地理空间信息技术篇1
城市战场空间情报信息需求
城市地形会对军事作战行动构成严峻挑战，回顾斯大林格勒战役，以及在贝鲁特、摩加迪沙、格罗兹尼、宁和费卢杰进行的战斗，交战双方均付出了巨大代价，这揭示了共同的道理――充分掌握错综复杂、分隔阻塞的城市地形，对确保在城区进行的作战行动成功至关重要。城市地图测绘是人文地理的分支之一，但要想达到接近人类理想尺度的大比例尺仍有困难（理想状况应为1：10000至1：50000），大多数军用地图的比例尺分为战略级、战役级和战术级。需要测量的不仅有城市人口和聚居地，还包括交通基础设施、高楼大厦等建筑，以及日趋复杂的公共设施网络――水源、污水处理设施、供电设施和电话线，还有基于地面电缆或无线电中继站的数字通信网络。
这些信息的储存有据可查，其格式常常更新，构成了城市设计、地址编撰和设施布局的基础。不过，这些数据来源多样而零散，从考古调查报告到电力分配图，有时还包括纸质城市地图。但与地面测量以及海图和航空图绘制相比，这些数字化信息在城市地图绘制信息中所占比例非常小，城市信息的标准化和一体化建设仍处于萌芽阶段。在历次灾难救援行动中，这些都令人遗憾，如近年来在新奥尔良、曼谷等地发生的危机。每到此时，救援者总会想方设法从各个渠道搜集数据。在城区进行的作战行动中，无论这些城市是有序规划还是无序发展，上述数据都极为缺乏。
正因为如此，地理信息系统（GiS）的大多数供应商建议使用专用工具进行城市地图绘测，包括光栅编辑和数字化建模，或是用于增加附加信息的矢量编辑。早期的模块主要针对城市规划应用；新型模块则可应用先进技术，为导航、平面及立体规划或公共设施网络的合理化布局提供精密信息。在此过程中，传统的2D演示技术正逐渐让位于更具创新性的3D技术，从而能够展示出具有更高分辨率、融合更多传感器的图像、模型和仿真系统，以及多层语义信息――从简单的邮政数据到聚居区、商业和居民生活等方面的定性特征。
尽管城市地理信息量日渐丰富，但城市作战战场空间的情报准备工作却几乎无法从中受益。鉴于作战或灾难救援行动常在贫穷国家、动荡国家进行，几乎无法获得当地行政当局的合作，这使得现代化作战力量不得不将大量精力用于在极度受限的环境中进行地图测绘，这种测绘过程旷日持久，与作战行动的快速性极不相称，因此越来越让位于更趋自动化的城市地理信息测绘手段，需要应用载荷微型化技术、多传感处理技术和大数据开发技术。
当前的技术手段
城区地形概貌主要通过遥感技术进行测绘。在和平时期，航空成像在地面高分辨率与广域覆盖方面达到了最佳平衡，并可通过地面测量得到进一步修正。在行动受限地区，卫星通过多次测量，能对城市地区进行精确拍摄，使用合成孔径雷达和全色成像技术，生成中精度和高精度高程数据。城市影像的地图格式是城市地图基础层的基础；随后，GiS对地图进行编辑，标注街道名称、区域划分、重要建筑、公共设施和障碍物；其他模块则提供城市地形说明，特别是计算机辅助3D技术将计算和显示建筑物的形状。例如，美国exri公司的exriCityengine软件作为三维城市建模的首选软件，完美支持arcGiS，具备计算机辅助成像功能，包括将激光雷达数据转换成点云数据，从而生成数百万个精确的三维地理坐标。
城市地理分析软件综合运用各种地理特征提取与测量工具，进行地形分析。商用GiS桌面项目就能提供这种软件，如萨尔诺夫公司的maplt软件，经认证更适用于防务安全领域。这种软件结合图像与激光雷达点云数据，可生成高分辨率数字高程模型；产生的内嵌图形和3D站点模型可用于城市地区的情报监视侦察行动以及目标定位和毁损评估。此外，英国Bae数字摄影测量软件增加了新一代自动地形提取功能，使用专门的算法从图像中建立精确数字高程模型。
3D城市模型的应用
高保真3D城市模型的制作已成为一种常态。这种源于城市规划需求的专业性行业，如今正致力于防务安全领域的地理空间类产品研发。美国pLw模型制造公司研发制作的3D模型内容详尽，涉及世界21个国家的450多个地方，包括体育场、机场、冶炼厂等设施乃至整座城市，以及海地太子港和日本石卷等受灾地区在受灾前后的地理对比模型。
法国的虚拟城市公司制作的3D模型规模相对有限，其原型包括阿布扎比等城市以及克里姆林宫等重要场所。根据相关合同，这些产品为用户专有。不过，其使用的工具和技术为GiS所兼容，可满足为保障关键性任务进行的城市地形分析要求。城市模型的地理坐标3D数据还可为战术通信和战术导航的相关工作提供支持。此外，高度专业化的软件模块能够计算出无线电波或者全球定位系统信号在建筑物之间的回波与强度。在军事和安全行动中，城市模型的这种功能常常被忽视。过去，频谱规划不足曾经引发严重后果。例如，俄军1994年在格罗兹尼进行的首次作战行动中，“城市峡谷”形成的伪装和多声路对战术电台的通信造成了灾难性影响。卢西亚德公司考虑到这一情况，在设计中确保断开的移动设备能够利用大型城市数据集。同时，在高楼林立的城市，全球定位系统的数据常常受到玻璃外墙和金属结构的影响，这就需要采取革新措施，以提供高精度的定位信息。
澳大利亚洛卡塔公司的定位技术适用于全球定位系统信号较差的环境，在美国空军的白沙导弹靶场，该公司设计的洛卡塔网络使用陆基地理坐标数据收发器，使空中作战可在无法接收到全球定位系统信号的条件下继续进行。美国空军746试验中队有望从该项目中获得战术导航的重要经验。在乌克兰危机中，俄罗斯和美国的卫星导航和定位系统均遭遇保障不力的情况，从而清楚地表明定位、导航与授时信号可能会成为未来作战行动的关键节点。这就要求美军对地面导航予以更多的关注，特别是在导航定位卫星被摧毁或压制情况下。
新型机载传感器的作用
在生成有效的地理空间信息方面，传统设备很难适用于当前战场的资源配置和作战节奏。从而催生出临时性的应急措施，为部队提供战场地理空间信息支持。不过，这种应急措施同样无法满足部队持续实施监视行动和实时获取地理信息的需求。
随着美军在阿富汗和伊拉克战场首次部署长航时无人机，相关的解决方法也应运而生。通过原子公司的mQ-1“捕食者”无人机及其携载的传感器载荷能够向地面站以及L-3“漫游者”等便携式终端发送全动态视频数据；与此同时，美军开始为改进型商务飞机装备激光雷达等高分辨率成像载荷。这是在美国陆军地理空间中心的“七叶树”项目下进行的，该项目自2004年以来已经恢复了战场制图能力。
“七叶树”项目率先在非交战环境中进行高分辨率3D图像的收集，并将分辨率0.1米的彩色图像和柱距1米的激光雷达图像定为非保密材料，可由盟国共享。由此生成的高分辨率3D图像，能立即为特种作战部队掌握，并用于在城市地区的行动规划和实施小规模直接行动。障碍物、掩蔽物、隐蔽点、武器部署位置、进出路线等，均成为作战部队实时掌握的有关城市目标地理空间信息的重要内容。这种高分辨率彩色图像和精确高程数据有助于实现对“城市峡谷”的深度理解，现已成为阿富汗和伊拉克战场的非常规情报监视侦察和反暴乱作战行动的重要保障。“七叶树”项目以及相关的激光雷达开发组件与地形建模软件，很快就被美国及其盟国用于军事情报、特种作战和地形/地理空间行动。有应用图像软件创建的3D基础层级，能够支持狙击/反狙击行动后清理路边炸弹行动。经过十多年的实践，“七叶树”项目已经能够绘制阿富汗和伊拉克人口聚集区和交通线地图。2014年初，随着美军开始从伊拉克撤军，整个“七叶树”数据群被转交给伊新政府，并于当年年中在伊北部地区打击“伊斯兰国”极端武装的行动中发挥了重要作用。
传统无人机传感器发送的全动态视频数据要么呈低分辨率宽视场，要么呈高分辨率窄视场，从而形成了“透视饮料吸管”效应，无法适应大规模的复杂城市地区作战行动，因为用户很快就会离开当前环境。塞拉・内华达公司设计的“戈尔贡凝视”系统――最新型广域长航时监视系统能够解决这一问题。该系统的首批“增量1”型配备在美国通用原子公司生产的mQ-9“死神”无人机上。这种由exelis公司研发的吊舱传感器系统，将9台摄像机结合使用。该系统与2011年3月在阿富汗战场投入使用。此前，该系统在佛罗里达州埃格林空军基地进行的初始测试中表现不佳，之后采取了应急性改进措施。
“戈尔贡”的可见光与红外传感器系统监测的16平方千米区域能够同时拆分为多个小块监测区，向地面的10个用户提供信息。这些用户装备了便携式地面终端，与“戈尔贡”系统地面站网络相联接。无人机吊舱内的先进机载压缩与储存系统克服了传统机载处理器的局限性以及空地通信的瓶颈。“戈尔贡”系统“增量1”型自从应用于阿富汗战场以来，工作时间已接近12000飞行小时；此后的“增量2”型于2014年7月通过了空军的初始作战能力测试，其覆盖面积扩大了4倍，分辨率提高了2倍。基于美国国防部高级研究计划局与BaF公司联合研发的“百眼巨人”技术制造的光电传感器，与当今世界上体积最大的红外传感器阵列相结合，能使单架无人机在数小时内监视100平方千米的地域。最终生成的场景融合了368幅图像，能以每秒12幅图像的速度形成18亿像素的合成视频图像。成像能力的增强，使用户能够在更大的区域内发现更小的目标。“七叶树”和“戈尔贡”项目具有力量倍增器的作用，使单架飞机能够进行大面积城市区域的近实时探测和制图。
先进的开发工具
高分辨率3D数据实用性和精确性的提高，使得三维制图技术能够延伸至战术层次，从而使用户更深刻地理解复杂城市环境。这些技术需要有新的可视化处理方式，以实现更好的态势感知。用图像覆盖高层数据，常常是在2D技术中体现3D特征的方式，目前正在接近城市地理中地形与人文特征相结合的深度。在这种新型应用方式中，3D数据将更具动态性和仿真性，能更好地进行物理信息与语义信息的融合，在实现城市环境可视化方面是一项引人瞩目的优势。这些应用方式能够促进各种各样的3D技术发展，将地图转变为全息图像。
美国陆军战术战场可视化项目使用德克萨斯州斑马成像公司研发的技术，主要生成全息化地图。这种城市地形表示方式弥补了地理空间行业与作战用户之间的“跨行业鸿沟”。使得未经专门训练的人员也能理解复杂的地理环境。斑马成像公司的全息化地图能够进行打印，阅读者无需佩戴眼镜观测3D图像，并能将这种为用户定制的全息化地图带上战场。下一步计划将实时数据输入到全息地图之中，从而能够观测实时的2D/3D图像。
