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地理信息系統及其應用范文1
【關鍵詞】3S技術 土地資源管理 應用
土地是人類賴以生存的基礎。我國幅員遼闊,地形豐富,但由于人口眾多,土地資源面臨的問題越來越嚴重,作為一種不可再生資源,其管理和規劃應該與時俱進?!?S”技術的應用就為土地資源管理提供了重要工具和技術手段,它包含RS技術、GIS技術、GPS技術,對土地規劃、整理、使用、勘測都發揮著重要作用。
1 “3S”技術的簡介與功能概述
“3S”技術作為一個將遙感系統、地理信息系統以及全球定位系統相結合的集成技術,具有獲取遠程信息、數據庫快速更新整合并能復合分析的功能。在“3S”技術中,地理信息系統相當于人類的大腦一般,將由遙感系統和全球定位系統這“兩只眼睛”搜集起來的信息數據進行管控,這整個技術的集合方式如圖1所示。
1.1 RS技術
RS即遙感技術(Remote Sensing),是指通過傳感器接收來自遠距離目標的各類地理的電磁波信息,并通過對這些信息進行捕獲、分析、處理,從而對遠距離目標進行檢測和識別的一種現代化遠距離探測的綜合技術。該種技術是根據不同物體對波普的不同反應所形成的信息進行反饋工作,一般用于土地資源調查、環境質量檢測、植被資源分布調查等方面,具有龐大的數據處理功能,獲取信息的速度快、周期短。
1.2 GIS技術
GIS即地理信息系統(Geographic Information Systems),是指計算機系統以測量的地理空間數據為基礎,對各種信息按照一定類別進行組合、分析,對數據的動態進行檢測,最終輸出各種地理信息,為信息管理提供服務。它包括計算機硬件和軟件系統、數據庫系統、應用人員和組織機構四個部分,是地理學、環境科學、空間科學、信息科學和管理科學等多種科學有機結合的專業性計算機軟件系統,而且可將所獲得的信息直觀、可視的展現在電腦上。
1.3 GPS技術
GPS即全球定位系統(Global Positioning System)),是一種將全球衛星導航與定位系統相結合的技術。其主要功能是可提供點、線、面三維坐標,具有覆蓋密度高、全天候、多功能、定位速度快、抗干擾性強等特點。這種技術包括三大部分:空間部分,如GPS衛星星座;地面控制部分,如地面監控系統;用戶設備部分,如GPS信號接收機。由于其高超的性能被廣泛應用在土地測量、規劃、調查、檢測等各個方面,同時在軍事和民用中也占有一席之地。
2 “3S”技術在土地資源管理中的應用
隨著資源與環境問題逐漸全球化,“3S”技術在土地資源管理地理信息系統中的應用會越來越廣泛。這不僅僅只是簡單的技術結合,而是將其技術內在的聯系合成一種功能系統。鑒于現實情況,土地資源管理在未來必將走可持續發展道路,“3S”技術所包含的遙感技術、地理信息技術和定位技術將不斷推動土地資源的研究發展。下面就具體來探討一下3S技術在土地資源管理地理信息系統中如何的應用。
2.1 RS技術的應用
RS技術主要應用于土地資源調查等基礎性地質工作。傳統的土地資源整理開發調查是以1:10000地形詳查圖為底稿而工作的,但是因為1:10000地形詳查圖不能很好的反映所勘察地區的實際地形情況,現勢性較差,常常導致調查結果不夠準確,需要大量的后期野外工作,影響工作效率。RS技術利用遙感對遠距離目標進行真實的反應,遙感衛星的飛行高度一般在4000千米-600 千米之間,圖像分辨率一般從1 千米-1米,這大大提高了土地資源調查的速度和精確度,為下一步的數據分析提供了有效依據,還可以將形成的影像作為底圖對項目進行查漏補缺。
2.2 GIS技術的應用
GIS技術一般應用于地理信息系統管理,可以對土地這種不可再生資源進行調查規劃和土地資源動態的檢測。隨著社會經濟的飛速發展,我國各級企事業機關單位都需向著信息化的方向前進,信息化建設已成為當前的重要任務之一。與此同時,經濟社會與資源環境之間的矛盾也在國家發展中慢慢暴露出來,分析、解決這些在時間上、空間上具有關聯性的問題,需要合理的方案建議,GIS軟件系統就可以為此提供幫助。
2.3 GPS技術的應用
GPS技術作為一種定位系統,可以用于土地資源的調繪和數據的收集,檢測核實要開發使用的地區位置是否符合申報。在對土地進行地物測量期間,通常在前期的規劃設計時要求設計底稿是實測比例尺不小于1:5000的全要素地形圖,工作底稿是1:2000的地形圖。面對如此高的比例要求,此時就可以采用GPS技術進行布設控制,采集數據。GPS技術不僅在此應用得力,當面對突發變化時還能夠迅速做出反映,使得數據庫得到及時更新。
3 “3S”技術在土地資源管理中的前景
“3S”技術通過對土地的利用現狀進行動態跟蹤調查,完全改變了我國土地資源信息管理模式,使我國傳統的土管方法都得到了提升。
不可否認,這種技術因其優越性,表現出了更加廣泛的應用空間。在未來,該技術可以與網絡技術、云計算等高新科技相結合,使土地資源管理地理信息系統更加多元化,更加高效智能的為人類提供服務,并將人類的土地資源管理系統帶入全數字化時代。
4 結束語
綜上所述,利用“3S技術”既可以提高土地資源管理信息系統的準確性和實效性,使得我國的土地資源管理工作步入智能化、信息化時代,還可以在管理過程中避免人力、物力、財力的浪費。毋庸置疑,隨著“3S”技術在土地資源管理中更深入的應用,所帶來的“數字化”必將成為未來世界發展的主流。在這種情況下,我國也應加緊發展“3S”技術,緊跟時代潮流。
參考文獻
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地理信息系統及其應用范文2
關鍵詞:海洋地理信息系統;應用;趨勢
中圖分類號:C922文獻標識碼: A
