基于GIS技术的天津分析 gis分析方法及具体应用

天津市地质资料信息化服务研究

张惠生1 马锋1 杨书畅2

在峄城等地区，都构建了全面的区域性战略布局，加强发展的系统性、市场前瞻性、产品创新能力，以专注、极致的服务理念，为客户提供网站制作、成都网站设计 网站设计制作按需定制设计,公司网站建设,企业网站建设,高端网站设计,全网整合营销推广,外贸网站制作,峄城网站建设费用合理。

(1.天津市地质资料馆；2.天津市国土资源和房屋管理局)

摘要 本文概略讲述了在开展地质资料信息服务方面的工作思路、工作内容以及部分拟开展的工作。通过调研，了解不同的地质信息需求，进行服务对象分类，在地质资料信息集成的基础上，建立地质资料信息服务平台、网络，利用内网、互联网等方式开展有针对性的地质资料信息服务，以促进天津市的经济建设。

关键词 地质资料 社会化服务 地质信息服务平台

从2002年开始，天津市陆续开展了地质资料目录数据库建设、成果地质资料数字化、钻孔基本信息清查、重要地质钻孔数据库建设等工作，不断提高地质资料数字化管理。建立了天津市地质资料馆网站，开发了地质资料数据中心服务平台，初步搭建了地质资料信息化服务平台。从数据和平台两个方面为地质资料信息化服务奠定了基础。

1 服务对象

在《推进地质资料信息服务集群化产业化工作方案》(国土资发〔2010〕113号)文件中，一个基本原则是坚持公共服务。充分考虑社会公众、政府管理、科学研究、企业发展的需求。通过需求调研和分析，服务对象主要分3个层面：企事业单位层面、政府层面和公众层面。企事业单位层面包括与地质工作相关的城建、规划、测绘、环保、地勘、交通部门的科研院所、大专院校等企事业单位；政府层面包括城市规划和国土资源管理、城市建设、水务管理、海洋管理、环境保护管理、农林业管理、地震管理等管理部门；社会公众层面为需要了解地质相关情况的人员。

2 服务需求

通过调研，不同层面的服务对象对地质资料的需求存在差异。企事业单位层面主要从技术方面考虑，结合所承担的工作或者研究课题，需要的是在地质工作中形成的地质数据、地质成果、地质理论和观点等；政府层面主要从管理方面考虑，需要地质工作中形成的成果，开展决策、实施等管理；公众层面主要从兴趣方面考虑，了解相关的地质科普知识。

3 数字化数据整理

经过多年的数字化信息化工作，形成或正在形成的数字化存储数据分为三个方面。

一是地质工作中形成的文件资料。①成果地质资料。报告正文、附图、附表、附件、评审意见等，目前全部实现数字化存储，2003年之前的成果地质资料通过扫描以图片格式存储，2003年之后按照电子文件汇交格式进行存储。②原始地质资料。部分项目的原始地质进行了汇交，拟同处理2003年之前汇交的成果地质资料一样，通过开展扫描数字化工作后以图片格式存储。③实物地质资料。逐步通过照片、扫描等方式进行资料存储。

二是地质资料管理中形成的文件资料。成果地质资料目录数据库，包括资料名称、形成时间、形成单位、主要编著者、内容介绍等；原始地质资料目录，各个原始地质资料文件的名称；实物地质目录，每个项目形成的实物地质资料清单。地质资料元数据库，某一份地质资料的元数据信息，包括基本信息、标识信息、数据质量、内容信息等方面的信息。

三是地质信息集群化形成的信息数据。天津市三维地质信息系统建设地质资料信息集群化成果，包括各类各专业的基础数据和图件；利用三维地质信息系统的各项功能新形成的地质资料信息，包括生成的钻孔柱状图、剖面图、统计数据，各地质专业分析评价模型形成图件、三维地质结构模型形成的地质模型等。地质钻孔基本信息清查数据库，重要地质钻孔数据库等信息。

4 在线数据上传与展示

目前对在线服务的定位于介绍、推介、引导地质资料的查询和利用。基于这种定位，对整理的数字化资料按照分类管理和用户需求进行上传，以满足用户实现网上利用服务。对三类不同的资料，通过不同方式的服务以满足不同层面用户的需求。对第一类资料选择可公开的公益性资料、科普类、科技类资料，上传到信息服务平台，对政府层面需要的成果、图件等资料，通过编辑处理，去除涉密要素、涉密数据后，形成可满足需要的成果、图件；对第二类资料全部上网，满足用户对地质资料基本信息的查询；对第三类资料有选择地进行深加工后上传，深加工包括钻孔地层标准化、钻孔位置的校正、图形比例的校正等工作，满足专业用户的资料需求。

上传后的地质数据和基础地理数据相结合，开发基于WebGIS的空间数据展示功能，包括地图显示与输出、地质成果图件展示与管理、钻孔数据空间查询与信息显示等功能。例如通过拉框选择该区域的地质资料目录、钻孔，并进一步读取详细的资料；对分析评价模型的展示等。

5 数据服务方式

不论是地质资料馆网站还是地质资料数据中心服务平台，都是通过互联网为用户提供快捷、满意的服务。在提供服务的同时，既要考虑互联网的方便快捷，也要考虑地质资料的安全稳妥。首先坚持涉密地质资料不上互联网；其次采用分级管理模式，即分为游客、注册用户、高级注册用户进行分类管理，不同类别用户具有不同的权限，提供不同深度内容的服务。

6 服务制度建设

随着科技的不断发展，新的方法、新的工具不断应用，同时要更新完善相关制度，以适应时代的要求。例如建立信息服务平台管理制度、网络安全制度、数据安全制度、数据维护制度、数据服务利用制度等，以保证地质信息服务的规范、安全和高效。

