1 引言 ..................................................................................................................................................... 1
1.1 课程设计的来源 ........................................................................................................................................................................ 1 地理信息系统课程设计是在完成地理信息系统的课堂教学后进行的，通过学生在课堂上所学到的知识进行课程设计 1 1.2 课程设计目的 ............................................................................................................................................................................ 1 1.3 课程设计要求 ............................................................................................................................................................................ 2 1.4 课程设计应解决的主要问题 .................................................................................................................................................... 2 1.5 课程设计时间与地点 ................................................................................................................................................................ 2 1.6 地理信息系统在国内外发展状况............................................................................................................................................. 2
2 地理信息系统概述 ............................................................................................................................. 3
2.1 GIS定义...................................................................................................................................................................................... 3 2.2 GIS基本功能 .............................................................................................................................................................................. 4 2.3 GIS的应用 .................................................................................................................................................................................. 5
3 校园地理信息系统研究现状 ............................................................................................................. 6 4 长春工程学院湖东校区地理信息系统设计...................................................................................... 7
4.1 系统分析 .................................................................................................................................................................................... 7 4.2 系统实施 .................................................................................................................................................................................... 8 4.3 具体操作 .................................................................................................................................................................................. 11 4.4 系统运行于维护 ...................................................................................................................................................................... 17
5 课程设计总结 ................................................................................................................................... 17 6 地理信息系统的发展 ....................................................................................................................... 18
6.1.国外地理信息系统(GIS) 发展的4 个阶段 ............................................................................................................................ 18 6.2. 国内地理信息系统(GIS)发展现状 ........................................................................................................................................ 19 6.3 地理信息系统(GIS)的发展动向 ............................................................................................................................................. 20
1 引言
1.1 课程设计的来源
地理信息系统课程设计是在完成地理信息系统的课堂教学后进行的，通过学生在课堂上所学到的知识进行课程设计
1.2 课程设计目的
地理信息系统课程设计的目的是加深学生对地理信息系统基本概念、基本原理的理解，提高学生的地理信息系统的理论水平和分析问题、解决问题能力以及编写实习报告 的能力。并且锻炼学生使用软件进行成图以及进行相关的分析
1.3 课程设计要求
利用GIS软件进行数据采集，存储地理数据。建立较完整的基于GIS平台软件的一个小型地理信息系统。
1.4 课程设计应解决的主要问题
应用软件描绘出长春工程学院东校区地形图并对图形进行各种处理
1.5 课程设计时间与地点
时间：2012年12月17日到2012年12月28日
地点：长春工程学院东校区第一教学楼124
1.6 地理信息系统在国内外发展状况
我国在GIS研究领域取得了一定的成绩，在国际学术界有了一定的地位。中国GIS 的发展和取得的成就对国内众多领域的发展及有效管理都有很大贡献，同时也在GIS学术界培养了大批人才并产生了大量高质量的论文。