MGIS是在計算機硬件條件和軟件系統的支持下,以海底、海面、水體、海岸帶及大氣的自然環境與人類活動為研究對象,對各種來源的空間數據進行處理、存儲、集成、顯示和管理,進而作為平臺為用戶提供綜合制圖、可視化表達、空間分析、模擬預測及決策輔助等服務,并且結合Web技術可以實現海洋數據和相關MGIS功能的實時共享,其在海洋科學上的使用將改善現有的海洋數據的管理方式,大大提高海洋數據的使用率和工作效率,為海洋科學各領域的研究深化開展提供了有力的技術支持。如圖1
一、MGIS的應用現狀
(1)海洋漁業
自20世紀80年代起發展至今,國際上已經形成了一些較為成熟的漁業MGIS系統和軟件。我國直到20世紀90年代中期才開始相關研究,但是目前已有根據海洋863計劃需求開發的海洋漁業GIS平臺;基于東海漁業數據庫搭建的實現生產指揮調度、資源保護的東海漁業漁政綜合管理系統;東海經濟漁業資源預測預警輔助決策支持系統;還有研究者利用GIS軟件相關空間分析功能按年分析1967—2004年間印度洋金槍魚生產數據,獲得捕獲種類產量及分布情況;分析單個環境因子對漁場產生的作用,進行漁情預報。雖然我國目前建立的漁業管理和服務系統大都具有地方性特點,但這些都是MGIS在海洋漁業方面的開發和應用進行的有益嘗試。MGIS在海洋漁業方面的應用主要涉及漁業資源評估、動態監測與預報、漁業資源分布與環境的關系、水產養殖選址、魚類棲息地制圖與綜合分析管理等。
(2)海洋資源開發與管理
海洋中蘊藏豐富的礦產資源,MGIS的空間分析功能和虛擬現實技術能出色完成海洋成礦特點和規律的探索,為海洋資源的開發與管理提供科學依據。美國礦產資源管理服務部門與ESRI公司合作針對墨西哥灣的海洋油氣資源勘探和開發,建立了深水GIS系 統;國內也基于MapGIS平臺探討了海洋礦產資源評價中的某些方法的應用方案和實現途徑;中科院遙感應用研究所以遙感信息數據位基礎建立了海洋數據庫,開發了海洋油氣評價模型,并實現了其結果的可視化。這項研究在海洋863計劃820專題中在南海海域進行了應用,以GIS為中心集成各種技術開發了一整套經濟、快速、有效的海洋油氣資源預測集成系統,為我國海洋地理信息系統的研究奠定了一定的基礎。
(3)海洋環境評價、監測和保護
美國區域海洋觀測預報系統將研究區實時的觀測資料與GIS結合,快速準確定位災害影響區,為卡羅萊納州及周邊海域的相關部門提供災害預防和救助工作輔助。國內則出現了面向管理決策層的可視化環境監測評價動態系統———河北省海洋環境保護信息系統,對海洋環境質量進行評價和監測;以SuperMap為基礎平臺實現環境分析、三維動態模擬,流場動態顯示和查詢功能的長海縣海域生態環境評估信息系統;還有利用WebGIS技術對海洋環境監測數據進行實時聚類分析整合,實現有害藻類密度快速預測。MGIS利用環境監測統計、水文、氣象、化學、地質、地球物理和災害等數據,實現環境質量監測評價、災害預測預報及決策輔助,為保護海洋環境、保證海洋資源可持續發展和海上生產安全服務。
(4)區域海洋綜合管理
海岸帶是地球表面最為活躍的自然區域,而專屬經濟區則蘊藏有豐富的礦產和生物資源,MGIS就是對這些區域進行全面調查、監測、合理規劃和管理的有力工具。歐洲北海四國支持SE-AGIS工程開發了海岸帶管理規劃系統框架;美國在州一級的海洋管理地理信息系統基礎上開發了包括卡羅萊納州、佐治亞州、佛羅里達州、專屬經濟區周邊的海洋區域以及海洋邊界的區域性模式;國內幾家單位聯合研制出了中國海岸帶與近海環境遙感監測與信息系統集成技術體系;也有研究者以SuperMap為基礎平臺構建了南海分局基礎地理信息系統,系統對管轄海域海圖和功能區劃、海底管纜、石油平臺、遙感影像圖等數據進行綜合管理,為南海分局指揮決策提供準確、及時、全面的信息支撐。
(5)其他領域
除以上介紹的應用領域外,MGIS還廣泛應用于海洋劃界、海洋工程、海上旅游、海運交通和海洋監察執法等方面。例如,利用MGIS技術,結合虛擬現實和碰撞檢測,建立一個實時交互的三維海上溢油可視化信息系統,實現了溢油漂移擴散的動態模擬,為溢油緊急處理提供決策輔助。也有研究者在海洋數據管理和可視化等方面進行了嘗試,例如設計開發三維虛擬海洋實現了網格環境下多源海洋環境信息 多維時空特征分析和三維海洋環境場景構建;以及針對海洋調查數據的保密性及安全性需求,設計了基于C/S模式的海洋地質調查數據保密框架等。
二、發展趨勢
(1)Web技術與 MGIS的結合目前,我國的MGIS的研究與應用的主要范圍集中在一些政府部門和科研機構,社會普及程度不高,無法進行共享,無形之中造成了許多資源和信息的浪費。WebGIS是Internet技術與GIS技術的完美結合,在Web上空間數據,用戶通過Internet的任意節點就可以瀏覽WebGIS系統的空間數據、制作地圖及進行各種空間檢索和分析,甚至提供預測和決策支持。利用Web技術與MGIS平臺的完美結合,提高數據的共享與開放程度,讓廣大科研工作者將有限的數據資料發揮更大作用,減少MGIS重復建設和數據的重復獲取,這樣不僅提高信息獲取的效率,同時也降低了信息服務者的工作強度,可以通過網絡方便、快速、及時地提供強大的地理信息服務功能到需要的地方,發揮MGIS在科學研究、政府決策、國防建設和文化教育等行業的應用價值,這對推動海洋科學研究進程是十分必要的。
(2)三維、四維MGIS與虛擬現實技術結合現階段大部分的MGIS平臺都支持點、線、面三類空間物體,是二維分析顯示的。但是海洋環境特殊,海洋數據空間屬性較強,用二維的形式進行這些三維甚至是四維海洋數據的表達從某種程度上來說是不夠完整的。同時,虛擬現實技術與MGIS的結合可以模擬現實中的海洋環境形成虛擬的立體實體,進而改善數據成果表達與輸出方式,提高MGIS的人機交互程度和空間數據表達的真實性,甚至可以通過視覺、聽覺、觸覺等來感知海洋環境。三維和四維MGIS的數據結構,空間對象描述方法,與虛擬現實技術的結合等都是MGIS的一個重要研究方向,也是MGIS發展的必然。
