地理信息系統綜述
❶ 土地信息系統研究綜述
周磊
（中國石油大學（華東）地球資源與信息學院，東營，）
摘要：本文介紹了國內外土地信息技術的研究現狀，將國外和國內的土地信息系統發展過程清晰地分為幾個階段，對未來土地信息系統學科的發展趨勢及面臨的學科前沿問題進行探討，並從哲學角度進行歸納總結，同時提出了未來土地信息系統建設的思路。
關鍵詞：土地信息系統；發展趨勢；學科前沿
土地信息系統是土地規劃和管理定量化、科學化以及對土地信息進行快速查詢、分析和更新的技術手段和方法，並為決策提供輔助支持［1］。隨著國土資源部門信息化進程的加快，各級國土資源部門正在把土地信息系統的建設列為部門信息化建設的重點，將土地信息系統的建設列入國土資源部門電子政務建設當中，目的是提高國土資源部門的土地管理效率，更好地實現國土資源的監管和對公眾的信息服務。
1 國內外土地信息技術的研究現狀
20 世紀是高新技術產生和發展的歷史時期，也是土地信息系統產生和發展的歷史時期。全世界土地信息系統的發展歷程，可以分為以下幾個階段：50年代是土地信息系統的准備時期，60年代是土地信息系統的產生時期，70年代是土地信息系統的形成時期，80年代是土地信息系統的示範時期，90年代是土地信息系統的發展時期［2］。我國和其他發展中國家的土地信息系統發展相對落後，許多行政管理機構和科研院所正在土地信息系統方面做大量的研究和開發工作。
信息技術的迅猛發展對人類社會的進步產生了巨大的推動作用，對LIS的發展也產生了深遠影響。新技術已經極大地改善了土地有關信息的採集、處理、存儲和發布。新的測量和填圖技術，如GPS和遙感技術，可以快速採集大量的土地信息，計算機和Internet技術的發展，已解決了處理、存儲和發布大量土地信息的技術問題。採用上述新技術，各種來源的土地信息，都可以被整合在一個LIS 系統內，便於對系統的土地信息採集、處理、存儲和發布進行有效的管理，以滿足多用戶對土地信息的適時需求。
這些技術進步包括：①數字攝影測量技術、高解析度遙感技術及 GPS 技術，極大地提高了土地有關的數據採集精度和速度；②計算機技術仍然在快速發展，對於大量的土地數據存儲和分析處理產生了積極的影響；③GIS 和空間資料庫管理技術的發展，極大地改善了土地信息的提取、分析和管理方式；④WEB GIS 技術的發展及寬頻網路系統的建立，使全球范圍內大量的土地數據交換成為可能，同時改變了土地信息的發布方式和服務模式。
在這些技術進步的影響下，芬蘭、荷蘭和希臘等發達國家在已有的 LIS 系統基礎上，相繼完成了國家級土地信息的數字化建設，實現土地信息的計算機化管理，建立了面向社會不同用戶的基於 Internet 技術的土地信息發布和信息服務平台。使 LIS 能更好地服務於各種級別的土地利用規劃和經濟的可持續發展，並對土地市場的發展產生了推動作用。
芬蘭國家土地測量署（NLS）選用 Small World GIS 軟體作為系統的開發工具，設計開發了新系統（JAKO），這個系統把屬性數據和（矢量格式）地圖數據存儲在同一個無縫關系型資料庫中，具有多用戶同時更新數據的功能。JAKO採用「超文本用戶界面」，而且Internet服務功能優越，NLS 以外的用戶可以通過 Internet，按照地塊標示號進行土地信息查詢。
荷蘭地籍署分別於1997年和1999年完成全國地籍圖的數字化工作和大比例尺地形底圖的數字化以後，將數據分別存儲在4個大型的資料庫中，用 Intranet 查詢和更新資料庫，通過終端模擬技術查詢資料庫。目前終端模擬技術的信息查詢服務已經過時，地籍署正在努力開發能夠提供更好的 Internet 在線服務的新系統。
希臘政府建立了一個客戶端/伺服器的網路系統，PC機用戶可以不必裝專業的GIS軟體就能查詢地圖數據。資料庫採用分布式管理，包括空間和非空間數據。
20世紀90年代以來，我國的土地信息系統發展較快，以深圳市和常州市為代表的地市級土地信息系統建設取得了可喜的成績，實現了無紙管理土地信息數據，產生了較好的社會效益。中國地質大學中地信息公司開發的國土管理信息系統，主要包括城鎮地籍管理系統，土地利用資料庫系統，土地利用規劃管理系統，土地監察管理系統，建設用地管理系統，農村地籍管理系統，土地利用動態監測系統，土地交易管理系統，土地發布系統，城鎮土地定級估價系統，基本農田保護系統等一系列信息系統。此外還有一些其他公司開發的軟體也取得了較好的研究成果［3］［4］。
2 未來土地信息系統的發展趨勢
2.1 未來土地信息系統將成為國家空間數據基礎設施建設的重要組成部分
土地信息系統現代化建設需要較高的投入。據估算，在東歐國家100 萬個地塊的信息化建設，需要投入1 億美元。所以在推動信息化建設過程中，必須精心策劃，並與其他有關大型計劃綜合考慮。1994年美國總統發布國家空間數據基礎設施（NSDI）建設行政命令以來，發達國家在國家基礎地理信息數據建設相關的技術及政策方面，已有較大的動作。LIS 作為國家基礎性地學數據信息系統，其發展應和 NSDI 建設緊密結合起來。美國、加拿大、荷蘭和澳大利亞的土地信息系統建設已經作為 NSDI 建設的重要組成部分，在技術開發和相關的政策條例上綜合考慮［2］。
土地信息系統像「數字城市」、「數字地球」等信息基礎設施一樣，運用基於互聯網的地理信息系統技術，形成信息查詢、監控、決策支持等多種功能的數字系統［5］。土地信息系統將是信息化建設和社會經濟、資源環境可持續發展的重要武器。
2.2 土地信息系統將會獲得更新的數據源
任何一門學科走向成熟必然要與其他相關學科的部分理論與技術成果相整合，利用相關學科的理論與技術成果改善本學科的研究條件，補充完善本學科的理論與技術。土地信息系統學科是計算機科學與技術的延續，又是計算機技術同測繪科學與技術相結合的產物。隨著測繪科學與技術的發展需求，宇航空間技術以及電子技術提供了可能的技術條件，產生了遙感技術與全球定位技術，這兩門技術都為土地信息系統提供數據源，與這兩
門技術的結合是土地信息系統學科發展的必然。隨著土地信息系統學科的發展，這種結合直至融合將會越來越緊密，發展趨勢越來越明顯。這種融合不僅表現在硬體上，出現了集遙感圖像採集、全球精確定位、無線數據通訊與數據處理於一體的掌上電腦設備；而且表現在各系統運行機理上相互滲透、有機融合，這種運行機理的滲透與融合又為設備超小型化創造了條件。土地信息系統的研究要順應土地信息系統的這種發展趨勢，要在這些相關學科的結合點上尋求研究主攻方向，加速與深化這種融合，以推動土地信息系統學科的發展［6］［7］［8］［9］。
Google Earth 軟體是美國 Google 公司於2005年6月推出的一款全球衛星地圖集成軟體。它是一種可視化的假彩色全球地圖，其圖像數據為衛星影像與航拍的數據整合，全球地貌影像的有效解析度至少為100m，通常為30m （如中國大陸）。Google Earth 圖件具有較高的解析度，數據更新也非常迅速，若用地形圖為地圖，將截取的 Google Earth 影像疊合到地形圖上面，對照發現地類的變化，可以完成土地變更調查，更新土地信息資料庫。隨著 Google Earth 軟體的迅速發展，遙感影像解析度的不斷提高，相信土地信息系統的發展將會與之結合。土地信息系統採用 Google Earth 影像作為一部分數據來源，不僅極大地節省了購買遙感圖像的成本，而且可以很及時地發現地類的變化，高效的更新資料庫具有很好的時效性。
2.3 土地信息系統呈現多樣化工具化的發展趨勢
資料庫技術是任何信息系統的技術基礎，土地信息系統也不例外。土地信息系統是存儲與處理以時空為基本框架的各種數據的復雜系統，這一信息系統對於資料庫管理功能要求較高，不但數據量極其巨大，數據種類繁多；而且數據關聯十分復雜，這里既有空間拓撲的復雜關聯關系，又有復雜的時間拓撲的關聯關系［10］［11］。面向對象的思想以及實施面向對象思想的各種計算機軟體技術是當代計算機科學與技術的一個重要成果，而關系代數的創立又為關系型資料庫的建立奠定了堅實的理論基礎。實施面向對象思想進行關系型資料庫管理既為復雜數據類型的資料庫管理技術帶來了先進科學的數據管理理論，同時又有新的挑戰。這種挑戰就在於如何實現一部分數據變更時，所有變更的數據隨之意志變更。用面向對象的思想將地理信息系統的時空數據與屬性數據統一納入關系型資料庫管理之下，實現兩種數據的一體化管理，這是土地信息系統發展的一個趨勢［12］［13］［14］。
