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1、GIS技术概述及其在城市规划中的应用-以某城市片区小学布局分析为例GIS技术概述及其在城市规划中的应用-以某城市片区小学布局分析为例摘要：GIS技术是当今全球流行的空间数据解决分析和管理的一门科学技术，本文对GIS技术的概念和发展历程做了简朴介绍，并概述了GIS技术在社会各方面的应用，特别是在城市规划行业中的应用，最后以某城市片区小学布局分析为例，用实例介绍了GIS技术在城市规划中的一种分析方法并与传统方法做了对比，以体现GIS分析的科学性。GIS技术的推广对平常生活和工作都有重要的意义。关键词：GIS 地理信息系统 城市规划 应用 布局分析 1、研究背景自20世纪60年代以来，随着计算机技术
2、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，地理信息系统（Geographic Information System或 GeoInformation system，GIS）技术也日趋成熟，并且逐渐被人们所结识和接受。近年来，GIS被世界各国普遍重视，特别是1998年初，美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心所作的题为“数字地球-21世纪我们这个星球”的发言中提出的新概念在全球掀起了“数字地球”热，使其中的核心技术GIS更为各国政府所广泛关注。2、GIS简述2.1 GIS概述2.1.1 GIS的定义地理信息系统，有时又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在
3、计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（涉及大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域。GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和解决。GIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和记录分析等）集成在一起。GIS是一个不断发展的概念。GIS之父，Roger Tomlinson（1966)最早提出GIS是全方位分析和操作地理数据的数字系统。之后，许多学者从不同的角度对其进行了定义。目前，国内许多学者更
4、倾向于美国联邦数字地图协调委员会关于GIS的定义：“由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、解决、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。”在英美国家，许多学者提出GIS中的“S”不仅指“System(系统)”，还涉及“Science(科学)”，直泽过来即地理信息科学。意思是在地理信息的结识、应用领域不仅要有信息系统技术，还要有相应的学科。2.1.2 GIS的构成GIS是由硬件、软件、数据、应用环境等要素组成。（1）GIS硬件GIS硬件涉及计算机、输入与输出设备、网络通信设备。运营GIS的计算机可以是个人电脑。也可以是大型的多用户超级计算机。运营
5、GIS的计算机一般需要具有较强运算解决能力的CPU、较大的内存，由于GIS数据解决量大，数据解决复杂。运营于网络环境的GIS还需要服务器、磁带库等。输入设备涉及键盘鼠标、扫描仪、数字化仪等。输出设备涉及计算机屏幕、打印机、绘图仪、光盘、移动存储设备等。网络通信设备将位于不同地点的多个计算机系统连接起来，实现数据的共享和互换，以及功能的互补。这些设备涉及网线、光缆、集线器、路由器、互换机、防火墙等。（2）GIS软件目前，主流的GIS软件都以空间数据库.为引擎，其系统结构通常有三层：界面层、工具层和数据管理层。界面层由图形用户界面和应用程序接口构成；工具层由数据输人输出以及数据解决分析软件构成；数
6、据管理层用于数据存储和管理。对于单用户的GIS系统，上述三层软件以及数据都安装在同一台计算机内。对于多用户基于网络的GIS系统，界面层软件安装在用户的计算机内，数据管理层的软件以及数据则安装在网络上的服务器中，而工具层的软件则通常安装在服务器中。客户端通过界面层软件向服务器索取数据，或请求解决某一问题，服务器上工具层软件和数据管理层软件执行客户端的请求，然后把数据和问题的解决结果反馈给客户端。（3）GIS数据GIS数据是GIS系统的核心内容划密切相关的，整个GIS系统都是围绕GIS数据展开的。和城市规GIS数据涉及地形图、遥感影像图、地质水义植被土壤等资源环境资料、行政区划、人口分布、规划编制
7、成果、地籍、房产、市政和公共设施、规划审批数据、道路交通等。GIS数据的采集和管理是GIS系统中成本最高的一项，需要引起建设单位的特别重视。按照国内外的一般经验，规模较大的实用GIS长期运营成本有着如下关系：硬件成本软件成本应用开发投人初期数据采集成本平常数据维护成本假如对GIS数据的采集和管理成本估计局限性，就会影响GIS效率的发挥，严重的还会导致GIS无法正常运营。（4）GIS方法和GIS人员GIS方法是为解决各种现实问题而提出的各种模型方法。GIS方法是GIS技术产生社会、经济、生态效益的关键所在。GIS人员既涉及受过培训的用于管理维护GISS系统的专业人员，也涉及使用GIS系统的普通工
8、作人员和民众但知识。后者人数众多，需要特别考虑他们的使用需求。前者人数虽少，水平规定较高，加之GIS技术更新迅速，他们需要不断学习。2.2 GIS的发展概述2.2.1 GIS在国际的发展历程GIS概念的提出，要追溯到20世纪50年代。1956年，奥地利测绘部门一方面用计算机建立了地籍数据库，随后各国的土地测绘和管理部门都逐步开发土地信息系统(LIS)，以用于地籍管理。1960年加拿大测绘学家R.T.Tom lison一方面提出了GIS术语，并且建立了世界上第一个GIS加拿大地理信息系统(CGIS)，用于自然资源的管理和规划，这标志着GIS的诞生。进入20世纪70年代，特别是80年代以来，由于计
