前言：中文期刊網精心挑選了地學空間分析范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
地學空間分析范文1
【關鍵詞】 地心坐標系 地球橢球 地理空間 制圖區域 制圖物體 地圖符號
地理系統研究人類賴以生存與生活和影響所及的整個自然環境與社會經濟環境[1]。人類為了生存和發展的需要，必須以各種技術手段，采集和獲取地理空間的相關信息?，F代測繪學，是信息科學的一個分支，是獲得物體的空間位置和屬性信息[2]。地圖作為空間信息的一種載體，它通過人們創設的地圖符號集合，能把制圖區域內復雜的空間存在壓縮為二維的簡單關系，從而使廣域空間內的自然現象和社會經濟現象的空間分布、地理特征和相互關系躍然紙上。二維地圖是人類認識上的飛躍，是人類原始思維向抽象化發展的結果[3]。地圖總涉及到地理空間、制圖區域和制圖物體等基本概念。在現行的大中專教材及有關地圖學文獻中，尚未見這些基本概念的數學定義，因而不能從理論的高度對其概括和闡釋。本文是筆者對地理空間、制圖區域、制圖物體數學定義的研究及其關聯的地圖符號的數學分析。
1 地理空間事物的橢球面定位
1.1 地心坐標系
以地球質心為大地坐標原點的坐標系，即地心坐標系。這種坐標系統是闡明地球上各種地理和物理現象，特別是空間物體運動的本始參考系。但長期以來，由于人類不能精確確定地心的位置，因而較少使用。目前利用空間技術等手段，已可在cm量級上確定它的位置，因此采用地心坐標系在當今既有必要性也有了可能性?，F在利用空間技術得到的定位和影像等成果，客觀上都是以地心坐標系為參照系[4]。使用地心坐標系，在國際上已成為一種明顯的趨勢。
地球空間事物的定位，涉及地球的形狀和一定的坐標系。全球范圍內，可用地心大地坐標系和地心笛卡爾坐標系表示點的空間位置。
1.1.1 地球橢球
大地水準面包圍的地球形體比較接近真實的地球形狀，但仍是一個有100m起伏幅度的復雜曲面，不能用簡單的數學方程表示，更難以在此面上進行簡單而又精密的坐標和幾何計算[5]。為此，測繪科學中常以一個接近地球整體形狀的旋轉橢球代替真實的地球形體，這個旋轉橢球稱為參考橢球。在現代大地測量中，規定參考橢球是等位橢球或水準橢球，即參考橢球與正常橢球一致。一個等位旋轉橢球由四個常數定義，這四個常數常是赤道半徑a，地心引力常數gm，動力形狀因子j2，旋轉速度ω?？紤]到便于利用gps與國際兼容，我國建議采用參考橢球：a=6378137m；f=1∶298.257222101；gm=3986004.418×；ω=7292115×。根據這四個常數，可以得出一系列導出常數[6]。根據地球的扁率f，可以求出橢球短半徑b，從而可用數學方程表示一個已知長半徑a和短半徑b的橢球。
1.1.2 地心大地坐標系dl
地心大地坐標系是使地球質心作橢球中心，以過所求點c的橢球面法線與赤道面的夾角φ為緯度，以過c點的子午面與初始子午面的二面角λ為經度，以c點沿法線到橢球面的距離為大地高h，用c點的三個分量φ、λ、h表示其空間位置。地心大地坐標也即三維地理坐標系，記作dl。對于任何地球空間點c，總存在c=（φ、λ、h）∈dl|φ[0°～±90°]， λ∈[0°～±180°]，h∈[-h～+h]。已知地球橢球的長半徑a和短半徑b，可定義橢球面。
定義1 地球橢球面 對c∈（φ、λ、h）∈dl，存在c1=（0°，λ，o）， c2 =（0°，-λ，o），c3 =（90°，λ，o），c4=（-90°，λ，o）∧d1（c1，c2）/2=a∧d2（c3，c4）/2=b，若點集滿足：
s={c|c=（φ、λ、h）∈dl，φ∈[0°～±90°]，λ∈[0°～±180°]，h=0} （1）
則稱s為以a為長半徑，b為短半徑的橢球面。若a，b分別為地球參考橢球的長、短半徑，則稱s為地球橢球面。
1.1.3 地心笛卡爾坐標系dk
以地心o為坐標原點，選擇一個以赤道平面上一組相互垂直的直線為x、y軸，而以地軸為z軸，這樣的坐標系稱地心笛卡爾坐標系，記作dk。若以地球參考橢球的長半徑a和短半徑b作常數，則地球橢球面也可定義。
定義2 地球橢球面 存在地球橢球的長半徑a和短半徑b，若點集滿足：
s=｛c|c=（x，y，z）∈dk∧ =1｝
（2）
則稱s為以a為長半徑，b為短半徑的地球橢球面，其中2b即地軸兼旋轉軸[7]。
1.2 地理空間
地理科學研究的對象是地球的表層，具體地講，上至同溫層底部，下到巖石圈的上部，指陸地住下5～6公里，海洋往下4公里。設地球表層的上限為h1，下限為h2，從而得h的定義域（適用于“地球表層”概念）為h∈[-h2，h1]。根據h的取值，以h=0的橢球面為界面，可定義地球內空間和外空間。
定義3 地球內空間 滿足條件
intk=｛p|p=（φ，λ，h）∈dl∧-h2≤h＜o｝
（3）
的點集，稱為地球內空間。
地球內空間即指巖石圈頂部至地球橢球面之間部分。由橢球面與真實地球表面之間的差異，因此存在雖在地表之上卻因其處于橢球面內側而屬于地球內空間的點集。
定義4 地球外空間 滿足條件
extk=｛p|p=（φ，λ，h）∈dl∧o＜h≤h1｝
