模型及综合空间分析方法等方面还存在着难以克服的问题 3、随着GIS的不断发展及其在水资源管理方面的应用。将GIS、人工智能(AI)、专家系统模拟等技术有机地综合，实现水资源系统的科学化和现代化，将在未来的水文学和水资源管理领域得到广泛应用。4、加强GIS应用规范和标准的研究。GIS虽然是近20年迅速发展的新
12、技术，但就目前来讲，它发展得还不是很成熟，最突出的表现是目前还没有制定出一个统一的行业标准和规范。,矿产资源,森林资源,GIS在资源中的应用,旅游,GIS在矿产资源中应用进展,1、国外应用进展 20C70年代后期，借助于栅格图像综合叠加布尔运算功能,来研究勘查综合信息与矿产关系；80 年代,更多的地质学专家们开始认识到 GIS 在自然资源分析中的应用潜力；1982 年 U SGS 建立了矿产资源评价计划 CUSM AP 的 GIS 原型系统,用于美国本土(阿拉斯加除外)的矿产资源评价。1988年成立了 GIS 技术和应用专家组成的自然资源信息中心(NRIC)；90 年代中后期，南非地学委员会开
13、始在矿产资源评价中应用 GIS,建立了管理多源地学信息集成的、模块化的组合数据库系统；目前，GIS 被用于多源地学信息的管理、建立矿产资源评价数据库和进行分析评价等方面.,GIS在矿产资源中的应用进展,2、国内应用进展 始于 80 年代中期.1986 年,由地矿部遥感中心主持,开展了“遥感图像与其他地学数据综合图像处理技术及应用研究”；“八五”期间,开始应用 GIS 进行过多源地学信息系统综合成矿预测的研究；20 世纪 90年代后，GIS 矿产资源评价研究得到了足够的重视。1995 年 4 月,地调局在川西扬子地台西缘部分地区 4个 1:20 万图幅立项开展了地理信息系统应用的试验研究；“九五
14、”期间,赵鹏大教授总结出GIS 技术应用于地质异常圈定和成矿预测；1997年 4月国土资源部下发文件,将信息系统建设包括成矿区划数据库、120万数字地质图数据库、大中型矿产数据库和钻孔数据库等作为生产任务下达各局措标志着应用GIS进行矿产资源评价从科研进入生产阶段。,1.收集地质、矿产、构造、地球化学、航磁、重力、遥感资料,建立多源信息空间数据库;2.对地质、航磁、重力、化探、遥感信息进行处理;3.研究区域成矿规律,确定矿床类型的概念模型和描述性模型,建立多源信息找矿模型。4.根据找矿模型,得出该类型“找矿标志”。5.利用 GIS 提供的可视化空间分析功能,研究分析“找矿标志”的分布规律和空间
15、关系,进行矿产资源评价。6.资源评价成果的计算机表达。,GIS在矿产资源中的应用思路和方法,GIS 矿产资源评价工作流程图,1、数据质量问题。GIS的的一个很大的特点是能够自动处理海量数据,但是数据不足或质量不好都会直接导致应用的失败；2、基于 GIS的空间分析方法在矿产资源评价中的应用研究。随着对成矿信息空间特征的认识,成矿信息分析中将越来越多地考虑空间因子在信息分析与成矿预测中的影响,各种地质现象的空间分布形态、发展变化规律、空间相互作用过程等都需要空间分析方法的支持；3、矿产工作人员的相对缺乏,矿产资源评价的成果如何,关键是提高技术人员的评价水平,这就需要技术人员尤其是技术管理人员既要有
16、较丰富的地质矿产知识,又要掌握 GIS矿产资源评价技术；4、与专家系统的结合。GIS与专家系统的结合称为专家 GIS或智能 GIS,它实际上是基于知识的专家系统在 GIS中的应用。目前 GIS的应用还缺乏知识处理和启发式推理的能力,无法为解决空间复杂问题提供足够的决策支持；5、数据共享是当前 GIS用户面临的一个主要问题,因为 GIS的多种数据源、多种类型的数据格式之间、不同的 GIS软件之间,有许多的不统一,造成各个系统彼此相对封闭、系统间的数据交换困难；6、由于 GIS至今尚缺乏三维及多维数据的管理和处理能力,缺乏强大的关系数据库管理系统和适合于地矿勘察数据分析的各种方法与模型库,GIS在