土地信息系統經過多年的發展，已不是一個簡單的功能軟體，而發展成為一種軟體開發平台。現代信息技術和網路技術的發展，使土地信息系統的建設基於Internert的在線信息發布平台，這使土地信息有了更高的透明度，信息共享程度更好。隨著社會信息化進程的深入，土地信息系統應用日益普及，系統向著多樣化、工具化的方向發展的趨勢日益明顯。為適應社會這種功能與性能多樣化的需求，土地信息系統軟體或軟體平台呈現多樣化的局面［15］［16］［17］［18］。系統軟體已經逐漸成為工具，走上市場。系統軟體規范化、標准化是軟體工具化的前提。除此，土地信息系統也正向著智能化的方向發展。
2.4 土地信息系統建設要更多地服務於自然資源和社會經濟發展規劃
傳統的LIS主要用於社會經濟領域，近年來，由於對環境問題和社會可持續發展的關注，對LIS土地信息服務提出了全新的要求。黨的十六屆五中全會提出了建設社會主義新農村的歷史任務，其主要內容就是「生產發展、生活富裕、鄉風文明、村落整潔、管理民主」［19］［20］。在這「十一五」規劃階段，為適應社會發展的要求，土地信息系統的建設必須能夠更好地服務於自然資源和社會經濟發展規劃，使土地信息的管理邁入更加智能化的階段。
3 土地信息系統面臨的幾個學科前沿問題
3.1 土地信息系統建立過程中的數據質量問題
數據是信息的載體，數據對土地信息系統（LIS）來說是至關重要的，數據質量的好壞是土地信息系統成敗的關鍵，信息系統對數據進行處理就是為了得到數據中包含的信息。資料庫（包括空間數據和非空間數據）是土地信息系統最基本、最重要的組成部分，也是投資比較大的部分，數據質量的好壞直接影響系統的功能和應用。地學信息數據往往帶有不確定性，造成地學信息數據不確定性有多方面的原因［21］，測量尺度或測量精度的不同是其中一個原因，二維空間中線狀地物的長度隨測量尺度的不同，其測量結果就不同，三維空間中面狀地物的表面積隨測量尺度的不同，其測量結果也不同。地球這樣一個不規則的表面又為地學信息數據不確定性增加了一個難以控制的因素。多因素干擾的所謂「病態」遙感數據也是實際地學信息數據不確定性的一個原因，因為遙感數據越來越成為地學信息數據的重要來源。地學信息數據往往沒有真值［22］，分數維的思想為解決這種數據不確定性問題帶來了一條思路，但還有大量的理論與實際問題需要解決。
3.2 土地信息系統開發標准化問題
沒有數據的標准化與系統開發的規范化就沒有信息的社會化。信息數據與信息系統的標准化研究始終是信息科學與技術的前沿問題［23］，制定數據標準是實現數據共享的前提。歐美各國對空間數據標準的研究和制定比較早，隨著我國土地信息產業的迅速發展，制定一系列土地空間數據評價標准顯得日益重要，為此必須制定一系列有關標准和規程，如土地信息系統中名詞術語標准、圖形與影像數據採集技術規程、數據交換格式標准、數據精度和質量標准、土地數據的分類與代碼。
3.3 時空數據模型以及數據的壓縮和更新淘汰問題
數據結構設置是一個信息系統軟體程序設計的靈魂。空間拓撲關系的表達、時間維數據的參與又引出時間拓撲問題，如何表達時間拓撲信息增加了系統數據結構的復雜程度，將關系復雜的時空數據與門類復雜的屬性數據統一用關系型數據結構表達又增加了問題的復雜程度。由於數據收集手段的改進，地學信息數據在成幾何級數的速度增長，而計算機數據存儲空間卻以算術級數在增加，勢必有一天數據存儲空間容納不下巨額的地學信息數據［24］。需要研究地學信息空間數據壓縮技術，其中包括網格格式數據的無損壓縮與有損壓縮、矢量格式的數據壓縮等。
3.4 土地信息數據的信息挖掘問題
土地空間數據隱含著大量的資源、環境和社會經濟信息，如何從浩繁的數據中將這些深層的信息「挖掘」出來又是土地信息系統學科需要研究解決的問題。將空間信息挖掘出來更好的創造社會效益，需要「挖掘者」不但具有駕馭土地信息系統空間分析功能的能力，而且更需要具有較深的經濟地理、資源環境等方面的專業知識［25］。
研究土地信息系統的發展趨勢以及學科前沿，可以將這些問題歸結為三個方面，即地球信息的哲學問題、地球信息機理問題以及地球信息工程問題。地球信息的哲學問題揭示地球信息本身的屬性以及人們對地理世界的認知規律；地球信息機理問題尋求地學信息科學與技術的發展方向；地球信息工程問題則從整體上解決土地信息技術的集成、整合問題。
總之，土地信息系統的建設要從土地管理的實處起步，從遠處規劃，著眼於土地管理的未來，要對國家土地管理的發展和系統建設的新技術、新動向有預見，使土地信息系統建設周期與土地管理未來發展相吻合。
參考文獻
［1］方世明，鄒炫等.土地信息系統的研究現狀與發展動態［J］.計算機工程，2003，29 （20）：1～3
［2］劉聚海，袁國華.國外土地信息系統概況［EB/OL］.http：//www.cqvip.com
［3］黃仲衡.土地信息系統的回顧與前瞻［J］.中國測繪，2002，（2）：43～44
［4］鄭順義，曾學貴.基於知識工程的土地信息系統研究［J］.中國土地科學，2000，14 （3）
［5］伊凡.解讀數字城市［J］.城建科學，2006，（5）：5～8
［6］楊廉.「3S」技術在土地利用總體規劃修編中的應用［J］.國土資源導刊，2006，（1）：61～63
［7］任偉.土地整理工程規劃設計及「3S」技術應用［J］.國土資源導刊，2006，（2）：53～54
［8］王淑芬，介長春.GIS 在國土資源規劃與管理中的應用［J］.河南國土資源，2005，（9）：46～47
［9］厲偉，但承龍，孫文華.城市化進程中土地持續利用評價指標體系研究［J］.中國土地科學，2004.10，18 （5）：26～31
［10］潘瑜春，鍾耳順，梁軍.空間資料庫技術在土地信息系統中的應用［J］.計算機應用，2002，22 （5）：67～69
［11］饒江靜.如何建立土地信息系統［J］.石河子科技，2002，（3）：24～25
［12］范斌方.圖文一體化土地信息系統設計的若干技術考慮［J］.浙江測繪，2003，（1）：19～20
［13］嚴泰來，吳平.帶時間維土地信息系統的時空數據管理［J］.中國土地科學，2002.11，16 （6）：11～18
［14］劉仁義，劉南.動態土地信息系統時空過程及時空數據存儲［J］.中國圖像圖形學報，2002.4，7 （4）：388～393
［15］楊連安，賈媛媛.網路化土地信息系統的初步設計實現［J］.水土保持通，2002.10，22 （5）：42～50
［16］張立亭，祝國瑞等.基於 WebGIS 的土地信息發布技術［J］.華東地質學院學報，2003，26 （4）：379～382
［17］韓瓊.基於 WebGIS 的土地信息系統與社會化服務［J］.測繪通報，2003，（5）：61～63
［18］楊瑾，袁堪省，楊聯安.基於 Intranet 的土地信息系統設計［J］.西北大學學報（自然科學版），2002，32 （2）：199～202
［19］董艷華.社會主義新農村建設要突出「七新」［N］.河南農業，2006，（4）
［20］夏瑛光，黃金華.社會主義新農村建設的必要性及基本思路［N］.河南農業，2006，（4）
［21］許玉英.土地信息系統建立過程中的數據質量問題［J］.現代測繪，2006，29 （3）：33～35
［22］陸紅生，韓桐魁.關於土地科學學科建設若干問題的探討［J］.中國土地科學，2002，16 （4）：10～13
［23］黃德霖，鮑家偉.淺談土地信息系統標准化問題［EB/OL］.http：//www.cqvip.com
［24］魯孟.建設城市土地信息系統需要解決的主要問題［J］.黑龍江國土資源，2003
［25］嚴泰來，張曉冬，王曉娜.關於土地信息系統資料庫信息挖掘問題的思考［J］.信息化論壇，2003，（3）：8～10
❷ GIS的概述
全名地理信息系統。GIS是解決空間問題的工具、方法和技術；從學科的角度，GIS是在地回理學、地圖學、測量學和答計算機科學等學科基礎上發展起來的一門學科，具有獨立的學科體系； 從功能上，GIS具有空間數據的獲取、存儲、現示、編輯、處理、分析、輸出和應用等功能；從系統學的角度，GIS具有一定結構和功能，是一個完整的系統。
❸ 地理信息系統概論的目錄
第1章導論
第1節地理信息系統基本概念
一、數據與信息
二、地理信息與地理信息系統
第2節地理信息系統的基本構成
一、系統硬體
二、系統軟體
三、空間數據
四、應用人員
