第十四章地理信息系统应用实例 导读:本章介绍了地理信息系统在一些具体领域的应用。 由于GS是用来管理、分析空间数据的信息系统,所以几乎所有的使用空间数据和 空间信息的部门都可以应用GIS。由于各个部门的不同,GIS在具体业务系统中所 占的比重、应用方式也各异,结合比较紧密的如城市规划、环境领域等,相对松散 的有商业、医疗卫生领域。 本章简单介绍了一些GIS应用实例,针对不同实例,介绍方法也不同,有的概述一 个具体区域的应用,有的叙述工作流程,有的介绍了工作原理和分析方法,可以对 相关领域的GlS建设提供借鉴,也可以作为其它领域建设GIS的参考。 本章也引入了一些新的概念,如AMFM、GIS/以及一些具体的分析方法,如动态 分段模型,它们处于GIS与具体领域的交叉部分,同时也是GS理论和技术的有益 补充。 城市规划、建设管理 城市是人类活动高度集中的区域,同时也是信息、物质高度集中的区域。随着科技的进 步和经济的发展,城市系统越来越复杂,数据和信息越来越多,服务要求越来越高。城市管 理面临着新的挑战,为了城市的现代化、生态平衡和持续发展,城市需要全面的规划,而地 理信息系统给城市的规划和管理带来了新的工具 在城市管理中,可以应用GIS的方面非常多,如土地、道路、管网、环境、人口等等 诸多要素都可以通过地理信息系统进行管理*,并且形成了应用于专门领域的GS工具,如 土地信息系统(LS- Land Information System)和AMFM(自动制图设施管理, Automatic Mapping/ Facility Management),前者侧重于管理地块的位置、面积、权属以及地籍的动态变 化:后者则主要对电力、通讯等设施的管理和分析、制图。 城市建设规划涉及的因素非常多,开发新城要征用土地,改建旧城要拆迁安置,同时需 要基础设施、公共服务设施的配套。在开发建设活动中,如果不注意各工程项目之间的协调, 就可能造成混乱,而采用GIS对各种信息进行管理,并基于此进行分析和辅助决策,可以 有效地防止这种混乱局面的出现。由于城市在不断地建设发展,所以需要随时更新城市基础 下面提及的GIS在环境、道路等方面的应用也可以认为是地理信息系统在城市管理中应用的部分
第十四章 地理信息系统应用实例 导读：本章介绍了地理信息系统在一些具体领域的应用。 由于 GIS 是用来管理、分析空间数据的信息系统，所以几乎所有的使用空间数据和 空间信息的部门都可以应用 GIS。由于各个部门的不同，GIS 在具体业务系统中所 占的比重、应用方式也各异，结合比较紧密的如城市规划、环境领域等，相对松散 的有商业、医疗卫生领域。 本章简单介绍了一些 GIS 应用实例，针对不同实例，介绍方法也不同，有的概述一 个具体区域的应用，有的叙述工作流程，有的介绍了工作原理和分析方法，可以对 相关领域的 GIS 建设提供借鉴，也可以作为其它领域建设 GIS 的参考。 本章也引入了一些新的概念，如 AM/FM、GIS/T 以及一些具体的分析方法，如动态 分段模型，它们处于 GIS 与具体领域的交叉部分，同时也是 GIS 理论和技术的有益 补充。 1．城市规划、建设管理 城市是人类活动高度集中的区域，同时也是信息、物质高度集中的区域。随着科技的进 步和经济的发展，城市系统越来越复杂，数据和信息越来越多，服务要求越来越高。城市管 理面临着新的挑战，为了城市的现代化、生态平衡和持续发展，城市需要全面的规划，而地 理信息系统给城市的规划和管理带来了新的工具。 在城市管理中，可以应用 GIS 的方面非常多，如土地、道路、管网、环境、人口等等 诸多要素都可以通过地理信息系统进行管理*，并且形成了应用于专门领域的 GIS 工具，如 土地信息系统（LIS-Land Information System）和 AM/FM（自动制图/设施管理，Automatic Mapping/Facility Management），前者侧重于管理地块的位置、面积、权属以及地籍的动态变 化；后者则主要对电力、通讯等设施的管理和分析、制图。 城市建设规划涉及的因素非常多，开发新城要征用土地，改建旧城要拆迁安置，同时需 要基础设施、公共服务设施的配套。在开发建设活动中，如果不注意各工程项目之间的协调， 就可能造成混乱，而采用 GIS 对各种信息进行管理，并基于此进行分析和辅助决策，可以 有效地防止这种混乱局面的出现。由于城市在不断地建设发展，所以需要随时更新城市基础 * 下面提及的 GIS 在环境、道路等方面的应用也可以认为是地理信息系统在城市管理中应用的部分
