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【關鍵詞】地理信息系統;地理學;地位
地理信息系統(GIS),是一種高技術系統,能夠提供地理研究和預測、規劃的服務,能夠對空間信息進行獲取和處理。雖然地理信息系統的出現僅幾十年的時間,但已經取得了迅猛的發展。本文簡要介紹了地理信息系統,并分析了地理信息系統在地理學中的地位。
1、地理信息系統
1.1地理信息系統的含義和產生
所謂的地理信息系統又稱為又稱為資源與環境信息系統、地理數據系統、空間信息系統、土地信息系統等,是通過計算機硬件和軟件的支持,綜合運用信息科學和系統工程理論,對具有空間內涵的地理數據進行分析綜合與科學管理,從而服務于地理決策、規劃、預測和研究等領域的技術[1]。地理信息系統的基本特征在于其能夠進行空間分析,綜合分析多種信息,分析空間實體間的關系,對區域內的各種過程和現象進行處理。地理信息系統尤其擅長對空間信息進行處理。
上世紀六十年代開始萌發地理信息系統。加拿大學者R.F.Tomlinson等人使用計算機統計森林的分類,并取得了成功。加拿大農業部對其進行了全面的支持,最終將地理數據分析系統研制了出來,并最終命名為加拿大地理信息系統。1968年,地理信息系統正式成為了一個科學術語[2]。
對地理信息系統的定義目前尚無定論,各國科學家眾說紛紜、各持己見。綜合各家的觀點,所有的觀點都認為地理信息系統具有空間數據的處理能力。空間數據指的是行星地球表面以及附近被記錄的所有地理現象,其具有明顯的地理位置特征。空間數據可以用地圖來表示,例如一個公共場所,其作為一個占據一定空間的地域,具有特有的地理坐標,其特性可以通過屬性指標反應出來。地理信息系統具有空間型的特定性質,這是其與其他統計型信息系統的最大區別。地理信息系統的每個數據的編碼的依據都是地理坐標,先對其進行明確的定位,再完成定量的屬性和分類。地理信息系統的獨特標志就是強調對空間數據的處理,當然,這也是地理信息系統的一個技術難點[3]。
1.2地理信息系統的組成
根據美國聯邦數字地圖協調委員(DBMS)會對地理信息系統的分析,地理信息系統的概念框架由五大部分組成,分別為產品顯示和輸出、空間分析和操作、數據庫的產生和數據輸入、數據庫和系統的管理、用戶界面[4]。
地理信息系統的用戶界面的主要功能是地理信息系統的應用版塊、數據庫與應用者之間的交流平臺,其軟件功能主要是對系統和用戶之間的關系進行組織和簡化,包括圖形顯示、幫助顯示和菜單等。
數據庫和系統的管理是一種手段,實現對地理信息系統功能的數據控制。與普通數據庫(DBMS)相較,地理信息系統的數據庫更為復雜,具有布爾運算、刪除和增加等功能。這就意味著其不僅能夠對文字數字數據進行處理,還能夠對圖形數據進行處理。地理信息系統專家M. F. Goodchild就提出,地理信息系統應該能為各種地理要素的查詢提供服務。地理信息系統的數據庫管理系統要能夠聯接起地理實體的變量和屬性與地理坐標信息。
要建立地理信息系統,產生數據庫,其基本操作就是輸入數據,輸入數據本身比較復雜。地理信息系統的軟件系統和硬件系統的費用遠遠少于數據的輸入、預處理和采集的費用。不僅如此,在輸入數據時還要對其進行編碼,將變量和拓撲結構之間的聯接建立起來。
作為空間數據處理的重要工具,地理信息系統及其模塊和子系統都要具備各種工具,例如布爾運算、拓撲分析、空間數據查詢。自動化制圖、圖像處理系統雖然也具備一定的功能,但卻不如地理信息系統的工具復雜和全面。地理信息系統的工具箱能力還將受到模糊數學、人工智能和地理信息系統技術發展的影響,不斷走向智能化。
根據設計要求,地理信息系統可以將各種文字、圖表和地圖信息提供出來,特別是提供新信息。地理信息系統可以疊加各種要素,例如水資源、土地和人口,并向用戶提供與這些要素相關的、具有綜合性的新信息。
作為決策支持系統和管理工具,地理信息系統帶動了地理科技的革命,是一種無形的軟技術。地理信息系統具有旺盛的生命力和廣闊的應用前景,其已經跳出了單純的技術范疇,成為了跨越社會科學和自然科學的綜合性技術。其能夠對空間相關數據進行有效的顯示、模擬、分析、操作、管理和采集,從而滿足復雜的管理和規劃需要。
2、地理信息系統在地理學中的重要地位
地理信息系統是地理學與計算機技術的結合,使用計算機技術對地理問題進行處理,屬于地理學科中的一門邊緣學科。地理學是一門復雜的學科,對社會有著深遠的影響,當前社會出現的環境、資源、人口等問題都對地理學提出了更高的要求。現代地理學的一個重要發展方向就是結合新技術,從而產生邊緣性應用學科,例如地理信息技術和遙感技術等。現代地理學可以分為三個分支:技術地理學、實驗地理學和理論地理學,地理信息系統屬于技術地理學。
在地理學的發展中,地理信息系統是一次巨大的飛躍,是地理學中新技術手段和思想的應用,突破了原有的地理學研究方法。與此同時地理信息系統也離不開地理學這個理論依托,二者相互依存。如果沒有地理背景或地理學,計算機對空間數據的處理就毫無意義;如果沒有地理學模型,地理信息系統也難以建立。
地圖作為一種傳統的空間信息載體,很多因素都會對地圖的地理信息造成限制。首先,通過人工來提取地圖數據,在圖形要素的計量和量算方面都存在很大的限制。其次,每一張地圖都只能記載和描述有限的地理信息。人對于地圖信息的記憶能力也是有限的。傳統的圖層疊加具有加大的局限性。地理信息系統與遙感密不可分,包括了空間信息和地理 要素,能夠將定量、定性和定位的數據提供出來。地理信息系統還可以為遙感提供輔助數據,對其最高分辨力和信息量進行最大程度的利用。從野外考察中獲得的遙感數據、原始資料可以與地理信息系統相結合,使遙感圖像具有更高的解譯和處理精度。而系統中數據的精度和適時性也會對地理信息系統的應用起到了支持作用。
地理學受到了地理信息系統的巨大影響,地理信息系統是一個現代化的地理技術工具,推動了地理學的定性描述向定量分析的轉變,使地理學的單系統發展成為復雜系統。對于地理學而言,地理信息系統既是機遇又是挑戰,能夠有效的推動地理學的發展,提高了信息評價、處理和采集的能力。
結 語:雖然,地理信息系統只是一種工具和技術,地理信息系統卻給地理學帶來了巨大的發展和變化。當前地理信息系統已經取得了長足的發展,隨著計算機技術的迅速發展,地理信息系統在未來必然會發揮更大的作用。與此同時,地理信息系統和空間分析之間還沒有建立起有效的溝通,空間分析技術的發展較為滯后,對地理信息系統的應用設計造成了一定的阻礙,這也是未來地理信息系統的發展方向。
參考文獻
[1] 董廷旭. 《地理信息系統》實施素質教育的對策研究[J]. 綿陽師范學院學報. 2014(02)
[關鍵詞]地理信息技術 綜合圖解 存儲和顯示 編制 評判
地理信息技術的內涵主要包括三個方面:地理信息系統(GIS )、遙感(RS)、全球定位系統(GPS ),三者有機結合,即被稱為“3S”。
地理信息技術是研究地理教學的一種現代化技術工具。GIS可以使呆板、靜止的數據、圖形變得形象生動,直觀可視;可以使運動的場景,變化的數據,統計圖、分析表靈活轉換;可以使教育教學資源得到盤活共享,方便檢索,分析查尋;這一切都便于教師去創設情景,開展教學,學生的學習興趣當然非常濃厚。地理信息技術所展示的科技含量高的RS遙感圖片,GIS不同圖層的對比分析,GPS的準確定位,對學生來說吸引力也是非常大的。具體探究一下地理信息技術在地理教學中的應用主要表現在以下幾方面。
一、用于綜合圖解地理分布現象
地理教學能力培養的第一個方面就是培養學生閱讀、填繪、分析地圖的能力,而且地理教學問題中有關地理分布的知識隨處可見。以往的教學手段是運用教學掛圖、課本附圖以及復合投影片來講授地理分布知識。教學掛圖在一定程度上可以深化教學目的,但是在使用上會占用一定的空間,給教師板書帶來不便。復合投影片的使用較教學掛圖方式稍方便一些,但教師需要在課前花費大量時間制作和維護投影片。而運用地理信息系統制作的針對性非常強的課件,通過計算機與大屏幕投影來講解,效果就好得多。
用地理信息系統技術制作的相應課件具有以下優點:
1.圖形比投影片更準確,比掛圖更清晰。特別是地圖注記和符號規范、清晰、易讀。
2.可以復合疊加呈現,并可以靈活地動態顯示。既可以像復合投影片一樣一張張顯示,還可以用幾個圈層分繪組成一張綜合的地理事物的分布圖。
3.易于存儲。計算機以數字方式存儲信息,不會損壞。教師能夠節省出更多時間更好地設計課堂教學過程。
4.可以把分布圖與信息數字結合起來,給學生以量的概念。
例如,世界洋流分布與世界四大漁場。洋流可以用紅、藍兩色分別表示暖流和寒流,并可實現動態演示。在流動的寒、暖流匯合處形成漁場,同時通過標注與其相關的文字、數字信息。學生既可以形象直觀的理解漁場的形成、漁場的位置,又可以獲得豐富的資料。
二、用于地理數據的存儲和圖形化顯示
