怎么将水文与地理信息系统结合起

1. 专业人士请进：请问环保和地理信息系统如何结合与应用

GIS在环保中的作用应该主要是环境影响评价以及环境监测中的作用。因为GIS可以提供强大的图形处理和地理信息支持，在环境影响评价中，不仅仅可以显示现有的环境监测信息，同时也可以根据预测的数据结果建立扩散模型，在地图上显示出预测数据下的地图信息，为环保决策做出支持。建议你从支持的角度出发，描述GIS在环境影响评价中的作用。

2. 如何将地理信息系统和水文水资源的结合起来急急急

要联系的话，你还要将地形、气候、风带等联系起来

3. 如何在国土资源管理中构建地理信息系统

【摘要】在我国的国土资源管理中，要想实现有效管理，就要对涉及土地的数据信息资源进行合理分类，做到数据信息按类别储存，便于日常管理中对信息的调用。在目前的国土资源管理中，地理信息系统已经成为重要的辅助管理系统。有了地理信息系统之后，国土资源管理中的土地自然信息和数据得到了有效管控。目前在国土资源管理中构建地理信息系统已经成为加强国土资源管理的重要手段，成为了国土资源管理发展的必然趋势。所以，我们必须对地理信息系统有足够的了解，做好构建地理信息系统工作。
中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-3936104.htm
【关键词】国土资源管理；构建；地理信息系统
【中图分类号】K90
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0054-02
一、前言
在我国的国土资源管理过程中，为了有效实现对地理信息数据的管理，需要根据实际国土资源情况建立相应的地理信息系统。从目前国土资源管理来看，地理信息系统已经开始发挥着越来越重要的作用。为了保证国土资源管理取得更积极的效果，构建地理信息系统成为了未来发展的必然趋势，实现地理基础数据管理信息化也成为了国土资源管理的必然要求。从这一角度来看，在国土资源管理中构建地理信息系统对于提高管理效率、发挥国土资源管理的积极效果有着重要影响。
二、国土资源管理中地理信息系统数据的搜集
构建国土资源管理地理信息系统的时候，数据的搜集是一种重要的环节。由于国土资源管理涉及的土地数据种类多，总体信息量巨大，如何保证数据的搜集效率和准确性成为了数据搜集工作的关键。所以，为了保证国土资源管理中地理信息系统发挥正常作用，我们就要在数据搜集方面下功夫。通常的做法是利用现代信息测绘技术搜集基础数据，成功搜集数据之后，对数据进行初次核对比较，确定数据准确后，将搜集到的基础地理信息数据分类储存。这样以来，可以保证数据搜集的准确性和完整性。
三、国土资源管理中地理信息系统的组成
从目前国土资源管理地理信息系统来看，主要包含四个方面的数据子系统：城市基础空间数据子系统、土地基础数据子系统、矿产资源与地质环境数据子系统、元数据子系统。以下我们重点分析这四个子系统：
1、城市基础空间数据子系统
在城市基础空间数据子系统中，主要包含以下数据：（1）基础测绘数据（2）数据正射影像图（3）地名数据（4）遥感信息（5）行政区域界线信息（6）属性数据。这六种数据，是组成城市基础空间数据子系统的重要数据，也是整个地理信息系统中的基础数据之一。在国土资源管理中，城市和农村是主要的两个土地资源管理方向，因此城市基础空间数据子系统包含了城市土地资源的主要信息。在对这些数据进行测量和搜集的时候，我们要利用GIS技术进行测量，保证数据的准确性，要根据数据的类别进行分类存储。
2、土地基础数据子系统
在国土资源管理中，地理数据信息系统中包含了大量的土地基础数据，这些土地基础数据主要以下几种：（1）土地利用数据（2）土地利用规划数据（3）地籍数据（4）地价数据（5）农用土地分等定级数据（6）建设项目用地数据库和土地开发、复垦与整理数据等，这些数据涵盖了国土资源管理中土地基础的各个方面。从目前的国土资源管理的实际情况来看，土地基础数据子系统中数据种类越多，地理信息系统覆盖的范围就越广，所起到的作用也越积极。由此可见，我们必须不断丰富土地基础数据子系统中包含的数据，不断拓展数据范围。
3、矿产资源与地质环境数据子系统