(3)多學科綜合GIS技術是多學科交叉派生的綜合科學,3S和5S的集成,使得測繪、制圖、地理、遙感、管理和決策科學相互融合,成為實時空間分析和決策支持的工具。同樣,MGIS的研究和應用也應該不僅僅局限于海洋科學,更多的還要涉及社會科學、自然科學、管理科學和決策科學等諸多領域,是全球性、綜合性的,MGIS與諸多學科的集成研究,能滿足人們的實際需求,使其發展更貼合現實,是MGIS發展的必由之路。
(4)全球尺度的MGIS隨著海洋科學的研究的不斷深入,很多研究人員發現,海洋的許多變化并不能與大范圍尺度割裂開來,海洋變化是全球范圍的,海洋研究也應該逐漸向全球尺度發展,而這些全球性的研究課題并不是單獨的某幾個國家或學者就能完成的,需要國際性質的合作,全球尺度的技術合作是發展的趨勢。全球性的海洋研究必須建立在大量的全球性、實時性、動態性的觀測資料基礎上,常規方法很難處理而且不易提取專業信息,為了更有效的對全球尺度的海洋科學研究進行數據存儲、分析和處理、輸出,全球尺度的MGIS已是大勢所趨。
結語
廣闊的海洋,擁有豐富的各項資源,是現在和未來世界各國經濟發展的重點區域和爭奪的焦點。MGIS技術作為一個新的研究領域,在很多方面還不夠成熟,我國在MGIS領域的工作也才剛剛起步,大力加強MGIS技術的研究力度,深入開展其在海洋各領域的實際應用,將推動我國海洋科學的發展,具有的經濟、社會和戰略意義。
參考文獻:
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地理信息系統及其應用范文3
關鍵詞:地理 信息 軟件
一、背景
地理信息系統(Geographical Information System,GIS)是一種決策支持系統,它具有信息系統的各種特點。地理信息系統與其它信息系統的主要區別在于其存儲和處理的信息是經過地理代碼,地理位置及與該位置有關的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。在地理信息系統中,現實世界被表達成一系列的地理要素和地理現象,這些地理特征至少由空間位置參考信息和非位置信息兩個組成部分。
地理信息系統是一門多技術交叉的空間信息科學,它依賴于地理學、測繪學、統計學等基礎性學科,又取決于計算機硬件與軟件技術、航天技術、遙感技術和人工智能與專家系統技術的進步與成就。此外地理信息系統又是一門以應用為目的的信息產業,它的應用可深入到各行各業。地理信息系統處理、管理的對象是多種地理空間實體數據及其關系,包括空間定位數據、圖形數據、遙感圖像數據、屬性數據等,用于分析和處理在一定地理區域內分布的各種現象和過程,解決復雜的規劃、決策和管理問題。
二、常用地理信息系統軟件介紹
當前,常用的地理信息系統(GIS)軟件主要有以下幾種:
(1) MapInfo軟件
MapInfo系統是美國MapInfo公司研制的地理信息系統軟件。從1986年推出第一個DOS版本MapInfo V1.0到20世紀90年代初的Windows版本MapInfo V3.0,其產品逐漸變得成熟,并很快流行起來。1995年和1998年分別推出MapInfo Professional V4.0和V5.0,使這個產品趨于完善。MapInfo是美國MapInfo公司的桌面地理信息系統軟件,是一種數據可視化、信息地圖化的桌面解決方案。它依據地圖及其應用的概念、采用辦公自動化的操作、集成多種數據庫數據、融合計算機地圖方法、使用地理數據庫技術、加入了地理信息系統分析功能,形成了極具實用價值的、可以為各行各業所用的大眾化小型軟件系統。MapInfo 含義是“Mapping + Information(地圖+信息)”即:地圖對象+屬性數據。
經歷了近20年時間,MapInfo公司成為全球最大的100家軟件公司之一。產品行銷58個國家和地區,有22種語言的版本,超過30萬個正式用戶。該產品在1990后進入我國,經過十幾年的發展,已經在諸多領域得到廣泛應用。
(2) Arc/Info軟件
Arc/Info UNIX/NT版(以下簡稱Arc/Info)是ESRI公司系列產品中最經典、功能最強大的專業GIS產品。現在已經用于全球范圍6000多個重要機構和組織中,在我國也擁有150多個用戶(截至1995年)。Arc/Info的第一個產品完成于1978年,主要在小型機上運行。1996年底,ESRI公司又把工作站版Arc/Info的全部模塊移植到MS Windows NT之上,使工作站環境下的Arc/Info軟件功能全部在微機上實現。1999年底推出基于Windows NT上的Arc/Info8.0,添加了ArcGeodataBase,Arctoolbook和ArcMap等功能。 中國3S吧
(3) GeoStar軟件
GeoStar是武漢吉奧信息工程公司開發的地理信息系統軟件。GeoStar系列軟件最獨特的特征在于矢量數據、屬性數據、影像數據,DEM數據高度集成。
(4)MapGIS系列軟件
MAPGIS 是武漢中地數碼科技有限公司開發的,新一代面向網絡超大型分布式地理信息系統基礎軟件平臺。
系統采用面向服務的設計思想、多層體系結構,實現了面向空間實體及其關系的數據組織、高效海量空間數據的存儲與索引、大尺度多維動態空間信息數據庫、三維實體建模和分析,具有TB級空間數據處理能力、可以支持局域和廣域網絡環境下空間數據的分布式計算、支持分布式空間信息分發與共享、網絡化空間信息服務,能夠支持海量、分布式的國家空間基礎設施建設。 系統具有以下特點:
采用分布式跨平臺的多層多級體系結構,采用面向“服務”的設計思想。具有面向地理實體的空間數據模型,可描述任意復雜度的空間特征和非空間特征,完全表達空間、非空間、實體的空間共生性、多重性等關系。
三、地理信息系統的發展趨勢
1.GIS數據的共享和開放