总之，利用数据库技术、GIS技术、三维可视化技术和计算机网络技术，优化地质信息服务模式，使地质资料信息资源能够被便捷、有效地浏览和利用，形成为城市建设、土地利用、矿产资源开发和地质环境保护等服务的地质信息平台，更好地服务于天津市的经济建设。

基于MAPGIS 平台的地质资料一张图管理信息系统建设

马 锋 刘玉超 杨书畅

（天津市地质资料馆）

摘 要 利用 MAPGIS 平台、ACCESS 数据库和 ORACLE 数据库，建立地理底图、原始地质资料、成果地质资料、实物地质资料信息的空间数据库和属性数据库，开发地质数据统计分析、地质图件绘制、三维地质体建模等功能，建成基于 MAPGIS 平台的地质资料一张图管理信息系统，实现地质资料的集成化，以促进地质资料的二次开发和社会利用工作。

关键词 地质资料 数据集成 信息系统 一张图管理

0 前言

在地质工作中形成的地质资料分为原始地质资料、成果地质资料和实物地质资料，由馆藏机构进行管理和提供利用。天津市地质资料馆馆藏天津地区资料近 3000 档，最早是 1931 年形成的《盘山附近地质》，馆藏地质资料信息庞大，但是信息分散。为了便于借阅者利用，近年来开展了大量的档案管理工作，建立了地质资料目录数据库，开展了地质资料数字化存储，开发了地质成果浏览系统。

随着城市建设的快速发展，对于地质资料的需求也日益迫切，以往提供地质资料时间长的现象难以满足新时期的工作要求。这就需要我们对以往地质资料进行整理、汇总和集成，以便能够及时、快速、准确地提供地质资料。基于此目的，结合目前地理信息系统的技术发展和天津市城市地质工作的成果，提出了天津市地质资料一张图管理信息系统建设的思路。即基于MAPGIS平台，实现地质资料信息的存储、浏览、提供利用的集成化管理。

1 地质资料的一张图管理信息系统结构

1.1 地质资料信息组成

建立地质资料的一张图管理信息系统，要集中馆藏所有地质资料的信息，主要分为 4 个方面：地理底图信息，包括地理底图和遥感影像；成果地质资料，包括成果报告和成图图件；原始地质资料，包括野外调查、钻探、试验、物探、化探、观测的所有地质工作基础信息；实物地质资料，主要是记录该实物的照片、影像等信息。这些信息通过建立属性数据库和空间数据库进行存储。地质资料的一张图数据结构见图 1。

1.2 地质资料信息专业分类

依据成果地质资料目录数据库著录要求中地质资料分类标准，并结合天津地质工作进展、地质资料利用的实际情况，在此系统中把地质资料按照地质专业分为十类：基础地质类、工程地质类、水文地质类、环境地质类、固体矿产地质类、地热地质类、地球物理类、地球化学类、遥感类及其他类。

图 1 地质资料的一张图数据结构

2 数据库建设

2.1 建库平台的选择

数据库分为属性数据库和空间属性库。属性数据库建设采用广泛应用的数据库软件 ACCESS 软件；空间属性库建设采用国内国土系统中使用最为广泛、专业人员使用熟悉、以往地质调查成果图形文件都采用的 MAPGIS 系统平台；形成的属性数据、空间数据在服务器中利用 ORACLE 数据库软件存储管理。

2.2 空间数据库建设

空间图形数据库包括基础地理空间数据库和地质成果信息空间数据库。

地理底图以天津市 1∶100 万、1∶5 万和 1∶1 万基础地理数据作为空间参考依据，按照地质地理底图编绘标准，用现势性数据进行补充，进行制图综合概括后，建立本系统基础地理图层。空间数据分为水系层、公路层、铁路层、居民地层、行政区划层。在系统运行中，底图采用分级显示方法，在不同比例尺下，显示不同的地理位置精度，实现视觉美观和工作精度的协调。

在地理底图基础上，在 MAPGIS 的图形编辑系统中，输入每个地质工作点的地理坐标，形成工作区域空间数据；输入各类地质图件的地质要素信息，形成地质成果空间数据。空间数据由 MAPGIS 系统文件点（*.WT）、线（*.WL）、面（*.WP）三种结构进行存储。空间数据库的图元、线型、颜色、图案依据相应的地质矿产制图标准编制，对于没有标准规范新添加的图元、图案进行统一的编号和备注。

遥感影像采用空间分辨率为 0.6 米的卫星相片。在系统中和地理底图叠加，互相对照使用。

2.3 属性数据库建设

属性数据库包括基础地理信息数据库、地质信息数据库。

基础地理信息数据库存放行政区域、行政界线、居民地、交通、河流、湖泊等自然要素和社会要素的属性信息。

地质信息属性库存放在地质调查中通过仪器、实验室分析或野外观察直接获取或收集的原始地学数据与信息。包括地貌调查观测原始资料，钻孔探槽的原始资料和各种测试数据，地质灾害调查中获取的地面沉降监测设施和原始数据，地下水监测原始数据资料，地热井监测原始数据，环境地球化学调查中获取的土壤、地下水、地表水采样原始资料；地球物理勘探原始数据，实物地质资料及汇交的成果资料。设计了一系列的 ACCESS 数据表，把基础地理信息和地质信息分解到每一个表中。如基础地质设计类，设计了基岩地质钻孔基本情况表、基岩地质钻孔分层表、新生界地质钻孔基本信息、新生界地质钻孔分层表、新生界地质钻孔孢粉数据表、新生界地质钻孔微体组合表、新生界地质钻孔测年成果数据表等，通过地质项目、钻孔等主键把对专业的 ACCESS 数据表进行有机的联系。

