怎麼將水文與地理信息系統結合起

1. 專業人士請進：請問環保和地理信息系統如何結合與應用

GIS在環保中的作用應該主要是環境影響評價以及環境監測中的作用。因為GIS可以提供強大的圖形處理和地理信息支持，在環境影響評價中，不僅僅可以顯示現有的環境監測信息，同時也可以根據預測的數據結果建立擴散模型，在地圖上顯示出預測數據下的地圖信息，為環保決策做出支持。建議你從支持的角度出發，描述GIS在環境影響評價中的作用。

2. 如何將地理信息系統和水文水資源的結合起來急急急

要聯系的話，你還要將地形、氣候、風帶等聯系起來

3. 如何在國土資源管理中構建地理信息系統

【摘要】在我國的國土資源管理中，要想實現有效管理，就要對涉及土地的數據信息資源進行合理分類，做到數據信息按類別儲存，便於日常管理中對信息的調用。在目前的國土資源管理中，地理信息系統已經成為重要的輔助管理系統。有了地理信息系統之後，國土資源管理中的土地自然信息和數據得到了有效管控。目前在國土資源管理中構建地理信息系統已經成為加強國土資源管理的重要手段，成為了國土資源管理發展的必然趨勢。所以，我們必須對地理信息系統有足夠的了解，做好構建地理信息系統工作。
中國論文網 http://www.xzbu.com/8/view-3936104.htm
【關鍵詞】國土資源管理；構建；地理信息系統
【中圖分類號】K90
【文獻標識碼】A
【文章編號】1672—5158（2012）10-0054-02
一、前言
在我國的國土資源管理過程中，為了有效實現對地理信息數據的管理，需要根據實際國土資源情況建立相應的地理信息系統。從目前國土資源管理來看，地理信息系統已經開始發揮著越來越重要的作用。為了保證國土資源管理取得更積極的效果，構建地理信息系統成為了未來發展的必然趨勢，實現地理基礎數據管理信息化也成為了國土資源管理的必然要求。從這一角度來看，在國土資源管理中構建地理信息系統對於提高管理效率、發揮國土資源管理的積極效果有著重要影響。
二、國土資源管理中地理信息系統數據的搜集
構建國土資源管理地理信息系統的時候，數據的搜集是一種重要的環節。由於國土資源管理涉及的土地數據種類多，總體信息量巨大，如何保證數據的搜集效率和准確性成為了數據搜集工作的關鍵。所以，為了保證國土資源管理中地理信息系統發揮正常作用，我們就要在數據搜集方面下功夫。通常的做法是利用現代信息測繪技術搜集基礎數據，成功搜集數據之後，對數據進行初次核對比較，確定數據准確後，將搜集到的基礎地理信息數據分類儲存。這樣以來，可以保證數據搜集的准確性和完整性。
三、國土資源管理中地理信息系統的組成
從目前國土資源管理地理信息系統來看，主要包含四個方面的數據子系統：城市基礎空間數據子系統、土地基礎數據子系統、礦產資源與地質環境數據子系統、元數據子系統。以下我們重點分析這四個子系統：
1、城市基礎空間數據子系統
在城市基礎空間數據子系統中，主要包含以下數據：（1）基礎測繪數據（2）數據正射影像圖（3）地名數據（4）遙感信息（5）行政區域界線信息（6）屬性數據。這六種數據，是組成城市基礎空間數據子系統的重要數據，也是整個地理信息系統中的基礎數據之一。在國土資源管理中，城市和農村是主要的兩個土地資源管理方向，因此城市基礎空間數據子系統包含了城市土地資源的主要信息。在對這些數據進行測量和搜集的時候，我們要利用GIS技術進行測量，保證數據的准確性，要根據數據的類別進行分類存儲。
2、土地基礎數據子系統
在國土資源管理中，地理數據信息系統中包含了大量的土地基礎數據，這些土地基礎數據主要以下幾種：（1）土地利用數據（2）土地利用規劃數據（3）地籍數據（4）地價數據（5）農用土地分等定級數據（6）建設項目用地資料庫和土地開發、復墾與整理數據等，這些數據涵蓋了國土資源管理中土地基礎的各個方面。從目前的國土資源管理的實際情況來看，土地基礎數據子系統中數據種類越多，地理信息系統覆蓋的范圍就越廣，所起到的作用也越積極。由此可見，我們必須不斷豐富土地基礎數據子系統中包含的數據，不斷拓展數據范圍。