地理教學中常涉及到很多地理的數字信息,如世界主要國家小麥產量、世界七大儲油區的石油產量等。以往采用繪制投影片或掛圖,以柱狀圖、折線圖的方式進行表示。使用地理信息系統處理、顯示地理數據具備簡便、準確、多樣化等特點。
1.簡便。減輕教師工作量。無論是制作投影片還是畫板圖都可減輕教師的工作負擔。
2.準確。計算機處理數據準確,顯示圖形標準,給學生以正確的量的對比。
3.多樣化。不僅可以以柱狀圖、折線圖的方式顯示,還可以以餅狀圖、三維立體圖等多種方式顯示地理數據,而且可以實現各種顯示圖的相互轉化,使學生可以更多的掌握地理基本技能。并且地理數據可以與地理分布圖相結合創建相應的專題地圖,把單調、空洞的數據空間化。
三、用于示意圖的動態演示和模擬動畫演示
這一部分功能主要體現在自然地理的教學中,如地球的運動、地球的水循環、褶皺與斷層、大陸漂移與板塊構造、大氣環流、鋒面與大氣、氣旋與反氣旋等。這些知識反映了空間現象的基本原理,用一般方法和平面靜止圖進行教學對學生的理解有一定難度。而地理信息系統動態演示功能則可以實現地理現象的模擬演示,使學生獲得更形象化的認識,起到突破難點的作用。如大氣環流:三圈環流的位置、流向、強弱、帶來的天氣等,都可以用地理信息系統的動態演示功能,形象地為學生講解。
四、用于課堂練習題的編制和成績的評判
用地理信息系統將課堂練習穿插于講課之中,隨講隨練,起到輔助教學的作用。尤其是一些人機交互性較強的地理信息系統軟件,對提高學生學習興趣更有很大幫助。用計算機評判學習成績公平、快速,沒有人為因素的干擾。并可根據成績循序漸進安排學習,達到教與學雙向溝通的目的。
例如,講授中國行政區劃時,用地理信息系統技術編制一套練習,讓學生隨堂進行,檢測課堂教學效果。讓學生填注行政區劃的名稱、簡稱、省會等,起到鞏固課堂教學的作用。可以增強人機交互性,還可配以相應的畫面、窗口或聲音提示填注是否正確。同時,可以通過計算機對成績進行評判,使教師很快得到反饋。用計算機配以大屏幕投影設備可以代替板書。教師備課直接用計算機進行,對教學中涉及到的知識內容進行合理設計、巧妙安排。在課堂上,教師可以根據需要直接使用,可以根據實際情況調節字體、字號、設置背景圖案、調節明暗程度等,以適合學生具體情況,并可為學生營造更好的學習環境。
五、用于豐富和深化課堂教學內容,擴大學生知識面
隨著中國經濟的迅速發展和人民生活水平的迅速提高,人民對所居住的房子提出了更高的要求,于是“智能建筑”將成為未來城市建筑發展的主流;另一方面,“智能建筑”以及住宅小區的“智能化”也是社會信息化的必然趨勢,把當代科學技術應用于住宅產業,旨在改善住宅功能,優化居住環境,提高居民的生活質量,真正實現建筑行業綠色環保和可持續發展的要求。計算機技術、現代通信技術、自動化控制技術等技術的迅速發展,為“智能建筑”的實現提供了必要的技術支持,特別是地理信息系統(GIS)的高速發展和地理信息系統軟件社會化程度的日益提高,提高了智能建筑的系統管理功能。智能小區是智能建筑基礎上擴展和延伸出來的,人們通過對小區建筑群的四個基本要素(結構、系統、服務、管理)進行優化考慮,提供一個高效、舒適、溫馨、便利以及安全的人居環境。為適應我國加快住宅建設發展,增強住宅建設的科技含量的要求,實現真正智能、綠色環保的要求,需要從開始的設計規劃到最后的房屋裝飾都需要地理信息系統這,主要從事地理信息系統,計算機輔助設計,勘測設計一體化以及智能交通系統教學與研究。一強大的工具。
地理信息系統,從上世紀到現在已有四十余年的發展史,簡稱GIS(GeographInformationSystem),是計算機科學、地理學、測量學、地圖學等多門學科綜合的邊緣學科,是指由計算機軟硬件系統、地理數據和用戶組成的,通過對相關數據進行采集、存儲、檢索、操作、分析和建模,生成并輸出各種地理信息,從而為土地利用、資源管理、環境監測、交通運輸、經濟建設、城市規劃以及政府各部門行政管理提供新的知識,為工程設計、規劃、管理決策等服務。簡言之,就是把對象的空間屬性與它的空間位置聯系起來進行空間查詢和分析,從而實現資源的有效管理和配置。WebGIS即通常所說的萬維網GIS,是GIS技術與萬維網技術的有機結合,是Internet或In-tranet的環境下的一種傳輸、存儲、處理、分析、顯示與應用地理空間信息的地理信息系統,他使得GIS的各項功能不在局限于單機和局部的計算機網絡,而是擴展到更加廣闊的范圍。目前智能建筑行業的專家和技術人員、研究人員充分認識的GIS特別是WebGIS的強大功能,紛紛將GIS應用于智能建筑的各個方面,采用GIS新技術和新方法來研究和管理城市建筑行業的某一方面已經形成共識,如用于辦公自動化、物業管理、建筑社保自動化管理系統等問題,但是用WebGIS把相關的功能進行整合和集成,形成基于WebGIS的智能建筑管理信息系統卻是一個嶄新的課題。通過網絡GIS把智能建筑的相關功能整合在一起將大大提高其管理的效率,降低相關成本,提高分析模擬能力,具有傳統方法無法比擬的優越性!
2目前研究動態和存在問題隨著國家對智能建筑的重視,我國的智能建筑行業取得了很大的發展,如自從1997年10月國家建設部頒布了我國智能建筑領域的第一個法規性文件,即建設部建設[1997]290號文《建筑智能化系統工程設計管理暫行規定》之后,實行了市場準入制度,出臺了中國《智能建筑設計標準》國標,我國智能建筑的發展已走上規范有序的軌道。
2.1智能建筑目前的研究動態智能化是一種擬人化的稱呼,它不是智能化系統的簡單堆砌,也不是意味著生活的“自動化”,更不是最新、最先進系統及產品的試驗場。具體地說,“智能化”在住宅小區中主要是體現在以下三個方面:(1)提供方便、快捷、經濟的信息通信服務:應用計算機網絡技術和通信技術,建立小區內的高速數據通信網絡,適應信息時代人們多樣化的信息通信需要。(2)創造安全、舒適的居住環境:應用現代安全防范技術,建立小區必要的安全防范體系,同時綜合應用各種現代技術手段,營造一個安全舒適的“居住”環境。(3)建立高效、科學、便利的物業管理體系:應用計算機網絡技術、軟件技術、現代控制技術和IC卡等技術建立網絡化''''智能化的物業管理系統。
2.2目前智能建筑中存在的問題要真正實現智能建筑以及智能小區的要求以及符合WTO的規則和相關的國際標準,要真正全面提高我國智能化建筑技術發展管理的總體水平,還存在很多問題。(1)小區“智能建筑”的設計不科學“智能建筑”應該根據小區的特定條件,包括小區的規模和檔次、配套設施、建筑布局、用戶對象和投資情況等因素綜合考慮,從實際出發,適度超前,以實用為目的,選擇適合小區實際需要的系統和功能,即“量體裁衣”。但目前有些小區的“智能建筑”整體設計不科學。(2)智能建筑的施工不夠規范“智能建筑”不僅僅是科學的設計,規范的施工同樣重要,規范的實施包括確定合適的集成商及供貨商,制定分步實施步驟,規范的施工組織計劃和安裝、調試、試運行、測試、驗收程序等。(3)“智能建筑”的規范化和智能化管理得不到保證小區或建筑的智能化不僅應當是設計、施工、控制的智能化,更多的應當是交付使用后長期管理和服務的智能化。例如,小區的管道出現破損需要迅速的找到發生破壞的管道進行更換;小區的網絡發生故障也應當迅速的找到發生故障的區域等等。總之,智能建筑是系統工程,從智能化設計開始,經過建筑單位的土建施工、土建施工竣工后電氣化施工、然后是小區的管道、信息網絡的鋪設、最后交付使用后小區的智能化管理和服務等都是獨立的施工與管理,缺少對系統相關數據的統一管理是目前“智能建筑”中存在的最大問題。
2.3解決方案針對前面提到目前在智能建筑和智能小區開發中存在的問題,我們可以通過開發基于網絡GIS開發智能建筑管理信息系統來有效解決這些問題:其一,地理信息系統通過對空間數據和屬性數據通過建立地理空間數據庫來統一管理相關數據和元數據,這樣所有的數據都來自規范的地理空間數據庫,使數據正確有效,規范管理;其二,由于相關的工程圖紙和設計施工圖紙一般是AutoCAD繪制的設計圖,這些矢量數據可以通過相關的GIS軟件進行轉化成GIS中容易使用的柵格數據和矢量數據,便于進行GIS的相關運算,如:路徑分析、地址匹配、拓撲疊加等等;其三,基于網絡地理信息系統(WebGIS)開發的智能建筑管理信息系統使對信息的管理不僅涉及一棟建筑,它可以覆蓋整個小區甚至可以成為城市管理信息系統的一部分,為城市規劃、交通規劃等提供必要的數據和信息;其四,基于網絡地理信息系統(WebGIS)開發的智能建筑管理信息系統使業主可以通過客戶端與物業進行信息交換,物業公司可以通過系統來受理業主提出的服務要求,也可以通過系統查詢數據及時提供服務。
2.4實施方案的軟硬件設施硬件:小區局域網、配置良好的電腦。軟件:MapInfo、AutoCAD、SQLserver2000、MapX5.0等專業軟件。操作系統:WindowsXP;相關網絡協議。資料和數據:建筑相關工程圖和設計圖以及其它各類圖紙資料等。現有的硬件配置與軟件條件能基本滿足設計系統開發的需要。