在国土资源管理中，除了对土地的管理，矿产资源与地质环境也是重要的管理内容。而对矿产资源和地质环境的管理也是依靠地理信息系统来实现的。所以，我们在构建地理信息系统的过程中，要将矿产资源与地质环境数据作为重要的子系统。矿产资源与地质环境基础数据主要包括矿业权管理数据、矿产资源储量数据、矿产资源规划数据、矿产资源开发利用数据和地质环境管理数据。从以上的数据种类可以看出，矿产资源与地质环境数据子系统中包含了大量有用的数据，我们必须保证数据的准确性，并不断更新矿产资源数据和地质环境数据。
4、元数据子系统
元数据（Metadata）是“关于数据的数据”，也称描述数据或诠释数据的数据。它用以描述现有数据的位置、来源、内容、属性和状态，是数据标准化的重要内容之一。元数据是描述跨地域、跨行业的各类数据来源、权属、精度、范围等信息的数据，将整个集成系统的各个数据纳入统一的管理之下，形成跨系统的数据管理，并维持整个系统数据的完整性。在国土资源管理中的地理信息系统之中，元数据子系统成为实现地理信息系统有效管理的重要手段，保证了整个系统数据的有效性，提高了数据管理效率和准确性，使地理信息系统能够发挥重要作用。
四、国土资源管理中地理信息系统如何实现资源共享
由于国土资源管理中涉及的地理信息数据种类多、信息量大，要想实现全面管理并发挥信息数据的作用存在一定的困难。构建了地理信息系统之后，不但有助于对地理信息数据的全面管理，也为地理信息数据的利用提供了新的方式和手段。在目前地理信息系统中，对信息数据实现资源共享主要采取了以下方式：
1、将地理信息数据通过打印、印刷以及复制等方式，以纸质文件的方式提供给用户，实现地理信息数据的资源共享。
2、建立地理信息数据库，搭建地理信息系统公共服务平台，与网络技术结合，将平台搭载在互联网上，使用户在权限内实现对地理信息数据的网络查询和调用。
3、将地理信息数据放在互联网上，支持地理信息数据的文件传输和在线下载。
4、将地理信息数据系统与局域网络或公共网络互联，为专属网络的群体提供地理信息数据的查询和下载服务，实现国土资源管理中地理信息数据的资源共享。
五、国土资源管理中地理信息系统的设计原则
在构建国土资源管理中地理信息系统的时候，我们要根据系统功能的需要，遵守以下设计原则：
1、保证视图的有效性原则
视图可以被看成是虚拟表或存储查询。可通过视图访问的数据不作为独特的对象存储在系统数据库内。系统数据库内存储的是SELECT语句。SELECT语句的结果集构成视图所返回的虚拟表。使用视图与使用表的方法一致，即在SQL语句中通过引用视图名称来使用虚拟表。
2、保证存储过程优化性原则
存储过程是SQL语句和可选控制流语句的预编译集合，以一个名称存储并作为一个单元处理。存储在数据库内，可由应用程序通过一个调用执行，而且具备允许用户声明变量、有条件执行等其他强大的编程功能。
3、正确使用系统中的触发器
触发器是一种特殊类型的存储过程，当使用下面的一种或多种数据修改操作在指定表中对数据进行修改时，触发器会生效：UPDATE、INSERT或DELETE。触发器可以查询其他表，而且可以包含复杂的SQL语句，它们主要用于强制复杂的业务规则或要求。
六、结论
通过本文的分析，我们对如何在国土资源管理中构建地理信息系统有着初步的认识。从这一过程中我们看到，地理信息系统在国土资源管理中起到了重要的作用，在国土资源管理中构建地理信息系统是十分必要的，对提高国土资源管理效率和管理质量有着十分重要的帮助。所以，我们今后要在国土资源管理中，积极构建地理信息系统，发挥地理信息系统的积极作用，促进国土资源管理的有效进行。
参考文献
[1]叶建中.国土资源管理信息系统整合研究[J].浙江国土资源，2006，22（11）：49-51
[2]杜培军，方涛，国土资源信息化建设中有关数据问题的探讨[J].国土资源信息化，2002，5（3）：24-27
[3]王效强.关于国土资源信息化建设有关的问题思考[c]//江苏省测绘学会2002学术年会.现代测绘，2002，25（31）：207-208，212
[4]姚敏，钟耳顺，方利，国土资源空间数据一体化的集成与管理[J].地球信息科学，2006，5（2）：24—29