（4）
的點集，稱為地球外空間。
地球外空間即是地球橢球面到同溫層底部的空間。由于橢球面與自然面之間的差異，同樣存在雖在地表之下卻因處于橢球面外側而屬地球外空間的點集。
定義5 地理空間 地球內空間entk、地球橢球面s和地球外空間entk的并集，稱為地理空間，即
k=entk∪s∪extk|entk，s，extk∈dl
（5）
由于地理空間的上下限h1和-h2的選擇與地球表層概念相適應，因此，地理空間的定義也就是地球表層的數學表述。
2 制圖區域和制圖物體
2.1 同胚
定義6 同胚 設x和y是兩個隨意的拓撲空間，并設f：xy。如果f是連續的雙一一函數，并且它的反函數f -1也是連續的，那么，f就叫做空間x到空間y上的同胚或拓撲映射或拓撲變換；此時空間x與空間y叫做同胚的，記作x≈y。
如果f是空間x到空間y上的一個同胚，ax，并且b=f（a），則稱點集a與點集b是同胚的，記作a≈b；此時又稱點集b是點集a在同胚f之下的同胚象或拓撲象。如果f是空間x到空間y上的一個同胚，g是空間y到空間z上的一個同胚，則復合函數gf是x到z上的一個同胚?？臻g的同胚關系≈是一個等價關系[5]。地貌等高線圖形，也就是其上覆地貌的同胚象[6]。
2.2 覆蓋空間
定義7 覆蓋空間 設e和b是連通且局部道路連通的拓撲空間，f∶eb是連續滿射，如果對于每個c∈b，存在c的道路連通開域u，使得f把f -1（u）的每個通路連通分支同胚地映射成u，則稱（e，f）是b的覆蓋空間，這種u稱為容許鄰域，b稱為底空間，f稱為覆蓋投影[10，11]。
2.3 制圖區域和制圖物體
2.3.1 橢球面上點c與過c點的橢球面法線hc的雙一一函數關系
設c為橢球面s上的任意點，c∈s，過c點能且僅能作一條法線hc指向地理空間k。由于大地高h以橢球面為起算面，故地球外空間extk=｛hc|0＜hc≤h1｝，地球內空間intk=｛hc|-h2≤hc＜0｝。顯然，地球空間的橢球面法線hc與橢球面上的投影點c是雙一一函數?，F把覆蓋空間定義應用于地球外空間extk與地球橢球面s：令覆蓋定義中的e=extk，b=s，f是連續滿射，c∈s，|f -1（c）=hc∈extk，這里s是底空間，（f， extk）是s的覆蓋空間，f為覆蓋投影，c是hc在f下的同胚象或拓撲象。同理可說明地球內空間與地球橢球面的關系。
2.3.2 制圖區域和制圖物體的橢球面定位
定義8 制圖區域 設a為s的子集，as，如果a是s中一個連通的開集，那末，a就叫做s中的一個區域。點c∈a，c的鄰域u的原象f -1（u） ∈f -1（a）被作為制圖對象時，則稱f -1（u）為制圖物體。f -1（a）在橢球面上的投影a稱為制圖區域。c的鄰域u在球面上的外在特征有三種：
1） 當u=c為單一點時，稱c為f -1（u）的點狀定位；
2） 當u=lc，lc表現為線狀連通集時，稱lc為f -1（u）的線狀定位；
地學空間分析范文2
一、生平簡介
陳述彭（1920.2—2008.11）曾是中國科學院學部委員（院士），后當選為第三世界科學院院士及國際歐亞科學院院士。任中國科學院遙感應用研究所名譽所長，資源與環境信息系統國家重點實驗室名譽主任。他還曾擔任國際歐亞科學院中國科學中心副主席兼地球信息科學學部主任，國際地理聯合會地理數據地理模型委員會委員，國際空間委員會中國委員會委員，IGBP中國委員會委員，中國地理學會理事長，中國國際減災委員會科技顧問，國家遙感中心顧問以及中巴資源衛星應用分系統總設計師等。陳述彭創辦了《地球信息科學(學報)》和《遙感信息》等刊物并長期擔任主編，著有《地學的探索》六卷、《石堅文存》三卷，聯合撰寫《遙感地學分析》、《地理信息系統導論》、《地球信息科學》、《遙感信息機理研究》、《地學信息圖譜》等專著，主編《遙感大詞典》及《地球系統科學》等大型工具書，主持設計編輯和印制了《中華人民共和國大地圖集—自然地圖集》、《中國陸地衛星遙感分析圖集》等大型圖集，發表中、英、俄文論文300多篇。曾獲國家自然科學二等、三等獎，國家科技進步獎，何梁何利獎，陳嘉庚地球科學獎，國際歐亞科學院一級勛章，美國地理學會0.Miller金質獎章等獎項。
二、陳述彭的地學思想
1.陳述彭地學思想的啟蒙
陳述彭從小興趣廣泛，5歲起跟著父親學習識字。在長沙高級中學時刊登的《南岳游記》受到校長的贊賞，成為了引導陳述彭走上地學的第一個無聲信號。1927年陳述彭以優異的成績考入浙江大學。在的烽火年代，竺可楨先生大力倡導著徐霞客的毅力和精神，熱愛自然，熱愛祖國，推崇科學、民主的求實精神，浙大史地系更是名家云集，老師們講授地球演化的歷史、自然演化的過程、文化人類學、歷史地理學，嚴格的野外基本訓練和系統的地學基礎知識令陳述彭大開眼界。浙大的學術空氣異常濃郁：涂長望教授的大氣物理、氣象觀測，葉良輔教授的歷史低值和演示抗污分析，任美鍔教授的地形發育旋回和經濟地理區位理論，譚其驤教授的沿革地理，張其昀教授的地緣政治天上地下，自然人文，展現出了地球科學的大千世界，這些積累為他后來樹立一切從實際出發實踐第一的精神和建立可持續發展的理論思維打下了初步基礎，這里也成為樹立陳述彭地學科學大有可為這一堅定信念的發源地。