以工程地质专业为例，在勘查工作过程中形成的资料主要包括三方面：钻孔基本信息、钻孔原位测试信息和钻孔样本试验数据；工作最终提交工程地质勘查报告。依据天津市工程地质工作实际情况，初步建立了 15 个基于 ACCESS 软件的数据表，见图 2。通过这 15 个数据表来存储工程地质资料数据信息。

图 2 工程地质钻孔数据表结构图

在这 15 个表中，钻孔基本信息为主表，测试数据表和试验数据表中其他表为子表，钻孔基本信息表和水样水质分析表通过项目编号建立联系，钻孔基本信息表和其他表通过钻孔编号建立联系。

提交的勘查报告和附图、附件形成 PDF 格式文件，和钻孔基本信息表中的项目名称建立关联。

3 地质资料一张图管理信息系统功能

3.1 GIS 基本操作功能

能够完成地图在浏览器中的显示及在浏览器中实现对地图的基本操作。地图显示，包括地理要素的显示和地质数据的显示；地图浏览操作，要完成地图的移动、放大、缩小、刷新、复位、距离量测、面积量测、图层控制等。

3.2 成果信息查询浏览功能

信息查询就是通过点击查询、圆形查询、矩形查询、任意多边形查询等方式，由系统显示出所查询范围内符合要求的对象属性列表，并利用图形和属性的对应关系，实现数据的查询和地质点的快速定位；信息浏览是在查询的基础上，通过显示插件，可以快速浏览查看每一地质项目的成果报告及附图、附件。

3.3 数据的统计分析功能

按照数据统计的要求，对统计单元内的数据进行统计，统计的指标有样本数量、最大值、最小值、平均值、均方差、变异系数等，统计结果可以输出表格文件，见图 3。

通过统计分析功能，可以统计出用户指定区域或条件的地质资料分类统计信息，并生成相应的统计图表，表现形式有曲线图、直方图、散点图、饼图、三维直方图、三维饼图等，见图 4。

3.4 相应地质图件的绘制功能

钻孔位置平面图的绘制：通过工程地质数据库提取钻孔的位置和钻孔分类信息，把反映工作区域的钻孔信息投影到地理底图上，形成钻孔的平面位置图；

柱状图、剖面图的编制：根据用户选择的钻孔和预先制作好的模板，按照一定的标准样式出图，自动生成各专业钻孔柱状图；

图 3 工程地质土层物理力学参数统计输出图

图 4 各类地质资料信息统计分析输出图

等值线图的编制：根据数据库中的钻孔位置、层顶埋深、层底埋深、层厚或者其他的有关数据、钻孔数据，自动生成指定范围内的地层等值线图；

综合分析地质图的编制：例如对钻孔地下水的水质分析的计算，计算出每个点的腐蚀性强弱，按照等值线图的编辑办法，编制综合分析地质图。

3.5 三维模型的可视化功能

首先，在全区范围内建立一套一致的、宏观上的、具有固定层序的地层划分方案，系统对具有层序规律的地层模型采用“钻孔→剖面→地层实体”的自动构建技术，可根据钻孔、剖面等数据，快速、自动、动态建立指定范围内的三维地层结构模型；对于复杂的地质问题，计算机不能完全基于剖面等数据自动建立地质体或地质构造的三维模型，如断裂发育的基岩地质模型，采用基于交叉剖面的交互式建模方法，利用建模区域内多条交叉剖面将空间分割成多个单元格；建模的最小单元就是一个个单元格，利用单个单元格内一系列闭合轮廓线建立起曲面片，进而确定该单元格内所有地质体的空间几何形态，形成一个单元格地质块，最后将每个单元格的地质块进行合并形成完整的地质体模型。

形成的三维地质体可以进行平面剖切、水平剖切、斜切、折线垂直剖切、组合剖切等多种剖切方式，以展示切割面的地质情况；在三维地质体内，可以通过分析钻孔遇到的地层结构及属性并结合周围已知钻孔资料，创建虚拟钻孔，像钻探一样得到的地层结构和属性；对三维地质体进行隧道切割，系统按照用户设定的路径（任意起伏变化）和隧道截面（矩形、圆形、拱形）参数生成隧道模型的切割方式，通过隧道与地质体的切割，将隧道内地质体挖掉，只保留壁上带有岩性的隧道空腔；接下来，用户可根据路径和视角在场景中变化，可在隧道中漫游，查看隧道内地层分布变化情况，见图 5。

图 5 隧道漫游的效果图

4 结语

随着计算机技术和地理信息系统的快速发展，计算机辅助管理和决策的作用会越来越强。通过地质资料一张图管理系统的建设，地质资料管理不仅仅只是起到一个仓库的作用，而是紧密地把档案管理和地质成果管理联系在一起，实现了地质资料的有机整合和集群，对于地质资料的二次开发和利用具有重要的意义。

关于重要经济区产品开发

梁婉娟 李景朝 王翔

(中国地质调查局发展研究中心)

摘要 随着我国城市化进程的不断加快，人类对现存自然环境的利用和改造的力度也在不断加大，城市地质环境正在承受前所未有的压力。本文以重要经济区的地质资料信息、数据库信息、用户调研为主要依据，建立承载力指标体系，在新技术的基础上，通过对区域承载力的分析，模拟研究区在未来一定时期内的城镇发展空间格局，开发重要经济区地质资料产品，以期为研究区提出区域可持续发展建议，为中国东部重要经济区带经济发展规划、资源环境保护、城市及城市群布局和社会经济可持续发展提供基础数据和决策依据。

关键词 重要经济区 承载力 产品开发

在过去的几十年中，我国在经济建设上取得了巨大成就，但在以往的一些大型工程建设中，主要是集中力量进行工程的建设，有轻视全局性地质条件的倾向，以致出现了一些因地质环境开发利用不合理而造成的不良环境后果。例如东部重要经济区面临的资源环境约束持续加剧，迫切需要不断提高资源环境综合承载力。