4. 地理信息系统的实现方法

如果能将你所在州的降雨和你所在县上空的照片联系起来，就可以判断出哪块湿地在一年的某些时候会干涸。一个GIS系统就能够进行这样的分析，它能够将不同来源的信息以不同的形式应用。对于源数据的基本要求是确定变量的位置。位置可能由经度、纬度和海拔的x，y，z坐标来标注，或是由其他地理编码系统比如ZIP码，又或是高速公路英里标志来表示。任何可以定位存放的变量都能被反馈到GIS。一些政府机构和非政府组织正在生产制作能够直接访问GIS的计算机数据库。可以将地图中不同类型的数据格式输入GIS。GIS系统同时能将不是地图形式的数字信息转换可识别利用的形式。例如，通过分析由遥感生成的数字卫星图像，可以生成一个与地图类似的有关植被覆盖的数字信息层。
同样，人口调查或水文表格数据也可在GIS系统中被转换成作为主题信息层的地图形式。 GIS数据以数字数据的形式表现了现实世界客观对象(公路、土地利用、海拔)。 现实世界客观对象可被划分为二个抽象概念: 离散对象(如房屋) 和连续的对象领域(如降雨量或海拔)。这二种抽象体在GIS系统中存储数据主要的二种方法为：栅格（网格）和矢量。
栅格（网格）数据由存放唯一值存储单元的行和列组成。它与栅格（网格）图像是类似的，除了使用合适的颜色之外，各个单元记录的数值也可能是一个分类组（例如土地使用状况）、一个连续的值（例如降雨量）或是当数据不是可用时记录的一个空值。栅格数据集的分辨率取决于地面单位的网格宽度。通常存储单元代表地面的方形区域，但也可以用来代表其它形状。栅格数据既可以用来代表一块区域，也可以用来表示一个实物。
矢量数据利用了几何图形例如点、线（一系列点坐标），或是面（形状决定于线）来表现客观对象。例如，在住房细分中以多边形来代表物产边界，以点来精确表示位置。矢量同样可以用来表示具有连续变化性的领域。利用等高线和不规则三角形格网（TIN）来表示海拔或其他连续变化的值。TIN的记录对于这些连接成一个由三角形构成的不规则网格的点进行评估。三角形所在的面代表地形表面。
利用栅格或矢量数据模型来表达现实既有优点也有缺点。栅格数据设置在面内所有的点上都记录同一个值，而矢量格式只在需要的地方存储数据，这就使得前者所需的存储的空间大于后者。对于栅格数据可以很轻易地实现覆盖的操作，而对于矢量数据来说要困难得多。矢量数据可以像在传统地图上的矢量图形一样被显示出来，而栅格数据在以图象显示时显示对象的边界将呈现模糊状。
除了以几何向量坐标或是栅格单元位置来表达的空间数据外，另外的非空间数据也可以被存储。在矢量数据中，这些附加数据为客观对象的属性。例如，一个森林资源的多边形可能包含一个标识符值及有关树木种类的信息。在栅格数据中单元值可存储属性信息，但同样可以作为与其他表格中记录相关的标识符。 数据采集——向系统内输入数据——它占据了GIS从业者的大部分时间。有多种方法向GIS中输入数据，在其中它以数字格式存储。
印在纸或聚酯薄膜地图上的现有数据可以被数字化或扫描来产生数字数据。数字化仪从地图中产生向量数据作为操作符轨迹点、线和多边形的边界。扫描地图可以产生能被进一步处理生成向量数据的光栅数据。
测量数据可以从测量器械上的数字数据收集系统中被直接输入到GIS中。从全球定位系统（GPS）——另一种测量工具中得到的位置，也可以被直接输入到GIS中。遥感数据同样在数据收集中发挥着重要作用，并由附在平台上的多个传感器组成。传感器包括摄像机、数字扫描仪和激光雷达，而平台则通常由航空器和卫星构成。 大部分数字数据来源于图片判读和航空照片。软拷贝工作站用来数字化直接从数字图像的立体象对中得到的特征。这些系统允许数据以二维或三维捕捉，它们的海拔直接从用照相测量法原理的立体象对中测量得到。现今，模拟航空照片先被扫描然后再输入到软拷贝系统，但随着高质量的数字摄像机越来越便宜，这一步也就可被省略了。 卫星遥感提供了空间数据的另一个重要来源。这里卫星使用不同的传感器包来被动地测量从主动传感器如雷达发射出去的电磁波频谱或无线电波的部分的反射系数。遥感收集可以进一步处理来标识感兴趣的对象和类例如土地覆盖的光栅数据。
除了收集和输入空间数据之外，属性数据也要输入到GIS中。对于向量数据，这包括关于在系统中的对象的附加信息。
输入数据到GIS中后，通常还要编辑，来消除错误，或进一步处理。对于向量数据必须要“拓扑正确”才能进行一些高级分析。比如说，在公路网中，线必须与交叉点处的结点相连。像反冲或过冲的错误也必须消除。对于扫描的地图，源地图上的污点可能需要从生成的光栅中消除。例如，污物的斑点可能会把两条本不该相连的线连在一起。 GIS可以执行数据重构来把数据转换成不同的格式。例如，GIS可以通过在具有相同分类的所有单元周围生成线，同时决定单元的空间关系，如邻接和包含，来将卫星图像转换成向量结构。
由于数字数据以不同的方法收集和存储，两种数据源可能会不完全兼容。因此GIS必须能够将地理数据从一种结构转换到另一种结构。 财产所有权地图与土壤分布图可能以不同的比例尺显示数据。GIS中的地图数据必须能被操作以使其与从其它地图获得的数据对齐或相配合。在数字数据被分析前，它们可能得经过其它一些将它们整合进GIS的处理，比如，投影与坐标变换。 地球可以用多种模型来表示，对于地球表面上的任一给定点，各个模型都可能给出一套不同的坐标（如纬度，经度，海拔）。最简单的模型是假定地球是一个理想的球体。随着地球的更多测量逐渐累积，地球的模型也变得越来越复杂，越来越精确。事实上，有些模型应用于地球的不同区域以提供更高的精确度（如北美坐标系统，1983-NAD83-只适合在美国使用，而在欧洲却不适用）。
投影是制作地图的基础部分，它是从地球的一种模型中转换信息的数学方法，它将三维的弯曲表面转换成二维的媒介（比如纸或电脑屏幕）。不同类型的地图要采用不同的投影系统，因为每种投影系统有其自身的合适的用途。比如一种可以精确反映大陆形状的投影会歪曲大陆的相对尺寸（翻译的是英文的维基网络） 空间分析能力是GIS的主要功能，也是GIS与计算机制图软件相区别的主要特征。空间分析是从空间物体的空间位置、联系等方面去研究空间事物，以及对空间事物做出定量的描述。一般地讲，它只回答What（是什么？）、Where（在哪里？）、How（怎么样？）等问题，但并不（能）回答Why（为什么？）。空间分析需要复杂的数学工具，其中最主要的是空间统计学、图论、拓扑学、计算几何等，其主要任务是对空间构成进行描述和分析，以达到获取、描述和认知空间数据；理解和解释地理图案的背景过程；空间过程的模拟和预测；调控地理空间上发生的事件等目的。
空间分析技术与许多学科有联系，地理学、经济学、区域科学、大气、 地球物理、水文等专门学科为其提供知识和机理。
除了GIS软件捆绑空间分析模块外，也有一些专用的空间分析软件，如GISLIB、SIM、PPA、Fragstats等。