2.以歷史唯物主義為基礎研究地學歷史的發展規律
陳述彭十分注重基于歷史唯物主義的研究方法，他系統的分析和研究我國地圖學發展過程，發表了《地圖的故事》、《地圖史話》等論述。以歷史唯物主義的觀點，結合歷史背景和社會發展對地學的需求分析其發展的歷史過程，剖析社會效益和歷史作用。他憑借豐富的歷史和人文基礎知識及理論，闡述了地學作為自然科學與社會科學的橋梁在與人類社會共同進步過程中的普遍發展規律。陳述彭科學的分析評價了中國和世界古代地圖科學的先驅希臘的托勒密和中國的裴秀，指出：“在世界地圖科學史上，希臘的托勒密和中國的裴秀，好像兩顆璀璨的明星，東西輝映。他們的著作標志著山谷時代地圖學的總結性成就，反映了東方和西方不同的發展特點，奠定了地圖學的基石，對后來地圖制圖產生過長期的、深遠的影響?！标愂雠磉€分析了中世紀西方和中國地學研究停滯不前的原因，肯定了中國羅盤、齒輪、造紙、印刷術對世界測繪發展的貢獻，對于近代地形圖測繪和專題地圖的出現與發展也有著深入的思索，并以此為基礎系統地總結了地圖學幾個主要歷史階段的時代體征，并提出了以史為鑒自力更生的發展道路。
3.以實踐為基礎的區域論地學思想
地學研究往往都是通過環境論與人地關系論視角、區域—空間論的視角、綜合的視角或地理學的空間表述完成的。在傳統的地學思想中，系統論和區域論是二元對立的，但現代地學研究中卻大量運用了系統科學的信息論、控制論、系統論等要素作為方法依據。現代地學既注重對實體性、具體性區域的綜合性和獨特性分析，同時也采用區位分析和空間分析手段強調空間模式化、理論化研究。陳述彭明確指出地理建設、規劃、實踐中應堅持“因地制宜”，任何空間政策的實施都不應做概括性處理，而是根據地理環境的差異做適當的調整。陳述彭以大量科學考察和野外觀測為基礎，在1947《螳螂川流域之地文與人生》的碩士論文中，通過大量的基礎數據和繪圖，闡述了對區域地文與人生綜合、邏輯研究的趨勢。文章從分析該區域的自然背景、地形發育和人地關系方面入手，探究區域內各種地理因素間的相互影響，指出地理現象之整合性與綜合性:“如具有生命之機體，不容分割且具個性”，通過分析個別地理因素為區域地理研究打下基礎。他還先后赴遵義、沁河流域、桂林七星巖、南嶺山地等一系列對于地理典型區域具有代表意義的人地景觀開展地貌、自然基礎、地文與人生的研究，注重通過挖掘各區域的演變與歷史發展過程，恰當的運用注重空間分布和空間差異性的區域論地理學思想，詮釋被研究對象的整體性和統一性。在早年的《桂林七星巖喀斯特洞穴地貌圖》中，陳述彭以現有的地形—地質平面圖和綜合剖面圖為基礎，提出關于洞穴地貌演進過程的假設和推斷。在論述了洞穴地貌圖的六種類型后，歸納總結出了一般地貌制圖的基本步驟。陳述彭還在《遵義附近之相對地勢》一文中對地文分析方法中有關“相對地勢”的計算方法開展過比較研究，在《遵義附近之聚落》中對“估計人口之方法”給予了論述，這些都不失為區域論地學研究的典型實例。隨著二十世紀五十年代，陳述彭以任務帶科研組織開展大地圖集編制時，將地理學研究和地圖制圖相結合，明確了制圖綜合研究方法是建立在對制圖區域整體認識基礎上的系統論的整體觀。在地圖學研究過程中，陳述彭重視區域各種地理因素之間的相互影響及其空間差異性，分析當地地文與人文之間的密切關系，強調綜合制圖要以自然綜合體與經濟體綜合體為依據，注重“自然綜合體的內在聯系與自然地帶規律性的體現”和“區域各種地理要素之相互影響，與當地的地文與人生之深切關系”的研究思路，指出制圖實踐“能具體揭示自然綜合體的類型和分布規律，反應地域之間的相似性與差異性，為進行主導因素分析，地理相關研究和疊置法的運用提供可靠地地圖資料”的論述，形成的基于系統性區域論地理學思維方式和研究方法的地圖制圖理論，這一系列在地圖制圖理論與方法上的示范和影響，啟發了當時一代的地理與地圖工作及愛好者，隨后的十余年全國出現了綜合制圖和綜合地圖集的編制期。
4.以系統論、認識論和各種地學方法推動遙感地學的研究
地學空間分析范文3
關鍵詞：地理信息系統（GIS）；礦產資源；評價
隨著找礦難度和找礦風險的增大，礦床勘查和開發成本的提高，找礦勘探效率的降低，人們開始探尋礦產勘查的新理論、新技術和新方法，于是，便出現了運用地理信息系統(Geographic Information System，簡稱GIS)進行礦產資源評價，也相應地開發出了一些基于GIS的系統，如金屬礦產資源評價分析系統(MORPA S)、礦產資源綜合信息礦產資源預測評價系統和固體礦產資源GIS評價系統(MRES) 等。
一、GIS 應用于礦產資源預測的作用及優勢
地理信息系統（GIS）是在計算機硬、軟件支持下，以采集、存儲、管理、分析、描述和應用與空間地理分布有關的數據的計算機系統，GIS 作為在礦產資源評價中的強有力的工具，有著眾多不可比擬的優勢。
（一）強大的數據管理功能
GIS數據庫可完成多遠的地學信息綜合管理，在礦產資源評價中涉及的有關地質、地物、地化、遙感信息通過數字化后進入系統，可長期保存，保障了礦產資源評價的順利和有效的開展。于此同時，也可快捷完成信息查詢、檢索、分析。在對數據進行綜合分析后，可以輸出高質量的成果圖件。
