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地学空间分析范文1
【关键词】 地心坐标系 地球椭球 地理空间 制图区域 制图物体 地图符号
地理系统研究人类赖以生存与生活和影响所及的整个自然环境与社会经济环境[1]。人类为了生存和发展的需要，必须以各种技术手段，采集和获取地理空间的相关信息。现代测绘学，是信息科学的一个分支，是获得物体的空间位置和属性信息[2]。地图作为空间信息的一种载体，它通过人们创设的地图符号集合，能把制图区域内复杂的空间存在压缩为二维的简单关系，从而使广域空间内的自然现象和社会经济现象的空间分布、地理特征和相互关系跃然纸上。二维地图是人类认识上的飞跃，是人类原始思维向抽象化发展的结果[3]。地图总涉及到地理空间、制图区域和制图物体等基本概念。在现行的大中专教材及有关地图学文献中，尚未见这些基本概念的数学定义，因而不能从理论的高度对其概括和阐释。本文是笔者对地理空间、制图区域、制图物体数学定义的研究及其关联的地图符号的数学分析。
1 地理空间事物的椭球面定位
1.1 地心坐标系
以地球质心为大地坐标原点的坐标系，即地心坐标系。这种坐标系统是阐明地球上各种地理和物理现象，特别是空间物体运动的本始参考系。但长期以来，由于人类不能精确确定地心的位置，因而较少使用。目前利用空间技术等手段，已可在cm量级上确定它的位置，因此采用地心坐标系在当今既有必要性也有了可能性。现在利用空间技术得到的定位和影像等成果，客观上都是以地心坐标系为参照系[4]。使用地心坐标系，在国际上已成为一种明显的趋势。
地球空间事物的定位，涉及地球的形状和一定的坐标系。全球范围内，可用地心大地坐标系和地心笛卡尔坐标系表示点的空间位置。
1.1.1 地球椭球
大地水准面包围的地球形体比较接近真实的地球形状，但仍是一个有100m起伏幅度的复杂曲面，不能用简单的数学方程表示，更难以在此面上进行简单而又精密的坐标和几何计算[5]。为此，测绘科学中常以一个接近地球整体形状的旋转椭球代替真实的地球形体，这个旋转椭球称为参考椭球。在现代大地测量中，规定参考椭球是等位椭球或水准椭球，即参考椭球与正常椭球一致。一个等位旋转椭球由四个常数定义，这四个常数常是赤道半径a，地心引力常数gm，动力形状因子j2，旋转速度ω。考虑到便于利用gps与国际兼容，我国建议采用参考椭球：a=6378137m；f=1∶298.257222101；gm=3986004.418×；ω=7292115×。根据这四个常数，可以得出一系列导出常数[6]。根据地球的扁率f，可以求出椭球短半径b，从而可用数学方程表示一个已知长半径a和短半径b的椭球。
1.1.2 地心大地坐标系dl
地心大地坐标系是使地球质心作椭球中心，以过所求点c的椭球面法线与赤道面的夹角φ为纬度，以过c点的子午面与初始子午面的二面角λ为经度，以c点沿法线到椭球面的距离为大地高h，用c点的三个分量φ、λ、h表示其空间位置。地心大地坐标也即三维地理坐标系，记作dl。对于任何地球空间点c，总存在c=（φ、λ、h）∈dl|φ[0°～±90°]， λ∈[0°～±180°]，h∈[-h～+h]。已知地球椭球的长半径a和短半径b，可定义椭球面。
定义1 地球椭球面 对c∈（φ、λ、h）∈dl，存在c1=（0°，λ，o）， c2 =（0°，-λ，o），c3 =（90°，λ，o），c4=（-90°，λ，o）∧d1（c1，c2）/2=a∧d2（c3，c4）/2=b，若点集满足：
s={c|c=（φ、λ、h）∈dl，φ∈[0°～±90°]，λ∈[0°～±180°]，h=0} （1）
则称s为以a为长半径，b为短半径的椭球面。若a，b分别为地球参考椭球的长、短半径，则称s为地球椭球面。
1.1.3 地心笛卡尔坐标系dk
以地心o为坐标原点，选择一个以赤道平面上一组相互垂直的直线为x、y轴，而以地轴为z轴，这样的坐标系称地心笛卡尔坐标系，记作dk。若以地球参考椭球的长半径a和短半径b作常数，则地球椭球面也可定义。
定义2 地球椭球面 存在地球椭球的长半径a和短半径b，若点集满足：
s=｛c|c=（x，y，z）∈dk∧ =1｝
（2）
则称s为以a为长半径，b为短半径的地球椭球面，其中2b即地轴兼旋转轴[7]。
1.2 地理空间
地理科学研究的对象是地球的表层，具体地讲，上至同温层底部，下到岩石圈的上部，指陆地住下5～6公里，海洋往下4公里。设地球表层的上限为h1，下限为h2，从而得h的定义域（适用于“地球表层”概念）为h∈[-h2，h1]。根据h的取值，以h=0的椭球面为界面，可定义地球内空间和外空间。
定义3 地球内空间 满足条件
intk=｛p|p=（φ，λ，h）∈dl∧-h2≤h＜o｝
（3）
的点集，称为地球内空间。
地球内空间即指岩石圈顶部至地球椭球面之间部分。由椭球面与真实地球表面之间的差异，因此存在虽在地表之上却因其处于椭球面内侧而属于地球内空间的点集。
定义4 地球外空间 满足条件
extk=｛p|p=（φ，λ，h）∈dl∧o＜h≤h1｝
（4）
的点集，称为地球外空间。