3基于WebGIS開發的智能建筑管理信息系統
3.1系統的總體架構根據信息平臺的一般架構,結合考慮“智能建筑”的具體要求,一般來說系統可采用三層體系結構:(1)客戶端。指的是信息平臺的用戶主體,包括設計單位、施工單位、物業公司、業主以及政府相關部門等。具體的服務對象由系統的建設者決定。(2)應用服務層。基于網絡地理信息系統(WebGIS)開發的智能建筑管理信息系統運用GIS軟件功能對設計圖紙進行轉化,將這些原始數據以規定的格式返回,再通過對數據進行分類、抽取、挖掘和融合等處理來滿足不同時期不同用戶的需求。(3)數據管理層。數據管理層也即服務器端,存儲系統所需的基礎數據,提供平臺與各子系統之間的信息接口。
3.2系統設計方案通過閱讀各種資料和文獻,提出如下設計方案:基于網絡地理信息系統(WebGIS)的智能建筑管理信息系統是一個應用地理信息系統,它的開發是根據建筑的各種數據都和其地理位置具有很大關系,因此把GIS應用于智能建筑是明智之舉,也是必須的。另外,由于智能建筑從開始設計到土建施工、電氣化施工等涉及很多單位,一個單位也可能涉及好多的建筑工程數據和圖紙,同時,這些數據經過不同單位的使用,數據發生了較大的變化,精度和準確性都有所降低,因此采用網絡地理信息系統來實現對“智能建筑”相關元數據的管理就是大勢所趨!本系統主要分為如下幾個模塊:(1)智能建筑綜合布線設計模塊;(2)智能建筑土建設計、施工、管理模塊;(3)智能建筑的電氣化施工管理模塊;(4)智能建筑的小區物業管理模塊;以上模塊充分利用地理信息系統強大的空間數據和矢量數據的管理功能,分析功能,查詢功能等等,把分散的數據組成一個系統將更加方便管理,提高管理的效率。
3.3系統的開發思路基于網絡地理信息系統(WebGIS)的“智能建筑管理信息系統”采用“從上到下”的設計,“從下到上”施工的方案進行開發,這樣不僅可以更好的貫徹管理部門的目標、對象和戰略,確定需要那些功能來保證目標的完成,從而劃分相應的子系統,并進行相應的分析和設計;“從上到下”的優點是整體性、邏輯性強,為了彌補其應工作量太大而影響具體細節的考慮,因開發周期拉長影響系統的使用,增加開發費用的不足,采用“從下到上”的開發路線,可以邊開發、邊實施、邊見效,這樣更符合“智能建筑”的習慣和更能提高“智能建筑”效率。
一、房地產信息管理系統的開發與設計方案
1.房地產信息管理系統的設計與開發目標在城市電子地圖的基礎上,從房地產信息的基本特征入手,探索可行的數據存儲結構,可以將房地產普查信息存儲到數據庫中,實現對房地產信息的集中統一化管理,在房地產企業中,房地產信息管理系統是企業實現主動化辦公的重要組成部分。這一系統的建立用于對房地產資料進行查詢和檢索,并提供直接查詢、條件查詢、統計分析以及制作各種專題圖等功能,系統可以將查詢結果以圖、文、表并茂的形式進行詳細展示,使信息更為直觀和清晰。
2.房地產信息管理系統的軟件開發平臺房地產信息可以分為兩類,一類是表示房子的位置、周邊環境等房地產本身的信息,在這些信息中還包含房地產的空間分布數據,另一類是表示房地產的功能、建設日期等屬性信息。房地產信息具有顯著的空間分布特征,在地理信息系統平臺上構建房地產信息管理系統可以更好的對房地產信息進行準確的描繪,同時可以建立房地產信息之間的空間分布關系,實現空間分析的功能。地理信息系統,簡稱GIS,是在計算機硬件、軟件的支持下,運用系統工程和信息科學的理論,科學管理和綜合分析具有空間內涵的地理數據,以提供對規劃、管理、決策和研究所需信息的技術系統,其中,動態更新和空間分析是地理信息系統最為顯著的功能。地理信息會隨著時間發生變化,利用地理信息系統的動態更新功能,可以對特殊信息進行提取,并實現對信息的及時更新,利用地理信息系統的空間分析功能,可以建立起各種信息之間的空間相關關系。在開發工具方面,MapInfo以其操作簡單,漢化程度高等優點在中國得以廣泛使用,構建房地產信息管理系統時使用MapInfo作為地理信息系統平臺,采用VB編程可以降低開發成本,并便于用于操作。
3.房地產信息管理系統的開發技術近些年,組件式開發是一大技術熱點,這種開發技術可以顯著提高軟件的開發和生產效率,組件式GIS就是將已有的巨型GIS分解為若干可互操作的自我管理、互相獨立的組件,包括數據管理組件、空間查詢組件、數據獲取組件、主題制圖組件和顯示組件等,軟件開發者只需要用這些組件進行應用軟件的組裝,便可以實現相應的功能。采用基于組件的方式來開發地理信息系統,具有靈活方便,嵌入性好,功能強大的特點,可以有效減少網絡傳輸的負擔,實現了獲取和管理多數據源數據等功能,還可以很好的減少系統的體積,降低開發難度,使開發更為靈活和便捷,此外,由于GIS組件良好的嵌入性,軟件開發更為簡單,也可以顯著降低開發成本,目前,組件式GIS已經成為GIS發展的重要方向之一。
4.房地產信息管理系統的開發策略在GIS平臺上開發房地產信息管理系統要注意以下四點:一是從人性化角度出發,提供友好的用戶界面,并不斷降低用戶的操作難度。二是加強地理信息與計算機圖像以及多媒體技術的結合,使信息顯示更為準確和豐富。三是在實現數據管理能力的同時,實現對空間數據的管理功能。四是使數據格式標準化。
二、房地產信息管理系統的組成以及功能結構
基于地理信息系統平臺構建的房地產信息管理系統主要包括以下幾個部分:信息查詢模塊、系統維護模塊、統計分析模塊、地圖操作模塊、專題圖模塊、視頻信息模塊、全景圖模塊等。信息查詢模塊的主要功能是在電子地圖上分級顯示房地產信息,并實現對房地產信息的查詢以及圖形和屬性數據的交互查詢等功能;系統維護模塊的主要功能是對基礎數據庫進行維護,并對房地產信息進行查詢和修改等;統計分析模塊和專題圖模塊的主要功能是對基礎數據進行統計和匯總,然后運用文字、表格、圖像等對統計信息進行直觀的反映,并制作各類統計報表與專題圖;視頻信息模塊的主要功能是針對典型的地段,進行全景圖顯示,同時播放相關的視頻信息;全景圖模塊可以實現鷹眼功能,同時為地圖的各項操作提供便利。
三、房地產信息管理系統實現的關鍵技術
1.空間信息與屬性數據庫在地理信息系統中,所操作的只能是實體的數據,它們都有描述其質量、數量、時間特征的屬性數據,也有其非屬性的數據———空間數據,即以點、線、面方式編碼并以(X,Y)坐標串儲存管理的離散型空間數據,或者以一些列柵格單元表達的連續型空間數據。地理實體數據的最根本特點是每一個數據都按統一的地理坐標進行編碼,實現對其定位、定性、定量和拓撲關系的描述,每一個坐標編碼都代表著房地產的位置信息,而屬性數據則是描述空間數據特征的數據,因此在系統設計中,為了提高信息處理的靈活性,可以將兩種數據分開存儲,空間數據以文件的形式儲存在特定的目錄下,它的每一個地物都對應著一個唯一的標識碼,屬性數據存儲在屬性表中。屬性數據庫是一種關系型數據庫,用來存儲和管理屬性數據,為了實現空間數據和屬性數據庫之間的關聯,可以采用數據捆綁的方式。
2.多媒體信息為了更好的展現一些主要地段的房地產信息,設計者在房地產信息管理系統中,將空間信息和多媒體技術與信息管理系統進行了融合,設計了全景圖模塊和視頻信息播放模塊。為了實現這一功能,設計者先讓系統獲取對象的屬性,然后在系統中搜索圖像以及視頻資料,并隨之調用視頻播放程序或者全景圖瀏覽程序。
3.全景圖房地產信息管理系統為了更好的展示房地產信息,對某些關鍵地段提供了全景圖顯示的功能,這些全景圖的制作是先利用數碼相機獲得該地段的獨立影像,再結合計算機圖像技術生成全景圖像,因此用戶可以在電子地圖上點擊觀看全景圖,此外還可以進一步引入全景俯視導航圖,避免用戶觀看時迷失方向。
四、結語
關鍵詞:GIS教學;民族師范院校;地理專業;產學研;改革
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1003-4374(2016)06-0054-03
地理信息系統(Geo-Information system)既是師范院校的一個專業(地理信息科學),也是現代地理學發展的一門延伸交叉技術[1]。我國現有160余所高校開設該專業,隨著國家信息產業化的發展以及國內從事GIS開發的高科技企業的增多,GIS產業發展潛力巨大。GIS與地理學關系緊密,是計算機時代下地理學的新發展,是信息化的地理學,將地理地物計算機化后輸入數據庫,再把數據庫的內容反映到電子地圖上,可將傳統地理信息應用到信息科技設備系統中去的數據庫技術[2]。地理學為GIS提供了有關空間分析的基本方法,是GIS的基礎理論依托;GIS也為地理問題的解決提供了信息時代的技術手段。因此,師范院校的地理教育專業中開設GIS相關課程成為必然。