3、礦產資源與地質環境數據子系統
在國土資源管理中，除了對土地的管理，礦產資源與地質環境也是重要的管理內容。而對礦產資源和地質環境的管理也是依靠地理信息系統來實現的。所以，我們在構建地理信息系統的過程中，要將礦產資源與地質環境數據作為重要的子系統。礦產資源與地質環境基礎數據主要包括礦業權管理數據、礦產資源儲量數據、礦產資源規劃數據、礦產資源開發利用數據和地質環境管理數據。從以上的數據種類可以看出，礦產資源與地質環境數據子系統中包含了大量有用的數據，我們必須保證數據的准確性，並不斷更新礦產資源數據和地質環境數據。
4、元數據子系統
元數據（Metadata）是「關於數據的數據」，也稱描述數據或詮釋數據的數據。它用以描述現有數據的位置、來源、內容、屬性和狀態，是數據標准化的重要內容之一。元數據是描述跨地域、跨行業的各類數據來源、權屬、精度、范圍等信息的數據，將整個集成系統的各個數據納入統一的管理之下，形成跨系統的數據管理，並維持整個系統數據的完整性。在國土資源管理中的地理信息系統之中，元數據子系統成為實現地理信息系統有效管理的重要手段，保證了整個系統數據的有效性，提高了數據管理效率和准確性，使地理信息系統能夠發揮重要作用。
四、國土資源管理中地理信息系統如何實現資源共享
由於國土資源管理中涉及的地理信息數據種類多、信息量大，要想實現全面管理並發揮信息數據的作用存在一定的困難。構建了地理信息系統之後，不但有助於對地理信息數據的全面管理，也為地理信息數據的利用提供了新的方式和手段。在目前地理信息系統中，對信息數據實現資源共享主要採取了以下方式：
1、將地理信息數據通過列印、印刷以及復制等方式，以紙質文件的方式提供給用戶，實現地理信息數據的資源共享。
2、建立地理信息資料庫，搭建地理信息系統公共服務平台，與網路技術結合，將平台搭載在互聯網上，使用戶在許可權內實現對地理信息數據的網路查詢和調用。
3、將地理信息數據放在互聯網上，支持地理信息數據的文件傳輸和在線下載。
4、將地理信息數據系統與區域網絡或公共網路互聯，為專屬網路的群體提供地理信息數據的查詢和下載服務，實現國土資源管理中地理信息數據的資源共享。
五、國土資源管理中地理信息系統的設計原則
在構建國土資源管理中地理信息系統的時候，我們要根據系統功能的需要，遵守以下設計原則：
1、保證視圖的有效性原則
視圖可以被看成是虛擬表或存儲查詢。可通過視圖訪問的數據不作為獨特的對象存儲在系統資料庫內。系統資料庫內存儲的是SELECT語句。SELECT語句的結果集構成視圖所返回的虛擬表。使用視圖與使用表的方法一致，即在SQL語句中通過引用視圖名稱來使用虛擬表。
2、保證存儲過程優化性原則
存儲過程是SQL語句和可選控制流語句的預編譯集合，以一個名稱存儲並作為一個單元處理。存儲在資料庫內，可由應用程序通過一個調用執行，而且具備允許用戶聲明變數、有條件執行等其他強大的編程功能。
3、正確使用系統中的觸發器
觸發器是一種特殊類型的存儲過程，當使用下面的一種或多種數據修改操作在指定表中對數據進行修改時，觸發器會生效：UPDATE、INSERT或DELETE。觸發器可以查詢其他表，而且可以包含復雜的SQL語句，它們主要用於強制復雜的業務規則或要求。
六、結論
通過本文的分析，我們對如何在國土資源管理中構建地理信息系統有著初步的認識。從這一過程中我們看到，地理信息系統在國土資源管理中起到了重要的作用，在國土資源管理中構建地理信息系統是十分必要的，對提高國土資源管理效率和管理質量有著十分重要的幫助。所以，我們今後要在國土資源管理中，積極構建地理信息系統，發揮地理信息系統的積極作用，促進國土資源管理的有效進行。
參考文獻
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[4]姚敏，鍾耳順，方利，國土資源空間數據一體化的集成與管理[J].地球信息科學，2006，5（2）：24—29