5. 通过什么方法可将测绘成果和地理信息系统联系起来

这要看你所说的是什么样的测绘成果。
1.如果是纸质地图就需要先进行扫描，扫描成TIFF格式或者JPG格式，然后在GIS软件（例如ArcGIS、MapGIS、R2V等都可以进行数字化）中进行数字化，然后就可以在GIS软件中进行相应的分析操作了，同样要是你有的是JPG格式的图片，方法一样。
2.如果你所说的测绘成果指的是CAD之类的文件（dwg格式或者dxf格式）那就更好办了，都转成DXF格式，在大多数GIS软件中都能进行格式转换，直接将你所有的格式转换成GIS软件可以进行操作的格式。
摄影测量跟地理信息系统联系非常密切，几乎所有的地理信息系统本科以上的专业都要开摄影测量课程。不管你所说的测绘成果是什么格式的文件，只要是测绘这方面的，都可以在GIS软件中应用，只是过程难易的问题。
只能说这些了，不明白的话，请将你的问题说明的更详细些，我可以帮你解答。

6. 地理信息系统在水文水资源方面有哪些应用

制作洪水风险图、防洪排涝中下垫面土地利用分类统计、洪涝灾害淹没损失分析等等

7. 计算机技术在水文地质中的应用

康凤新¹ 袁西龙²

（1.山东省地矿局，济南250013；2.青岛地质工程勘察院，青岛266071）

作者简介：康凤新（1968—），男，研究员，主要从事水工环地质及地热地质工作。

摘要：本文简要论述了计算机技术在水文地质中的应用，包括二维动态数据处理、三维数据处理、数值法计算数据处理、数据库建设及空间数据库管理等。

关键词：计算机技术；水文地质；应有

人类社会已进行了信息时代，其标志便是计算机技术日新月异的飞速发展。为了跟上时代发展的步伐，在水文地质研究中也应加强计算机技术的应用，逐步实现资料整理、参数及资源计算、数据管理、图形绘制的计算机自动化，以提高工作效率、提高成果精度、增强高科技含量、增强市场竞争力。现就几种常用计算机软件在水文地质研究中的应用做一简介。

1 二维动态数据处理

二维动态数据处理常用的计算机软件是Golden Software，Inc.公司研制的Grapher。其特点是可以自动绘制非常复杂的二维动态曲线图，并可集多因素动态曲线于一图，便于综合对比分析。同时，Grapher还可自动拟合出回归方程，包括线性方程、指数方程、幂函数方程、对数方程、多项式方程等，供分析、预测预报用。

