GIS系统设计及应用.ppt

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1、GIS系统设计及应用,1.GIS在不同领域,地理信息系统是融计算机图形和数据库于一体，储存和处理空间信息的高新技术，它把地理位置和相关属性有机结合起来，根据实际需要准确真实、图文并茂地输出给用户，满足社会对空间信息的要求，借助其独有的空间分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策。GIS 的上述特点使之成为与传统方法迥然不同的解决问题的先进手段，作为现代社会必不可少的基础设施，渗透到生产生活的每一细节。,1.1 GIS在地方政府部门中的应用,GIS 是实现政府管理职能的理想选择GIS软件是功能强大的建立、编辑地理数据库，并对其进行空间分析的工具集合。这些工具可以帮助政府部门完成各种工作，包括批示申

2、请、应急反应、设施管理、规划、制定方针、预算、决策等。GIS技术能够提高制图的质量和速度，通过支持各部门的合作，在不增加额外资金的前提下，最大限度地利用现有资源。,GIS在政府部门的主要应用,自动制图，包括地块图、建立底图、专题图，有注记和标符号等功能；施工方面的应用：包括坐标几何(COGO)和工序处理；空间分析查询：位置查询、逻辑查询、动态分段、地址匹配、地理编码和路径选择；公众和商业数据栅格图像支持,道路剖面图,道路拓宽工程拆迁分析,用户通过GIS的客户端软件，可直接对数据库进行查询、显示、统计、制图及运行空间分析。,土地能力和适用性分析,街区信息查询,建筑设计与管理,污染物泄漏扩散分析,

3、1.2GIS在城市交通规划和管理中的应用,在交通部门，数据源可分为表格数据（路面状况，事故点）、CAD数据（道路设计）、测量数据、图像和遥感数据、地表数据（道路高程数据），以及绘制的线图、扫描文档、录像和扫描图片。利用GIS可对以上所有这些数据进行集成管理。GIS技术促进了交通部门间的相互协调。GIS软件能评价和管理道路形成的地理网络活动。,最佳路线分析,路况及桥梁信息查询,车辆动态监测,1.3GIS在城市基础设施管理中的应用,GIS软件支持完成电力设施管理的各种工作。尤其是GIS的智能网络分析功能，进行电闸开关、电压分析、进行回路分析等,网络模型可以处理从总站、各级站到每一段线路。使用GIS

4、，通过图形支持、工序处理和流量模型，用户可以有效地对雨水和污水的排放设施进行维护和分析。,电力设施图形显示,管道工程应关闭阀门计算,城市电信系统的综合管理,1.4GIS在社会经济和人文统计及商业中的应用,GIS可对商务活动提供很多帮助，可支持诸如谋略策划、竞争分析、场点选择、需求预测、最优分布、路由计划、市场监控、直销管理、设施管理和环境一致性。,GIS社会统计分析,GIS专题统计制图,旅游景点风景显示及旅游设施查询,麦当劳快餐店选址分析,2.GIS技术概述（简要复习）,GIS以其混合数据结构和独特的地理空间分析功能独树一帜，狭义上可通俗地认识GIS：GIS=CAD+DATABASE+SPAT

5、IAL OPERATION,2.1GIS的组成,（1）计算机硬件平台（2）GIS专业软件（3）地理数据（4）GIS人员（5）专业模型,2.2GIS的工作原理,（1）空间模型。GIS将现实世界抽象为相互联结不同特征的层面组合（2）地理参考系。（3）矢量和栅格数据结构。,构筑在一定投影参考系统上的具有属性值的空间对象集合,2.3GIS的功能,（1）数据输入、预处理。（2）数据管理。（3）空间查询与分析。（4）可视化表达输出,GIS只有同专业应用领域相结合才能发挥其巨大功用,2.4GIS相关技术,（1）桌面地图系统（2）CAD（3）RS&GPS（4）DBMS,2.5GIS能解决哪些问题,（1）空间数

6、据的可视化管理（2）进行空间查询和分析（3）提高系统集成能力（4）辅助决策,3.GIS系统环境,硬件：工作站/服务器外部设备数字化仪扫描仪绘图仪网络设备,软件：GIS专业软件数据库软件管理软件系统软件,4.GIS系统设计,关于软件工程,软件工程框架,软件工程基本原则,1）选取适宜的开发模型，可以认识需求易变性，并加以控制，以保证软件产品满足用户的需求；2）采用合适的设计方法，通常要考虑实现软件的模块化、抽象与信息隐蔽、局部化、一致性以及适应性等特征,3）提供高质量的工程支持，在软件工程中，软件工具与环境对软件过程的支持颇为重要；4）重视开发过程的管理，软件工程的管理，直接影响可用资源的有效利用