4. 地理信息系統的實現方法

如果能將你所在州的降雨和你所在縣上空的照片聯系起來，就可以判斷出哪塊濕地在一年的某些時候會乾涸。一個GIS系統就能夠進行這樣的分析，它能夠將不同來源的信息以不同的形式應用。對於源數據的基本要求是確定變數的位置。位置可能由經度、緯度和海拔的x，y，z坐標來標注，或是由其他地理編碼系統比如ZIP碼，又或是高速公路英里標志來表示。任何可以定位存放的變數都能被反饋到GIS。一些政府機構和非政府組織正在生產製作能夠直接訪問GIS的計算機資料庫。可以將地圖中不同類型的數據格式輸入GIS。GIS系統同時能將不是地圖形式的數字信息轉換可識別利用的形式。例如，通過分析由遙感生成的數字衛星圖像，可以生成一個與地圖類似的有關植被覆蓋的數字信息層。
同樣，人口調查或水文表格數據也可在GIS系統中被轉換成作為主題信息層的地圖形式。 GIS數據以數字數據的形式表現了現實世界客觀對象(公路、土地利用、海拔)。 現實世界客觀對象可被劃分為二個抽象概念: 離散對象(如房屋) 和連續的對象領域(如降雨量或海拔)。這二種抽象體在GIS系統中存儲數據主要的二種方法為：柵格（網格）和矢量。
柵格（網格）數據由存放唯一值存儲單元的行和列組成。它與柵格（網格）圖像是類似的，除了使用合適的顏色之外，各個單元記錄的數值也可能是一個分類組（例如土地使用狀況）、一個連續的值（例如降雨量）或是當數據不是可用時記錄的一個空值。柵格數據集的解析度取決於地面單位的網格寬度。通常存儲單元代表地面的方形區域，但也可以用來代表其它形狀。柵格數據既可以用來代表一塊區域，也可以用來表示一個實物。
矢量數據利用了幾何圖形例如點、線（一系列點坐標），或是面（形狀決定於線）來表現客觀對象。例如，在住房細分中以多邊形來代表物產邊界，以點來精確表示位置。矢量同樣可以用來表示具有連續變化性的領域。利用等高線和不規則三角形格網（TIN）來表示海拔或其他連續變化的值。TIN的記錄對於這些連接成一個由三角形構成的不規則網格的點進行評估。三角形所在的面代表地形表面。
利用柵格或矢量數據模型來表達現實既有優點也有缺點。柵格數據設置在面內所有的點上都記錄同一個值，而矢量格式只在需要的地方存儲數據，這就使得前者所需的存儲的空間大於後者。對於柵格數據可以很輕易地實現覆蓋的操作，而對於矢量數據來說要困難得多。矢量數據可以像在傳統地圖上的矢量圖形一樣被顯示出來，而柵格數據在以圖象顯示時顯示對象的邊界將呈現模糊狀。
除了以幾何向量坐標或是柵格單元位置來表達的空間數據外，另外的非空間數據也可以被存儲。在矢量數據中，這些附加數據為客觀對象的屬性。例如，一個森林資源的多邊形可能包含一個標識符值及有關樹木種類的信息。在柵格數據中單元值可存儲屬性信息，但同樣可以作為與其他表格中記錄相關的標識符。 數據採集——向系統內輸入數據——它占據了GIS從業者的大部分時間。有多種方法向GIS中輸入數據，在其中它以數字格式存儲。
印在紙或聚酯薄膜地圖上的現有數據可以被數字化或掃描來產生數字數據。數字化儀從地圖中產生向量數據作為操作符軌跡點、線和多邊形的邊界。掃描地圖可以產生能被進一步處理生成向量數據的光柵數據。
測量數據可以從測量器械上的數字數據收集系統中被直接輸入到GIS中。從全球定位系統（GPS）——另一種測量工具中得到的位置，也可以被直接輸入到GIS中。遙感數據同樣在數據收集中發揮著重要作用，並由附在平台上的多個感測器組成。感測器包括攝像機、數字掃描儀和激光雷達，而平台則通常由航空器和衛星構成。 大部分數字數據來源於圖片判讀和航空照片。軟拷貝工作站用來數字化直接從數字圖像的立體象對中得到的特徵。這些系統允許數據以二維或三維捕捉，它們的海拔直接從用照相測量法原理的立體象對中測量得到。現今，模擬航空照片先被掃描然後再輸入到軟拷貝系統，但隨著高質量的數字攝像機越來越便宜，這一步也就可被省略了。 衛星遙感提供了空間數據的另一個重要來源。這里衛星使用不同的感測器包來被動地測量從主動感測器如雷達發射出去的電磁波頻譜或無線電波的部分的反射系數。遙感收集可以進一步處理來標識感興趣的對象和類例如土地覆蓋的光柵數據。
除了收集和輸入空間數據之外，屬性數據也要輸入到GIS中。對於向量數據，這包括關於在系統中的對象的附加信息。
輸入數據到GIS中後，通常還要編輯，來消除錯誤，或進一步處理。對於向量數據必須要「拓撲正確」才能進行一些高級分析。比如說，在公路網中，線必須與交叉點處的結點相連。像反沖或過沖的錯誤也必須消除。對於掃描的地圖，源地圖上的污點可能需要從生成的光柵中消除。例如，污物的斑點可能會把兩條本不該相連的線連在一起。 GIS可以執行數據重構來把數據轉換成不同的格式。例如，GIS可以通過在具有相同分類的所有單元周圍生成線，同時決定單元的空間關系，如鄰接和包含，來將衛星圖像轉換成向量結構。
由於數字數據以不同的方法收集和存儲，兩種數據源可能會不完全兼容。因此GIS必須能夠將地理數據從一種結構轉換到另一種結構。 財產所有權地圖與土壤分布圖可能以不同的比例尺顯示數據。GIS中的地圖數據必須能被操作以使其與從其它地圖獲得的數據對齊或相配合。在數字數據被分析前，它們可能得經過其它一些將它們整合進GIS的處理，比如，投影與坐標變換。 地球可以用多種模型來表示，對於地球表面上的任一給定點，各個模型都可能給出一套不同的坐標（如緯度，經度，海拔）。最簡單的模型是假定地球是一個理想的球體。隨著地球的更多測量逐漸累積，地球的模型也變得越來越復雜，越來越精確。事實上，有些模型應用於地球的不同區域以提供更高的精確度（如北美坐標系統，1983-NAD83-只適合在美國使用，而在歐洲卻不適用）。
投影是製作地圖的基礎部分，它是從地球的一種模型中轉換信息的數學方法，它將三維的彎曲表面轉換成二維的媒介（比如紙或電腦屏幕）。不同類型的地圖要採用不同的投影系統，因為每種投影系統有其自身的合適的用途。比如一種可以精確反映大陸形狀的投影會歪曲大陸的相對尺寸（翻譯的是英文的維基網路） 空間分析能力是GIS的主要功能，也是GIS與計算機制圖軟體相區別的主要特徵。空間分析是從空間物體的空間位置、聯系等方面去研究空間事物，以及對空間事物做出定量的描述。一般地講，它只回答What（是什麼？）、Where（在哪裡？）、How（怎麼樣？）等問題，但並不（能）回答Why（為什麼？）。空間分析需要復雜的數學工具，其中最主要的是空間統計學、圖論、拓撲學、計算幾何等，其主要任務是對空間構成進行描述和分析，以達到獲取、描述和認知空間數據；理解和解釋地理圖案的背景過程；空間過程的模擬和預測；調控地理空間上發生的事件等目的。
空間分析技術與許多學科有聯系，地理學、經濟學、區域科學、大氣、 地球物理、水文等專門學科為其提供知識和機理。
除了GIS軟體捆綁空間分析模塊外，也有一些專用的空間分析軟體，如GISLIB、SIM、PPA、Fragstats等。