地理空间信息技术篇2
空间信息技术是20世纪60年代兴起并得到迅速发展的新兴技术，在广义上也被称为"地球空间信息科学"。空间信息技术是指遥感技术、地理信息系统和全球定位系统的统称。数字地球的提出是全球信息化的必然产物，作为一种非常有效的空间信息技术，自发展以来，迅速得到世界各国的高度关注。在我国，空间信息技术在民用、商用、城市建设、自然灾害监控等各个领域得到了逐步广泛的应用。
1运用空间信息技术开展文化遗产和历史研究成为一种新趋势
空间信息技术近年来在文化遗产和历史研究领域得到极大重视，利用空间信息技术研究历史领域成为当下新趋势。各国也相继加大了对空间信息技术在文化遗产和历史领域的实际应用研究。在考古方面，美国利用空间信息技术，发现了隐藏在萨尔瓦多Ceren地区火山灰下的村庄。在意大利，利用空间信息技术描绘出了古代遗址的分布地图。在历史研究领域，由法国东亚研究所的安克强主创建的虚拟上海：上海城市空间（VirtualShanghai），利用GiS技术，将上海历史照片和地图信息进行数字化，使档案数据和空间之间建立了一种新的联系。
空间信息技术在我国开展的研究也取得了长足的进展，有跟国外合作研究，也有独立开展的项目。在我国，空间信息技术的应用，大多以单个或多个结合的形式得以实践，有的已经结合档案尝试应用到日常工作当中。复旦大学历史地理研究中心所开发的中国历史地理信息系统（CHGiS），运用了大量档案资料，提供了从秦朝到清朝末年的中国历史行政区划连续变化的数据，用户下载CHGiS数据后，可创建特定时间和地区的用户电子地图，也可以加入用户自己掌握的更多数据作分析，建立特定的统计模型。
2利用空间信息技术开发档案资源
2.1空间技术信息为档案资源开发带来了新机遇
信息化是未来国家之间竞争的没有硝烟的主战场。自从20世界60年代美国开始提出信息高速公路的概念后，各国对信息化的建设逐步重视起来。在我国，以《中华人民共和国计算机信息网络国际联网管理暂行规定》颁布为标志，正式启动了中国的信息高速公路计划。档案作为历史文化传承的重要载体和重要凭证，也面临着空间信息技术的巨大挑战，同时我们也看到了挑战所带来的机遇。空间信息技术作为一种技术，如何加速实现档案信息资源从实体管理向信息管理转变，这是我们每一个档案工作者都应该认真思考的问题。同时，从理论层面来讲，空间信息技术在档案中的运用，在理论上又能实现怎样的目的？它的优势在哪里？这种理论又是如何应用于实践，在档案工作中如何体现的。空间信息技术在文化遗产和历史研究领域得到了广发的开展和运用，发展前景好，但是如何运用这个技术开展档案的信息资源建设，目前仍处于非常薄弱的状态。毋庸置疑，档案由纸质化向电子化发展是必然趋势，基于空间信息技术之上的档案信息化符合这个潮流，这是档案领域的一场技术革命，它使我们站在了一个更高更远的起点上。
2.2档案的数据和信息资源是空间信息技术广泛运用的基础
我国拥有非常丰富的档案资源。以北京为例，截止2010年底，北京各级档案馆馆藏档案已超过500万卷册。这些档案资料涉及政治、军事、经济、文化教育、体育卫生、宗教等各个领域。除纸质档案外，还有较大数量的电子、图片、缩微胶片等，这些都是研究历史非常有用的可靠素材。这些馆藏档案资源具有较强的时间和空间连续性和完整性，具有极高的社会历史文化的开发利用价值，为空间信息技术开发提供了必需的可转换操作的数据来源。但由于我国的档案信息化建设水平不高、利用门槛高以及管理体制机制问题等原因，我国的档案信息资源利用率相对较低，档案的第一价值和第二价值没有得到充分的实现。利用空间信息技术，建立档案信息联合数据库，实现档案信息资源的整合和共享，充分挖掘和利用我国丰富的档案资源，拓宽档案利用途径和渠道，必将会产生巨大的社会效益和经济效益。
2.3促进空间信息技术与档案资源开发的互动和耦合
一方面，数字地球和空间技术信息化时代到来，科学技术飞速发展，显然，空间信息技术的不断发展和成熟，从技术层面上，为进一步探索、开发和利用档案信息资源提供了可能。如，复旦大学开发的中国历史地理信息系统，利用者可以通过地理定位，查询到相关的档案、历史、传记、手稿、地图等数据，利用者根据需要再进行数据对比和再造，建立个性化的地理信息系统。可见，空间信息技术在档案领域的运用，为档案信息资源的开发和利用打开了一个全新的思维方式，拓展了档案的服务功能和利用价值。创建Virtual?Shanghai的安克强先生在接受媒体采访时表示，最初研究上海史的时候，只想用手中掌握的有关上海的文献、照片和地图建立一个历史照片数据库，但是当他引入空间信息技术后，发现了信息和空间之间的联系，探索出了新的研究上海史的方法，这种技术为也改写了后人重新叙述历史的途径。可见，新的技术的引入和运用，将从更大的层面和更宽更广的领域提高档案信息资源的价值。
另一方面，档案信息资源为空间信息技术提供了基础信息和数据来源。信息是数据库的基础，拥有大量的信息，才能进行更好的分析，实现我们的预期目标。虚拟上海：上海城市空间（VirtualShanghai）、京杭大运河地理信息系统等都大量的运用了历史照片、地图、文字信息等档案文献资料。同时，空间信息技术可以获得文化遗产的性质和位置的最新数据，增加和丰富了相关档案数据；通过信息比对，可以更好的发现问题，有利于研究者们产生新的研究思路，得到更多的信息。
地理空间信息技术篇3
关键词：测量信息化；工程测量；技术展望
中图分类号：p2文献标识码：a
一、信息化测绘技术体系
1.1从技术角度上，信息化测绘技术是现代测绘科学技术经多学科交叉、融合后发展形成的，它依托数字化测绘体系，实现地理空间信息的快速获取和更新、智能化处理和一体化管理、网络化生产与分发服务，实现地理空间信息资源的融合、增值服务，使测绘信息与技术产品社会化，为社会提供多尺度、多形式的服务，是“后数字化测绘技术”时期的发展走向。面对以tB级计的海量地理信息数据和各行各业的迫切需求，使我们面临着“数据又多又少”的矛盾局面：一方面数据多得无法处理；另一方面用户需要的数据又找不到，无法快速而及时地回答用户问题。因此，对地理空间信息加工与处理提出了自动化、智能化和实时化的要求，这恰恰体现了对数字化的提升，也符合复杂巨系统的格局。
1.2随着全球信息网格（GiG）概念的提出，人们将要面临在下一代3G（greatglobalgrid）互联网上进行网格计算，即不仅可以查询和检索GiS时空数据，而且还要能利用网络上的计算资源进行网格计算。在网格计算环境下，目前的GiS数据面临着空间数据的基准、空间数据的时态、语义描述以及数据存贮格式不一致的4大障碍。因此，建立全球统一的空间信息网格对实现网格计算势在必行。为此，我们提出了从用户需求出发的空间信息多级网格（SimG）的概念，用带地学编码的粗细网格来统一存贮时空数据。其基本的思想是在地理坐标框架下，根据自然社会发展的不平衡特征将全球分成粗细不等的格网，格网中心点的经纬度坐标和全球地心坐标系坐标作为参照标准，存贮各个格网内的地物及其属性特征，这种存贮方法特别适合于国家社会经济数据空间统计与分析。如果能解决空间信息多级网格与现有不同比例尺空间数据库的相互转换，GiS的应用理论将会上一个新的台阶，空间数据挖掘也可望得到更好的应用，使空间分析和辅助决策支持上一个新台阶，同时也对信息化测绘体系提出了明晰的目标和方向。人类的社会活动和自然界的发展变化都是在时空框架下进行的，地球空间信息是它们的载体和数学基础。在信息时代由于互联网和移动通讯网络的发展加上计算机终端的便携化，使时空信息服务的大众化代表了当前和未来的时代特征，也是空间信息行业能否产业化运转的关键。
二、信息化测绘的任务与特征
信息化测绘是当前测绘事业发展的方向。信息化测绘体系是地理空间信息获取、处理和服务等测绘业务流程信息化的具体体现，主要包括现代化的测绘基准体系、基础地理信息资源体系和地理空间信息的实时化获取体系、自动化处理体系、网络化服务体系等。充分利用现代高新技术，加快建设信息化测绘体系，大力推进测绘信息化进程，是测绘事业适应国家信息化建设的紧迫任务和重要内容，也是实现测绘事业又好又快发展的基本要求和必要途径。信息化测绘体系建设应该包括两大目标：一是要着力发展先进的测绘技术方法，建设现代化的测绘基础设施；二是要着力提升测绘的保障服务能力。这两个目标密切相关。前一个目标是后一个目标的基础和前提，是实现后一个目标的手段和条件；而后一个目标则是前一个目标的出发点和落脚点，是建设信息化测绘体系的终极目标。因此，信息化测绘体系建设的核心是切实提升测绘的保障服务能力。当然，要提升测绘的保障服务能力，必须大力发展测绘技术手段，建立健全相应的政策法规和技术标准。从提升测绘保障服务能力的角度上看，信息化测绘应该具有以下特征：
2.1测绘保障服务的层次有显著提高。在强化测绘的“支撑”作用的同时，大力发展测绘的“提升”作用。
2.2测绘保障服务的模式有显著变化。测绘应该从被动服务、普遍服务转变为主动服务、按需服务。这不仅包括测绘服务和成果的提供模式，也包括测绘成果的应用模式和后续服务模式等。
2.3测绘保障服务的质量有显著改善。测绘产品及服务不仅要优质化，更要增值化。测绘成果的内容、形式和质量应适应应用的需求，特别是成果的现势性应得到明显改观。
2.4测绘保障服务的效果有显著增强。测绘保障服务要适宜、及时和有效，并应以其为其它业务的成功而提供的支持程度作为衡量保障服务效果的基本标准。
三、信息化测绘的若干关键技术
3.1城市地理信息共享标准。由于标准化工作未得到重视的危害有滞后性，往往被忽视，而一旦发现失误再去弥补，代价很大，有些工程需要重来。因此，信息测绘体系建设应十分重视标准先行。城市地理信息共享标准涉及地理模型、数据获取、组织管理、共享服务等方面。主要包括：地理基础框架与地理信息分类标准、数据质量标准和分发服务标准等。
