摘  要：從地理信息系統(tǒng)的概念入手，探討了地理系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容，并且對(duì)當(dāng)前地理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)措施在水土保持規(guī)劃系統(tǒng)中的應(yīng)用，針對(duì)水土保持管理的具體要求和目標(biāo)，分析了一個(gè)基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型水土保持規(guī)劃信息系統(tǒng)在GIS應(yīng)用中的基本功能。    
    關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；水土保持；空間數(shù)據(jù)庫

    地理信息系統(tǒng)（GIS）管理空間信息和數(shù)據(jù)庫屬性數(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于國防建設(shè)、城市規(guī)劃、資源管理、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域；以計(jì)算機(jī)為核心的信息處理系統(tǒng)技術(shù)是信息諸多類型中與空間相關(guān)的信息的一種類型，人類生存的地理這個(gè)三維空間中的萬物無不與空間位置相關(guān)，如何利用計(jì)算機(jī)處理空間相關(guān)信息是地理信息系統(tǒng)（Geoqrphic Information  System, 簡稱GIS）產(chǎn)生與發(fā)展的原動(dòng)力，目前國產(chǎn)GIS軟件種類很多（如：SWCGIS、WEBGIS、MAPGIS、VTEWGIS、CITYSTAR、）在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用與推廣，極大激勵(lì)了GIS技術(shù)的發(fā)展，被列入各國高科技重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，已成為各領(lǐng)域數(shù)字信息化建設(shè)首選的高科技軟件。 
1  GIS信息技術(shù)的概念及其研究內(nèi)容
    1.1  GIS信息技術(shù)的概念
    GIS是一門多學(xué)科綜合的邊緣學(xué)科，其核心是計(jì)算機(jī)科學(xué)，基本技術(shù)是數(shù)據(jù)庫，地圖可視化及空間分析，而GIS是計(jì)算機(jī)科學(xué)，地理系統(tǒng)測量學(xué)、地圖學(xué)、空間學(xué)、信息科學(xué)等多門學(xué)科綜合的技術(shù)，要給出GIS的準(zhǔn)確定義比較困難。一般認(rèn)為：廣義的概念是GIS是處理地理數(shù)據(jù)的輸入、輸出、管理、查詢、分析和輔助決策的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。狹義的概念是：1基于數(shù)據(jù)庫的定義：GIS的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有空間次序，并且提供一個(gè)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的操作集合，用來回答對(duì)數(shù)據(jù)庫中空間實(shí)體的查詢；2基于功能的定義：GIS是采集、存儲(chǔ)、檢查、操作、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)；3基于應(yīng)用的定義：由于GIS應(yīng)用領(lǐng)域的不同， GIS可分為土地信息系統(tǒng)、水土保持規(guī)劃信息系統(tǒng)、空間決策支持系統(tǒng)等。
    1.2  GIS信息技術(shù)研究的內(nèi)容
    1.2.1  輸入系統(tǒng)：地理數(shù)據(jù)如何有效地輸入到GIS中是一項(xiàng)瑣碎、費(fèi)時(shí)、代價(jià)昂貴的工作，大多數(shù)的地理數(shù)據(jù)是從低質(zhì)地圖輸入GIS。常用的方法是數(shù)字化和掃描，數(shù)字化的主要問題是低效率和高代價(jià)；掃描輸入則面臨另一個(gè)問題，掃描得到的柵格數(shù)據(jù)如何變換成GIS數(shù)據(jù)庫通常要求的點(diǎn)、線、面、拓?fù)潢P(guān)系屬性等形式，一般采用交互式的地圖識(shí)別是矢量化方法的一種較為現(xiàn)實(shí)的理想輸入方法，而全自動(dòng)的智能地圖識(shí)別方法采用較少。