从地质工作的角度来讲，地质资源承载力的大小对区域经济发展规划、资源环境保护、城市及城市群布局和社会经济可持续发展有着举足轻重的作用。历年来，我国对重要经济区开展了大量的基础地质调查、矿产勘查和环境科学研究工作，取得了相当数量的研究成果和各类地质资料信息。为了提高地质工作服务国民经济和社会发展的能力，同时也为加快地质资料信息的产品化进程。本项研究探索以重要经济区为基本单元，进行承载力评价，模拟研究区在未来一定时期内的城镇发展空间格局，以期为经济区所在地方及区域的经济发展规划、资源环境保护、城市及城市群布局和社会经济可持续发展提供服务。

1 地质环境承载力的概念及影响因素

1.1 概念

在我国，较成熟的“环境承载力”的概念最早是在湄洲湾规划(1991)报告中正式提出的，被定义为某一环境状态和结构在不发生对人类生存发展有害变化的前提下对所能承受的人类社会作用在规模、强度和速度上的限制，是环境的基本属性和有限的自我调节能力的量度。其后，经过多次演变，定义为在一定时期内，一个地区(或国家)自然资源、地理地质、生态环境等综合条件所能承载的社会经济发展总体水平，最终往往以其所能承载的人口数量来表征。这里所指的承载能力，是在维持区域内资源结构符合持续发展需要、区域内环境功能仍维持其稳态效应的前提条件下达到的水平。定义从本质上反映了地质环境与人类活动之间的辩证关系，为地质环境与人类活动之间的协调发展提供了理论依据。

1.2 影响因素

从区域承载力的角度来看，区域可持续发展是指区域发展所消耗的资源和排放的污染物，必须限定在区域资源储量(可再生资源的循环再生周期和不可再生资源的替代资源获取周期)以及环境容纳的阈值以内。从这个意义上讲，区域承载力是区域为实现可持续发展的物质资源以及容纳环境污染的能力。换一个角度来看，影响承载力的因素应当既涵盖生态地质环境系统的本底性能，又包括科技发展水平、人类自身活动影响以及区域外因素。其可以概括为三个系统：地质环境系统、生态环境系统和社会环境系统。其中根据城市的特点和要求，城市地质环境系统可以从地质环境条件和地质资源两个方面考虑。地质环境条件方面涉及地理位置、气象水文、地形地貌、地质构造与地壳稳定性、工程地质、水文地质、地质灾害等方面；地质资源方面则涉及与地质环境有紧密联系的自然资源、如土地资源、淡水资源、森林资源、矿产资源和地下的能源等方面。生态环境系统的影响因素主要从植被、土壤水体、大气等方面分析。社会环境系统主要包括人口因素、经济因素、科学技术因素和管理与建设水平等因素。

2 产品内容

本次产品开发内容主要为经济区环境承载力研究，其包含了承载力各项指标的现状分析。承载力指标是指反映系统总体现象的特定概念和具体数值的综合。任何指标都是从数量方面来标定系统的某种属性或特征的。进行区域承载力及承载状况的评估，构建一套内容丰富、层次清晰、针对性强的指标体系是必不可少的。指标可以用简练的语言来对区域进行高度概括，指标的可测度性是系统定量研究的基础。

根据区域承载力研究的特点，通过分析建立评价模型体系，综合国内外各种已有可持续发展及承载力评价指标体系，如联合国可持续发展委员会(United Nations Committee of Sustainable Development，UNCSD)制定的指标体系、世界银行可持续发展指标体系、中国可持续发展战略采用的评价指标体系、《1999中国区域发展报告》提出的区域可持续发展评价指标体系等，同时根据已有的数据情况，建立的承载力评价指标体系如表1所示。值得一提的是，将经济指标取为单位面积值，实质是一种对指标进行加权标准化的过程，使各指标数据更具空间可比性。