图1展示的是趵突泉自1959年以来的流量动态变化曲线及根据多项式拟合方程自动绘制的曲线。

图1 趵突泉实测流量变化曲线及其拟合曲线

纵坐标为趵突泉流量，10⁴m³/d，横坐标为时间，年；实线为实测流量值，带菱形符号的曲线为拟合值

图2展示的是多因素动态曲线图，包括矿化度（图中的TDS）、总硬度（图中的Total hardness）、水位（图中的Water level）、水温（图中的Temperature）及开采量（图中的Proction）等。

图2 多因素动态曲线图

Microsoft Excel 也可实现上述部分功能，但不如Grapher机动、灵活。

2 三维数据处理

三维数据处理最常用的计算机软件是Golden Software，Inc.公司研制的Surfer。其特点是能够自动绘制水位标高、水位埋深、水位降深、水温、水化学、地面沉降量等三维图件，及各种叠置图。

图3展示的是由Surfer绘制的羊庄盆地岩溶地下水位等值线图、地下水流向图与水面立体图的叠置图。从图中可以清晰地看出地下水主径流带及汇集富水区的分布范围，对空间水文地质特征的研究变得直观、形象、简捷。

如图4所示，Excel也可绘制另一类多因素三维图。

3 数值法计算数据处理

Modflow是美国地质调查局开发研制的数值法计算机软件，是英文Molar Three-dimensional Finite-difference Ground-water Flow Model的英文简称，即模块化三维有限差分地下水流模型。Modflow在全世界范围内得到了广泛的应用，已经成为目前世界上最为流行的地下水运动数值模拟的计算机程序。其特点之一是可直接调用MapGIS、Surfer等数据格式，也能够将输出数据转换为Grapher、Surfer格式（图5、图6）。这样，便可将Modfow与Map-GIS、Grapher、Surfer等软件结合起来，使繁琐、复杂的数值法计算变得相对便捷、高效。

图3 羊庄盆地岩溶地下水位等值线图、地下水流向图与水面立体图的叠置图

图4 趵突泉多因子水质动态图

图5 Modflow计算、Grapher绘制的地下水位实测及拟合曲线

纵坐标为地下水位，m，横坐标为时间，d；实线为Modflow计算地下水位，带五角星的虚线为实测水位

图6 Modflow计算、Surfer绘制的地下水位等值线及地下水流向图

4 数据库建设

处理海量水文地质、环境地质数据的最有效途径之一是建立勘查、研究及监测数据库。目前最流行的数库系统软件是FoxPro、最流行的高级编程语言是C＋ ＋。图7就是利用这两种软件研制的地下水勘查信息系统所展示的成果之一。利用该系统可以方便地实现水源地数据查询、统计、综合分析、动态图绘制等功能。

图7 地下水信息系统水源地动态分析功能之一

5 空间数据库管理

空间数据库管理需借助于地理信息系统（GIS）软件。目前国际上最通用的GIS软件是ESRI公司研制的ArcInfo和ArcView。ArcView可将一般数据库与图形库链接起来，并可实现动态链接。图8中的右下图为山东省地下水水源地分布图，用鼠标选中某一水源地后，与其链接的外部数据库便会自动打开，如图8中的右上图所示；同时，可利用定制的ArcView中的Grapher功能，自动生成各种动态曲线图或柱形图与饼图，如图8中的左图所示。

6 结语

在水文地质工作中，无论是野外资料整理，还是室内参数及资源计算、数据管理、图形绘制，都可以实现计算机自动化处理。

图8 图形库与外部数据库的动态链接

参考文献

Cees van Westen，1997.Introction to Geographic Information Systems，Geo-hazard Management in Coastal Areas，CCOP COASTPLAN Workshop，Osaka，Japan