    1.2.2  存儲(chǔ)系統(tǒng)：GIS中的數(shù)據(jù)分為柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)兩類，如何在計(jì)算機(jī)中有效存儲(chǔ)和管理這兩類數(shù)據(jù)是GIS的基本問題。目前計(jì)算機(jī)的硬盤容量已達(dá)到GB級(jí)，可有效存儲(chǔ)和高效處理地圖這類對(duì)象是比較方便靈活的。但GIS的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卻有其獨(dú)特之處，大多數(shù)的GIS系統(tǒng)中采用了分層技術(shù)，即根據(jù)地圖的某些特征，把它分成若干層，整張地圖是所有層疊加的結(jié)果，可同時(shí)高效地處理上萬幅的海量地圖庫。在與用戶的交換過程中只處理涉及到的層，而不是整幅地圖，因而能夠?qū)τ脩舻囊�求做出快速反�?yīng)和處理。
    1.2.3  地理數(shù)據(jù)的操作：GIS對(duì)圖形數(shù)據(jù)(點(diǎn)、線、面)和屬性數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改等基本操作中對(duì)數(shù)據(jù)的操作提供了對(duì)地理數(shù)據(jù)有效管理的手段，GIS并使圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)緊密結(jié)合在一起，形成對(duì)地物的描述。
    1.2.4  空間分析：地理數(shù)據(jù)空間分析是通過GIS提供的空間分析功能，用戶可以從已知的地理數(shù)據(jù)中得出隱含的重要結(jié)論，這對(duì)于許多應(yīng)用領(lǐng)域是至關(guān)重要的，是GIS得以廣泛應(yīng)用的重要原因之一。GIS的空間分析分為矢量數(shù)據(jù)空間分析和柵格數(shù)據(jù)空間分析兩類：矢量數(shù)據(jù)空間分析通常包括：空間數(shù)據(jù)查詢和屬性分析，多邊形的重新分類、邊界消除與合并，點(diǎn)線、點(diǎn)與多邊形、線與多邊形、多邊形與多邊形的疊加，緩沖區(qū)分析，網(wǎng)絡(luò)分析，面運(yùn)算，目標(biāo)集統(tǒng)計(jì)分析；柵格數(shù)據(jù)空間分析功能通常包括：記錄分析、疊加分析、濾波分析、擴(kuò)展領(lǐng)域操作、區(qū)域操作、統(tǒng)計(jì)分析。
    1.2.5  輸出：將用戶查詢的結(jié)果或是數(shù)據(jù)分析的結(jié)果以合適的形式輸出是GIS問題求解方程過程的最后一道工序，輸出形式通常有在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示或通過繪圖儀輸出。對(duì)于輸出精度要求較高、質(zhì)量較好的GIS輸出功能，還包括：數(shù)據(jù)校正、編輯、圖形修飾、誤差消除、坐標(biāo)變換、出版印刷等技術(shù)。
2  地理信息系統(tǒng)自身發(fā)展動(dòng)態(tài)。
    2.1  地理信息平臺(tái)技術(shù)
    面向?qū)ο蠓椒�為人們在�?jì)算機(jī)上直接描述物理世界提供了一條適合于人類思維模式的方法，即面向?qū)ο蟮腉IS，已成為GIS的發(fā)展方向，這是因?yàn)榭臻g信息較之傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫處理的單維或**信息更為復(fù)雜、瑣碎，面向?qū)ο蟮姆椒�為描述�?fù)雜的空間信息提供了一條直觀、結(jié)構(gòu)清晰、組織有序的方法，因而倍受使用者的采納和接受。
    2.2  地理信息系統(tǒng)空間技術(shù)
    空間信息用于地球研究即為地理信息系統(tǒng)，空間信息是指與空間和地理分布有關(guān)的信息，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，世界上的事物有90%左右與空間分布有關(guān)。為了滿足數(shù)字地球的要求，將影像數(shù)據(jù)庫、矢量圖形庫和數(shù)字高程模型（DEM）三庫一體化管理的GIS軟件和網(wǎng)絡(luò)GPS，在我國相關(guān)領(lǐng)域已得到普及。極大的方便GIS應(yīng)用軟件產(chǎn)生的地理信息將被另一個(gè)軟件讀取，可實(shí)現(xiàn)不同層次的互操作。 
    由于遙感和GIS的廣泛應(yīng)用，空間分辨率快速的提升。分辨率指空間分辨率、光譜分辨率和時(shí)間分辨率。空間分辨率指影像上所能看到的地面最小目標(biāo)尺寸，用像元在地面的大小來表示。從遙感形成之初的80m，已提高到6m，乃至2m，**甚至可達(dá)到5cm。到目前獲取1m或優(yōu)于1m的空間分辨率影像將會(huì)十分方便。光譜分辨率指成像的波段范圍，分得愈細(xì)，波段愈多，光譜分辨率就愈高，現(xiàn)在的技術(shù)可以達(dá)到1-5nm（納米）量級(jí)，800多個(gè)波段。時(shí)間分辨率指重訪周期的長短，目前一般對(duì)地觀測衛(wèi)星為3-5d的重訪周期。通過發(fā)射合理分布的衛(wèi)星星座可以1-3d觀測地球一次，應(yīng)用高分辨率衛(wèi)星遙感圖像在可以優(yōu)于1m的空間分辨率，每隔1-3d為人類提供反映地表動(dòng)態(tài)變化的詳實(shí)數(shù)據(jù)。
