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關鍵詞:地理信息系統(tǒng)、隱患、基本安全技術、對策
中圖分類號:X144文獻標識碼: A 文章編號:
一、前言
作為近年來迅速發(fā)展的一門新興技術學科,地理信息系統(tǒng)對我國國家信息資源的完整性有重要作用。進入新世紀, 在衛(wèi)星定位技術、遙感技術、地理信息系統(tǒng)技術以及網絡技術快速發(fā)展的背景下,我國地理信息市場也得到了迅速發(fā)展, 有力推動了社會的發(fā)展,但是現(xiàn)階段我國地理信息系統(tǒng)還存在一些安全隱患需要我們引起足夠重視。
二、地理信息系統(tǒng)存在的安全隱患
從地理信息系統(tǒng)的三種網絡結構,可以分析得出,地理信息系統(tǒng)的安全隱患存在于硬件、操作系統(tǒng)、通訊協(xié)議、數據庫平臺、GIS 平臺、操作人員六個環(huán)節(jié)。
1、硬件
主要指設備的穩(wěn)定性、可用性,以及地理信息在網絡傳輸中硬件因素(如通信線路、網橋、交換機、路由器等)的安全性。
2、操作系統(tǒng)
地理信息系統(tǒng)總是構建在一定的操作系統(tǒng)平臺之上的,而且絕大部分地理信息系統(tǒng)開發(fā)都使用了操作系統(tǒng)的應用程序接口。不論是微軟的 Windows 操作系統(tǒng),還是 Unix 或 Linux,都存在系統(tǒng)漏洞,對地理信息系統(tǒng)安全構成極大威脅。
3、通訊協(xié)議
網絡與地理信息系統(tǒng)的融合拓寬了地理信息系統(tǒng)的應用范圍,也給地理信息系統(tǒng)的安全帶來眾多挑戰(zhàn)?,F(xiàn)在的地理信息應用系統(tǒng)大多構建在 TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/網際協(xié)議)基礎之上,而作為 Internet 的基石,TCP/IP 和 UDP 在制定時并沒有著重考慮到通訊路徑的安全,其安全體系結構比較薄弱。
4、數據庫平臺
隨著地理信息系統(tǒng)快速發(fā)展,需要在系統(tǒng)中管理的數據范圍和種類都呈明顯增加趨勢,對數據庫的需求和依賴越來越強烈。但是,從目前數據庫的使用狀況來看,數據庫保護數據的功能不斷受到挑戰(zhàn).目前,國內使用的數據庫軟件產品,都存在一定的安全隱患,令地理信息系統(tǒng)開發(fā)者茫然不知所措。
5、地理信息系統(tǒng)平臺
很多地理信息系統(tǒng)是在二次開發(fā)平臺上完成的,以至于很多二次開發(fā)平臺自身的不安全隱患遺傳到了地理信息系統(tǒng)上。另外,二次開發(fā)平臺在和其他系統(tǒng)交互時也會產生漏洞,比如 ArcGIS 通過數據庫引擎 ArcSDE 連接后臺數據庫時, 入侵者可以截取保存在客戶端ODBC 數據源中的賬號和密碼,通過網絡應用服務中間件(ArcIMS)與 Web 服務器連接,從而可能引發(fā)分布式拒絕攻擊。此外,還有一些專門針對地理信息系統(tǒng)的病毒,讓一些地理信息系統(tǒng)陷入癱瘓。
6、操作人員
地理信息系統(tǒng)作為網絡應用系統(tǒng),面對的使用者除了系統(tǒng)管理員、數據庫管理員,還有眾多的系統(tǒng)用戶,包括本地用戶和網絡用戶,人為因素造成的信息安全比例也是相當高的。究其原因,除了管理制度上的缺陷,主要是廣大用戶的安全技術水平較低。
三、地理信息系統(tǒng)基本安全技術
1、防火墻
盡管防火墻不是萬能的,但對于網絡安全而言具有重要作用。防火墻是位于兩個網絡之間的屏障,一邊是內部網絡(可信賴的網絡),另一邊是外部網絡(不可信賴的網絡)。防火墻按照系統(tǒng)管理員預先定義好的規(guī)則來控制數據包的進出。大部分防火墻都采用了以下三種工作方式中的一種或多種:根據系統(tǒng)管理員的規(guī)定來接收或拒絕數據包,掃描數據包,查找與應用相關的數據;使用一個過濾器來檢查數據包的來源和目的地;在網絡層對數據包進行模式檢查,看是否符合已知“友好”數據包的位模式。
2、加密
加密即是對信息進行重新組合,確保只有收發(fā)雙方才能解碼并還原信息的一種手段。傳統(tǒng)的加密系統(tǒng)是以密鑰為基礎的,這是一種對稱加密,也就是說,用戶使用同一個密鑰加密和解密?,F(xiàn)階段,在技術進步的推動下,正逐步將加密集成到系統(tǒng)和網絡中,例如IETF正在發(fā)展的下一代網際協(xié)議IPv6。在硬件方面,Intel公司用于PC機和服務器主板的加密協(xié)處理器也正在研制當中。
3、身份認證
系統(tǒng)的第一道防線是防火墻,以避免系統(tǒng)受到非法數據侵入,而阻止非法用戶則是由安全檢查來完成的。一個用戶的合法性可由多個方法來鑒別,最常用的方法是密碼,然而很多用戶的密碼采用了很容易被猜到的單詞或短語,導致該方法經常失效。其他方法有對人體生理特征(如指紋)的識別、USB盤和智能IC卡等。
4、數字簽名
數字簽名能夠證明消息確實是由發(fā)送者簽發(fā)的,并且在數字簽名用于存儲的數據或程序情況下,能夠對數據或程序的完整性進行驗證。美國政府采用的數字簽名標準使用了安全哈希運算法則。用該算法對被處理信息進行計算,可得到一個160位(bit)的數字串,把這個數字串與信息的密鑰以某種方式組合起來,從而得到數字簽名。
5、內容檢查
即使有了防火墻、身份認證和加密,人們仍擔心遭到病毒的攻擊。有些病毒通過E-mail或用戶下載的ActiveX和Java小程序(Applet)進行傳播,帶病毒Applet被激活后,又可能會自動下載別的Applet?,F(xiàn)有的反病毒軟件可以清除E- mail病毒,對付新型Java和ActiveX病毒也有一些辦法,如完善防火墻,使之能監(jiān)控Applet的運行,或者給Applet加上標簽,讓用戶知道他們的來源。