（二）高效的數據統計分析功能
在圖件上可精確地統計各種地質體空間幾何屬性,如面積、周長等,有助于定量研究地質問題,完成手工操作不能完成的工作。同時，可在不用進行地質信息數據轉化的情況下,對數據進行數理統計,減少礦產預測中的人為因素。
（三）強大的空間分析能力
GIS區別于其它地理信息系統的最主要特點就是其具有強大的空間分析能力。GIS應用于礦產資源評價,使其強大的空間分析能力得到最大發揮。GIS提供的空間分析(疊加、包含、相鄰關系、緩沖區、地形分析)及空間信息計算(面積、周長、距離等)等功能,實現了傳統方法難以進行的對各種地質體的多種空間關系的定量分析。
（四）便捷的模型可視化功能
利用DEM、TIN模型完成各種空間測量科學數據的可視化，可方便地將成礦信息數據處理與GIS可視化結合起來。同時，GIS能夠保證成礦預測的過程可視化，將成礦預測工作可視化。
（五）快捷地完成空間信息查詢、檢索
既可根據專題屬性, 如地質圖層中檢索巖漿巖地質體, 又可完成不同專題數據空間交互條件查詢, 如檢索出某含礦地層中礦床數等。
二、應用GIS進行礦產資源預測的方法及思路
根據研究工作的程度不同，將進行礦產資源評價的方法分為經驗型與理論型。后者是在沒有已知礦床或已知礦床很少的情況下，信息通過遙感和地球物理數據推斷而來只能在對遙感等基礎數據的分析下，采用簡單的分級和以知識為基礎的方法。對于經驗模型法，我們主要采取以下步驟完成礦產資源評價：
（一）搜集資料
搜集研究區內與成礦有關的地質、礦點分布、地下巖性和構造、地球化學、航磁、重力等地球物理和遙感等資料。如有可能，在缺乏資料的地區可補充采集資料，據此進行綜合研究確定現代地質環境。
（二）確定礦床類型
根據研究區內的地質環境與全球范圍內已知的某種礦床類型有關的或與研究區內已知的礦床礦點地質環境進行對比，確定在以上地質環境中可能形成的礦床類型。
（三）建立找礦模型
根據區域地質背景,結合數據處理結果,研究區域成礦規律, 確定礦床類型的概念模型和描述性模型,建立多元信息找礦模型，列出各信息中的找礦標志。
（四）成礦信息的提取
根據量化后的模型，首先通過對專題數據的處理,如應用GIS的空間與屬性雙向檢索的功能處理地質數據、對其它專題數據進行處理，如坡度、坡向的運算、物探、化探數據異常的確定，遙感數據的解譯等得出參與綜合分析的單個條件的空間信息。
（五）預測資源量或儲量
根據確定的特征信息與成礦模型、預測模型計算資源量。同時，將結果編制成果圖件。
（六）模型的定量化與轉換
從每一個描述性模型中選擇出能確定該類型礦床存在與否的重要標志和一般性標志，并將其定量化，包括單個空間關系的確定和量化，以及多個空間關系集成的量化, 確定空間分析方法并轉換成GIS可表示和處理的形式。
（七）建立空間數據庫
用第一步搜集到的信息建立數據庫（空間數據庫與屬性數據庫) , 并用GIS 實現集成管理與靈活檢索。建庫時要解決現存數據的集成問題: 比例尺、定位與投影方式、數據精度與格式等。
三、需要解決的關鍵問題
（一）豐富的、高質量的空間與非空間數據是礦產資源評價的基礎
對于礦產資源評價的分析，應當充分利用一切可能利用的信息提高礦產資源評價的準確性。因此，在進行綜合分析之前，要對原始數據進行預處理，如投影變換、格式轉換，以保證建立高質量的數據。
（二）多源地學信息的管理是有效評價的保證
在GIS中對資源評價的效率很大程度上與數據庫質量成正比。一般有兩種管理空間信息的方法：一是目前大多數GIS軟件支持的GIS管理空間信息，用關系數據庫管理屬性信息的方法；由于礦產資源評價的地學信息種類多,內容復雜，設計一種新的有效的數據管理結構十分必要。在建立數據庫時，對于數據庫中的元數據的整理即保管也十分重要。
（三）找礦信息的量化與轉換
GIS可理解處理的形式主要指將成礦信息用具有空間拓撲關系的點、線、面及相應的屬性描述的圖層表示。地球物理( 重力、航磁等)、地球化學、遙感信息經一定的數學方法處理, 得出或推斷出與成礦有關的圖形信息。對于地質信息, 通過GIS提供的屬性檢索、空間信息的量算以及疊加、緩沖等空間分析功能, 可幫助完成從地質信息提取成礦信息的過程。
（四）礦產資源評價的空間分析方法
空間信息的分析方法是評價水平的關鍵。礦產資源預測成功與否在很大程度上取決于專家對測區的認識即預測模型。兩種方法的主要目的都是采用定量化表示專題屬性最后綜合生成預測。布爾邏輯、代數方法、模糊邏輯和神經網絡法是幾種常用的方法。
GIS在礦產資源評價中的應用，將大大地提高地學資料的綜合利用程度和地質工作者的效率，盡管目前一些基于GIS開發的預測系統還處于試運行階段，也存在一些問題，但從它們用于已知礦床所取得的成果看，其預測結果有很高的可信度。因此，GIS在礦產資源的定量和定性評價中都有很廣闊的前景。
參考文獻：
[1]王亞民,趙捧未.地理信息系統及其應用[M].西安:先電子科技大學出版社,2006.
[2]韓密,陳國旭,董高梅.基于GIS 礦產資源評價方法[J].資源開發與市場,2007,23（12）:1096- 1099.