五、應用模型
第3節地理信息系統的功能簡介
一、基本功能
二、應用功能
第4節地理信息系統的發展概況
一、發展概況
二、基礎理論
復習思考題
第2章地理信息系統的數據結構
第1節地理空間及其表達
一、地理空間的概念
二、空間實體的表達
第2節地理空間數據及其特徵
一、GIS空間數據的分類
二、空間數據的基本特徵
三、空間數據的拓撲關系
四、空間數據的計算機表示
第3節空間數據結構的類型
一、矢量數據結構
二、柵格數據結構
三、曲面數據結構
第4節空間數據結構的建立
一、系統功能與數據源間的關系
二、空間數據的分類與編碼
三、矢量數據的輸入與編輯
四、柵格數據的輸入
五、曲面數據的輸入
復習思考題
第3章空間數據處理
第1節空間數據的變換
一、幾何糾正
二、地圖投影及其轉換
第2節空間數據結構的轉換
一、由矢量向柵格的轉換
二、由柵格向矢量的轉換
第3節多元空間數據的融合
一、遙感與GIS數據的融合
二、不同格式數據的融合
第4節空間數據的壓縮與重分類
一、空間數據的壓縮
二、空間數據的重分類
第5節空間數據的內插方法
一、點的內插
二、區域的內插
第6節空間拓撲關系的編輯
一、多邊形連接編輯
二、節點連接編輯
復習思考題
第4章地理信息系統空間資料庫
第1節空間資料庫概述
一、空間資料庫的概念
二、空間資料庫的設計
三、空間資料庫的實現和維護
第2節空間資料庫概念模型設計
一、語義數據模型
二、面向對象的數據模型
第3節空間資料庫邏輯模型設計
一、關系數據模型
二、邏輯模型設計
第4節空間資料庫的物理設計
一、空間資料庫的物理設計概念
二、空間資料庫的物理設計步驟
第5節空間數據查詢
一、空間關系查詢類型
二、屬性數據查詢
三、空間屬性聯合查詢
四、空間查詢語言
第6節空間資料庫索引
一、范圍索引
二、格網空間索引
三、四叉樹空間索引
第7節空間元數據
一、元數據及其作用
二、元數據實例
第8節空間資料庫引擎
一、空間資料庫引擎概述
二、空間資料庫引擎的工作原理
第9節空間時態資料庫
一、空間時態資料庫概述
二、時空一體化數據模型
復習思考題
第5章空間分析的原理與方法
第1節數字地形模型分析
一、地形因子的計算
二、地形剖面線計算
三、DEM的通視分析
第2節空間疊合分析
一、空間疊合分析的概念
二、基於矢量數據的疊合分析
三、基於柵格數據的疊合分析
第3節空間鄰近度分析
一、空間緩沖區分析
二、Voronoi多邊形分析
第4節空間網路分析
一、網路圖論的基本概念
二、計算最短路徑的Dijkstra演算法
復習思考題
第6章地理信息系統的應用模型
第1節GIS應用模型概述
一、GIs應用模型的分類
二、GIS應用模型的構建
第2節土地定級估價模型
一、技術路線
二、土地定級估價模型
三、應用實例
第3節適宜性分析模型
一、一般形式
二、應用實例
第4節發展預測模型
一、一般介紹
二、應用實例
第5節區位選擇模型
一、數據准備階段
二、綜合影響評價階段
三、區位選擇分析階段
第6節交通規劃模型
一、交通發生量預測模型
二、出行分布預測模型
三、交通量最優分配規劃
第7節地球科學模擬模型
一、確定土壤侵蝕的數值分析模型
二、設計土壤侵蝕數據處理流程
三、土壤侵蝕圖的輸出
復習思考題
第7章地理信息系統的設計與評價
第1節應用型GIS設計概述
一、系統設計的目的
二、系統設計的模式
三、系統設計的流程
第2節地理信息系統的設計
一、系統分析
二、系統設計
三、系統實施
四、系統運行和維護
第3節地理信息的標准化
一、地理信息標准化的內容
二、地理信息標准化的制定
第4節地理信息系統的評價
復習思考題
第8章地理信息系統產品的輸出設計
第1節地理信息系統產品的輸出形式
一、地理信息系統產品及其類型
二、網路地圖和數字地球
第2節地理信息系統圖形輸出系統設計
一、圖形坐標系與顏色模型
二、輸出的幾何變換
三、地形圖與專題地圖的輸出組織形式
第3節地理信息系統的可視化與虛擬現實
一、三維空間制圖模型
二、數字高程模型的構造
三、虛擬現實的設計與實現
復習思考題
附錄
參考文獻
……
❹ 地理信息系統專業與計算機技術關系大嗎
大。
地理信息系統是地理科學、信息科學及計算機科學等的交叉學科，是一門新版興的學科，在社會、經濟建權設中有著非常廣泛的應用。北京大學於1990年開始在地理類本科生課程中開設地理信息系統概論，並定為必修科目，1998年正式設立地理信息系統本科專業，是我國最早開設這一專業的院校之一，為社會培養了大批的高層次人才。
在地理信息系統本科專業的課程設置中，地理信息系統概論是一門骨幹必修基礎課，也是學生第一門地理信息系統專業課程。目前，地理信息系統概論已經是北京大學地球與空間科學學院的及環境科學學院的本科必修課程，同時也是眾多相關院系的選修課程。這門課程的基礎定位是：使學生掌握正確的專業基本概念和基礎認識，掌握地理信息系統的基本框架結構，了解地理信息系統的應用及發展狀況，從而為其後續專業及相關的學習和研究指引正確方向、打好堅實基礎。
❺ 綜述地理信息系統的空間分析功能
GIS空間分析的內涵極為豐富，包括空間查詢、空間量測、疊置分析、緩沖區分析、網路內分析容、空間統計分類等多個方面。G1S 空間分析技術方法包括以下兩大類：
（1）空間基本分析
基於空間圖形數據的分析計算，即基於圖的分析。該分析功能與GIS 其他功能模塊有緊密聯系，技術發展也比較成熟。主要有空間信息量算、緩沖區分析、空間拓撲疊置分析、網路分析、復合分析、鄰近分析及空間聯結、空間統計分析等。
（2）空間模擬分析
也稱為專業型空間分析。該技術解決應用領域對空間數據處理與輸出的特殊要求，空間實體和關系通過專業模型得到簡化和抽象，而系統則通過模型進行分析操作。目前G1S 在該領域的研究相對落後，尚未形成一個統一的結構體系。
❻ 運用地理信息系統新技術進行滑坡穩定性三維評價和滑動過程模擬研究
譯自 Environment Geo1ogy,2003(43):503～512。
Mowen Xie1Tetsuro Esaki1Guoyun Zhou1Yasuhiro Mitani1著
張曉娟2譯 羅靖筠2校 朱汝烈2復校
（1Environmental System Institute,Kyushu University,Hakozaki 6-10-1,Higashi Ku,Fukuoka,Japan；2中國地質調查局水文地質工程地質技術方法研究所，河北保定，071051）
【摘要】本文在傳統的邊坡穩定性三維分析模型的基礎上，提出了一個全新的基於GIS的邊坡穩定性三維柵格分析模型。在這個模型中，假定初始滑動面就是橢球底面，採用蒙特卡洛（Monte-Carlo）隨機模擬方法，在求取最小安全系數法的同時，確定出最危險滑動面。運用GIS柵格模型和GIS數據模擬滑坡滑動過程時，滑坡體將沿主滑方向滑動，直到其安全系數上升到1為止。所有的計算均可通過一個稱為三維邊坡地理信息系統（3DSLOPGIS）的計算程序來完成，該程序主要利用GIS的空間數據處理分析功能。
【關鍵詞】確定性模型地理信息系統（GIS）蒙特卡洛（Monte-Carlo）模擬滑動模擬三維邊坡穩定性
1引言
滑坡不穩定性和風險評價不但已成為地學家和工程專家們感興趣的主要課題，同時也成了世界各地政府部門和管理者關注的焦點。據統計世界上每年約有600人葬身於滑坡災害中。在許多發展中國家，自然災害所帶來的經濟損失，占總國民生產總值的1%～2%。
近年來，由於地理信息系統具有強大的空間數據處理功能，被廣泛運用於自然災害評價領域。GIS是由硬體和軟體組成的系統，它可以實現數據採集、輸入、操作、轉換、可視化、組合、質疑、分析、建模和輸出等過程。GIS對空間數據具有強大的分析和處理功能。同時，基於GIS的地質技術分析模型，可以簡便而有效地分析滑坡穩定性。目前它已經被廣泛地用於土木工程和地質工程中，進行邊坡穩定性的分析。