四、加強地理信息系統(tǒng)安全的對策
1、確立地理信息系統(tǒng)安全目標
合理評價地理信息系統(tǒng)安全性級別,分析風險,明確安全需求和安全等級?;诖瞬渴鸢踩a品, 測試入侵。
2、強化地理信息系統(tǒng)安全意識
從實質上來講,只要系統(tǒng)還在使用,不存在絕對安全的地理信息系統(tǒng),安全問題就會或多或少的存在,僅僅是程度有所不同。所以,上至領導層、管理層,下至具體的執(zhí)行層,都必須要強化風險意識,定期開展安全普查,不斷進行安全業(yè)務培訓,熟練掌握操作技能,深入落實地理信息系統(tǒng)安全措施。
3、建立健全地理信息系統(tǒng)安全管理制度
(1)責任分工制度,采用資產管理手段對硬件設備安全管理進行明確,與權限控制相結合明確各成員在地理信息系統(tǒng)中的系統(tǒng)安全分工;
(2)機房管理制度,制定軟硬件操作規(guī)程、地理信息系統(tǒng)運行規(guī)程等;
(3)安全審核制度,監(jiān)督管理用戶行為,動態(tài)跟蹤地理信息系統(tǒng)工作過程,對用戶活動加以記錄,對記錄系統(tǒng)妥善管理,對各種安全文件進行監(jiān)控和捕捉,對日常審計記錄和審計日志進行維護管理。
(4)安全追蹤制度:這是最為重要,也是最易被忽視的一環(huán)。管理人員(包括系統(tǒng)管理員、數據庫管理員、系統(tǒng)安全員等)應及時追蹤各操作系統(tǒng)、數據庫及地理信息系統(tǒng)開發(fā)商所的漏洞報告,及時打上各種補丁,保證地理信息系統(tǒng)的健壯性;
(5)災難恢復制度:結合責任分工制度明確地理信息系統(tǒng)安全事件后負責人員、恢復機制、方式、歸檔管理、硬件、軟件等。
4、數據備份
既然沒有萬無一失的系統(tǒng)安全和防護措施,最原始的方法也許更能減少地理信息系統(tǒng)的損失,那就是數據備份,可以采用系統(tǒng)備份、增量備份、完全備份等多種方式,對地理信息系統(tǒng)數據進行定期備份。
五、結語
綜上所述,隨著基礎地理信息系統(tǒng)和互聯(lián)網技術的發(fā)展,必將給社會帶來更大的變革。如何解決基礎地理信息在網絡傳輸中的安全性能,已成為制約其推廣應用的現(xiàn)實問題,本文就此提出了防火墻技術、數據加密技術和防治病毒技術的綜合使用思想,與同行共同探討。希望能為我國基礎地理信息系統(tǒng)的應用起到一些有益的貢獻。
參考文獻:
秦迎春:《TCP/IP協(xié)議的隱患及防范》,《計算機安全》, 2005年03期
劉永學 李滿春 劉國洪:《地理信息系統(tǒng)安全初探》,《遙感信息》, 2007年02期
關鍵詞:環(huán)境地理信息系統(tǒng);教學改革;環(huán)境專業(yè)
作者簡介:呂慧華(1982-),女,江蘇鹽城人,鹽城工學院環(huán)境科學與工程學院,講師;周峰(1985-),男,河南南陽人,鹽城工學院環(huán)境科學與工程學院,講師。(江蘇 鹽城 224051)
基金項目:本文系鹽城工學院2013年度校級教改研究項目(項目編號:77)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)14-0127-02
環(huán)境地理信息系統(tǒng)屬于地理信息系統(tǒng)(GIS)在環(huán)境領域的研究分支,是利用GIS 技術對環(huán)境進行管理與研究的計算機系統(tǒng)。它以環(huán)境工程和環(huán)境科學為研究對象,以環(huán)境學、計算機科學、地理學為基礎,與遙感、測量、數據庫、數據挖掘等緊密相連,廣泛應用于環(huán)境資源調查、環(huán)境評估、環(huán)境規(guī)劃等領域的研究。[1-4]
環(huán)境地理信息系統(tǒng)作為解決眾多實際環(huán)境問題的重要技術手段,具有較強的實踐性以及跨學科特點。與GIS專業(yè)學生相比,環(huán)境專業(yè)學生在計算機、地圖學、地理學、測繪學、程序設計、數據庫等方面知識結構不完整,若系統(tǒng)深入學習,將面臨很大的困難。[5,6]因此,環(huán)境專業(yè)學生學習GIS課程時,其教材、教學方法、實驗設計以及考核方式等都應具有一定的特殊性。本文根據環(huán)境地理信息系統(tǒng)課程特點以及環(huán)境專業(yè)學生培養(yǎng)目標要求,結合筆者近幾年教學實踐,著重探討如何讓環(huán)境專業(yè)學生在有限的學時內較快較好地掌握GIS理論與技術。
一、環(huán)境地理信息系統(tǒng)課程簡介
環(huán)境地理信息系統(tǒng)是環(huán)境專業(yè)的選修課。該課程主要利用學生所學的環(huán)境學、數據庫技術和GIS技術對環(huán)境地理信息系統(tǒng)的進行設計開發(fā)與應用,拓展學生的應用技能。其教學目標主要為:第一,使學生熟悉GIS的基本概念;了解空間數據組織和管理的常用方法;掌握空間數據采集和輸入;數據質量分析的基本方法和內容。第二,掌握GIS空間分析的基本方法與特點,具備應用GIS解決環(huán)境領域實際問題的能力。第三,了解環(huán)境信息系統(tǒng)的結構和開發(fā)過程,并能利用所學理論進行開發(fā)設計。
