3.1 地理信息系统及其应用 学案 (6)

3.1地理信息系统及其应用
学案
●学习目标
　　1.结合教材，了解GIS的系统组成、系统分工和基本工作原理。?
2.结合实例，学会分析地理信息系统可以解决的四类基本问题。（重点）?
3.会使用常见的GIS产品，能分析说明地理信息系统在城市管理中的应用。（重点＋难点）
自主研习
　　一、地理信息系统?
1.概念：依靠计算机实现地理信息的收集、　　　　　、存储、　　　　　的系统，简称GIS。?　
　　2.功能　　　制作　　　　　
进行　　　　　
　　　模拟区域内的空间规律和　　　　　
3.工作流程：信息输入→　　　　　　→数据库管理→　　　→可视化表达。?
4.构成：硬件、　　　　　、数据、　　　　　　　。
问题磁场?
(1)有人说：地理信息系统是地图的延伸。你怎样理解？?
二、地理信息系统可以解决的四类基本问题?
5.与分布、位置有关的基本问题?
（1）查询　　　　　　和　　　　　。?
（2）查询符合一定条件的地物的分布、位置。?
6.趋势分析?
某地物随时间变化的过程　该地物的
7.模式问题?
（1）模式：一个地方的地物分布及其　　　　　　；?
（2）功能：揭示各种地物之间的　　　　　　　。?
8.模拟问题?
利用已掌握的规律 建立起一定的模型具备某种条件时将出现的　　　　　
三、地理信息系统在城市管理中的应用?
9.城市信息管理与服务：向城市居民提供　　　　所需的各种信息。?
10.城市规划：　　　　　　　、有效管理。?
显种类型的
示道路的路况、
、沿线环境等
11.城市道路交通管理
空间和属性信息
提供多及时发布交通信息
　　　　
12.城市救灾防灾
灾害发生、发展过程
对灾害进行
、评价和

辅助开展灾后的
工作
13.城市环境管理：主要包括环境规划与决策、
、评价、
等。
问题磁场?
（2）如果你想利用假期去上海复旦大学参观学习，但你对上海市又不熟悉，你将如何利用GIS进行路径查询？
自主核对：
　　1.处理　分析和应用?
2.电子地图　空间分析　发展趋势?
3.数据处理　空间分析?
4.软件　人员
问题磁场?
（1）地理信息系统是地图的延伸，凡是用到地图或是需要处理地理空间数据的领域，都可以借助GIS技术。但二者有很大不同，最根本的区别是GIS借助计算机系统的支持，能得以快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行定位和动态分析。?
5.（1）“地点”　“状况”?
6.发展趋势?
7.（1）组合规律　（2）空间关系?
8.结果　
9.日常工作与生活?
10.分析现状?
11.交通流量　查询
12.跟踪　快速分析　模拟　应急和恢复?
13.监测　预测与模拟
问题磁场?
（2）利用网络GIS调出复旦大学所在位置附近地区的地图，查出车站到复旦大学最合理的公交路线。
疑难探究?
探究一　地理信息系统
1.地理信息系统的功能?
（1）数据输入、存储。?
数据的输入是将系统外部的原始数据传达输给系统内部格式的过程。其中信息源有地图、遥感图像及野外考察、室内实验等获得的数据。?
GIS的数据存储采用“分层”技术，即将地图中的不同要素，存储在不同的“层”中。（见下图）将不同的“层”要素进行重叠，就形成不同主题的地图。一个GIS系统中，可能包含多个图层，如有存储河流水系信息的图层，有存储土地利用信息的图层，有存储居民区信息的图层等。在GIS系统的具体操作中，往往涉及部分图层或个别图层，而不是所有的图层。
（2）决策应用。?
储存了庞大的空间数据，能随时制作电子地图，还有详细的属性资料可供查询。?