3.2现代化城市测绘基准体系。现代测绘基准体系主要包括：GnSS虚拟参考站技术、坐标系转换技术、厘米级大地水准面精化技术、分米级交通导航技术等。该技术不仅可逐步取代传统的城市测量控制系统，还可以提供实时动态的空位置服务，将带来城市测量的历史性进步。
3.3智能化移动测量技术。移动测量技术是多传感器集成技术、空间同步技术、自动提取技术、移动信息实时传输等技术的总称。目前典型的产品有：基于pDa的野外全息数据采集技术；基于可量测实景影像（Dmi）信息提取技术。该技术特别适合专题热点数据采集，有利于实现地理信息服务的大众化、社会化、灵性化与实时化。
3.4无人飞行器航空摄影测量技术。无人飞行器航空摄影测量技术主要包括：长航时无人飞行器技术、传感器姿态控制技术、平流层平台摄影测量技术与应用、航空摄影二维及三维信息的提取技术等。此项技术的应用将改变传统的摄影测量作业方式，大大缩短成图周期、降低测绘成本、提高测绘生产与成果更新的效率，并可为三维仿真提供高分辨率纹理数据。
四、结语
信息化测绘是数字化测绘的延伸和发展，是信息社会测绘生产力发展的必然要求。在信息化条件下，空间数据生产的劳动强度极大降低，技术含量极大提高，应用前景更加广阔。历史将有力证明：建设城市信息化测绘体系是工程测量行业实现可持续发展的必由之路，殷切期待工程测量行业在信息化的浪潮中更加繁荣昌盛。
参考资料
[1]张清浦.关于信息化测绘体系建设目标和任务的探讨[J].地理信息世界.2008年04期
地理空间信息技术篇4
关键词：地理信息技术；教学改革；计算机类专业
随着计算机技术和互联网技术的发展，地理信息技术广泛应用于国土管理[1]、城市规划[2]、灾害评估[3]和公共安全[4]等诸多领域。随着大数据、云计算、物联网、人工智能等信息技术快速发展，地理信息技术和这些新技术融合趋势越来越明显[5]。目前，许多高校开设了地理信息技术相关的专业，如地理信息系统、遥感科学与技术、空间信息与数字技术等，培养相关专门人才，同时，一些其他相关专业，如资源环境与城乡规划管理、环境科学、城市规划，由于行业应用的需要，也开设了地理信息系统等相关课程。地理信息技术作为信息技术的重要分支，计算机类专业的学生有必要深入了解，因此，很有必要在在计算机类专业开设相关课程。
1课程性质及特点
在计算机类专业，地理信息技术一般作为专业方向课或专业选修课开设。通过该课程的学习，学生需掌握地理信息技术的基本原理、基本方法和相关应用，为学生在信息技术中综合集成地理信息技术打下坚实基础。由于课程的特殊性，该课程明显具有以下特点[6]：多学科交叉、实践性强、具有前沿性特征。
1.1多学科交叉
地理信息技术课程以3S为核心，集成了地理学、地图学、测绘学、计算机科学等众多学科的相关理论和技术，是多科学交叉的产物。由于涉及学科领域众多，要求学生必修具有相关学科领域的知识。对于计算机类专业的学生而言，学生仅仅具备了扎实的计算机科学的基础知识，其他学科的基础知识严重不足。这要求教师在教学过程中，需要考虑到学生的实际情况，根据需要适当补充其他相关学科的基础知识。
1.2实践性强
地理信息技术是一门实践性很强的学科，地理信息技术的应用促使技术体系不断完善，进而促进了相关理论体系的形成。同时，新的理论体系进一步促进地理信息技术的发展，并不断扩展应用领域。因此，地理信息技术学科内容包括了基本理论研究、技术方法和技术应用三方面，既是一门基础理论学科，又是一门实践性很强的学科。这就要求教师在教学过程中既要讲解本课程中的基础理论，又要巧妙地将基本理论与实际应用结合起来，这样有利于学生加深对基本理论的理解，提高学生运用地理信息技术解决实际问题的能力。
1.3前沿性
地理信息技术自诞生以来，已经形成完善的理论体系和技术方法，随着新兴it技术的不断涌现，地理信息技术的发展和更新也日新月异。因此，地理信息技术课程呈现了前沿性的明显特点。
2地理信息技术教学改革
2.1明确教学目标
不同专业的地理信息技术课程由于教学目标的不同，其教学内容和教学方法也完全不一样[7]。对于地理信息技术相关的专业而言，地理信息技术是一门重要的专业基础课，其教学目标是培养地理信息技术专业技术人员，学生需要掌握基本原理、技术方法和典型应用，为后序课程的学习打下坚实的基础。对于其他相关专业而言，地理信息技术的课程的教学目标则是以专业知识为背景，地理信息技术作为一种辅助技术手段更好的解决本行业相关的问题。计算机类专业的培养目标是培养高素质计算机专业人才，地理信息技术的课程教学目标是让学生掌握地理信息技术的基本原理和技术方法，为将来在工作中综合集成地理信息技术打下坚实基础。
2.2改革教学内容体系
根据计算机类专业的人才培养目标以及地理信息技术课程本身的特点，需要对课程教学内容体系进行很好的规划。为了能够与专业更好的紧密结合，在介绍地理信息技术的基本理论和基本原理的同时，特别需要突出空间数据结构、空间数据库和空间分析原理与方法几方面的内容。经过实际的教学探索，该课程的内容主要包括以下四部分：①基础知识，主要包括基本概念、坐标系统和地图投影；②GpS与定位技术，主要包括GpS工作原理和其他定位技术；③地理信息系统（GiS），主要包括空间数据结构、空间数据库、空间分析原理与方法及地图制图；④遥感技术（RS），主要包括遥感基本原理和遥感图像处理。以上教学内容基本覆盖了地理信息技术的主要基础理论和技术方法。
2.3丰富教学方法
为提高教学质量，培养学生的学习兴趣，可以采用问题探究式教学法、对比教学方和项目驱动教学等多种方法相结合。探究式教学是指将探究式方法运用到教学中，在教师的引导与协助下，学生作为教学主体，通过提出问题、搜查资料、形成对问题的解释以及论证解释等探究环节，自主建构知识、获取知识、应用知识的过程，以此来培养学生的探究意识、创新精神和实践能力的研究性活动[8]。例如，在讲解空间数据结构之前，教师给出空间数据例子及特点，让学生根据学过的数据结构，自行总结在能够将空间数据在计算机内组织存放的方法。“对比教学法”是将教材中有一定联系和差异的教学内容放在一起进行对比讨论和分析，找出其中的异同点，将有关的知识和理论迁移到另一对象上[9]。例如在讲解空间数据结构时候，让学生比较矢量结构和栅格结构的优缺点，进而引导学生进一步思考空间数据结构未来的可能发展方向；在讲解空间数据库的时候，让学生将空间数据库和适合存放大量结构化数据的关系数据库进行对比，进而引申出空间数据引擎的概念及作用。项目驱动教学法可以充分调动学生的学习兴趣，提高学生自觉学习的能力[10]。例如将讲解空间分析原理与方法时，要求学生结合所需知识，完成一个典型的“学校选址分析”的实际项目，教师只提供具体问题、基础数据，详细的问题建模、数据处理和结果表达均要求学生自行完成。
地理空间信息技术篇5
[关键词]3S技术；土木工程；GiS；RS；应用
1“3S”意义及本质
3s技术是近十多年来发展起来的主要空间信息调查管理技术集成系统。它是遥感(RemoteSensing，RS)技术、地理信息系统(GeographicalinformationSystem，GiS)技术和全球定位系统(GlobalpositioningSystem，GpS)技术的英文缩写的简称。RS技术主要是通过遥感平台获取地表各类地物的空间分布、质量、数量及其空间相互关系等信息；GpS技术主要用于获取地表地物的空间位置信息及其动态变化轨迹；GiS技术是指在计算机硬件支持下，对具有空间内涵的地理信息输入、存贮、查询、运算、分析、表达的技术系统，它可以用于地理信息的系统动态描述，通过时空构模，分析地理系统的发展变化和演化过程，从而为咨询、规划和决策提供服务。
可以看出，3S技术是在空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、现代通讯技术的基础上，多学科高度集成的系统技术，是对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。它具有强大的空间信息获取、存贮与分析模拟功能，可以应用于与地理空间有关的很多领域。从大范围的全球变化、区域可持续发展，到局部区域的城市交通、公共设施规划及建筑工程选址，地产策划等方面，3s技术正深刻地影响着，甚至改变着这些领域的研究方法及工程技术体系。
2.3S技术在土木工程中的应用
土木工程是建造各类工程设施的科学技术的总称，包括房屋建筑工程、道路修筑工程、桥梁、隧道工程、机场工程、地下工程、给排水工程、港口工程、水利工程等。一般土木工程建设主要包括五个阶段，即：勘察规划阶段、环境影响评价阶段、项目施工阶段、项目监理验收阶段和用后服务阶段。在整个项目运营实施过程中，为了使各阶段的目标得以实现，必须加强土木工程项目的管理工作。
由于许多土木工程都是依托地表修建的，具有一定的空间地理位置、空间分布形状、空间特征属性以及空间相关性等空间信息，对于这些空间信息的处理长期以来主要以来地面人工测量、调查与绘制图形来完成的。3s技术的强大空间信息处理技术可为土木工程提供重要的技术支撑，改善传统土木工程在空间信息处理方面的技术瓶颈，提高土木工程的高新技术水平。
2.1 3s技术在土木工程勘察与规划中的应用：近年来，以法国Spot5、美国QuickBird和iKonoS等高空问分辨率的陆地观测卫星遥感技术，空间分辨率可以达到0.20～2.50m，制图精度可以达到1：200～2000；基于GpS的遥感探测，可以获得具有三维地理信息的遥感图像数据，并输出三维数字高程模型(Dem)和各种实用图件，大大简化了传统地形测量的过程，是地理制图技术的一个飞跃。应用GiS三维地形模型叠加遥感图像的技术，可以生成真实的地形模型，在地形复杂山区的土木工程勘察与规划过程中具有广泛的应用潜力。RS技术的大范围空间地理信息采集能力可以迅速查明土木工程沿线的地层岩性、地质构造、水文地质概况及控制线路方案的主要不良地质类型与分布。集成高空间分辨率的RS对地观测技术、高精度的数字高程模型(Dem)、GpS空间定位技术、区域地质、工勘资料等多源空间数据，形成的高精度三维可视化土木工程勘察与规划模型，可以为复杂山区土木工程的勘察与规划提供快捷的技术工作平台。3S空间信息集成技术可有效地指导土木工程勘察工作，为物探、钻探、原位综合勘探布置提供依据；为高精度、大比例的工程地质调查提供了可靠技术平台，实现了线路规划、工程地质调查、环境影响综合分析和评价等土木工程环节技术的快速发展，提高了复杂土木工程勘察与规划效率和质量，可以满足近年来土木工程勘察任务繁重、周期短、标准高，尤其是山区土木工程具有比较方案多、长大隧道多、缺乏地质资料等环境下的多种野外勘察与规划技术需求。