阿壩師范學院(以下簡稱“學院”)為災后重建學校,2006年秋才創辦地理教育專業。目前雖師資還較薄弱,但始終注重理論與實踐并重,除了必要的實驗實習外,還開設了計算機以及GIS相關課程。由于學院地理教育是專科辦學為主的特點及學生是文理兼收,因此數學、計算機、專業課基礎等起點有所差異。在近幾年的教學實踐中,學生普遍反映學習GIS理論、操作軟件困難和學習枯燥等問題。為此,筆者針對地理教育專業GIS課程的教學模式、組織學習實踐、課程考核等方式進行初步研判,以不斷提高學生的學習GIS興趣以及實際操作能力。
1 民族師范院校地理教育專業的GIS教學
面對就業競爭壓力,高校地理學教育在保持傳統的基礎上必須創新。措施之一就是在地理科學與計算機科學的框架下,構建地理學教學新體系[3]。GIS是地理學發展的前沿,是高校教育新常態下的必然選擇,也是傳統地理學復興的一把鑰匙[4]。阿壩師范學院作為一所川西民族地區的師范院校,由于學校地理位置偏僻、信息相對閉塞、管理經驗相對落后等條件所限,目前我學院地理專業的GIS教學有以下幾個特點:
1.1 學生專業基礎不同
地理信息科學專業不僅要求學生既具有地理學的專業基礎知識,如自然地理學、中國地理、地圖學、大地測量學;還要有過硬的計算機技術知識,如數據結構、網絡技術、數據庫技術、計算機地圖制圖等知識;同時對數學基礎、建模水平要求也較高。而非GIS專業的同學顯然計算機水平沒這么扎實,尤其對于地理教育專業學生而言。阿壩師范學院地理專業文理兼收,每年招生的文理生比例達到了5:1,男生女生比例可以(刪除可以)達到1:3,以女生居多。這樣也出現了學生的整體數學和計算機基礎較差的現狀;通過幾年調查顯示,大部分學生的計算機水平只達到國家一級,只有不超過5%的同學可以拿到了計算機國家二級證書。這與開設計算機課程不多有關,目前只開設了計算機基礎課和C語言課程,導致了學生繼續學習計算機相關課程的動力不夠,學生對GIS中的數據結構、數據庫組織架構等知識知之甚少,缺乏共鳴。故學生上課學習出現走神、無聊等現象。
1.2 R到逃目標不同
學科定位決定了師生對學科知識的理解和應用。地理信息科學專業主要要求學生掌握地理信息系統、地圖學、測繪及遙感技術等方面的基本技能,參加相關GIS研究和技術開發方面的基本實訓、比賽訓練,具備地理信息采集與處理、系統設計與開發的基本技能及初步的研究和管理能力。而阿壩師院學院地理教育專業立足民族地區人才培養的實際,要求學生掌握地理及其相關學科基礎理論和基本知識,掌握地理調查、定量觀測、實驗綜合分析方法及了解地理信息系統技術、現代教育理論和基本教育技能,熟悉中學地理教材,成為適應現代教育發展,具有教學科研能力的中小學地理教師。
1.3 GIS學科建設薄弱
學院地理專業從事GIS研究應用的教師還很少,加之偏重于理論研究,實際研究相對不夠,產學研不能很好得結合。GIS涉及到從現實地物到數字數據的抽象過程[5],尤其是GIS概論課,圍繞著空間數據結構、拓撲編碼、空間分析等基本算法和原理,內容尤其抽象。由于學院學生學識基礎較薄弱,導致學生覺得教學內容乏味、枯燥、深奧、難以理解等問題,學習困難。在對ARCGIS、MAPINFO等軟件的學習操作中,很多學生都是第一次接觸GIS體系,課程教學學生處于被動接受的狀態,不能很好的透徹理解GIS理論,GIS上機實踐更是難上加難,很多學生萌發了退縮的念頭,主觀能動性不足,嚴重影響教學進度和質量。
2 民族地區師范院校地理教育專業GIS教學的發展建議
對于非GIS專業的學習者而言,GIS知識入門非常重要,為今后有計劃的實踐應用打基礎。地理教育專業中的GIS課程設置不可或缺。怎樣提高地理教育專業學生學習GIS的興趣和主動性?筆者就GIS課程的教學內容組織、教學模式、實驗室發展等因子進行了探討。
2.1 靈活多樣的教學形式
問卷調查顯示,91%的同學都認為GIS課程的開設很有必要。無論對專業建設發展還是對教師素質發展都有很大幫助。同時,幾乎100%的同學反應教學內容單一、苦澀難懂。如何把晦澀的GIS理論講得通俗易懂,提高學生學習動力,是教學改進的目標。為此,筆者首先重新組織教學內容順序和精簡教學內容。選用教材是黃杏元老師主編的《地理信息系統概論》,其對于專科地理教育專業學生而言稍顯困難。比如在講緒論部分時,為了更好的讓同學們接受和理解GIS,可把教學內容分為為什么是GIS;GIS有哪幾部分組成;GIS能干什么;如何實現GIS;GIS歷史淵源等幾部分知識塊,這樣教學效果比原來要強很多。由于本書涉及很多數據庫知識,而學生幾乎沒有這方面基礎,故在講課時只講解數據庫的個別概念和語法涵義,尤其是在上機操作中要用到的語法。
采用靈活多變的教學形式,可以提高課堂效率[6]。例如采用與實際生活相關的實例來舉證GIS的應用。利用谷歌地圖等軟件來查找阿壩師院位置、路徑查詢等方式來讓學生切實感受到電子地圖開發的功能和價值。結合教師個人工作經歷以及科研項目,介紹一些GIS應用案例,GIS系統開發的過程,使學生切實體會到GIS的功能和宏觀把握。通過開展小組討論式教學,加強學生自我學習能力的培養。通過論壇學習、答疑平臺交流等方式,讓學生分小組去完成每周的GIS作業,激發學生學習的興趣。
2.2 更新完善實驗室教學條件,建立適宜的實踐教學體系
GIS是一門實踐性很強的技術。為了更好地提高學生理解和應用能力,在學院的關心支持下,地理專業建立了GIS實驗室(機房),以更有助于學生學習了解GIS軟件的操作和應用,提高動手能力。通過這幾年對地理信息系統實驗室的持續建設,初步構建了一個地理信息系統實踐教學平臺,為地理教育人才培養模式添加了新的內涵,對地理教育專業學生將地理知識與現代先進技術結合的技能的掌握發揮了重要作用。在GIS實驗課程的設計方面,強調實驗教學緊扣理論教學實踐,主要開設的實驗項目如下。
2.3 調整課程學習評價標準
以《地理信息系統概論》為例,在保證課程教學質量的同時,結合學生實際特點設定合理的課程學習評價標準,更好地達到教學大綱要求。針對學生GIS理論基礎薄弱,相關基礎課程,如數據庫技術、C語言等課程開設少的實際,本門課程制定了以淡化理論算法,強化上機操作能力和分析能力培養為內涵的課程學習評價體系。將期末上機考試成績占課程總成績的比例定為60%,平時學習成績(包含考勤、上課表現、期中理論知識測驗成績)占課程總成績的比例定為40%。其中理論知識測驗除了檢驗學過的基本概念的理解之外,還設計了上機案例操作分析等知識點。這樣學生既了解了GIS相關理論也學到了一些GIS軟件的操作技能。
2.4 與企業合辦合建GIS實驗室
在未來幾年的本科教學中,計劃在大二下學期分兩個側重方向:一個側重于師范教育;一個側重于技術應用。為了提高教學質量,以企業(社會)需求為導向,培養多層次的實用性GIS人才,積極爭取與全國知名的武大吉奧信息技術有限公司共同建立“武大吉奧GIS實驗室”,借力武大吉奧的MAPGIS軟件以及強大的技術支持建設實驗室建設。通過實驗室的建設,提高教學質量,增強學生的二次開發能力,逐步完善從人才需求、人才培養、人才服務、就業、職業提升、到產業促進的循環發展,并為爭取地方科研項目打下堅實基礎。為保障GIS實驗室教學與科研工作的順利進行,積極促進科技成果的應用,學院將充分利用武大吉奧公司提供的系列技術服務支持。此外,派師生到武大吉奧參加吉奧之星系列軟件的使用和二次開發培訓;安排教師承接有類似應用項目,協助指導項目開發實施;每學年擇優安排2~3名優秀學生到武大吉奧公司實習,以便接觸實際的社會工作環境,將學校的理論知識與企業的實踐相結合,更好的完成學校到企業的過渡。
2.5 加大師資隊伍建設,推進產學研相結合
加大師資建設投入,成立一支專業素質較高、教學經驗豐富的專業隊伍。圍繞特色專業建設需要,積極創造教師的學習交流機會,不斷擴充老師的專業視野和技能,建設一支以學術帶頭人為骨干,教學和科研綜合水平高、結構合理的教師隊伍。鼓勵教師根據教育培養目標積極開展有針對性的教學科研。鑒于GIS實踐性很強特點,教學中要做到“四懂三會”(懂原理、懂構造、懂性能、懂用途、會操作、會保養、會排除基本故障),且要有較強的責任心,積極參與到設備的管理工作中去,真正做到實驗室硬件設備與“軟件”管理及使用相配套。借助國家藏羌彝文化產業走廊戰略建設機遇,堅持課題研究服務地方經濟為主策略,利用實驗室科研條件研究該走廊的自然災害防治、長江上游植被變遷歷史地理、土地利用規劃、旅游地理建設等方面等科研內容,帶動師生科研教學的更好開展,并為這一地區發展提供科學的參考依據,服務地方經濟,把民族地區的資源優勢化為產業優勢。
3 小結
GIS科學在現代地理學教育中具有重要的理論應用、實踐價值,在用型新人才培養模式下,開設GIS相關課程對于師范院校地理專業學生非常重要。為了適應新時期新常態下人才培養的需要,學院將在堅持做好地理教育專業的師范性特色教育的同時,加大前沿技術的學習和實踐,更好地承載四川民族地區教師培養培訓、地區發展等重大任務。
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關鍵詞:地方高校;轉型發展;地理科學;GIS技能;四維一體