地學空間分析范文4
關鍵詞：地理信息系統；課程實驗；要點分析
中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號文章編號：16727800（2014）001016702
作者簡介作者簡介：徐兵（1979-）男 ，碩士，廣東海洋大學信息學院講師，研究方向為圖像處理、GIS。
0 引言
地理信息系統通常簡稱為GIS（Geographic Information System），它是用于描述地理空間信息的計算機系統，融合了地圖學、地理學、測繪、計算機等多學科知識，并被廣泛地應用于城市規劃、國防軍事、防災減災、資源調查等領域[1]。本文所述《地理信息系統》是面向農學、資源環境等非地學專業學生的一門必修課程，為學生講授地理信息系統的基本原理和方法，使學生掌握常用的GIS工具軟件，熟悉基本的地學空間分析方法，能夠對已有地理數據熟練地進行采集、繪圖、建庫、空間分析、可視化等操作，并對各類空間數據進行統一管理[2]。由于課程是面向非地學專業學生開設，這些學生普遍缺少地理學、程序設計、數據庫、測繪信息等方面的知識儲備，在學習GIS軟件工具的過程中，很多學生對一些重要概念和空間分析操作往往不能很好地理解，造成實驗教學效果大打折扣[3]。因此，本文結合課程實驗教學實踐，總結出該課程的實驗教學要點，通過對要點進行分析歸納，有針對性地應用到以后的實驗教學中，以期提高課程實驗教學效果。
1 實驗教學目標
本文面向環境科學專業開設的《地理信息系統》課程安排了32學時理論教學、16學時的實驗教學以及32學時的學期末課程實習。在實踐教學環節，16學時實驗與理論教學同步，這些實驗主要安排ArcGIS、MapInfo等常用地理信息系統軟件的操作學習，其主要任務是使學生在對地理信息獲得感性認識的基礎上，接受常用GIS軟件進行制圖技術的基本訓練，培養學生獨立制圖、建立數據庫和屬性庫，學會基本空間分析的能力。而32學時的課程實習主要以實際應用案例為基礎，要求學生利用所學的GIS基本理論和空間分析方法，對實際應用案例進行分析、提出解決方案。通過課程實習一方面促使學生繼續深入掌握GIS基本工具軟件的使用；另一方面加強學生對GIS空間分析原理與方法的理解，并能夠學會運用GIS工具進行初步的空間分析應用，同時結合基本程序框架實現GIS應用的可視化表達，并提交實驗結果和分析報告。
2 實驗課程設置
2.1 基本實驗
該課程安排了8次共16個學時的基本實驗操作，主要包括：①地理信息系統軟件的基本操作；②數據文件與空間數據庫；③地圖數字化與專題制圖；④地圖查詢與統計分析；⑤GIS空間分析；⑥初步建立3D GIS；⑦GIS二次開發；⑧3S集成及其初步應用。這些實驗的設置與理論教學基本同步，在設置過程中由淺入深、由簡到難，基本覆蓋了GIS軟件操作的大部分內容。
2.2 課程實習
學期末的課程實習以地理信息系統工程的分析和開發案例為基礎，通過實際的項目開發完成課程實習報告，檢驗學生對GIS軟件以及對GIS軟件開發的掌握情況。在具體實習環節中，設置了多個實際應用案例，以“城市公交系統的優化及空間分析”為例進行說明。該實習題目的基本要求是：①以某個城市（比如湛江或廣州的某個區）的公交系統運行情況為基本背景，調查該區域現有的公交線路運行設置情況；②通過資料查找的方式獲得研究區域的城市交通圖，借助于ARCGIS或MapInfo軟件對該地圖進行數字化處理，按照地理信息系統工程應用的基本要求，對地圖進行配準、矢量化等處理；③以所學的地理空間分析基本原理和方法為依據，設計出城市公交系統線路優化、公交換乘、最短路徑等方案，可以選擇其中一個作為重點進行設計，并以選擇的功能為基礎，對地圖矢量化進行調整和優化；④運用所學的地學空間分析方法，對研究區域的公交系統進行線路優化、公交換乘、最短路徑等方案進行空間分析，得出空間分析結果，并對結果進行優化和評價；⑤以報告形式將上述過程完整記錄，并總結本次實習工作，提交最終報告和實習過程中的各類數據。
3 實驗教學要點分析
3.1 空間數據結構
空間數據結構是地理信息系統的一個重要基礎，在GIS系統開發中通過構建空間數據模型并定義各空間數據之間的關系，實現地理信息與屬性信息的關聯。在實驗教學中，學生對地圖分層、圖層控制、空間數據與屬性數據關系等概念往往理解不清晰，由于缺少數據庫相關知識，在建立空間數據時經常出現差錯、導致圖層分層不清晰，后續應用開發無法使用地圖的問題。因此，該知識點需要教師在實驗教學中給予足夠重視，通過理論講解與實際操作相結合的方式向學生解釋空間數據、屬性數據、空間數據庫構建等概念。一般來說，在GIS開發中，用戶可以根據自己的實際需求對整張電子地圖中的各類空間實體進行有序的分層處理，通過圖形分層方法將一張地圖分成不同圖層，相同的圖層代表用戶定義的特定的空間實體類。采用這樣的分層方法可以提高電子地圖中各類實體要素的檢索效率，便于后期GIS開發中調用各類圖層[4]。醫療衛生機構地理分布的空間分層結構如圖1所示。
圖1 空間數據結構
3.2 空間數據關聯
在GIS二次開發過程中涉及的數據包括圖形矢量數據、空間屬性數據和工程管理數據，不同的GIS二次開發平臺對數據格式、存儲標準等均有所差別。以MapInfo軟件為例，矢量化的圖層數據文件以標準格式存儲在目錄文件中，在圖層文件.TAB中通過設置每個地物對象的唯一編號（通常用地物ID號表示）來建立相應的空間索引。由于MapInfo自帶的數據表存儲容量有限，因此，通過.TAB文件的ID號與屬性數據表中地物的ID號進行關聯，建立起空間數據與屬性數據的索引機制，將更多的屬性信息通過空間索引機制存貯在關系數據庫系統中。通過地物對象屬性信息的ID號實現空間數據與屬性數據的對應關系[5]，以醫療機構的地理分布為例，其圖形文件與屬性數據表的關聯如圖2所示。
圖2 空間數據與屬性數據的關聯關系
3.3 空間分析
空間分析是GIS的主要功能之一，這也是課程教學中的重點內容。在講授空間分析問題時，經常會提到最短路徑問題，它是網絡分析中經常遇到的一個技術難點，在實驗教學中要求學生能夠掌握基本的最短路徑方法和應用。最短路徑不僅包括物理意義上的距離最短，還包括了如時間、費用、流量等其它多參數融合的度量，這實際上涉及到了學生運用最優化理論解決實際空間分析問題的能力。比如，在課程實習中要求學生分析城市公交換乘及其優化問題，在具體分析之前，會將相關的算法介紹給學生，其中，Dijkstra算法是在實驗教學中向學生介紹的最短路徑算法之一。學生在掌握基本的原理和方法后，開始設計整個公交換乘的算法、程序流程、空間表現結果等，在這一過程中可以重點考查學生的空間數據結構設計以及空間分析能力。在公交換乘算法中需要存儲一些地理信息，譬如節點、道路等信息，這就要求有一個較好的空間數據結構。此外，對于一個大型的城市公交網絡而言，Dijkstra算法的效率顯得尤為重要，這時需要重點考慮如何進行算法優化提高Dijkstra算法的計算速度（如基于cache的緩存計算方式）。通過這些實驗內容的優化設置能夠有效地鍛煉學生自主分析和解決問題的能力。
4 結語
實驗教學歷來是理工科類課程的重要組成部分，地理信息系統作為一門交叉綜合性課程，其實驗教學的重要性不言而喻。通過任課教師對課程實驗教學內容的優化設置、對實驗教學要點的深入分析，能夠幫助學生更好地掌握GIS基本原理與方法，并將所學理論融入到實際的GIS開發中。本文通過對實驗教學中的主要知識要點進行分析，為后續教學活動提供有益參考，有助于教師更準確地把握學生實驗中存在的問題，對加強實驗教學效果、提高實驗教學質量有一定的促進作用。
參考文獻參考文獻：
[1] 田雨，盧秀山，姜巖，等.GIS專業實驗教學建設與實踐[J].理工高教研究，2009，28（1）：116118.