我們通常認為一個傳統的模型無論是對均質滑坡還是非均質滑動都是適用的。穩定性指數是被廣泛應用的、基於岩土工程模型和物理力學參數的安全系數。安全系數的計算需要幾何數據、剪切強度數據及孔隙水壓力數據，正確的結果取決於可靠的數據和恰當的模型。盡管輸入的數據會較大程度地影響安全系數，但一個可靠的確定性模型對於取得可靠結果則更為重要。確定性計算可在GIS系統內執行，也可利用其他程序完成。若使用其他程序計算，則GIS只作為一個空間資料庫用來存儲、顯示、更新輸入數據。此方法主要優點是利用外部模型計算可以節約時間；而其缺陷是對從外部模型獲得的數據進行轉化時較為復雜。因為每一個程序都有其自己的數據格式和數據結構，數據轉換成為一個主要的問題。有些程序的輸入模塊只允許人工輸入數據。只有當這些程序所默認的數據格式都是 ASCII碼時，數據轉換才可直接進行。運用外部模型的另一個缺點是計算結果通常不是按GIS的空間分布模式來表達，而是以點或線的形式表述的。因此，改變這種計算結果的表達形式也是個主要的問題。
用來計算安全系數穩定性模型的邊坡是二維或三維的。因為一個地區包括很多邊坡，而且必須分別對每個邊坡做分析，所以利用這些模型計算安全系數的空間分布非常花費時間。要克服數據轉換的困難，可以利用GIS內部確定性計算模型來實現。然而這一方法也有缺點，那就是由於應用復雜演算法、迭代過程及在常規二維 GIS中的三維體積等復雜局限性，使得只有簡單的模型能較容易實現。當前，只有基於GIS的無限邊坡模型能分別計算出每個像元的安全系數。研究表明，只有當越來越多的成熟的三維模型和GIS系統得到使用後，才能徹底解決這類問題。
從近來對 GIS用於邊坡穩定性分析的調查中發現，大部分研究者潛心於運用統計學方法來確定邊坡破壞與影響因素之間的關系。盡管GIS能對區域數據進行了准備和處理，但是只有極少量的研究者運用了GIS的集成功能和邊坡穩定性的確定性模型。
即使在很短的距離范圍內，邊坡破壞在空間上都有其不同的幾何結構。因而，運用三維模型分析邊坡穩定性是合理的。從20世紀70年代中期以來，三維穩定性模型的發展和運用日益受到關注。在地質力學的著作中提到了幾個三維分析方法。
上面提到的大部分方法都用到了柱狀圖法。這些方法將柱體之間的作用力，或者說作為三維安全系數計算的假定前提，都忽略不計。因為所有與斜坡相關的GIS數據都可轉成柵格數據，所以這些基於三維模型的柱體，就可能藉助於使用GIS柵格數據用來進行三維穩定性的計算。然而，長期以來大家習慣採用人盡皆知的「一維模型」——「無限斜坡」模型，來描述滑動面與地面平行的長期天然邊坡的潛在危險性。這樣的模型僅僅可以用於淺層斜坡失穩分析和一些存在深層滑坡的區域性研究。
由於演算法復雜、步驟重復和三維數據在二維GIS中難於表達，早期的文獻中並沒有提及三維確定模型的應用。為了克服 GIS數據的外部轉換和GIS內部演算法復雜等困難，此次研究中，在GIS軟體組件（a GIS component）中使用了Visual Basic程序。三維因子的計算和滑動過程的模擬由計算機內的三維邊坡地理信息系統（3-DSLOPGIS）的計算程序完成。在這個系統中，GIS組件（ESRI公司生產的MapObjects2.1）可以完成所需的GIS功能，就像普通的GIS軟體一樣，它可以有效的管理和分析所有與滑動相關的數據。所有用來計算三維斜坡安全系數的數據都採用GIS的數據格式（例如矢量和柵格數據層），因此，沒必要在GIS數據格式和其他程序的數據格式之間進行數據轉換；同時，復雜演算法和三維問題的交互程序也可以理想的實現。
在此次研究中，將基於GIS柵格數據和基於柱狀圖的三維邊坡穩定性分析模型相結合（Hovland,1977），演繹了一個新的基於GIS柵格的三維確定性分析模型。
運用蒙特卡洛隨機模擬方法求最小安全系數值，從而確定臨界滑動條件。假定基本滑動面是一橢球體的較低部分，臨界滑動則受不同地層受力情況和不連續界面狀況的影響而變化。客觀事物的這種變化引出最小三維安全系數。
如果滑坡的三維安全系數小於1，滑坡就有滑動的危險，那麼評估滑坡災害的規模和影響范圍是非常重要的。因此，在此研究中，採用基於GIS三維柵格數據模型和GIS柵格數據來模擬滑坡滑動過程的目的，就是評估滑坡危險性和預測其影響范圍。
2基於GIS的三維模型
利用GIS的空間分析功能，所有與三維安全系數計算有關的輸入數據（如高程、傾向、坡度、地下水、地層、滑動面和力學參數等）都有其對應的柵格元，而所有與斜坡相關的數據都是柵格化的。當這些數據輸入到確定的邊坡穩定性模型中時，就可計算出一個安全系數值。下面在Hovland模型的基礎上，詳細介紹基於GIS的三維模型。在這個模型中，考慮了孔隙地下水壓力，所有輸入數據都能簡單地轉換成柵格數據。
圖1是具有潛在滑動面的滑體的三維幾何示意圖。滑坡的穩定性與地質岩層、地貌、地質力學參數和水動力條件有關。
圖1邊坡坍塌三維景觀
圖2所示是土壤（或岩石）小柱狀研究體物質的離散性。所有與滑坡相關的數據都可用如圖2所示的柱狀三維可視圖來表示。假定每一個柱體單元的垂面均為無摩擦面（柱體單元的垂面不受其他邊界影響，或其影響可忽略不計），三維安全系數可用公式（1）表示：
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式中：F3-D為三維斜坡安全系數，W為一個柱體的重量，A為滑動面面積，c為內聚力，φ為內摩擦角，θ為滑動面的角度，而J、I為在斜坡破壞范圍柵格內的行列數和柱體數。如果沒有GIS，則基於柱體模型的三維安全系數的計算將是冗長且耗時的工作，數據的更新和增加也極其不便。然而，在GIS中，通過運用GIS空間數據處理與分析功能，整個研究區的邊坡穩定性相關數據可用如圖3所示的矢量圖層來描述；而對於每一層，則可通過GIS空間數據處理與分析功能得到柵格數據，其像元大小可根據精度需要而定。
圖2滑動面和三維棚格柱狀圖
現在，將斜坡破壞劃分為基於柵格數據的柱體。參考圖2，諸如地表、地層、地下水、裂縫和滑動面之類的空間數據均可從柵格數據層中得到。因為與斜坡相關的數據量非常大，所以不能高效的管理所有的柵格數據集。因此，在三維邊坡地理信息系統中，有一個專門儲存這些柵格數據的點資料庫，其中，有一個屬性表用來鏈接所有與滑動相關的數據。每個柵格柱狀圖的中心點設置點類型，其他區域則設置與滑坡相關的一些數據（例如地面高程、地層和裂縫的高程、地下水、滑動面的深度等等）。表1所示即是屬性表的一個實例。
圖3邊坡穩定性分析GIS圖層
表1點資料庫的實例描述
另一方面，為了控制滑坡邊界和有效管理空間數據並進行分析，滑坡的邊界線被定義為多邊形類型文件。
基於這種點資料庫，公式1可以改成基於GIS的方程。這里所有的阻力和滑力都是沿著滑動方向的，而不必如 Hovland的模型所用的Y軸方向。在本研究中，假定斜坡區域的主要傾斜方向為可能滑動方向。根據圖4，滑動表面面積可由公式（2）得到。
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從圖4推導出如下公式：
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接著，x和y軸的傾角推導如下：
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記α＝cellsize/cosθxz和b=cellsize/cosθyz，則一個柵格柱狀圖的滑動面面積為：
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滑坡范圍主滑動方向的傾角計算公式如下：
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至此，三維邊坡水平滑動方向安全系數可以用下面的公式計算：
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圖4三維安全因子推導公式的一個柵格柱狀圖
這里，對於每個柵格，Zji,zji分別為地表高程和滑動面高程，uji為在滑動面上的孔隙水壓力，而 γ′為單位重量。
為了檢驗基於柵格的GIS三維穩定分析模型，我們運用這個模型做了一個實例計算。實例問題為一個均質的粘土滑坡，具有球形滑動面，其他各種參數如圖5所示。在圖5中，c為內聚力，φ為摩擦角，R為瞬時摩擦力，γ為土的單位重量。運用封閉式（closed-form）演算法得出三維安全系數為1.402。運用CLARA模型算得安全系數為1.422。同樣的問題運用三維邊坡模型算得三維安全系數范圍為1.386到1.472，它取決於用於被分離的邊坡柱體的數量。
圖5實例問題驗證
運用基於GIS柵格的三維穩定分析模型（圖5），並將格網尺寸定為0.5m時，算得三維安全系數為1.386；而當格網尺寸為0.6m時，算得安全系數為1.388。很明顯，與封閉式演算法相比，基於柵格模型的GIS可有效的用於三維邊坡穩定性評估。