5. 通過什麼方法可將測繪成果和地理信息系統聯系起來

這要看你所說的是什麼樣的測繪成果。
1.如果是紙質地圖就需要先進行掃描，掃描成TIFF格式或者JPG格式，然後在GIS軟體（例如ArcGIS、MapGIS、R2V等都可以進行數字化）中進行數字化，然後就可以在GIS軟體中進行相應的分析操作了，同樣要是你有的是JPG格式的圖片，方法一樣。
2.如果你所說的測繪成果指的是CAD之類的文件（dwg格式或者dxf格式）那就更好辦了，都轉成DXF格式，在大多數GIS軟體中都能進行格式轉換，直接將你所有的格式轉換成GIS軟體可以進行操作的格式。
攝影測量跟地理信息系統聯系非常密切，幾乎所有的地理信息系統本科以上的專業都要開攝影測量課程。不管你所說的測繪成果是什麼格式的文件，只要是測繪這方面的，都可以在GIS軟體中應用，只是過程難易的問題。
只能說這些了，不明白的話，請將你的問題說明的更詳細些，我可以幫你解答。

6. 地理信息系統在水文水資源方面有哪些應用

製作洪水風險圖、防洪排澇中下墊面土地利用分類統計、洪澇災害淹沒損失分析等等

7. 計算機技術在水文地質中的應用

康鳳新¹ 袁西龍²

（1.山東省地礦局，濟南250013；2.青島地質工程勘察院，青島266071）

作者簡介：康鳳新（1968—），男，研究員，主要從事水工環地質及地熱地質工作。

摘要：本文簡要論述了計算機技術在水文地質中的應用，包括二維動態數據處理、三維數據處理、數值法計算數據處理、資料庫建設及空間資料庫管理等。

關鍵詞：計算機技術；水文地質；應有

人類社會已進行了信息時代，其標志便是計算機技術日新月異的飛速發展。為了跟上時代發展的步伐，在水文地質研究中也應加強計算機技術的應用，逐步實現資料整理、參數及資源計算、數據管理、圖形繪制的計算機自動化，以提高工作效率、提高成果精度、增強高科技含量、增強市場競爭力。現就幾種常用計算機軟體在水文地質研究中的應用做一簡介。

1 二維動態數據處理

二維動態數據處理常用的計算機軟體是Golden Software，Inc.公司研製的Grapher。其特點是可以自動繪制非常復雜的二維動態曲線圖，並可集多因素動態曲線於一圖，便於綜合對比分析。同時，Grapher還可自動擬合出回歸方程，包括線性方程、指數方程、冪函數方程、對數方程、多項式方程等，供分析、預測預報用。

圖1展示的是趵突泉自1959年以來的流量動態變化曲線及根據多項式擬合方程自動繪制的曲線。

圖1 趵突泉實測流量變化曲線及其擬合曲線

縱坐標為趵突泉流量，10⁴m³/d，橫坐標為時間，年；實線為實測流量值，帶菱形符號的曲線為擬合值

圖2展示的是多因素動態曲線圖，包括礦化度（圖中的TDS）、總硬度（圖中的Total hardness）、水位（圖中的Water level）、水溫（圖中的Temperature）及開采量（圖中的Proction）等。