9、算机硬件和软件技术的飞速发展，推动了GIS技术的发展和推广应用。计算机网络技术的发展，使地理信息的传播时效，得到极大提高。国际著名的GIS专家R.T.Tom lison指出:“假如说70年代是GIS发展的巩固时期，那么， 80年代则是国际上GIS发展具有突破性的年代。”进入20世纪90年代，随着GIS产业的建立和数字化信息产业产品在全世界的普及，GIS应用正以超常的速度进入各行各业。因此有人说，90年代是GIS的用户时代。也就是说，GIS在它诞生的几十年里取得了巨大成功，但其巨大潜力在最近十几年才为人们所结识。据记录，世界上约80%的信息资源与地理位置有关，这引起了整个信息技术(IT)产业界的
10、高度重视。跨越21世纪，Internet/Intranet和Web技术的发展开创了以分布式计算为核心的计算机网络新时代，引起了IT产业的重大变革，极大地推动了人类从后工业社会迈向信息社会的进程。同时Internet上的海量信息资源使GIS观念发生重大变化，给新一代GIS带来了巨大机遇和挑战。2.2.2 GIS在中国的发展历程大约在1970年代中期，“文革”尚未结束，国内就有少数学者接触、尝试计算机地图制图、遥感应用。“文革”结束后，特别是改革开放政策的推行，国际上的研究成果、应用经验逐渐影响国内，地图学、遥感应用、测量工程、自然地理这些专业较早涉及GIS，初期应用（1980年代中-1990年代
11、中）侧重在自然资源、环境、地图制图，但是也有个别外专业学者积极参与到城市规划领域的应用，为规划专业扩展了视野。1994年，中国地理信息系统协会成立，标志着GIS受到各界的广泛重视。进入21世纪，GIS逐步推广，但是和西方发达国家相比，除部分领域有自己的特色，整体应用水平仍然落后。例如：数据供应作为基础设施，离应用的需求差距甚远，GIS专业过度依赖测绘、地图学专业，在社会、经济、人文领域的应用偏弱。3、GIS技术应用概述3.1 GIS在社会各方面的应用有人曾做过记录，在经济建设和平常生活活动所涉及的信息中，有75%-80%的数据是空间数据。目前，以管理空间数据见长的GIS已经在全球变化与监测、军
12、事、资源管理、城市规划、土地管理、环境研究、水利电力、公共设施管理、农林牧业、记录、商业金融灾害预测、交通管理、邮电通讯、测绘、应急、石油石化矿产资源评价、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。以下GIS技术在各自领域内的应用概述：（1）资源管理 (Resource Management) 重要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源（如土地、森林、草场）分布、分级、记录、制图等问题。重要回答“定位”和“模式”两类问题。（2）资源配置 (Resource Configuration)在城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分派、全国范围内能源保障、粮食供应等到机
13、构的在各地的配置等都是资源配置问题。GIS在这类应用中的目的是保证资源的最合理配置和发挥最大效益。（3）城市规划和管理 (Urban Planning and Management)空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的重要内容。例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布、如何保证学校、公共设施、运动场合、服务设施等可以有最大的服务面（城市资源配置问题）等。（4）土地信息系统和地籍管理 (Land Information System and Cadastral Applicaiton)土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许
14、多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完毕这些工作。（5）生态、环境管理与模拟 (Environmental Management and Modeling)区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分派的决策支持、环境与区域可连续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。（6）应急响应 (Emergency Response)解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运送和保障设施的问题。（7）地学研究与应用 (Application in GeoScience)地形分析、流域分析、土地运用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间
15、记录分析、制图等都可以借助地理信息系统工具完毕。（8）商业与市场 (Business and Marketing)商业设施的建立充足考虑其市场潜力。例如大型商场的建立假如不考虑其他商场的分布、待建区周边居民区的分布和人数，建成之后就也许无法达成预期的市场和服务面。有时甚至商场销售的品种和市场定位都必须与待建区的人口结构（年 龄构成、性别构成、文化水平）、消费水平等结合起来考虑。地理信息系统的空间分析和数据库功能可以解决这些问题。房地产开发和销售过程中也可以运用GIS功能进行决策和分析。（9）基础设施管理 (Facilities Management)城市的地上地下基础设施（电信、自来水、道路交
16、通、天然气管线、排污设施、 电力设施等）广泛分布于城市的各个角落、且这些设施明显具有地理参照特性的。它们的管理、记录、汇总都可以借助GIS完毕，并且可以大大提高工作效率。（10）选址分析 (Site Selecting Analysis)根据区域地理环境的特点，综合考虑资源配置、市场潜力、交通条件、地形特性、环境影响等因素，在区域范围内选择最佳位置，是GIS的一个典型应用领域，充足体现了GIS的空间分析功能。（11）(Network System Analysis)建立交通网络、地下管线网络等的计算机模型，研究交通流量、进行交通规则、解决地下管线突发事件（爆管、断路）等应急解决。警务和医疗救护的途径优选、车辆导航等也