近年来，中国GIS协会会员数量和我国学者在国际一流GIS杂志上发表论文的数量都
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不断增加。过去由于多种原因，我国学者很少在国际一流GIS杂志上发表学术论文，但近年来开始在International Journal of Geographic Information Science等国际上最权威的GIS杂志上发表学术论文。有5名中国学者最近更成为国际最权威的GIS杂志International Journal of Geographic Information Science的编辑委员。此外，中国GIS学者还积极参与各种国际学术交流活动，如2000年8月在北京举办的国际地理联合会（IGU）第九届International Spatial Data Handling Symposium，及今年7月将在北京举办的国际摄影测量与遥感学会（ISPRS）大会。此外，过去20多年来，中国大陆和香港GIS学者还发起并组织了多个国际学术讨论会，在国际GIS学术界中产生了一定的影响。
题目:基于ArcGIS的长春工程学院湖东校区地理信息系统设计
主要内容：
2 地理信息系统概述
2.1 GIS定义
GIS 是在计算机软、硬件平台支持下对空间数据进行输入、存储、检索、运算、分析、建模、显示、输出等的计算机的软件, 是集地质学、地理学、测绘学、遥感学、空间科学、信息科学、计算机科学和管理科学为一体的边缘学科。它一般具有输入、输出、查询、分析及空间数据库管理等功能。地理信息系统的核心是将空间信息和属性信息有机结合在一起, 并作为研究问题的基本要素来解决涉及空间分析与查询的问题。地理信息系统的这一机制不但为传统领域的应用提供了有力工具, 还为非传统领域的应用提供了可能性。
地理信息技术同其他一些计算机技术一样, 在它刚出现的时候, 往往是从某一或某些
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领域开始应用的, 随着该项技术的发展和成熟, 它的应用领域越来越宽。地理信息系统发展到现在, 其应用已从较单一的领域扩大到了很广泛的领域, 特别是近年来国外已将这项技术在信息产业界推广, 收到了很好的效果。
GIS 中的数据结构主要有两种: 栅格数据结构和矢量数据结构。栅格数据结构实际上就是像元阵列, 每个像元由行列确定它的位置。运用栅格模型,地图被划分成有规律的网格, 空间事物就按其在网格中的行和列来取值。栅格数据是量化和近似离散的, 其表示的空间曲面是不连续的, 这意味着空间一定面积内地理数据的近似性。典型的栅格数据有ARC/ INFO 的DEM、Grid 和ERDAS 的image、TM 及TEM、SPOT 等。矢量数据结构通过记录坐标的方式, 尽可能将点、线、面地理实体表现得精确无误。典型的矢量数据有ArcView 的Shp、ARC/ INFO 的Coverage、MapInfo 的TAB、MAPGIS 的WL、WP 等。以往使用的GIS 或基于矢量, 或基于栅格。GIS 的发展使矢量和栅格可以集成于一个窗口环境下, 一般使用栅格作为背景, 矢量数据用于查询和分析。地理信息系统按其功能和内容一般分为工具型地理信息系统和应用型地理信息系统。工具型GIS向用户提供一个通用的操作平台, 由用户根据自己的应用进行二次开发, 如: ARC/ INFO、ArcView、MAPINFO、MAPGIS 等。应用型GIS 是在比较成熟的工具型GIS 基础上, 根据用户的需求和应用目的而设计的一种解决特殊问题的地理信息系统, 如: 地下管网系统、矿产资源评价系统等。
2.2 GIS基本功能
GIS 具有以下四项基本功能: ! 输入功能, 利用数字化仪或扫描仪把地图、图像( 如航空照片) 和规划图输入计算机中, 然后进行编辑处理( 修改、增补等) 。∀ 输出功能, 把经过分析而得出的图形、图表或文字报告显示在荧光屏上, 也可以通过绘图仪或打印机打印出来。# 查询、分析功能, 通过空间查询和空间分析而得出决策结论, 是GIS 的出发点和归宿。这是一个复杂的处理过程, 需要应用目标之间的内在空间联系并结合各自的数学模
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型和理论来制定规划和决策。典型的空间分析包括最佳路径分析、迭加分析、邻域分析、网络分析、通视分析以及填挖方计算和表面积计算等, 可用在污染源流分析、农业布局合理性分析、城市布局合理性分析、道路选线分析等工作中。∃空间数据库管理功能, 地理对象是庞大的地理数据集, 对此需要利用数据库管理系统来进行管理。
2.3 GIS的应用
