GIS的應用功能及GIS的應用領域
隨著人們對空間信息認識的加深及數字化產品的普及,其應用的深度和廣度將進一步加深和拓寬。據不完全統計,現實數據庫信息中大約75%的信息具有空間性,政府部門信息中大約85%的信息具有空間性。因此,GIS在眾多領域都將扮演重要角色,不僅能幫助人們解決全球環境變化和區域可持續發展等重大問題,而且將呈現社會化的應用趨勢,成為人們在科研、生產、生活、學習和工作中不可缺少的工具與手段。
有關GIS的應用功能,舉例如下:
一、資源清查與管理
資源的清查、管理與分析是GIS應用最廣泛且趨于成熟的應用領域,也是GIS最基本的職能,包括土地資源、森林資源和礦產資源的清查、管理,土地利用規劃、野生動植物保護等。
GIS的主要任務是將各種來源的數據和信息有機地匯集在一起,通過GIS軟件生成一個連續無縫的、功能強大的大型地理數據庫,該數據環境允許集成各種應用,如通過系統的統計、疊置分析等功能,按照多種邊界和屬性條件,提供區域多種條件組合形式的資源統計和資源狀況分析,最終用戶可通過GIS的客戶端軟件直接對數據庫進行查詢、顯示、統計、制圖及提供區域多種組合條件的資源分析,為資源的合理開發利用和規劃決策提供依據。
以土地利用類型為例,可輸出不同土地利用類型的分布和面積、按不同高程帶劃分的土地利用類型、不同坡度區內的土地利用現狀及不同類型的土地利用變化等,為資源的合理利用、開發和科學管理提供依據。如中國西南地區國土資源信息系統,設置了三個功能子系統,即數據庫系統、輔助決策系統和圖形系統,存儲了1500多項300多萬個資源數據。該系統提供了西南地區的一系列資源分析與評價模型、資源預測預報及資源合理開發配置模型。該系統可繪制草場資源分布圖、礦產資源分布圖、各地縣產值統計圖、農作物產量統計圖、交通規劃圖及重大項目規劃圖等不同的專業圖。
二、區域規劃
區域規劃具有高度的綜合性,涉及資源、環境、人口、交通、經濟、教育、文化、通訊和金融等眾多要素,要把這些信息進行篩選并轉換成可用的形式并不容易,規劃人員需要切實可行的技術和實時性強的信息,而GIS能為規劃人員提供功能強大的工具。
規劃人員可利用GIS對交通流量、土地利用和人口數據進行分析,預測將來的道路等級;工程技術人員利用GIS將地質、水文和人文數據結合起來,進行路線和構造設計;GIS軟件的空間搜索算法、多元信息的疊置處理、空間分析方法和網絡分析等功能,可幫助政府部門完成道路交通規劃、公共設施配置、城市建設用地適宜性評價、商業布局、區位分析、地址選擇、總體規則、分區、現有土地利用、分區一致性、空地、開發區和設施位置等分析工作,是實現區域規劃科學化和滿足城市發展的重要保證。我國大、中城市居多,為保證城市可持續發展,加強城市規劃建設,實現管理決策的科學化、現代化,根據加快中心城市規劃建設和加強城市建設決策科學化的要求,利用GIS作為城市規劃管理和分析的工具,具有十分重要的意義。
三、災害監測
借助遙感監測數據和GIS技術可有效地進行森林火災的預測預報、洪水災情監測和洪水淹沒損失的估算及抗震救災等工作,為救災搶險和決策提供及時準確的信息。如根據對我國大興安嶺地區的研究,通過普查分析森林火災實況,統計分析十幾萬個氣象數據,從中篩選出氣溫、風速、降水、溫度等氣象要素以及春秋兩季植被生長情況和積雪覆蓋程度等14個因子,用模糊數學方法建立數學模型以及模型建立的多因子綜合指標森林火險預報方法,預報火險等級的準確率可達73%以上。又如黃河三角洲地區防洪減災信息系統,在Arc/Info GIS軟件支持下,借助大比例尺數字高程模型,加上各種專題地圖如土地利用、水系、居民點、油井、工廠和工程設施及社會經濟統計信息等,通過各種圖形疊加、操作、分析等功能,可計算出若干個泄洪區域及其面積,比較不同泄洪區域內的土地利用、房屋、財產損失等,最后得出最佳的泄洪區域,并制定整個泄洪區域內的人員撤退、財產轉移和救災物資供應等的最佳運輸路線。
此外,RS與GIS技術在抗震救災中也有廣泛應用。我國是地震多發國家之一,為了盡可能減少在未來地震中的生命和財產損失,必須建立一套地震應急快速響應信息系統。GIS技術作為該系統的基礎,在平時建立起來的地震重點監視防御區的綜合信息數據庫和信息系統基礎上,一旦發生大地震,就可借助RS和GIS技術迅速獲取震區的各種信息,經過快速處理來獲得地震災害的各種信息,以便實現對破壞性地震的快速響應,防震減災應急對策建議的即時生成,各種震情、災情、背景、方案信息的可視化圖形展示。這些信息不僅可為抗震救災的部署提供重要依據,也可為各種救災措施的實施提供信息支持,以提高抗震救災的效率,最大限度地減輕地震造成的損失。GIS技術在地震中的具體應用包括應急指揮、災害評估、輔助決策、地震災害預測等。
四、土地調查和地籍管理