GIS技術在環(huán)境領域得到廣泛應用,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:第一,GIS在環(huán)境數據管理中的應用。例如在編制環(huán)境質量報告書中,可以運用GIS進行環(huán)境地理空間數據組織和管理,并且運用專題制圖功能分析環(huán)境質量的時空變化趨勢。[7]第二,GIS在環(huán)境影響評價中的應用。例如將GIS與大氣污染擴散模型相結合,可以預測在給定氣象條件下污染物的空間分布,再將污染物空間分布與人口密度進行空間疊加分析,從而確定受大氣污染影響的人口數目。第三,GIS在環(huán)境規(guī)劃中的應用。例如在污染源分析和水源保護區(qū)劃分中,可利用GIS緩沖區(qū)功能,將緩沖區(qū)與其他信息作疊置分析,以確定受污染源影響或影響水源保護的區(qū)域。第四,GIS在環(huán)境應急響應中的應用。例如在突發(fā)性水污染事故中,可以運用GIS的空間數據集成和網絡分析功能與水質模擬技術相結合,對突發(fā)性水污染事故造成的污染情況進行模擬,以便能及時確定受影響的范圍和對象。
二、教材建設和教學資源整合
1.教材的建設
教材是一門課程的基礎。環(huán)境地理信息系統(tǒng)由于涉及的相關學科眾多,目前還很少有針對環(huán)境專業(yè)的地理信息系統(tǒng)權威教材,因此編制環(huán)境地理信息系統(tǒng)教材對于保證課程質量具有重要的作用。通過教學實踐發(fā)現(xiàn),環(huán)境地理信息系統(tǒng)課程教材在內容上可以分為兩大部分:第一部分為GIS基礎理論和關鍵技術,主要內容為地理信息系統(tǒng)主要原理和技術步驟;第二部分為專題案例,分別講述地理信息系統(tǒng)在環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境管理、環(huán)境監(jiān)測以及環(huán)境影響評價中的應用案例。將教材分成上述兩個部分,可以實現(xiàn)理論和實踐的有機結合,從而達到更好的教學效果。
2.教學資源整合
GIS教學資源特別豐富,要注意充分開發(fā)和利用。第一,開設教學網站,把多媒體課件、講課錄像、案例等資料放到網絡上,使學生能夠隨時下載或在線學習。第二,建立教學資源數據庫,匯總國內外比較好的地理信息系統(tǒng)學習資料,對Internet上的一些專業(yè)的GIS網站、論壇建立超鏈接,方便學生對這些網上資源進行訪問,從而能獲取更多的GIS信息,拓寬知識面。第三,積極與相關學科的教學及科研人員廣泛聯(lián)系,密切合作,實現(xiàn)資源共享,形成強大的課程推動力和濃郁的課程文化氛圍。第四,教師要引導學生在GIS課程學習過程中始終處于主動地位,讓學生通過自主學習,掌握有關技術運用。
三、課堂教學與實踐教學的有機結合
1.教學時間要安排恰當
第一,開課時間的安排:由于該門課程要求學生具有較高的計算機運用能力,同時要對環(huán)境科學與環(huán)境工程專業(yè)知識有一定的積累,因此這門課的開課時間最好設置在四年級第一學期,這樣可以取得較好的教學效果。
第二,理論課與實驗課的學時比例:建議學時數為標準的40學時,其中理論課安排24學時,實驗課安排16學時,理論課和實驗課要交叉進行。
2.教學引導要靈活多樣
案例驅動是應用型環(huán)境信息系統(tǒng)課程教學、引導的好方法。它是一種以項目為核心的教與學的方法,將教學過程與具體的案例充分融為一體,圍繞具體的案例構建教學內容體系,組織實施教學。例如在鹽都縣環(huán)境功能區(qū)劃圖項目中,使用GIS軟件的進行空間數據庫和屬性數據庫的建立、緩沖區(qū)分析、疊置分析、制圖等,每一個功能對應實踐教學體系的一項內容,由學生獨立完成。在這個過程中,學生可以了解相關知識點,甚至把零散知識點有機串聯(lián)起來,形成自己獨有的知識體系。
3.實驗課程要分級
表1 環(huán)境地理信息系統(tǒng)實驗課程安排一覽表
實驗類型 實驗名稱 具體內容 學時分配
基礎性實驗 ArcGIS的基本操作 熟悉軟件基本操作界面;空間數據庫和屬性數據庫的建立 2
影像配準及矢量化 影像配準;定義投影;掃描矢量化;數據轉換 2
拓撲檢查 拓撲的創(chuàng)建、錯誤檢測、錯誤修改和編輯等 1
地理查詢 地理查詢;SQL查詢;查詢函數的應用 1
矢量數據的空間分析 疊置分析;緩沖區(qū)分析;網絡分析;空間統(tǒng)計分析 2
柵格數據的空間分析 重分類;柵格計算;坡度提取 2
綜合性實驗 ArcMap制圖-地圖版面設計 版面設計;地圖標注;地圖整飾;地圖輸出 2
環(huán)境監(jiān)測點分布圖 區(qū)域環(huán)境底圖的制作,環(huán)境監(jiān)測點位的標注 2
環(huán)境生態(tài)功能區(qū)劃分布圖 根據環(huán)境要素、環(huán)境敏感性等,對區(qū)域進行生態(tài)功能分區(qū) 2
環(huán)境地理信息系統(tǒng)實踐中很重要的內容就是軟件的應用,因此要想系統(tǒng)掌握應用技能,就需要把實驗進行分層設置,如設置基礎性實驗和綜合性實驗,具體內容見表1?;A性實驗是軟件基本界面和操作,學生需要了解該軟件界面,掌握基本功能;綜合性實驗采用學生熟悉的專業(yè)課相關的案例,使得學生能夠掌握使用軟件工具解決專業(yè)問題的能力。
四、改革考核方式
GIS是一門理論性與應用性并重的課程,它的考核內容包括基礎理論、基本技能、應用能力等。因此,在教學過程中,應針對不同的教學內容,設計靈活多樣的課后作業(yè),改革傳統(tǒng)的課程考核方式。第一,建立網絡GIS教學和問答系統(tǒng)。通過網絡GIS互動教學,根據學生的不同個性特點和需求對學生進行在線輔導,幫助解決學生在學習過程中存在的問題,培養(yǎng)學生對GIS的興趣和動手建模能力。第二,設計靈活多樣的課后作業(yè)。通過布置學生論文,讓學生自主查詢網絡資料,并根據自身情況明確學習的具體內容,開闊學生視野,提高自學能力。第三,建立課程興趣小組。對于知識掌握較好,應用能力強的學生,可以將其組成若干學習小組,參與到教師的科研項目中,進一步提高其學習應用能力。第四,采取多樣化的考核方式。除日??荚囃?,可選擇實驗、設計報告等進行綜合考查,試題可以采用非唯一性答案并與專業(yè)實際緊密聯(lián)系,由此發(fā)散學生的思維,培養(yǎng)其創(chuàng)造力。