地球外空间即是地球椭球面到同温层底部的空间。由于椭球面与自然面之间的差异，同样存在虽在地表之下却因处于椭球面外侧而属地球外空间的点集。
定义5 地理空间 地球内空间entk、地球椭球面s和地球外空间entk的并集，称为地理空间，即
k=entk∪s∪extk|entk，s，extk∈dl
（5）
由于地理空间的上下限h1和-h2的选择与地球表层概念相适应，因此，地理空间的定义也就是地球表层的数学表述。
2 制图区域和制图物体
2.1 同胚
定义6 同胚 设x和y是两个随意的拓扑空间，并设f：xy。如果f是连续的双一一函数，并且它的反函数f -1也是连续的，那么，f就叫做空间x到空间y上的同胚或拓扑映射或拓扑变换；此时空间x与空间y叫做同胚的，记作x≈y。
如果f是空间x到空间y上的一个同胚，ax，并且b=f（a），则称点集a与点集b是同胚的，记作a≈b；此时又称点集b是点集a在同胚f之下的同胚象或拓扑象。如果f是空间x到空间y上的一个同胚，g是空间y到空间z上的一个同胚，则复合函数gf是x到z上的一个同胚。空间的同胚关系≈是一个等价关系[5]。地貌等高线图形，也就是其上覆地貌的同胚象[6]。
2.2 覆盖空间
定义7 覆盖空间 设e和b是连通且局部道路连通的拓扑空间，f∶eb是连续满射，如果对于每个c∈b，存在c的道路连通开域u，使得f把f -1（u）的每个通路连通分支同胚地映射成u，则称（e，f）是b的覆盖空间，这种u称为容许邻域，b称为底空间，f称为覆盖投影[10，11]。
2.3 制图区域和制图物体
2.3.1 椭球面上点c与过c点的椭球面法线hc的双一一函数关系
设c为椭球面s上的任意点，c∈s，过c点能且仅能作一条法线hc指向地理空间k。由于大地高h以椭球面为起算面，故地球外空间extk=｛hc|0＜hc≤h1｝，地球内空间intk=｛hc|-h2≤hc＜0｝。显然，地球空间的椭球面法线hc与椭球面上的投影点c是双一一函数。现把覆盖空间定义应用于地球外空间extk与地球椭球面s：令覆盖定义中的e=extk，b=s，f是连续满射，c∈s，|f -1（c）=hc∈extk，这里s是底空间，（f， extk）是s的覆盖空间，f为覆盖投影，c是hc在f下的同胚象或拓扑象。同理可说明地球内空间与地球椭球面的关系。
2.3.2 制图区域和制图物体的椭球面定位
定义8 制图区域 设a为s的子集，as，如果a是s中一个连通的开集，那末，a就叫做s中的一个区域。点c∈a，c的邻域u的原象f -1（u） ∈f -1（a）被作为制图对象时，则称f -1（u）为制图物体。f -1（a）在椭球面上的投影a称为制图区域。c的邻域u在球面上的外在特征有三种：
1） 当u=c为单一点时，称c为f -1（u）的点状定位；
2） 当u=lc，lc表现为线状连通集时，称lc为f -1（u）的线状定位；
地学空间分析范文2
一、生平简介
陈述彭（1920.2—2008.11）曾是中国科学院学部委员（院士），后当选为第三世界科学院院士及国际欧亚科学院院士。任中国科学院遥感应用研究所名誉所长，资源与环境信息系统国家重点实验室名誉主任。他还曾担任国际欧亚科学院中国科学中心副主席兼地球信息科学学部主任，国际地理联合会地理数据地理模型委员会委员，国际空间委员会中国委员会委员，IGBP中国委员会委员，中国地理学会理事长，中国国际减灾委员会科技顾问，国家遥感中心顾问以及中巴资源卫星应用分系统总设计师等。陈述彭创办了《地球信息科学(学报)》和《遥感信息》等刊物并长期担任主编，著有《地学的探索》六卷、《石坚文存》三卷，联合撰写《遥感地学分析》、《地理信息系统导论》、《地球信息科学》、《遥感信息机理研究》、《地学信息图谱》等专著，主编《遥感大词典》及《地球系统科学》等大型工具书，主持设计编辑和印制了《中华人民共和国大地图集—自然地图集》、《中国陆地卫星遥感分析图集》等大型图集，发表中、英、俄文论文300多篇。曾获国家自然科学二等、三等奖，国家科技进步奖，何梁何利奖，陈嘉庚地球科学奖，国际欧亚科学院一级勋章，美国地理学会0.Miller金质奖章等奖项。
二、陈述彭的地学思想
1.陈述彭地学思想的启蒙
陈述彭从小兴趣广泛，5岁起跟着父亲学习识字。在长沙高级中学时刊登的《南岳游记》受到校长的赞赏，成为了引导陈述彭走上地学的第一个无声信号。1927年陈述彭以优异的成绩考入浙江大学。在的烽火年代，竺可桢先生大力倡导着徐霞客的毅力和精神，热爱自然，热爱祖国，推崇科学、民主的求实精神，浙大史地系更是名家云集，老师们讲授地球演化的历史、自然演化的过程、文化人类学、历史地理学，严格的野外基本训练和系统的地学基础知识令陈述彭大开眼界。浙大的学术空气异常浓郁：涂长望教授的大气物理、气象观测，叶良辅教授的历史低值和演示抗污分析，任美锷教授的地形发育旋回和经济地理区位理论，谭其骧教授的沿革地理，张其昀教授的地缘政治天上地下，自然人文，展现出了地球科学的大千世界，这些积累为他后来树立一切从实际出发实践第一的精神和建立可持续发展的理论思维打下了初步基础，这里也成为树立陈述彭地学科学大有可为这一坚定信念的发源地。