数据库,这就要求应用GIS管理日常城市建设活动,以保证信息的时效性。下面介绍GIS 在密尔沃基( Milwaukee)市城市建设日常管理方面的应用。 美国威斯康星州的密尔沃基从1976年开始建设城市地理信息系统,并不断发展、完善 由于数据库比较完整,地理信息系统在很多方面发挥了作用,主要可以分为三个方面的活动 1)地图更新 密尔沃基市常用地图分为三种: 第一种是地籍房产图(当地称为 Plot mφp),由政府税务部门负责编制。这种地图通常 在以下情况下需要修改更新 地契内容改变,包括地块边界的变化以及地块权属的变化 在一个大的地块内再划分为若干小块,产生新的土地所有者 公共道路的拓宽或者连通 小地块合并成为大地块 其它变化,如道路名称、地名的改变以及错误的纠 第二种是一般的测绘图(当地称为 Quarter- Section Map)。这种图由政府市政工程部门 负责编制,图面上标有主要的地块边界(不作为法律依据),但是没有普通的建筑物,通常 在下列情况下需要更新 城市建设造成地面重要物体的边界变化 重新测量,纠正过时的内容 道路打通、拓宽或封死: 大的地块合并或重新划分; 街道名称改变 地图上的错误纠正。 第三种是土地使用图(当地称为 Land Use map)。这种地图反映土地的实际用途,也反 映了主要的地块边界。土地使用图由城市规划部门负责编制,主要为城市规划服务,通常在 以下条件下需要更新 ●房屋的拆除和重建 房屋改变用途 地块边界改变; 地块重新划分 地块兼并; 道路变化 道路名称的修改; 地图错误纠正 以上三种地图由三个相互独立的部门各自负责,在信息上存在很多重复内容,在地图更 新时也需要大量的重复工作。在建立城市地理信息系统之后,三种地图上各类信息的更新工 作明确地分配到三个部门,三种数字化地图集中地存放于数据库中,实现数据共享,每个部 门对数据的修改内容可以被其它部门得到,减少了数据冗余和重复工作。 2)土地区划管理 在美国,大多数地方政府都用土地区划( Zoning)来指导、限制城市土地利用和城市发 展,但是具体做法各地有许多差异,在密尔沃基市,先由城市规划部门编制土地使用规划, 经批准后再制定区划,区划的形式为文本和图件,它是城市建设和审批修建申请的依据 密尔沃基市的土地区划图分为用途图、范围图和高度图,用途图用于限制和规定相冲突 的土地利用,如不准贴近主要交通干道修建大型商业设施等:范围图对建筑之间的距离以及 建筑后退道路等作出了规定;高度图则规定了建筑本身的高度、相邻建筑在高度上的相互关
数据库，这就要求应用 GIS 管理日常城市建设活动，以保证信息的时效性。下面介绍 GIS 在密尔沃基（Milwaukee）市城市建设日常管理方面的应用。 美国威斯康星州的密尔沃基从 1976 年开始建设城市地理信息系统，并不断发展、完善。 由于数据库比较完整，地理信息系统在很多方面发挥了作用，主要可以分为三个方面的活动。 1）地图更新 密尔沃基市常用地图分为三种： 第一种是地籍房产图（当地称为 Plot Map），由政府税务部门负责编制。这种地图通常 在以下情况下需要修改更新： ⚫ 地契内容改变，包括地块边界的变化以及地块权属的变化； ⚫ 在一个大的地块内再划分为若干小块，产生新的土地所有者； ⚫ 公共道路的拓宽或者连通； ⚫ 小地块合并成为大地块； ⚫ 其它变化，如道路名称、地名的改变以及错误的纠正。 第二种是一般的测绘图（当地称为 Quarter-Section Map）。这种图由政府市政工程部门 负责编制，图面上标有主要的地块边界（不作为法律依据），但是没有普通的建筑物，通常 在下列情况下需要更新： ⚫ 城市建设造成地面重要物体的边界变化； ⚫ 重新测量，纠正过时的内容； ⚫ 道路打通、拓宽或封死； ⚫ 大的地块合并或重新划分； ⚫ 街道名称改变； ⚫ 地图上的错误纠正。 第三种是土地使用图（当地称为 Land Use Map）。