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. 地理信息系统的发展概况急~！！！！！

GIS 是为解决资源与环境等全球性问题而发展起来的技
术与产业。上世纪60 年代中期，加拿大开始研究建立世界上
第一个地理信息系统(CGIS)，随后又出现了美国哈佛大学的
SYMAP 和GRID 等系统。自那时起，GIS 开始服务于经济建设
和社会生活。在北美、西欧和日本等发达国家，现在已建立
了国家级、洲际之间以及各种专题性的地理信息系统。我国
GIS 的研究与应用始于上世纪80 年代，近30 年来发展也十分
迅速，在计算机辅助绘制地图等方面开展了大量基础性的试
验与研究工作，在理论、技术方法和实践经验等方面都有了
长足的进步。
1.国外地理信息系统(GIS) 发展的4 个阶段
（1）模拟地理信息系统阶段
自19 世纪以来就得到广泛应用的地图——模拟的图形数
据库和描述地理的文献着作——模拟的属性数据库相结合，
构成了地理信息系统的基本概念模型。但是，这种模拟式的、
基于纸张的信息系统和信息过程，使得空间相关数据的存贮、
管理、量算与分析、应用极不规范、不方便和效率低下。随
着计算机科学的兴起，数字地理信息的管理与使用成为必然。
（2）学术探索阶段
上世纪50 年代，由于电子技术的发展及其在测量与制图
学中的应用，人们开始有可能用电子计算机来收集、存贮和
处理各种与空间和地理分布有关的图形和属性数据。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
后这一技术被各国广泛应用于土地测绘与地籍管理。1963 年，
加拿大测量学家首先提出地理信息系统这一术语，并建立了
世界上第一个地理信息系统—— 加拿大地理信息系统
（CGIS），用于资源与环境的管理和规划。稍后，北美和西欧
成立了许多与GIS 有关的组织与机构，如美国城市与区域信
息系统协会（URISA），国际地理联合会（IGU）地理数据收集
和处理委员会（CGDPS）等，极大地促进了地理信息系统
知识与技术的传播和推广应用。
（3）飞速发展和推广应用阶段
上世纪70 年代以后，由于计算机技术的工业化、标准化
与实用化，以及大型商用数据库系统的建立与使用，地理信
息系统对地理空间数据的处理速度与能力取得突破性进展。
其结果是：①一些发达国家先后建立了许多专业性的土地信
息系统（LIS）和资源与环境信息系统（GIS）；②关于GIS 软
件、硬件和项目开发的商业公司篷勃发展。到1989 年，国际
市场上有报价的GIS 软件达70 多个，并出现一些有代表性的
公司和产品。③数字地理信息的生产标准化、工业化和商品
化。④各种通用和专用的地理空间分析模型得到深入研究和
广泛使用，GIS 的空间分析能力显着增强。⑤有关GIS 的具有
技术权威和行政权威的行业机构和研究部门在GIS 的应用发
展中发挥引导和驱动作用。
（4）地理信息产业的形成和社会化地理信息系统的出现
上世纪90 年代以来，随着互联网络的发展及国民经济信
息化的推进，地理信息系统作为大的地理信息中心，进入日
常办公室和千家万户之中，从面向专业领域的项目开发到综
合性城市与区域的可持续发展研究，从政府行为、学术行为
发展到公民行为和信息民主，成为信息社会的重要技术基础。
2.国内地理信息系统(GIS)发展现状
我国对GIS 的研究起步较晚，但是近30 年来，在各级政
府和有关人士的大力呼吁和促动下，我国的地理信息系统事
业突飞猛进，成绩巨大。我国GIS 的发展可以划分为3 个阶
段。
（1）起步准备阶段（1978～1985 年）
主要在概念和理论体系的引入与建立，关于遥感分析、
制图和数字地面模型的试验研究，以及软、硬件的引进，相
应规范的研究，局部系统或试验系统的开发研究，为GIS 的
全面发展奠定基础。
（2）加速发展阶段（1985～1995 年）
GIS 作为一个全国性的研究与应用领域，进行了有计划、
有目标、有组织的科学试验与工程建设，取得一定的社会经
济效益。主要表现在：①GIS 教育与知识传播的热浪此起彼伏，
GIS 成为空间相关领域的热门话题；②GIS 建设引起各级
政府高度重视，其发展机制由学术推动演变为政府推动；③
部分城市和沿海地区GIS 建设率先进入实施阶段，并取得阶
段性成果；④出现商品化的国产GIS 软件、硬件品牌；出现
专门的GIS 的管理中心、研究机构与公司；出现专门的GIS
协会，涌现一批GIS 专门人才；出现专门的刊物与展示会；
初步形成全国性的GIS 市场。⑤在应用模式、行业模式和管
理方面作了有益的探索。
（3）地理信息产业化阶段（1995－）
目前，我国GIS 的发展正处于向产业化阶段过渡的转折
点。能否借助国际大气候的东风，倚重国内经济高速发展的
大好形势，搭乘全球信息高速公路的快车，实现地理信息产
业化和国民经济信息化，这是国内地理信息界人士面临的严
重挑战和千载难逢的机遇。而在这一过程中，一方面需要探
索建立一套政府宏观调控与市场机制相结合的地理信息产业
模式。另一方面，则要充分总结和借鉴国内外地理信息系统
项目建设的经验和教训，掌握地理信息系统的发展动向，建
立起行之有效的地理信息系统工程学的理论、方法与管理模
式。
（三）地理信息系统(GIS)的发展动向
近年来地理信息系统技术发展迅速，其主要的原动力来
自日益广泛的应用领域对地理信息系统不断提高的要求。另
一方面，计算机科学的飞速发展为地理信息系统提供了先进
的工具和手段，许多计算机领域的新技术，如面向对象技术、
三维技术、图象处理和人工智能技术都可直接应用到地理信