圖2 多因素動態曲線圖

Microsoft Excel 也可實現上述部分功能，但不如Grapher機動、靈活。

2 三維數據處理

三維數據處理最常用的計算機軟體是Golden Software，Inc.公司研製的Surfer。其特點是能夠自動繪制水位標高、水位埋深、水位降深、水溫、水化學、地面沉降量等三維圖件，及各種疊置圖。

圖3展示的是由Surfer繪制的羊庄盆地岩溶地下水位等值線圖、地下水流向圖與水面立體圖的疊置圖。從圖中可以清晰地看出地下水主徑流帶及匯集富水區的分布范圍，對空間水文地質特徵的研究變得直觀、形象、簡捷。

如圖4所示，Excel也可繪制另一類多因素三維圖。

3 數值法計算數據處理

Modflow是美國地質調查局開發研製的數值法計算機軟體，是英文Molar Three-dimensional Finite-difference Ground-water Flow Model的英文簡稱，即模塊化三維有限差分地下水流模型。Modflow在全世界范圍內得到了廣泛的應用，已經成為目前世界上最為流行的地下水運動數值模擬的計算機程序。其特點之一是可直接調用MapGIS、Surfer等數據格式，也能夠將輸出數據轉換為Grapher、Surfer格式（圖5、圖6）。這樣，便可將Modfow與Map-GIS、Grapher、Surfer等軟體結合起來，使繁瑣、復雜的數值法計算變得相對便捷、高效。

圖3 羊庄盆地岩溶地下水位等值線圖、地下水流向圖與水面立體圖的疊置圖

圖4 趵突泉多因子水質動態圖

圖5 Modflow計算、Grapher繪制的地下水位實測及擬合曲線

縱坐標為地下水位，m，橫坐標為時間，d；實線為Modflow計算地下水位，帶五角星的虛線為實測水位

圖6 Modflow計算、Surfer繪制的地下水位等值線及地下水流向圖

4 資料庫建設

處理海量水文地質、環境地質數據的最有效途徑之一是建立勘查、研究及監測資料庫。目前最流行的數庫系統軟體是FoxPro、最流行的高級編程語言是C＋ ＋。圖7就是利用這兩種軟體研製的地下水勘查信息系統所展示的成果之一。利用該系統可以方便地實現水源地數據查詢、統計、綜合分析、動態圖繪制等功能。

圖7 地下水信息系統水源地動態分析功能之一

5 空間資料庫管理

空間資料庫管理需藉助於地理信息系統（GIS）軟體。目前國際上最通用的GIS軟體是ESRI公司研製的ArcInfo和ArcView。ArcView可將一般資料庫與圖形庫鏈接起來，並可實現動態鏈接。圖8中的右下圖為山東省地下水水源地分布圖，用滑鼠選中某一水源地後，與其鏈接的外部資料庫便會自動打開，如圖8中的右上圖所示；同時，可利用定製的ArcView中的Grapher功能，自動生成各種動態曲線圖或柱形圖與餅圖，如圖8中的左圖所示。

6 結語

在水文地質工作中，無論是野外資料整理，還是室內參數及資源計算、數據管理、圖形繪制，都可以實現計算機自動化處理。

圖8 圖形庫與外部資料庫的動態鏈接

參考文獻

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Kang Fengxin and Yuan Xilong，2001.GIS Application for the Management of Groundwater Resources in Shandong Province，China，CCOP TECHNICAL BULLETIN VOL.30—Geo-information and GIS Application for the Urban Areas of East and Southeast Asia，GSJ/AIST

Kang Fengxin and Xu Junxiang，2000.Urban Environmental Geologic Problems and Its Countermeasures in Shandong Province，China，Technical Documents in Hydrology，No.27—Future groundwater resources at risk，UNESCO，Paris