这种地图反映土地的实际用途，也反 映了主要的地块边界。土地使用图由城市规划部门负责编制，主要为城市规划服务，通常在 以下条件下需要更新： ⚫ 房屋的拆除和重建； ⚫ 房屋改变用途； ⚫ 地块边界改变； ⚫ 地块重新划分； ⚫ 地块兼并； ⚫ 道路变化； ⚫ 道路名称的修改； ⚫ 地图错误纠正。 以上三种地图由三个相互独立的部门各自负责，在信息上存在很多重复内容，在地图更 新时也需要大量的重复工作。在建立城市地理信息系统之后，三种地图上各类信息的更新工 作明确地分配到三个部门，三种数字化地图集中地存放于数据库中，实现数据共享，每个部 门对数据的修改内容可以被其它部门得到，减少了数据冗余和重复工作。 2）土地区划管理 在美国，大多数地方政府都用土地区划（Zoning）来指导、限制城市土地利用和城市发 展，但是具体做法各地有许多差异，在密尔沃基市，先由城市规划部门编制土地使用规划， 经批准后再制定区划，区划的形式为文本和图件，它是城市建设和审批修建申请的依据。 密尔沃基市的土地区划图分为用途图、范围图和高度图，用途图用于限制和规定相冲突 的土地利用，如不准贴近主要交通干道修建大型商业设施等；范围图对建筑之间的距离以及 建筑后退道路等作出了规定；高度图则规定了建筑本身的高度、相邻建筑在高度上的相互关
系的限制。 在采用GIS后,这三种区划图分为三个图层进行管理,并可以叠加在一起显示,避免 各个部门数据不一致的情况,此外,可以很方便地检查规划图的错误,避免法律上的纠纷 也便于税收部门查询地产信息,调整对土地所有者的税收 3)建筑审批处的内部工作管理 每个建筑物在修建之前,必须经过政府主管部门批准,由于申请非常多,并且需要实地 勘察,工作繁重,如何分配并确定每个经办人员的工作,以充分调动每个人的积极性成为一 个难题。在建立地理信息系统后,修建项目申请卡片被记录到属性数据库中,其中的建筑物 地址属性与地块空间数据相关联,这样可以很方便地将一定时期内所有的修建申请的位置分 布显示在地图上(图14-1),可以方便的根据申请量的多少、到市中心的距离、前往勘察的 边界程度,划分每个工作人员的负责范围,提高了工作效率,改善了建筑审批处的内部管理。 L作量分布 图14-1:利用GIS进行建筑审批工作协调 2.农业气候区划 2.1项目背景与需求 自八十年代以来,中国农业生产环境、气候环境发生了巨大变化,包括 1)农业科学技术进步,高新技术引进,农业朝高产、优质、高效、低耗方向发展;种 植业向粮食一经济一饲料作物三元结构转变;小生产、大市场向规模经营方向发展,逐步实 现种养加、产供销、贸工农一体化。农村产业结构调整向农业气候区划提出了新的要求 2)气候条件与气候资源本身发生了变化。如东北地区平均气温升高,北方地区干旱范 围扩大,长江流域洪涝增多,特别是九十年代以来,异常气候事件呈现明显增多的趋势。有 必要重新认识气候资源的变化及其合理利用和保护问题
系的限制。 在采用 GIS 后，这三种区划图分为三个图层进行管理，并可以叠加在一起显示，避免 各个部门数据不一致的情况，此外，可以很方便地检查规划图的错误，避免法律上的纠纷； 也便于税收部门查询地产信息，调整对土地所有者的税收。 3）建筑审批处的内部工作管理 每个建筑物在修建之前，必须经过政府主管部门批准，由于申请非常多，并且需要实地 勘察，工作繁重，如何分配并确定每个经办人员的工作，以充分调动每个人的积极性成为一 个难题。在建立地理信息系统后，修建项目申请卡片被记录到属性数据库中，其中的建筑物 地址属性与地块空间数据相关联，这样可以很方便地将一定时期内所有的修建申请的位置分 布显示在地图上（图 14-1），可以方便的根据申请量的多少、到市中心的距离、前往勘察的 边界程度，划分每个工作人员的负责范围，提高了工作效率，改善了建筑审批处的内部管理。 图 14-1：利用 GIS 进行建筑审批工作协调 2．农业气候区划 2．1 项目背景与需求 自八十年代以来，中国农业生产环境、气候环境发生了巨大变化，包括： 1）农业科学技术进步，高新技术引进，农业朝高产、优质、高效、低耗方向发展；种 植业向粮食—经济—饲料作物三元结构转变；小生产、大市场向规模经营方向发展，逐步实 现种养加、产供销、贸工农一体化。农村产业结构调整向农业气候区划提出了新的要求。 2）气候条件与气候资源本身发生了变化。如东北地区平均气温升高，北方地区干旱范 围扩大，长江流域洪涝增多，特别是九十年代以来，异常气候事件呈现明显增多的趋势。有 必要重新认识气候资源的变化及其合理利用和保护问题