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)32-0269-02
隨著計算機科學與技術、地理科學、測繪科學等相關學科的發展,地理信息系統(Geographical Information System,GIS)作為對空間信息進行采集、存儲、管理、分析、可視化以及的技術和工具,受到廣泛的重視,發展迅速。GIS技能的培養對于地理科學專業學生掌握現代地理學研究方法和手段,解決地理學相關問題,提供了良好的專業素養和專業基礎,對地理科學專業應用型人才培養,具有重要的意義。
一、研究背景及意義
黨的十報告提出要加快發展現代職業教育,推動高等教育內涵式發展。十八屆三中全會決定提出,要深化教育領域綜合改革,加快現代職業教育體系建設,深化產教融合、校企合作,培養高素質勞動者和技能型人才。根據教育部對新建地方本科院校進行分類管理和構建高等教育職教體系的戰略部署,貴州工程應用技術學院結合貴州省、畢節試驗區產業結構調整與發展需要和學校實際,由單一的傳統類師范院校向多科型應用技術大學轉型發展。
作為傳統師范類專業的地理科學專業,在此背景下,如何培養適應地方經濟社會發展所需的地理科學類高級應用型技術人才,是地理科學專業轉型發展所必須回答的問題。本文以貴州工程應用技術學院為例,探討了傳統地方高師類院校地理科學專業學生GIS技能培養教學改革,為地方高校轉型發展中地理科學專業轉型發展提供了思路和參考。
二、地方高校轉型發展中地理科學專業GIS技能培養現狀分析
在地方高校轉型發展中,貴州工程應用技術學院與其他轉型發展中的地方高校一樣,存在著諸多問題。主要體現在以下幾個方面。
1.師資隊伍整體水平不高,結構不合理問題較為突出。我校地理科學專業自1990年開始籌建,1993年開辦地理教育專科專業,2006年開辦地理科學本科專業。本科辦學時間短,其中負責GIS課程教學的專任教師兩人,且均為中級職稱,由于我校地理科學專業一直致力為地方培養地理教育工作者,對于GIS技能的培養重視不夠,學生掌握GIS技能,解決地理學相關問題的能力還相對比較薄弱。
2.學生基礎差、底子薄,缺乏學習的主動性和自覺性。我校地理科學專業學生85%來自貴州省畢節市,另有10%左右來自貴州省其他地州市。由于畢節地處烏蒙山區集中連片特困地區,基礎教育較為薄弱,學生對于現代信息技術掌握水平較低。而GIS技能的培養依托計算機應用能力,而學生計算機應用能力較弱,又打消了學生學習的主動性和自覺性。學生信息技術能力的短板制約了學生GIS技能的提高。
3.教學儀器設備不足,課程體系不夠完整。目前我校地理信息系統實驗室教學設備主要是計算機以及相關專業軟件。其中2010年得到中央財政支持新購置實驗用計算機45臺,其他如工程掃描儀、繪圖儀、全站儀等設備均購置于2003年前后,設備較為老舊,部分已不能使用。對于地理科學專業學生來說,GIS課程一般開設于第五學期,作為GIS的前期課程和后續課程大部分以選修課形式開出,部分學生避難就易,導致GIS課程不能很好地與其他課程形成良好的學科體系。學生在學習過程中,往往只是學習了GIS基礎課程,不能很好地將其應用于解決地理科學問題。
4.考核機制不健全,與社會應用相脫節,無法學以致用。GIS課程考核在2009、2011版教學大綱中,考核方式主要是閉卷考試,學生成績最終由平時成績(平時作業、提問、考勤等)×10%+期中測試(一般采取開卷考核方式)×20%+期末閉卷考試×70%組成。由于考試形式的限制,閉卷考試試卷主要考查學生的理論知識掌握情況,無法真正體現學生實踐及應用能力,同時期中測試多采取開卷考核方式進行,期中測試成績與期末考核成績相差較大,部分學生也只是臨近期末考試前突擊背誦,導致出現考完即忘、無法深入理解的情況。
5.課程實驗教材使用不合理,缺乏合適的實驗素材。GIS課程是實踐性較強的課程,GIS實踐能力是GIS技能培養的重要方面,實驗教學是決定GIS課程教學質量的關鍵步驟,同時也是學生能力培養的重要環節。我校地理信息系統實驗教程采用的是2000年高等教育出版社出版的《地理信息系統實習教程》,該教程版本較為陳舊,實驗內容不太適應于當今GIS技術的迅猛發展,并且多以基礎性、驗證性實驗為主,與實際生產中GIS應用相脫節。由于缺乏較為實用的實驗教程,學生無法通過實驗教程掌握相關實踐知識和能力。
三、GIS技能培養模式及教學改革探究
基于我校地理科學專業學生的實際情況,結合我校轉型發展以及地理信息系統和地理信息系統實驗課程教學的實際情況,在現有條件下,明確人才培養目標,通過理論與實踐相結合的教學方式,以培養應用型、技能型地理科學人才為導向,積極引導學生拓寬視野,通過鼓勵學生參與大學生課外科研活動、全國GIS技能大賽等方式,努力提高學生實際動手能力,培養學生解決實際問題的能力。
1.構建了“理論+實驗+實踐+應用”的四維一體課程教學模式。為提高學生的動手能力,改革教學手段和方法,以GIS技能培養為目標,從GIS理論與實踐教學相結合的角度,構建了旨在促進學生專業理論學習和實踐素質培養相結合的“GIS四維一體教學模式”,即“理論+實驗+實踐+應用”的課程體系下多層次、多模式的教學改革和實踐。
“GIS四維一體教學模式”實現了理論是基礎、實驗是保障、實踐是重點、應用是根本的地理類高素質應用型和技能型人才培養模式。在理論課堂教學方式上,打破了傳統的灌輸式和過分偏重講授的教學方法,采取了講解、演示、課堂討論、案例教學等多種形式相結合的教學方式;實施互助式學習、啟發式教學等教學模式啟發學生的思維;注重理論聯系實際的教學方法,培養學生學以致用,引導學生培養創新、創造能力。在實驗課堂教學過程中,注重理論與實驗相結合的教學方法,用實驗進一步驗證理論,使學生通過實際動手操作,進一步理解和掌握理論知識,達到理論指導實驗,實驗促進理論知識的掌握的目的。在實踐環節,主要是通過積極引導學生申報各級各類大學生課外科研活動項目,鼓勵學生參加諸如全國GIS技能大賽等方式,讓學生學有所用。通過實踐環節,進一步加深對理論和實驗知識的理解和應用。
2.教學方法與教學手段的改革。GIS理論課程通過設計制作相關多媒體課件,輔以圖片、視頻等多媒體素材,使學生可以直觀獲取專業知識。通過啟發式教學、互動式教學,及時將學生學習信息反饋給教師。授課過程中積極將本學科相關實際應用、發展現狀及研究熱點問題穿插于教學過程,使學生不止學習了書本知識,還了解了其具體應用和發展的情況,加深了學生的理解,提高了學生的學習興趣。
3.構建系統化的實踐教學體系,強化實驗課教學,增強學生的實踐能力。在GIS教學中選擇較為權威、優良的理論教材的同時,注重實驗教材的選取。實驗課教學,以理論課程中的有關內容為主線,時間安排也一般與理論課教學穿行,目的是使學生加深理解理論課堂教學中的相關理論、知識和基本技術方法,并熟悉GIS軟件工具的使用與操作等。
4.綜合運用多渠道拓展學生思維。充分利用多媒體技術、網絡技術等,將幾個專業網站、論壇與學生一起分享,及時將本專業、本學科相關新聞和熱點問題與學生進行交流和探討,促進學生和教師之間的交流,開拓學生的視野。
5.改革考試考核方式。為科學反映教學的效果,將學生學習過程的考查與最終考試掛鉤,將理論和實驗考核相結合。學習過程中的考查主要以學生出勤率、課后作業為主、課程筆記、讀書筆記、科技論文等為主;期末考試命題改變了以往只考查理論部分,現在的考試過程中增加了實際應用能力的考核以及學科發展方向、研究熱點問題的考核。
四、結語
本文從傳統地方高師類院校轉型發展實際出發,結合社會經濟發展需要以及地理科學專業自身特點,探討了地理科學專業轉型發展過程中,學生的GIS技能培養以及為進行GIS技能培養所進行的相關教學改革。以“四維一體教學模式”為核心,加以教學及考核方式的轉變,在實際教學過程中取得了一定的成績,學生GIS技能有所提高。
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關鍵詞地理信息系統,計算機系統,空間數據庫.
以計算機為核心的信息處理系統技術是二次世界大戰后科技革命的主要標志之一.在信息的諸多類型中與空間相關的信息是十分重要的一類.人類生存的地球這個三維空間中的萬物無不與空間位置相關,如何利用計算機處理空間相關信息是地理信息系統(geographicinformationsystem,簡稱GIS)產生和發展的原動力.GIS技術在國防、城市規劃、交通運輸、環境監測和保護等與國民經濟乃至國家命脈相關的重要領域的成功應用,極大地推動了社會生產力的發展,同時,也極大地刺激了GIS技術的迅速發展,使之成為世界各國激烈競爭的高科技熱點之一[1].國家科委將其列入九五重中之重科技攻關項目.MAPGIS,VIEWGIS,CITYSTAR,GEOSTAR等一批優秀國產GIS軟件已經開始在許多領域得到廣泛應用,成為國內GIS市場一支不可忽視的力量.