对GIS数据的操作与分析，是GIS应用的基础。通过对GIS数据的操作可以使各类数据之间的关系以直观的形式表现出来，这种形式可以是图形、地图或表格。用户和决策者对操作结果进行判断分析后，就可应用。?
（3）数据空间分析。?
进行多种空间分析，以模拟区域内的空间规律和发展趋势，这是ＧＩＳ区别于其他信息系统的一个重要标志?。?
按一定规则对所研究的局部进行空间分析，也可以对局部及其相邻的部分，以至整个区域进行综合分析。数据库中各图层上有关的数据，都可供分析所用。?
地理信息系统的构成及工作流程?
从上图可以看出：地理信息系统有四部分构成：?
（１）硬件?
（２）软件：提供存储、分析、显示地理数据的功能。?
（３）数据：GIS所包含的数据均与地理空间位置相联系，以坐标的形式进行定位。?
（４）人员：包括从事GIS系统开发的专业人员，也包括采用GIS完成工作的用户。 概念点拨
1.可视化表达
可视化表达指将系统处理、分析的结果，形成可供研究、规划和决策人员使用的产品，主要形式有地图、图像、统计图表、数字、多媒体等。?
2.属性资料?
属性资料是指地理事物和现象的定性和定量指标，例如居民点的人口数、河流的长度、湖泊的面积等。
探究二　地理信息系统可以解决的四类基本问题
地理信息系统的功能遍及数据采集、数据分析、决策应用的全部过程，一般可以解决以下四类问题：?
1.与分布、位置有关的基本问题?
（1）解决与“地点”有关的查询，也就是定位某一点的地理经纬度。?
（2）解决与“状况”有关的查询。“状况”问题，传统地图只能记录表达地图绘制当时的“状况”（如草地分布，街区分布），GIS则可根据实际情况随时添删。?
“与分布、位置有关的基本问题”显示了GIS对信息空间表达的功能，也就是回答“对象在何处？哪些地方符合特定的条件？”的问题。GIS类似于地图，但比地图更方便查询使用，尤其是附加更多条件时，如教材提到的在指定城区寻找面积大于1000平方米，不被植被覆盖、地下水、地质、交通条件适合构建大型建筑物的区域，运用地理信息系统就非常容易解决，只要输入要求达到的条件，就可以马上得到结论。?
2.趋势分析?
比传统地图高明的是，地理信息系统能通过了解某地物随时间变化的过程，分析该地物的发展趋势与分布情况。?
趋势分析问题，简单讲就是回答“从何时起发生了哪些变化”的问题，是在综合现有数据的基础上，识别地理现象的发展变化，如应用地理信息系统寻找北京内两点之间最近的乘车路线，只要输入起点和终点站，系统会告诉我们多条路线，从中很容易选出最短的路线，这样既节省了路费，也可以节省很多时间。如果在普通地图中，是较难做到的。?
3.模式问题?
通过模式分析，可以揭示各种地物之间的空间关系。?
该类问题是分析与已经发生或正在发生事件有关的因素。地理信息系统将现有数据组合在一起，能更好地说明正在发生什么，找出发生事件与哪些数据有关。如人口分布与地形、气候和水源等有密切关系，农作物分布与土壤性质和积温等有密切关系，通过模式分析，可以大致确定符合某种自然特征（如积温、土壤酸碱度）地区的人口分布或农作物分布的范围和密度。?
4.模拟问题?
模拟问题就是回答“如果……将如何”的问题，根据现在资料和事件相关因素，发展规律的认识，建立起一定的模型，利用模型模拟不同条件下可能出现的结果。如气温每升高1℃，高山的雪线会上升到哪里；每排放1吨的温室气体，全球气温升高多少度；长江流域24小时降水达到200mm，可淹没哪些范围，需疏散多少人。当我们根据掌握的规律建立起一定模型，GIS都可模拟出其结果。
感悟归纳
表解GIS可以解决的四类基本问题?