桌面GIS 系统大规模出现后, 业界对GIS 的需求迅速扩大。随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及, GIS 应用已遍及资源、环境、社会、经济各个领域, 渗透到各行各业。愈来愈多的学科, 如地理学、工程学、城乡规划、计算机科学、测量与制图、航测与遥感、地质矿产等都把GIS作为发展方向。GIS 信息作为信息社会中一种重要的基础信息, 既是社会公益性产品, 又具有重要的市场价值。
GIS 的应用范围相当广泛, 它已经在如区域与城市规划、农业土地与水资源规划、林业管理、自然资源调查、环境保护、大型工程项目的前期准备和实施控制、公用事业管理、地籍与房产管理、交通运输规划与管理、国防与军事、地质矿产调查等方面得到较好的推广应用。另外, GIS 在金融业、保险业、建筑业、制造业、零售业、公用设施业以及通讯业等也得到广泛应用。近十年来, 我国地理信息系统基础软件产品的发展取得了长足的进步。在产品开发技术方面, 我国已经从个别功能、单项技术的零星开发阶段进入全面开发整个系统的阶段。出现了一批在国内有一定影响的软件产品, 例如中国地质大学( 武汉) 的MAPGIS 等; 涌现出一批以地理信息系统软件开发和系统集成为主要方向的高技术公司, 占领了部分国内市场。上世纪70 年代末, 一些数学地质专家、遥感地质专家、计算机地学处理专家如Bomham- Carter、F.P.Agterberg 等积极开展这方面的应用工作。八十年代中后期, GIS 的地学应用特别是矿产资源评价处于试验成熟期。进入九十年代, GIS 在地学领域得到空前广泛的应用。F. P.Agterberg 研究了基于栅格数据证据加权资源评价模型,
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并得到广泛应用。在美国CUSMAP 国土资源评价计划中, 大多数图幅应用了GIS 技术。九十年代初期, 美国矿产资源评价广泛应用了包括GIS 在内的计算机信息处理技术。近几年来, 我国地质矿产部门组织应用GIS 试点工作, 并着力抓基础地学数据库建设, 取得了重要成就。在地质矿产工作信息化工程规划中, 将GIS应用列为重要工作内容。上世纪八十年代应用开发计算机辅助制图和地理信息系统技术取得了突破性进展。自主开发出具有国际先进水平的彩色地学图件编辑出版系统MAPCAD、工具型地理信息系统MAPGIS、固体矿产勘查评价自动化系统KPX 等。建成一批固体矿产勘查、物化探、水工环、石油海洋地质、数字地图等具有一定规模的各类数据库, 如全国1: 20 万地质图数据库、水文地质图数据库、重砂数据库、岩石数据库、重力数据库、航磁数据库、区域化探数据库等。可以预测, 随着GIS 的广泛应用与开发,GIS 将会极大地影响和改变我国传统的地质研究与地质矿产勘查工作的思维方式和工作方式地理信息系统(Geographical Information System, GIS)是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少有空间位置参考信息和非位置信息两个组成部分。
3 校园地理信息系统研究现状
利用GIS的手段，让校园的各类用户迅速的熟悉校园的环境，方便地制作自身所需要的地图，并且利用地图的形式，将校园信息展现的方式从传统的纯文字模式解脱出来实现地图与文字、图片等展现模式相结合的方式。本网站的建设，可以大大方便校园内外的人员在校园学习、工作和生活，对于学校的宣传也有重要的意义。本系统主要应用于高校，主要功能包括：
校园地图导航：利用校园内的各种级别的电子地图，将校园的学习、工作、生活环境、
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校园风光，甚至复杂建筑物的内部环境都展现到用户的面前，并提供配套的GIS操作，使得用户能够方便的流览各种相关的校园电子地图，以及查询地图实体的各种属性信息等。
示意图或专题地图的定制：针对一些用户的制作专题地图的要求，提供了相关的制作地理示意图和专题地图的手段和工具，例如用户可以利用系统提供的工具制作会议流程路线图，校园植被分布图等等。
信息服务：以校园地图为基础，将校园中的各类信息（包括行政信息、教学信息、生活信息、学生信息、社团信息等等）利用与地图结合的方式展现给用户。同时利用对用户的权限控制使得授权用户可以参与到系统中来，添加部分信息。
4 长春工程学院湖东校区地理信息系统设计
4.1 系统分析
从系统观点出发，通过对事物进行分析与综合，找出各种可行的方案，为系统设计提供依据。它的任务是对系统用户进行需求调查和可行性分析，最后提出 新系统的目标和结构方案。系统分析是使设计达到合理、优化的重要步骤，其工作 深 入与否，直接影响到将来新系统的设计质量和适用性，因此必须予以高度重视。
可行性分析：
a) 系统的社会、经济效益分析；
b) 任务的人员，质和量方面是否足以完成任务；
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c) 技术上的关键问题的难点何在？是否能予以适当解决？解决计划如何？