2.2 3S技术在土木工程生态环境影响评价中的应用：随着土木工程规模的日益扩大，其对生态环境的影响日益严重。传统地面数据采集调查手段投入高、周期长、效率低、涉及范围小，已无法满足大型土木工程环境影响评价对数据的要求，急需建立相应尺度范围内的土木工程生态环境影响评估技术体系。随着遥感技术的大尺度空间数据采集技术的日益完善，其在大型土木工程生态环境影响评价中作用也日益重要。从遥感数据中获取的有用信息，可以为大型土木工程生态环境影响评价提供从宏观到微观的各种快速、全面的资料支持。
在国外，很多国家都已经将遥感技术应用到了土木工程建设生态环境监测与评估中。其中比较具有代表性的是：从1980年开始至1993年，埃塞俄比亚研究人员利用航摄照片和卫星图像对一条高速公路沿线的环境变化做了长期监视和分析，通过对监测数据的分析，得到了生态环境时空演化的过程与发展趋势。美国联邦地调局研究人员利用遥感影像，通过对铁的氧化物和氢氧化物分布信息的提取，研究了科罗拉多州废弃矿山对生态环境的影响等。在国内，我国政府也开展了多个大型项目的遥感监测。许多学者也通过遥感影像对比分析研究了工程建设对生态环境产生的影响，为掌握环境变化趋势、进行环境管理提供了有效的手段。很多学者以不同工程为研究对象，开展了大量工作。
遥感技术以其快速、从宏观到微观全面观测等优势条件，在大型土木工程环境影响评价方面具有重要的应用基础。但由于受天气限制比较严重等原因，遥感在重大自然灾害监测中应用的作用，还远远没有充分发挥出来。如光学遥感受天气的制约比较严重，在天气不是很好的情况下，有时候甚至无法成像。相信随着对地观测小卫星星座的日益增多、科学的工程环境评价指标体系的日益完善及其国际合作的加强，遥感将在大型工程环境影响评价中发挥更加重要的技术支持作用。
2.3 3S技术在土木工程施工中的应用：GiS为土木施工项目管理提供了一个非常好的开发平台。通过二次开发，可以把RS技术采集的土木工程施工进程空间图形图象信息、GpS采集的土木工程施工进展空间定位信息、土木工程属性信息融合～起，为复杂的土木工程施工建立一个可视化信息管理系统。它为施工设计与管理提供强有力的分析工具，为决策分析提供迅速的信息支持，有着广泛的应用背景和需求。基于3s技
术的土木工程施工导流三维动态可视化数字模型，可以实现了模型的动态显示、交互操作、空间分析以及施工导流全过程可视化仿真等功能，从而为土木工程施工组织设计与宏观决策提供了一个科学有效的可视化分析手段。目前，虽然3S在土木工程施工项目管理和工程施工的可视化信息管理中得到应用，但是还处在研究的初步实验阶段，应用的程度有限。随着3S技术的不断提高完善，其在隧洞开挖断面的自动绘制与量算，确定弃碴场的位置与范围等更深领域的应用会不断展开。
2.4 3S技术在土木工程结构监测与监理中的应用：为保证土木工程项目施工的质量、进度及投资，减少开发建设的风险，土木工程监理与监测制度是土木工程质量管理的重要环节。土木工程监理单位作为专业的技术管理部门，对项目进行全面监督与管理，参与项目的招标、评标、技术方案的审核、过程检查，协助解决项目执行中出现的技术和管理问题，代表业主方全面检查和验收提交的成果资料。
随着3s技术精度和功能的不断提高和完善，其在土木工程监理中的应用越来越广泛。GpS定位仪的定位精度相当高，特别是采用了差分定位技术，建立了适当的精度控制网络后，GpS定位仪的定位精度完全满足土木工程监理中多种定位测量的需要。差分GpS精度高、采集数据量大、速度快与GiS结合使用能最大限度的发挥其优点。随着计算机网络技术以及卫星通讯技术的发展，利用GpS实时快速定位能力，通过遥感技术支持的计算机通讯系统，实现GpS和GiS的联合工作，可获得各种土木工程精确的实时图形。在GiS支持下，可以将这些监测的实时图形与土木工程规划、设计图形进行空间叠加，空间相关统计分析，实现土木工程的空间自动监理。另外，GpS技术的快速定位为RS技术数据实时、快速地输入GiS提供了可能，RS技术可以迅速地将采集的土木工程空间信息输入GiS分析处理系统，进行实时动态地分析地表某个土木工程空间形状与规划、设计方案的差异。
3.发展与展望
众所周知，我国目前正处于基础建设高速发展时期，大规模的基础建设使土木工程整体推进面临着多种技术瓶颈。3S作为一门新型技术集成系统，以其管理空间信息的独特优越性，已经广泛应用于土木工程方案勘察与规划、大型土木工程生态环境影响评价、不良地质调查以及土木工程地质调绘成图的应用，取得了较理想的效果。3S技术在土木工程中的应用不但加快了工作速度，而且提高了质量，节省了人力物力，有很高的经济效益和社会效益。目前，国内外虽然已开展了3s技术在土木工程中的开发和研究应用工作，但是应当指出，由于许多技术人员对3S技术了解的不够全面，大部分人员只能用到制图功能，把3s尤其是Gis和CaD等同起来，没有发挥3S技术在土木工程中的应有潜力。
3S技术的发展应用，为土木工程勘测设计与管理提供了全新高效的方法，尤其在大型土木工程的宏观规划、路线调查及大型隧道、桥位工程的方案论证等方面。3S技术可以全面掌握土木工程规划区的环境地貌与地质构造要素，提高决策水平和设计质量，对优化方案节约投资起到关键作用。随着3S技术以及计算机信息技术的进一步发展普及，应用3S与3D(三维)环境模拟技术优化设计方案，通过3S，3D与常规勘察设计技术的紧密结合，可进一步提高土木工程建设的快速优化，提高人类利用、改造、美化环境的水平，对促进整个人类社会的进步具有重要意义。
参考文献
[1]李德仁.论RS、GiS与GpS集成的定义、理论与关键技术[J].遥感学报.1997，1(1)；64-68
[2]陈述彭、鲁学军、周成虎，地理信息系统导论[m].北京：科学出版社，1999.12-14
[3]陈学全、谢 毅，3s应用领域十分广泛的高新技术[J].安徽地质，1997，7(1)：52-54
[4]陈学军.土木工程概论[m].北京：机械工业出版社，2006.1-6
[5]胡广洋.GpS技术在三峡工程大江截流中的运用[J].水利水电科技进展，1999，19(3)：54-57
[6]吴冲龙、汪新庚.地质矿产点源信息系统设计原理及应用[m].北京：中国地质大学出版社，1996
[7]赵文武、东野光亮、张银辉.“3s”技术集成及其应用研究进展[J].山东农业大学学报(自然科学版)，2001，32(2)；117-123
[8]袁艳斌、姜 晖、汪新庆等.三峡坝区工程地质信息系统集成开发研究[J].地球科学，1999，24(5)：28-30
[9]汪 邵.3s技术研究进展及其在工程中的应用[J].凉山大学学报，2002，4(1)：124-126
[10]李振山.铁路建设工程质量监督[m].北京：中国铁道出版社，2003
[11]马荣华、黄杏元、蒲英霞.数字地球时代“3s”集成的发展[J]，地理科学进展，2001，20(1)：89-96
地理空间信息技术篇6
1 空间信息技术与城市开放空间系统
1.1 空间信息技术
信息和信息技术对当代的经济、社会、文化、生活等产生了巨大的影响。空间信息技术是20世纪60年代以来逐步发展起来的以获取、管理、分析与地理位置相关的空间信息为主的信息技术的总称。它包括遥感（remotesensing，RS）、地理信息系统（geographyinformationsystem，GiS）、全球定位系统（globalpositioningsystem，GpS）（简称3S技术）等。利用遥感技术可以远距离无接触地快速获取地面各种地物的实时信息；借助地理信息系统技术对整个或部分地球表面与空间有关的数据进行采集、存储、管理、分析、显示和应用；全球定位系统能在任何时刻为全球任何地方的用户提供三维位置、三维运动速度和精确的时间等信息。遥感技术的优势在于它的短周期、视野广阔、信息量丰富及可定时定位观测；地理信息系统的强大之处在于它将空间信息的处理与属性信息完美结合起来，为用户提供了空间检索和分析功能。以“3S”技术为代表的空间信息技术不再局限于数据的采集，而是强调对地球空间数据和信息从采集、处理、量测、分析到管理、存储、显示和的信息流全过程[1]。空间信息技术把整个人类的生活环境作为主要的研究对象，具有信息获取的客观性、信息定位的准确性、信息管理的灵活性、信息分析的空间性、信息表达的直观性等特点[2]。
3S技术集成已成为现代空间信息技术发展的必然趋势。全球定位系统的组合技术系统为遥感对地观测信息提供了准实时或实时的定位信息和地面高程模型，遥感对地观测的海量波普信息为目标识别及科学规律的探测提供了定性或定量数据；遥感、全球定位系统、地理信息系统的集成将使地理信息系统具有获取准确、快速定位的现势遥感信息能力，实现数据库的快速更新和在分析决策模型支持下，快速完成多位、多元复合分析[3]。遥感、全球定位系统和地理信息系统的集成技术将最终建成新型的地面三维信息和地理编码影像的实时或准实时获取与处理系统，形成快速、高精度的信息处理流程。
