第七章 地理信息系统的应用
本章概述：地理信息系统是以应用为龙头，市场为导向，软件为核心的产业，是应用促进了GIS的发展，也是应用校正了GIS蓬勃发展的方向和促进GIS软件市场的形成。早期GIS主要应用于自动制图，设施管理和土地信息系统，后来逐步扩展到军事、资源和环境管理、监测和预估等众多领域，随着GPS技术的成熟及与相关学科的结合，GIS已经进入政治分析与决策、经济规划、交通运输等所有涉及空间信息的行业和部门；地理信息系统的应用水平也从提供简单数据表格，发展到提供分析和解决问题办法。本章主要介绍地理信息系统与相关技术的结合应用。
§7.1 地理信息系统与遥感的结合
阐述GIS与遥感结合的必要性，结合的技术途径和一个具体的城市分析实例。
§7.2 地理信息系统与全球定位系统的结合
讲述全球定位系统GPS与GIS结合的形式和实例。
§7.3 地理信息系统与人工智能的结合
讲述人工智能的重要概念和GIS与之结合的实例。
§7.4 地理信息系统的管理应用
讲述信息管理系统(MIS)的不足，介绍万像电子地图集系统对供水信息的解决方案。
§7.5 地理信息系统的规划应用
讲述GIS用于规划工作的优势、原则、实例。
§7.6 地理信息系统的决策应用
3S集成是GIS发展的趋势，讲述了GIS应用于决策的实例——常州市发展预测及相应住宅规划。
§7.7 Web GIS
介绍Web GIS原理与特点。
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§7.2 地理信息系统与全球定位系统的结合
全球定位系统（Global Position System,简称GPS)是以卫星为基础的无线电测时定位和导航的系统，可为航空、航天、陆地、海洋等方面的用户提供不同精度的在线或离线的空间定位数据，对于运动物体（车、船、机、星、弹）的全球准确定位被用于监控、救援、排险、导航等十分重要场合。GPS与GIS进行集成，可以实现实时定位、快速测量、监控导航等不同的具体应用目标。
一、GIS与GPS集成的系统结构模型
图解介绍GIS与GPS集成的系统结构模型。
二、GIS与GPS结合的形式
介绍GIS与GPS结合的两种形式：单台移动式和集中监控式。
三、GIS与GPS结合实例(一）黄冈地区运金车GPS实时监控系统
介绍黄冈地区运金车GPS实时监控系统的系统影响因素、需解决的关键问题，系统的网络结构和系统主要功能、主要技术指标。
四、GIS与GPS结合实例(二）中国大通汽车自动导航系统
以图解方式介绍中国大通公司的汽车自动导航系统的主要部件、内部结构和系统功能。
一、GIS与GPS集成的系统结构模型（据邬伦等）
图7-2-1描述了GIS与GPS集成的系统结构模型，为了实现与GPS的集成，GIS系统必须能够接收GPS接收机发送的GPS数据（一般是通过串口通信），然后对数据进行处理，如通过投影变换将经纬度坐标转换为GIS数据所采用的参照系中的坐标，最后进行各种分析运算，其中坐标数据的动态显示以及数据存储是其基本功能。
二、GIS与GPS结合的形式
GPS与GIS结合的形式一般有单台移动式和集中监控式两种。
1．单台移动式
即是在用户设备上直接配备GIS工具软件，把接收机天线接收的定位数字信号直接馈入GIS系统，由GIS系统对接收机定位信息进行处理并与其数字地图匹配，这样即可全世界实时显示接收机天线位置；这种情况对于接收机是独立运作时可采用，定位精度要求不高。
2．集中监控式
当定位精度要求高，移动区域广，需要集中显示流动目标的运行状况时，便需要采取本方式。它的组成往往有多台接收机，控制中心和基站组成：
1）控制中心，由大屏幕计算机、无线电台、通讯适配器、电源和天线系统组成，并配备GIS。
2）基站，由电台、通讯适配器、电源和天线系统组成。
3）移动站（即车载系统），由电台、天线、通讯适配器和GPS接收机组成。
其工作流程为各接收站把接收到的本机位置信号、通过电台发送给基站，基站接收信号后无线发送给控制中心，中心把收到的定位信号通过处理并与GIS的电子地图相匹配，显示该接收机位置。其中基站是作为中继站，视活动覆盖区大小及电台发送信号功率大小，可多可少，当接收机上电台功率大，或活动范围不大，可不要基站。监控中心在了解移动器的运动后还可通过电台发出接收机动作指令，指挥接收机的运行。
三、GIS与GPS结合实例(一）黄冈地区运金车GPS实时监控系统（据邬伦等）
1994年初，人民银行湖北省黄冈支行结合黄冈地区的实际情况 ，建设了运钞车卫星定位监控系统，这是一个GPS与GIS结合的系统。
1、系统影响因素
由于黄冈地区地理位置特殊，从无线通信技术角度讲，有三大不利因素：
1）大山遮挡、通信死角多；
2）与三省交界，频率协调难；
3）跨区范围大，通信质量难以保证。
2、关键技术
为解决以上问题，在硬件和软件技术上要妥善解决：
1）移动数据通信的抗多径衰落、抗多普勒频移、抗阴影衰落能力（空间分集、时间分集、优良的调制方式、纠错编码等多种技术的综合采用）；
2）常规电台的高速数据传输，速率为16kbps；
3）常规电台收发转换时间控制在5ms以下；
4）多基站系统的网络结构设计；
5）移动站的自动漫游及自动越区；
6）无线多址技术及效率。
3、系统网络结构
"运钞车卫星定位监控系统"采用多基站集中监控方式的系统（4个基站），图7-2-2，覆盖范围除黄冈地区9个县市外，武汉、鄂州、黄石也在视野之内。
4、系统主要功能
1）移动站具有数、话兼容功能，既能传输GPS定位数据，又能进行无线与有线、无线与无线间的语音通讯；
2）车辆监控、调度；
3）误码率从10-2纠正到10-5；
4）报警信息具有优先权，响应时间小于3.5sec；
5）移动站的传输周期为21sec，即每隔21sec传输一次GPS定位信息；
6）自组织网络，路由自动选择，自动中继；
7）综合采用TDMA和CSAM两种介质访问方式，使天线信道的利用率大大提高；
8）采用多媒体技术，使指挥中心的操作界面十分友善；
9）电子地图具有放大、缩小，自动跟踪平移，运行轨迹保存再现及道路添加功能；
10）系统定位精度不低于30米，处理能力每秒20辆车。
5、系统主要技术指标
1）系统容量500辆车；
2）天线信道频450MHz；
3）信道带宽25KHz；
4）调制方式GMSK；
5）多址协议：预约TDMA；
6）数据链路规程HDLC；
7）数据接口RS-232；
8）信道编码：R-S码（名组码）；
9）纠错方式：FEC；
10）抗衰落技术GM-SK调制、交织、空间分集、纠错编码。
该系统自1995年8月投入服役于刑警队伍以来，运行情况与设计目标吻合。
四、GIS与GPS结合实例(二）：中国大通汽车自动导航系统
这里主要以图解方式介绍中国大通汽车自动导航系统的主要部件、内部结构和系统功能，如需详情可访问网站：http://www.AutoNavi.com
1、主要部件（图7-2-3)
2、内部结构（图7-2-4)
3、系统功能（图7-2-5至图7-2-10)
系统功能包括：计算当前位置，显示地图画面，最佳路线制定，检索功能，语音提示和娱乐功能。