本文將側重從GIS技術的角度討論GIS的定義、研究內容及研究動態.
1.GIS的定義和研究內容
1.1GIS的定義
GIS是計算機科學、地理學、測量學、地圖學等多門學科綜合的技術.要給出GIS的準確定義是困難的,因為GIS涉及的面太廣,站在不同的角度,給出的定義就不同.通常可以從4種不同的途徑來定義GIS[2].(1)面向功能的定義.GIS是采集、存儲、檢查、操作、分析和顯示地理數據的系統.(2)面向應用的定義.這種方式根據GIS應用領域的不同,將GIS分為各類應用系統,例如土地信息系統、城市信息系統、規劃信息系統、空間決策支持系統等.(3)工具箱定義方式.GIS是一組用來采集、存儲、查詢、變換和顯示空間數據的工具的集合.這種定義強調GIS提供的用于處理地理數據的工具.(4)基于數據庫的定義.GIS是這樣一類數據庫系統,它的數據有空間次序,并且提供一個對數據進行操作的操作集合,用來回答對數據庫中空間實體的查詢.
我們認為,雖然GIS是一門多學科綜合的邊緣學科,但其核心是計算機科學,基本技術是數據庫、地圖可視化及空間分析(見圖1);因此,可以這樣定義:GIS是處理地理數據的輸入、輸出、管理、查詢、分析和輔助決策的計算機系統.
雖然GIS使用了地圖、可視化、數據庫等技術,但與CAD系統、計算機地圖系統、數據庫系統等均有很大的區別.
CAD系統提供交互式的圖形處理功能,以輔助象建筑、VLSI等人造對象的設計,其主要特點是設計者與計算機模型的交互.目前許多CAD開始支持對象的非圖形性質,而GIS處理的數據大多來自現實世界,較之CAD的人造對象更為復雜,數據量更大.另外,CAD中的拓撲關系較為簡單.更重要的是,GIS強調對空間數據的分析,CAD這方面的功能要弱得多.
計算機地圖系統側重于數據查詢、分類及自動符號化,具有輔助設計地圖和產生高質量矢量形式的輸出機制.它強調數據顯示而不是數據分析,地理數據往往缺少拓撲關系;另外,它與數據庫的聯系通常是一些簡單的查詢.
數據庫系統是各種類型信息系統的核心.通用數據庫側重非圖形數據的優化存儲與查詢,其圖形查詢與顯示功能極為有限,其數據分析功能也很有限.然而,數據庫的一些基本技術,如數據模型、數據存儲、數據檢索等,都在GIS中廣泛采用,成為GIS的核心技術.
由此可見,GIS已經形成了一個獨立的、具有鮮明特色的研究領域.GIS的研究內容很廣泛,下面我們從輸入、存儲、操作和分析、輸出4個方面來討論GIS的研究內容.
1.2GIS的研究內容
(1)輸入.地理數據如何有效地輸入到GIS中是一項瑣碎、費時、代價昂貴的任務,大多數的地理數據是從低質地圖輸入GIS.常用的方法是數字化和掃描.數字化的主要問題是低效率和高代價;掃描輸入則面臨另一個問題,掃描得到的柵格數據如何變換成GIS數據庫通常要求的點、線、面、拓撲關系屬性等形式.就這一領域目前的研究進展而言,全自動的智能地圖識別短期內沒有實現的可能;因而,交互式的地圖識別是矢量化方法的一種較為現實的途徑.市場上已有多種交互式矢量化軟件出售.
目前GIS的輸入正在越來越多地借助非地圖形式,遙感就是其中的一種形式.遙感數據已經成為GIS的重要數據來源.與地圖數據不同的是,遙感數據輸入到GIS較為容易,但如果通過對遙感圖象的解釋來采集和編譯地理信息則是一件較為困難的事情;因此,GIS中開始大量融入圖象處理技術,許多成熟的GIS產品,如MAPGIS中都具有功能齊全的圖象處理子系統.
地理數據采集的另一項主要進展是GPS技術.GPS可以準確、快速地定位在地球表面的任何地點,因而,除了作為原始地理信息的來源外,GPS在飛行器跟蹤、緊急事件處理、環境和資源監測、管理等方面有著很大的潛力.
(2)存儲.GIS中的數據分為柵格數據和矢量數據兩大類,如何在計算機中有效存儲和管理這兩類數據是GIS的基本問題.在計算機高速發展的今天,盡管微機的硬盤容量已達到GB級,但計算機的存儲器對靈活、高效地處理地圖這類對象仍是不夠的.GIS的數據存儲卻有其獨特之處.大多數的GIS系統中采用了分層技術,即根據地圖的某些特征,把它分成若干層,整張地圖是所有層疊加的結果.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,因而能夠對用戶的要求作出快速反應.
地理數據存儲是GIS中最低層和最基本的技術,它直接影響到其他高層功能的實現效率,從而影響整個GIS的性能.基于微機平臺的MAPGIS能夠快速、高效地處理多達上萬幅的海量地圖庫,這不僅在國產GIS軟件中處于領先地位,即使與國外同類產品相比仍是其中佼佼者,這與MAPGIS較好地解決了地理數據的存儲問題密切相關.
(3)地理數據的操作和分析.GIS中對數據的操作提供了對地理數據有效管理的手段.對圖形數據(點、線、面)和屬性數據的增加、刪除、修改等基本操作大多可借鑒CAD和通用數據庫中的成熟技術;有所不同的是GIS中圖形數據與屬性數據緊密結合在一起,形成對地物的描述,對其中一類數據的操作勢必影響到與之相關的另一類數據,因而操作帶來的數據一致性和操作效率問題是GIS數據操作的主要問題.
地理數據的分析功能,即空間分析,是GIS得以廣泛應用的重要原因之一.通過GIS提供的空間分析功能,用戶可以從已知的地理數據中得出隱含的重要結論,這對于許多應用領域是至關重要的.
GIS的空間分析分為兩大類:矢量數據空間分析和柵格數據空間分析.矢量數據空間分析通常包括:空間數據查詢和屬性分析,多邊形的重新分類、邊界消除與合并,點線、點與多邊形、線與多邊形、多邊形與多邊形的疊加,緩沖區分析,網絡分析,面運算,目標集統計分析.柵格數據空間分析功能通常包括:記錄分析、疊加分析、濾波分析、擴展領域操作、區域操作、統計分析.
(4)輸出.將用戶查詢的結果或是數據分析的結果以合適的形式輸出是GIS問題求解過程的最后一道工序.輸出形式通常有兩種:在計算機屏幕上顯示或通過繪圖儀輸出.對于一些對輸出精度要求較高的應用領域,高質量的輸出功能對GIS是必不可少的.這方面的技術主要包括:數據校正、編輯、圖形整飾、誤差消除、坐標變換、出版印刷等.
2地理信息系統的發展動態
近年來地理信息系統技術發展迅速,其主要的原動力來自日益廣泛的應用領域對地理信息系統不斷提高的要求.另一方面,計算機科學的飛速發展為地理信息系統提供了先進的工具和手段,許多計算機領域的新技術,如面向對象技術、三維技術、圖象處理和人工智能技術都可直接應用到地理信息系統中[3].下面我們對當前地理信息系統研究中的幾個熱點研究領域作一介紹.
2.1GIS中面向對象(objectoriented)技術研究
面向對象方法為人們在計算機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,面向對象的技術在GIS中的應用,即面向對象的GIS,已成為GIS的發展方向.這是因為空間信息較之傳統數據庫處理的一維信息更為復雜、瑣碎,面向對象的方法為描述復雜的空間信息提供了一條直觀、結構清晰、組織有序的方法,因而倍受重視[4].圖2展示了面向對象的GIS的一般結構.
面向對象的GIS較之傳統GIS有下列優點:(1)所有的地物以對象形式封裝,而不是以復雜的關系形式存儲,使系統組織結構良好、清晰;(2)以對象為基礎,消除了分層的概念;(3)面向對象的分類結構和組裝結構使GIS可以直接定義和處理復雜的地物類型;(4)根據面向對象late_binding(后編譯)的思想,用戶可以在現有抽象數據類型和空間操作箱上定義自己所需的數據類型和空間操作方法,增強系統的開發性和可擴充性;(5)基于icon的面向對象的用戶界面,便于用戶操作和使用.
SmallworldGIS是目前面向對象GIS中最為典型的代表.一些傳統的GIS也開始部分采用面向對象的技術,如ARC/INFO7.0,Intergraph的TIGRIS,SYSTEM9,FACET系統等.
面向對象的GIS也存在一些尚待進一步研究的問題:(1)大對象的操作仍受硬件條件的限制;(2)對象的獨立性與顆粒度問題;(3)矢量和柵格數據統一的、支持動態拓撲結構和復合對象表示的面向對象的數據結構問題.
2.2時空系統(spatio_temporalsystem)
傳統的地理信息系統只考慮地物的空間特性,忽略了其時間特性.在許多應用領域中,如環境監測、地震救援、天氣預報等,空間對象是隨時間變化的,而這種動態變化的規律在求解過程中起著十分重要的作用.過去GIS忽略時態主要是受器件的限制,也有技術方面的原因.近年來,對GIS中時態特性的研究變得十分活躍,即所謂“時空系統”[5].