d) 资料和数据的总量，可获取的资料、数据清单；
e) 软件系统和开发能力能否切实并留有余地地完成该系统的各项要求；
f) 所能够拥有的硬件能力能否充分保证系统的各项指标；
g) 所提供的经费是否能略有余地地保证任务完成及新系统产生效益估计；
h) 任务的时间计划表是否合理并有适度余量。
i) 总体设计
包括用户需求、系统目标、总体结构、系统配置、数据库设计、系统功能
j) 详细设计
包括子系统设计、数据库设计、功能模块设计、用户界面设计。
4.2 系统实施
4.2.1 ArcCatalog简介
ArcCatalog是浏览、组织、分配、管理一个组织机构所有GIS数据的工具。
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在下面的例子中，假定你是（虚构的）城市Greenvalley市的工作人员。市议会正在讨论是否需要在市区再铺设一些水管，为此，市议会需要了解市区水资源的利用情况。现在需要制作一幅地图，该图要能全面反映Greenvalley市区水管的分布及每一地块的用水量。为使该图简单易读，需要将相关数据添加到该市市区的普通地图上。
启动ArcCatalog
1）.单击工具栏上的Start按钮。
2）.指向Programs菜单项，显示Programs子菜单。
3）.指向ArcGIS菜单项。
4）.单击ArcCatalog选项。
ArcCatalog启动之后，可以看到ArcCatalog窗口分为两个部分
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图1
ArcCatalog窗口左侧的Catalog目录树用来浏览和组织GIS数据，当前目录中的内容则显示在Catalog窗口的右面。
在窗口中进行图层的编辑，分别输入地图中所要描绘的图形名称，
4.2.2 打开地图文档并浏览
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图2
地图文档打开后，左边的称为内容列表，可以进行数据图层的管理，右边的区域可以进行数据的编辑。图层是对数据的引用，图层记录的是数据存放的路径以及数据的显示特性
用TOOLS工具条上的相应工具可以进行浏览地图
4.3 具体操作
4.3.1 在工具栏上点击EDITOR按钮下的“START STARING EDITORING”工具条开始进行编辑状态。点击EDITOR工具条上的画笔，参照地图上所有建筑物的样式，用画图工具沿着建筑物的外轮廓线进行描绘。分别在上面所加载的各个图层下进行描绘，选择相应的符号，可进行线条的加粗，改变颜色等编辑。
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如图所示
图3
4.3.2 完成了建筑物轮廓的绘制后，还要更改建筑物的属性。选中该建筑物，点击编辑菜单中的属性对话框按钮可以打开属性对话框，分别进行编辑
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图4
4.3.3 重复上面的步骤，依次完成各个建筑物的属性编辑
图5
4.3.4 点击编辑菜单下的停止编辑按钮结束编辑，并选择保存编辑成果。
4.3.5 设置数据显示
4.3.5.1 在内容列表里，单击相应的图层，在弹出的有右键菜单中选择PROPERTIES,
更改其所对应的相应数据
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图6
4.3.5.2 在弹出的图层属性对话框中，选择“LABEL”选项卡，在该选项卡下更改相应的内容，既可以显示图层的标注
4.3.5.3 设置标注文本的字体.颜色.大小等。
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图7
4.3.6 由线生成面把我们根据地图所描绘的建筑的线生成相应的面，在CATALOG下的自己所创建的文件中，右键选择由线生成面这个命令，会出现相应的对话框，在对话框中分别选择我们想要生成面的建筑物所在的图层，并更改相应的名字我们可以更改该面所在图层的颜色，对其进行、、编辑 依次选择所要生成的面。把所有能生成面的建筑物都生成面
图9
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4.3.7 进行拓扑编辑
在CATALOG中创建一个拓扑文件，保存在相应的位置，打开图形文件，加载拓扑关系，这时如有拓扑错误，则相应的线不会生成面，切会显示错误所在地方，即所画图形不对，没有闭合，这时要进行改正，把其所在的面和图层删除，重新开始编辑，画出其轮廓线，注意线条一定要闭合，然后在按照相应的由线生成面的方法进行生成，直至所有的图形都生成完毕
在ArcCatalog中查看地理数据库时可以看到数据库表是由一系列的要素数据集和要素类构成，或仅由单一要素类构成。