土地調查包括對土地的調查、登記、統計、評價、使用等。土地調查的數據涉及土地的位置、房地界、名稱、面積、類型、等級、權屬、質量、地價、稅收、地理要素及有關設施等項內容。土地調查是地籍管理的基礎工作。隨著國民經濟的發展,地籍管理工作的重要性正變得越來越明顯,土地調查的工作量變得越來越大,以往傳統的手工方法已不能勝任。GIS為解決這一問題提供了先進的技術手段。借助GIS可以進行地籍數據的管理、更新,開展土地質量評價和經濟評價,輸出地籍圖,同時還可為有關的用戶提供所需的信息,為土地的科學管理和合理利用提供依據。
五、環境管理
隨著經濟的高速發展,環境問題愈來愈受到人們的重視,環境污染、環境質量退化已成為制約區域經濟發展的主要因素之一。環境管理涉及人類的社會活動和經濟活動的一切領域。傳統的環境管理方式已不斷受到挑戰,逐漸落后于我國經濟發展的要求。而GIS技術可為環境評價、環境規劃管理等工作提供有力工具,如環境監測和數據收集、建立基礎數據庫和環境動態數據庫、建立環境污染的有關模型、提供環境管理的統計數據和報表輸出、環境作用分析和環境質量評價、環境信息傳輸和制圖等。為提高我國環境管理的現代化水平,很多新型的環境管理信息系統不斷建成。從1994年下半年起,在國家環保總局的統一領導下,我國進行了覆蓋27個省、市、自治區的省級環境信息系統(pEIS)建設。
六、城市管理
城市管理是一項內容廣泛、涉及面寬的復雜管理,不但需要各級政府之間的協調,更需要各部門之間的協作。同時,還需要處理各種統計數據與信息,查閱并分析許多與空間位置相關的信息,如城市自然要素的空間分布,基礎設施中管線的布設,公共事業中設施的建設和布局,社會管理中流動人口的來源、分布、就業分布、社會治安因素分析、社區管理設施與服務分布等。這些工作都需要能夠專門處理空間數據和進行空間分析的GIS作為技術手段。
在城市公共基礎設施管理中,GIS可幫助管理人員查詢設施管線、管網(包括供水、排水、供電、供氣及電纜系統等)的分布,追蹤流量信息和運行質量監控;在城市公共事業管理中,GIS主要用于公共事業設施的分布及需要公共事業服務的特殊人群的分布分析等;在城市資源與生態環境管理中,GIS的職能主要體現在資源清查與管理、土地調查和地籍管理、災害監測和環境管理等方面;在城市經濟空間結構管理方面,GIS主要處理各經濟要素的空間分布,如產業空間布局、商貿中心的分布、城市功能區的范圍等,并分析其規模、形態和位置是否符合城市空間擴張的規律;在城市社會管理中,GIS主要進行城市社會因素的空間特征的管理,如人口分布、不同人口密度的地區顯示、社區服務設施分布、影響社會治安因素的分布分析及犯罪嫌疑人追蹤等。
七、作戰指揮
軍事領域中運用GIS技術最成功的例子當屬1991年海灣戰爭。美國國防制圖局為滿足戰爭需要,在工作站上建立了GIS與遙感的集成系統,它能用自動影像匹配和自動目標識別技術處理衛星和高低空偵察機實時獲得的戰場數字影像,及時(不超過4小時)將反映戰場現狀的正射影像圖疊加到數字地圖上,并將數據直接傳送到海灣前線指揮部和五角大樓,為軍事決策提供24小時的實時服務。通過利用GpS(全球定位系統)、GIS、RS(遙感)等高新尖端技術迅速集結部隊及武器裝備,以較低的代價取得了極大的勝利。
八、輔助決策
GIS利用特有的數據庫,通過—系列決策模型的構建和比較分析,可為國家宏觀決策提供依據。例如,系統支持下的土地承載力研究,可解決土地資源與人口容量的規劃。在我國三峽地區,通過利用GIS和機助制圖方法建立的環境監測系統,為三峽宏觀決策提供了建庫前后環境變化的數量、速度和演變趨勢等可靠的數據。美國伊利諾斯州某煤礦區由于采用房柱式開采引起地面沉陷,為避免沉陷對建筑物的破壞,減少經濟賠償和對新建房屋的破壞,煤礦公司通過對該煤礦GIS數據庫中巖性、構造及開采狀況等數據的分析,利用圖形疊置功能對地面沉陷的分布和塌陷規律進行了分析與預測,指出地面建筑的危險地段和安全地段,為合理部署地面的房屋建筑提供了依據,取得了較好的經濟效果。
此外,GIS利用數據庫和互聯網傳輸技術,已經實現了電子商貿的革命,滿足企業決策多維性的需求。當前在全球協作的商業時代,90%以上的企業決策與地理數據有關,如企業的分布、客貨源、市場的地域規律、原料、運輸、跨國生產、跨國銷售等。利用GIS可迅速有效地管理空間數據,進行空間可視化分析,確定商業中心的位置和潛在市場的分布,尋找商業地域規律,研究商機時空變化的趨勢,不斷為企業創造新的商機。GIS和互聯網已成為最佳的決策支持系統和威力強大的商戰武器。
GIS的輔助決策功能不僅表現在宏觀決策和電子商貿等方面,而且GIS技術與決策支持系統技術相結合產生的空間決策支持系統已在國家社會、經濟生活等眾多領域得到了十分廣泛的應用,如城市用地選址、最佳路徑選取、定位分析、資源分配和機場凈空分析等經常與空間數據發生關系的領域。

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