7、、生产满足目标的软件产品，提高软件组织的生产能力等问题,需求分析,确定为了满足用户的需求必须做什么 难点：问题空间的理解 人与人之间的通信 需求的不断变化,系统设计,需求分析阶段的主要任务是确定系统“做什么”，而设计阶段则要解决“怎么做”的问题。通常设计阶段又划分为总体设计和详细设计，总体设计确定系统的总体结构框架；而详细设计要具体地描述如何具体地实现系统,实现阶段,要将设计的结果变换成程序设计语言编写的程序 要求正确性、可读性、可移植性、程序效率,确认活动,软件测试是指按照特定规程，发现软件错误的过程。软件测试的技术大体上可以分为两类，即白盒测试技术和黑盒测试技术，前者依据的是程序逻辑结构，

8、后者依据的是软件行为描述。,软件维护,改正性维护 适应性维护 完善性维护 预防性维护,开发过程模型,瀑布模型 演化模型 螺旋模型 喷泉模型,GIS软件工程,系统目标,系统目标确定是整个工程建设的前提，应根据现实需求，对系统建立的必要性和可能性，从社会因素、技术因素和经济因素等方面进行充分评估论证，综合分析用户实力、系统环境、经费预算以及时间效益，在此基础上将各种信息资源按照合理的框架组织设计，实施落实，形成有生命力的应用系统实体。,4.1系统总体设计,主要侧重于：需求与可行性分析总体结构描述软、硬件选配（包括恰当的GIS软件）数据来源、规范内容确定应用模型和产品输出形式设计GIS软件设计系统维

9、护与评价,4.1.1系统需求与可行性分析,系统需求：用户情况系统目的和任务信息容量和类型具体功能的清晰描述（模块功能、数据结构）用户界面运行的软、硬件环境软件水平和使用周期,可行性分析效益分析经费估算进度预测技术水平的支持能力有关部门和用户的支持程度,4.1.2软件设计,结构化的软件设计方法面向对象的软件设计方法原型化的设计方法,4.1.3算法设计,运算速度的限制对软、硬件环境的依赖性算法复杂度可靠程度和适用性,4.2数据结构设计,数据结构是地理信息系统的基础，通常包括逻辑数据结构和物理数据结构,4.2.1逻辑数据格式,矢量格式栅格结构属性关系数据结构,4.2.2物理存储结构,文件头结构快速存

10、取单位标示符扩展名,4.3空间数据采集系统,数据采集系统手工方式手扶跟踪数字化自动扫描影像处理数据通讯数据采集系统功能设计输入系统算法设计,4.4空间数据库管理系统,图形图像操作功能设计属性数据库管理方案设计空间信息查询检索模块设计（空间三维显示模块设计）,4.5专业模型分析处理系统,地学模型设计地理信息系统分析模型空间分析函数专业模型库综合评价模型,4.6空间信息输出系统,屏幕制图显示打印制图输出系统矢量绘图输出系统属性数据制表输出,4.7用户界面设计,菜单式界面设计命令式界面设计表格式界面设计,GIS中的设计模式,模式定义,随着面向对象技术的广泛应用，软件复用在越来越多的开发过程中被采用。

11、在研究软件复用的过程中，设计模式(Design Pattern)的概念被提了出来。所谓设计模式，简单地理解，是一些设计面向对象的软件的经验总结。在软件开发过程中使用设计模式，可以利用已有的设计经验，指导软件复用。,设计模式四个基本部分,1）模式名称：描述一个设计问题、它的解法和后果；2）问题：告诉什么时候要使用该设计模式，解释问题及其背景；3）解决方案：描述设计的基本要素、它们的关系、各自的任务以及相互之间的合作；4）后果：描述应用设计模式之后的结果和权衡。,GIS中的模式应用,在地理信息系统开发中，经常会遇到本领域的特定的一些问题，并且已经形成了有效的解决方案，对其进行归纳总结，形成相应的设

12、计模式，对于GIS软件开发，有着重要的意义。下面遵循E.Gamma的格式给出了一个GIS设计模式范例。,实例：Filter and Refine,名称：过滤和精化内容：定义了对一个大数据量的空间数据库的访问接口另外的名称：空间索引和最小外包矩形动机：在空间数据中，一个通常的查询操作是空间检索，即根据给定的点或者区域得到相应的地物对象，在这些情形中，系统必须要有快的响应速度。,原始的解决办法,最简单的解决办法是依次得到每个地物Ai，并计算Ai和给定的点（或区域）的空间关系，如果符合条件，则返回该地物对象。,缺点,首先，它需要对空间数据库中的所有地物进行比较运算；其次，空间关系的计算需要大量浮点运