    2.3  地理信息系統(tǒng)集成模塊
    多數(shù)GIS的空間分析功能對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用問題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)檫@些領(lǐng)域都有自己獨(dú)特的專用模型，目前通用的GIS大多通過二次開發(fā)來解決這一現(xiàn)實(shí)問題。而GIS成功應(yīng)用于專門領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)在于支持建立該領(lǐng)域特有的空間分析模型。GIS通過二次開發(fā)可以支持面向用戶的空間分析模型的定義、生成和檢驗(yàn)的環(huán)境，支持與用戶交互式的基于GIS的分析、建模和決策等功能。
    目前GIS空間分析功能與各種領(lǐng)域?qū)Ｓ媚Ｐ偷慕Y(jié)合主要有兩種途徑.(1)松散耦合式：即除GIS外，借助其他軟件環(huán)境實(shí)現(xiàn)專用模型，并與GIS之間采用數(shù)據(jù)通訊的方式聯(lián)系。(2)嵌入式：即在GIS中借助GIS的通用功能來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用領(lǐng)域的專用分析模型。
3  地理信息系統(tǒng)模塊在水土保持中的應(yīng)用分析
    3.1  水土保持規(guī)劃系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)
    傳統(tǒng)GIS開發(fā)平臺(tái)均采用專門設(shè)計(jì)的開發(fā)語言。例如，Arc/Info采用AML或C++語言，加上龐大的函數(shù)、命令庫，使得開發(fā)技術(shù)人員掌握難度較大，遞延了應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)周期。傳統(tǒng)GIS系統(tǒng)中的空間數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)通常均直接由GIS廠商提供，這也是傳統(tǒng)GIS軟件價(jià)格昂貴的一個(gè)重要原因。一方面大大提高了應(yīng)用開發(fā)與系統(tǒng)建設(shè)的成本，另一方面也限制了用戶根據(jù)應(yīng)用需要和各種數(shù)據(jù)庫工具的優(yōu)劣，選擇利用數(shù)據(jù)庫工具的機(jī)會(huì)。
    3.2  水土保持規(guī)劃系統(tǒng)與GIS組件設(shè)計(jì)理論
    基礎(chǔ)組件是面向空間數(shù)據(jù)管理，提供基本的交互過程。基礎(chǔ)組件屬基礎(chǔ)性平臺(tái)，是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要面向空間數(shù)據(jù)管理，提供基本的交互過程，并能以靈活的方式與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)連接。
    高級(jí)通用組件是面向通用功能。高級(jí)通用組件由基礎(chǔ)組件構(gòu)造而成。它們面向通用功能，簡化用戶開發(fā)過程，如顯示工具組件、編輯工具組件等。
行業(yè)性組件是面向行業(yè)應(yīng)用的管理方式，固化到組件中，加速開發(fā)進(jìn)程。行業(yè)性組件以GPS監(jiān)控為例。對(duì)于GPS應(yīng)用，除了需要地圖顯示、信息查詢等一般的GIS功能外，還需要特定的應(yīng)用功能，如動(dòng)態(tài)目標(biāo)顯示、目標(biāo)鎖定等。這些GPS行業(yè)性應(yīng)用功能組件被封裝起來后，開發(fā)者的工作就可簡化為設(shè)置顯示目標(biāo)的圖例以及調(diào)用、接受數(shù)據(jù)的方法等。
    3.3  水土保持規(guī)劃系統(tǒng)在GIS使用中的優(yōu)越性
    將GIS的功能適當(dāng)抽象，以組件形式提供開發(fā)者使用，會(huì)帶來許多傳統(tǒng)GIS工具無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
    3.3.1  GIS功能強(qiáng)大、系統(tǒng)處理速度快。
    目前市場上開發(fā)使用的GIS組件都是基于128位系統(tǒng)平臺(tái)的，采用InProc直接調(diào)用形式，所以無論是管理大數(shù)據(jù)的能力還是處理速度方面均不比傳統(tǒng)GIS軟件遜色。GIS組件完全能夠提供拼接、裁剪、疊合、緩沖區(qū)等空間處理能力和豐富的空間查詢與分析能力。
    3.3.2  采用直接嵌入法對(duì)MIS開發(fā)。