表1 区域承载力评价指标体系

注：荒漠化强度指标为负向指标，即其指标值越高，所体现的同化能力就越低。除荒漠化强度值外，其他指标均为正向指标，即指标值越高，所体现上层指标水平越高。

3 产品开发方法

产品的开发必然需要遵循一定的方法。以下论述产品的开发方法，同时也是产品开发的流程。

3.1 现有地质资料产品分析

1)在针对某一类别进行地质资料产品开发之前，必须做出翔实的已有类别产品的汇总工作，形成汇总报告。

2)对开发产品所在研究区的所有资料进行成果集成表述，建立已有该类型资料产品体系，以图件、数据库、软件、设备、文献进行汇总。

3.2 产品需求对象分析

1)对开发产品所在区域进行调研，充分了解在该区域内各行业对该产品的需求(包含政府，专业地质机构，电力、水利、交通、农业等使用地质资料的机构及公众)。

2)充分分析待开发产品的使用对象，了解产品未来服务的目标，明确产品开发目的。

3.3 产品使用说明书

1)要对产品的适用对象和服务范围进行描述。

2)产品载体形式描述，包含图件、数据库、软件、文献报告以及格式(Arcgis、MapGIS、Jpeg、Word)等。

3)产品开发使用原有资料及数据情况说明。

4)产品内容主题及说明文档。

5)产品涉密问题阐述。

4 经济区产品示范

4.1 环渤海经济区承载力现状

环渤海地区是指环绕着渤海全部的沿岸地区所组成的广大经济区域。党的十四大报告中提出要加快环渤海地区的开发、开放，将这一地区列为全国开放开发的重点区域之一。环渤海经济区包括辽宁、河北、北京、天津、山东三省二市及渤海海域，环渤海地区土地总面积为51.45万km2，占全国陆地面积的5.4%，是中国最主要的城市和工业集聚区之一。为了对区域承载力及承载状态进行更细致的分析，这里针对各评价指标现状值(21世纪初的值)对环渤海地区的各市进行了分类统计，即分别对各市级行政区范围内的各指标进行统计，这些统计中最有意义的是各指标在各市级行政区域内的算术平均值，算术平均值表现了该地区内该项指标的平均状态。用来进行统计的指标包括：风速等级、降水量等级、河流密度等级、森林面积百分比、草地面积比例、荒漠化强度、荒漠化变化趋势、湿地面积比例、湿地变化趋势、铁路线密度等级、公路线密度等级。此外，为了将承载力(同化能力及支撑能力)与承载状况及各指标进行综合对比分析，对承载力的评价结果指标(生态资源供给能力、支撑能力、同化能力及承载力)也进行了同样的统计。各指标分布程度综述如下：

未超载区主要分布在环渤海地区的张家口市、承德市、抚顺市、本溪市、丹东市、阜新市、铁岭市、朝阳市及葫芦岛市等地区。未超载区内的各指标分布特征综述如下：①风速等级：丹东、承德、本溪及抚顺地区平均风速最低(＜2)，其他地区的风速均处于中等(2～3)。②降水量等级：丹东，本溪，抚顺等地区平均降水量处于最高等级(＞4)，葫芦岛和铁岭区内平均降水量处于中等水平(2～3)，张家口，承德，朝阳及阜新等地区区内平均降水量最低(1～2)。③河流密度等级：葫芦岛市最低(平均1.5 左右)，本溪市最高(＞4)，其他地区中等(2～3.5)。④公路密度等级：未超载地区内公路系统均不是非常发达，除本溪市较高外(＞3.5)，其他各市平均公路等密度仅为中等水平(2～3.5)。⑤铁路密度等级：张家口市的铁路系统最不发达，处于最低水平(平均＜2)，其他地区也仅为中等水平(2～3)。⑥森林面积：张家口，阜新及朝阳市是未超载区中较低的，但也到达了15%以上，其他未超载地区更高，最高达到本溪市的78%，这说明未超载区森林覆盖面积均较高。⑦草地面积：张家口、朝阳及承德等地区最高，为近30%，这也是环渤海区域内草地覆盖率最高的，阜新为12%左右，其他未超载地区相对较低，均在5%以下。⑧荒漠化强度：张家口，阜新及朝阳最高约为20%左右，远超过了区域均值(9.12%)，铁岭接近平均值为8.46%，其他地区相对较低。⑨荒漠化变化趋势：只有张家口和朝阳市是正值，说明荒漠化在这两个市有减弱的趋势，其他未超载地区荒漠化变化趋势指标均为负值，表示荒漠化有恶化迹象。⑩湿地面积比例：除丹东及葫芦岛市湿地面积接近区域平均值(9.65%)，其他地区均低于区域平均值。

湿地变化趋势：张家口、抚顺、本溪及丹东地区的湿地面积有所减少，其中本溪市减少了2%，其他地区湿地面积又说增加。

生态资源承载能力：除阜新和铁岭外，其他地区均低于区域平均值，未超载区生态资源供给能力总体较低。3

同化能力：除铁岭和丹东外，其他地区均为均远低于区域平均值，说明未超载区域总体的污染物自处理能力相对较低。

严重超载区主要分布在研究区内的北京、天津、唐山、济南、淄博及青岛地区。这些地区的发展已严重超出了地区的承载力范围，是可持续发展规划改造的重点地区，其中各指标平均值特征综述如下：①风速等级：北京、唐山及淄博市年平均风速最低(1～2)，不利于空气中污染物的扩散；位于沿海的青岛市风速最大(＞4)；天津、济南的年平均风速属于中等(3～4)。②降水量等级：严重超载区内的降水量等级均处于2～3之间的中等水平。③河流密度等级：除青岛市的平均水系密度处于中等水平外，其他地区均较高(＞4)。④公路密度等级：除唐山外均有非常发达的公路交通系统(＞4)，唐山平均公路系统密度处于中等水平(3～4)。⑤铁路密度等级：北京，天津均拥有高度密集的铁路网(＞4)，其他地区中等，铁路线密度等级处于3～4 之间，严重超载区整体交通体系均较完善。⑥森林面积：除北京以外，其他地区森林覆盖面积均不高(淄博18%)，北京为严重超载区最高，达到45%。⑦草地面积：严重超载区草地覆盖面积均不高，除淄博为近15%外，其他地区均在全区平均水平(8.46%)以下，天津甚至只有2%的草地覆盖率。⑧荒漠化强度：除天津和唐山接近环渤海区平均值(9.12%)，其他严重超载区均远低于区域平均值，严重超载区整体荒漠化情况较好。⑨荒漠化变化趋势：北京，天津，淄博及青岛地区荒漠化有所恶化(指标为负值)，其他两市唐山、济南荒漠化有所减弱。⑩湿地面积比例：天津，唐山及青岛等沿海城市湿地面积较大，超过了区域平均值，北京、济南及较低，均不到平均值的一半。

湿地变化趋势：北京、唐山及济南湿地面积减少，天津、唐山及淄博增加，但变化幅度均不大。

生态资源供给能力：所有均高于区域平均值，严重超载区域的生态资源供给能力相对较高。

同化能力：北京、淄博的同化能力远低于区域平均值，其他地区均大大超过了区域均值。

4.2 可持续发展建议

通过以上分析可以发现，相对而言，未超载区各项同化能力评价指标不太高造成整体同化能力较低；而严重超载区相对良好。由于生态足迹法(生态足迹需求主要是计算在一定的人口和经济规模条件下维持资源消费和废弃物吸收所必需的生物生产性土地面积)将建筑用地作为调配因子最高的耕地来计算生态资源供给能力，所有城镇化程度高的严重超载区的生态资源供给能力相对较高，而城镇化程度相对较低的未超载地区总体较低，这种计算结果有一定的片面性，这是在今后的研究中需要改进的方面。

