第一节 地理信息系统及其应用
[学习目标] 1.了解地理信息系统的概念及其发展。2.掌握地理信息系统的基本组成，理解地理信息系统在城市管理中的作用。
一、地理信息系统
概念 它是一种以采集、存储、管理、分析和描述地球表面与地理分布有关数据的空间信息系统，简称GIS 除了一般的存储、管理数据外，还能显示数据的空间分布，并具有强大的空间查询、分析、模拟、统计和预测等功能 开拓期→巩固发展期→大发展期→用户时代 GIS人员、GIS软件、硬件设备、地理数据、应用模型 计算机主机、数据输入设备、数据输出设备、数据传输设备、存储设备 地理数据的输入：将收集好的各种数据资料，经主要包括地理数据的输工作过程 入、存储，地理数据的操作和分析，以及地理信息输出等环节 过分类和格式转换后，就可输入到计算机中。其中对图形数据的输入，常用的方法是扫描纸质地图后进行数字化处理 GIS数据存储：采用“分层”技术，将地图中的不同地理要素，存储在不同的“图层”中。将不同的图层进行重叠，就形成了不同主题的地图 地图数字 化过程 纸质地图→扫描→图像处理→图像拼接→图像剪裁→图像配准→矢量化→编辑与修改。GIS可输出地形图、专题图和剖面图，也可以输出三维地图 功能 发展阶段 组成 硬件设备
1.“GIS地图”和“普通地图”的区别是什么？
答案 普通地图是用比例尺、方向、图例、注记及等值线来表示地理事物的有关内容，而GIS地图则是地图的延伸，它通过采集、处理数据，建立模型来表示地理事物的有关内容。 2.如果将GIS用来监测森林火灾，可以做哪些方面的工作？
答案 GIS是处理地理空间数据的计算机系统，它可以将最新的资料经过处理后及时提供给研究、规划和决策等人员使用，因此，在监测森林火灾时可以及时知道火灾地点、范围，分析火势蔓延方向，制定灭火方案等。 知识点拨 地理信息系统的工作过程
城市规划是地理信息系统的重要工作。GIS数据存储采用“分层”技术，即将地图中的不同要素，存储在不同的“层”中。将不同的“层”要素进行重叠，就形成不同主题的地图。GIS中，不同类型的地理空间信息储存在不同的图层上，叠加不同的图层可以分析不同要素间的相互关系。据此完成1～2题。
1.城市交通图层与城市人口分布图层的叠加可以( ) A.为商业网点选址提供依据 B.分析建筑设计的合理性 C.计算城市水域面积 D.估算工农业生产总值
2.对1985年与2010年城市土地利用图层进行分析，能够( ) A.计算交通流量的变化 B.预测洪涝灾害的发生 C.了解城市地域结构的变化 D.预测城市降水变化的趋势 答案 1.A 2.C
解析 第1题，GIS是地理信息系统的缩写。它能对地理空间数据进行输入、管理、分析和表达。商业活动与交通区位和人口分布关系十分密切，故交通图层与人口图层叠加可以为商业网点选址提供依据。第2题，城市土地利用类型的变化能够反映城市地域结构的变化，土地利用变化不能反映出交通流量的状况，洪涝是天气与地形共同作用的结果，降水变化与天气状况有关。
方法技巧 GIS图层叠加示意图的判读方法
(1)首先要明确GIS图层叠加示意图是由哪些专题图层组成的，由于这些专题图层是由许多具有空间属性的数据在计算机中生成的，所以它们分别反映了某种专题地理事物的空间分布特征。
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(2)其次要明确不同的专题图层反映的地理事物之间的空间联系。例如从水系图层中可以找到河流的上游地带，而河流的上游从地形上看往往是山地，其在地形图层中则反映为等高线较为密集，有一定的坡度等特征；在水系图层中也可以找到河流的下游，而河流的下游在地形图层上常表现为等高线稀疏且数值较小，该地区在土壤分布图层上则常表现为土层深厚、肥沃，在区域城市分布图层上则常表现为聚落或城市密集的特点。
(3)最后要明确图层叠加之后会形成一个可以反映多个地理要素分布特征的新图层，在新图层中的某个位置上，我们就可以综合考虑各个要素，进行人类生产、生活活动场所的选择或评价。
二、地理信息系统与城市管理
1.应用领域：资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通信、交通运输、公安、水利、公共设施、商业金融等。