在中國,數據問題是限制GIS發展的突出問題。GIS的研究對象和基礎是數據,離開數據,GIS也就失去了價值。盡管我國GIS取得了輝煌的成就,但從應用來看,GIS的發展規模和普及程度都與發達國家存在著明顯的差距。尤其是在民用和經濟領域,GIS的應用更為落后。目前,我國GIS的應用范圍很窄,大多集中在一些政府部門和科研機構所承擔的大型項目中,社會普及率很低,對整個社會生產力發展的促進作用還不明顯。這種情況與我國在GIS研究領域所取得的國際地位極不相稱。造成這種現象的原因很多,但主要原因是GIS數據的保密性。隨著大量GIS數據的共享和開放,GIS將在各個領域中發揮強大的功能,更好地為人民生活和經濟發展服務。
2.GIS軟件開發的產業化及市場化
近幾十年來,我國GIS技術得到了長足的發展,GIS基礎軟件技術支持得到了全面加強。目前,我國已形成了一批具有自主知識產權的GIS軟件品牌,如MapGIS、SuperMap、GeoStar等,并在較多領域內得到應用。但總體上看,中國GIS市場尚處于初始發展階段,規模偏小,空間分布不均衡,產業化及市場化程度還不夠。GIS軟件應用及開發主要集中在高校及科研機構,也有不少政府部門自己成立新的部門,承擔自己系統的設計、開發和維護。在市場環境中,與ArcGIS或MapInfo這樣的產業化公司相比,這些機構和單位也許有較強的開發能力,但在市場拓展及售后服務方面則相形見絀,而市場及服務對于軟件產品的成功是非常重要的。為進一步發展中國GIS軟件產業,我們在產業化及市場化方面還有很多工作要做。
地理信息系統及其應用范文4
關鍵詞:動態分段;地理信息系統;公路數據;里程樁
中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2013)30-6909-03
地理信息系統GIS(Geographic Information System)是結合地理學與地圖學以及遙感和計算機科學,它是一門綜合性學科,對空間地理信息進行分析與處理,用于輸入、存儲、查詢、分析和顯示地理數據的計算機系統[1]。GIS能夠對各種地理信息進行處理,因此廣泛用于土地、礦產、環境、森林、交通等諸多領域,其中采用GIS技術在交通領域的應用稱為交通地理信息系統(Geographic Information System for Transportation)簡稱GIS-T[2]。
動態分段技術能夠動態的分析、顯示和繪制各種線性道路特征,因而在GIS道路網絡分析中得到充分的應用[3]。在交通地理信息系統中,里程樁定位參照系統的實現是GIS-T在交通運輸中的應用的關鍵[4]。交通網絡中事件的位置和定位通過動態分段技術能夠得到有效的解決[5]。該文針對交通地理信息系統中里程樁的定位在交通地理信息系統中的重要作用以及面對的問題,闡述了動態分段的思想及其特點以及如何針對線性地物實現動態分段的方法,并給出了在交通地理信息系統中里程樁定位開發中的應用[6]。
1 動態分段的思想及其特點
在交通地理信息系統中,道路等線性要素是以弧段的方式存儲在空間數據庫中,并且每個弧段都有相應的屬性信息,方便記錄道路等線性要素的屬性信息。因此在同一位置上的弧段具有同一特征屬性,不在同一位置上的弧段不具有同樣的特征屬性,空間數據庫中的每條弧段與屬性數據庫中存儲的信息是一一對應。因此可以得出,傳統的交通地理信息系統基于弧段形式通過記錄對應弧段的首尾坐標能夠很好的確定道路等靜態特征的線狀地物,使用人員如果想要更新這些靜態的線狀要素必須通過數據管理人員修改和更新數據庫中記錄的弧段信息進行更新,而不能動態的對于這些線狀地物進行更新,因而在1987年美國威斯康星交通廳的戴維·弗萊特提出動態分段思想[7]。它根據特定的度量標準將具有不同屬性信息的道路信息進行劃分,得出不同位置的道路路段,進而利用數據模型和計算方法對現實世界中的靜態的道路線性特征數據進行抽象描述[8]。
動態分段功能不僅能夠描述公路等線性地物與空間屬性數據庫間的關系,而且也能將交通行業中道路線狀要素數據和屬性數據進行雙向的聯動查詢和分析,進而對各種屬性數據庫中的數據進行綜合顯示、處理和分析。因此,動態分段技術在系統里程樁定位開發過程中具有不可忽略的作用。
動態分段具有如下的特點:
1) 動態分段提高線狀地物查詢顯示效率,不用修改每一條公路的弧段數據,直接對一個或者多個公路弧段屬性進行動態查詢顯示。
2) 動態分段可以快速的對于道路等線狀地物進行動態的數字化工作和數據更新,避免了數據冗余和重復的手工數字化工作,大大方便了數據維護人員對于信息的維護。在進行查詢分析的時候,動態分段將不同類別的線狀地物屬性采用圖形化的方式進行動態的分段顯示,放棄了原有的按照屬性數據對線狀地物進行分段顯示方式。
3) 線性要素在空間數據庫中是以弧段的方式進行存儲,因此在同一位置上的弧段具有同一特征屬性,空間數據庫中的每條弧段與屬性數據庫中存儲的信息是一一對應。
4) 動態分段技術可以對交通地理信息系統數據庫中的道路線性數據屬性信息進行快速的查詢和分析。
2 動態分段的實現
傳統的交通地理信息系統一般是將道路等線狀要素以記錄弧段首尾坐標點的方式進行存儲[9]。到目前為止,所采用的分段方法有:變長分段法、動態分段法和等長分段法[10], 等長分段法是空間數據屬性表中一個記錄對應一條特定路段,并且在空間屬性數據庫中將道路分成若干個等長且足夠短的路段,這樣造成路段的數據量非常的大,數據的實時更新和不定期的維護非常的困難[11]。變長分段法是根據存儲在數據庫中的屬性信息進行分類,如果是同一個屬性的路段則歸為一類路段,如果是不同屬性的路段則歸為另外一類,這樣造成了數據非常的混亂并且數據庫中出現大量重疊的數據,沒法進行圖形和數據的相對分析,造成分析出來的結果沒有任何的價值。而動態分段則摒棄了變長分段法和等長分段法的缺點,在不修改地理數據的前提下,將圖形的路段信息和后臺的空間數據庫屬性信息進行一一對應相互關聯[12]。其工作流程圖如圖1所示。