8. 地理信息系統的發展概況急~！！！！！

GIS 是為解決資源與環境等全球性問題而發展起來的技
術與產業。上世紀60 年代中期，加拿大開始研究建立世界上
第一個地理信息系統(CGIS)，隨後又出現了美國哈佛大學的
SYMAP 和GRID 等系統。自那時起，GIS 開始服務於經濟建設
和社會生活。在北美、西歐和日本等發達國家，現在已建立
了國家級、洲際之間以及各種專題性的地理信息系統。我國
GIS 的研究與應用始於上世紀80 年代，近30 年來發展也十分
迅速，在計算機輔助繪制地圖等方面開展了大量基礎性的試
驗與研究工作，在理論、技術方法和實踐經驗等方面都有了
長足的進步。
1.國外地理信息系統(GIS) 發展的4 個階段
（1）模擬地理信息系統階段
自19 世紀以來就得到廣泛應用的地圖——模擬的圖形數
據庫和描述地理的文獻著作——模擬的屬性資料庫相結合，
構成了地理信息系統的基本概念模型。但是，這種模擬式的、
基於紙張的信息系統和信息過程，使得空間相關數據的存貯、
管理、量算與分析、應用極不規范、不方便和效率低下。隨
著計算機科學的興起，數字地理信息的管理與使用成為必然。
（2）學術探索階段
上世紀50 年代，由於電子技術的發展及其在測量與制圖
學中的應用，人們開始有可能用電子計算機來收集、存貯和
處理各種與空間和地理分布有關的圖形和屬性數據。1956 年，
奧地利測繪部門首先利用電子計算機建立了地籍資料庫，隨
後這一技術被各國廣泛應用於土地測繪與地籍管理。1963 年，
加拿大測量學家首先提出地理信息系統這一術語，並建立了
世界上第一個地理信息系統—— 加拿大地理信息系統
（CGIS），用於資源與環境的管理和規劃。稍後，北美和西歐
成立了許多與GIS 有關的組織與機構，如美國城市與區域信
息系統協會（URISA），國際地理聯合會（IGU）地理數據收集
和處理委員會（CGDPS）等，極大地促進了地理信息系統
知識與技術的傳播和推廣應用。
（3）飛速發展和推廣應用階段
上世紀70 年代以後，由於計算機技術的工業化、標准化
與實用化，以及大型商用資料庫系統的建立與使用，地理信
息系統對地理空間數據的處理速度與能力取得突破性進展。
其結果是：①一些發達國家先後建立了許多專業性的土地信
息系統（LIS）和資源與環境信息系統（GIS）；②關於GIS 軟
件、硬體和項目開發的商業公司篷勃發展。到1989 年，國際
市場上有報價的GIS 軟體達70 多個，並出現一些有代表性的
公司和產品。③數字地理信息的生產標准化、工業化和商品
化。④各種通用和專用的地理空間分析模型得到深入研究和
廣泛使用，GIS 的空間分析能力顯著增強。⑤有關GIS 的具有
技術權威和行政權威的行業機構和研究部門在GIS 的應用發
展中發揮引導和驅動作用。
（4）地理信息產業的形成和社會化地理信息系統的出現
上世紀90 年代以來，隨著互聯網路的發展及國民經濟信
息化的推進，地理信息系統作為大的地理信息中心，進入日
常辦公室和千家萬戶之中，從面向專業領域的項目開發到綜
合性城市與區域的可持續發展研究，從政府行為、學術行為
發展到公民行為和信息民主，成為信息社會的重要技術基礎。
2.國內地理信息系統(GIS)發展現狀
我國對GIS 的研究起步較晚，但是近30 年來，在各級政
府和有關人士的大力呼籲和促動下，我國的地理信息系統事
業突飛猛進，成績巨大。我國GIS 的發展可以劃分為3 個階
段。
（1）起步准備階段（1978～1985 年）
主要在概念和理論體系的引入與建立，關於遙感分析、
制圖和數字地面模型的試驗研究，以及軟、硬體的引進，相
應規范的研究，局部系統或試驗系統的開發研究，為GIS 的
全面發展奠定基礎。
（2）加速發展階段（1985～1995 年）
GIS 作為一個全國性的研究與應用領域，進行了有計劃、
有目標、有組織的科學試驗與工程建設，取得一定的社會經
濟效益。主要表現在：①GIS 教育與知識傳播的熱浪此起彼伏，
GIS 成為空間相關領域的熱門話題；②GIS 建設引起各級
政府高度重視，其發展機制由學術推動演變為政府推動；③
部分城市和沿海地區GIS 建設率先進入實施階段，並取得階
段性成果；④出現商品化的國產GIS 軟體、硬體品牌；出現
專門的GIS 的管理中心、研究機構與公司；出現專門的GIS
協會，涌現一批GIS 專門人才；出現專門的刊物與展示會；
初步形成全國性的GIS 市場。⑤在應用模式、行業模式和管
理方面作了有益的探索。
（3）地理信息產業化階段（1995－）
目前，我國GIS 的發展正處於向產業化階段過渡的轉折
點。能否藉助國際大氣候的東風，倚重國內經濟高速發展的
大好形勢，搭乘全球信息高速公路的快車，實現地理信息產
業化和國民經濟信息化，這是國內地理信息界人士面臨的嚴
重挑戰和千載難逢的機遇。而在這一過程中，一方面需要探
索建立一套政府宏觀調控與市場機制相結合的地理信息產業
模式。另一方面，則要充分總結和借鑒國內外地理信息系統
項目建設的經驗和教訓，掌握地理信息系統的發展動向，建
立起行之有效的地理信息系統工程學的理論、方法與管理模
式。
（三）地理信息系統(GIS)的發展動向
近年來地理信息系統技術發展迅速，其主要的原動力來
自日益廣泛的應用領域對地理信息系統不斷提高的要求。另
一方面，計算機科學的飛速發展為地理信息系統提供了先進
的工具和手段，許多計算機領域的新技術，如面向對象技術、
三維技術、圖象處理和人工智慧技術都可直接應用到地理信
息系統中。下面對當前地理信息系統研究中的幾個熱點研究
領域作一介紹。
