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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§7．4 地理信息系统的管理应用
目前的各种信息管理系统仅从属性、数据上进行管理是一种静态的管理，没有空间信息的管理是残缺的管理。许多需要涉及空间信息的管理系统迫切需要GIS的功能加以解决。本节介绍了一些成功的GIS用于管理的解决方案。
一、对信息全面管理是现阶段社会的迫切需要
现代社会的管理是通过对信息的管理实现的。目前各种信息管理系统极大的方便了管理，但是有些部门因其特殊性需要空间数据的管理。下面列举了城市水、电管理上的矛盾。
二、万像电子地图集系统对供水信息的解决方案
这一部分介绍了武汉供水信息概况以及万像GIS解决方案。万像GIS已经在武汉市的自来水管线管理系统中投入运行。
图7-4-2 武汉自来水管理信息系统
三、供电企业MIS的桩基--雅都EFGIS平台
供电企业配网资料管理中也存在着前述问题。由于供电网络是一些不封闭的网络，信息管理的动态性、实时性要求更为强烈。雅都EFGIS主要是一个Unix下的AM/FM/GIS平台，目前也已扩展到Windows环境下,它成功地应用在不少供电企业，取得良好社会和经济效果。
图7-4-3 雅都EFGIS平台
一、对信息全面管理是现阶段社会的迫切需要
现代社会的管理是通过对信息的管理实现的。目前从政府机关到为企事业单位，各种信息管理系统（MIS Management Information System）数以万计地发展起来，他们在初步感受到信息管理优点同时，又同时深深感到，仅从属性、数据上进行管理是一种静态的管理，没有空间信息的管理是残缺的管理。以城市管理为例，负担大、中、小城市数万至数百万居民每天的食、住、行的市政公用企事业如水、电、气、公安、消防、交通、电话等经受着越来越大的压力：政府和居民对他们的要求越来越高；设备总量、种类、型号、各种复杂情况越来越多，服务年限也久远，其资料堆积如山，不采取信息管理上的有力措施，必将遭受不可估量的损失。而这些管理无一不与空间信息有关。
对信息的全面管理，对于广大的企事业单位而言，首当其冲的就是自动制图和设施管理的GIS，即AM/FM（Automatie Mapping/Facilities Management）类型的GIS。
对于城市的生命线水、电而言，生产和管理上的矛盾主要有下列3个：
图7-4-1 城市的水电管理矛盾
二、万像电子地图集系统对供水信息的解决方案
1、武汉供水信息概况
图7-4-2 武汉自来水管理信息系统
武汉市是人口近 600 万的大型城市，其日供水达 300~600万吨，全城区面积跨9个1：5万图幅，36个1：1万图幅，3200多幅1：500图幅，供水管线达2000多公里，有大型阀门数万个，水表几十万个以及庞大数量的消防栓及其它附属设务。其最老的管线已近90年，年代久远，其供水系统在全国规模仅次于上海。其历史资料堆积如山。面对如此巨大的数据群，多年来，武汉市自来水公司建立了众多数据库，但是它们是残缺的、静态的，不能适应需要。
2、"万像"系统解决方案
95年底，他们采用了WIN95及WIN/NT 4.0下的"万象"电子地图集系统解决以上问题，进行了：
①扫描建立电子图集。对于复盖城区1：25万、1：5万、1：1万、1：2000、1：500各基础图集，采用扫描建库，并加以必须的图像处理和适当编辑修描，效率高、质量好，历时不到4个月，即完成3300幅基础图的集成。
②建立以图形为索引的供水设备台帐数据库。对查核、修改后的设备卡片图纸都进行，这一转换工作也是以扫描方式完成的，设备图以设备编号（关键字）独立存储。这一工作与原单位已建设备（数字）数据库各设备1-1对应，并建立联系。
③在电子地图集上标绘入各设备的空间位置，并使之进入专业数据库，这是与一般矢量GIS作用与功能相当的空间数据库，并与设备台账数据库建立联系。
④在上述数据的基础上，"万像"系统自动建立设备之间的拓朴关系。
在这基础上，一个包含3300幅基础底图范围的供水信息系统，已在98年元月武汉市汉阳水管所投入运行，是一个实用化系统。
3、功能
它有以下主要功能：
（1）面向对象的图形建模工具：用来建立包含对象属性、图形符号、参数表格及其下属多媒体对象的应用模板。
（2）网络拓朴重建。