2.在城市建设和管理中的典型应用：城市规划和管理、基础设施管理、土地利用与管理、生态环境管理。 知识点拨
1.地理信息系统可以解决的四类基本问题 (1)与分布、位置有关的基本问题。
GIS可以方便地查询地物的位置、地物的相关属性。也可以用地物属性来查询地物位置。显示了GIS对信息空间表达的功能，它实际是回答了以下两个问题： ①“地点”：对象(地物)在哪里？
②“状况”：哪些地方符合特定的条件，对象(地物)的属性。 (2)趋势分析
GIS能够了解地物随时间变化的过程，分析该地物发展趋势，即回答“从何时起发生了哪些变化？” (3)模式问题
对象的分布存在何种空间模式，即揭示各种地物之间的空间关系。通过GIS建立地物分布及其组合的空间模式，进而分析模式各要素间的空间关系。 (4)模拟问题
利用数据及已掌握的规律建立模型，就可以模拟某个地方如果具备某种条件时将出现的结果，即回答“如果……将如何”。
例如，高程与被淹没地区的关系、温室效应与海平面上升的关系。 2.地理信息系统在城市管理中的应用
应用 可解决的基本问题 举例说明 3
城市信息管理与服务 向城市居民提供日常工作与生活所需的各种信息 是城市规划管理的重要工具，进行城市规划设计、工程选址等 GIS可将有关道路的路况、交通流量、沿线环境等空间和属性信息如提供旅游景点分布及详情；提供商业网点的布局及各自特色 如规划部门可以把用地资料记录到数据库里随时查询和统计，并用三维影像显示市貌，以分析城市现状 如查询空间信息：某个加油站的坐标位置；查询时间信息：某辆车某一时刻处于什么位置及某时间某路段的车流量等 如为提高火灾防救工作的针对性，可建立各防火区的火灾信息系统，并建立相应的救护路线模型和灾后损失评估模型等 如对城市大气、水、土地、植被、噪声等方面的信息进行综合管理和处理，可以实现环境信息的共享等 城市规划 城市道路交通 显示出来，使管理者对道路信息一目了然；提供多种类型的查询等 可以实时跟踪灾害的发生、发展城市抗灾防灾 过程，对灾害进行快速分析、评价和模拟，并辅助开展灾后的应急和恢复工作 广泛应用于城市环境管理工作的各个方面 城市环境管理
GIS是用于空间分析的计算机系统，某中学地理小组将它作为课题研究。据此完成1～2题。 1.下列四图，是同学们为家乡所作的自然、社会经济方面的资料分析图，其中只适宜用GIS数据库软件制作的是( )
2.同学们拟分析家乡人口分布与自然条件的关系，在GIS数据库中，须调用的专题图层有下
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列中的( )
①地形图层 ②土壤图层 ③气候图层 ④人口图层 ⑤商业网点图层 ⑥农业图层 ⑦工业图层 ⑧城市图层 ⑨交通图层 A.①②③④ C.⑤⑥⑦⑧ 答案 1.C 2.A
解析 第1题，解题关键是首先要掌握GIS的相关知识，空间分析能力是GIS的主要功能，也是GIS与计算机制图软件相区别的主要特征。空间分析要求地理事物有明确的地理位置。贫困人口分布的分析是空间性的数据分析，可以用GIS软件处理和分析，故C项正确；A、B、D三项只具有时间性，没有空间性，不需要用GIS软件处理分析。第2题，要调用图中的人口要素和自然要素图层。
B.③④⑤⑥ D.⑥⑦⑧⑨
专项提能12 GIS图层叠加示意图的判读
(1)找图层：GIS图层由许多专题图层组成，它们分别反映了某专题的空间分布特征，如上图分别有水系、土地利用、居民点、地形、土壤图层。
(2)找主题：不同的图层叠加可形成一个主题特征的新地图。如示意图中图层没有，还要找哪些图层，往往某一主题地图需要叠加几种专题地图。
(1)析图层：各个专题地图的叠加，能反映某一主题地图所包含的各地理要素，分析图层信息，判断出主题地图。
(2)析构成：某一主题地图涉及多个图层，综合分析其相关性，分析哪些关系密切，哪些关系不密切，得出构成其的主要图层。
首先要明确GIS图层叠加示意图是由哪些专题图层组成的，其次要明确不同的专题图层反映的地理事物之间的空间联系，最后要明确图层叠加之后反映的地理要素特征。
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