在自然、经济、社会中出现更多的是空间数据，空间数据是指与空间位置和空间关系相联系的数据。数据库是20世纪后期迅速发展起来的、应用范围广泛的计算机数据管理技术。地理信息系统数据库是地理信息系统的关键支撑技术，它具有数据量特别大、地理要素的属性数据和空间数据结合紧密、数据应用面广等特点。以地理信息系统数据库为依托，社会、资源、环境、经济等多种信息可以组成更庞大的空间信息数据库。空间信息数据库的主要任务是建立资源、环境、社会、经济等多种信息资料的采集、传输、处理、分析、分发、反馈、决策的网络服务体系，它是信息社会和知识经济时代必不可少的基础设施[4]。很多国家和地区已经建立了自己的空间数据库，但是技术平台的差异导致数据很难实现共享，这在GiS数据库中尤其突出。为了实现GiS数据的共享，有关专家学者提出了建立分布式多空间数据库系统来实现异构空间数据源的互操作，以达到空间信息共享的目的[5]。
1.2 城市开放空间与城市开放空间系统
现代城市开放空间系统的建构是在生态概念的思想基础上产生的，是生态规划设计观的表现之一。具有现代意义的城市开放空间概念大约出现于1887年的英国，之后人们出于不同的目的分别从不同的角度对其进行了诠释和应用。城市开放空间是指在一定的城市地域内，具有一定结构和多重功能的存在于城市建筑实体之外的开敞空间体[6]。它包括绿地、河湖水体、待建与非待建的空地、广场、道路及农林地、山地、滩地等空间。它们担负着城市多样的生活、活动、生物的自然消长、隔离避灾、通风导流、表现地景以及限制城市无限蔓延等多种功能，是城市生态与城市生活的多重载体。这就意味着城市开放空间是一个空间体概念、一个载体概念，它具有生态、娱乐、文化、美学等多重目标和功能。开放空间研究与可持续发展的概念相一致[7]。
城市开放空间系统则是具有一定要素构成、结构形态和功能组合的各类开放空间的集合体[6]。系统的构成要素按照基本功能的不同可以分为绿色开放空间系统和灰色开放空间系统两大类。绿色开放空间包括绿地、园林和水体，灰色开放空间包括对外交通空间、对内交通空间、广场、未绿化的闲置空地等。城市开放空间系统与城市的生态系统、经济系统、社会系统相互支撑、相互交叉重叠共同构成城市巨系统。城市开放空间系统具有实用功能、生态功能、文化功能、景观功能和调控功能等，它是城市地域内人与环境协调共处的空间前提，是改善城市结构和功能的空间调节器，也是城市建设体现生态思想、促使城市发展进入可持续状态的重要空间载体[7，8]。
1.3 建立城市开放空间信息系统的必要性
城市化浪潮席卷全球，与城市化迅速发展并存的是城市的可持续发展问题，建设生态城市是实现城市可持续发展的重要支撑，城市开放空间系统是城市系统的重要组成部分，又是城市生态与城市生活的重要载体，它与城市建筑空间之间存在耦合互动关系，从而又是城市生态和城市生活的重要反映，通过对城市开放空间系统的研究人们可以对整个城市系统进行明晰的解剖和辨识。同时，城市环境的空间布局是一项刚性很强的战略任务，一旦确立了空间布局的框架并将其落实到用地上，就很难在短时期内将其改变[6]。而作为城市巨系统的重要组成部分，城市开放空间系统内部要素的变化不但会导致城市开放空间系统的变化，而且会导致整个城市巨系统的变化，而系统变化的程度和结果却正是人们想预知的。以飞速发展的计算机技术和空间信息技术为支撑的城市开放空间信息系统，可以获得确定空间区域的实时空间信息数据、实现对区域空间信息数据和属性数据的各种分析、实现对城市开放空间系统的空间模拟和发展模拟等功能，并进一步实现城市开放空间系统的空间布局、社会经济发展对城市生态环境后果的预测与模拟。这样，人们就可以借助城市开放空间信息系统预测城市开放空间设计方案，从而可以实现城市开放空间系统的优化，这对实现城市的可持续发展具有重要意义。
2 设计思想、可行性研究与开发流程
2.1 设计思想
信息系统设计采用原型法思想。原型法的基本思路是：先确定部分基本要求，设计一个初步的原型，并用较短时间开发出一个实验性的简易原型，投入试运行；根据运行中出现的问题进行修改补充；然后再运行，再修改；如此反复迭代，不断完善原型（本质上称为进化型原型），最终开发成完善的信息系统[9]。
2.2 系统开发的可行性研究
在进行信息系统设计之前，首先要进行系统分析，包括任务的提出、初步调研和可行性分析等[10]。城市开放空间信息系统的可行性论证包括4个方面：通过初步调查和对本部门业务工作的分析研究，确认信息系统近期和远期应用目标的可行性；论证项目的投资规模（包括硬件、软件、数据和人力资源的投资），编制预算，并估计实施后带来的经济、社会效益和实施中可能遇到的风险；论证几种可供选择的实施方案，确认技术上的可行性，确定最终方案；编制项目初步实施计划，确认实践上的可行性。
2.3 系统开发工作流程
城市开放空间信息系统设计是在可行性研究的基础之上进行的，基本上可分为城市开放空间信息系统总体设计、子系统设计及系统评价等3个方面，在对信息系统各项评价结果基本满意的基础上，可对城市开放空间信息系统的功能模块进行进一步的扩展与优化。具体工作流程如图1。
图1 基于原型法的城市开放空间信息系统设计基本流程(略)
Fig.1Stepsofdesignofurbanopenspaceinformationsystemwithprototypemethod
3 总体设计
城市开放空间信息系统总体设计为全系统确定了整体框架和结构，它是系统研制工作的核心和系统开发的依据。信息系统总体设计流程如图2。
图2 城市开放空间信息系统总体设计流程(略)
Fig.2 Stepsofgeneraldesignofurbanopenspaceinformationsystem
3.1 用户需求调查分析
用户需求调查分析是对用户现行业务运行管理系统的现状和用户对系统的要求进行详细的调查和分析，是系统设计和开发的准备阶段。用户需求调查分析要弄清楚包括潜在用户在内的所有用户对系统的功能、数据内容、应用范围等方面的要求，并详细考察用户原来的业务范围、工作流程以及部门之间的分工和相互关系等。
转贴于3.2 系统逻辑设计
在用户调查分析的基础上，提出系统的逻辑模型，即确定系统的功能。逻辑模型的基本成分是逻辑结构、子系统划分和子系统功能分析。逻辑结构包括硬件、软件、数据库和人员等。硬件主要指信息系统运行的设备环境，包括计算机、输出输入设备以及网络；软件主要包括系统软件和应用软件，系统软件主要指计算机操作系统如winDowS系列，UniX，LiniX等。城市开放空间信息系统的应用软件主要指遥感软件和地理信息系统软件如CaD，eRDaS，GeowayimageStation，epSCHeCK，aRC＼inFo，mapGiS，SupermapGiS等。它们可以实现数据采集与输入、数据存贮与管理、数据处理与分析、成果生成与输出等功能。数据库是信息系统的核心部分，主要存贮城市开放空间的各种数据信息、城市的各种相关社会经济信息等。人员包括系统设计开发人员、系统运行和维护管理人员、操作人员和最终用户。城市开放空间信息系统（图3）包括专题信息子系统和应用信息子系统等2个一级子系统。专题信息子系统主要用于某一专题信息的管理和应用，并将获得新的信息数据返回城市开放空间信息数据库，进行必要的信息数据库更新与维护。具体而言，城市开放空间信息系统的专题子系统包括绿色开放空间信息和灰色开放空间信息等2个二级子系统。绿色开放空间信息子系统包括绿地信息、园林信息和水体信息等3个三级子系统；灰色开放空间信息子系统包括对外交通空间信息、对内交通空间信息、广场信息、未绿化的闲置空地信息等4个三级子系统。绿地信息子系统用以处理城市开放空间中与绿地相关的信息数据，它可以实现城市开放空间中绿地的布局分析、规划分析，并可以预测城市绿地布局对城市开放空间系统乃至城市巨系统造成的生态后果，从而为城市开放空间设计乃至城市整体规划中的绿地设计提供有价值的参考；园林信息子系统用以处理与园林相关的信息数据，分析园林规划的各种可能性，进一步分析园林布局变更造成的生态影响，为城市园林设计提供一定参考；水体信息子系统用以分析水体质量及其对开放空间环境质量的影响，并根据现实数据预测未来时段水体环境质量的变化情况及对开放空间环境质量的可能影响，为城市各种水体的管理提供信息和帮助；对外交通空间信息子系统用来进行城市实施对外交通时所需城市内部空间的预测与布局分析，并根据现有的信息数据进一步预测布局的可能后果；对内交通空间信息子系统基于分析现实交通线路状况的基础之上，依据现有的信息数据为未来的对内交通线路布局提供参考方案和相关分析；广场信息子系统用以分析开放空间内广场布局的合理性，进一步提供广场的需求信息，并为开放空间的广场布局提供参考方案；未绿化的闲置空地信息子系统基于各种信息数据分析闲置空地的可能用途。应用信息子系统是在综合各种因素的基础上向用户提供有关城市开放空间系统的查询和运算结果，它将专题信息子系统的运算结果进行进一步的综合、分析，得到城市开放空间中某一个或几个因子布局对于城市开放空间系统的效应，进一步预测其布局改变或者社会经济状况改变对其他因子、城市开放空间系统乃至城市巨系统的影响及其生态响应，以最终满足用户需求；可以将最终查询结果或运算结果输出成图。借助大量分布的城市开放空间信息系统的客户端，公众可以了解自己所在的城市开放空间的各种信息，了解开放空间内正在进行的某一项建设对城市造成的诸多影响，借此也可以提高公众参与城市建设的积极性。
图3 城市开放空间信息系统组成(略)
Fig.3 thestructureofurbanopenspaceinformationsystem
3.3 数据组织与数据库设计