13、算，直接进行给定点（或区域）和地物的空间关系，速度会很慢。,解决的途径,首先，可以计算每个地物的最小外包矩形（MBR-Minimum Bounding Rectangle），这样进行空间关系计算时，可以先通过外包矩形来判断，可以排除掉根本不可能具有相交或者包含关系的情形，然后再按照常规的算法（如射线算法等等）进行计算。,其次，考虑到采用MBR之后，仍旧要计算每一个地物Ai，当地物数目很多时，依然需要较长的查找时间。解决该问题的一个方案是将数据库的空间范围进行分割，一般是划分成为矩形，然后计算并记录每个矩形包含或者相交的地物，形成空间索引。在进行空间检索时，根据给定的点（或区域）得到其对应的索引

14、块，这样就可以只判断与索引块相关的地物，从而减少了查找时间。,通常前一个操作称为精化，后一个操作叫做过滤。下面简单描述该过程。,每一索引块都记录了其相应的地物，形如：D5湖北，江西，浙江，台湾，湖南，广东，福建C4内蒙古，甘肃，陕西，山西，河南，湖北，四川，青海，宁夏而每个地物都记录其最小外包矩形,当根据给定点P查找包含该点的地物时，首先判断P位于C4索引块，这样就可以只判断P与C4索引块对应地物的关系；再由外包矩形，可以得到P只可能在四川省或陕西省内，然后就可以采用传统的空间关系计算方法，得到确切的结果四川省。,应用：,过滤和精化可以应用于根据点或者区域对大数据量的空间数据库的检索（点，PA

15、M-Point Access Method；区域，SAM-Spatial Access Method），而空间数据库由线或多边形地物组成。,结构：,参与者：,l FeatureSet:定义由地理要素组成空间数据库。l Feture:实现了地物对象。l SpatialIndex:管理和维护空间索引，可以得到每一索引块对应的地物，提供过滤功能。l MBR:地物的最小外包矩形，通过MBR可以实现精化功能。l Partition:对应于空间数据分割后的每一块矩形区域。,协作：,FeatureSet利用SpatialIndex得到可能符合条件的地物对象集合，然后利用MBR去除绝对不可能满足条件的地物。对

16、空间数据库的任何涉及空间坐标的编辑修改都要重新计算MBR和维护空间索引，在要求精度较低的情况下，可以利用最小外包矩形建立空间索引。,后果：,要记录空间索引和最小外包矩形，采用过滤和精化增加了内存开销。索引块的确定是一个重要的因素，如果太小，会有大量地物跨越多于一个的索引块，进一步增加了数据量；而如果太大，过滤的效果不会很明显。如果地物的空间分布不均匀，一般要采用不均匀的分割策略，如四叉树等等 为了保证查询结果的正确性，对地物的每一次编辑修改，都要重新计算其最小外包矩形，并维护空间索引，这需要额外的时间开销，并增加了程序的复杂度。,变化：,为了提高查找效率，可以建立基于四叉树、平衡二叉树等基于树

17、数据结构的空间索引。可以使用最小外包直角多边形代替最小外包矩形，前者更好地逼近几何实体的形状，提高了精化的效率，但是需要更多的存储空间，并且计算直角多边形运算量较大。,5.一个典型的系统设计实施,5.1采用系统结构化分析思想,结构化系统分析，就是将系统工程概念应用于地理信息系统设计，自上而下，划分模块，逐步求精的系统分析设计方法。在研制地理信息系统的各个阶段都要贯穿系统工程的观点。地理信息系统的开发是一个连续有序、循环往复不断提高的过程。用结构化方法构筑的地理信息系统，组成清晰，层次分明，便于分工协作，容易调试和修改，是系统研制较为理想的工具。,5.2地理信息系统的软件工程标准,数据规范化和标

18、准化。文档标准。软件标准。系统运行标准。,5.3系统分析,系统分析是采用系统工程思想方法，对项目的实际情况进行分析综合，制定各种可行方案，为系统设计提供依据。需求分析系统结构,系统体系结构的详细设计图（只包含通用功能）,专业应用地理信息系统结构事例,专业应用中地理信息系统的结构层次,5.4系统设计,系统设计的任务是将系统分析阶段提出的逻辑模型转化为相应的物理模型系统设计是地理信息系统整个研制工作的核心，不但要完成逻辑模型所规定的任务，且要使所设计的系统达到最优化。功能设计数据库设计应用设计,5.5系统开发实施,系统开发实施是地理信息系统付诸现实的实践阶段，将实现系统设计的物理模型，把系统方案加