未超载区还有如下特征：①有极好的绿地覆盖率(森林及草地面积比例)为今后的发展及区域生态平衡提供良好的自然条件。②未超载区的荒漠化均比较严重，必须加强对荒漠化地区的改造和防止荒漠化的扩散。③未超载区的交通(铁路及公路)系统整体上不太发达，这在一定程度上限制了区域资源的调配，发展交通是未超载区今后发展的重要一环并且需要最先建设。

同样，严重超载区有如下需要注意的地方：①应尽量少进行污染量排放大的经济社会活动，尤其对于北京、上海及广州等超大型城市而言要限制城市的发展规模，限制空气污染物主要的来源的车辆数。②总体湿地在退化，滩涂在减少，因此现有湿地面积需要得到保持，以防对区域生态系统造成破坏。③严重超载地区的植被(森林，草地)覆盖率均不高，必须加强这些地区的植树造林工作，同时保护现有植被区。在区域规划中应该根据各地区的不足和优点分别提出合适的改造和维持方案，这对可持续发展规划是非常重要的。

本文的预测模型实质是在现有发展状况的趋势下确定其发展规律来进行模拟的。从预测成果可以看出，环渤海的这种发展趋势并不是可持续的，对可再生资源和其他资源的过度使用及对环境的污染给区域生态系统带来了巨大的压力，这种压力是高于区域生态系统的承载力范围的。持续且是逐渐增大的承载量会造成生态系统的迅速恶化，使区域系统进入全面的危机。因此根据上述分析，提出如下建议：优先发展未超载区，环渤海区北部的未超载区主要有河北省的张家口、承德和辽宁省的朝阳、阜新、铁岭、本溪、丹东等地市。这些地区具有极为丰富的矿产等自然资源，更重要的是这些地区属于东北老工业基地，有良好的工业基础设施，为进一步发展提供了良好的基础。着重改良超载“重灾区”：北京、天津及石家庄、济南等大型城市，通过对排污量大的经济社会活动进行大力整治，可利用周边或者国外未超载地区的天然优势，实施战略性转移，同时积极培育高新科技产业，使地区发展从资源型向科技型转变，提高资源的利用率。限制开发一般超载区，必须做到未雨绸缪，具体方法可以借鉴严重超载区，在实现保持经济高速增长的同时，又能使发展强度与区域承载力相适应。

参考文献

[1]任光远，薛忠歧.基于GIS技术的生态地质环境承载力研究：以宁夏沿黄经济区为例[J].分析评价，2014，9(2)：39～40.

[2]姚治华，王红旗，郝旭光.基于集对分析的地质环境承载力研究以大庆市为例[J].环境科学与技术，2010，33(10)：183.

[3]余志山，马传明，宁立波.可持续发展理念下的地质环境承载力初步研究[J].甘肃地质，2008，17(2)：81～84.

GIS技术在国内的研究现状及其发展趋势

0 引言

随着计算机技术的飞速发展、空间技术的日新月异及计算机图形学理论的日渐完善，GIS（Geographic Information System）技术也日趋成熟，并且逐渐被人们所认识和接受。近年来，GIS被世界各国普遍重视，尤其是“数字地球”概念的提出，使其核心技术GIS更为各国政府所关注。目前，以管理空间数据见长的GIS已经在全球变化与监测、军事、资源管理、城市规划、土地管理、环境研究、农作物估产、灾害预测、交通管理、矿产资源评价、文物保护、湿地制图以及政府部门等许多领域发挥着越来越重要的作用。当前GIS正处于急剧发展和变化之中，研究和总结GIS技术发展，对进一步开展GIS研究工作具有重要的指导意义。因此，本文就目前GIS技术的研究现状及未来发展趋势进行总结和分析。

1 GIS研究现状及其分析

1.1 GIS研究现状

世纪90年代以来，由于计算机技术的不断突破以及其它相关理论和技术的完善，GIS在全球得到了迅速的发展。在海量数据存储、处理、表达、显示及数据共享技术等方面都取得了显著的成效，其概括起来有以下几个方面[1]：①硬件系统采用服务器/客户机结构，初步形成了网络化、分布式、多媒体GIS；②在GIS的设计中，提出了采用“开放的CIS环境”的概念，最终以实现资源共享、数据共享为目标；③高度重视数据标准化与数据质量的问题，并已形成一些较为可行的数据标准；④面向对象的数据库管理系统已经问世，正在发展称之为“对象——关系DBMS（数据库管理系统）”；⑤以CIS为核心的“3S”技术的逐渐成熟，为资源与环境工作提供了空间数据新的工具和方法；⑥新的数学理论和工具采用CIS，使其信息识别功能、空间分析功能得以增强等等。

在GIS技术不断发展下，目前GIS的应用已从基础信息管理与规划转向更复杂的区域开发、预测预报，与卫星遥感技术相结合用于全球监测，成为重要的辅助决策工具。据有关部门估计，目前世界上常用的GIS软件己达400多种[2].国外较著名的GIS软件产品有[3]：Auotodesk系列产品、Arc/Info、MapInfo及其构件产品、Intergraph、Microstation等，还有Web环境下矢量地图发布的标准和规范，如XML、GML、SVG等等。我国GIS软件研制起步较晚，比较成熟的测绘软件主要有南方CASS，MapGIS，GeoStar，SuperMap等。尽管现存的GIS软件很多，但对于它的研究应用，归纳概括起来有二种情况：一是利用GIS系统处理用户的数据；二是在GIS的基础上，利用它的开发函数库二次开发用户专用的GIS软件。目前已成功应用包括资源管理、自动制图、设施管理、城市和区域规划、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、教育、军事等九大类别的一百多个领域。在美国及发达国家，GIS的应用遍及环境保护、灾害预测、城市规划建设、政府管理等众多领域。近年来，随着我国经济建设的迅速发展，加速了GIS应用的进程，在城市规划管理、交通运输、测绘、环保、农业等领域发挥r重要的作用，取得了良好的经济效益和社会效益。