1)動態分段是借助于空間數據庫中點狀信息和線狀信息基礎上實現的,其中點狀信息表中存放點狀地物與點狀屬性信息,在表中輸入點的序號、名稱和里程樁號,如表1所示。線狀信息表中存放一些線狀對象的信息,在表格中輸入路線的序號、名稱、起點里程樁號和終點里程樁號。如表2所示。
2)創建路徑和刻畫路徑M值。路徑其實就是對于現實世界中國道、高速公路、省道、河流等線狀地物之類的任何靜態線性特征要素,它在空間數據庫中具有唯一的標識和同一個空間參考坐標系統。利用ESRI公司的ArcGIS工具可以方便的生成所需的路徑和所需的路徑M值。在路徑創建轉化過程中都有可能不能正確的描述路徑的正確里程值,這樣就需要對路徑中的部分路段進行校準,可以選擇在輸入點之間內插,在輸入點之前外推。在輸入點之后外推,或者這三種方法的任意組合。
3)生成動態分段。路徑事件和地理數據在地圖上都是以數據層方式顯示出來的。地圖上路徑事件是通過事先定義好路段與數據庫表中的關系參數來實現的,動態分割的計算的結果是就是具有分段信息的數據。
3 動態分段的應用
動態分段技術完善了傳統的等長分段發和變長分段法帶來的數據冗余以及重復所帶來的誤差,解決了交通地理信息系統中的線性定位的問題。利用ArcGIS軟件平臺建立動態分段的系統在交通應急系統中取得了良好的效果[12]??梢钥焖俚亩ㄎ坏降缆肪W絡中緊急事件發生的地點,方便指揮決策人員快速的了解緊急事件發生的位置,盡快的通知周邊救援人員,縮短救援的響應時間,從而更好的指導救援工作,降低事故的危害性,進而提高高速公路的管理水平[13,14]。圖2是利用里程樁定位的方法快速的查找出發生緊急事件的地點。
4 結束語
公路里程樁實時的定位與顯示在指揮交通突發事件中具有重要的作用,動態分段技術在交通地理信息系統中的應用,給決策者提供了更準確、直觀的的信息,加快了救援的響應效率,提高了救援成功性。文中所介紹的方法,在實際的軟件開發中具有一定的參考價值。采用動態分段的方法建立公路等線性要素的一維線性參考系統,并將建立好的線性參考系統有效的運用到交通地理信息系統中的開發中去,實現了里程樁定位的功能。給救援的指揮者提供了有效的決策信息。對降低緊急事件所造成的損失具有重大的意義。
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地理信息系統及其應用范文5
關鍵詞: 地理信息系統 高中地理課堂教學 案例 困難
1.GIS的概論
1.1 GIS的內涵
針對不同的部門和不同的應用目的,地理信息系統的定義也不盡相同。美國學者Parker認為“GIS是一種存儲、分析和顯示空間與非空間數據的信息技術”。加拿大的Roger Tomlinson認為“GIS是全方位分析和操作地理數據的數字系統”。俄羅斯學者把GIS定義為“一種解決各種復雜的地理相關問題,以及具有內部聯系的工具集合”。這些定義,有的側重于GIS的技術內涵,有的則強調GIS的應用功能。美國聯邦數字地圖協調委員會(FIC-CDC)關于GIS的定義較為全面具體。該定義認為“GIS”是由計算機硬件、軟件和不同的方法組成的系統,該系統設計支持空間數據的采集、管理、處理、分析、建模和顯示,以便解決復雜的規劃和管理問題。[1]
1.2 GIS的功能
由計算機技術與空間數據相結合而產生的GIS這一高新技術,它包含了處理地理信息的各種高級功能。GIS具有四項基本功能:
1.2.1輸入功能
利用數字化儀或掃描儀把地圖、圖像(如航空照片)和規劃圖輸入計算機中,然后進行編輯處理(修改、增補等)。
1.2.2輸出功能
把經過分析而得出的圖形、圖表或文字報告顯示在熒光屏上,也可以通過繪圖儀或打印機打印出來。
1.2.3查詢、分析功能
通過空間查詢和空間分析而得出決策結論是GIS的出發點和歸宿。這是一個復雜的處理過程,需要應用目標之間的內在空間聯系并結合各自的數學模型和理論制訂規劃和決策。典型的空間分析包括最佳路徑分析、疊加分析、鄰域分析、網絡分析、通視分析及填挖方計算和表面積計算等,可用在污染源流分析、農業布局合理性分析、城市布局合理性分析、道路選線分析等工作中。
1.2.4空間數據庫管理功能
地理對象是龐大的地理數據集,對此需要利用數據庫管理系統來進行管理[2]。
GIS依托這些基本功能,通過利用空間分析技術、模型分析技術、網絡技術、數據庫和數據集成技術等,演繹出豐富多彩的系統應用功能,滿足社會和用戶的廣泛需求。
2. GIS走進高中地理課程
著名的地圖與信息系統專家陳述彭院士認為,定性描述是地理學的第一代語言,地圖是地理學的第二代語言,地理信息系統是地理學的第三代語言。這也是廣大地理教師的共識,充分體現出GIS技術的重要性與價值所在[3]。《普通高中地理課程標準》提出了地理課程的基本理念,其中之一是強調信息技術在地理學習中的應用。在新一輪的地理課程改革中,地理信息系統成為地理選修模塊之一,作為新的重要的教學內容。
2.1 GIS技術進入高中地理的必要性
2.1.1 “GIS技術”是地理科學發展與社會信息化的重要內容
當今時代,信息技術飛速發展,地理信息技術對資源與環境可持續發展、國家經濟建設與社會進步的巨大作用日益顯著。地理信息技術應用的具體形式,大到地球村、數字國家,小到數字居民區、數字家庭。隨著工業化和信息化水平的進一步發展,世界城市化成為文明進步的標志。城市帶來了富足、繁榮,也帶來人口擁擠、交通緊張、資源短缺、用地緊張等一系列城市問題,這為地理信息技術提供了大顯身手的機會。世界各國的城市,尤其在經濟發達和發展水平較高的城市,數字城市研究日益成熟,信息化管理成為熱門研究領域,利用地理信息技術進行社會、經濟、文化、基礎設施、交通通訊、城市規劃等數字管理,成為構筑新世紀人類生存環境的新模式。
地理信息技術是“數字化地球”、“信息化地球”的基礎,信息化發展需要大量的具有地理信息技術基本素養的人才。從國家戰略的高度來講,基礎教育階段的地理信息技術素養教育很必要也很迫切。