3確定臨界滑動表面和蒙特卡洛模擬
滑動面只能通過岩土工程調查來確定，由於地質調查的費用比較昂貴，因此滑動面通常是很難確定的。因此，邊坡穩定性評價對臨界滑動面的確定是非常重要的。
為了判定三維臨界滑動情況，利用蒙特卡洛隨機模擬方法來計算三維安全系數最小值。假定最初的滑動面是一個橢球體的較低部分，邊坡表面則根據不同地層受力情況和不連續界面條件而改變。最終得到危險滑動面，同時可得到相關三維安全系數的最小值。
4橢圓坐標轉換
假定最初的滑動面是一橢球體的較低部分，橢球體的傾斜方向設置為與研究區主要的傾斜方向一致；將橢圓的傾角基本上設定得與研究區起伏變化的傾角接近。其主傾向為α，主傾角為β，它們是由邊坡破壞區域主要柵格像元的值確定的。假定傾向和傾角屬正常分布，則將主傾向α和傾角β代入分布模型中：
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運用公式（10）和（11）完成坐標轉換。圖6顯示了坐標轉換過程。
圖6坐標轉換過程
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式中：x、y、z為全球大地坐標，
5 Z值的確定和滑動面的傾斜度
滑動面上「B」點的Z值是根據直線 AB和橢圓，由公式（12）計算的結果確定的（見圖7）。
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對於每個柵格像元，滑動面的傾向和傾角可通過下面的公式計算得出，像元（j,i）的傾角可以通過圖8中點1～4的Z值來確定。點1～4的值由公式（13)(14)(15）算出，滑動面的傾向和傾角由公式（16）算出。
圖7確定滑動面上的Z值
圖8滑動傾角的計算
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這里，Z(j,i）為像元（j,i）的Z值，θ為傾角，β0是相對於X軸的傾向。在GIS中，傾向是與 Y軸之間的夾角。因此，當最高點是點3時，傾向是90－β0；當最高點是點4時，傾向是90＋β0；當最高點是點2時，傾向是270－β0；當最高點是點1時，傾向是270＋β0。
6隨機模擬
為了確定臨界滑動面，蒙特卡洛模擬通常用於為三維邊坡穩定性分析選擇變數。這些變數是橢球體的中心點、幾何參數和傾角。橢球體的中心點作為研究區的中心點需要首先確定，然後在一個確定的范圍內隨機選擇。
橢球體的幾何參數a、b、c是由用戶在一定范圍內隨機設定的，確定范圍如公式（17）：
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假定a,b,c都均勻分布，則蒙特卡洛模擬的隨機變數由公式（18）和（19）來算出。
在[0,1]范圍內平均分布的隨機變數可通過全等乘積方法得出：
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式中：ri為在[0,1]范圍內平均分布的隨機變數。在[a,b]范圍內平均分布的隨機變數可由公式（19）計算得出。
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式中：xi為在[a,b]范圍內平均分布的隨機變數。
橢球體的傾角設定為平均分布的一個隨機變數。平均分布范圍為主傾角及其在一個確定的波動范圍之內變化的變數。
7 計算三維安全系數最小值的過程
整個研究區（或邊坡破壞范圍）可以被均分為若干小矩形柵網，如同基於柵格的GIS一樣。關於基於柵格的三維邊坡穩定性分析的數值計算，所有的計算過程都可以通過前面提到的Visual Basic（利用GIS組件）來完成。這個軟體叫三維邊坡地理信息系統，是運用 Visual Basic 6.0和ESRI公司生產的MapObjects 2.1開發的。MapObjects作為GIS的一個組件，用來對GIS數據進行組織和空間分析。計算三維安全系數的過程如圖9所示。
圖9三維安全因子最小值計算過程
在這個過程中，數據模塊的功能用來獲得所有與邊坡相關的地質、地貌、水動力學數據和地質力學參數；隨機變數參數模塊用來隨機選擇蒙特卡洛模擬的實驗滑動面；三維邊坡穩定性模塊可用於計算三維安全系數；而危險滑動面及其安全系數可以通過一些實驗計算得出。在圖9中可以看到，關於GIS空間分析功能的所有模塊可以通過GIS組件來實現。因為一個GIS組件是在三維邊坡地理信息系統系統中完成的，所以可以有效地計算三維安全系數；同時利用與邊坡相關的GIS數據，所有的相關數據和結果可以在三維邊坡地理信息系統系統中實現可視化。
實例剖面如圖10所示。在這個實例中考慮的因素有：4個地層、地下水和破壞面；其物理和力學參數如表2所示。
表2研究實例的物理和地質力學參數
圖10斷層面研究實例
圖11計算次數與最小三維安全因子實驗
為確定臨界滑動面，對蒙特卡洛隨機計算次數進行了實驗，總共計算次數達到了1000次。每次實驗計算的三維安全系數最小值的結果如圖11所示。圖中明確顯示在實驗計算了300次後，得到的安全系數最小值。這300次實驗的結果見圖12，這些計算結果差別不太大，其最小值為1.34，最大值是1.68。這個臨界滑動的研究程序是建立在最小安全系數的計算基礎之上的。而最小安全系數的計算結果取決於參數的隨機選擇。有關這一臨界滑動實例的三維可視圖見圖13。通過三維模型與二維模型結果的比較，用Janbu法確定臨界滑動面時，使用的是圖10所示的二維模型和表2所列的參數，通過這種二維模型計算出的安全系數為1.18，這要比用三維模型計算出結果的極小值（1.346）略小一點。
圖12三維安全因子分布曲線
8滑坡滑動過程模擬
基於GIS柵格三維邊坡穩定性分析模型和GIS柵格數據，對滑坡滑動過程進行了模擬，直到三維安全系數大於1為止。滑動方向按滑動面的主滑方向確定。圖14中展示了由滑動面確定的八個滑動方向。例如，若滑面方向的傾角在22.5°～67.5°之間，則滑坡將要滑動的方向恰在該圖的右上方（即「5」方向）。
圖13臨界滑動面三維展視圖
圖14滑動面的滑動主傾向
圖15滑坡滑動過程模擬流程方框圖
滑坡滑動過程的模擬流程見圖15。首先，要計算滑坡初始狀態時的三維安全系數，以確定其滑動的可能性。若其安全系數小於1，則接著進行下一步滑動過程模擬。先沿著由滑面主傾向確定的滑動方向移動滑坡多邊形；接著，在新的滑坡多邊形范圍內，分步（每一步等於一個柵格大小）計算每一個柵格的DEM和滑動的變化，並再次計算下一步滑動的新滑動方向。並在新的DEM數據和滑動多邊形范圍的基礎上，計算出新的三維安全系數。如果三維安全系數仍然小於1，則進行以下的新滑動步驟模擬。
在這種滑動模擬模型中，假定滑動面內摩擦角不改變，但除了在初始三維邊坡安全系數的計算過程之外，假定滑動面沒有內聚力（即內聚力為零）。
仍然用同樣的實例（如圖5所示），用不同的兩種動力學參數進行滑坡滑動過程模擬：
情況1:c=4kN/m2，φ＝110,y=23kN/m3
情況2∶c=6kN/m2，φ＝10.5°，γ＝23kN/m3
第一種情況下，初始邊坡安全系數為0.82，在進行7步滑動之後，滑坡體開始趨於穩定，其安全系數是1.04。部分滑動步驟剖面及三維視圖變化如圖16所示。在此圖中，DEM的改變及滑坡體移動過程一目瞭然。運用三維邊坡地理信息系統，也可將可視滑動過程表現為GIS地圖和剖面圖的形式。滑坡體沿水平方向的最終滑動距離為3.0m。
圖16不同滑動階段的地表和剖面三維視圖
第二種情況下，滑坡體將一直向下滑動到平坦地區，水平方向滑動距離為14m。滑坡體最後停止滑動位置的三維展視圖如圖17所示。
圖17滑坡體最後停止位置
9討論和結論
在三維邊坡穩定性柱狀分析模型的基礎上，開發了一個全新的基於GIS柵格的三維確定性模型，並且通過一個問題實例證實了其正確性。在三維邊坡穩定性分析模型中，假定其初始滑面為一橢球面；其三維臨界滑面，是利用蒙特卡洛隨機模擬求取最小三維安全系數而確定的。基於GIS的柵格三維模型，滑坡滑動過程模擬用於判斷滑坡災害和預測滑動距離。已開發了作為計算程序軟體的三維邊坡地理信息系統，它足以完成一切有關三維邊坡問題的計算，其中的GIS組件用於實現GIS的空間分析功能和有效數據的管理。因其具有空間分析、數據管理和與邊坡相關的綜合數據的GIS可視化等優點，所以三維邊坡穩定性問題已經比較易於研究。自打全新的基於GIS柵格三維邊坡穩定性分析模型問世，就為慣於使用傳統數學方法研究邊坡穩定性的工作者拓展了一個新的研究領域和資料庫方法。