图10
4.3.8 地图整饰并输出
4.3.8.1点击INSERT菜单，选择标题命令。即在地图上插入标题，输入标题内容，长春工程学院东校去地形图，然后确定，双击标题，可以进行标题的编辑，例如设置大小.颜色，选中标题来回托动，可以更改标题的位置。
经过以上操作后，长春工程学院东校区地形图已经制作完成了，可以点击FILE菜单下
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的保存命令进行存盘。更改相应的文件名。并和拓扑关系文件一起保存，以保证文件能打开。
4.4 系统运行于维护
GIS工程涵盖范围很广，它贯穿工程设计、优化、建设、评价、维护更新等全过程，并综合考虑人的因素、物的因素，使其整体统筹考虑的范畴，做到\"物尽其用，人尽其能\"，以最小的代价取得最佳的收益。
GIS工程涉及因素众多，概括起来可以分为硬件、软件、数据及人。硬件是构成GIS系统的物理基础；软件形成GIS系统的驱动模型；数据是GIS系统的血液；人则是活跃在GIS工程中的另一个十分重要的因素，人既是系统的提出者，又是系统的设计者、建设者，同时还是系统的使用者、维护者。如果人的作用发挥得好，可以增强系统的功能，增加系统的效益，为系统增值，反之会削弱系统应有的潜能。如果说硬件、软件、数据表现出某种层次关系的话，即软件构筑于硬件之上，数据赖以软件而存在，那么，人的作用就是嵌入在整个GIS工程领域之中。
5 课程设计总结
经过两周地理信息系统的设计，使我对ArcGis软件有了更深一层的理解，两周的时间太短了，我只能初步的了解并运用软件，对于更深一层的运用还是不熟练，只能简单的应用软件进行成图，希望以后能有机会继续研究地理信息系统，能更加深入的接触这门课程，更加熟练的运用电脑软件成图，谢谢老师对我们的耐心教导，马上就要步入社会了，以后就不会再有人象老师这样的教我们了，所以我们要珍惜在学校里学到的东西。记住老师教给我们的知识和做人的道理。
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6 地理信息系统的发展
GIS 是为解决资源与环境等全球性问题而发展起来的技术与产业。上世纪60 年代中期，加拿大开始研究建立世界上第一个地理信息系统(CGIS)，随后又出现了美国哈佛大学的SYMAP 和GRID 等系统。自那时起，GIS 开始服务于经济建设和社会生活。在北美、西欧和日本等发达国家，现在已建立了国家级、洲际之间以及各种专题性的地理信息系统。我国GIS 的研究与应用始于上世纪80 年代，近30 年来发展也十分迅速，在计算机辅助绘制地图等方面开展了大量基础性的试验与研究工作，在理论、技术方法和实践经验等方面都有了长足的进步。
6.1.国外地理信息系统(GIS) 发展的4 个阶段
6.1.1 模拟地理信息系统阶段 自19 世纪以来就得到广泛应用的地图——模拟的图形数据库和描述地理的文献著作——模拟的属性数据库相结合，构成了地理信息系统的基本概念模型。但是，这种模拟式的、基于纸张的信息系统和信息过程，使得空间相关数据的存贮、管理、量算与分析、应用极不规范、不方便和效率低下。随着计算机科学的兴起，数字地理信息的管理与使用成为必然。
6.1.2 学术探索阶段 上世纪50 年代，由于电子技术的发展及其在测量与制图学中的应用，人们开始有可能用电子计算机来收集、存贮和处理各种与空间和地理分布有关的图形和属性数据。1956 年，奥地利测绘部门首先利用电子计算机建立了地籍数据库，随后这一技术被各国广泛应用于土地测绘与地籍管理。1963 年，加拿大测量学家首先提出地理信息系统这一术语，并建立了世界上第一个地理信息系统—— 加拿大地理信息系统（CGIS），用于资源与环境的管理和规划。稍后，北美和西欧成立了许多与GIS 有关的组织与机构，如美国城市与区域信息系统协会（URISA），国际地理联合会（IGU）地理数据
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收集和处理委员会（CGDPS）等，极大地促进了地理信息系统知识与技术的传播和推广应用。
6.1.3 飞速发展和推广应用阶段 上世纪70 年代以后，由于计算机技术的工业化、标准化与实用化，以及大型商用数据库系统的建立与使用，地理信息系统对地理空间数据的处理速度与能力取得突破性进展。其结果是：①一些发达国家先后建立了许多专业性的土地信息系统（LIS）和资源与环境信息系统（GIS）；②关于GIS 软件、硬件和项目开发的商业公司篷勃发展。到1989 年，国际市场上有报价的GIS 软件达70 多个，并出现一些有代表性的公司和产品。③数字地理信息的生产标准化、工业化和商品化。④各种通用和专用的地理空间分析模型得到深入研究和广泛使用，GIS 的空间分析能力显著增强。⑤有关GIS 的具有技术权威和行政权威的行业机构和研究部门在GIS 的应用发展中发挥引导和驱动作用。