地理信息技術作為地理科學發展的重要內容,加之其在社會生產、生活中的廣泛應用和價值,在高中階段,將其納入地理課程體系,意義重大。
2.1.2設置“地理信息技術應用”模塊有利于培養學生的信息素養
信息科技時代,教育目的不應僅是教給學生知識,更應以學生的發展為根本,全面提高學生的素質,使學生身心得到發展,發掘學生的外在和內在潛力,促使他們得到全面發展。地理信息技術在信息社會有著舉足輕重的地位和作用,設置地理信息技術課程是普及地理信息技術基礎知識的有效途徑。對學生進行地理信息技術教育,可以培養學生的思考能力和分析能力,提高學生的信息素養,符合《高中地理課程標準》的設計理念,也是提高學生綜合素質的基本途徑。
當前,基礎教育強調全面的素質教育,地理教育也應如此。在對各種地理知識(信息)掌握的基礎上,地理教育重視學生能力的提高及地理思維方式的培養,要求學生既具備地理知識素質,又具備地理能力素質。要求學生運用地理知識處理和解決地里問題。要求學生主動地吸收、掌握各種地理信息,并將信息分析、重組、應用。
2.1.3“地理信息技術”是一種重要的教學技術手段
地理信息技術作為教學技術手段應用于地理教學中也是《地理信息技術應用》模塊重要的價值取向之一。地理信息技術教育對學生信息技術的掌握、地理研究技術的了解與應用、地理區域系統思想的建立和地理空間思維能力的培養,以及地理問題的分析與處理能力的培養等具有不可替代的獨特功能[4]。
一方面,以GIS為例,GIS具有對地圖處理與操作的強大功能,地圖是地理教育的重要媒介,利用GIS的地圖疊加、地圖漫游、地圖縮放和地圖要素的增減等進行輔助教學,效果是一般教學手段不可比擬的。另一方面,GIS技術是一種解決實際問題,提供地理數據處理功能的技術和方法。GIS的數據輸入、處理與分析功能,能很好地完成地理課程在能力培養方面的要求。例如,利用GIS實現對地理事物的分布特征、分布規律的輔助教學,教師可以應用GIS在空間上顯示符合某一條件的地理要素的特征,幫助學生認識地理空間概念;利用GIS實現地理事物環境分析輔助教學,GIS技術可以確定某地理要素在一定范圍內對于其他地理要素的分布;利用GIS實現地理事物變化趨勢的輔助教學,GIS能顯示地理事物在不同時段的地理信息的空間分布,能展示其各階段的特征,有助于學生認識地理事物的發展過程;利用GIS實現數據統計分析與地理直觀的輔助教學,GIS可以進行數據排列顯示、專題地圖制作圖、地形圖、行政區劃圖、旅游規劃圖等;利用網絡GIS、多媒體GIS的輔助教學等[5]。
2.2高中地理信息系統課程教學案例
地理信息技術是一門新興的課程,開設這門課程的主要目標是培養學生的地理信息素養。
下面以GIS在道路選線中的應用作為教學內容進行分析。
傳統的道路選線方法是選線人員通過收集和分析線路區域內有關設計資料,在大比例尺地形圖上選出幾個可能的路線方案。然后在紙上定線的基礎上,選線人員到實地勘測,經過反復比較確定一個較為經濟、合理的路線方案。它在很大程度上取決于選線人員的實際經驗和技術水平,而且費時費力,因此已不能滿足現代公路設計的需要。隨著地理信息系統技術的發展及空間信息軟件平臺的不斷開發,設計人員不但能考慮傳統的選線因素,對于地質、水文等空間屬性也能納入考慮范圍,這不管是從質量上還是從效率上都得到了較大提高。目前常用的空間軟件有ArcInfo、MapInfo、Geo系列軟件、TITANGIS等。
2.2.1地理數據的采集和處理
根據道路的設計功能和設計要求,需要收集道路沿線所有的基礎資料,包括沿線各類比例尺地形圖、地質圖、水文、氣象、交通流量等。具備了這些基本資料之后,利用GIS功能對各種資料進行分類處理。
數字化資料包括地形圖、地質圖、規劃設計圖、文字說明等多種信息資源。圖形數字化過程中需要進行投影轉換、坐標轉換,經過掃描、糾正、跟蹤、附屬性、建立拓撲關系等步驟,最終形成各類數據文件。目前,常用的數據格式有:Tiff、Arc/InfoE00、Arc/InfoCoverage、MapInfo、DXF等。在地形圖進行數字化的過程中,需對各類影響線路的空間要素進行分層空間數據管理,為以后的空間分析做好準備。沿線主要的空間數據層有:地形層、地質圖層、城市層、鄉村層、植被層、沿線水系層、水利設施層、鐵路層等。對空間數據層的分類應盡可能詳細,避免遺漏。同時,使用的資料應為最新資料,保證空間數據的時效性及其準確性。
2.2.2地理數據的空間分析
根據道路的設計標準和使用要求,利用GeoStar軟件對各類數據文件進行分析是采用地理信息系統進行道路選線的核心。GeoStar軟件的空間分析功能主要有地形分析、緩沖分析、疊置分析、網絡分析等,這能幫助設計人員宏觀地認識設計區域。在數據處理過程中,應盡可能準確規范,這對于以后建立數字地面模型DEM、地面正射影像圖DOM等數據具有重要作用。
2.2.3建立數字地面模型DEM
數字地面模型可為道路選線提供直觀圖形并可以與GIS的空間分析結果進行疊加分析。同時可為今后的道路最佳路徑分析、縱橫斷面設計、填挖方量的計算提供快捷成果。
2.2.4疊加分析
利用GeoStar軟件,將矢量數據庫、影像數據庫和DEM數據庫三庫疊加,生成三維景觀再現。在計算機疊加分析的結果里,確定道路控制點的樁號及線路的大致走向,接著根據設計規范和要求,在三維景觀里進行路線設計,確定道路變坡點位置、交點位置、坡度、曲線半徑等要素,這樣設計人員能隨時根據地形來進行設計,非常方便。
2.2.5線路的比選