❼ 地理信息系統在塔北油氣勘探和評價中的應用
安精文陳新剛李新華
（西北石油局規劃設計研究院，烏魯木齊830011）
摘要作者闡述了利用地理信息系統（GIS）建立塔北綜合地學信息系統的技術方法。系統分別建立了地理信息屬性庫和圖庫，並通過鏈接將二者聯系起來，實現了圖形與資料庫的統一。系統可支持各類繪圖設備、數字化儀、掃描儀，為生產提供了極大的方便。工作站系統與微機系統的區域網絡的建成，大大推動了各項工作的順利進行，已成為生產、科研中不可缺少的工具。目前已廣泛投入了生產應用。
關鍵詞地理信息系統數據視圖圖層資料庫管理系統
隨著塔北油氣勘查工作的不斷發展，地理信息日益復雜，處理各種與環境、地理密切相關的信息，已成為必不可少的繁雜而又重要的工作。因此，迫切需要把地圖、圖像、屬性數據互相結合起來，對信息資源進行快速處理。通過GIS技術，融地理、信息管理、計算機科學和應用於一體，建立塔北綜合地學信息系統，並與地震解釋的應用軟體鏈接，形成具有地質專業特色的地理信息管理系統，這一系統已成為塔北油氣勘探管理及決策的重要手段。
1技術原理
塔北地區積累了十分豐富的地質、地球物理、地球化學資料。我們針對各個具體的用戶視圖進行了綜合、匯總，根據關系資料庫模型有關理論，設計了數據視圖，即概念模型（圖1）。
為了充分發揮現有設備的作用，在上述概念模型基礎上，將SPARC STATION 2設為GIS主控平台，完成資料庫的建庫及程序的研製工作，將微機作為應用平台，完成數據的准備及圖件的錄入工作，整個系統通過區域網絡實現。
考慮到資料庫系統的完整性、一致性、可恢復性、安全性及有效性，將概念模型轉化為具體資料庫管理系統（DBMS）要求的數據模型，對此我們進行了邏輯設計。這一步實質是進行模型轉化，即將原始的概念模型轉化為具體的DBMS所能接受的數據模型，並用數據定義語言DDL定義它，從而得到模式。INFO子系統是GIS系統的一個DBMS，它可以描述關系模型系統。另外，針對不同的地質要求，對區域重力背景、布格重力異常、航磁、大地構造區劃、地理背景及不同時代沉積相、沉積環境等分別建立圖庫，這些圖庫均在INFO管理下，可以通過功能指令在AML語言控制下，方便地執行復雜的空間分析，地圖編制以及其它數據管理功能。
在INFO的圖層設計（表1）中，我們將圖上的各種地理特徵抽象為點、線、面，它們的特徵以顏色、符號及注釋來區分，並由圖例、圖符、描述性文本來解釋。為了有效地管理數據和空間數據中的標識碼，屬性數據由DBMS進行存貯和管理，空間數據通過GIS軟體進行存貯和管理。
在上述圖層基礎上，我們可以進行地理分析，基本的方法和過程如下：
圖1系統設計原理Fig.1Principle of System Designing
確定地理分析的目標和標准。目標就是用戶用地理數據去回答或解決的問題，標准就是解決的方式和達到的程度。
准備空間操作的數據。目前，信息庫中已有大量的圖層及數據，但根據需要仍需作必要的數據准備，如度量單位、比例尺、坐標系統的變化等。
執行空間操作命令：空間操作命令可根據使用目標去選擇相應的菜單，並給定相應的參數。
執行表分析。表分析是最常用的方法，因為在表數據中，既定量又定位，遠遠超過傳統的地理數據的意義和作用，根據一定的數據模型和評價原理，可以得出新的結果和結論。
表1常用圖層Table1Common Map layers
評價結果。由上述表分析結果，按照開始確定的目標和標准進行評價，檢查是否符合，若不符合，則從第3步重做。
完善分析結果。如果上面的評價結果基本符合要求，僅是個別地方需要加工，則進行局部修改，直到滿意為止。
繪制最終成果圖件。根據評價生成的圖層，設計圖件中使用的點、線、面狀符號庫，並通過指令控制直接繪製成果圖件或形成數據文件輸出。
2應用效果
GIS應用系統提供了綜合分析及綜合信息提取的各類計算方法，如復合疊加、區域合並、區域剪裁、區域生成、區域條件提取等，實現了測線底圖的圖形文件輸出功能，其中包括LANDMARK地震解釋軟體和AUTOCAD應用軟體介面，為地質制圖提供了數據基礎。該系統的實現大大提高了工作效率及成圖的精度，系統地提供大量的數據和圖層信息，為領導的正確決策提供了依據，也為進一步研究提供良好的基礎。系統在拉依蘇、雅東、永豐庄、大尤都斯、亞松迪、雅西、雅肯及桑南工區投入了廣泛使用，應用范圍主要有數據處理，輔助分析，工作部署及圖件生成。
LANDMARK地震解釋工作站可以完成合成記錄的製作，它需要測井、鑽井、地質數據等多種信息，查找起來比較繁瑣。GIS為此提供了軟體介面，可以直接輸出各類信息，並提供了指定井段數據提取、數據插值、數據排序等多種數據預處理程序，為合成地震記錄的製作以及岩性解釋、儲層描述、油藏模擬提供測井、鑽井、測試地質等數據。系統提供了合成地震記錄的開發應用介面，通過這些數據集可以很方便地製作分層地震記錄。
GIS應用系統使得一個數字化的空間資料庫中不同數據集之間（以及從這些數據中提取的特徵之間）的空間的及統計的相關關系的查明更為簡便。在實際應用中，通過資料庫可對鑽井地質分層進行縱向對比、橫向對比以及指定深度范圍內分層數據的提取。表2和表3列出了縱向對比和橫向對比的部分數據。在這些數據的基礎上，可以應用統計軟體對數據進行圖形分析。
表2N1j岩性按大類分類統計橫向對比Table2Transverse Comparison According to Statistics of N1j Lithology Clasiification
表3沙22井岩性按大類分類統計縱向對比Table3Vertical Comparison According to Statistics of S22 Lithology C assification
3結束語
塔北地理信息系統的建成，為應用人員提供了全面的數據基礎，扭轉了各類地質資料缺乏科學管理的局面，在生產、科研中取得了明顯的經濟效益。GIS系統提供的空間分析功能為地質、物化探等各類專業人員充分發揮經驗和專家意識作用，以及領導決策提供了工具，為油氣評價系統的建立奠定了堅實的基礎。
參考文獻
[1]馮玉才．資料庫系統基礎．武漢：華中理工大學出版社，1989.315～370
GIS application in petroleum and gas exploration in northern Tarim basin and its evaluation
An JingwenChen XingangLi Xinhua
(Academy of Planning and Designing, Northwest Bureau of Petroleum Geology，Ürümqi 830011)
Abstract:In this article,the technology of building up an integrated Northern Tarim geo-sctence in formation system with the common geographic information system is explained in detail.In this system,two main libraries,the geographic information property library and the image library,are linked with each other,and thus make the images and database uniform.This system can support most kinds of recent plotters, digitizing equipments and scanners. Since the LAN of Northwest Bureau of Petroleum(NWBP)has built up,which enlarges the use of this system,the system has made great convenience to all the users of the NWBP LAN.