1.GIS 中面向對象技術研究
面向對象方法為人們在計算機上直接描述物理世界提供
了一條適合於人類思維模式的方法，面向對象的技術在GIS
中的應用，即面向對象的GIS，已成為GIS 的發展方向。這是
因為空間信息較之傳統資料庫處理的一維信息更為復雜、瑣
碎，面向對象的方法為描述復雜的空間信息提供了一條直觀、
結構清晰、組織有序的方法，因而倍受重視。面向對象的GIS
較之傳統GIS 有下列優點：(1)所有的地物以對象形式封裝，
而不是以復雜的關系形式存儲，使系統組織結構良好、清晰；
(2)以對象為基礎，消除了分層的概念；(3)面向對象的分類
結構和組裝結構使GIS 可以直接定義和處理復雜的地物類型；
(4)根據面向對象後編譯的思想，用戶可以在現有抽象數據類
型和空間操作箱上定義自己所需的數據類型和空間操作方
法，增強系統的開發性和可擴充性；(5)基於icon 的面向對
象的用戶界面，便於用戶操作和使用。
2.時空系統
傳統的地理信息系統只考慮地物的空間特性，忽略了其
時間特性。在許多應用領域中，如環境監測、地震救援、天
氣預報等，空間對象是隨時間變化的，而這種動態變化的規
律在求解過程中起著十分重要的作用。過去GIS 忽略時態主
要是受器件的限制，也有技術方面的原因。近年來，對GIS
中時態特性的研究變得十分活躍，即所謂「時空系統」。
地物除了具有三維空間中的空間性質外，如何刻畫時間
維的變化也十分重要。通常把GIS 的時間維分成處理時間維
和有效時間維。處理時間又稱資料庫時間或系統時間，它指
在GIS 中處理發生的時間。有效時間亦稱事件時間或實際時
間，它指在實際應用領域事件出現的時間。
根據處理時間和有效時間的劃分，可以把時空系統分為4
類：靜態時空系統、歷史時態系統、回溯時態系統和雙時態
系統。
(1)靜態時空系統。它既不支持處理時間，也不支持有效
時間，系統只保留應用領域的一種狀態，比如當前狀態。(2)
歷史時態系統。它只支持有效時間，這種系統適用於事件實
際發生的歷史對問題求解十分重要的應用領域。(3)回溯時態
系統。它只支持處理時間，這種系統適用於信息系統的歷史
對問題求解十分重要的應用領域。(4)雙時態系統。它同時支
持處理時間和有效時間。處理時間記錄了信息系統的歷史，
有效時間記錄了事件發生的歷史。 時空系統主要研究時空模
型，時空數據的表示、存儲、操作、查詢和時空分析。
3.地理信息建模系統
通用GIS 的空間分析功能對於大多數的應用問題是遠遠
不夠的，因為這些領域都有自己獨特的專用模型，目前通用
的GIS 大多通過提供進行二次開發的工具和環境來解決這一
問題。二次開發工具的一個主要問題是它對於普通用戶而言
過於困難。而GIS 成功應用於專門領域的關鍵在於支持建立
該領域特有的空間分析模型。GIS 應當支持面向用戶的空間分
析模型的定義、生成和檢驗的環境，支持與用戶互動式的基
於GIS 的分析、建模和決策。這種GIS 系統又稱為地理信
息建模系統(GIMS)。GIMS 是目前GIS 研究的熱點問題之一。
GIMS 的研究有幾個值得注意的動向。(1)面向對象在GIS
中的應用。面向對象技術用對象(實體屬性和操作的封裝)、
對象類結構(分類和組裝結構)、對象間的通訊來描述客觀世
界，為描述復雜的三維空間提供了一條結構化的途徑。這種
技術本身就為模型的定義和表示提供了有效的手段，因而在
面向對象GIS 基礎上研究面向對象的模型定義、生成和檢驗，
應當比在傳統GIS 上用傳統方法要容易得多。(2)基於icon
的用戶建模界面。建模過程中的對象和空間分析操作均以
icon 形式展示給用戶，用戶亦可自定義icon。用戶在對icon
的定義、選擇和操作中完成模型的定義和檢驗。這種方法較
之AML 這類宏語言要方便和直觀得多。(3)GIS 與其他的模型
和知識庫的結合。這是許多應用領域面臨的一個非常實際的
問題，即存在GIS 之外的模型和知識庫如何與GIS 耦合成一
個有機整體。
4.GIS 將往高維化發展
GIS 在礦山與地質領域的應用受到很大限制的重要原因
是其在處理三維問題上的不足。現有的GIS 軟體雖然可以用
數字高程模型來處理空間實體的高程坐標，但是由於他們無
法建立空間實體的三維拓撲關系，使得很多真三維操作難以
實現，因而人們將現有的GIS 稱為二維GIS 或2.5 維GIS。礦
山、地質以及氣象、環境、地球物理、水文等眾多的應用領
域都需要三維GIS 平台來支持他們大量的真三維操作。空間
可視化技術是指在動態、時空變換、多維的可交互的地圖條
件下探索視覺效果和提高視覺效果的技術。虛擬現實(VR)技
術，也稱虛擬環境和人工現實，已在游戲中成功使用。運用
空間可視化技術和虛擬現實技術進行地形環境模擬，真實再
現地景，用於互動式觀察和分析，提高對地形環境的認知效
果，是今後三維GIS 可視化發展的一個重點。四維GIS（4DGIS）
一般是指在原有的三維GIS 基礎上加入時間變數而構成的
GIS。許多人認為地質特徵是不變的，但實際上大部分地質特
征是動態的、變化的，不是所有地質情況都是變化緩慢的，
水災、地震、暴風雨以及滑坡都會使局部地質條件發生快速
而巨大的變化。地質學家對4D(立體3D 加上時間第4D)的空
間——時間模型尤感興趣。但是，增加一維將帶來很大的問
題。比如數據量的幾何級數增長，致使數據的採集、存取、
處理都帶來一系列的問題。不過，這些問題可以在計算機技
術、資料庫技術以及相關電子技術的發展而得到解決。因此，
如何設計4DGIS 並運用它來描述和處理地理對象的時態特徵
是一個重要的發展領域。