根據要求一般設計兩到三條線路,然后利用GeoStar的空間分析功能進行比選,考慮的因素主要有土地、水文、路線長度、地質條件、政治因素、經濟狀況、氣象等。如,在設計中,道路應盡量避免穿過農田、森林,并且線路通過地段的地質水文狀況應滿足工程設計要求,以此作為選線條件。此時可以從空間數據層中分別提取鄉村層、植被層、地質層、沿線水系層的相應數據,將它們的數據繪以不同顏色的圖形,根據選線人員給定的選線條件和范圍分別與地形圖形拓撲疊加,此時在計算機上就可以分別顯示出滿足要求的范圍。根據這些范圍,選線人員再進行綜合修改,重新制定設計條件,在計算機上反復進行疊加拓撲分析獲取最終結果。這種選線過程非常直觀明了,結果也可隨時以圖形、表格、數字的形式打印輸出[6]。
2.3高中開設地理信息系統課程存在的困難
在當今的高中地理教學中,開設地理信息系統課程遇到了比較大的困難,學生的地理信息素養也普遍比較薄弱。
2.3.1教育觀念滯后
由于教育觀念滯后,即使是在教育較為先進的地區,地理信息系統課程開設仍困難重重。學校固守舊觀念,認為培養信息素養對于學生高考分數提高目前還沒有實質性作用,往往以各種理由拒絕開設地理信息類課程。
2.3.2經濟支持不足
地理信息系統課程開設需要一定物質基礎作為保證,例如計算機、網絡設施、配套的課程軟件等。經濟落后地區的一些學校硬件、軟件設施都不齊全,尤其像GPS這種儀器市場價一般在2000元左右,作為教具幾乎是不可能購買的,3S技術的培養成為“紙上談兵”。
2.3.3教師素質有待提高
地理信息系統是一門新興的技術,因此,當今高中里能夠熟練掌握信息技術的地理教師比較匱乏。此外,目前高師所開設的地理信息系統課程,多數只是簡單地移植綜合性大學地理信息系統專業課程的基本內容,而真正適合師范生實際操作應用技能訓練較少,并沒有培養出真正適應高中地理教學的合格的地理教師。
因此,高校在培養地理教師的過程中應重視師范生的地理信息技術學習,在學習基礎知識的同時,提高動手操作能力。同時,各地教育部門應完善教師的職后培訓,為在職地理教師提供更多的進修機會和渠道。各地教研部門要為地理教師提供學術和業務的支持,例如通過舉辦培訓班,組織教學經驗交流,推動校本教研,開發課程資源等方式幫助地理教師開展地理信息技術教學,培養學生的地理信息素養。
3.結語
鑒于我國經濟的快速發展及GIS技術強大的功能,GIS將在國民經濟中發揮越來越重要的作用。高中地理課程應緊跟時代潮流,反映時代需求。GIS進入高中地理課程是培養現代公民必備地理素養的必要舉措。盡管現在地理信息技術課程在高中的開設仍遇到一些困難,但困難是暫時的,地理信息技術最終將順利進入高中校園,成為一門培養學生基本地理信息素養的必要課程。
參考文獻:
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[4]陳澄等.普通高中地理課程標準(實驗)解讀.南京:江蘇教育出版社,2004.3.
地理信息系統及其應用范文6
一、校園WebGIS系統設計的建設目標
基于WebGIS技術的地理信息系統是以大比例尺數字地圖為核心,通過對空間數據的分層管理實現對地理信息的瀏覽、查詢、定位、圖層控制、空間分析等功能,還可以以專題圖的形式為管理者提供決策依據。整個系統以地圖為主索引,同時系統將為教學樓、學生宿舍、教工宿舍等學校設施管理提供各種管理手段。系統建成后,預期能夠和其它信息化項目或各管理軟件實現無縫集成,成為整個信息系統不可分割的重要組成部分。利用地理信息技術的強大空間分析能力,對所有設施和人文信息進行綜合應用,全面、系統的進行統計分析、預測決策、規劃,給領導部門的決策提供準確的數據支持。
二、系統開發環境和開發工具的選擇
前面我們了解到目前國內外桌面制圖GIS軟件層出不窮,就國外而言,占市場份額較大的有Intergraph公司的GeoMedia、AutoDesk公司的AutoCADMap2000、MapInfo公司的MapInfo,ESRI公司的ARC/INFO等。國內GIS領域的研究雖然起步較晚,但發展非常迅猛,目前國產GIS軟件在國內的市場占有率從以前的8%猛增為28%之多,國內的GIS軟件主要有北京超圖地理信息技術有限公司的SuperMap、武漢吉奧信息工程技術有限公司的GeoStar、武漢中地的MapGIS等。隨著WebGIS技術的出現及流行,各廠家毫不示弱,紛紛推出了相應的WebGIS解決方案,例如Intergraph公司的GeoMediaWebMap,
AutoDesk公司的AutodeskMapGuide,
MapInfo公司的MapXtreme、國家遙感應用工程技術研究中心的GeoBeans、武漢吉奧的GeoSurf、北京超圖的SuperMapIS等。
由于各種GIS軟件相差迥異,不同產品的開發難度、適用領域各不相同,因此選擇合適的平臺是非常重要的。考慮到美國MapInfo公司是世界標準桌面地圖信息系統領導者,它利用數據的空間屬性,實現了地圖與數據的完美結合,以數據可視化、思維可視化,提供嶄新的決策支持方式,并且該公司產品線長、技術成熟先進、應用范圍廣,提供的開發工具全、技術資料齊備。結合課題的實際情況綜合考慮決定采用該公司的產品:MapInfo作為制圖工具,MapXtreme作為地圖服務器。
三、系統開發體系結構的建立
在開發互聯網數字校園地理信息系統時,二次開發平臺可以選擇Mapinfo公司的MapXtremeforJAVA作為地圖應用服務器,開發語言可以采用JSP加JAVA編制相結合的方式因為DreamWeaver開發JSP較方便,故綜合使用Jbuilder和DreamWeaver以簡化開發工作;通過使用MSSQLSer-
ver和Mapinfo建立屬性數據庫和空間數據庫,并通過JDBC與SQLServer數據庫相聯;Web服務器可以采用ApacheTomcat;地圖應用服務器通過MapXtremeforJAVA為客戶端提供網絡接口。目前開發WebGIS廣泛采用的是基于B/S的3層體系結構,該結構由數據庫、應用服務器(包括Web服務器和地圖服務器)和瀏覽器組成。所有服務器放在網絡中心,客戶端瀏覽器為分布在校園網各處的計算機,首先客戶端通過瀏覽器向Web服務器提交HTTP請求,遞交Form表單,Web服務器收到該請求后,把地圖操作請求提交給地圖應用服務器,地圖應用服務器(WebGIS服務器)在內部調用MapX服務器響應用戶的操作請求并通過訪問數據庫進行相應的空間分析和處理后產生新的操作結果,此后把結果返回給Web服務器,Web服務器再把該結果嵌入到HTML頁面中并返回到客戶端的瀏覽器上,這樣客戶端就看到了自己操作后的地圖。根據前文所講該開發方式屬于瘦客戶端方式。整個系統體系結構如下圖1所示。