2.以历史唯物主义为基础研究地学历史的发展规律
陈述彭十分注重基于历史唯物主义的研究方法，他系统的分析和研究我国地图学发展过程，发表了《地图的故事》、《地图史话》等论述。以历史唯物主义的观点，结合历史背景和社会发展对地学的需求分析其发展的历史过程，剖析社会效益和历史作用。他凭借丰富的历史和人文基础知识及理论，阐述了地学作为自然科学与社会科学的桥梁在与人类社会共同进步过程中的普遍发展规律。陈述彭科学的分析评价了中国和世界古代地图科学的先驱希腊的托勒密和中国的裴秀，指出：“在世界地图科学史上，希腊的托勒密和中国的裴秀，好像两颗璀璨的明星，东西辉映。他们的著作标志着山谷时代地图学的总结性成就，反映了东方和西方不同的发展特点，奠定了地图学的基石，对后来地图制图产生过长期的、深远的影响。”陈述彭还分析了中世纪西方和中国地学研究停滞不前的原因，肯定了中国罗盘、齿轮、造纸、印刷术对世界测绘发展的贡献，对于近代地形图测绘和专题地图的出现与发展也有着深入的思索，并以此为基础系统地总结了地图学几个主要历史阶段的时代体征，并提出了以史为鉴自力更生的发展道路。
3.以实践为基础的区域论地学思想
地学研究往往都是通过环境论与人地关系论视角、区域—空间论的视角、综合的视角或地理学的空间表述完成的。在传统的地学思想中，系统论和区域论是二元对立的，但现代地学研究中却大量运用了系统科学的信息论、控制论、系统论等要素作为方法依据。现代地学既注重对实体性、具体性区域的综合性和独特性分析，同时也采用区位分析和空间分析手段强调空间模式化、理论化研究。陈述彭明确指出地理建设、规划、实践中应坚持“因地制宜”，任何空间政策的实施都不应做概括性处理，而是根据地理环境的差异做适当的调整。陈述彭以大量科学考察和野外观测为基础，在1947《螳螂川流域之地文与人生》的硕士论文中，通过大量的基础数据和绘图，阐述了对区域地文与人生综合、逻辑研究的趋势。文章从分析该区域的自然背景、地形发育和人地关系方面入手，探究区域内各种地理因素间的相互影响，指出地理现象之整合性与综合性:“如具有生命之机体，不容分割且具个性”，通过分析个别地理因素为区域地理研究打下基础。他还先后赴遵义、沁河流域、桂林七星岩、南岭山地等一系列对于地理典型区域具有代表意义的人地景观开展地貌、自然基础、地文与人生的研究，注重通过挖掘各区域的演变与历史发展过程，恰当的运用注重空间分布和空间差异性的区域论地理学思想，诠释被研究对象的整体性和统一性。在早年的《桂林七星岩喀斯特洞穴地貌图》中，陈述彭以现有的地形—地质平面图和综合剖面图为基础，提出关于洞穴地貌演进过程的假设和推断。在论述了洞穴地貌图的六种类型后，归纳总结出了一般地貌制图的基本步骤。陈述彭还在《遵义附近之相对地势》一文中对地文分析方法中有关“相对地势”的计算方法开展过比较研究，在《遵义附近之聚落》中对“估计人口之方法”给予了论述，这些都不失为区域论地学研究的典型实例。随着二十世纪五十年代，陈述彭以任务带科研组织开展大地图集编制时，将地理学研究和地图制图相结合，明确了制图综合研究方法是建立在对制图区域整体认识基础上的系统论的整体观。在地图学研究过程中，陈述彭重视区域各种地理因素之间的相互影响及其空间差异性，分析当地地文与人文之间的密切关系，强调综合制图要以自然综合体与经济体综合体为依据，注重“自然综合体的内在联系与自然地带规律性的体现”和“区域各种地理要素之相互影响，与当地的地文与人生之深切关系”的研究思路，指出制图实践“能具体揭示自然综合体的类型和分布规律，反应地域之间的相似性与差异性，为进行主导因素分析，地理相关研究和叠置法的运用提供可靠地地图资料”的论述，形成的基于系统性区域论地理学思维方式和研究方法的地图制图理论，这一系列在地图制图理论与方法上的示范和影响，启发了当时一代的地理与地图工作及爱好者，随后的十余年全国出现了综合制图和综合地图集的编制期。
4.以系统论、认识论和各种地学方法推动遥感地学的研究
地学空间分析范文3
关键词：地理信息系统（GIS）；矿产资源；评价
随着找矿难度和找矿风险的增大，矿床勘查和开发成本的提高，找矿勘探效率的降低，人们开始探寻矿产勘查的新理论、新技术和新方法，于是，便出现了运用地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)进行矿产资源评价，也相应地开发出了一些基于GIS的系统，如金属矿产资源评价分析系统(MORPA S)、矿产资源综合信息矿产资源预测评价系统和固体矿产资源GIS评价系统(MRES) 等。
一、GIS 应用于矿产资源预测的作用及优势
地理信息系统（GIS）是在计算机硬、软件支持下，以采集、存储、管理、分析、描述和应用与空间地理分布有关的数据的计算机系统，GIS 作为在矿产资源评价中的强有力的工具，有着众多不可比拟的优势。
（一）强大的数据管理功能
GIS数据库可完成多远的地学信息综合管理，在矿产资源评价中涉及的有关地质、地物、地化、遥感信息通过数字化后进入系统，可长期保存，保障了矿产资源评价的顺利和有效的开展。于此同时，也可快捷完成信息查询、检索、分析。在对数据进行综合分析后，可以输出高质量的成果图件。