19、以具体落实。程序编制与调试数据采集与数据库建立人员培训系统测试应用,5.6系统维护更新,系统纠错系统软硬件更新软件（操作系统、应用程序）的升级系统数据模型运行更新,5.7系统评价,系统评价是指从技术和经济两个方面对所建立的地理信息系统进行考察鉴定。系统效率系统可靠性可扩展性可移植性系统的效益,地理信息系统的开发步骤,6.地理信息系统应用实例,6.1 农业气候区划,1.项目背景与需求,中国气象局提出建设“第三次农业气候区划”项目的目的是：采用新技术、新方法、新资料，开发“农业气候区划信息系统（Agriculture&Climate Distributed Information System,简

20、称ACDIS）”软件，建立气候资源开发利用和保护监测体系，实行资源平面与立体，时间与空间全方位优化配置；发挥区域气候优势，趋利避害减轻气候灾害损失，提高资源开发的总体效益。为各级政府分类指导农业生产，农村产业结构调整，退耕还林防止水土流失等提供决策依据，为地方政府服务。,2.ACDIS系统结构,农业气候区划信息系统（ACDIS）是基于GIS工具平台，建立起面对专业技术人员的专用工具，适用于农业气候资源监测评价、气候资源管理与分析，小网格气候资源推算与空间查询、省地县三级区划产品制作等。,具体实现了以下功能：1）地理基础信息管理：管理工作区的基础地理数据，如行政区划，水系，交通数据等；2）小网格

21、资源信息管理：管理栅格格式的、与农业气候区划有关的信息，包括各种DEM数据；3）小网格资源推算与区划产品制作；4）农业气候资源监测与评价；5）农业气候区划成果演示。,3.系统工作流程,根据“3S”等新技术在区划中应用需求，建立了农业气候区划工作基本流程（如下图）：,农业气候区划工作基本流程图,4.“3S”在该项目中的应用,“3S”技术在该系统中得到了广泛的应用，并且有了一定的成果。,（1）利用GIS对农业气候区划综合要素空间查询和管理,ACDIS利用GIS工具提供的基本功能，对其它子系统输入、处理和生成的气候资源等数据进行综合查询和管理。生成不同查询条件下的区划产品，作为区划专题内容，进而实现

22、对区划各类产品的矢量图、栅格图、DEM、注记和属性数据进行以地理表达式为条件的逻辑查询以及不同图件和属性数据的综合查询、管理，并把查询结果制图输出到绘图仪或打印机，或保存为其它格式文件。,（2）利用GIS对气候资源进行小网格推算模式研究,气候资源小网格推算模式研究是区划的一项基础性工作。在收集山区气候研究成果基础上，辅助以气象哨、水文站雨量资料后，通过GIS平台可快速计算和获取测点地理参数（高程、坡向、坡度）。采用统计分析方法，根据要素的统计特征值和地理特征将全省划分若干气候区，分别建立各区域气候要素推算统计模式，通过验证和残差订正，应用到气候资源小网格推算中。,（3）GIS在农业气候资源分析

23、中的应用,应用GIS来定量采集、管理、分析具有空间特性的气候资源，建立GIS分析气候资源的思想、方法、步骤，包括数字高程模型建立、GIS农业气候资源数据建立、空间分析模型建立、气候资源分析计算、气候分区及定量分析等。,（4）利用“3S”提取农业背景信息参与区划计算,为使农业气候区划对农业生产更具有指导作用，将非气象因子引入到农业气候区划中。农业气候区划对象中往往对土壤PH值要求很高，根据土壤类型分布可以得出土壤PH值的分布，将其作为区划的一个关键指标，使得区划更加有实际应用意义。利用GIS将土壤分类图作为一项数据层参与气候资源数据层集运算，得出包含土壤类型信息的区划结果。,（5）利用GIS建立

24、集 区划资源动态监测高产栽培技术为一体的信息服务系统,利用GIS工具，开发出基于Web的、对气候条件敏感的两系杂交稻制种气候资源空间配置信息系统，将区划服务于作物生产基地选择、关键生育期气象服务、农业生产技术指导等各个方面。,5.相关应用,某省在全省优质早稻种植气候区划和万安县脐橙种植综合区划中（下图），除了应用125万的地理数据，还结合了TM影像数据，辅助GPS定位抽样，把早稻、脐橙的可能种植区（农田、荒山荒坡）提取出来，排除了山体、水体、居民点、道路等不能种植脐橙和早稻的区域，把可能种植区与农业气候区划图做逻辑交集运算，得到了全省优质早稻和万安县脐橙种植规划图。,江西省万安县脐橙种植区划,