1.2 当前GIS发展存在的主要问题

基于以上GIS技术现状研究，本文分析认为GIS技术在模型、数据结构等方面存在着不足，一定程度上制约了GIS技术的发展。

（1）数据结构方面存在的问题

目前通用的GIS主要有矢量、栅格或两者相加的混合系统，即使是混合系统实际上也是将两类数据分开存储，当需要执行不同的任务时采用不同的数据形式。在矢量结构方面，其缺点是处理位置关系（包括相交、通过、包含等）相当费时，且缺乏与DEM和RS直接结合的能力。在栅格结构方面，存在着栅格数据分辨率低，精度差；难以建立地物间的拓扑关系；难以操作单个目标及栅格数据存贮量大等问题[4].

（2）GIS模型存在的问题

传统GIS模型是按照计算机的方法对客观世界地理空间不自然的分割和抽象，使得人们认知地理空间的认知模型与计算机中的数据模型不能形成良好的对应关系，难以表达复杂的地理实体，更难满足客观世界的整体特征要求。在GIS软件开发中，如果语义分割不合理，将难以有效表达地理空间实体间的关系，这就导致较深层次的分析、处理操作难以实现。随着GIS应用需求领域的不断开拓及计算机技术的迅速发展，对空间数据模型和空间数据结构提出了更高的要求，使得传统的地理空间数据模型力不从心，逐渐暴露其弊端。

目前，面向对象的数据模型一定程度上解决了传统GIS数据模型的某些不足，但是OODB（面向对象数据库）目前仍未在市场以及关键任务应用方面被广泛接受，因为OODB作为一个DBS还不太成熟，如缺少完全非过程性的查询语言以及视图、授权、动态模式更新和参数化性能协调等；且OODB与RDB之间缺少应有的兼容性，因而使得大量的已建立起来的庞大的RDB客户不敢轻易地去选择OODB.

（3）其他方面亟待解决的问题

当前，GIS正处在一个大变革时期，GIS的进一步发展还面临不少问题，主要表现在以下几个方面[5]：①GIS设计与实现的方法学问题。在GIS设计与实现过程中缺乏面向对象的认知方法学和面向对象的程序设计方法学的指导，导致GIS软件系统的可靠性和可维护性差；②GIS的功能问题。当前以数据采集、存储、管理和查询检索功能为主的GIS，不能满足社会和区域可持续发展在空间分析、预测预报、决策支持等方面的要求，直接影响到GIS的应用效益和生命力；③三维GIS模型及可视化问题。目前大多数GIS软件的图形显示是基于二维平面的，即使是三维效果显示也是采用DEM的方法来处理表达地形的起伏，涉及到地底下真三维的自然和人工现象显得无能为力。

2 GIS未来发展趋势

2.1数据管理方面

（1）多比例尺、多尺度和多维空间数据的表达[6]

对于多比例尺数据的显示，将运用影像金字塔技术、细节分层技术和地图综合等技术；而为了实现GIS的动态、实时和三维可视化，出现存储真三维坐标数据的3D GIS和真四维时空GIS，这其中涉及了空间数据的海量存储、时空数据处理与分析以及快速广域三维计算与显示等多项理论与技术[7].

（2）三库一体化的数据结构方向

空间数据库向着真正面向对象的数据模型和图形矢量库、影像栅格库和DEM格网库三库一体化数据结构的方向发展[8].这种三库一体化的数据结构改变了以图层为处理基础的组织方式，实现了直接面向空间实体的数据组织，使多源空间数据的录入与融合成为了可能，从而为GIS与遥感技术的集成创造了条件。

（3）基于空间数据仓库（Spatial Data warehouse）的海量空间数据管理的研究

空间数据量非常大，而且数据大都分散在政府、私人机构、公司的各个部门，数据的管理与使用就变得非常复杂，但这些空间数据又具有极大的科学价值和经济价值，因此大多数发达国家都比较重视空间数据仓库的建立工作，许多研究机构和政府部门都参与到空间数据仓库建立的研究工作。

（4）利用数据挖掘技术进行知识发现

空间数据挖掘是从空间数据库中抽取隐含的知识、空间关系以及其他非显式的包含在空间数据库中但以别的模式存在的信息供用户使用，这是GIS应用的较高层次。由于目前空间数据的组织与管理仍局限于二维、静态、单时相，且仍以图层为处理基础，因此，当前的GIS软件和空间数据库还不能有效地支持数据挖掘。

2.2技术集成方面

（1）“3S”集成

“3S”是GPS（全球定位系统）、RS（遥感）和GIS的简称，“3S”集成是指将遥感、空间定位系统和地理信息系统这三种对地观测技术有机地集成在一起。地理信息是一种信息流，RS、GPS和GIS中任何一个系统都只侧重于信息流特征中的一个方面，而不能满足准确、全面地描述地理信息流的要求。因此，无论从物质运动形式、地学信息的本质特征还是“3S”各自的技术特征来说，“3S”集成都是科技发展的必然结果。