Key words:Geographic Information SystemViews of DataLayers of MapDatabase Management System
❽ 如何利用地理信息系統對步行大中型公共服務設施進行評價
錯的來，配電網地理信息系統源屬性信息包含對用戶配電數據採集、數據集結、配電信息交互處理、故障診斷、故障處理、以及實時監控(包括遙控、運行統計、報警、報表列印)等。 配電網地理信息系統的資料庫包括兩個部分: 屬性資料庫和空間資料庫。屬性資料庫用於存儲各種電力設備的屬性信息, 如編號、名稱、類型、數量 等, 空間資料庫則用於存儲各種電力設備的空間信息, 如經度、緯度、海拔高度等。只有將屬性信息和空間信息有機結 合, 才能 達 到生動直觀的效果, 才能清晰的反映電網復雜的拓撲結構, 而這正是配電網地理信息系統的優 勢所在。因此, 在對資料庫進行設計時, 除了考慮效率高、冗餘低、一致性等要求外, 合理設計屬性資料庫和空間資料庫的關聯是一個關鍵問題。
❾ 計算機網路在地理信息系統中的應用
地理信息系統是地理科學、信息科學及計算機科學等的交叉學科，是一門新興的學科，在社會、經濟建設中有著非常廣泛的應用。北京大學於1990年開始在地理類本科生課程中開設地理信息系統概論，並定為必修科目，1998年正式設立地理信息系統本科專業，是我國最早開設這一專業的院校之一，為社會培養了大批的高層次人才。
在地理信息系統本科專業的課程設置中，地理信息系統概論是一門骨幹必修基礎課，也是學生第一門地理信息系統專業課程。目前，地理信息系統概論已經是北京大學地球與空間科學學院的及環境科學學院的本科必修課程，同時也是眾多相關院系的選修課程。這門課程的基礎定位是：使學生掌握正確的專業基本概念和基礎認識，掌握地理信息系統的基本框架結構，了解地理信息系統的應用及發展狀況，從而為其後續專業及相關的學習和研究指引正確方向、打好堅實基礎。
課程的指導思想 Top
地理信息系統是一門綜合性的應用學科，它對於學生的地理科學及信息科學、計算機科學基礎要求比較高。同時，地理信息系統目前發展非常迅速，應用越來越廣泛，因而盡管本課程是一門基礎課程，其內容的更新速度確實非常迅速的。結合這些特點，基於課程目的和課程定位，本課程建設的基本指導思想是：
1、堅持理論與實踐相結合。本課程作為本科生的入門課程，對相關的基礎概念、基礎知識及基本原理需要進行充分、翔實的講解，使學生牢固的予以掌握。同時，為了改變學生在基礎課程中容易「死記硬背」的問題，突出地理信息系統的應用特點，在課堂教學中引用大量應用實例；本課程還設置了專門的實習課，並安排了專門的實習課教師，布置了具體的實習作業，以使學生能夠掌握常見的應用系統的使用和操作，並提高學生的實際動手解決問題的能力。
2、堅持基礎理論體系與最新進展相結合。本課程講授地理信息系統的完整的理論體系與框架，以便為學生的後續學習研究打好基礎。同時，考慮到學科的快速發展，在基礎理論的基礎上，增加了地理信息科學與數字地球、地理信息系統與社會、地理信息系統標准、地理信息系統工程的章節，以使學生對學科的最前沿發展有所了解、有所掌握。
3、堅持個性化教育的原則。地理信息系統是一個交叉學科，需要的專業背景知識較多，包括地理科學、信息科學及計算機科學等，同時其應用方向又非常廣泛。針對這個特點，我們在教材編制中涵括了常見的基礎知識，如部分計算機及網路常識、地圖學的基本原理等，並在課程中對基礎知識有欠缺的同學進行有針對性的輔導。同時，在安排專題講座及課程實習時，也不是千篇一律，而是針對學生的專業方向進行了相應的安排。
4、積極運用新型的教學手段。針對課程中的重點與難點，本課程積極採用文字、圖片、視頻、動畫等新型教學手段，以提高課程的趣味性，提高學生的參與程度，幫助學生進行理解和記憶。由於地理信息系統本身就是軟體系統，因而課堂教學講授中還採用了現場操作、現場演示的教學方法，並大力鼓勵學生走上講台進行操作，大大提高了學生的參與程度。
主要教學內容 Top
本課程教學的主要內容包括四個主要模塊：
模塊一：基本概念和理論
要點1：概述
地理信息系統的基本概念：信息、數據、地理數據、地理信息；地理信息系統及其重要類型；地理信息功能概述；地理信息系統的研究內容；地理信息系統發展簡史
要點2：從現實世界到比特世界
對現實世界的地理認知：認知與認知模型；現實世界的抽象：現實世界－概念世界－地理空間世界－緯度世界－項目世界；比特世界
要點3：空間數據模型
空間數據模型基本概念；場模型；要素模型；基於要素的空間關系分析；網路結構模型；時空模型；三維模型
要點4：空間參照系與地圖投影（本部分系針對非地理專業學生設置，不是正式授課內容）
地球橢球體；坐標系；地圖投影基本問題；高斯-克呂格投影；地形圖的分幅與編號
要點5：GIS中數據
數據涵義與類型；數據的測量尺度：命名量－次序量－間隔量－比率量；地理信息系統數據質量：數據質量來源與控制；空間數據元數據：元數據的基本概念－元數據的應用－元數據的獲取－元數據的存儲與功能實現。
模塊二：地理信息系統的框架與功能
要點1：空間數據獲取與處理
地圖數字化：概述－地圖數據類型－數字化儀數字化－掃描矢量化及常用演算法；空間數據錄入後處理：坐標變化－圖形拼結－拓撲生成。
要點2：空間數據管理
空間資料庫：空間資料庫－GIS內部數據結構；柵格數據及其編碼：柵格數據結構－決定柵格單元代碼的方式－編碼方法；矢量數據結構及其編碼：矢量數據結構－編碼方法；矢量與柵格結構的比較與轉換演算法；空間索引機制；空間信息查詢：基於屬性特徵的查詢－基於空間關系和屬性特徵的查詢（SQL）－空間擴展SQL查詢語言（GSQL）。
要點3：空間分析
空間查詢與量算；空間變換；再分類；緩沖區分析；疊加分析；網路分析；空間插值；空間統計分類分析
要點4：數字地形模型(DTM)與地形分析
DEM與DTM；DEM的主要表示方法：規則網格模型－等高線模型－TIN模型－層次模型；DEM模型的相互轉換：不規則點生成TIN-網格DEM轉成TIN；等高線轉為格網DEM－利用格網DEM提取等高線－TIN轉為格網DEM；DEM建立：DEM數據採集方法－數字攝影測量－DEM數據質量控制；DEM的分析與應用：格網DEM應用－TIN分析應用。
要點5：空間建模與空間決策支持
空間分析過程及其模型；空間決策支持模型：空間分析決策的復雜性，基本理論與方法－空間決策系統－空間決策的模型管理；專家系統：專家系統的基本組成、知識處理與系統實例；數據倉庫與空間數據挖掘：數據倉庫－數據挖掘－空間數據挖掘；GIS空間分析與空間動態建模：GIS與空間動態模型的結合方式－元胞自動機簡介－元胞自動機模擬林火蔓延模型－元胞自動機的局限性；空間相互作用與位置（分配模型）：空間優化模型的定義與分類－靜態離散空間優化模型的數學表達（線性規劃）。