25、6.2 大气污染监测管理,1.项目背景,随着经济的发展，环境污染直接影响了人们的生活质量，环境质量问题也得到了越来越多的重视。污染环境包括水污染、大气污染、固体废弃物污染等，其中就大气污染而言，城市区域由于受到工业生产、居民生活的影响，成为大气污染发生的集中区域 通过实验或计算来建立适合于特定区域的大气污染物扩散模式以及确定相关参数的计算方法 有一定的实际意义,2.专业模型的确定（污染模型）,城市大气污染的来源主要包括点状污染源和线状污染源，前者主要包括烟囱，后者则指汽车尾气排放。而污染的扩散的影响因子，除了排放量、排放物之外，还受到气象条件、下垫面等因素的影响。通过大气动力学的研究，研究者给

26、出了用来描述污染物在大气中扩散规律的各种解析方程。,3.GIS在防治大气污染中的应用,无论是点源污染，还是线源污染，其空间分布以及属性可以通过地理信息系统进行管理，而污染扩散的影响因子的空间分布同样可以作为GIS的空间数据组成部分，所以，基于GIS可以建立大气污染扩散模型，进而GIS也提供了丰富的功能以表现污染物强度空间分布，可以查询强度分布状况，并可以结合其它社会经济数据，进行更加细致的评价分析。,4.基于GIS的大气污染扩散模型,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

27、布；,4）确定不同点源对整个研究区污染总量的贡献；进而为污染整治，如降低排放量、甚至关闭某些污染源，提供决策依据；5）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），从中选择最优方案；6）在城市规划时，作为确定不同用地（居住、工业、商业等）的分布。,5.系统实际应用,包头市是中国最大的稀土工业基地和著名的钢铁机械工业基地之一。包头市工业能源消耗以燃煤为主，占56%，其次为焦碳和电力，在能源结构中，重中污染能源占70.8%，包头工业排放的SO2、烟粉尘和氟化物都较大，造成包头市煤烟型和氟污染的特点。其中21家重点空气污染源占全市工业排放的95%，85%，96%（分别为SO2、烟粉

28、尘和氟化物）。其中包钢是最大污染厂家，其SO2、粉尘、氟化物的排放量高居榜首。,包头是我国大气污染治理的重点城市，包头关于大气污染扩散的研究工作较多。冶金部建筑研究总院1982针对包钢地区的烟气综合治理规划，利用风洞模拟试验、现场实验等提出了“大气输送气候学模式”（ATCM）。1989年包头市环境监测站，针对包头新市区大气扩散模式和SO2容量计算，提出了基于美国EPA 的ISC（工业复合源大气扩散模式）的城市多源高斯模式。这些模式的建立为包头市的大气污染治理和管理提供了可靠的依据。,在包头市的研究工作中，利用1月份平均风速、风向、频率，并将其换算为风频表，对包头市的37个高架点源造成的地面SO

29、2浓度的空间变化进行模拟，结果如下图所示：,包头市大气二氧化硫分布图,模型计算结果分析,将模型预测结果图与包头市环境监测站绘制的等值线图相比较。模型在工业区的预测值比较切合实际，在昆都仑区，预测值偏小，原因应该是由于包头地区在一月份特定风向条件下，工业污染对该区域的影响比较小，相比之下居民取暖燃煤造成的二氧化硫污染就较突出。,由系统进行工厂选点分析,拟在青年农场增加一个新的污染源，有三种方案，分别为源强为100000mg/s、烟囱高150米；源强1000000mg/s、烟囱高150米；源强1000000mg/s、烟囱高200米。在一月风向风频条件下进行预测，将预测结果叠加在原来的污染分布状况上

30、，结果如下图：,增加不同参数污染源的污染分布图,结果分析,从图和表可以看出，源强为1000000mg/s的污染源造成的高浓度受害人群数量明显增加，而源强为100000mg/s的新添污染源造成的高浓度污染受害人群数量变化不大。同时可以看出，增高污染源的高度来降低污染的危害是以低浓度受害人群数量的增加为代价的。从新增污染点源的污染分析来看可以考虑在青年农场位置新建立一个源强为100000mg/s、烟囱高为150米的新点源。,6.3 土地管理信息系统,1.项目背景,深圳市规划国土局土地管理信息系统是该局城市规划国土信息系统的一个子系统。土地管理子系统的直接用户是深圳市规划国土局地政处，系统所处理的主

31、要事务是用地管理工作，该系统的目标主要是实现城市建设用地的计算机辅助管理，实现土地信息（用地信息和地籍信息）的自动记录和处理，为土地管理和决策提供准确、及时、全面的信息和决策依据，在局内有关处室实现土地信息的共享，提高规划国土局土地管理工作效率，促进该局土地管理的规范化和科学化。,系统主界面,2.系统用户群,规划国土局由19个处室组成，按其职能可大致分为三类：事务处理部门，主要是处理内外事务，对各处的工作进行协调，保存有关的文件档案，包括办公室、人教处、档案室、综合计划处等；城市土地管理部门，主要从事用地管理，包括房地产权登记处、地政临察大队等；城市规划和市政建设管理部门，主要从事城市规划和市