（1）超文本的多向交叉查询、综合查询、拓朴查询。
（4）三维分析、缓冲区分析、连通分析、最优路径分析。
（5）多层次、无缝图幅的矢栅连续漫游实现网络沿线追踪漫游。
（6）任意地区、任意层次、任意位置的"所见即所得"图形操作。
（7）一些专业分析及处理：如爆管分析及处理，设台账的查询、分析、动态修改模块等。
实践表明，"万像"系统"初始化"时间比同类系统高1个数量级以上，由于矢量数据量相对最大限度地减小,运行效率高一个数量级，性能价格比高1个数量级。这对于任意地区有大量地图及图件的企、事业单位管理十分有效，企业化的管理可借助它很快走上轨道。其相应缺陷是: 采用扫描集成空间" 底图", 若不经处理,图面美观程度略差。
三、供电企业MIS的桩基--雅都EFGIS平台
供电企业配网资料管理中也存在着前述问题。由于供电网络是一些不封闭的网络，信息管理的动态性、实时性要求更为强烈。雅都EFGIS主要是一个Unix下的AM/FM/GIS平台，目前也已扩展到Windows环境下,它成功地应用在不少供电企业，取得良好社会和经济效果。详细的信息参阅雅都网站。
图7-4-3 雅都EFGIS平台
1,解决方案
首先使用空间数据信息管理工具将传统的供电网图册资料管理起来，将其以电子图形的方式存放于计算机中，即"数据转换"工作。这主要有两项内容（不包括原始资料整理工作）：
（1）建立基于合适比例尺电子地图的"电子化"电网图形资料库，或称为将原始资料中的电力设施图件"数字化"。
（2）建立以图形为索引的电力设备参数数据库（设备台账数据库）。
由于供电部门的供电网设施资料经过多年积累而成，数据转换的工作量将是相当可观的。而这些资料又在不断变化之中，因此，最初的数据转换工作必须在尽可能短的限定时间（初始化时间）内完成，国内外的经验证明，数据转换所需的初始化时间的长短将直接关系到系统建设的成败。
要想缩短初始化时间，必须同时投入大量人力进行协同作业，以完成数据转换。显然，这就要求所采用的空间数据信息管理工具能提供协同化操作环境（简称"协同操作环境"），以支持不同的操作人员能同时输入电网图形数据。
事实上，要满足上述要求，一般的地学领域大型GIS或商用领域桌面型GIS是难以胜任的，而AM/FM/GIS则正是在此类应用需求的驱动下发展起来的一种专用技术。
在AM/FM/GIS系统的协同操作环境支持下，在计算机系统的核心资料库中建立一个能够反映实际供电网络设备情况的电网模型，使各工作部门（如设计、运行、维护、调度等）的操作人员能够在自己的岗位上和生产作业过程中，通过协同操作环境，高效率地对各自负责的数据进行更新及维护操作，最终使数据转换工作在较短的时间内得以完成。
2,EFGIS特点
（1）EFGIS的分布式协同作业控制机制是高效率的供电协同操作环境，不同的部门可以在不同的地点、按照各自的工作习惯完成本部门负责的供电网资料的更新、录入工作，其它部门可在各自的计算机中看到这些数据。由于EFGIS可同时支持数十个用户的协同操作，所以能够在很短的初始化时间内完成数据转换工作。
（2）在EFGIS系统中，全信息电网模型充当了对实际供电网仿真模拟的角色。在该模型中，电网的全部设备、设施的台账资料及联接关系都被完备地描述出来，供电网络的网络拓朴关系也被同一模型所描述。另外，EFGIS还提供了一系列基于网络模型的拓朴分析工作。
（3）作为显示手段，EFGIS将全信息电网模型中的设备及设施，按其空间地理位置显示于电子地图之上，并可打印生成有关的工程图纸。尤其是EFGIS的实时图形显示速度对海量图形数据的显示是至关重要的。
（4）EFGIS中的实时并发I/O控制机制基于实时操作系统及专用通信协议，完成与实时系统（供电网SCADA）的数据通信操作，以保证系统的I/O能力能够满足具有实时特点的生产操作的要求。
目前，EFGIS已成功地应用于广州中区供电局、北京城区供电所等部门，获得了用户的好评。另外还有若干个供电局采用的EFGIS系统正在建设之中。EFGIS的初步成功说明了国产AM/FM/GIS软件不仅在适应国情、满足实际应用需求、技术支持等方面超过国外大型GIS系统，并且已经在软件系统构造技术、软件系统功能方面具备了与国外大型GIS系统正面竞争的实力。目前, 它的主要缺点是更新和输入数据工作量仍显较大,Windows环境下, 功能仍很受限制。
实践表明，管理是GIS最重要应用领域之一，GIS作为质、数、时、空信息的统一管理者能够使用于各行各业、深入到千家万户。