（二）高效的数据统计分析功能
在图件上可精确地统计各种地质体空间几何属性,如面积、周长等,有助于定量研究地质问题,完成手工操作不能完成的工作。同时，可在不用进行地质信息数据转化的情况下,对数据进行数理统计,减少矿产预测中的人为因素。
（三）强大的空间分析能力
GIS区别于其它地理信息系统的最主要特点就是其具有强大的空间分析能力。GIS应用于矿产资源评价,使其强大的空间分析能力得到最大发挥。GIS提供的空间分析(叠加、包含、相邻关系、缓冲区、地形分析)及空间信息计算(面积、周长、距离等)等功能,实现了传统方法难以进行的对各种地质体的多种空间关系的定量分析。
（四）便捷的模型可视化功能
利用DEM、TIN模型完成各种空间测量科学数据的可视化，可方便地将成矿信息数据处理与GIS可视化结合起来。同时，GIS能够保证成矿预测的过程可视化，将成矿预测工作可视化。
（五）快捷地完成空间信息查询、检索
既可根据专题属性, 如地质图层中检索岩浆岩地质体, 又可完成不同专题数据空间交互条件查询, 如检索出某含矿地层中矿床数等。
二、应用GIS进行矿产资源预测的方法及思路
根据研究工作的程度不同，将进行矿产资源评价的方法分为经验型与理论型。后者是在没有已知矿床或已知矿床很少的情况下，信息通过遥感和地球物理数据推断而来只能在对遥感等基础数据的分析下，采用简单的分级和以知识为基础的方法。对于经验模型法，我们主要采取以下步骤完成矿产资源评价：
（一）搜集资料
搜集研究区内与成矿有关的地质、矿点分布、地下岩性和构造、地球化学、航磁、重力等地球物理和遥感等资料。如有可能，在缺乏资料的地区可补充采集资料，据此进行综合研究确定现代地质环境。
（二）确定矿床类型
根据研究区内的地质环境与全球范围内已知的某种矿床类型有关的或与研究区内已知的矿床矿点地质环境进行对比，确定在以上地质环境中可能形成的矿床类型。
（三）建立找矿模型
根据区域地质背景,结合数据处理结果,研究区域成矿规律, 确定矿床类型的概念模型和描述性模型,建立多元信息找矿模型，列出各信息中的找矿标志。
（四）成矿信息的提取
根据量化后的模型，首先通过对专题数据的处理,如应用GIS的空间与属性双向检索的功能处理地质数据、对其它专题数据进行处理，如坡度、坡向的运算、物探、化探数据异常的确定，遥感数据的解译等得出参与综合分析的单个条件的空间信息。
（五）预测资源量或储量
根据确定的特征信息与成矿模型、预测模型计算资源量。同时，将结果编制成果图件。
（六）模型的定量化与转换
从每一个描述性模型中选择出能确定该类型矿床存在与否的重要标志和一般性标志，并将其定量化，包括单个空间关系的确定和量化，以及多个空间关系集成的量化, 确定空间分析方法并转换成GIS可表示和处理的形式。
（七）建立空间数据库
用第一步搜集到的信息建立数据库（空间数据库与属性数据库) , 并用GIS 实现集成管理与灵活检索。建库时要解决现存数据的集成问题: 比例尺、定位与投影方式、数据精度与格式等。
三、需要解决的关键问题
（一）丰富的、高质量的空间与非空间数据是矿产资源评价的基础
对于矿产资源评价的分析，应当充分利用一切可能利用的信息提高矿产资源评价的准确性。因此，在进行综合分析之前，要对原始数据进行预处理，如投影变换、格式转换，以保证建立高质量的数据。
（二）多源地学信息的管理是有效评价的保证
在GIS中对资源评价的效率很大程度上与数据库质量成正比。一般有两种管理空间信息的方法：一是目前大多数GIS软件支持的GIS管理空间信息，用关系数据库管理属性信息的方法；由于矿产资源评价的地学信息种类多,内容复杂，设计一种新的有效的数据管理结构十分必要。在建立数据库时，对于数据库中的元数据的整理即保管也十分重要。
（三）找矿信息的量化与转换
GIS可理解处理的形式主要指将成矿信息用具有空间拓扑关系的点、线、面及相应的属性描述的图层表示。地球物理( 重力、航磁等)、地球化学、遥感信息经一定的数学方法处理, 得出或推断出与成矿有关的图形信息。对于地质信息, 通过GIS提供的属性检索、空间信息的量算以及叠加、缓冲等空间分析功能, 可帮助完成从地质信息提取成矿信息的过程。
（四）矿产资源评价的空间分析方法
空间信息的分析方法是评价水平的关键。矿产资源预测成功与否在很大程度上取决于专家对测区的认识即预测模型。两种方法的主要目的都是采用定量化表示专题属性最后综合生成预测。布尔逻辑、代数方法、模糊逻辑和神经网络法是几种常用的方法。
GIS在矿产资源评价中的应用，将大大地提高地学资料的综合利用程度和地质工作者的效率，尽管目前一些基于GIS开发的预测系统还处于试运行阶段，也存在一些问题，但从它们用于已知矿床所取得的成果看，其预测结果有很高的可信度。因此，GIS在矿产资源的定量和定性评价中都有很广阔的前景。
参考文献：
[1]王亚民,赵捧未.地理信息系统及其应用[M].西安:先电子科技大学出版社,2006.
[2]韩密,陈国旭,董高梅.基于GIS 矿产资源评价方法[J].资源开发与市场,2007,23（12）:1096- 1099.