ＧＩＳ可解决四类基本问题，这些“问题”是对ＧＩＳ的功能加以具体化，为便于掌握，可列表如下：
地理信息系统可以解决的四类基本问题
与分布、位置有关的问题
对象在何处 哪些地方符合特定的条件
趋势分析
从何时起发生了哪些变化
模式问题
对象的分布存在何种空间模式
模拟问题
如果……将如何
探究三　地理信息系统在城市管理中的应用
地理信息系统在城市管理中的应用主要表现在5个方面，具体如下表所示：?
应用
主要功能
举例说明
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
提供旅游景点分布与详情、商业网点的布局及各自特色、城市道路与建筑物的空间分布等
城市规划
是城市规划管理的重要工具，主要是利用GIS技术进行城市规划设计、工程选址等，也可以进行城市管理和辅助决策
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；城市地下管网的分布管理
城市道路交通管理
利用地理信息系统，将有关道路的路况、交通流量、沿线环境等空间属性信息显示出来
查询空间、时间信息，查询路面质量、沿路环境、居民分布情况等
城市救灾防灾
实时跟踪灾害的发生、发展过程，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
建立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
城市环境管理
包括环境规划与决策（包括重点污染源管理）、评价、预测与模拟等
对城市多源环境信息包括大气、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。对三峡地区的研究，提供了建库前后环境变化的数量、速度和演变趋势等可靠的数据
感悟归纳
图示法记忆地理信息系统在城市管理中的应用
知识拓展：GIS在道路交通中的应用?
GIS能够查询道路的通行状况，迅速定位事故点，提供交通疏散的方案。在道路设计中，GIS能够将多种数据叠加，为道路规划提供直接的分析依据，如最佳路径分析、最小造价分析等。在道路建设中，GIS能够帮助掌握工程进度，控制工程质量。另外，GIS可以帮助道路管理部门统计不同等级或不同类别的道路长度，输出报表，制作专题图，查询路况信息，为道路养护服务。
误区警示
　　一、地理信息系统是依靠计算机实现地理信息的收集、处理、存储、分析和应用的系统，其四个组成部分中最重要的是计算机而非人员?
这种认识是错误的。人员是GIS的能动部分，GIS四个组成部分中最重要的是人员，而非计算机。人员的技术水平和组织管理能力是决定系统建设成败的重要因素。系统人员按不同分工有项目经理、项目开发人员、项目数据人员、系统文档撰写和系统测试人员等。
对点训练?
地理信息系统的四个组成部分中，最活跃的是
(　　)?
A.硬件　　　　　B.软件?　　C.数据和应用模型　　　　　D.人员?
答案　D?
解析　地理信息系统由硬件、软件、数据、人员四部分组成，四个组成部分中最重要的是人员。
　二、涉及人类生产、生活的各种课题一定都可以用GIS进行研究?
这种认识是错误的。地理信息系统与一般信息系统的主要区别是：地理信息系统是按地理空间分布特征来模拟地理实体的空间规律和发展趋势。因此，不反映地理空间分布特征的课题，一般不用GIS进行研究，如对人口出生率、死亡率的统计。
对点训练?
GIS是依靠计算机实现地理信息的收集、处理、存储、分析和应用的系统，某中学地理小组将它用于课题研究。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，需调用的专题图层是（　　）?
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　　　　　　B.③④⑤⑥?　　　C.⑥⑦⑧⑨　　　　D.⑤⑥⑦⑧?
答案　（1）C　(2)A?
解析　第（1）题，根据GIS的特点可知，在本题所列的各项自然、社会、经济资料分析图中，只有贫困人口分布图适宜用GIS数据库软件制作。第（2）题，要想分析人口分布与自然条件的关系，首先必须要有人口图层，此外，还需有反映各自然条件要素的地形图层、土壤图层、气候图层。
案例研究
GIS在抗击非典型肺炎中的应用?