具体包括数据库实体设计、标准化设计、软硬件配置、系统开发计划、经费预算和组织实施。数据库是城市开放空间信息系统的核心部分，其设计质量的好坏直接影响到系统的应用、维护管理和数据更新。数据库设计的基本要求是：对数据体用非冗余结构定义；在插入、修改和删除冗余数据元素时，数据元素的结构、相互关系和从属性应保持不变；数据独立；保持数据的安全性；系统要保证数据在逻辑意义上的正确性、有效性和兼容性；要有利于数据库维护以及经常性的组织和必要的数据库操作辅助程序；要便于用户对数据的独立写入、修改、补充和删除；要有不断的扩充和更新的能力。城市开放空间信息系统数据库包括社会经济信息数据、空间信息数据、元数据和其他信息数据等。社会经济信息数据主要属于非空间型属性数据，主要包括开放空间所在城市的社会经济文化等信息数据；空间信息数据主要包括城市开放空间地形图、政区图、交通图、各类地物的空间分布图等空间型数据及其附属的属性数据等，也包括经过处理的遥感影像数据。元数据是关于数据的数据，是关于数据的质量、内容、条件和其他特性的数据，其在数据的共享中具有重要作用。所有的数据库都可以归结为地理信息系统基础数据库、元数据库和综合信息数据库。数据的管理模式为GiS管理空间数据、DBmS管理属性数据，并通过关键字段在空间和属性数据间建立关联，这种模式为空间和属性数据的单独处理提供了较大的灵活性，能发挥空间数据和属性数据管理系统各自的优点。
4 子系统设计
城市开放空间信息系统详细设计是根据总体设计方案确定目标的阶段开发计划，对子系统进行详细设计，指导子系统的开发[10，11]。子系统设计以对用户需求作进一步的详细调查分析为基础，子系统设计的内容包括：子系统逻辑结构设计、数据库设计、功能模块设计和用户界面设计。
4.1 子系统逻辑结构设计
每个子系统的逻辑结构包括硬件、软件、数据库和人员。软硬件应根据子系统的功能和规模并兼顾到与其他子系统的兼容来购买，城市开放空间信息系统的系统软件一般采用winDowS系列或者国产的LiniX系统，应用软件主要为eRDaS，aRC／inFo系列，CaD及其mapGiS系列软件；城市开放空间信息系统数据库包括社会经济信息数据、空间信息数据、元数据和其他信息数据等；人员包括子系统开发人员、运行人员、维护管理人员、操作人员和最终用户。
4.2 系统数据库设计[12]
主要内容包括数据源的分析与选择；数据采集方式的确定；数据更新的技术方法；数据采集前的预处理；数据采集技术要求和技术规定；数据编辑处理和拓扑关系建立；属性项的选择、定义和属性文件的建立，与已有关系数据库的连接；数据质量控制和检查验收；平面坐标的配准、投影参数设置、与国家统一坐标系间的转换；数据接边问题；其他有关问题等。
4.3 系统功能模块设计
系统应具有数据输入、图形或属性信息的查询检索、数据处理与分析、坐标变化和投影转换、图形图表显示或输出以及数据更新等功能，还应针对不同的专题子系统，涉及专题应用和辅助业务管理功能。
4.4 系统用户界面设计
用户界面设计应该体现友好、方便、快捷的原则，采用汉化的菜单式用户界面，用户只需进行简单的操作就可以实现相应的功能。具体地，在系统维护管理、操作等的用户界面应该具有用于数据库维护与管理的数据输入与修改模块、数据查询模块、图形查询模块、运算结果的输出包括图形打印模块等，而在面向公众的用户查询界面和前者相比减少了数据库的维护与管理模块，数据的输出模块的功能也相对简单，其他基本相同。
5 城市开放空间信息系统评价
城市开放空间信息系统评价是从技术和经济的角度对信息系统进行功能和效益评定，基本做法是将系统的运行和预期目标进行比较，评价主要包括以下项目[11，13]：系统效率评价、系统可靠性评价、系统的可扩展性评价、系统的可移植性评价、系统效益评价等5个方面，信息系统评价可采用定量评价和定性评价相结合的方法进行。
5.1 效率评价
信息系统的各种功能指标、技术指标和经济指标均是系统效率的反映。初期的评价主要为城市开放空间信息系统的各项功能是否可以实现，是否可以满足用户的各项需求，所提供数据的质量是否达到了预期的设想；然后根据信息系统设计方案中系统的技术指标和经济指标体系进行城市开放空间信息系统效率的评价。
5.2 可靠性评价
可靠性评价主要考察城市开放空间信息系统在运行时的稳定性、系统的数据文件和程序是否妥善保存以及系统是否具备后备开发体系等，并要进一步评价系统运行期间出现事故的可能概率、信息系统出现事故后的自我恢复状况、系统事故恢复后继续运行的稳定性等。此外，还要评价信息系统出现事故后对运算结果的处理状况，特别是对数据库文件的处理结果。
5.3 可扩展性评价
城市开放空间信息系统基于原型法的设计思想，系统功能模块的开发是基于由少到多、由简单到复杂的设计思路进行的。首先开发出一个功能简单的信息系统，然后在此基础之上增加其他的功能模块，完善系统的功能。在已有信息系统的基础之上增加其他的功能模块时，不需要进行大的改动或者不影响整个信息系统的结构，不会影响整个系统运行的稳定性，是对城市开放空间新型系统设计的基本要求。
5.4 可移植性评价
可移植性是包括城市开放空间信息系统在内的所有信息系统是否具有开放应用价值的关键指标。可移植性要求城市开放空间信息系统不仅能在本机上运行，而且还可以在其他型号的机器上稳定运行。要实现此功能就要求系统的设计必须基于国家标准规范或通行的标准进行，以保证软硬件、数据的匹配和共享，这也是不同城市的开放空间信息系统之间实现连接、数据共享的重要保证。
5.5 效益评价
地理空间信息技术篇7
【关键词】GiS工程测量定义特点发展
引言：从上个世纪后期到现在，随着数字化测绘技术的提高，GiS技术的不断成熟、现代工程测量必将朝着测量数字工程化的方向发展。随着社会科技的发展。人们对信息的需求，越来越精细化，同时对地理信息的需求也越来越要求信息更加具体和细化，因此第三维的高程信息显得越来越重要。信息社会的到来使得人们对信息的广泛性、精确性、实时性以及综合性上的要求都越来越高，地理信息系统在这种背景下产生和发展起来的。
一、GiS技术的发展
GiS（GeographicalinformationSystem）地理信息系统，是一门以地理信息为核心，以计算机技术作支持，集空间科学、环境科学、遥感科学、地理学、地图学、信息学管理学于一体建立起来的综合技术与学科。自上个世纪60年代兴起以来，得到广泛关注和迅猛发展，目前已成为许多学科领域获取、存储、查询、分析、管理地理空间信息重要工具。GiS的核心是基于实测数据的数据库，除具有优良的数据库管理功能外，还具有超强的数字化制图系统，以及通过空间查询和空间分析后的辅助决策功能。2006年2月我国GiS系统——国家基础地理信息系统1：50000数据库通过验收，这是我国目前比例尺最大精度最高的GiS系统，目前该数据库已在国土规划、农林水电、交通国防等部门使用，产生了良好的经济效益和社会效益。
二、GiS技术的定义
GiS技术主要有三种定义：①基于工具箱的定义，认为Gis是一个从现实世界采集、存贮、转换、显示空间数据的工具集合；②数据库定义，认为Gis是一个数据库系统，在数据库里的大多数数据能被索引和操作，以回答各种各样的问题；③基于组织机构的定义，认为Gis是一个功能集合，能够存贮、检索、操作和显示地理数据，是一个集数据库、专家和持续经济支持的机构团体和组织结构，提供解决环境问题的各种决策支持。基于工具箱的定义强调对地理数据的各种操作，基于数据库的定义强调用来处理空间数据的数据组织的差异，而基于组织的定义强调机构和人在处理空间信息上的作用，而不是他们需要的工具的作用。
三、三维GiS技术的特点
在三维GiS技术中，可通过X、Y、Z三个坐标轴来定义空间目标，且与二维GiS的平面目标有完全不同的区别。三维GiS技术在客观世界的表达更能体现出真实感受，以立体造型技术将地理空间现象呈现在客户面前，既能表现空间对象的平面关系，也能描述并表达垂直关系。另外，对空间对象的三维空间分析与操作也是三维GiS技术的特有技能，与CaD等计算机可视化软件相比，它具备独特的管理对象能力与空间分析能力。三维空间数据库作为三维GiS技术的核心，三维空间分析更具独特能力。与功能的增加相对应的是，三维GiS技术的专业理论研究也比二维GiS技术更复杂。在三维Gis中，空间目标通过x、Y、z三个坐标轴来定义，它与二维GiS中定义在二维平面上的目标具有完全不同的性质。在目前二维Gis中已存在的0，1，2维空间要素必须进行三维扩展，在几何表示中增加三维信息，同时增加三维要素来表示体目标。空间目标通过三维坐标定义使得空间关系也不同于二维GiS，其复杂程度更高。二维Gis对于平面空间的有限互斥完整划分是基于面的划分，三维GiS对于三维空间的有限互斥完整划分则是基于体的划分，因而，通过分析基于（单一）体划分的三维矢量结构Gis几何成分之间的拓扑关系，李青元提出五组简化的拓扑关系。三维GiS的可视表现也比二维GiS复杂得多，以致于出现了专门的三维可视化理论、算法和系统。
四、GiS在工程测量中的应用
1.数据获得
地理数据的测量最基本内容就是屏幕显示地理数据，也就是用户选择视觉变量（色彩、尺寸、纹理）的前提下，实现全要素显示、分区显示、分图层显示等。但是这种表示不同属性地理数据大多以色彩、尺寸及纹理的不同来区分，不能达到形象的效果。因此，数据符号是三维GiS测量的重要方面，利用工具软件实现强大的地理数据符号化功能，并加以图例说明，这样就可将地理数据活灵活现地搬上屏幕，实现地理数据的可视化。另外，将屏幕地图上标好注记，就能获得简单的电子地图，电子地图是三维GiS技术进行工程测量的产品之一。
2.科学计算
将各种各样经过处理的模型进行分级分类数据，并将统计数据以专题图的方式表现出来。例如以不同的色彩或者纹理来显示分类图；以同一个色相中的不同饱和度表现分级图；以直方图、圆饼图等体现统计的数据等。科学的计算可视化数据可充分表达人们对信息的深入理解。
3.查询
主要通过对地理信息语言的查询，能够实现对数据库中内容或相关图标等进行直观化、形象化的操作查询，也就是说查询结果中既包括数据，也包括与之相关的文字、表格及图形。
4.可视化
三维仿真地图主要通过仿真技术，以三维立体形式直观表现空间现象信息，让用户体验到真实环境的感觉。因此，三维GiS技术是地理信息可视化的主要潜力产品形式之一。另外，通过多媒体技术和可视化相结合，能有效改善传统的地理信息仅通过文本、表格、图形等方式表达并传输空间信息的单一方法，而是以文本、图像、图形、动画、声音及视频一体化的多媒体空间表现内容，极大丰富了地理信息的可视化形式。