參考文獻:
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關鍵詞:圖檔管理 信息化 地理信息系統(tǒng) 竣工圖
中圖分類號: C93 文獻標識碼: A 文章編號:
燃氣管線圖檔管理簡介及重要性
圖檔檔案管理是企業(yè)管理基礎工作的組成部分,是提高工作效率和工作質量的必要條件。
城市燃氣管線及其附屬設施是隱蔽工程。施工工程中,必須將實況用圖樣準確地記錄下來,分類歸檔。在不斷擴大供氣范圍時,新埋管線需與運行管線搭接。為了管理、維護、檢修或地下燃氣管線發(fā)生故障需要立即搶修時,必須迅速、準確地找出地下燃氣管線及其附屬設施,都要求必須有一套完整、準確的地下管線圖檔資料。
燃氣輸配系統(tǒng)的常用圖檔包括竣工圖及竣工報告、五百圖、示意圖、栓點圖、CAD圖、地理信息系統(tǒng)、工福產權界定圖。
1竣工圖及竣工資料:竣工圖由施工單位繪制,監(jiān)理單位、建設單位和設計單位必須認真審核并簽字、蓋章,以保證竣工圖完整、準確無誤??⒐D繪制為了簡便,施工單位通常在設計施工圖上標注出實際施工與設計不符之處,作為竣工圖。當變更過大時,才重新測繪竣工圖。工程竣工驗收資料是按照城鎮(zhèn)燃氣輸配工程施工及驗收規(guī)范,在工程驗收時,施工單位應提交以下資料:(1)開工報告(2)各種測量記錄(3)隱蔽工程驗收記錄(4)材料設備出廠合格證、材質證明書、安裝技術說明書以及材料代用說明書或檢驗報告(5)管道與調壓設施的強度與嚴密性試驗記錄 (6)焊接外觀檢查記錄和無損探傷檢查記錄(7)防腐絕緣措施檢查記錄(8)管道吹掃報告(9)管道及附屬設備檢查記錄(10)設計變更通知單(11)工程竣工圖和竣工報告 (12)儲備與調壓各項工程的程序竣工驗收及整體驗收記錄(13) 其他應有的資料。
竣工圖還包括技措、換閘工程竣工圖和竣工資料。
2五百圖:是指比例尺為1:500的燃氣管線圖,圖紙上標明了四級象限號,例如304-100-Ⅲ-67。
3帶氣示意圖:施工方提供的示意圖,圖上標明需帶氣的點和帶氣點所在的地理位置。
4栓點圖:為了方便自我管理,在施工方已鋪設好管道但工程未全部完成時,利用管線附近的地理位置,栓定管線拐點的圖紙。
5工程制圖CAD:以AOTOCAD為工具繪制、編輯管線圖。
6地理信息系統(tǒng):對管線及各種設施進行屬性查詢、空間定位以及定性、定量的統(tǒng)計、分析;對各類圖形及統(tǒng)計分析報表顯示和輸出;從而基本實現(xiàn)了燃氣管網的信息化管理。
7工福產權界定圖:界定管轄區(qū)域內工福戶產權界定的閘閥信息圖,包括工福戶的名稱、地點、閘閥位置。
燃氣管線圖檔管理現(xiàn)狀:
不同種類的圖紙在工作中起到的作用不同,目前各種圖紙都是獨立發(fā)揮作用,使用中沒有良好的交集,呈現(xiàn)“單打獨斗”的局面。在這些圖檔資料中,最常用到的是竣工圖竣工報告、示意圖、地理信息系統(tǒng)和栓點圖。
竣工圖竣工資料里常用的是開工報告、竣工報告,竣工圖。管理時將竣工報告中的管線米數和設施數與圖紙核對,輸入電子表格存檔。示意圖在使用中較為靈活,一般做帶氣時以示意圖為參考依據,做完帶氣示意圖即可按照既定的順序收錄存檔。五百圖基本只是收錄,查詢的機會很少。CAD圖以前使用的機會很少,但隨著升壓擴能工作的推進,運用CAD制圖和地理信息相結合的優(yōu)勢越發(fā)顯現(xiàn)出來。栓點圖一般采用人工手繪,起到示意作用,規(guī)范性較差。地理信息系統(tǒng)提供的圖紙可用于各種項目計劃的制定、應對其他單位的查詢需要(施工單位、設計院、工福戶),例如利用GIS系統(tǒng)可對管網系統(tǒng)按照腐蝕情況進行安全評估,給出管段的安全評估管理等級,指導管網的更新改造,保證管網的安全運行等。工福產權界定圖由于在平時用到的很少,不被人重視,收錄的情況不是很好。
燃氣管線圖檔管理中存在的問題
1地理信息系統(tǒng)中地形更新不及時。目前外環(huán)線、海泰等地區(qū)地理信息上只有管線沒有地形圖。
2資產帳沒有和圖紙資料良好結合。在集團轉固工作中,這個問題凸顯了出來。資產賬主要分為帳內評估、帳外評估和代轉評估三項內容。帳內管網評估主要是以輸配分公司成立前,我市大范圍鋪設的道路主要干管和大面積居民居住區(qū)域的管網以及調壓和缸閘設施。帳外評估內容多為公司成立前,早期的小范圍工程的新增和改造項目。代轉評估部分的工程包括基礎設施公司工程項目和工福改燃項目工程。
3計算機管理沒有在圖檔管理中充分發(fā)揮作用。使用的圖檔編輯工具還停留在手繪,CAD和地理信息系統(tǒng)結合的領域不多。
四、如何解決問題及建議
1及時更新地理信息系統(tǒng)的地形圖。
2建立完備的管線屬性索引電子表格。錄入每一條管線的每個屬性,包括所屬隊片、調壓站使用時間、工程類別、戶數、施工單位、工程名稱、起止點、管徑長度、材質壓力等級、安裝位置(地埋或架空)、閘閥、凝水缸、站柜箱數量,資產賬類別。
以輸配分公司某管線所為例,建立圖檔排序規(guī)則依照公司《竣工資料(含竣工圖紙)檔案管理要求》,具體如下:
(1)工程類別分類符號:
市政配合S,福利戶F,大配套 D,小配套X,舊管網改造J
(2)地域分類符號:
一隊A
一片A1
二片A2
三片A3
四片A4
二隊B
一片B1
二片B2
三片B3
四片B4
(3)調壓站分類符號:
舉例:A4-27表示一隊四片編號為27的調壓站
B3-12表示二隊三片編號為12的調壓站
(4)竣工資料(含竣工圖紙)編號:
舉例:
市政配合: SA200-12表示一隊二片市政配合類編號12的圖
福利戶: FB100-07表示二隊一片福利類編號07的圖
小配套: XB413-39 表示二隊四片編號13的調壓站帶的小區(qū)編號為39的圖
舊管網改造:JA302-01表示一隊三片編號為02的調壓站帶的小區(qū)編號為01的圖