目前，“3S”集成还仅限于两两结合方式，这是“3S”集成的初级和基础起步阶段，其核心是GIS与RS的结合。这种两两结合虽然优于单一系统，但是仍然存在以下缺陷。将“3S”进行集成从而形成一体化的信息技术体系是非常迫切的。这种集成包括空基“3S”集成和地基“3S”集成，即在硬件方面建立具有同步获取涉谱数据和空间数据的高重复观测能力的平台，而在软件方面使GIS支持数据封装，同时解决图形和图像数据的统一处理问题。

（2）GIS与虚拟现实技术的结合

虚拟现实（Virtual Reality）是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术，是当代信息技术高速发展和集成的产物。从本质上说，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，通过计算机建立一种仿真数字环境，将数据转换成图形、声音和接触感受，利用多种传感设备使用户“投入”到该环境中，用户可以如同在真实世界那样“处理”计算机系统所产生的虚拟物体。将虚拟和重建逼真的、可操作的地理三维实体，GIS用户在客观世界的虚拟环境中能更有效的管理、分析空间实体数据。因此，开发虚拟GIS已成为GIS发展的一大趋势。

（3）分布式技术、万维网与GIS的结合[9]

目前，随着Internet技术的迅猛发展，其应用已经深人到各行各业，作为与我们日常生活息息相关的GIS也不例外，它们的结合产生了web GIS.当前Web GIS系统已经得到迅速的发展，到1999年1月，仅在美国出现的这类系统就有23种之多。又由于客户端可能会采用新的应用协议，因此也被认为是Internet GIS.

计算机网络技术的飞速发展，分布式计算的优势日益凸显，GIS与分布式技术结合也就成为必然，它们的结合即构成了分布式CIS.它就是指利用最先进的分布式计算技术来处理分布在网络上的异构多源的地理信息，集成网络上不同平台上的空间服务，构建一个物理上分布，逻辑上统一的GIS.它与传统GIS最大的区别在于它不是按照系统的应用类别、运行环境划分的，而是按照系统中的数据分布特征和针对其中数据处理的计算特征而分类的。

（4）移动通信技术与CIS的结合发展[10]

WAP/WML技术作为无线互联网领域的一个热点，已经显示了其巨大的应用前景和市场价值。WAP柳ML技术与GIS技术的结合产生了移动GIS（Mobile GIS）应用和无线定位服务LBS（Location一basedServices）。通过WAR/WML技术，移动用户几乎可以在任何地方、时间获得网络提供的各种服务。无线定位服务将提供一个机会使GIS突破其传统行业的角色而进人到主流的IT技术领域里。大多数的分析家都认为，到2010年，无线网络将成为全球数据传送的主要途径。GIS的未来将会由其机动性所决定。

当前用于地理信息交互的语言还不足以完成真正的“设备无关接口”的互操作。各种移动设备对于从地理信息服务器所获得的信息，其表现方式是各不相同的，用户输人方式也不相同。因此，对于不同的移动设备需要一种统一的标记语言。无线定位服务将提供一个机会使GIS突破其传统行业的角色而进人到主流的IT技术领域里：大多数的分析家都认为，到2010年，无线网络将成为全球数据传送的主要途径。GIS的未来将会由其机动性所决定。

（5）GIS与决策支持系统（DSS）的集成[11]

决策支持系统（Decision Support System，简称DSS）是以管理学、运筹学、控制论、行为科学和人下智能为基础，运用信息仿真和计算手段为基础，综合利用现有的各种数据库、信息和模型来辅助决策者或决策分析人员解决结构化和半结构化问题，甚至非结构化问题的人机交互系统。

目前，绝大多数的GIS还仅限于图形的分析处理，缺乏对复杂空间问题的决策支持，而目前绝大多数的DSS则无法向决策者提供一个友好的可视化的决策环境。因此，将GIS与DSS相集成，最终形成空间决策支持系统（SDSS），借助GIS强大的空间数据处理分析功能，并在DSS中嵌入空间分析模块，从而辅助决策者求解复杂的空间问题，这是GIS应用向较高层次的发展。其中SDSS中知识的表达、获取和知识推理以及模型库、知识库、数据库三库接口的设计是哑待解决的关键问题。

2.3 发展历程方面

自20世纪60年代世界上第一个GIS——加拿大地理信息系统（CGIS）问世以来，经过40年的发展，GIS经历了三个阶段的发展。目前，随着第三代互联网的提出与实施，以及计算机技术、数据库技术的飞速发展，GIS即将步入第四代GIS发展阶段。

第四代GIS软件将在数据组织、存储、检索和运算等方面发生革命性的变革。数据组织应该是面向空间实体的，空间位置只是实体众多属性中的一类，它应和其它属性有机地组织在一起并统一存放：“关系”概念和“关系运算”应该加以扩充，应该包括空间关系及其运算；传统的结构化查询语言应该扩充，把空间关系及其查询包括在里面；以倒排表为基础的数据库索引机制应该扩展，建立至少包括拓扑关系在内的新的索引机制；数据存储机制应该适应空间数据提取和计算的要求等。只有实现数据真正的一体化存储和处理，才能自由地、方便地、快速地实现人们所期望的处理功能。在功能上，第四代GIS软件应该具备支持数字地球（区域、城市）的能力，成为OS、DBMS之上的主要应用集成平台，它具有统一的海量存储、查询和分析处理能力、一定的三维和时序处理能力、强大的应用集成能力和灵活的操纵能力，且具有一定的虚拟现实表达。

3 结束语

通过以上对GIS现状及发展趋势的分析，可以看出，GIS作为信息产业的重要组成部分，正以前所未有的速度向前发展。把握当前GIS的技术发展现状及不足，有利于人们预见GIS的发展趋势，站在更高更远的角度去扬长避短，较好地促进GIS技术的快速发展。随着地理信息系统产业的建立和数字化住处产品在全世界的普及，GIS将深人到各行各业以至千家万户，成为人们生产、工作、学习和生活中不可缺少的工具和助手。

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