地学空间分析范文4
关键词：地理信息系统；课程实验；要点分析
中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号文章编号：16727800（2014）001016702
作者简介作者简介：徐兵（1979-）男 ，硕士，广东海洋大学信息学院讲师，研究方向为图像处理、GIS。
0 引言
地理信息系统通常简称为GIS（Geographic Information System），它是用于描述地理空间信息的计算机系统，融合了地图学、地理学、测绘、计算机等多学科知识，并被广泛地应用于城市规划、国防军事、防灾减灾、资源调查等领域[1]。本文所述《地理信息系统》是面向农学、资源环境等非地学专业学生的一门必修课程，为学生讲授地理信息系统的基本原理和方法，使学生掌握常用的GIS工具软件，熟悉基本的地学空间分析方法，能够对已有地理数据熟练地进行采集、绘图、建库、空间分析、可视化等操作，并对各类空间数据进行统一管理[2]。由于课程是面向非地学专业学生开设，这些学生普遍缺少地理学、程序设计、数据库、测绘信息等方面的知识储备，在学习GIS软件工具的过程中，很多学生对一些重要概念和空间分析操作往往不能很好地理解，造成实验教学效果大打折扣[3]。因此，本文结合课程实验教学实践，总结出该课程的实验教学要点，通过对要点进行分析归纳，有针对性地应用到以后的实验教学中，以期提高课程实验教学效果。
1 实验教学目标
本文面向环境科学专业开设的《地理信息系统》课程安排了32学时理论教学、16学时的实验教学以及32学时的学期末课程实习。在实践教学环节，16学时实验与理论教学同步，这些实验主要安排ArcGIS、MapInfo等常用地理信息系统软件的操作学习，其主要任务是使学生在对地理信息获得感性认识的基础上，接受常用GIS软件进行制图技术的基本训练，培养学生独立制图、建立数据库和属性库，学会基本空间分析的能力。而32学时的课程实习主要以实际应用案例为基础，要求学生利用所学的GIS基本理论和空间分析方法，对实际应用案例进行分析、提出解决方案。通过课程实习一方面促使学生继续深入掌握GIS基本工具软件的使用；另一方面加强学生对GIS空间分析原理与方法的理解，并能够学会运用GIS工具进行初步的空间分析应用，同时结合基本程序框架实现GIS应用的可视化表达，并提交实验结果和分析报告。
2 实验课程设置
2.1 基本实验
该课程安排了8次共16个学时的基本实验操作，主要包括：①地理信息系统软件的基本操作；②数据文件与空间数据库；③地图数字化与专题制图；④地图查询与统计分析；⑤GIS空间分析；⑥初步建立3D GIS；⑦GIS二次开发；⑧3S集成及其初步应用。这些实验的设置与理论教学基本同步，在设置过程中由浅入深、由简到难，基本覆盖了GIS软件操作的大部分内容。
2.2 课程实习
学期末的课程实习以地理信息系统工程的分析和开发案例为基础，通过实际的项目开发完成课程实习报告，检验学生对GIS软件以及对GIS软件开发的掌握情况。在具体实习环节中，设置了多个实际应用案例，以“城市公交系统的优化及空间分析”为例进行说明。该实习题目的基本要求是：①以某个城市（比如湛江或广州的某个区）的公交系统运行情况为基本背景，调查该区域现有的公交线路运行设置情况；②通过资料查找的方式获得研究区域的城市交通图，借助于ARCGIS或MapInfo软件对该地图进行数字化处理，按照地理信息系统工程应用的基本要求，对地图进行配准、矢量化等处理；③以所学的地理空间分析基本原理和方法为依据，设计出城市公交系统线路优化、公交换乘、最短路径等方案，可以选择其中一个作为重点进行设计，并以选择的功能为基础，对地图矢量化进行调整和优化；④运用所学的地学空间分析方法，对研究区域的公交系统进行线路优化、公交换乘、最短路径等方案进行空间分析，得出空间分析结果，并对结果进行优化和评价；⑤以报告形式将上述过程完整记录，并总结本次实习工作，提交最终报告和实习过程中的各类数据。
3 实验教学要点分析
3.1 空间数据结构
空间数据结构是地理信息系统的一个重要基础，在GIS系统开发中通过构建空间数据模型并定义各空间数据之间的关系，实现地理信息与属性信息的关联。在实验教学中，学生对地图分层、图层控制、空间数据与属性数据关系等概念往往理解不清晰，由于缺少数据库相关知识，在建立空间数据时经常出现差错、导致图层分层不清晰，后续应用开发无法使用地图的问题。因此，该知识点需要教师在实验教学中给予足够重视，通过理论讲解与实际操作相结合的方式向学生解释空间数据、属性数据、空间数据库构建等概念。一般来说，在GIS开发中，用户可以根据自己的实际需求对整张电子地图中的各类空间实体进行有序的分层处理，通过图形分层方法将一张地图分成不同图层，相同的图层代表用户定义的特定的空间实体类。采用这样的分层方法可以提高电子地图中各类实体要素的检索效率，便于后期GIS开发中调用各类图层[4]。医疗卫生机构地理分布的空间分层结构如图1所示。
图1 空间数据结构
3.2 空间数据关联
在GIS二次开发过程中涉及的数据包括图形矢量数据、空间属性数据和工程管理数据，不同的GIS二次开发平台对数据格式、存储标准等均有所差别。以MapInfo软件为例，矢量化的图层数据文件以标准格式存储在目录文件中，在图层文件.TAB中通过设置每个地物对象的唯一编号（通常用地物ID号表示）来建立相应的空间索引。由于MapInfo自带的数据表存储容量有限，因此，通过.TAB文件的ID号与属性数据表中地物的ID号进行关联，建立起空间数据与属性数据的索引机制，将更多的属性信息通过空间索引机制存贮在关系数据库系统中。通过地物对象属性信息的ID号实现空间数据与属性数据的对应关系[5]，以医疗机构的地理分布为例，其图形文件与属性数据表的关联如图2所示。