GIS技术的应用领域十分广泛，可以说，GIS是地图的延伸，凡是用到地图或需要处理地理空间数据的领域，都可以借助GIS技术。通过案例学习，总结发布疫情的GIS具有哪些功能？GIS是怎样帮助人们“抗击非典”的？?
1.对SARS病人和疑似病人进行空间标定，形成病人和疑似病人空间分布图，可一目了然地看到不同地区的疫情状况。?
2.将确诊病人所提供的密切接触者的地理分布信息，绘制和公布不同地区的感染危险程度等级，采取不同的防护措施。?
3.提供确诊病人、疑似病人、痊愈出院和死亡病例等不同统计标准在不同时间的空间分布情况，可以直观地看到某地区在某阶段内疫情发展情况，及时发现新的疫区。?
4.提供各种统计图表，帮助分析和推断易感人群的空间分布、职业分布、年龄分布和性别分布等。?
总之，应用GIS可对各地区、各时段“非典型肺炎”临床诊断病例、疑似病例等指标分类汇总，在地图上进行“地点”、“状况”的位置标定，每日发布各地疫情通报，供有关部门查询分析、制定相应的防治策略。
要点例析
考查要点　地理信息系统
　　例1　地理信息系统（　　）?
A.主要是记录地理事物的计算机系统?
B.具有空间分析的能力，没有动态预测的能力?
C.是地图绘制系统?
D.是专门处理地理空间数据的计算机系统?
解析　地理信息系统借助计算机系统，不仅能输入、管理、输出地理信息，还能够模拟地理方法进行空间分析和动态预测，完成人类难以完成的任务，与简单的绘图系统有本质的区别。?
答案　D

变式训练1
关于GIS的叙述，正确的是
(　　)?
A.输入到GIS中的任何数据，都能通过计算机处理?
B.GIS属于高科技，GIS人员仅包括专业技术人员?
C.建设GIS的首要工作是建立地理数据库?
D.GIS数据存储在地图上?
答案　C?
解析　输入到GIS中的地理数据，都必须转换为数字形式，计算机才能存储、识别和处理。GIS人员包括从事GIS开发的专业人员，也包括使用GIS完成工作的用户。GIS的数据存储采用“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。
考查要点　地理信息系统可以解决的四类基本问题
　　例2　知道一个地区的气候、植被、动物、土壤等地理事物，用地理信息系统分析它们之间的关系，体现了地理信息系统解决的哪类基本问题
(　　)?
A.与分布、位置有关的基本问题?　　　　　　　　　B.趋势分析?
C.模式问题?　　　　　　　　　　　　　　　　　　D.模拟问题?
解析　一个地方的地物分布及其组合都有一定的规律，通过模式分析，可以揭示各种地物之间的空间关系。?
答案　C
变式训练2
如果将GIS用来监测森林火灾，可以
(　　)?
A.用来分析、判断引起火灾的原因?
B.预测森林火灾的发生地点?
C.预测森林火灾后所造成的后果?
D.及时知道火灾地点、范围，分析火势蔓延方向，制定灭火方案?
答案　D?
解析　GIS尽管可通过“虚拟模拟”技术进行预测性分析，但这种预测并不是指预测火灾的原因、地点和后果，而是及时探知火灾发生的地点范围，分析蔓延方向并制定灭火方案。
考查要点　地理信息系统的应用
　　例3　GIS中，城市交通图和工厂分布图叠加，可以（　　）?
A.为商业网点选址?　　　　　　　　　　　　　　B.估算农业总产值?
C.了解城市地域结构变化?　　　　　　　　　　　D.分析工业区位是否合理?
解析　以GIS为载体考查影响工业区布局的区位因素。工业区位主要考虑交通状况，城市交通图和工厂分布图叠加，可以对工厂分布进行评价，从而判断工业区位是否合理。?