32、政工程建设的管理，包括规划处、小区配套办公室、市政管线处、建筑设计管理处等。它们之间相互联系、相互协调共同完成城市规划和城市土地管理的职能。,3.用户需求,规划国土局采用市局、区局和土地管理所三级管理体制，在市局成立规划国土信息中心统管全局的档案及各种信息，设立五个分局作为市局派出机构，将市局的大部分业务下放区局，各区的城市规划和城市规划业务由各区分局具体负责。,市规划国土局工作流程图,功能要求,收文管理用地数据和地籍数据的输入、存储、处理和动态更新。查询检索功能统计功能划地功能制图功能分析功能,性能要求,系统运行速度应满足日常办公的需要系统操作必须简单实用系统的安全性,4.系统总体设计,主要

33、包括硬件和软件的选择、系统的模块设计、文件和数据库设计、接口设计和安全性设计及系统实现计划等方面的内容。,土地管理子系统总体结构图,该系统的总体结构采取在局信息中心建立主系统，管理全市土地信息，分局建立分系统，管理各区土地信息的分布模式。分局分系统与市主系统的数据交换采用批处理的方式通过公用信息网或磁带传送。,5.系统配置,局信息中心服务器：SUN SERVER 1000 2台；工作站：SUN SPARC20 4台，SGI INDIGO24台；微机：COMPARQ 5/133 10台；CALCOMP数字化仪（A0）2台；HP DESIGHJET 650彩色喷墨绘图仪一台；局地政处、分局地政科工

34、作站：SUN SPARC 20 1台；微机：COMPARQ 5/133 5台；CALCOMP数字化仪（A0）1台；HP DESIGHJET 650彩色喷墨绘图仪1台；系统软件：ARC/INFO；PC NFS；PC ARC/VIEW；PC ARC/CAD；,系统硬件分布图,6.系统模块设计,该系统是一个基于信息系统的办公自动化系统，系统除了应具有一般信息系统的信息输入、存储、处理、输出能力外，更重要的是能够将其放在具体职能部门的办公桌上做为处理日常事务的工具供有关工作人员使用，以提高其工作效率，减少工作失误，促进土地管理工作的科学化和规范化。,系统模块结构图,查询显示模块,房地产管理模块,划地模

35、块,自动制图模块,6.4 城市规划、建设管理,1.GIS在城市管理中的应用,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，如土地信息系统（LIS-Land Information System）和AM/FM（自动制图/设施管理，Automatic Mapping/Facility Management），前者侧重于管理地块的位置、面积、权属以及地籍的动态变化；后者则主要对电力、通讯等设施的管理和分析、制图。,2.系统目标,城市建设规划涉及的因素非常多，开发新城要征用土地，改建旧城要拆迁安

36、置，同时需要基础设施、公共服务设施的配套。用GIS对各种信息进行管理，并基于此进行分析和辅助决策，可以有效地防止各种混乱局面的出现 城市在不断地建设发展，要求应用GIS管理日常城市建设活动，以保证信息的时效性。,3.地图更新模块,地籍房产图修正：地契内容改变，包括地块边界的变化以及地块权属的变化；在一个大的地块内再划分为若干小块，产生新的土地所有者；公共道路的拓宽或者连通；小地块合并成为大地块；其它变化，如道路名称、地名的改变以及错误的纠正。,测绘图修正：城市建设造成地面重要物体的边界变化；重新测量，纠正过时的内容；道路打通、拓宽或封死；大的地块合并或重新划分；街道名称改变；地图上的错误纠正。

37、,土地使用图修正：房屋的拆除和重建；房屋改变用途；地块边界改变；地块重新划分；地块兼并；道路变化；道路名称的修改；地图错误纠正。,4.土地区划管理,某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；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。采用GIS后，这三种区划图分为三个图层进行管理，并可以叠加在一起显示，避免各个部门数据不一致的情况。很方便地检查规划图的错误，避免法律上的纠纷；也便于税收部门查询地产信息，调整对土地所有者的税收。,5.建筑审批处的内部工作管理,每个建筑物在修建之前，必须