3加強CAD和地理信息系統(tǒng)相結合的使用。在升壓擴能工作中,cad體現(xiàn)了其可無限放大,可編輯,直觀可讀性強的優(yōu)勢,為建立決策方案提供了平臺。平時注意積累,將管線及時更新到CAD上。
隨著文物事業(yè)的發(fā)展,文物保護領域也迫切要求采用當代先進科學技術和管理手段作為技術支撐和決策參考,尤其是在文物保護規(guī)劃編制過程中,ArcGIS地理信息系統(tǒng)更是發(fā)揮了其自身綜合數據集成優(yōu)勢,為文物保護規(guī)劃編制提供了科學、準確、快捷地數據支撐體系和數據庫檢索平臺。 本文著重探討將ArcGIS應用于文物保護規(guī)劃編制過程,旨在有效解決規(guī)劃編制過程中遇到的實際問題和技術瓶頸,從而促進文物保護規(guī)劃編制過程更加科學。
[關鍵詞]ArcGIS地理信息系統(tǒng)數據庫文物保護規(guī)劃
中圖分類號:O434文獻標識碼: A
[正文]
一、研究背景
地理信息系統(tǒng)萌芽于北美,經過40余年的發(fā)展已經成為地理信息產業(yè)和地理信息學,從而為土地利用、資源評價與管理、環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、經濟建設、城市規(guī)劃、行政管理、工程設計和規(guī)劃、管理決策等行業(yè)和部門提供分析問題的全新方法和嶄新視野。
地理信息系統(tǒng)(geographic information system,GIS)又稱地學信息系統(tǒng)、資源與環(huán)境信息系統(tǒng)。其是在計算機硬件、軟件系統(tǒng)支持下,對整個或部分地球表層(包括大氣層在內)空間中的有關地理分布數據進行采集、存儲、管理、運算、分析、顯示和描述以及輔助決策的技術系統(tǒng)。另一方面,地理信息系統(tǒng)又是一門學科,是描述、存儲、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門新興的交叉學科。
完整的地理信息系統(tǒng)主要由四部分組成,即計算機硬件系統(tǒng)、計算機軟件系統(tǒng)、地理空間數據和系統(tǒng)管理操作人員。ArcGIS屬于地理信息系統(tǒng)軟件中的一種。ArcGIS由美國環(huán)境系統(tǒng)研究所(ESRI)開發(fā),具有很長的歷史并經歷了很多版本和變化,ArcGIS包括ARCMAP和Arc Catalogue,兩個程序共同稱為桌面ArcGIS(Desktop ArcGIS)。
近年來,ArcGIS逐漸拓展至文物考古領域,為文物考古技術革新和信息化建設提供科學高效的信息化系統(tǒng)平臺。以往枯燥、繁瑣地田野考古繪圖工作逐漸被ArcGIS所取代,考古人員將田野實地采集的文物相關數據實時動態(tài)上傳、存儲、管理和編輯文物埋藏、保存的位置和空間分布等信息,建立起了完整的地理信息系統(tǒng)。
二、利用ArcGIS系統(tǒng)輔助文物規(guī)劃編制
考古工作的成果是文物保護規(guī)劃的核心前提,隨著考古“大數據”時代的到來,諸多大遺址已經開始建立ArcGIS系統(tǒng)數據庫,隨著這一趨勢的擴展,ArcGIS系統(tǒng)也開始進入規(guī)劃編制環(huán)節(jié),并在規(guī)劃編制過程中扮演越來越重要的角色。
利用ArcGIS進行影像配準
在文保規(guī)劃編制過程中,遺跡空間分布信息主要來自于考古單位提供的考古報告和相關研究成果(以圖的形式呈現(xiàn))。由于受到時代或技術的局限,這類信息主要為手繪或者電腦繪制的簡單示意圖,遺跡空間分布的相對位置和坐標參考等信息嚴重缺失,而在文保規(guī)劃編制過程中這類資料與標準測繪地形圖相互疊加過程中就會產生一系列偏差。
圖為鄭國渠遺址渠首空間分布位置示意圖
利用ArcGIS系統(tǒng)可以直接獲取離散的點的坐標,并將點連成線,繪制出閉合或開放的實際輪廓,而線上的每一個離散點的信息都包含在空間坐標系統(tǒng)集合內,該類坐標信息可與地形圖地理信息數據相互匹配,從而獲得準確的空間相對位置信息。具體操作如下;
1. 打開ArcMap,增加Georeferencing工具條。
2. 把需要進行糾正的影像增加到ArcMap中,會發(fā)現(xiàn)Georeferencing工具條中的工具被激活。在view/data frame properties的coordinate properties中選擇坐標系。如果是大地(投影)坐標系選擇predefined中的Projected coordinate system,坐標單位一般為米。如果是地理坐標系(坐標用經緯度表示)表示則選擇Geographic coordinate system。
3.糾正前可以去掉"auto adjust"前的勾。在校正中需要知道一些特殊點的坐標。從圖中均勻的取幾個點,不少于7個。在實際中,這些點要能夠均勻分布在圖中。
4.首先將Georeferencing工具條的Georeferencing菜單下Auto Adjust不選擇。
5.在Georeferencing工具條上,點擊Add Control Point按鈕。
6.使用該工具在掃描圖上精確到找一個控制點點擊,然后鼠標右擊,Input X and Y輸入該點實際的坐標位置。采用地理坐標系時應輸入經緯度,經緯度用小數表示,如110°30'30'應寫成 110.508(=110+30.5/60)。
7.用相同的方法,在影像上增加多個控制點,輸入它們的實際坐標。
8.增加所有控制點后,在Georeferencing菜單下,點擊Update Display。
9.更新后,就變成真實的坐標。
10.在Georeferencing菜單下,點擊Rectify,將校準后的影像另存。
利用ArcGIS進行數據交互和共享