地物除了具有三維空間中的空間性質外,如何刻畫時間維的變化也十分重要.通常把GIS的時間維分成處理時間維(transactiontimedimension)和有效時間維(validtimedimension).處理時間又稱數據庫時間或系統時間,它指在GIS中處理發生的時間.有效時間亦稱事件時間或實際時間,它指在實際應用領域事件出現的時間.
根據處理時間和有效時間的劃分,可以把時空系統分為4類:靜態時空系統(staticSTsystem)、歷史時態系統(historicalSTsystem)、回溯時態系統(rollbackSTsystem)和雙時態系統
(bitemporalSTsystem).(1)靜態時空系統.它既不支持處理時間,也不支持有效時間,系統只保留應用領域的一種狀態,比如當前狀態.(2)歷史時態系統.它只支持有效時間,這種系統適用于事件實際發生的歷史對問題求解十分重要的應用領域.(3)回溯時態系統.它只支持處理時間,這種系統適用于信息系統的歷史對問題求解十分重要的應用領域.(4)雙時態系統.它同時支持處理時間和有效時間.處理時間記錄了信息系統的歷史,有效時間記錄了事件發生的歷史.
時空系統主要研究時空模型,時空數據的表示、存儲、操作、查詢和時空分析.目前比較流行的作法是在現有數據模型基礎上擴充,如在關系模型的元組中加入時間,在對象模型中引入時間屬性.在這種擴充的基礎上如何解決從表示到分析的一系列問題仍有待進一步研究.
2.3地理信息建模系統(geographicinformationmodellingsystem,簡稱GIMS)
通用GIS的空間分析功能對于大多數的應用問題是遠遠不夠的,因為這些領域都有自己獨特的專用模型,目前通用的GIS大多通過提供進行二次開發的工具和環境來解決這一問題.如ARC/INFO提供的進行二次開發的宏語言AML.二次開發工具的一個主要問題是它對于普通用戶而言過于困難.而GIS成功應用于專門領域的關鍵在于支持建立該領域特有的空間分析模型.GIS應當支持面向用戶的空間分析模型的定義、生成和檢驗的環境,支持與用戶交互式的基于GIS的分析、建模和決策.這種GIS系統又稱為地理信息建模系統.GIMS是目前GIS研究的熱點問題之一.
目前實現通用GIS空間分析功能與各種領域專用模型的結合主要有兩種途徑.(1)松散耦合式.即除GIS外,借助其他軟件環境實現專用模型,其與GIS之間采用數據通訊的方式聯系.(2)嵌入式.即在GIS中借助GIS的通用功能來實現應用領域的專用分析模型.上述兩種方式總體上對用戶定義自己的專用模型的支持程度都是不夠的.目前的GIS離支持實現數據集定義、模型定義、模型生成和模型檢驗的全過程仍有相當大的距離.
GIMS的研究有幾個值得注意的動向.(1)面向對象在GIS中的應用.面向對象技術用對象(實體屬性和操作的封裝)、對象類結構(分類和組裝結構)、對象間的通訊來描述客觀世界,為描述復雜的三維空間提供了一條結構化的途徑.這種技術本身就為模型的定義和表示提供了有效的手段,因而在面向對象GIS基礎上研究面向對象的模型定義、生成和檢驗,應當比在傳統GIS上用傳統方法要容易得多.(2)基于icon的用戶建模界面.建模過程中的對象和空間分析操作均以icon形式展示給用戶,用戶亦可自定義icon.用戶在對icon的定義、選擇和操作中完成模型的定義和檢驗.這種方法較之AML這類宏語言要方便和直觀得多.(3)GIS與其他的模型和知識庫的結合.這是許多應用領域面臨的一個非常實際的問題,即存在GIS之外的模型和知識庫如何與GIS耦合成一個有機整體.
2.4三維GIS的研究
三維GIS是許多應用領域對GIS的基本要求.目前的GIS大多提供了一些較為簡單的三維顯示和操作功能,但這與真三維表示和分析還有很大差距.真正的三維GIS必須支持真三維的矢量和柵格數據模型及以此為基礎的三維空間數據庫,解決了三維空間操作和分析問題.主要研究的方向包括:(1)三維數據結構的研究,主要包括數據的有效存儲、數據狀態的表示和數據的可視化;(2)三維數據的生成和管理;(3)地理數據的三維顯示,主要包括三維數據的操作,表面處理,柵格圖象、全息圖象顯示,層次處理等.
3結語
地理信息系統近年發展迅速,其內涵和外延正在不斷變化.最初的地理信息系統都是一些具體的應用系統,充其量只能稱之為一門技術.現在已發展成一個獨立的、充滿活力的新興學科,這已經為大家所公認.地球信息科學從理論上講是解決地球信息問題,它的范圍包括從衛星航空遙感或全球定位系統(GPS)接受信息,變換和校正后進入空間數據庫:數據庫中的地理信息可以方便地檢索、查詢,在此數據庫和相關知識庫的基礎上能夠定義和生成各種領域專用模型,如城市規劃模型、災害評價模型等;運用這些模型對地理數據進行有效分析,并把分析結果或是決策咨詢建議以直觀、清晰的形式輸出.這一范圍包括了計算機科學、地圖學、航測、遙感等多種學科的交叉.總之,由于地理信息在人類生活和國民經濟中的重要作用,地理信息系統在未來的幾十年中將保持高速發展的勢頭,成為高科技領域的核心技術.
參考文獻
1CoppockJT,RhindDW.ThehistoryofGIS,geographicinformationsystem.London:LongmanInc,1991.21~39
2MaguireDJ.AnoverviewanddefinitionofGIS,geographicinformationsystem.London:LongmanInc,1991.9~19
【關鍵詞】Web-GIS;高等教育;專題圖
【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097(2009)08―0085―04
引言
GIS(Geographic Information System,地理信息系統)是信息系統的一種,可以實現地理空間數據和信息的科學可視化,即通過圖形圖像等可辨認的手段,來形象表現科學數據的內涵[1]。信息的可視化能極大地提高信息與知識理解、傳播的效率。
Web-GIS(萬維網地理信息系統)是運行在萬維網上的地理信息系統,是在Internet上面向大眾提供地理信息服務的應用系統[2]。它基于Internet的網絡平臺,利用WEB瀏覽器作為客戶端,通過HTTP協議訪問遠端GIS服務器。Web-GIS可以使基于地圖(圖形、圖像)的應用系統得以通過互聯網技術在各行各業中得到廣泛的應用。
GIS已經被應用于日常生活的各個方面[3]。比如GIS可以用于電力、燃氣、水等公用事業,幫助保持市場競爭力;在電信領域,GIS可用于新客戶開發、電話報修分析以及客房關懷;在交通領域,GIS可用于交通基礎設施和相關資產管理以及充足、有效的網絡分析解決方案,用于最短路徑的確定,為交通工具線路設計、城市交通模擬等服務;在應急管理領域,GIS可以整合空間數據,對災害可能造成的影響、在瞬息萬變的環境中最佳疏散路線的確定等進行模擬,也可以用于資產記錄和資源的空間定位等;在土地管理領域,GIS已成為進行數據集成的核心;在城市規劃中,GIS用于對城市規劃信息進行編碼和可視化;在圖書館領域,圖書館能提供越來越多的GIS信息,收集、維護、存儲空間資源并提供訪問。
在教育領域中,國內外GIS的應用案例并不多見。通過文獻分析,我們發現GIS能夠以直觀的方式幫助決策者、研究者和普通公眾了解教育資源的分布,通過與數據分析和挖掘技術相結合,可以幫助決策者、研究者抓住數據中所隱藏的一些規律,從而為決策、研究提供支持。因此,研究與實現教育地理信息系統對教育領域的數據顯示、管理決策、科學研究等都非常重要。
本文所設計和實現的北京市高等教育地理信息系統充分利用WEB-GIS的功能,為高等教育研究者、社會公眾、教育管理與決策者提供教育數據的查詢、統計、分析、可視化顯示等功能。開創了GIS在國內高等教育應用方面的先河,彌補了GIS在國內高等教育應用方面的空白,對高等教育信息管理、科研輔助、教育決策等方面的研究具有重大意義。
一 相關研究分析
位于阿肯色大學(University of Arkansas)教育與健康專業學院課程與教學系的美國國家測度與評估系統研究辦公室(The National Office foe Research on Measurement an Evaluation Systems (NORMS)) 開發了分析阿肯色州教育成績鴻溝的GIS應用――GAPS(Geographic Academic Policy Series) 。其目標是使用地理信息和顏色表示教育分析結果,以提供基于地圖的分析“快照”。GAPS系統按年收集阿肯色州各學校、學區學生的文學、數學成績的統計數據。研究人員選擇人們關心的教育問題,在GAPS系統中進行專題分析,生成專題圖,提供給決策者作為輔助決策工具。例如,針對學區規模與學生成績是否存在相關關系的問題,GAPS生成了一系列專題圖。從圖形顯示發現,學生成績與學區規模沒有顯著關系,反而跟學區的地理位置有很大的相關性。位于阿肯色州30號州際公路右下方的學區學生成績低于州平均水平的概率更高。不向大眾開放使用,人們只能看到針對一些問題生成的靜態的地圖快照。因此從使用方式來說,不支持普通用戶自己對數據進行分析。