图2 空间数据与属性数据的关联关系
3.3 空间分析
空间分析是GIS的主要功能之一，这也是课程教学中的重点内容。在讲授空间分析问题时，经常会提到最短路径问题，它是网络分析中经常遇到的一个技术难点，在实验教学中要求学生能够掌握基本的最短路径方法和应用。最短路径不仅包括物理意义上的距离最短，还包括了如时间、费用、流量等其它多参数融合的度量，这实际上涉及到了学生运用最优化理论解决实际空间分析问题的能力。比如，在课程实习中要求学生分析城市公交换乘及其优化问题，在具体分析之前，会将相关的算法介绍给学生，其中，Dijkstra算法是在实验教学中向学生介绍的最短路径算法之一。学生在掌握基本的原理和方法后，开始设计整个公交换乘的算法、程序流程、空间表现结果等，在这一过程中可以重点考查学生的空间数据结构设计以及空间分析能力。在公交换乘算法中需要存储一些地理信息，譬如节点、道路等信息，这就要求有一个较好的空间数据结构。此外，对于一个大型的城市公交网络而言，Dijkstra算法的效率显得尤为重要，这时需要重点考虑如何进行算法优化提高Dijkstra算法的计算速度（如基于cache的缓存计算方式）。通过这些实验内容的优化设置能够有效地锻炼学生自主分析和解决问题的能力。
4 结语
实验教学历来是理工科类课程的重要组成部分，地理信息系统作为一门交叉综合性课程，其实验教学的重要性不言而喻。通过任课教师对课程实验教学内容的优化设置、对实验教学要点的深入分析，能够帮助学生更好地掌握GIS基本原理与方法，并将所学理论融入到实际的GIS开发中。本文通过对实验教学中的主要知识要点进行分析，为后续教学活动提供有益参考，有助于教师更准确地把握学生实验中存在的问题，对加强实验教学效果、提高实验教学质量有一定的促进作用。
参考文献参考文献：
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地学空间分析范文5
关健词：地理信息系统、应用现状、发展趋势、分析
中图分类号：TN911文献标识码： A
一、 概述
地理信息系统简称GIS（Geographic Information System），是融合计算机和数据库于一体，用来存储和处理空间信息的高新技术。它由计算机硬件系统、计算机软件系统和不同方法组成的系统。该系统具有支持数据的获取、管理、处理、分析、建模和显示的功能，并可解决复杂的规划管理问题。也就是说它通过数据综合、地理模拟和空间分析能力的核心优势把地理位置和相关属性信息有机的结合起来，满足城市建设、企业管理、居民生活对空间信息的要求，并借助其独有的空间分析功能和可视化为土地利用、环境监测、经济建设、交通运输、城市规划以及政府部门行政管理提供辅助决策。
GIS最初的时候是为了解决地理学问题而产生的，现在已经成为一门涉及测绘学、地理学、环境科学、网络技术和空间科学等多学科的综合性学科。GIS有以下几个特点：
1.具有采集、管理分析和输出多种地学空间信息的能力，也就是将所有相关信息均按特定的坐标系统进行严格的坐标定位，对空间数据和属性数据进行统一的存贮和管理，它具有相当强的空间性和动态性。
2.以地学研究和地学决策为目的，以地学模型方法为手段，将多源的空间数据和统计数据进行分级分类、规范化和标准化，并进行标准化编码，能将计算机语言与所需的外部环境进行有机的结合，使其具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，产生更多高质量的分支信息。
3.具有图形和数据双向查询检索的基本功能。也就是说即能通过图形查属性，也能进行属性查图形，同时可以提供用户需要的空间分析数据。
4.通过计算机系统支持的空间数据管理、复合评价、预测预报和模拟优化等技术手段获得专门的科学分析方法作用于空间数据产生有用的信息，为辅助决策提供快速准确的依据。
5.与普通的数据库就用是对立统一的辩证关系。GIS离不开数据库，可是它的所有数据信息又是都与空间位置有关，其存储处理的信息都是经过地理编制码的，地理位置和与该位置有关的地理属性信息成为信息检索的重要组成部分；而一般的数据库只使用地理参照做存储和访问信息。
二、GIS研究现状及其分析
1、发展现状
我国GIS的发展比较晚，经历了起步阶段（上世纪70年代），这时期我国开始推广计算机在测量、制图和遥感领域方面的就用；准备阶段（上世纪80年代以后），这时期我国正处于改革开放阶段，国民经济全面发展，对地学的技术要求也有了进一步的要求，于是开始进行大规模的硬件建设投入，同时在学术交流和人才培养方面也得到了很大的发展，培养出了一大批从事GIS研究与应用的博士和硕士；发展阶段（80年代中期互90年代中期），这一时期GIS在我国也随着社会主义经济建设的发展走向了全面发展阶段。产业化阶段（90年代中期到现在），从国家的第七个五年计划开始，地理信息系统研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有组织、有计划、有目标的科学研究、和应用实践工作。现如今随着GIS的全面发展，这一技术已经渗透到社会的各个角落，GIS也开始了科技应用于生活的实践阶段。
2、分析
GIS是依附于计算机技术发展起来的一门学科，由于计算机技术的全面普及和不断突破以及其他相关理论和技术的完善，GIS在世界范围内得到了迅猛的发展。在大量数据的存贮、处理、显示以及资源共享等方面都突出了它的优势，主要表现在：在硬件系统上初步形成了网络化、多媒体GIS；提出了“开放的GIS环境”的概念，实现了资源和数据的共享；经过多年的发展和完善，已经形成了一套较为可行的数据标准等等。