6.1.4 地理信息产业的形成和社会化地理信息系统的出现上世纪90 年代以来，随着互联网络的发展及国民经济信息化的推进，地理信息系统作为大的地理信息中心，进入日常办公室和千家万户之中，从面向专业领域的项目开发到综合性城市与区域的可持续发展研究，从政府行为、学术行为发展到公民行为和信息民主，成为信息社会的重要技术基础。
6.2. 国内地理信息系统(GIS)发展现状
我国对GIS 的研究起步较晚，但是近30 年来在各级政府和有关人士的大力呼吁和促动下，我国的地理信息系统事业突飞猛进，成绩巨大。我国GIS 的发展可以划分为3 个阶段。
6.2.1 起步准备阶段（1978～1985 年） 主要在概念和理论体系的引入与建立，关
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于遥感分析、制图和数字地面模型的试验研究，以及软、硬件的引进，相应规范的研究，局部系统或试验系统的开发研究，为GIS 的全面发展奠定基础。
6.2.2 加速发展阶段（1985～1995 年） GIS 作为一个全国性的研究与应用领域，进行了有计划、有目标、有组织的科学试验与工程建设，取得一定的社会经济效益。主要表现在：GIS 教育与知识传播的热浪此起彼伏，GIS 成为空间相关领域的热门话题；②GIS 建设引起各级政府高度重视，其发展机制由学术推动演变为政府推动；③部分城市和沿海地区GIS 建设率先进入实施阶段，并取得阶段性成果；④出现商品化的国产GIS 软件、硬件品牌；出现专门的GIS 的管理中心、研究机构与公司；出现专门的GIS协会，涌现一批GIS 专门人才；出现专门的刊物与展示会；初步形成全国性的GIS 市场。⑤在应用模式、行业模式和管理方面作了有益的探索。
6.2.3 地理信息产业化阶段（1995－） 目前，我国GIS 的发展正处于向产业化阶段过渡的转折点。能否借助国际大气候的东风，倚重国内经济高速发展的大好形势，搭乘全球信息高速公路的快车，实现地理信息产业化和国民经济信息化，这是国内地理信息界人士面临的严重挑战和千载难逢的机遇。而在这一过程中，一方面需要探索建立一套政府宏观调控与市场机制相结合的地理信息产业模式。另一方面，则要充分总结和借鉴国内外地理信息系统项目建设的经验和教训，掌握地理信息系统的发展动向，建立起行之有效的地理信息系统工程学的理论、方法与管理模式。
6.3 地理信息系统(GIS)的发展动向
近年来地理信息系统技术发展迅速，其主要的原动力来自日益广泛的应用领域对地理信息系统不断提高的要求。另一方面，计算机科学的飞速发展为地理信息系统提供了先进的工具和手段，许多计算机领域的新技术，如面向对象技术、三维技术、图象处理和人工
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智能技术都可直接应用到地理信息系统中。下面对当前地理信息系统研究中的几个热点研究领域作一介绍。
6.3.1 GIS 中面向对象技术研究面向对象方法为人们在计算机上直接描述物理世界提供了一条适合于人类思维模式的方法，面向对象的技术在GIS中的应用，即面向对象的GIS，已成为GIS 的发展方向。这是因为空间信息较之传统数据库处理的一维信息更为复杂、琐碎，面向对象的方法为描述复杂的空间信息提供了一条直观、结构清晰、组织有序的方法，因而倍受重视。面向对象的GIS较之传统GIS 有下列优点：
（1）所有的地物以对象形式封装，而不是以复杂的关系形式存储，使系统组织结构良好、清晰；
(2)以对象为基础，消除了分层的概念；
(3)面向对象的分类结构和组装结构使GIS 可以直接定义和处理复杂的地物类型；(4)根据面向对象后编译的思想，用户可以在现有抽象数据类型和空间操作箱上定义自己所需的数据类型和空间操作方法，增强系统的开发性和可扩充性；
(5)基于icon 的面向对象的用户界面，便于用户操作和使用。
6.3.2 时空系统
传统的地理信息系统只考虑地物的空间特性，忽略了其时间特性。在许多应用领域中，如环境监测、地震救援、天气预报等，空间对象是随时间变化的，而这种动态变化的规律在求解过程中起着十分重要的作用。过去GIS 忽略时态主要是受器件的限制，也有技术方
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面的原因。近年来，对GIS中时态特性的研究变得十分活跃，即所谓“时空系统”。地物除了具有三维空间中的空间性质外，如何刻画时间维的变化也十分重要。通常把GIS 的时间维分成处理时间维和有效时间维。处理时间又称数据库时间或系统时间，它指在GIS 中处理发生的时间。有效时间亦称事件时间或实际时间，它指在实际应用领域事件出现的时间。根据处理时间和有效时间的划分，可以把时空系统分为4类：静态时空系统、历史时态系统、回溯时态系统和双时态
系统。
(1)静态时空系统。它既不支持处理时间，也不支持有效时间，系统只保留应用领域的一种状态，比如当前状态。