息系统中。下面对当前地理信息系统研究中的几个热点研究
领域作一介绍。
1.GIS 中面向对象技术研究
面向对象方法为人们在计算机上直接描述物理世界提供
了一条适合于人类思维模式的方法，面向对象的技术在GIS
中的应用，即面向对象的GIS，已成为GIS 的发展方向。这是
因为空间信息较之传统数据库处理的一维信息更为复杂、琐
碎，面向对象的方法为描述复杂的空间信息提供了一条直观、
结构清晰、组织有序的方法，因而倍受重视。面向对象的GIS
较之传统GIS 有下列优点：(1)所有的地物以对象形式封装，
而不是以复杂的关系形式存储，使系统组织结构良好、清晰；
(2)以对象为基础，消除了分层的概念；(3)面向对象的分类
结构和组装结构使GIS 可以直接定义和处理复杂的地物类型；
(4)根据面向对象后编译的思想，用户可以在现有抽象数据类
型和空间操作箱上定义自己所需的数据类型和空间操作方
法，增强系统的开发性和可扩充性；(5)基于icon 的面向对
象的用户界面，便于用户操作和使用。
2.时空系统
传统的地理信息系统只考虑地物的空间特性，忽略了其
时间特性。在许多应用领域中，如环境监测、地震救援、天
气预报等，空间对象是随时间变化的，而这种动态变化的规
律在求解过程中起着十分重要的作用。过去GIS 忽略时态主
要是受器件的限制，也有技术方面的原因。近年来，对GIS
中时态特性的研究变得十分活跃，即所谓“时空系统”。
地物除了具有三维空间中的空间性质外，如何刻画时间
维的变化也十分重要。通常把GIS 的时间维分成处理时间维
和有效时间维。处理时间又称数据库时间或系统时间，它指
在GIS 中处理发生的时间。有效时间亦称事件时间或实际时
间，它指在实际应用领域事件出现的时间。
根据处理时间和有效时间的划分，可以把时空系统分为4
类：静态时空系统、历史时态系统、回溯时态系统和双时态
系统。
(1)静态时空系统。它既不支持处理时间，也不支持有效
时间，系统只保留应用领域的一种状态，比如当前状态。(2)
历史时态系统。它只支持有效时间，这种系统适用于事件实
际发生的历史对问题求解十分重要的应用领域。(3)回溯时态
系统。它只支持处理时间，这种系统适用于信息系统的历史
对问题求解十分重要的应用领域。(4)双时态系统。它同时支
持处理时间和有效时间。处理时间记录了信息系统的历史，
有效时间记录了事件发生的历史。 时空系统主要研究时空模
型，时空数据的表示、存储、操作、查询和时空分析。
3.地理信息建模系统
通用GIS 的空间分析功能对于大多数的应用问题是远远
不够的，因为这些领域都有自己独特的专用模型，目前通用
的GIS 大多通过提供进行二次开发的工具和环境来解决这一
问题。二次开发工具的一个主要问题是它对于普通用户而言
过于困难。而GIS 成功应用于专门领域的关键在于支持建立
该领域特有的空间分析模型。GIS 应当支持面向用户的空间分
析模型的定义、生成和检验的环境，支持与用户交互式的基
于GIS 的分析、建模和决策。这种GIS 系统又称为地理信
息建模系统(GIMS)。GIMS 是目前GIS 研究的热点问题之一。
GIMS 的研究有几个值得注意的动向。(1)面向对象在GIS
中的应用。面向对象技术用对象(实体属性和操作的封装)、
对象类结构(分类和组装结构)、对象间的通讯来描述客观世
界，为描述复杂的三维空间提供了一条结构化的途径。这种
技术本身就为模型的定义和表示提供了有效的手段，因而在
面向对象GIS 基础上研究面向对象的模型定义、生成和检验，
应当比在传统GIS 上用传统方法要容易得多。(2)基于icon
的用户建模界面。建模过程中的对象和空间分析操作均以
icon 形式展示给用户，用户亦可自定义icon。用户在对icon
的定义、选择和操作中完成模型的定义和检验。这种方法较
之AML 这类宏语言要方便和直观得多。(3)GIS 与其他的模型
和知识库的结合。这是许多应用领域面临的一个非常实际的
问题，即存在GIS 之外的模型和知识库如何与GIS 耦合成一
个有机整体。
4.GIS 将往高维化发展
GIS 在矿山与地质领域的应用受到很大限制的重要原因
是其在处理三维问题上的不足。现有的GIS 软件虽然可以用
数字高程模型来处理空间实体的高程坐标，但是由于他们无
法建立空间实体的三维拓扑关系，使得很多真三维操作难以
实现，因而人们将现有的GIS 称为二维GIS 或2.5 维GIS。矿
山、地质以及气象、环境、地球物理、水文等众多的应用领
域都需要三维GIS 平台来支持他们大量的真三维操作。空间
可视化技术是指在动态、时空变换、多维的可交互的地图条
件下探索视觉效果和提高视觉效果的技术。虚拟现实(VR)技
术，也称虚拟环境和人工现实，已在游戏中成功使用。运用
空间可视化技术和虚拟现实技术进行地形环境仿真，真实再
现地景，用于交互式观察和分析，提高对地形环境的认知效
果，是今后三维GIS 可视化发展的一个重点。四维GIS（4DGIS）
一般是指在原有的三维GIS 基础上加入时间变量而构成的
GIS。许多人认为地质特征是不变的，但实际上大部分地质特
征是动态的、变化的，不是所有地质情况都是变化缓慢的，
水灾、地震、暴风雨以及滑坡都会使局部地质条件发生快速
而巨大的变化。地质学家对4D(立体3D 加上时间第4D)的空
间——时间模型尤感兴趣。但是，增加一维将带来很大的问
题。比如数据量的几何级数增长，致使数据的采集、存取、
处理都带来一系列的问题。不过，这些问题可以在计算机技
术、数据库技术以及相关电子技术的发展而得到解决。因此，
如何设计4DGIS 并运用它来描述和处理地理对象的时态特征
是一个重要的发展领域。