17、矿产资源中应用存在的问题,1、基于 GIS 的矿产资源评价预测专用系统的进一步开发。虽然针对矿产资源评价的具体要求,已经开发了面向矿产资源预测的专用系统,但其尚处于初级阶段,在计算机技术和 GIS 技术飞速发展的今天,已经可以用新的思想和方法来解决资源评价中的相关问题。2、基于 GIS 的空间分析方法在矿产资源评价中的应用研究随着对成矿信息空间特征的认识，成矿信息分析中将越来越多地考虑空间因子在信息分析与成矿预测中的影响,各种地质现象的空间分布形态、发展变化规律、空间相互作用过程等都需要空间分析方法的支持。3、多维矿产资源评价模型的建立依赖于 GIS 在三维和四维技术上的发展。矿产资源评价将逐
18、步实现多维模型的建立，成矿学未来发展的总体目标是发展地壳上部数公里的三维预测模型,并通过这一模型把各种地质、地球物理、地球化学和遥感信息有机结合起来,实现隐伏矿床的找矿突破，四维预测模型则是在三维的基础上加进了时间维,即将预测模型变为动态的三维模型,这对于成矿预测甚至整个成矿学科都将有重大意义。,GIS在矿产资源中应用前景,1、GIS 的应用彻底改变了传统成矿预测的方法体系,极大地提高了预测效率和水平,简化了预测过程；2、从理论、技术、逻辑、效果来看,以 GIS 为主要工具的矿产资源预测方法的确展示出广阔的应用前景,得到越来越多的国内外地质学家的重视,成为地质学家不可缺少的工具。,GIS在矿产
19、资源中应用小结,矿产资源,森林资源,GIS在资源中的应用,旅游,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。,GIS在森林资源中应用三阶段,GIS在森林资源中的应用,1、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。2、制定森林经营决策方
20、案。GIS借助其拥有的数据库和数据管理功能等,可以很方便地在空间、属性数据的基础上建立生长、预测、经营、决策模型。通过对各种经营过程进行模拟、比较和评价,选择出最优经营方案,并形成综合或专题报告输出供决策者参考。3、林业制图。制图是一项技艺性强且工作量极大的工作,但 GIS提供的制图功能使制图工作变得轻松自如。在制作植被分布图时,GIS把地图的信息源依海拔、坡向、坡位、坡度、土壤类型、年降雨量等分成不同的“层”,使每一层与一定立地上的植被相联系,从而简化、连贯了植被成图工作。4、遥感图像处理。把 GIS引入遥感即实现遥感与 GIS的整体结合,由于解决了遥感图象计算机自动识别、GIS数据库数据自
21、动更新和自动成图,实现了资源与环境分析计算机化,从而使空间遥感技术广泛应用于资源调查、灾害监测等方面,使其在资源管理及经营决策中发挥着重要的作用。,1、森林资源信息管理。各地、各林业局、各林场森林面积,森林蓄积,森林类型,林种分布,树种结构,林龄结构及变动情况等,过去只能从森林资源档案数据库中了解情况,应用地理信息系统可以做到图上动态管理和监测,从而可以做到更真实,更直观地把握森林资源的状况及变化。2、森林分类经营管理。利用地理信息系统,可以做到以林班、林场、林业局、地区及全省为单位的森林分类经营管理,能够做到分类更为科学、更为客观,为各级领导及林业管理部门、生产部门提供森林分类经营方案及科学
22、依据。3、森林限额采伐管理。应用地理信息系统,可以清楚地把握各地、各林业局及林场,乃至各林场、小班的森林资源状况。4、更新造林管理。通过建立地理信息系统,能够在立地评价和树种选择基础上,做到适地、适树、适品种、适方式,搞好更新造林规划,指导科学造林。,GIS在森林资源中的应用前景,5、林业用地信息管理。我国林业用地所占比例很大,可开发利用的潜力也很大。为促进林业用地的管理进一步合理开展,可利用地理信息系统,做到有效地管理林业部门的土地资源,实现对林业用地的权属利用情况及开发前景动态管理。6、森林病虫害检测及控制。应用地理信息系统,可以实现对森林病害、虫害、鼠害发生规律、分布状况及控制程度动态监测及跟踪管理,能够克服工作的盲目性和被动性,做到心中有数,防治工作及时。7、森林防火监测及动态管理。可通过建立应用地理信息系统,对省、地、县森林防火系统进行动态监测和管理。此外,地理信息系统还会在野生动物管理、林区综合开发管理、林政管理、林区人口管理及林区建设管理方面发挥难以估量的作用。8、地理信息系统共享与网络化。目前,各国乃至各部门拥有的地理信息系统五花八门,还不能做到信息共享。随着计算机局域网和远程网的发展,以及“信息高速公路”的开通,必将实现一个区域、一个国家至世界各地信息系统的网络化。,GIS在森林资源中的应用前景,