38、经过政府主管部门批准，由于申请非常多，并且需要实地勘察，工作繁重，如何分配并确定每个经办人员的工作，以充分调动每个人的积极性成为一个难题。在建立地理信息系统后，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，这样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，提高了工作效率，改善了建筑审批处的内部管理。,利用GIS进行建筑审批工作协调,6.5 市政管理信息系统,1.系统的总体设计,从用户的业务操作出发，对各种信息加以分析提炼，最终形成功能、性能上的描述，获得系统的逻辑模型。采用软件工程生命周期法和结构化分析设计方法，自顶向下、逐层分解，将复杂系统分

39、解成具有独立意义、能被清楚理解表达的子系统，确定系统结构与组成，以及系统间、系统外部的联系，面向对象开发各功能模块。,市政管理信息系统总体结构图,2.系统配置,系统硬件：服务器：SUN SEVER 1000 1台；工作站：SUN SPARC 20 4台；微机：COMPARQ 5/133 10台；CALCOMP数字化仪（A0）2台；HP DESIGHJET 650彩色喷墨绘图仪一台；,系统软件：ARC/INFO for SUN SOLARIS；PC ARCVIEW；PC ARCCAD；PC NFS；ORACLE；LOTUS DOMINO；,市政管理信息系统硬件配制图,3.在ARC/INFO系统中

40、路网图形的组织,图形和层次管理,管网图形的层次管理,各类图素分别形成不同的layer,此即ARC/INFO中的coverage。各个分块图形的layer分别放在48个子目录gaij中。有关layer的名称和含义如下：,管网图层名称和含义,4.系统的接口设计,市政管理信息系统为多操作平台、环境的集成系统，与基础测绘、规划、土地等系统间存在密切联系，主要表现为数据转换与功能调用，例如 UNIX与 WINDOWS，ARC/INFO与ORACLE，CAD到ARC/INFO，数据转换通过系统命令或自行编程实现。功能调用需要设计OLE接口与扩展位，在数据库管理层定义用户、数据的视图与权属。,5.系统的界面

41、设计,深圳市政管理信息系统的界面设计，主菜单采用C语言，结合XVIEW并嵌套系统命令完成，各级子菜单通过ARC/INFO之AML实现。具有面向对象面向用户的特点，强调简单、友好、实用与高度的交互性，并且多处设置系统监控台与进程转路，从而有效防止由于误操作而导致的死机。,6.系统的编程规范,统一制定标准化的编程规范，是软件工程开发的前提，有利于系统修改、扩充、升级以及与其他系统的接口。,市路网图,管网查询显示,路网查询显示,市管网输出图,6.6 海口城市规划信息系统,1.系统背景,长期以来，海口市规划局业务运作方式仍停留在传统的手工作业，不能满足现代化城市发展对其业务的需要，特别是在空间信息处理

42、方面，如划地、调整路网等方面更落后于城市发展，急需建立大型的适合于城市规划管理部门的空间型信息系统以代替传统的手工信息处理方法，最终达到提高其运作能力的目的。,2.系统目标,减少或取代政府各级管理部门低水平、手工、机械的重复劳动；以完善、丰富、强大的数据信息为各级管理人员提供良好的决策基础和决策环境；为社会、为广大民众提供各种咨询和信息服务；最终实现提高工作效率与工作质量，适应社会经济与城市建设的迅猛发展。,3.系统用户,系统的直接用户是海口市政府管理部门，在第一期工程中主要以规划局的市政科、用地科报建科和规划科为主要用户。目前海口市许多单位和部门，该系统可为这些部门提供基础信息、路网信息、规

43、划信息和用地信息在内的综合数据库。,4.现行业务分析,海口市规划局的各科之间目前的业务管理方式，主要依靠手工作业，信息以硬拷贝图、文件和资料的形式保存。信息存储、流通和处理主要以手工方法和定性分析为主，最大弊病是周期长，容易出现错误，更不利于信息的综合分析与提取。,总体设计流程图,规划局业务归类,5.数据分析,1：500、1：1000现状地形图各类规划成果数据规划用地数据建筑报建数据市政道路数据规划管理辅助信息规划管理办公过程中的信息,6.功能要求,用计算机进行收文管理，记录每项申请的申请信息和处理信息；在系统运行过程中实现路网的随时调整和建设用地红线划拨；具有多种查询功能，包括空间查询、多条

44、件的逻辑查询，多种统计与分析功能；制图功能，制作地形图、用地证附图、规划成果图、报建总平面图和单体模型图等,7.性能要求,系统运行速度应满足日常办公需要系统操作必须简单实用系统的安全性,8.系统结构流程图,该系统流程图反映了规划局内部各机构的行政关系和业务往来，以数据处理为纽带总结出规划局内部的信息运行规律，为系统数据库、模块设计提供充分的依据。,9.工程内容,城市空间定位基础系统（1：500比例尺）城市规划系统道路交通系统土地系统综合管线系统房产系统户籍人口系统环保环卫系统消防系统,10.系统模块设计,系统充分考虑用户的特点，以简单和实用为原则，分办文、查询、编辑和分析四类模块。办文模块是在