3、不足
在GIS技术不断发展的环境下，这项应用已经从基础信息管理与规划扩展到更高端的科学领域，例如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。并且在很多西方发达国家，地理信息系统还广泛应用于环境保护、灾害预测、城市规划建设、资源保护、政府管理等众多领域，这些也正是我国的GIS有待提高的地方。
同时传统的GIS软件开发具有开发负担重、集成困难、专业语言不易掌握等缺点，需要我们的科技研究人员进一步研究一种语言通俗易懂、开发周期短，随时可以根据实际需要进行灵活方便的系统定制与升级。
三、GIS未来发展趋势
第一，GIS对计算机资源的要求不仅在空间数据的数据量方面，还在数据处理的复杂程度方面。随着互联网的日益发达，以及能够提供接近实时对地观测图像的高分辩率、高光谱、短周期遥感卫星的发射，所有这些为GIS技术的广泛、深入应用显示了更加光明的前景。同时，现在的GIS呈现出网络化、开放性、虚拟现实、集成化、空间多维性等发展趋势。
第二，数据管理方面。为了实现GIS的动态、实时和三维空间的可视化，比如3DGIS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三维计算与显示等多项空间数据量非常大，数据的管理与使用又是在不同的部门和机构之间沟通，所以这些数据又变得很复杂，因此也具备了极大的数学价值和经济价值，所以政府部门也非常重视，这在无形中推动了GIS在各领域中发展和在领域间的渗透。同时也使各科学领域间的界限逐渐变淡。
第三，GIS的组件系统、互联网系统、多媒体数据与GPS和RS的集成，将使基于空间数据的信息管理系统变得更加灵活多样，并极大地拓宽信息来源汇道，方便用户对各种信息的存存储与管理，同时也能够建立起更加科学的决策系统。
第四、GIS的市场应用。目前我国应用GIS的应用主体是政府部门，而且在今后相当长的一段时间都应该还是主体，由于政府部门的主体需求，将会出台一系列利好GIS发展的政策、法规，GIS发展将会火箭形式上升。企业是正在发展的GIS市场，如商业、交通、电信等行业，对GIS有着很大的需求，而第三产业的信息服务，如娱乐、教育等是目前刚刚启动且特别有前景的行业。
第五、GIS主要从业及主体开发形式。仅在我国提供GIS开发服务的单位的数千家之多，以GIS为主业的就有一千家之多。另外还有一些科研机构、高等院校和信息中心也在不同程度上提供GIS技术服务。从事GIS软件平台开发的公司多数是以科研单位和高等学校为基础发展起来的，同时并存的还有一些从事数据采集的公司，另外还有一些信息产业公司也开始涉足GIS，比如说很多品牌的手机上都装有GPS导航。最后是一大批留学回国创业人员，他们在经济发达的一线城市创立了多家GIS公司。目前为止GIS行业已经逐渐形成了三足鼎力的局势，然而这块市场更新发展快，市场容量大，不久以后，我国的GIS产业将成为稳定的产业，并将会以迅猛的速度向前发展。
四、结论
作为一种基于计算机的应用工具，GIS把地图的视觉和空间地理分析功能与数据数据库功能聚集在一起，提供了一种对空间数据分析、综合和应用。由于空间数据模型是GIS系统技术的核心，对其认识和研究在很大程度上决定了GIS系统及其应用的成败，因此近年来更多的研究人员加入了对GIS系统空间数据模型的探究。所以GIS系统将逐渐渗透到我们的衣食住行各个方面，并将引导我们的生活。
参考文献;
地学空间分析范文6
[关键词]地理信息系统 遥感 MapInfo
[中图分类号] P61 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-9-75-2
伴随着地质工作的不断深入，待发现的地表和浅部矿床越来越少，对于无露头或地表覆盖厚的地区，仅靠传统的地表直观的找矿方法已经很难实现找矿突破。隐伏矿床预测就是运用科学预测理论， 经过剖析隐伏矿床地质条件、深入研究矿化信息（找矿标志）、总结成矿规律， 进而圈定不同级别的预测区或三维空间内的找矿靶区的一项综合性工作。但是如何从各种不同来源的信息中提取有用信息来进行综合处理和综合分析， 以达到矿产预测的目的， 一直是矿产预测中主要解决的问题。多源信息融合技术的出现为不同来源的地学数据综合处理与综合分析提供了一种有效的方法， 证据权重法就是利用多源信息融合技术来进行矿产预测的地学统计方法。同时， 地理信息系统（ Geographic Information System， GIS）作为对地球空间数据进行采集、存储、管理、分析和表示的空间信息系统， 它为多源地学信息复合研究提供了一条新的途径。采用GIS技术进行矿产资源预测评价， 就是通过各种空间分析方法对各种地质空间数据进行综合， 了解地质体间的相互关系， 掌握各种地质现象与成矿规律的耦合关系， 最终对矿产资源进行有效的评价。因此把多源地学信息和GIS相结合， 是进行矿产预测的必然趋势和主要手段。
地理信息系统是一门交叉学科，它介于地理科学与信息科学之间，是近年来迅速发展起来的一门新兴技术学科。它是以地理空间数据库为基础，凭借计算机硬件和软件环境，对空间相关数据进行采集、管理、分析、操作、模拟和显示，适时提供空间和动态的地理信息，为决策提供服务的一类信息系统。它不但具有传统的数据库管理系统（DBMS）所具有的管理反映地理要素的属性数据功能，而且具有管理描述属性数据空间分布位置的空间数据功能。利用空间分析方法可以对多源数据进行叠置综合分析作出判断、解释和决策。