3)农业气候区划技术条件发生了巨大变化。“3S”(GIS、RS、GPS)与网络技术在农 业气候资源动态监测与开发应用中展示出广阔前景。 4)农业生产的发展,对气候资源开发利用和保护提出了更高要求。气象部门必需依靠 科技进步,技术创新适应社会的需求。建立一套基于“3S”、网络平台的区划信息系统,有 助于广大气象台站在气象服务手段和技术上得到提升 5)面对21世纪农业新技术革命和可持续农业战略,农业气候资源作为一种重要的投资 环境,有必要进行科学、客观的评价。 中国气象局提出建设“第三次农业气候区划”项目的目的是:采用新技术、新方法、新 资料,开发“农业气候区划信息系统( Agriculture& Climate Distributed Information System 简称ACDS)”软件,建立气候资源开发利用和保护监测体系,实行资源平面与立体,时间 与空间全方位优化配置:发挥区域气候优势,趋利避害减轻气候灾害损失,提高资源开发的 总体效益。为各级政府分类指导农业生产,农村产业结构调整,退耕还林防止水土流失等提 供决策依据,为地方政府服务。 2.2农业气候区划信息系统( ACDIS)系统结构及工作流程 2.2.1系统结构 农业气候区划信息系统(ACDS)是基于GS工具平台,建立起面对专业技术人员的专 用工具,适用于农业气候资源监测评价、气候资源管理与分析,小网格气候资源推算与空间 查询、省地县三级区划产品制作等。具体实现了以下功能: 1)地理基础信息管理:管理工作区的基础地理数据,如行政区划,水系,交通数据等 2)小网格资源信息管理:管理栅格格式的、与农业气候区划有关的信息,包括各种DEM 数据; 3)小网格资源推算与区划产品制作 4)农业气候资源监测与评价 5)农业气候区划成果演示 2.2.2系统工作流程 根据“3S”等新技术在区划中应用需求,建立了农业气候区划工作基本流程(如图14-2):
3）农业气候区划技术条件发生了巨大变化。“3S”（GIS、RS、GPS）与网络技术在农 业气候资源动态监测与开发应用中展示出广阔前景。 4）农业生产的发展，对气候资源开发利用和保护提出了更高要求。气象部门必需依靠 科技进步，技术创新适应社会的需求。建立一套基于“3S”、网络平台的区划信息系统，有 助于广大气象台站在气象服务手段和技术上得到提升。 5）面对 21 世纪农业新技术革命和可持续农业战略，农业气候资源作为一种重要的投资 环境，有必要进行科学、客观的评价。 中国气象局提出建设“第三次农业气候区划”项目的目的是：采用新技术、新方法、新 资料，开发“农业气候区划信息系统（Agriculture & Climate Distributed Information System, 简称 ACDIS）”软件，建立气候资源开发利用和保护监测体系，实行资源平面与立体，时间 与空间全方位优化配置；发挥区域气候优势，趋利避害减轻气候灾害损失，提高资源开发的 总体效益。为各级政府分类指导农业生产，农村产业结构调整，退耕还林防止水土流失等提 供决策依据，为地方政府服务。 2．2 农业气候区划信息系统（ACDIS）系统结构及工作流程 2．2．1 系统结构 农业气候区划信息系统（ACDIS）是基于 GIS 工具平台，建立起面对专业技术人员的专 用工具，适用于农业气候资源监测评价、气候资源管理与分析，小网格气候资源推算与空间 查询、省地县三级区划产品制作等。具体实现了以下功能： 1）地理基础信息管理：管理工作区的基础地理数据，如行政区划，水系，交通数据等； 2）小网格资源信息管理：管理栅格格式的、与农业气候区划有关的信息，包括各种 DEM 数据； 3）小网格资源推算与区划产品制作； 4）农业气候资源监测与评价； 5）农业气候区划成果演示。 2．2．2 系统工作流程 根据“3S”等新技术在区划中应用需求，建立了农业气候区划工作基本流程（如图 14-2）：