5.描述空间分析结果
三维GiS技术的空间分析包括网络分析、地形分析、缓冲区分析及叠加分析。通过可视化技术的应用，可以将地理现象的空间分析结果更形象、更直观地表达出来。例如以通视分析方法对地形进行测量，可通过间断或者连续的线段来表示地表中的通视或者不通视。即使时间或者空间发生了改变，例如在不同时间、不同图幅中任一要素的缓冲区等，都可以通过三维GiS技术方式描述。
6.采集地图动画
前面提高的可视化方法是对测量数据的静态表示，地图动画则是一种动态表达形式。地图动画是在传统的二维空间或者三维空间事物的前提下，加上时间维，让有关时间的地图内容等随着动画的改变而改变。地图动画能有效弥补静态地图表现方法的不足，让观察者更自然、更直观地理解时空数据，常用的地图动画表现方式主要有：开窗的放大与缩小、拉缩镜头、闪烁强调、漫游平移及有关运动动画等
地理空间信息技术篇8
关键词：测绘；新技术；智能化；智慧城市
科技在进步、互联网新技术层出不穷、云计算和网络应用等信息技术的应用范围也越来越广泛。在这方面，依靠新技术构造城市发展的新概念被称为智慧城市，是当前城市建设和发展的重要途径，其信息系统，运行方式，都实行现代化城市管理，拥有高效、灵活、环保、节能等优势。在建设智慧城市的过程中开展测绘工作应用测绘新技术是开展建设工程的关键。现在，城市智慧已成为城市发展的新理念，人们也看到了智能化带来的便捷，智慧城市日益得到人们的认可。智慧城市的建设在基于云计算、移动互联网的相互配合运作下进行。以其他信息技术为基础，在一定程度上是数字智能化在城市发展的延伸和扩展，实现了现代智能系统优化和向着资源节约型城市的转变。建设智慧城市，使城市运行更高效、低碳、方便快捷。而测绘新技术在目前测绘工程中的应用更为广泛，为智慧城市建设所需，为智慧城市提供数据支持。
1智慧城市的特征
智慧城市=现代化建设+数字城市，也就是说互联网和物联网的发展下进行，本质是利用互联网的现代科技，实质还是离不开基础物质的发展，在各种技术相结合的情况下，实现城市智慧式管理和运行，帮助人们实现心中的理想化城市，促进未来城市的可持续发展。智慧城市与物联网紧密相连，智慧城市的发展依托互联网的发展，而物联网的发展又与互联网息息相关，城市的发展离不开物联网和互联网的相互作用，因而智慧城市必定是与物联网紧密相连的，这样才能实现物质的平衡，使城市得以维持发展。
2智慧城市建设的主要内容
智慧城市实质是城市信息的融合然后加以利用。以低碳环保的理念，建设一个新型的城市生活系统。从而实现以人为本，资源利用合理，全面协调的可持续发展战略。智慧城市的主要内容就是，在我们的生活中，进行方便简化的智能信息处理，加快生活的节奏，体现出现代生活的科技感，为此，我们需要更多地了解，去学习如何让自己在智慧城市中，享受科技带来的舒适生活体验。所以我们必须打下坚实的基础，进行空间信息的智能化，加强网络技术的综合使用（云计算技术、传感器技术），实现系统信息化管理、城市智能化建设，发展高质量现代化智慧城市。
3现代智慧城市建设中应用测绘新技术的重要意义
3.1为智慧城市建设提供基础信息
根据相关统计数据我们可以看到，我们的信息有百分之八十都与个人的空间定位有关。所以，在建设智慧城市的过程中，测量是最为基础的，也是最为重要的环节，测量的关键信息是构成地理位置报告的主要内容。由测量提供的相关数据在智能化的信息处理下，为构建智慧城市提供主要的理论框架，由于现代高科技层出不穷，最新的以云计算机，物联网为基础的数据测量处理系统成为了构建智慧城市建设的基础。
3.2为智慧城市建设提供感知信息
在新时期现代科技快速发展的背景下，基于数字航空摄影、低空摄影测量系统、倾斜摄影技术、高分辨率卫星遥感的应用为代表的新地理信息采集技术，已被大量运用在智慧城市的建设中。图像采集，可以对智慧城市高精度把控，为城市地理信息可视化技术创造条件。同时可以对测绘信息进行比较，较为精确的预测城市发展的变化。
3.3是智慧城市建设的应用支撑
利用安全新技术测绘信息系统，为城市建设提供了丰富的数据保证，由电子信息测绘逐步取代现代传统的测绘技术。特别是在建立全球定位系统方面，有着更高的精度和更大的灵活性，为遥感技术提供了更多的数据来源。进一步加强地理信息系统的空间能力分析和虚拟现实的相互结合运用。测绘信息技术和全球定位系统的有机结合，作为智慧的城市应用支撑，可以快速提供更精确的空间信息处理和巨大的环境更新技术系统。
3.4提高智慧城市建设的智能化程度
通过测绘新技术获取的地理信息视觉特征，更直观地显示城市信息空间感知的分布和任何的异常变化；地图平面的地理信息空间分析模块结合直观具体的行业分析模型，在空间维度上表现出的变化规律、分布及发展更准确、及时地提供与城市空间位置相适应的分析结果。此外，互联网技术和数据挖掘技术与空间数据的集成，有助于提高从各种信息发现、提取和空间智能城市建设。
4测绘新技术在智慧城市建设中具体应用
智慧城市的发展需要新技术的支撑，科学技术在发展的同时也带动了测绘新技术的全面发展。在智能城市建设中，我们需要发挥测绘行业的新技术的优势，及时获得综合性的时空数据资源。为其他建设项目提供必要的技术保障服务。首先结合云计算的优势，综合利用互联网和物联网，采用最新的信息技术测绘和拍摄地图等。平面拍摄测绘技术在促进城市智能化专项体系建设、加快城市经济文化、环境协调、可持续发展等方面有着广泛的应用前景。
4.1时空信息云平台的构建
第一点就是我们需要建立一个信息共享并且实现资源共生的系统，随时随地都可以分享地理信息，实行信息可视化、地址匹配和环境相协调。为了满足城市智慧发展的要求，需要构建基于大数据的时空信息云平台。拥有一个完备的空间信息存储和应用平台，对地理信息系统的建模、存储和处理、云计算的使用、云平台的实现都能发挥更大的作用。各种与位置相关的应用程序对智慧城市的应用是基于时空信息云平台为支撑，提供定位、智能城市的资料处理时空信息云平台建设处理与分析等服务，实现了数据共享、交换、集成和访问信息，数据的采集、编辑、存储和集成作业、提供城市各部门公共服务数据，充分协调城市管理服务，整合各类信息资源，在不同的有效协调城市安全部门的运作，为城市的建设和发展提供科学合理的规划。
4.2空间数据的提供
4.2.1数字航空数码摄影随着CCD传感器技术的发展，我国也逐步研发了具有自主知识产权的航空数码相机topdc、Swdc等，并进行了多次科研试验。线阵的传感器方向，代表产品有adS40;另一个是基于面阵的传感器方向，代表产品有dmc、ucd等。航空数字传感器已成为我国高分辨率图像采集的主要设备，也是构建城市智能化大比例尺数字地面模型的关键，对数字正射影像和DLG数字高程模型的主要数据来源。4.2.2高分辨卫星遥感21世纪，科技正在不断的进步，商业遥感的主要趋势是具有高空间分辨率的遥感卫星。目前，我国最重要的测绘卫星：三号卫星，具有测绘和勘探资源的功能，主要应用于1/50000的基础地理信息产品的生产和1/25000以及更大比例尺地图的更新与修测。高分辨率卫星遥感在生态环境建设、交通运输、林业水利等方面有许多应用。对于国防建设有着重要的作用，智能城市的建设主要依靠的是数据准确性。4.2.3光探测与测量系统光探测与测量系统这个装置是激光测距方法的使用，数字表面模型，可以获得很高的精度，利用城市电力线巡检。参数建模的数字后处理方法，数据采集。因此该系统的应用可以同时获得多光谱CCD图像，在数据资源的应用上提供更多的后续数据支撑。4.2.4低空测量系统低空无人机是现代空间技术低空飞行的主要测量手段，低空测量可以获取高分辨率图像。充分利用图像数据的多种功能，低角度高分辨率遥感影像是城市景观纹理信息的主要来源。拍摄到的城市景观准确可靠，方便辅助现有的二维数据，并准确获取建筑物的高度和几何结构信息；通过与低空遥感图像的三维重建和纹理映射，可以实现三维模型。在三维的建模过程中，建筑屋面和墙体可分为可见面和不可见面。首先确定屋顶和墙面的“可见度”，然后根据测绘带图像的纹理，用隐式纹理分析图像，生成三维模型以保证和原物的一致性，确保最佳视觉效果。4.2.5航空倾斜摄影技术目前有一种新的技术称为倾斜航空摄影测量，它是一种700m左右的空中三维遥感技术，以地面∠45°摄影测量。可以获得近地面的高分辨率航空图像。倾斜摄影测量打破了拍摄影像的局限性从纵向角度拍摄，倾斜摄影可获得更多的角度。它是近年来发展起来的一项新技术，将传统航空摄影与数字技术的地面采集技术相结合，克服了传统航空摄影技术的局限性。以弥补影像的不足，更准确地反映拍摄物体的实际情况，提高数据采集的效率。
4.3激光雷达系统
激光雷达系统是一种新型传感器设备。测量的原理是激光用于回波测距，获取高精度的数字表面模型，然后通过数据后处理方式进行城市建模、数据参数反演、电力线路巡检等不同行业的数据处理。因此，它有能力同时得到是多光谱CCD图像，提供了丰富的数据资源。为后续的应用提供惯性技术、当代激光雷达系统的激光测距技术技术和高分辨率CCD相机在相同的领域得到结合运用。这不仅为智慧城市观测技术的应用提供了新的数据，也为智慧城市观测提供了重要的数据模型。
5结语
智慧城市建设始终伴随着科技的发展，将继续源源不断的有新的技术需要融入城市发展。这是一个不断改进、不断发展的过程，因此，智慧城市的建设要立足于数字化智能发展的时代深入发展，这是智能城市建设发展的客观要求。总之，智慧城市的发展建设需要利用新的测绘技术，新测绘技术的应用，使智慧城市的建设更高效、准确、科学和合理。因此，应加强测绘技术的研究，以保护城市的智能化发展，走向现代化、信息化的城市发展方向。
参考文献：
[1]刘子刚.智慧城市建设：测绘地理信息是基石[J].中国测绘，2013（6）：6-13.
[2]雷德容.测绘地理信息技术是智慧城市建设的重要支撑[J].中国测绘，2013（1）：8-9.
[3]张伟.智慧城市建设中的关键技术应用研究[D].长安大学，2014.