1布敦花矿区地质及地球物理概况
试验区位于内蒙古科尔沁右翼中旗白音胡硕镇西南17km，区内出露的主要地层为晚古生界下二叠统清风山组的砂岩、变质砂岩、板岩等；中生界中侏罗统万宝组和上侏罗统满克头鄂博组的砂岩、砾岩、凝灰岩和火山碎屑岩等。新生界第四系较发育，主要为冲积湖积粘土、砂砾层及风成砂等。控矿、容矿构造主要以近南北向断裂构造为主。岩浆岩主要为布敦花岩浆杂岩体。试验区矿床类型有受控于南北向断裂构造的热液脉状类型和受岩体冷凝收缩裂隙及次级构造控制的斑岩型（细脉浸染状）两类。热液脉状矿床分布于布敦花岩浆杂岩体北侧外带，赋矿围岩主要为角岩化的变质砂岩、板岩、黑云母角岩等；斑岩型矿床赋存于布敦花岩浆杂岩体北侧外带，赋矿围岩主要为角岩化的变质砂岩、板岩、黑云母角岩等；斑岩型矿床赋存于布敦花岩浆杂岩体南翼内带，主矿体赋存于隐伏的斜长花岗斑岩岩体顶部起伏界面之外接触带下二叠统清风山组及中生界中侏罗统万宝组地层内。矿化受斜长花岗斑岩形态的控制。
试验区致密块状铜矿石电阻率最低，极化率最高，其次含碳质板岩和浸染状铜矿石也呈现低阻高极化，其他岩石一般为高阻低极化，含碳质板岩是内电法异常的主要干扰因素，在地表一般可形成高于矿异常的非矿异常，但可根据其形成的规模和范围较大且跟地层走向一致的特点进行区分。从磁性来看黑云母花岗闪长岩、斜长花岗斑岩、闪长玢岩等中酸性杂岩体岩石磁性较强，矿化变质砂岩和矿化凝灰岩也具较高磁性，浸染状铜矿石和其它岩石呈弱中等磁性。故试验区地表磁异常主要为具有一定规模的布敦花杂岩体引起，局部叠加有较强磁性矿化凝灰岩和矿化变质砂岩磁异常。区内致密块状铜矿石密度最高，浸染状铜矿石密度略高于其它岩石。中酸性杂岩体岩石密度均较低。由于赋矿围岩密度较高，且具一定规模，而矿体一般为脉状产出，在地表很难形成明显的重力异常。布敦花杂岩体岩石密度低，在其分布范围内易形成重力低值异常。
因此，试验区矿床主要包括细脉浸染状铜矿体和脉状铜矿体两类，细脉浸染状矿体主要受杂岩体的斜长花岗斑岩形态控制，脉状矿体主要受南北向断裂带控制。重、磁、电各方法对地质体的反映效果有所不同。重、磁异常主要反映岩体的分布范围和构造位置，激电异常在矿体上有明显的反映，含碳质板岩虽为激电干扰，但依据其规模予以区分。
2运用GIS进行多源数据分析及成矿预测
根据上述分析，不同的地球物理空间数据，表现出不同的地质信息，同时野外所采集的各方法的数据均是地下地质体的综合反映，要想实现找矿和成矿预测就必须对所获取的地球物理数据进行场的提取和分离，然后在GIS软件平台上进行叠置分析、综合解释和推断。首先将不同的地球物理场空间数据运用数据处理软件Gcosoft进行网格化生成栅格文件，然后采用延拓、趋势分析、求导、滤波等方法进行场的分离和提取，在此基础上，利用图象处理技术进行处理解释和综合评价，同时将提取和分离后的各种物理场栅格文件数据经格式转换后，转换为Mapinfo可接受的格式，在Mapinfo平台上将与矿脉有直接关系的激电异常利用Mapinfo的查询功能根据矿体与激电异常关系特征，生成激电异常面对象的分布图，再将见矿钻孔与已知矿脉根据其已知空间必将生成一个*.tab表，以备下一步空间分析之用。
试验区矿体主要受近南北向断裂及其两侧的低序次断裂裂隙和布敦花杂岩体的形态控制，大断裂是导矿构造.低序次断裂是储矿构造，因而寻找和圈定南北向断裂构造及岩体的分布是成矿预测的第一步。利用重磁数据在不同方向的导数阴影图圈出线状断裂构造的分布，利用磁异常垂向二阶导数的零值钱勾出布敦花杂岩体的分布范围。然后在Mapinfo平台上，以经过数字化的1：2.5万地质图为基础图件，把构造及岩体分布图格式转换叠置在Mapinfo窗口进行综合对比分析。通过对已知矿体及见矿钻孔位置分布分析，发现已知的铜矿体均分布在杂岩体内、外两侧和穿过岩体的近南北向断裂附近，且一般在几组断裂的交叉部位。
依据上述矿体的分布特征，首先利用Mapinfo可以为图形对象生成缓冲区的功能，以近南北向的断裂为中心，以矿体相对南北断裂的最大距离（试验区该距离大约为200m）为半径建立一个缓冲区，并将缓冲区保存为一个表，然后打开以面对象存储的激电异常（表）分布图，最后将缓冲区所对应的临时表保存为一个永久性表。这样就可能在地图窗口看到将在断裂周围200m范围内的所有激电异常的分布，即成矿远景预测区。
已知矿脉均产出于马蹄形分布的杂岩体北环西端内、外两侧，且位于DJl、DJ2、 DJ3、DJ4激电异常区。而在与其南北对应的南半环也有相似的特点，且根据磁异常向上延拓分析，杂岩体是由南向北侵入的；且控制矿体的主构造是南北相通的，所以在杂岩体南环西端有构造穿过的部位是成矿最有利的区域。如DJl0、DJll、DJl2都位于近南北向与北东东向断裂交叉位置的缓冲区内。另外DJ4的南部及DJ5、DJ6、DJ7号激电异常也具同样的特征，属成矿有利区域。
3结语
依靠GIS技术，对反映地质信息的多源数据进行空间叠置分析，具有直观、客观、快捷等特点，是研究地下地质构造及成矿预测的一个比较合理的方法。但在具体的操作过程中应注意以下几个方面。首先是对反映地质信息的各种数据要在充分了解试验区的地质特征的前提下进行数据的处理、提取和分离出真正有意义的异常信息。其次是对所提取和分离的异常及试验区的基础信息要详细地分别建立基础数据库（表），然后进行空间叠置分析，这样就可以随时根据所要解决的问题进行各种查询分析，特别是有了新的认识，就可以进行快速、科学的解释推断，达到预期的目的。
参考文献
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