2002年,俄勒岡州教育委員會、俄勒岡大學系統(the Oregon University System)與俄勒岡州立大學(Oregon State University)共同合作,啟動美國俄勒岡州教育委員會GIS輔助決策支持項目(Oregon State Board of Education GIS Decision Support Pilot Project),旨在研究GIS在幫助俄勒岡州教育委員會進行政策決策方面的功用。該項目把俄勒岡劃分為15個勞動力市場區域,以IT產業為例,按照各區域IT課程供應和IT招聘職數,制作了教育供給與勞動力需求專題圖,對于教育資源布局和教育規劃提供了有力的支持[4]。俄勒岡GIS輔助決策支持項目為我們在北京高等教育地理系統中利用GIS功能研究與呈現高等教育變量與相關社會經濟變量之間的關系,進而輔助進行高等教育政策決策開拓了思路。這個項目也沒有向公眾提供可利用系統所提供的功能進行即時探查分析的入口。
北京市教育委員會提供的教育電子地圖3在普通北京市地理系統基礎上建設,它增加教育地理信息圖層,包括各類院校、中小學、教育相關部門。它提供的功能有周邊查詢,如查詢學校周圍的銀行;行車路線;公交服務;打車助手;交通路況。這個地圖可以大大方便人們了解學校周邊情況,但它只提供基本的地理信息查詢功能,缺少教育的特色數據,也缺少教育的特色應用研究。
“中國教育地理信息系統(CEGIS)”由國家教育發展研究中心、中國教育發展戰略學會和紹興托普信息職業技術學院共同合作開發[5]。系統功能包括查詢世界各國、全國各省、指定省各地的各類教育資源的布局、各種教育統計數據(當前和歷史數據)及其空間分布情況,可以顯示與教育密切相關的各種社會、經濟統計數據和它們的地域分布情況;使用系統關聯的國際著名統計分析軟件SPSS For Windows可以對各國、各省或指定地、市、縣的教育統計數據進行深入的定量分析,以便形成正確的決策、咨詢意見等。該系統使用的數據主要是各種統計數據,缺乏專項調研數據和專題分析工具。這也是我們在設計HEDUGIS時,試圖創新之處。
本文所描述的北京市高等教育地理系統的關注對象主要是研究人員,為此在系統中錄入了大量的科研、課題數據,這是與中國教育地理信息系統(CEGIS)所不同的,因此系統能夠提供的服務類型也會有所不同。
本文所描述的基于WEB的北京市高等教育地理信息系統(以下簡稱HEDUGIS)擁有各種教育特色數據,關注教育應用和社會服務,是已經實現、開始服務于全社會的系統。本文后面部分將重點介紹HEDUGIS的功能設計、系統設計和系統實現。
二 HEDUGIS的功能設計和系統結構
1 功能設計
本系統的目標主要是為研究者查詢和高等教育研究的相關信息提供服務,同時為社會公眾和政符工作人員提供相關的數據查詢服務。因此本系統首先著眼于高等教育研究者的需求,同時兼顧社會公眾和教育管理決策人員的需求。基于以上考慮,系統的目標為[6]:
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面向高等教育研究者提供數據輸入服務,包括直接輸入和由系統管理者協助的間接輸入服務,使得高等教育研究所需的數據和成果都能方便地存儲到系統中。
面向高等教育研究者、普通社會公眾、教育管理決策者提供數據查詢服務,包括基于文本的查詢和基于地圖的查詢。
面向系統管理員,提供可協助研究人員制作和高等教育專題圖的工具。地理專題圖的制作和是一件比較復雜的任務,因此系統沒有開發直接面向研究者的專題圖制作和工具,而是利用GIS軟件提供的可視化專題圖制作功能和編程工具向系統管理員提供制作和專題圖的工具和模板,讓系統管理員制作并專題圖后供研究人員使用。
面向高等教育研究者,提供按需設計的輔助工具開發及集成。高等教育研究者可以按自己需求開發出輔助工具并整合到本系統中。
基于以上系統設計目的,本文提出如圖1所示的功能設計。
本系統包括以下四類功能模塊:
數據查詢工具:數據查詢工具負責完成用戶對數據的多種檢索任務。根據查詢的數據類型可分為地圖數據檢索、屬性數據檢索工具。根據數據查詢的方式可分為數據分類瀏覽工具、數據結構化查詢工具等。
數據管理工具:數據管理工具負責對數據庫數據的添加、刪除、修改、導入、導出等任務。
專題圖制作、工具:專題圖制作、工具負責根據用戶需要制作專題圖并將其到系統中,以方便用戶瀏覽。
其他輔助工具:該類工具包括為了支持高等教育研究而按需開發的輔助型工具。
2 系統結構
根據系統設計目的和系統功能,考慮到Web-GIS的一般體系結構,我們提出三層的系統結構[6]。三層分別為:數據層,包括空間數據及屬性數據;中間層,用來提供Web和GIS服務;表現層,包括用于Web客戶端和GIS客戶端的軟件封裝,Web客戶端用于普通用戶瀏覽地理信息,GIS客戶端主要用于地圖的制作、管理等。
基于系統設計,我們決定基于Windows平臺開發本系統,數據庫采用與Windows平臺結合比較緊密、可用性和穩定性方面都比較優越的SQL Server 2005,GIS軟件采用性價比較好的國產WEB-GIS軟件開發平臺SuperMap ,開發工具選用Visual 2005[6]。系統結構如圖2所示。
系統特色介紹:
數據:HEDUGIS中不僅有大量的統計數據,還是大量的科研數據,如科研團隊、研究中心等。因此,通過查詢系統中的數據,科研人員可以了解相關研究機構的研究方向、前沿課題和同行等。
數據庫設計:系統數據分為四種類型:基礎代碼類(存儲名稱與代碼的對應關系)、信息表類(存儲用于的具體數據)、數據庫描述表類(存儲數據表、視圖的描述信息)、與SuperMap相關的數據表類(存儲空間數據信息)。本系統數據庫包含眾多的數據表,為避免多表關聯造成的程序編碼復雜性,在數據庫中生成相關表的數據視圖,以便于業務邏輯層的數據訪問。
WEB服務器端實現:采用技術進行WEB服務器端的動態網頁編程,以分離HTML代碼與后臺程序代碼,增強了
程序代碼的可讀性和可維護性,提高動態網頁的執行效率。
三 HEDUGIS已實現功能
本系統已經基本實現功能設計的全部功能,部署在互聯網上,對社會公眾開放4。不同類型的用戶可以通過這個系統找到自己感興趣的數據。圖3是系統首頁。
1 數據查詢
進入系統首頁后,可以進行不同形式的信息查看方式,如分類瀏覽、數據查詢(查詢結果會在地圖上顯示出來)、純文本查詢(沒有地圖顯示)等。
2 專題圖工具:對北京市IT產業與高校布局的分析
專題圖工具是一種查看一些專題圖示例應用,如圖4所示的北京市各區IT行業GDP占全市IT行業GDP總值的百分比專題圖(2004數據),圖5所示的各區縣IT產業GDP占本區GDP總值的百分比。在專題圖中,不同色塊表示不同比例的百分比區間。
四 結束語
這個軟件的優勢在于不用像3DMAX軟件一樣要經過軟件的預渲染之后再播放,而是能夠直接進行三維建模、動態渲染、動態播放。捷力地理信息系統是在GIS地理信息系統的基礎上由武漢捷力公司研發出來的,是一種公路路線平縱橫一體化的系統軟件,它可以根據公路路線的相關文件以及公路設計所需要設定的公路路線信息直接產生相當真實的三維立體模型,此軟件能夠正確的顯示出公路交通的地理信息,在生成公路三維坐標圖形之后進行平縱橫集中數據處理,公路的橫斷面可以由公路設計者自主的進行設計,按照相關數據可以自動的將公路的三維動態透視圖顯示出來。
收集整理原始的資料要在借助先進的計算機輔助系統軟件進行三維立體模型的建立之前就要完成的,原始資料的收集主要包括公路的設計資料、公路沿線地形的相關資料以及所要設計公路沿線景觀的所有素材,準確可靠的原始資料信息對公路設計動態透視圖是非常重要的。
動態透視圖設計的輔助作用
(1)使公路設計具有很強的靈活性
在以往的公路設計中,公路設計者以國家規定的技術指標以及工程造價為基本的標準,在對這兩者進行控制的時候,往往會忽略公路設計的線形、行車是否安全舒適、公路與周圍的環境是否協調,以及公路是否影響到周邊景觀的美化等問題。在公路設計中,設計的相關指標都是根據國家規定的范圍進行控制的,而在公路設計之前,所搜集的相關公路的信息資料是不可能非常準確的,那么在對公路相關技術指標取用的時候,由于規范的限制而不夠明確,對于超出范圍的部分設計不夠靈活,并且這種公路設計也得不到相關的驗證,其效果分析也是不能夠順利進行的。
動態透視圖的設計就解決了這個問題,它能夠將公路的相關信息通過動態視圖表現出來,對于不符合規定的部分能夠很容易的分析出來,并且能夠及時的改正,對于公路設計的效果分析也是很明確的,而且動態透視圖的設計將公路設計的線形、行車是否安全舒適、公路與周圍的環境是否協調,以及公路是否影響到周邊景觀的美化等問題全都考慮進去了。
(2)公路設計時的安全因素考慮周全
現如今的公路設計是根據車輛行駛的動力學以及力學的安全性與舒適性進行考慮的,而對于人在駕駛時對公路的使用過程中視覺效應、心理接受以及生理上的需求等不能充分地考慮,這就容易造成行駛的安全隱患。動態透視圖的設計能夠將車輛行駛中的視覺情況反映出來,駕駛員能夠清楚地看到公路的平縱橫三維立體視圖的詳細公路線形的情況,在車輛行駛的過程中,駕駛員能夠根據視覺中的情況安全駕駛,這就消除了駕駛員在駕車行駛過程中的安全隱患。
使公路設計更具有文化內涵
以往的公路設計只是局限于二維空間的公路設計,那么在駕駛員駕駛車輛行駛過程中,在視覺的范圍內憑借感覺進行行駛,這就是說公路的設計完全忽略了文化內涵的體現。