[4]蒋波涛.智慧城市时空信息云平台建设思路探讨[J].浙江测绘，2013（2）：37-39．
[5]邹国伟，成建波．测绘新技术在智慧城市中的应用[J]．电信网技术，2013（4）:4．
[6]马士玲.物联网技术在智慧城市建设中的应用[J].物联网技术，2012（2）：70－72．
[7]刘恋.智慧城市信息服务体系建设及实证研究[D].吉林大学，2012．
[8]白晨曦.智慧城市的本质研究[D].东华大学，2013．
地理空间信息技术篇9
关键词：GiS技术三维仿真管网监控监控预警应急
一、GiS技术及应用现状
地理信息系统（geographicinformationsystem）是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。
GiS最早起源于20世纪60年代“要把地图变成数字形式的地图，便于计算机处理分析”这样的目的。1963年，加拿大测量学家R.Ftomlinson首先提出了GiS这一术语，并建成世界上第一个GiS（加拿大地理信息系统CGiS），用于自然资源的管理和规划。那时的GiS注重于空间数据的地学处理。20世纪70年代以后，随着计算机软硬件水平的提高，以及政府部门在自然资源管理、规划和环境保护等方面对空间信息进行分析、处理的需求，GiS得到了巩固和发展。进入20世纪80年代，GiS的应用领域迅速扩大，商业化的软件开始进入市场，其应用从基础信息管理与规划转向空间决策支持分析，地理信息产业的雏形开始形成。
目前，国家大力推进信息化与工业化的融合，以信息技术改造传统产业，政府和企业对空间信息技术的应用需求日益显现。石油行业是一个综合了多学科、多专业交叉渗透的技术密集型行业，其特点是产业链长，相关行业多，分布广，企业规模大，数据量大，不易管理。在国外的石油行业中，GiS技术已成功应用于勘探开发、管道运输、地面建设、设施和资产管理以及销售，成为石油企业广泛应用的技术。在综合管理方面，基于三维GiS平台，结合eRp、数据库管理系统，直观展示管理区的实时状况，提高监管人员的工作效率；在管道监控方面，GiS集中应用于管网的全天候的实时在线监控，保障管道的安全性完整性，同时也可实现新增管道规划与建设工作的开展和实施；在海洋石油平台应急管理方面，GiS技术强大的海量数据存储和空间分析能力成为突发事故应急的重要技术支撑，保障了海洋石油平台的安全监管。
二、在油田信息化建设中的应用研究
目前，油田信息化建设逐步从“数字油田”转换到“智慧油田”。“数字油田”的概念最早可追溯到1991年，在《oil&GasJournal》杂志上就出现了智能油田（SmartField）词汇和论述。当时数字油田尚处于构想阶段。1999年，中国石油大庆油田有限责任公司在国内首次提出数字油田的概念，并将数字油田作为发展的战略目标。“智慧油田”是借助业务模式和专家系统，全面感知油田动态，预测油田变化趋势，持续优化油田管理，虚拟专家辅助油田决策。智慧油田具有包括传感器、人工采集与数据集成在内的全方位感知能力，通过一体化的集成运营中心和协同环境，实现全面的数据联系和共享。GiS技术在石油行业信息化的多个领域得到广泛的应用。
1.油田三维仿真管理信息系统
油田三维仿真管理信息系统基于GiS、RS、物联网、数据库、虚拟仿真、软件开发等结合先进的模型技术，集成多源海量数据，可为石油企业建立数据和信息及资产管理体系，实现油田区域的三维空间信息展示。结合石油企业的特点，系统可为企业的土地管理、规划选址、施工进度、设备管理等提供基础数据，实现基础地理信息的查询、展示和管理，集成空间数据库、属性数据库及三维仿真场景，从而形成完善的油田区域三维仿真管理系统。
2.油田管网监控预警
油田管网监控预警系统利用GiS、遥感（RS）、计算机图形学、可视化、数据库等技术，实现油田管线管网的综合信息化管理。该系统实现了对于油田管网的空间信息及属性信息的高效管理，应用GiS技术，将管网所布设的监测点数据进行存储、处理、分析、显示、全天候在线监控管网主要监控点及管网设施运行情况，一旦发生泄漏或设备运行异常，通过统计及空间分析，系统完成自动报警及事故分析评估，报送主管部门，保证以最快的速度对事故点进行处理，从而进一步保障了事故应急处理的时效性和权威性。
该系统基于GiS平台，通过获取多源管线设施数据，将各种管线、相关设施、设备的分布，在空间信息系统中反映出来。通过进行各种统计分析和空间分析，为领导部门提供辅助决策信息；同时一旦发生泄漏，可实现对各种可能发生的事故进行预警，降低环境污染及爆炸事故发生概率，事故后评估功能也为事故处理提供决策支持，实现管线信息管理的科学化和自动化。系统的总体架构如下图所示。
3.海洋石油平台溢油应急管理
海上溢油突发事故应急管理是一项巨大的系统工程，涉及到多个对象、更大范围，一旦发生事故可能造成巨大的环境污染及跨国纠纷。因此，这就要求海上石油平台的应急管理信息系统功能更加完善，降低事故发生概率，减少溢油污染。
石油平台溢油应急管理信息系统主要实现应急管理中的监测信息和应急资源的信息管理功能，应急物资优化调运和溢油扩散敏感区域应急管理支持功能，把属性数据与空间数据融合，使决策更加直观。本系统综合应用了GiS、RS、数据库、软件开发等多种先进的信息技术以及专业模型，以前端监测数据、空间地理数据、相关属性数据为基础，提供海洋石油平台溢油事故应急处置及决策分析，提高事故处理的科学性和时效性，为海上石油平台的应急指挥提供了重要的技术支撑。
随着信息技术的发展，GiS技术与物联网技术、GpS技术、RS技术、纳米技术以及生物技术等高新技术的发展及集成，使得石油行业信息化管理系统的功能更加完善，可实现多类型业务数据与空间地理数据相结合，从而进一步实现油田区域土地规划、管网安全监控预警、突发事故应急及辅助决策分析等多维度管理。随着“智慧油田”、“智慧管道”的发展，GiS技术作为其重要的技术支撑，必将在石油行业的信息化建设中发挥重要的作用。另外，GiS技术与企业现有信息化系统的集成，能够更加有利的提升GiS的应用价值，也必将使得GiS技术在未来的智慧油田建设及完善工作中得到更加广泛的应用。
参考文献
[1]邬伦等.地理信息系统原理、方法与应用[m].北京：科学出版社，2001.
[2]宋跃滨等.石油行业GiS技术应用现状与展望[J].测绘与空间地理信息，2007，30（1）.
[3]程志雄等.基于GiS的油田管网管理信息系统设计[J].安全科学技术，2009，9.
[4]俞辉，何旭莉，秦泽勇.数字油田中的一种嵌入式监控系统设计与实现[a].山东省计算机学会2005年信息技术与信息化研讨会论文集（一）[C].2005.
地理空间信息技术篇10
关键词：地理信息系统；特点；安全机制
abstract:Geographicinformationsystems,itcancombineallkindsofinformationwithaviewofgeographyandrelatedtotheuseofcomputergraphicsanddatabasetechnologytocollect,analyzedata,soastolanduse,urbanplanningandmanagementofgovernmentdepartmentstoprovidenewknowledgefortheengineeringdesignandplanning,managementdecision-makingservices.measurementasthebasicsurveyingandmapping,needtokeeplearningandconstantlyupdatedtechnology,learntomakegooduseofgeographicinformationsystems,providethecommunitywithbetterdigitalproducts.Keywords:geographicinformationsystems;characteristics;securitymechanism
中图分类号：F512.99文献标识码：a
1、地理信息系统的内容概述1.1地理信息系统定义：地理信息系统是近十几年来发展起来的一门综合应用系统，它能把各种信息同地理位置和有关的视图结合起来，并把地理学、几何学、计算机科学及各种应用对象、CaD技术、遥感、GpS技术、多媒体技术及虚拟现实技术等融为一体，利用计算机图形与数据库技术来采集、存储、管理、处理、检索、分析和输出地理图形及其属性数据，从而为土地利用、资源评价与管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务。此多种应用系统应用到地质测绘业，就可以产生事半功倍的效果，能大大提高工作效率和质量管理水平，同时也是地质测绘服务业的重大创新和革命。1.2空间数据的描述方式和特征：测量工作的主要成果是与地理位置相关的信息，这种信息称为空间信息或空间信息的描述信息。如果这些空间信息是以一系列X.、Y.、Z点串表现的点、线或多边形，这种形式为矢量形式；还有一种以像素阵列方式表现的点、线或多边形，如图片、图像等，这种方式称为栅格形式。现在测量的成果多为矢量形式，矢量形式是空间数据的主要表达方式之一，矢量数据库的管理方法与空间数据的特征密切相关。空间数据主要具有以下几个基本特征：①每个空间对象都具有空间坐标，即空间对象隐含了空间分布特征；②非结构化特征使它不满足关系数据模型的范式要求，因而空间图形数据难以直接采用关系数据库管理系统；③空间关系特征要求记录拓扑信息以表达多种空间关系，因而增加了问题的复杂性；④分类编码特征，明确每一个、每组空间对象；⑤海量数据特征等都对矢量数据的管理方法大大增加了难度。
2、地理信息系统的特点
与独立主机结构的GiS相比，地理信息系统的出现使GiS大众化及空间数据的共享成为可能，这主要是因为地理信息系统具有传统GiS无法比拟的优点。具体表现在：2.1大规模降低成本，全面取代GiS桌面系统。无论是以何种机构来组织开发的地理信息系统，它都是一个多用户的空间信息系统。用户无需拥有自主版权的GiS软件系统就可以通过网络使用GiS功能。2.2使企业的事务与GiS专业有机结合。地理信息系统的出现可以使企业成员的交流合作与GiS专业操作有机结合，构成企业群体生产力。2.3地理信息系统中的webGiS采用网页操作取代传统GiS的窗口操作，简单易用，降低了操作难度。2.4GiS处理能力大为提高。由于地理信息系统是一个任务分布处理系统，可以充分利用网络资源，采用分布式协同计算来完成复杂、计算量大的地理空间计算任务。这是一种比较理想的全局优化模式。2.5地理信息系统是一个动态系统，可以根据用户的请求随时向用户动态提供其所需的空间信息服务，为用户提供个性化空间信息服务。2.6跨平台性好。地理信息系统的分布性、多用户特点决定了地理信息系统必须具有较强的跨平台性能，即能够适用于异构系统。2.7互操作能力强。2.8利用地理信息系统容易实现大范围的数据分发。总之，与传统GiS相比，地理信息系统具有明显的优势，这也使得地理信息系统能够得到广泛应用和迅速发展。
3、地理信息系统的安全机制分析
共享数据不等于无限制地随意使用数据，恶意的个人或团体有可能在没有得到授权的情况下非法复制、传播版权保护的内容。因此，需要对具有版权的数据实施有效保护，否则将会挫伤数据生产者的积极性，导致所能获得的共享数据越来越少。有效的版权保护是空间信息共享中需要考虑的一个重要问题。一般认为，空间信息的安全主要包括空间信息的访问安全、空间信息的传输安全和机密空间信息的隐藏等几个方面。3.1空间信息的访问安全对于版权保护的地理空间数据，安全保护的一般方法是在服务器端控制不同用户对地理空间信息源的访问，对版权保护的地理空间数据，只提供给授权用户访问以防止非法信息的获取。权限的控制可以在操作系统级，也可以在网络防火墙或数据库层次进行授权。总之，版权保护就是在服务器端通过某种措施，控制不同用户对数据的访问权限。3.2空间信息的传输安全地理空间信息的传输安全措施主要是防止空间信息在网络中传输被非法截获、复制和修改，保证地理空间数据网上传输的安全性与保密性。由于密码技术是保护信息安全的主要手段之一，因此使用密码技术不仅可以保护空间信息的机密性，而且可以保护信息的完整性和确定性，防止信息被篡改、伪造和假冒。网络加密常用的技术有链路加密、节点加密和端到端加密三种。数据的加密是由各种加密算法具体实现的，这些算法的目的是以尽可能小的代价提供尽可能高的安全保护能力。在多数情况下，数据加密是保证信息传输中机密性的最有效的方法。到目前为止已经公布发表的各种加密算法多达百种。3.3机密空间信息的隐藏信息隐藏是将一个消息隐藏在另一个消息中。有些空间信息，如军事基地，也许只希望部分授权用户可以看到，或者说对普通用户来说需要保密，这时候就要将空间信息中的这些机密信息隐藏起来，并且同时不影响隐藏了机密信息后的空间信息的使用价值，这也是空间信息安全中需要重点解决的问题。①从隐藏机密信息的伪遥感影像中提取嵌入机密信息的影像块，然后利用JpeG标准量化表对该影像块进行量化，以提取机密信息；②用相同的密钥生成二值混沌序列对提取的机密信号进行解密；③进行十进制编码与解压缩，可提取出机密子影像；④将机密信息子影像与隐藏机密信息的伪遥感影像进行综合，即可恢复遥感影像原貌。