[2] 湯國安，楊昕.ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程[M].北京：科學出版社，2007.
[3] 李朝奎，王利東.不同專業背景下GIS專業建設探討[J].當代教育理論與實踐，2011，3（4）：9395.
地學空間分析范文5
關健詞：地理信息系統、應用現狀、發展趨勢、分析
中圖分類號：TN911文獻標識碼： A
一、 概述
地理信息系統簡稱GIS（Geographic Information System），是融合計算機和數據庫于一體，用來存儲和處理空間信息的高新技術。它由計算機硬件系統、計算機軟件系統和不同方法組成的系統。該系統具有支持數據的獲取、管理、處理、分析、建模和顯示的功能，并可解決復雜的規劃管理問題。也就是說它通過數據綜合、地理模擬和空間分析能力的核心優勢把地理位置和相關屬性信息有機的結合起來，滿足城市建設、企業管理、居民生活對空間信息的要求，并借助其獨有的空間分析功能和可視化為土地利用、環境監測、經濟建設、交通運輸、城市規劃以及政府部門行政管理提供輔助決策。
GIS最初的時候是為了解決地理學問題而產生的，現在已經成為一門涉及測繪學、地理學、環境科學、網絡技術和空間科學等多學科的綜合性學科。GIS有以下幾個特點：
1.具有采集、管理分析和輸出多種地學空間信息的能力，也就是將所有相關信息均按特定的坐標系統進行嚴格的坐標定位，對空間數據和屬性數據進行統一的存貯和管理，它具有相當強的空間性和動態性。
2.以地學研究和地學決策為目的，以地學模型方法為手段，將多源的空間數據和統計數據進行分級分類、規范化和標準化，并進行標準化編碼，能將計算機語言與所需的外部環境進行有機的結合，使其具有區域空間分析、多要素綜合分析和動態預測能力，產生更多高質量的分支信息。
3.具有圖形和數據雙向查詢檢索的基本功能。也就是說即能通過圖形查屬性，也能進行屬性查圖形，同時可以提供用戶需要的空間分析數據。
4.通過計算機系統支持的空間數據管理、復合評價、預測預報和模擬優化等技術手段獲得專門的科學分析方法作用于空間數據產生有用的信息，為輔助決策提供快速準確的依據。
5.與普通的數據庫就用是對立統一的辯證關系。GIS離不開數據庫，可是它的所有數據信息又是都與空間位置有關，其存儲處理的信息都是經過地理編制碼的，地理位置和與該位置有關的地理屬性信息成為信息檢索的重要組成部分；而一般的數據庫只使用地理參照做存儲和訪問信息。
二、GIS研究現狀及其分析
1、發展現狀
我國GIS的發展比較晚，經歷了起步階段（上世紀70年代），這時期我國開始推廣計算機在測量、制圖和遙感領域方面的就用；準備階段（上世紀80年代以后），這時期我國正處于改革開放階段，國民經濟全面發展，對地學的技術要求也有了進一步的要求，于是開始進行大規模的硬件建設投入，同時在學術交流和人才培養方面也得到了很大的發展，培養出了一大批從事GIS研究與應用的博士和碩士；發展階段（80年代中期互90年代中期），這一時期GIS在我國也隨著社會主義經濟建設的發展走向了全面發展階段。產業化階段（90年代中期到現在），從國家的第七個五年計劃開始，地理信息系統研究作為政府行為，正式列入國家科技攻關計劃，開始了有組織、有計劃、有目標的科學研究、和應用實踐工作。現如今隨著GIS的全面發展，這一技術已經滲透到社會的各個角落，GIS也開始了科技應用于生活的實踐階段。
2、分析
GIS是依附于計算機技術發展起來的一門學科，由于計算機技術的全面普及和不斷突破以及其他相關理論和技術的完善，GIS在世界范圍內得到了迅猛的發展。在大量數據的存貯、處理、顯示以及資源共享等方面都突出了它的優勢，主要表現在：在硬件系統上初步形成了網絡化、多媒體GIS；提出了“開放的GIS環境”的概念，實現了資源和數據的共享；經過多年的發展和完善，已經形成了一套較為可行的數據標準等等。
3、不足
在GIS技術不斷發展的環境下，這項應用已經從基礎信息管理與規劃擴展到更高端的科學領域，例如與衛星遙感技術相結合用于全球監測，成為重要的輔助決策工具。并且在很多西方發達國家，地理信息系統還廣泛應用于環境保護、災害預測、城市規劃建設、資源保護、政府管理等眾多領域，這些也正是我國的GIS有待提高的地方。
同時傳統的GIS軟件開發具有開發負擔重、集成困難、專業語言不易掌握等缺點，需要我們的科技研究人員進一步研究一種語言通俗易懂、開發周期短，隨時可以根據實際需要進行靈活方便的系統定制與升級。
三、GIS未來發展趨勢
第一，GIS對計算機資源的要求不僅在空間數據的數據量方面，還在數據處理的復雜程度方面。隨著互聯網的日益發達，以及能夠提供接近實時對地觀測圖像的高分辯率、高光譜、短周期遙感衛星的發射，所有這些為GIS技術的廣泛、深入應用顯示了更加光明的前景。同時，現在的GIS呈現出網絡化、開放性、虛擬現實、集成化、空間多維性等發展趨勢。