9. 地球信息科學在水文方面的應用

作為一個現代的科學術語,地球信息科學的出現僅僅十多年時間。它是在衛星遙感、全球定位系統、地理信息系統、數字傳輸網路等一系列現代信息技術高度集成,以及信息科學與地球系統科學交叉的基礎之上所形成的科學體系。雖然其理論與方法還處於初級階段,科學體系尚未完善,但它已得到國內外科技界的普遍關注。十年來,為了加強對資源開發與環境保護的系統調控和協調發展,許多國家都在積極發展地球信息科學。
地球信息科學的科學定義是地球系統科學、信息科學、地球信息技術交叉與融合的產物,它以信息流為手段研究地球系統內部物質流、能量流和人流的運動狀態與方式,由主部分組成「地球信息學」是其理論研究的主體,「地球信息技術」是其研究手段,「全球變化與區域可持續發展」是其主要應用研究領域。地球信息科學是地球科學的一門新興的重要分支學科和應用學科。
地球信息科學通過對地球圈層間信息傳輸過程與物理機制的研究來揭示地球信息機理,它是地球信息科學的重要理論支撐。以對地觀測系統、地理信息系統、電子地圖與信息高速公路所構成的以地理信息系統為核心的集成化技術體系,由於實現了地球信息的獲取、分析與傳播,因而形成了地球信息科學的重要技術框架。全球變化與區域可持續發展則是地球信息科學的重要應用領域。
在現代科學的理論體系中,信息、控制和系統是三個具有時代特徵意義並且有深刻內在聯系的重要科學概念。資訊理論、控制論和系統論的結合導致了現代科學方法論的重大突破,促成了現代科學技術的巨大變化。地球信息科學的研究對象是地球系統,應用資訊理論、控制論和系統論來研究地球系統就形成了地球信息科學的方法論。
地球信息科學的方法論可以概括為:
地球系統數據流—→地理信息系統(空間信息分析) 信息流—→
專業模型、專家系統(策略、方案分析) 知識流—→
策略、方案實施調節、控制—→地球系統的信息流通與反饋鏈條。
地理信息系統通過源於地球系統的數據流進行空間信息分析,將數據流轉換為信息流,實質上完成了對地球系統的了解和認識,即實現了對於這個復雜地球系統的認識過程。空間決策系統通過對來於地理信息系統的信息流進行空間決策分析,將信息流轉換為知識流(目的、計劃和策略信息流),實質上模擬了對於地球系統的調節和控製作用,即模擬了對於這個復雜地球系統的調控過程,而策略、方案的實施,則將知識流轉化為真正可供操作的調節和控制行為。
總之,地球信息科學的產生與發展,無論從理論上還是從技術上都將為地球科學問題的全球變化與區域可持續發展研究提供指導與支持。如果用人的一雙手形象地描述地球信息科學的應用,一隻手可以看作全球變化,每一個手指分別代表生物圈、水圈、大氣圈、土壤圈和岩石圈,五個方面相互作用構成了全球變化研究主題;另一隻手可以看作是區域可持續發展,大拇指代表信息流,其餘四指分別代表人流、物質流、能量流等。