四、校園地理信息系統的具體實現
(一)校園地圖矢量化
為了將現有的校園地圖轉變為可進行查詢、分析、統計的電子信息,必須進行校園地圖的矢量化。柵格地圖矢量化是地理信息系統設計的前提和基礎。這是因為:紙質地圖經掃描儀掃描后,初步保存為柵格圖像(常見的格式有TIFF,BMP,PCX,JPEG等)。
在矢量圖形中每個目標均為單個矢量單位(點、線、面)或多個矢量單位的結合體。基于這樣的數據結構,我們便可以很方便地在地圖上編輯各個地物、將地物歸類,以及求解各地物之間的空間關系,并有利于地圖的瀏覽、輸出。矢量化則是利用數字圖像處理算法,將源圖上的各種柵格陣列識別為矢量對象,最后以一定格式保存的過程。矢量圖形在工業、制圖業、土地利用部門等行業都有廣泛的應用。在這些領域的許多成功軟件都基于矢量圖形,或離不開矢量圖形的參與,如AutoCAD,ARC/INFO,CorelDraw,MapInfo等等。
獲取矢量化地圖通常有以下幾種途徑:
1.從地圖銷售商處購買GIS軟件所支持的矢量化電子地圖(如ArcView的Shape文件、MapInfo的Tab文件,AutoCad的DXF/DWG格式等);
2.利用掃描儀將紙質地圖掃描為TIF等柵格圖像格式后存入計算機,再利用矢量化軟件進行手工矢量化,把需要的內容在計算機上重新畫出,這樣工作量大而且煩瑣。
3.將圖紙掃描成柵格圖像存入計算機,再用專業數字化軟件自動將柵格格式的文件轉化成矢量格式的文件,并進行必要的手工修圖處理,這樣就得到了理想的可再編輯的電子工程圖紙。
4.使用特殊的數字化掃描儀將圖紙內容自動數字化,這樣掃描和矢量化同時進行,掃描的結果就能以矢量化的格式存盤。
5.在GIS軟件中直接繪制與錄入空間數據、屬性數據。
由于校園地圖數據量不是很大,加之目前我們沒有數字化儀等可將地圖矢量化的設備和軟件。因此我們采用第二種方式,即使用MapInfo軟件自身的數字化功能,將現有的校園柵格圖手工矢量化。
柵格地圖矢量化,對于我們得到的校園柵格圖形,需要對其進行矢量化以得到我們需要的矢量圖形。一般柵格圖像常見的格式有TIFF,BMP,JPEG等。然而柵格圖像在地理應用領域存在著許多的缺陷,而矢量圖形則不同。在矢量圖形中每個目標均為單個矢量單位(點、線、而)或多個矢量單位的結合體?;谶@樣的數據結構,便可以很方便地在地圖上編輯各個地理要素,將地理要素歸類,以及求解各地理要素之間的空間關系,并有利于地圖的瀏覽、輸出。如下為在MapInfo中矢量化地圖的大體步驟:
(1)首先我們將學校的柵格地圖用JPG格式存盤,然后得到一個中間產品的柵格地圖。
(2)在MapInfo中打開柵格地圖將自動生成一個與該柵格文件同名的TAB文件,并在地圖窗口中顯示,此時的圖層被稱為柵格圖層如圖5.1.2.在生成TAB文件的同時也生成了其他幾個文件,即每一個圖層生成了四個文件,*.tab,*.dat,*.id,*.map。
(3)在MapInfo中利用保存修飾層的方法建立一個新圖層,并將該圖層設為可見、可以編輯。利用修飾層來生成新圖層可以保證各層尺寸等參數的統一。接下來在新建的圖層上參考柵格圖層調用MapInfo提供的繪制點、線、折線、圓弧、多邊形、矩形、文本、符號等工具進行路徑描繪。
(4)每個新圖層都是多邊形、折線等對象的集合,可以調用MapInfo提供的工具對各對象進行分割、合并、擦除、拖拉等操作,可以對每個對象設置屬性信息。
(5)將繪制好的圖層匯總到一起。啟動MapX的地圖管理工具Geoset
Manager,在該軟件中打開所有圖層,保存為一個mapxtreme所需的GST文件(要存放在MapX的Maps目錄下)。再將畫好的地圖注冊。至此,矢量化地圖的生成工作就結束了。
(二)地理信息系統數據庫的建設
在將地圖矢量化以后,我們需要將得到的空間數據和屬性數據使用數據庫的方式存儲起來,以便系統使用。但是地理信息系統所需的數據量大,種類煩雜,數據組織是否合理將直接影響到系統性能,所以數據組織是系統設計的關鍵。我們知道系統的數據分為兩種:與地理位置相關的空間數據和與空間位置相關的屬性數據,二者通過關鍵字索引進行連接,如圖2。空間數據展示實物的地理位置信息,屬性數據記錄實物的具體屬性。在進行數據庫設計時,通過數據分層、圖層管理、屬性編碼和空間索引設計等,建立空間數據庫,然后進行屬性數據庫設計,最后建立空間數據庫與屬性數據庫的連接關系。
本系統的空間數據庫主要指地圖中的空間信息數據庫。其中包括矢量地理底圖庫、各種專題地圖庫等,涉及點、線、面等多種類型的文件,以及一些坐標點信息。
考慮到現在流行的GIS系統平臺通常僅支持Point,Line和Polygon幾種空間數據格式,不同格式的數據存儲在不同的層上,本系統根據實物的空間特點以及功能將地圖具體分為教學樓、辦公用房、教工宿舍、學生宿舍、道路、綠地、后勤服務設施等幾層。為方便系統對數據的管理,各類空間數據以Mapinfo的.tab格式(矢量形式)進行存儲。
五、小結
本文在通過對國內外GIS,特別是在WebGIS的發展與應用現狀充分學習、探討的基礎上,圍繞基于WebGIS的校園地理信息系統的實現這一主題,進行了系統的研究工作,初步完成了基于MapXtremeforjava平臺的校園地理信息系統的建設工作。
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