数据叠加分析 攸集观测试验数据 调研 区划产品输出 收集考察研究成果 考察 专家 区划图件产 专家评审 多元分析综合评判 座谈 修订区划结果 求分析确定区划对象 区划指标分析与确定确定资源小网格推算模式 农业气候相似分析 政府 品制作 图件制作与打印 发展 专家评判分级 规划 观测资料及研究成果 模式运算生成 资源数据层集 农业 辅助考察、气候分区 结构 应用GIS建立地理 建立区划小网格资源库 应用3S进行土地 调整 参数数据集 分类 统计分析、模型建立 建立土壤、植被 水体数据集 误差订正效果检验 图14-2:农业气候区划工作基本流程图 2.3“3S”在项目中的应用 1)利用GS对农业气候区划综合要素空间查询和管理 ACDS利用GS工具提供的基本功能,对其它子系统输入、处理和生成的气候资源等 数据进行综合查询和管理。生成不同查询条件下的区划产品,作为区划专题内容,进而实现 对区划各类产品的矢量图、栅格图、DEM、注记和属性数据进行以地理表达式为条件的逻 辑查询以及不同图件和属性数据的综合查询、管理,并把查询结果制图输出到绘图仪或打印 机,或保存为其它格式文件 2)利用GS对气候资源进行小网格推算模式研究 气候资源小网格推算模式研究是区划的一项基础性工作。在收集山区气候硏究成果基础 上,辅助以气象哨、水文站雨量资料后,通过GIS平台可快速计算和获取测点地理参数(高 程、坡向、坡度)。采用统计分析方法,根据要素的统计特征值和地理特征将全省划分若干 气候区,分别建立各区域气候要素推算统计模式,通过验证和残差订正,应用到气候资源小 网格推算中 3)GIS在农业气候资源分析中的应用 应用GIS来定量采集、管理、分析具有空间特性的气候资源,建立GIS分析气候资源 的思想、方法、步骤,包括数字高程模型建立、GIS农业气候资源数据建立、空间分析模型 建立、气候资源分析计算、气候分区及定量分析等。 4)利用“3”提取农业背景信息参与区划计算 农业气候区划是根据农作物生长发育过程中对气候条件的要求和气候资源的地理分布
区 划 指 标 分 析 与 确 定 确 定 资 源 小 网 格 推 算 模 式 建 立 区 划 小 网 格 资 源 库 调研 考察 专家 座谈 政府 发展 规划 农业 结构 调整 农业 发展 热点 应用 3S 进行土地 分类 模式运算生成 资源数据层集 需 求 分 析 确 定 区 划 对 象 收集观测试验数据 收集考察研究成果 多元分析综合评判 析、综合评判 农业气候相似分析 专家评判分级 观测资料及研究成果 辅助考察、气候分区 别 统计分析、模型建立 误差订正效果检验 应 用 GIS 建立地理 参数数据集 区 划 图 件 产 品 制 作 区划产品输出 统计分析 数据叠加分析 专家评审 修订区划结果 图件制作与打印 建立土壤、植被、 水体数据集 图 14-2：农业气候区划工作基本流程图 2．3“3S”在项目中的应用 1）利用 GIS 对农业气候区划综合要素空间查询和管理 ACDIS 利用 GIS 工具提供的基本功能，对其它子系统输入、处理和生成的气候资源等 数据进行综合查询和管理。生成不同查询条件下的区划产品，作为区划专题内容，进而实现 对区划各类产品的矢量图、栅格图、DEM、注记和属性数据进行以地理表达式为条件的逻 辑查询以及不同图件和属性数据的综合查询、管理，并把查询结果制图输出到绘图仪或打印 机，或保存为其它格式文件。 2）利用 GIS 对气候资源进行小网格推算模式研究 气候资源小网格推算模式研究是区划的一项基础性工作。在收集山区气候研究成果基础 上，辅助以气象哨、水文站雨量资料后，通过 GIS 平台可快速计算和获取测点地理参数（高 程、坡向、坡度）。采用统计分析方法，根据要素的统计特征值和地理特征将全省划分若干 气候区，分别建立各区域气候要素推算统计模式，通过验证和残差订正，应用到气候资源小 网格推算中。 3）GIS 在农业气候资源分析中的应用 应用 GIS 来定量采集、管理、分析具有空间特性的气候资源，建立 GIS 分析气候资源 的思想、方法、步骤，包括数字高程模型建立、GIS 农业气候资源数据建立、空间分析模型 建立、气候资源分析计算、气候分区及定量分析等。 4）利用“3S”提取农业背景信息参与区划计算 农业气候区划是根据农作物生长发育过程中对气候条件的要求和气候资源的地理分布