45、微机上用FoxPro实现，它主要包括用户申请材料检查接收、申请材料的分类别录入、申请批复过程的记录等；,11.软件配置,6.7 地震灾害和损失估计,1.GIS和地震灾害,对地震灾害以及地震次生灾害的评估对于一个区域的降低危险，资源分配以及紧急响应规划具有重要的意义，而通过存储和分析地质构造信息，利用GIS可以预测地震发生的“场景”并估计该区域由于地震引发的潜在损失。此外，GIS也提供了有力的工具使得在地震实际发生时，分析灾害严重程度的空间分布，帮助政府分配紧急响应资源。,2.评估地震灾害步骤,1）估计地表震动灾害2）估计次生的地震灾害 3）估计对于建筑物的损害 4）估计可以用金钱衡量和不可以用

46、金钱衡量的损失,地震损失评估过程,基于GIS的地震损失评估过程（1）,基于GIS的地震损失评估过程（2）,6.8 地貌信息系统,1.地貌形态分析,用于提取由地表形态反映出来的地貌特征参数，包括DEM以及基于DEM的各种地貌参数：坡度、坡向、起伏度、河网密度、沟谷参数等等。,2.地貌信息复合,包括地貌参数复合模型和地貌信息/专题信息复合模型，前者将各个地貌参数复合，发现其间的规律性，得到综合的分析结果；后者考虑到地貌格局还受到外动力地质作用的影响，将地貌信息与地质、水文、气象等信息复合，发现其联系。,3.地貌区域评价,根据单个或者多个地貌特征的分析，评价地貌环境对农业、建筑、工程、旅游、居住条件

47、的影响以及评价地貌条件对于各种自然灾害发生、发展以及防治的影响。,4.地貌成因分析,内动力成因分析模型：内动力是地壳内部能量产生的营力，决定地貌的格局与骨架，可以从几何效应和力学机制两个方面进行分析，有限元方法是研究地貌内动力成因机制的有效方法。外动力成因分析模型：外动力是地球表面受太阳能和重力以及生物活动的营力，主要包括重力作用、风力作用、水利作用、温差作用和生物作用等，影响着地貌的具体形态。,5.地貌预测,可以采用两种模型进行地貌预测，即理论地貌预测模型和统计地貌预测模型，前者以成因分析为基础，采用数理模型进行宏观和微观的模拟，预测地貌的发展；后者在地貌发展历史数据的基础上，采用“黑箱”或

48、“灰箱”的方法进行统计分析，预测地貌发展趋势。,6.9 GIS与流行病研究,GIS在其中的应用,由于流行病是用于描述和解释某种疾病的发病率，从空间的角度来看，流行病学需要很好地描述流行病发病率空间分布特征的手段，进而可以研究发病率模型，以发现流行病和周围环境的关系。通常，GIS在流行病研究中主要提供了如下三个方面的功能：,1.流行病数据的可视化,假定要使用一组点来表示某个人群的发病率，而通常无法直接获得点数据，而只能获得整个区域如人口普查区或其它行政区划单元的数据，这些数据包括了疾病的发病率及各疾病的年龄结构。,宾西法尼亚州1981-1988年爱滋病的扩散情况,2.空间数据分析,空间数据可视化

49、与空间数据分析的界限是十分模糊的，如制作比较统计地图需要对地理空间进行变换。由于各个区域人口的分布是不均匀的，为了分析流行病病例的空间分布，通常采用的一种方法称为密度估算（Density Estimation）。该方法是采用一个移动窗口（Moving Window）覆盖于栅格化的位置点上，计算每个窗口内的密度，采用这种方法，关键是确定窗口的大小。,3.流行病模型,在识别出每个流行病的空间分布聚集区之后，一个重点的研究是确定流行病和其周围环境的关系，这将有助于验证对流行病发病原因的假定。,1954年英国霍乱病流行地区霍乱病死者居住位置分布图,6.10 GIS与医疗设施分布,1.医疗设施规划,不论

50、是在发达国家还是发展中国家，随着“规划需从当地的实际情况出发”的观点的不断被认可，一种以医疗中心为主的观点也不断被采纳。这意味这不再为了所谓声望而投资大型医疗基地，而代之以建造更多面向小社区的诊所，以方便大众。这时，显然需要一种办法来提供人口统计和发病率的详细资料医疗设施需求。在进行这种医疗设施定位时，GIS可以发挥的重要作用。,病人到全科医师的主要流动方向,3.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，这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，同样有助于规划医疗设施。,开发中的几点