9. 地球信息科学在水文方面的应用

作为一个现代的科学术语,地球信息科学的出现仅仅十多年时间。它是在卫星遥感、全球定位系统、地理信息系统、数字传输网络等一系列现代信息技术高度集成,以及信息科学与地球系统科学交叉的基础之上所形成的科学体系。虽然其理论与方法还处于初级阶段,科学体系尚未完善,但它已得到国内外科技界的普遍关注。十年来,为了加强对资源开发与环境保护的系统调控和协调发展,许多国家都在积极发展地球信息科学。
地球信息科学的科学定义是地球系统科学、信息科学、地球信息技术交叉与融合的产物,它以信息流为手段研究地球系统内部物质流、能量流和人流的运动状态与方式,由主部分组成“地球信息学”是其理论研究的主体,“地球信息技术”是其研究手段,“全球变化与区域可持续发展”是其主要应用研究领域。地球信息科学是地球科学的一门新兴的重要分支学科和应用学科。
地球信息科学通过对地球圈层间信息传输过程与物理机制的研究来揭示地球信息机理,它是地球信息科学的重要理论支撑。以对地观测系统、地理信息系统、电子地图与信息高速公路所构成的以地理信息系统为核心的集成化技术体系,由于实现了地球信息的获取、分析与传播,因而形成了地球信息科学的重要技术框架。全球变化与区域可持续发展则是地球信息科学的重要应用领域。
在现代科学的理论体系中,信息、控制和系统是三个具有时代特征意义并且有深刻内在联系的重要科学概念。信息论、控制论和系统论的结合导致了现代科学方法论的重大突破,促成了现代科学技术的巨大变化。地球信息科学的研究对象是地球系统,应用信息论、控制论和系统论来研究地球系统就形成了地球信息科学的方法论。
地球信息科学的方法论可以概括为:
地球系统数据流—→地理信息系统(空间信息分析) 信息流—→
专业模型、专家系统(策略、方案分析) 知识流—→
策略、方案实施调节、控制—→地球系统的信息流通与反馈链条。
地理信息系统通过源于地球系统的数据流进行空间信息分析,将数据流转换为信息流,实质上完成了对地球系统的了解和认识,即实现了对于这个复杂地球系统的认识过程。空间决策系统通过对来于地理信息系统的信息流进行空间决策分析,将信息流转换为知识流(目的、计划和策略信息流),实质上模拟了对于地球系统的调节和控制作用,即模拟了对于这个复杂地球系统的调控过程,而策略、方案的实施,则将知识流转化为真正可供操作的调节和控制行为。
总之,地球信息科学的产生与发展,无论从理论上还是从技术上都将为地球科学问题的全球变化与区域可持续发展研究提供指导与支持。如果用人的一双手形象地描述地球信息科学的应用,一只手可以看作全球变化,每一个手指分别代表生物圈、水圈、大气圈、土壤圈和岩石圈,五个方面相互作用构成了全球变化研究主题;另一只手可以看作是区域可持续发展,大拇指代表信息流,其余四指分别代表人流、物质流、能量流等。