(2)历史时态系统。它只支持有效时间，这种系统适用于事件实际发生的历史对问题求解十分重要的应用领域。
(3)回溯时态系统。它只支持处理时间，这种系统适用于信息系统的历史对问题求解十分重要的应用领域。
(4)双时态系统。它同时支持处理时间和有效时间。处理时间记录了信息系统的历史，有效时间记录了事件发生的历史。 时空系统主要研究时空模型，时空数据的表示、存储、操作、查询和时空分析。
6.3.3 地理信息建模系统
通用GIS 的空间分析功能对于大多数的应用问题是远远不够的，因为这些领域都有自
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己独特的专用模型，目前通用的GIS 大多通过提供进行二次开发的工具和环境来解决这一问题。二次开发工具的一个主要问题是它对于普通用户而言过于困难。而GIS 成功应用于专门领域的关键在于支持建立该领域特有的空间分析模型。GIS 应当支持面向用户的空间分析模型的定义、生成和检验的环境，支持与用户交互式的基于GIS 的分析、建模和决策。这种GIS 系统又称为地理信息建模系统(GIMS)。GIMS 是目前GIS 研究的热点问题之一。GIMS 的研究有几个值得注意的动向。
(1)面向对象在GIS中的应用。面向对象技术用对象(实体属性和操作的封装)、对象类结构(分类和组装结构)、对象间的通讯来描述客观世界，为描述复杂的三维空间提供了一条结构化的途径。这种技术本身就为模型的定义和表示提供了有效的手段，因而在面向对象GIS 基础上研究面向对象的模型定义、生成和检验，应当比在传统GIS 上用传统方法要容易得多。
(2)基于icon的用户建模界面。建模过程中的对象和空间分析操作均以icon 形式展示给用户，用户亦可自定义icon。用户在对icon的定义、选择和操作中完成模型的定义和检验。这种方法较之AML 这类宏语言要方便和直观得多。
(3)GIS 与其他的模型和知识库的结合。这是许多应用领域面临的一个非常实际的问题，即存在GIS 之外的模型和知识库如何与GIS 耦合成一个有机整体。
6.3.4 GIS 将往高维化发展
GIS 在矿山与地质领域的应用受到很大限制的重要原因是其在处理三维问题上的不足。现有的GIS 软件虽然可以用数字高程模型来处理空间实体的高程坐标，但是由于他们无法建立空间实体的三维拓扑关系，使得很多真三维操作难以实现，因而人们将现有的GIS
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称为二维GIS 或2.5 维GIS。矿山、地质以及气象、环境、地球物理、水文等众多的应用领域都需要三维GIS 平台来支持他们大量的真三维操作。空间可视化技术是指在动态、时空变换、多维的可交互的地图条件下探索视觉效果和提高视觉效果的技术。虚拟现实(VR)技术，也称虚拟环境和人工现实，已在游戏中成功使用。运用空间可视化技术和虚拟现实技术进行地形环境仿真，真实再现地景，用于交互式观察和分析，提高对地形环境的认知效果，是今后三维GIS 可视化发展的一个重点。四维GIS（4DGIS）一般是指在原有的三维GIS 基础上加入时间变量而构成的GIS。许多人认为地质特征是不变的，但实际上大部分地质特征是动态的、变化的，不是所有地质情况都是变化缓慢的，水灾、地震、暴风雨以及滑坡都会使局部地质条件发生快速而巨大的变化。地质学家对4D(立体3D 加上时间第4D)的空间——时间模型尤感兴趣。但是，增加一维将带来很大的问题。比如数据量的几何级数增长，致使数据的采集、存取、处理都带来一系列的问题。不过，这些问题可以在计算机技术、数据库技术以及相关电子技术的发展而得到解决。因此，如何设计4DGIS 并运用它来描述和处理地理对象的时态特征是一个重要的发展领域。
参考文献
1 《基于ArcGIS 的矢量地形图符号化的设计与实现》史汉新
( 溧阳市测量队, 江苏溧阳)
2 《ArcGIS，MapInfo 到MapGIS 数据格式的转换》辛 蕊，赵瑞斌
(天津城市建设学院 a. 土木工程系；b. 天津市软土特性与工程环境重点实验室，天津)
3 《ArcGIS 运用中对于数据处理的几种思路》胡国贤
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(云南省文山学院生化系云南·文山)
4 《地理信息系统的发展与发展中的地理信息系统》王家耀
( 信息工程大学测绘学院, 郑州; 苏州市数字城市工程研究中心,江苏苏州)
5《基于ArcGIS的数字校园地理信息系统的设计与实现》甘洪川，（电子科技大学， 软件工程）
6 《基于ARCGIS 的“地理信息系统” 课程的实验设计》王春波、符韶华
（ 辽宁省交通高等专科学校， 辽宁沈阳；沈阳市勘察测绘研究院， 辽宁沈阳）
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