第二，數據管理方面。為了實現GIS的動態、實時和三維空間的可視化，比如3DGIS和真四維時空GIS，這其中涉及了空間數據的海量存儲、時空數據處理與分析以及三維計算與顯示等多項空間數據量非常大，數據的管理與使用又是在不同的部門和機構之間溝通，所以這些數據又變得很復雜，因此也具備了極大的數學價值和經濟價值，所以政府部門也非常重視，這在無形中推動了GIS在各領域中發展和在領域間的滲透。同時也使各科學領域間的界限逐漸變淡。
第三，GIS的組件系統、互聯網系統、多媒體數據與GPS和RS的集成，將使基于空間數據的信息管理系統變得更加靈活多樣，并極大地拓寬信息來源匯道，方便用戶對各種信息的存存儲與管理，同時也能夠建立起更加科學的決策系統。
第四、GIS的市場應用。目前我國應用GIS的應用主體是政府部門，而且在今后相當長的一段時間都應該還是主體，由于政府部門的主體需求，將會出臺一系列利好GIS發展的政策、法規，GIS發展將會火箭形式上升。企業是正在發展的GIS市場，如商業、交通、電信等行業，對GIS有著很大的需求，而第三產業的信息服務，如娛樂、教育等是目前剛剛啟動且特別有前景的行業。
第五、GIS主要從業及主體開發形式。僅在我國提供GIS開發服務的單位的數千家之多，以GIS為主業的就有一千家之多。另外還有一些科研機構、高等院校和信息中心也在不同程度上提供GIS技術服務。從事GIS軟件平臺開發的公司多數是以科研單位和高等學校為基礎發展起來的，同時并存的還有一些從事數據采集的公司，另外還有一些信息產業公司也開始涉足GIS，比如說很多品牌的手機上都裝有GPS導航。最后是一大批留學回國創業人員，他們在經濟發達的一線城市創立了多家GIS公司。目前為止GIS行業已經逐漸形成了三足鼎力的局勢，然而這塊市場更新發展快，市場容量大，不久以后，我國的GIS產業將成為穩定的產業，并將會以迅猛的速度向前發展。
四、結論
作為一種基于計算機的應用工具，GIS把地圖的視覺和空間地理分析功能與數據數據庫功能聚集在一起，提供了一種對空間數據分析、綜合和應用。由于空間數據模型是GIS系統技術的核心，對其認識和研究在很大程度上決定了GIS系統及其應用的成敗，因此近年來更多的研究人員加入了對GIS系統空間數據模型的探究。所以GIS系統將逐漸滲透到我們的衣食住行各個方面，并將引導我們的生活。
參考文獻;
地學空間分析范文6
[關鍵詞]地理信息系統 遙感 MapInfo
[中圖分類號] P61 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-9-75-2
伴隨著地質工作的不斷深入，待發現的地表和淺部礦床越來越少，對于無露頭或地表覆蓋厚的地區，僅靠傳統的地表直觀的找礦方法已經很難實現找礦突破。隱伏礦床預測就是運用科學預測理論， 經過剖析隱伏礦床地質條件、深入研究礦化信息（找礦標志）、總結成礦規律， 進而圈定不同級別的預測區或三維空間內的找礦靶區的一項綜合性工作。但是如何從各種不同來源的信息中提取有用信息來進行綜合處理和綜合分析， 以達到礦產預測的目的， 一直是礦產預測中主要解決的問題。多源信息融合技術的出現為不同來源的地學數據綜合處理與綜合分析提供了一種有效的方法， 證據權重法就是利用多源信息融合技術來進行礦產預測的地學統計方法。同時， 地理信息系統（ Geographic Information System， GIS）作為對地球空間數據進行采集、存儲、管理、分析和表示的空間信息系統， 它為多源地學信息復合研究提供了一條新的途徑。采用GIS技術進行礦產資源預測評價， 就是通過各種空間分析方法對各種地質空間數據進行綜合， 了解地質體間的相互關系， 掌握各種地質現象與成礦規律的耦合關系， 最終對礦產資源進行有效的評價。因此把多源地學信息和GIS相結合， 是進行礦產預測的必然趨勢和主要手段。
地理信息系統是一門交叉學科，它介于地理科學與信息科學之間，是近年來迅速發展起來的一門新興技術學科。它是以地理空間數據庫為基礎，憑借計算機硬件和軟件環境，對空間相關數據進行采集、管理、分析、操作、模擬和顯示，適時提供空間和動態的地理信息，為決策提供服務的一類信息系統。它不但具有傳統的數據庫管理系統（DBMS）所具有的管理反映地理要素的屬性數據功能，而且具有管理描述屬性數據空間分布位置的空間數據功能。利用空間分析方法可以對多源數據進行疊置綜合分析作出判斷、解釋和決策。
1布敦花礦區地質及地球物理概況
試驗區位于內蒙古科爾沁右翼中旗白音胡碩鎮西南17km，區內出露的主要地層為晚古生界下二疊統清風山組的砂巖、變質砂巖、板巖等；中生界中侏羅統萬寶組和上侏羅統滿克頭鄂博組的砂巖、礫巖、凝灰巖和火山碎屑巖等。新生界第四系較發育，主要為沖積湖積粘土、砂礫層及風成砂等。控礦、容礦構造主要以近南北向斷裂構造為主。巖漿巖主要為布敦花巖漿雜巖體。試驗區礦床類型有受控于南北向斷裂構造的熱液脈狀類型和受巖體冷凝收縮裂隙及次級構造控制的斑巖型（細脈浸染狀）兩類。熱液脈狀礦床分布于布敦花巖漿雜巖體北側外帶，賦礦圍巖主要為角巖化的變質砂巖、板巖、黑云母角巖等；斑巖型礦床賦存于布敦花巖漿雜巖體北側外帶，賦礦圍巖主要為角巖化的變質砂巖、板巖、黑云母角巖等；斑巖型礦床賦存于布敦花巖漿雜巖體南翼內帶，主礦體賦存于隱伏的斜長花崗斑巖巖體頂部起伏界面之外接觸帶下二疊統清風山組及中生界中侏羅統萬寶組地層內。礦化受斜長花崗斑巖形態的控制。