要點6：空間數據表現與地圖制度
地理信息系統數據表現與地圖學：數學法則－符號－制圖綜合；地圖的符號；專題信息表現：分類與內容－表現方法－表現手段；專題地圖設計：圖幅基本輪廓設計－區域范圍的確定－專題地圖數學基礎的設計－圖面設計；制圖綜合：概念－影響因素－基本方法；地理信息的可視化：基本概念－地學可視化類型－虛擬地理環境。
模塊三：地理信息系統應用
要點1：3S集成技術
遙感簡介；GPS簡介；GIS/RS的集成及具體技術；GIS/GPS的集成及具體技術；GIS/RS/GPS的集成。
要點2：網路地理信息系統
網路的基本概念；分布式地理信息系統：分布式系統和C/S模型－網路地理信息系統的組合方式－網路地理信息系統的概念設計；WebGIS：簡介與實現技術。
要點3：地理信息系統應用實例
城市規劃、建設管理；農業氣候區劃；大氣污染監測管理；道路交通管理；地震災害和損失估算；地貌研究；醫療衛生；軍事應用。
要點4：地理信息系統應用項目組織與管理
地理信息系統應用項目簡介：模式與分類－開發方式；應用項目策略規劃；應用項目合同；應用項目軟硬體規劃；子項目劃分與管理；項目預算；人員管理；開發與數據管理；項目控制與評估；軟體研製與開發質量管理：ISO9000－CMM模型。
要點5：地理信息系統軟體工程技術
軟體工程簡介；GIS領域的體系結構與構件；GIS需求分析；數據管理設計；界面設計；GIS設計模式；使用CASE工具。
模塊四：地理信息系統的前沿問題與發展趨勢
要點1：地理信息系統標准
地理信息系統標准簡介；ISO/TC211；OpenGIS。
要點2：地理信息系統與社會
GIS的社會化；GIS的社會化的相關問題：產業－政策－法律－教育與評估認證；社會對GIS發展的影響。
要點3：地球信息科學和數字地球
地球信息科學的概念與研究內容；數字地球的產生背景與概念；數字地球核心技術綜述；國家信息基礎設施和國家空間數據基礎設施。
課程特色 Top
地理信息系統概論課程的的主要特色是：
1、堅持理論與實踐相結合。本課程作為本科生的入門課程，對相關的基礎概念、基礎知識及基本原理需要進行充分、翔實的講解，使學生牢固的予以掌握。同時，為了改變學生在基礎課程中容易「死記硬背」的問題，突出地理信息系統的應用特點，在課堂教學中引用大量應用實例；本課程還設置了專門的實習課，並安排了專門的實習課教師，布置了具體的實習作業，以使學生能夠掌握常見的應用系統的使用和操作，並提高學生的實際動手解決問題的能力。
2、堅持基礎理論體系與最新進展相結合。本課程講授地理信息系統的完整的理論體系與框架，以便為學生的後續學習研究打好基礎。同時，考慮到學科的快速發展，在基礎理論的基礎上，增加了地理信息科學與數字地球、地理信息系統與社會、地理信息系統標准、地理信息系統工程的章節，以使學生對學科的最前沿發展有所了解、有所掌握。
3、堅持個性化教育的原則。地理信息系統是一個交叉學科，需要的專業背景知識較多，包括地理科學、信息科學及計算機科學等，同時其應用方向又非常廣泛。針對這個特點，我們在教材編制中涵括了常見的基礎知識，如部分計算機及網路常識、地圖學的基本原理等，並在課程中對基礎知識有欠缺的同學進行有針對性的輔導。同時，在安排專題講座及課程實習時，也不是千篇一律，而是針對學生的專業方向進行了相應的安排。
4、注重提高學生的實踐動手能力。考慮到地理信息系統學科的應用特色，本課程非常注重提高學生實際的動手能力。在授課現場增加了提問，實際操作等內容，並通過課程作業、實習、綜合作業的方式要求學生實際動手解決問題。這最終又加強了學生對基礎知識的掌握。
5、積極運用新型的教學手段。針對課程中的重點與難點，本課程積極採用文字、圖片、視頻、動畫等新型教學手段，以提高課程的趣味性，提高學生的參與程度，幫助學生進行理解和記憶。由於地理信息系統本身就是軟體系統，因而課堂教學講授中還採用了現場操作、現場演示的教學方法，並大力鼓勵學生走上講台進行操作，大大提高了學生的參與程度。
教學方式 Top
在地理信息系統概論的教學中，教學組非常注重學生的主動思考，主動學習，並大力強調學生的動手實踐。
1、本課程的基本教學方式是課堂講授。
在課堂講授過程中，授課老師採用了多媒體等新型的教學手段提高教學內容的趣味性，幫助學生形象地理解教學內容，並採用提問、討論等方式調動學生的積極性，吸引學生主動參與，啟發學生認真思考。在講授部分內容時，還由學生在老師指導下負責現場操作，並進行同步交流，提高了學生地參與程度。
2、有針對性的課下作業。
本課程的課下作業分為三個類型：1）基本概念、基本理論方面的課下作業，適用於所有學生。2）針對學生的專業背景設置的作業。由於學習本課程的學生來自多個專業，基於他們未來的學習方向，設置了部分有針對性的作業內容，啟發他們在專業方向上的深入思考。3)綜合作業。每人必須完成的一個大作業，學生依據自己的興趣選取方向，閱讀文獻，最終提交讀書報告和相應的上機實習成果。
本課程的這些作業在加強學生對基礎知識掌握的同時，進一步啟發學生進行深入思考，並需要在思考的同時進行相應的動手實踐。使學生的知識和能力水平得到同步的提高。
3、實習教學是教學的重要一環。
本課程開設有每周一次的上機實習。實習內容包括：1）適用於所有學生的操作實習，主要是針對基本問題的操作實踐。用以鞏固教學內容。2）適用於所有學生的實習作業。由實習指導教師布置，在指定的時間和環境中完成，以提高學生的綜合性的動手能力，加深對教學內容的理解。3）期末大作業。結合課程教學的綜合作業，在綜合閱讀的基礎上進行上機實習，要求有一定的思考深度和綜合應用程度。
同時，在每個教學周期中，教學組會組織一至兩次現場參觀。參觀的單位是本行業的核心應用單位，如國家基礎地理中心等。在參觀中還組織學生與參觀單位人員進行交流。
通過實習教學，可以幫助學生提高直觀認識，鞏固所學的知識，並提高孳生的實際動手能力。
4、鼓勵學生參與科研。本授課組承擔了大量的科研項目，在教學過程中，鼓勵學生組成學習小組以模擬的方式參與科研項目，即在其能力范圍內，在教師的指導下與真正的項目組承擔同樣的任務，從而大大提高了學生學習的主動性。在完成後，將學生的研究成果與真正的項目成果進行對比分析，形成互相啟發，教學互長的局面。實踐證明，部分學生取得的成果相當出色，獲得了公開發表和獎勵。
5、提供網路交流平台輔助教學。教學組開設了網路平台，供學生之間或學生和老師之間進行在線或離線交流，以提高教學的互動性。