隨著ArcGIS技術自身的不斷完善和改進,在文物領域利用ArcGIS技術是未來必然的發(fā)展趨勢,其最大的便捷不是內部系統(tǒng)數據庫的編輯、存儲,而是旨在用于和外界交互的數據庫管理和查詢,文物保護規(guī)劃編制是在當前社會環(huán)境體系下的文物保護綜合戰(zhàn)略,其涉及法律、制度、管理、技術等一系列綜合手段和措施,對留存的文物進行綜合保護與利用,需要考慮和解決的新問題已經超越文物本身,而是一個綜合的多元的矛盾體,問題來自于城市建設、土地歸屬、經濟發(fā)展和環(huán)境保護等諸多領域,利用ArcGIS系統(tǒng)進行環(huán)境和資源數據的交互和共享,更加有利于文物保護規(guī)劃綜合戰(zhàn)略決策的制定和決策評價,是未來“大數據”時代資源共享和戰(zhàn)略對話的媒介平臺。
[參考文獻]
[1].劉貴明.《地理信息系統(tǒng)原理及應用》 科學出版社
【關鍵詞】 國家空間基礎設施(NSDI)、基礎地理信息系統(tǒng)、3S、國土資源信息化
一、廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)建設的急迫性和必要性
1、前言
聯(lián)合國有關文件曾明確指出“地理空間信息是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的利器”,而且“進入信息化社會后,人們每天接觸到的信息中的80%以上與地理空間信息有關”。西方發(fā)達國家出于其政治、經濟、軍事目的和全球戰(zhàn)略需要,在二十世紀九十年代就相繼推出“信息高速公路”,“國家空間基礎設施(NSDI)”和“數字地球”戰(zhàn)略。順應經濟全球化,全球信息化的發(fā)展趨勢,為使國土資源工作更好地適應我國可持續(xù)發(fā)展的需要,國土資源部將"加強信息系統(tǒng)建設,實現(xiàn)信息服務社會化"列為五大目標任務之一,并在新一輪國土資源大調查計劃中設立“數字國土”工程,旨在通過信息基礎設施建設,加速實現(xiàn)國土資源調查評價、規(guī)劃、管理、保護和合理利用的現(xiàn)代化,為全社會提供方便快捷的國土資源信息服務,充分發(fā)揮國土資源在國家社會經濟發(fā)展中的基礎性、公益性和戰(zhàn)略性作用。
西部大開發(fā)國家戰(zhàn)略的實施為廣西的全面發(fā)展帶來了歷史性機遇。基礎設施建設、電子政務工程、產業(yè)結構調整、生態(tài)環(huán)境建設以及國民經濟信息化等建設正在進行中??茖W化決策是成功的關鍵因素之一,廣大的決策者實際上每時每刻都在使用基礎地理信息,只是手段還比較原始,還未充分發(fā)揮出信息技術的支撐作用。國土資源信息化、工業(yè)布局、農業(yè)結構優(yōu)化、退耕還林(草)、基礎設施建設、社會安全和管理都離不開科學規(guī)劃、實施和動態(tài)監(jiān)測,離不開地理空間信息的決策支持作用。不充分考慮地理分布特點的項目總會帶來一系列嚴重的副作用。因此信息化社會需要重視地理空間信息的基本支撐作用。
2、國內及我區(qū)空間基礎設施發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
2001年,國務院辦公廳以【2001】53號文轉發(fā)國家計委等12個部委“關于促進我國國家空間信息基礎設施建設和應用若干意見的通知”,提出要加快我國國家空間信息基礎設施建設。國家測繪局提出“十五”期間構建“數字中國”地理空間基礎框架作為國家空間信息基礎設施的重要組成部分,為國民經濟和社會信息化提供地理空間基礎平臺。為此,加大了國家基礎地理信息系統(tǒng)的建設力度。目前已經完成了國家級1:100萬、1:25萬地理空間基礎地理信息系統(tǒng)建設,正在進行國家1:5萬基礎地理信息系統(tǒng)的建設工作,以此作為“數字中國”地理空間基礎框架的基礎信息。
除了“數字中國”地理空間基礎框架建設以外,許多省、自治區(qū)、直轄市也紛紛提出要建設省級地理空間基礎框架。繼海南省、北京市和福建省提出“數字海南”、“數字北京”與“數字福建”之后,全國又有湖南、湖北、陜西、山西等十多個省、市、自治區(qū)提出并確定了各自“數字區(qū)域”的發(fā)展計劃。必須指出的是,省級基礎地理信息系統(tǒng)的建設是數字省區(qū)地理空間基礎框架的核心和基礎。目前,北京、天津、上海等市,山西、廣東等省基礎地理信息中心相繼建成了省級基礎地理信息系統(tǒng)的示范工程。其他省區(qū)的基礎地理信息中心都在加快研究和建設本省基礎地理信息系統(tǒng)的步伐。
2000年,國家投資2.56億啟動“國家基礎測繪設施項目”建設,簡稱”大專項”建設。廣西測繪局在國家測繪局和區(qū)政府的支持下,于2000年8月正式立項(總投資近3000萬元),目前已完成基礎地理信息數據生產技術體系、基礎地理信息數據傳輸網絡體系的建設?;A地理信息管理服務體系、空間定位綜合服務體系、廣西數字化基地大樓的建設正在如火如荼的進行中。廣西測繪局已建成主干千兆,百兆交換到桌面的局域網,以及光纖聯(lián)接的廣域網(黨政機關網)。裝備了企業(yè)級服務器、WWW服務器、OA服務器、海量的磁盤陣列、磁帶庫、圖形工作站、高檔微機、大型彩色掃描儀、大幅面繪圖儀等硬件設備,以及數據庫軟件ORACLE,GIS軟件ArcGIS、GeoStar、MapInfo、MapGIS、AutoCAD Map,遙感軟件ERDAS,Web GIS軟件ARCIMS、GeoSurf,數字攝影測量系統(tǒng)Virtuozo、JX4A,掃描矢量化系統(tǒng)Geoway等軟件。通過大專項的建設,還鍛煉出一批精通3S(GIS-地理信息系統(tǒng)、GPS-全球定位系統(tǒng)、RS-遙感)技術、計算機與網絡技術、測繪技術的綜合型人才。