答案　D
变式训练3
下图示意为某专题研究建立的地理信息系统（GIS）图层。据此完成（1）~（2）题。
（1）该专题研究可能是（　　）?
A.耕地分类和评价?
B.工业分布与交通的关系?
C.商业分布和规划?
D.学校布局?
（2）若利用该地理信息系统进行深埋垃圾场选址，在下列图层中应增加（　　）?
①大气污染　　②区域规划?　　　　③造纸厂、印刷厂分布　　　　　④水文地质?
A.①②　　　　　B.①③　　　　　　C.②③　　　　　　　　　　　　D.②④?
答案　（1）A　（2）D?
解析　本题考查地理信息系统的应用。第(1)题，从图中各图层的内容都与土地的类型有关，可判断该专题研究可能为耕地的类型和评价。第(2)题，深埋垃圾场的选址应依据该地的区域规划，同时要考虑水文、地质条件，避免垃圾污染范围扩大。
考题精析
例　（2011·浙江）某市寻找合适布局工厂的地点，该厂址要满足两个条件：①地形平坦；②距河流1km范围内。下图中“空间资料”是该市地形与河流的空间分布，每一小方格代表1km2(该区面积共16km2);“属性资料”是地形和河流的类别资料。根据选址条件，对照空间资料和属性资料，符合条件为“1”，不符合条件为“0”，若同一小方格内有两种不同属性类别分布时，为求简化，占有面积比例较大的属性作为评估对象。完成（1）~（2）题。?
（1）下图是四幅“河流”资料的评估值图,其中正确的是
(　　)?
A.①　　　　　　B.②?　　　　　　C.③　　　　　　　D.④?
（2）根据地形、河流两项资料的综合评估，下图中适合布局工厂的地点是
(　　)?
　　A.甲、乙　　　　B.乙、丙?　　　　　C.乙、丁　　　　D.甲、丙
【解析】　第（1）题，本题考查地理信息系统的相关知识。在进行条件评估时可以分步进行，首先将符合地形条件的标出，然后将符合河流条件的标出，两者重叠的部分就是符合条件的部分。如下图所示：?
１１
１１
００
００
１１
１１
００
００
１１
１１
１０
１０
１１
１１
１１
１１
　　（说明：图中小方格内第一个数字为地形评估值，第二个数字为河流评估值。方格内都为1的方格最后评估值为1，其他为0。）第（2）题，根据上题中地形和河流的评估，可以看出：丙地在地形和河流条件上都不适合布局工厂，丁地不符合河流条件，可以直接选择出正确答案为A项。
【答案】　（1）B　（2）A
开阔视野
GIS的应用领域和我国的现状?
地理信息系统在最近的30多年内取得了惊人的发展，广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。?
地理信息系统的研制与应用在我国起步较晚，虽然历史较短，但发展势头迅猛。我国GIS的发展可分为三个阶段。第一阶段从1970年到1980年，为准备阶段，主要经历了提出倡议、组建队伍、培训人才、组织个别实验研究等阶段。机械制图和遥感应用，为GIS的研制和应用做了技术和理论上的准备。第二阶段从1981年到1985年，为起步阶段，完成了技术引进、数据规范和标准的研究、空间数据库的建立、数据处理和分析算法及应用软件的开发等环节，对GIS进行了理论探索和区域性的实验研究。第三个阶段从1986年到现在，为初步发展阶段。我国GIS的研究和应用进入有组织、有计划、有目标的阶段，逐步建立了不同层次、不同规模的组织机构、研究中心和实验室。GIS研究逐步与国民经济建设和社会生活需求相结合，并取得了重要进展和实际应用效益。主要表现在四个方面：?
(1)制定了国家地理信息系统规范，解决信息共享和系统兼容问题，为全国地理信息系统的建立做准备。?
(2)应用型GIS发展迅速。?
(3)在引进的基础上扩充和研制了一批软件。?
　　(4)开始出版有关地理信息系统的理论、技术。