試驗區致密塊狀銅礦石電阻率最低，極化率最高，其次含碳質板巖和浸染狀銅礦石也呈現低阻高極化，其他巖石一般為高阻低極化，含碳質板巖是內電法異常的主要干擾因素，在地表一般可形成高于礦異常的非礦異常，但可根據其形成的規模和范圍較大且跟地層走向一致的特點進行區分。從磁性來看黑云母花崗閃長巖、斜長花崗斑巖、閃長玢巖等中酸性雜巖體巖石磁性較強，礦化變質砂巖和礦化凝灰巖也具較高磁性，浸染狀銅礦石和其它巖石呈弱中等磁性。故試驗區地表磁異常主要為具有一定規模的布敦花雜巖體引起，局部疊加有較強磁性礦化凝灰巖和礦化變質砂巖磁異常。區內致密塊狀銅礦石密度最高，浸染狀銅礦石密度略高于其它巖石。中酸性雜巖體巖石密度均較低。由于賦礦圍巖密度較高，且具一定規模，而礦體一般為脈狀產出，在地表很難形成明顯的重力異常。布敦花雜巖體巖石密度低，在其分布范圍內易形成重力低值異常。
因此，試驗區礦床主要包括細脈浸染狀銅礦體和脈狀銅礦體兩類，細脈浸染狀礦體主要受雜巖體的斜長花崗斑巖形態控制，脈狀礦體主要受南北向斷裂帶控制。重、磁、電各方法對地質體的反映效果有所不同。重、磁異常主要反映巖體的分布范圍和構造位置，激電異常在礦體上有明顯的反映，含碳質板巖雖為激電干擾，但依據其規模予以區分。
2運用GIS進行多源數據分析及成礦預測
根據上述分析，不同的地球物理空間數據，表現出不同的地質信息，同時野外所采集的各方法的數據均是地下地質體的綜合反映，要想實現找礦和成礦預測就必須對所獲取的地球物理數據進行場的提取和分離，然后在GIS軟件平臺上進行疊置分析、綜合解釋和推斷。首先將不同的地球物理場空間數據運用數據處理軟件Gcosoft進行網格化生成柵格文件，然后采用延拓、趨勢分析、求導、濾波等方法進行場的分離和提取，在此基礎上，利用圖象處理技術進行處理解釋和綜合評價，同時將提取和分離后的各種物理場柵格文件數據經格式轉換后，轉換為Mapinfo可接受的格式，在Mapinfo平臺上將與礦脈有直接關系的激電異常利用Mapinfo的查詢功能根據礦體與激電異常關系特征，生成激電異常面對象的分布圖，再將見礦鉆孔與已知礦脈根據其已知空間必將生成一個*.tab表，以備下一步空間分析之用。
試驗區礦體主要受近南北向斷裂及其兩側的低序次斷裂裂隙和布敦花雜巖體的形態控制，大斷裂是導礦構造.低序次斷裂是儲礦構造，因而尋找和圈定南北向斷裂構造及巖體的分布是成礦預測的第一步。利用重磁數據在不同方向的導數陰影圖圈出線狀斷裂構造的分布，利用磁異常垂向二階導數的零值錢勾出布敦花雜巖體的分布范圍。然后在Mapinfo平臺上，以經過數字化的1：2.5萬地質圖為基礎圖件，把構造及巖體分布圖格式轉換疊置在Mapinfo窗口進行綜合對比分析。通過對已知礦體及見礦鉆孔位置分布分析，發現已知的銅礦體均分布在雜巖體內、外兩側和穿過巖體的近南北向斷裂附近，且一般在幾組斷裂的交叉部位。
依據上述礦體的分布特征，首先利用Mapinfo可以為圖形對象生成緩沖區的功能，以近南北向的斷裂為中心，以礦體相對南北斷裂的最大距離（試驗區該距離大約為200m）為半徑建立一個緩沖區，并將緩沖區保存為一個表，然后打開以面對象存儲的激電異常（表）分布圖，最后將緩沖區所對應的臨時表保存為一個永久性表。這樣就可能在地圖窗口看到將在斷裂周圍200m范圍內的所有激電異常的分布，即成礦遠景預測區。
已知礦脈均產出于馬蹄形分布的雜巖體北環西端內、外兩側，且位于DJl、DJ2、 DJ3、DJ4激電異常區。而在與其南北對應的南半環也有相似的特點，且根據磁異常向上延拓分析，雜巖體是由南向北侵入的；且控制礦體的主構造是南北相通的，所以在雜巖體南環西端有構造穿過的部位是成礦最有利的區域。如DJl0、DJll、DJl2都位于近南北向與北東東向斷裂交叉位置的緩沖區內。另外DJ4的南部及DJ5、DJ6、DJ7號激電異常也具同樣的特征，屬成礦有利區域。
3結語
依靠GIS技術，對反映地質信息的多源數據進行空間疊置分析，具有直觀、客觀、快捷等特點，是研究地下地質構造及成礦預測的一個比較合理的方法。但在具體的操作過程中應注意以下幾個方面。首先是對反映地質信息的各種數據要在充分了解試驗區的地質特征的前提下進行數據的處理、提取和分離出真正有意義的異常信息。其次是對所提取和分離的異常及試驗區的基礎信息要詳細地分別建立基礎數據庫（表），然后進行空間疊置分析，這樣就可以隨時根據所要解決的問題進行各種查詢分析，特別是有了新的認識，就可以進行快速、科學的解釋推斷，達到預期的目的。
參考文獻
[1]向運川， 任天祥， 楊竹溪. 開發利用地理信息系統（GIS）綜合分析地學信息進行礦產預測[ J]. 物探與化探， 1996， 20（1）： 1-13.
[2]張超，陳丙咸，鄔龍.地理信息系統.北京：高等教育出版社，1995
[3]弓小平， 王世稱， 楊興科， 等. 地質礦產預測信息化相關問題的探討[ J]. 地質找礦論叢， 2005， 20（1）： 66-69.