    組件的開發(fā)建立在嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)之上，因此，凡符合標(biāo)準(zhǔn)的組件都可在目前流行的各種開發(fā)工具上使用。這樣Delphi、PowerBuilder、Notes、Access等都可直接成為GIS或GMIS的最優(yōu)開發(fā)工具，它們各自的優(yōu)點(diǎn)都能夠得到充分發(fā)揮。與傳統(tǒng)GIS專門性開發(fā)環(huán)境相比，是一種質(zhì)的飛躍。
    3.3.3  靈活方便、價(jià)格適宜。
    在組件模型下，各組件都集中地實(shí)現(xiàn)與自己最緊密相關(guān)的系統(tǒng)功能。組件化的GIS平臺(tái)集中提供空間數(shù)據(jù)管理能力，并且能以靈活的方式與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)連接。在保證功能的前提下，系統(tǒng)表現(xiàn)得靈活方便，而其價(jià)格僅是傳統(tǒng)GIS開發(fā)工具的三分之一，甚至更少。這樣，用戶便能以較好的性能價(jià)格比獲得或開發(fā)最優(yōu)GIS應(yīng)用系統(tǒng)。
    3.4   水土保持規(guī)劃系統(tǒng)中的GIS系統(tǒng)基本功能
    水土保持規(guī)劃系統(tǒng)管理中存在海量的多時(shí)態(tài)水土保持規(guī)劃數(shù)據(jù)，能夠快速獲取水土保持規(guī)劃因子中的土地分類數(shù)量、質(zhì)量、空間分布和利用狀況；能夠?qū)δ甓人�土保持�?guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行更新、管理、分析；能夠輸出各種查詢、統(tǒng)計(jì)和分析結(jié)果。因此，建立水土保持規(guī)劃信息系統(tǒng)的目標(biāo)是高效地管理海量的多時(shí)態(tài)水土保持利用數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水土資源的科學(xué)管理，及時(shí)提供科學(xué)、詳實(shí)、直觀的數(shù)據(jù)，為水土保持工程的實(shí)施決策提供科學(xué)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)水土保持生態(tài)資源總量動(dòng)態(tài)平衡，最終達(dá)到區(qū)域水土保持可持續(xù)發(fā)展。
    3.4.1  查詢功能:水土保持規(guī)劃系統(tǒng)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理空間數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)一體化，因此圖形和屬性之間相互查詢比較方便。查詢包括對(duì)圖形和屬性的雙向查詢、圖形定位等查詢功能。
    3.4.2  統(tǒng)計(jì)分析功能:水土保持統(tǒng)計(jì)分析是水土保持規(guī)劃信息系統(tǒng)的重要組成部分。通過水土保持統(tǒng)計(jì)了解土地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)、利用狀況的區(qū)域分布特征。 
    3.4.3  變更編輯功能：水土保持規(guī)劃系統(tǒng)變更是指水土保持利用狀況發(fā)生的變化，即地類、面積發(fā)生的變化。系統(tǒng)將水土保持各因子變更劃分為屬性變更和圖形變更。系統(tǒng)提供各種圖形和屬性變更工具，圖形變更能夠直接輸入精確坐標(biāo)進(jìn)行變更操作，圖形變更時(shí)自動(dòng)生成新實(shí)體編號(hào)（如圖斑編號(hào)），避免重號(hào)的發(fā)生。
    3.4.4  制圖顯示功能:制圖顯示功能包括常規(guī)的地圖操作，如放大、縮小，地圖圖層控制管理等；創(chuàng)建默認(rèn)水土保持規(guī)劃(現(xiàn)狀)利用圖，創(chuàng)建各種專題圖如單一值規(guī)劃圖、等級(jí)符號(hào)圖、統(tǒng)計(jì)專題圖等。利用等高線和高程點(diǎn)生成DEM和數(shù)字正射影像，并與水土保持利用圖疊加顯示，生成形象直觀的水土保持土地利用圖，可以很直觀地看出地類在地形上的分布情況。
    3.4.5   輸出功能:根據(jù)用戶具體要求可以輸出多種形式的數(shù)據(jù)、報(bào)表、圖表，按小流域或者區(qū)劃可以輸出一定比例的水土保持土地利用圖、水土保持規(guī)劃圖、水土流失現(xiàn)狀圖等。

[參考文獻(xiàn)]：
[1]  中地軟件叢書編委會(huì).MAPGIS地理信息系統(tǒng)使用手冊[S].3-270.2004.4
[2]  吳信才.地理信息系統(tǒng)的基本技術(shù)與發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].
[3]  齊清文，劉岳.GIS環(huán)境下向地理特征的制圖概括的理論和方法[J].地理學(xué)報(bào):1998.53卷.第4期 28-29.