“九五”期間至今,廣西測繪局建立了全區(qū)1:50萬,1:25萬DLG數據庫,完成了DEM 共2148幅,DRG 591 幅,DOM 416幅,DLG 809幅;同時完成了三四等水準測量4211公里 516座。 C級GPS網點466點;完成了省級毗鄰行政界線測繪3684公里, 區(qū)內地市級行政界線6270公里, 縣市級行政界線10259公里的測繪,這些數據迫切需要建立相應數據庫進行有效的管理。經過大專項建設,廣西測繪局具備的1:1萬基礎地理信息數據年生產規(guī)模如下表所示 :
:按廣西“十五”計劃,需8~10年才能更新測繪完成全廣西1:1萬地圖,廣西共8495幅。
3、廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)建設的重要意義
廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)的建設是“數字廣西”地理空間基礎框架的核心和基礎。將為“數字廣西”的建設奠定良好的地理空間基礎,為在信息社會和知識經濟時代搶占經濟、政治、科技的制高點,創(chuàng)造新的經濟增長點打下堅實的基礎。為建立電子政務、電子商務、社會保障等信息系統(tǒng)及信息化社區(qū)提供良好的條件,有力促進廣西社會、經濟的發(fā)展,推動信息化建設。以廣西基礎地理信息數據作為框架,區(qū)域內各行各業(yè)的數據才能夠在空間上得到集成,不同區(qū)域的數據才能夠無縫整合,從而保證決策依據的科學性和準確性?;A地理信息與各行業(yè)的專題信息有機結合將完善各專業(yè)管理信息系統(tǒng)的決策支持功能。廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)的建立將及時滿足政府信息化工程建設對基礎地理信息的急迫需求。
二、廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)建設的主要內容
1、 廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)的總體目標
2002年,廣西測繪局正式啟動廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)的建設工作。主要工作由廣西基礎地理信息中心承擔,擬于“十五”期末初步完成框架建設,2010年全面建成。廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)以1:1萬基礎地理信息數據庫建設為核心,其總體目標是依托統(tǒng)一的標準體系和質量保障體系,建立數據生產體系,采集基礎地理信息數據,建成數據庫管理體系,形成完整的數據庫;以GIS應用為主,兼顧地圖產品的制作,建立產品開發(fā)體系和分發(fā)服務體系,以及支持系統(tǒng)運行的網絡交換體系。為自治區(qū)、市、縣宏觀決策、規(guī)劃修編、災害監(jiān)測,解決人口、資源、環(huán)境等面臨問題,促進經濟與社會可持續(xù)發(fā)展而提供有力的測繪保障。
2、廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)研究和建設的主要內容
廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)的建設包括數據生產體系的建設、數據庫互操作平臺的選定、地理空間數據庫建設、數據庫管理系統(tǒng)的研發(fā)、產品的模式和開發(fā)、基于Web GIS的地理空間信息網絡化服務等。
在存儲容量上,全區(qū)1:25萬地理數據超過2GB,1:5萬數據將超過70GB,1:1萬數據將超過1TB,大地數據庫及地名數據庫將達到100MB??紤]到將來數據更新歷史數據的存放以及其它不可預見因素,廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)共需要1.5至2TB的存儲空間。
圖一:廣西省級基礎地理信息數據庫的組成
3、廣西省級基礎地理空間數據庫的組成(如圖一所示)
(1) 1:100萬地理空間數據庫:包括覆蓋廣西地面分辨率為30m的航天遙感數字正射影像數據庫(DOM)、地面格網間距為200m的數字高程模型數據庫(DEM)、由原有地圖掃描數字化處理形成的1:100萬數字柵格地圖數據庫(DRG)、含有大地測量控制信息、地形、交通、水文、境界、居民地和地表覆蓋信息等的1:100萬數字線劃地圖數據庫(DLG)。
(2) 1:25萬地理空間數據庫:包括覆蓋廣西地面分辨率為15m的航天遙感數字正射影像數據庫、地面格網間距為100m的數字高程模型數據庫、1:25萬數字柵格地圖數據庫、數字線劃地圖數據庫。
(3) 1:5萬地理空間數據庫:包括覆蓋廣西地面分辨率為5m的航天遙感數字正射影像數據庫、地面格網間距為25m的數字高程模型數據庫、1:5萬數字柵格地圖數據庫、數字線劃地圖數據庫。
(4) 1:1萬地理空間數據庫:包括覆蓋廣西地面分辨率為1m的數字正射影像數據庫、地面格網間距為5m的數字高程模型數據庫、1:1萬數字柵格地圖數據庫、數字線劃地圖數據庫。
(5) 重點地區(qū)1:2000地理空間數據庫:覆蓋重點地區(qū)地面分辨率為0.2~0.3m的數字正射影像數據庫、地面格網間距為2.5m的數字高程模型數據庫、1:2000數字柵格地圖數據庫、數字線劃地圖數據庫。
(6) 地名數據庫:包括廣西各種地名的正式名稱、所在地圖圖幅、地理坐標等信息。
(7) 空間定位成果數據庫:包括覆蓋廣西的大地測量控制網、控制點、坐標系等數據。
(8) 元數據庫:包括各種地理空間數據及數據庫的規(guī)范化定義和說明信息,以便跟蹤數據的動態(tài)變化和支持信息查詢。
(9) 專題數據庫:如土地覆蓋數據庫、人口分布數據庫等。
4、關鍵技術研究:
廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)作為一個系統(tǒng)工程,在建設過程中,要緊跟國內外科技發(fā)展最新動態(tài),采用當前先進的技術手段和方法。目前,廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)采用美國ESRI公司的ARCGIS系列產品和ORACLE作為建設的主要工具,開發(fā)工具主要選用VS.NET。如圖二所示:
圖二:廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)的三層架構
在實施廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)的建設和應用中,還會遇到一系列技術難點,有待研究攻克。為此,要進行一系列關鍵技術的研究開發(fā)。主要包括:
①遙感及航空影像快速獲取、處理和解譯的關鍵技術。
②多分辨率、多數據源4D空間數據一體化集成
③產品的模式與開發(fā),地理空間可視化虛擬現(xiàn)實技術。
④地理空間數據網絡化分發(fā)服務。
⑤海量數據的安全管理、存儲、備份、災難恢復的研究。
⑥空間數據庫更新與版本管理
⑦ “3S ”(GPS、GIS、RS)集成技術的研究
⑧基于數據庫的在線制圖技術。
⑨基于省級基礎地理信息框架數據的示范應用工程研究。
三、廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)在我區(qū)國土資源信息化中的作用
1、 國土資源信息的特點
國土資源信息有一系列特點。首先,國土資源行業(yè)是一個信息密集的行業(yè),國土資源工作過程主要是一個生產信息的過程。因此,國土資源行業(yè)擁有比其它任何行業(yè)更多的信息資源。其次,國土資源信息具有地理空間性。這可以說是國土資源信息的最重要特征,幾乎所有的國土資源信息都是空間地理信息,如地形信息、土地信息、地質信息、礦產資源信息、水資源信息、海洋資源信息、地質災害信息等,這些信息僅用屬性數據庫是無法管理的。第三,國土資源信息的數據結構十分復雜,往往一個對象需要數百個數據項才能表達清楚,這些數據間常又呈復雜的層網關系,再加上三維空間位置,更加大了對國土資源信息描述和管理的復雜性。第四,國土資源信息不同于一般經濟、金融和商業(yè)信息,它具有長期保存,甚至永久保存的價值。因此,信息增長迅速,而消逝率低,其結果是信息總量極為龐大。這些特點表明,國土資源信息化離不開基礎地理信息和3S技術,“數據是血液”,地理信息及其他各類國土資源信息是保證國土資源信息系統(tǒng)正常運行和取得實效的關鍵。
2、 廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)在國土資源信息化的作用
廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)可真實再現(xiàn)全區(qū)的地形地貌,為我們全面了解廣西的自然地理環(huán)境提供了一個理想的空間支撐,并為可視化地掌握生態(tài)資源、模擬和仿真生態(tài)重建過程中重大決策實施提供基礎支撐,確保我們能夠科學地開發(fā)自然界,動態(tài)監(jiān)測和合理地配置資源,有效把握發(fā)展經濟和保護環(huán)境的平衡,為生態(tài)環(huán)境建設和國土資源合理配置提供科學依據。具體說來,至少有以下幾方面作用:
(1)數據共享,標準統(tǒng)一。共建共享是避免重復建設、維護國家利益的必要措施,是廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)建設中必須堅持的原則。這方面的教訓是屢見不鮮的,如廣西各地國土資源部門有獨立的一套地籍圖,規(guī)劃部門有地形圖,房產部門有房產圖,每個部門都是各自為政,投入巨資重復測繪、數字化,標準不統(tǒng)一。實際上只要政府牽頭協(xié)調,各地測繪一套基礎地形圖,其他部門在其基礎上再采集各行業(yè)關注的要素。這樣的結果是大大節(jié)約了經費,卻實現(xiàn)了各取所需,同時由于統(tǒng)一技術規(guī)范,統(tǒng)一數據格式,各行業(yè)能共享、交換成果。這種做法國內已有先例,據《中國測繪報》報道:“2002年,在浙江省余姚市政府辦公室的協(xié)調下,市規(guī)劃、國土、建設、水利、交通五部門聯(lián)手,共同籌措資金,統(tǒng)一技術標準,開展全市1:500數字化測圖,為建立基礎測繪信息共建共享機制邁出了實質性的一步……”
(2)目前,我區(qū)國土部門在信息化過程中對基礎地理信息的應用主要還是局限于數字線劃圖,對數字正射影像圖的應用據了解也只有南寧、柳州等地為數不多的國土部門,對數字高程模型的使用更是寥寥無幾。廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)可以為國土資源部門提供多種權威的、符合國標規(guī)范的基礎地理信息數字產品服務,包括基本產品、復合產品等?;井a品包括國家基本比例尺地形圖系列的數字柵格地圖(DRG)、數字正射影像圖(DOM)、數字高程模型(DEM)、數字線劃地圖(DLG),可根據需要以數字和模擬兩種形式提供;通過不同基本產品或不同要素的疊加,可生成各種復合產品,如土地覆蓋圖、數字影像地圖(如數字影像交通圖、數字影像區(qū)劃圖、數字影像地形圖等)、數字影像專題圖(如數字影像土地利用圖、數字影像土地規(guī)劃圖)、三維立體地形圖、立體景觀透視圖等復合產品。
(3)利用GIS的空間分析功能,進行數據增值服務。例如:通過以不同時期的地理空間基礎數據和正射影像圖為數據核心,結合土地利用詳查圖,可進行國土資源動態(tài)監(jiān)測,為科學規(guī)劃和管理提供決策依據;通過數字高程模型、數字正射影像圖、數字線劃圖為數據核心,結合人口經濟、土地利用等專題數據,運用生態(tài)學理論和方法以及3S技術,可更好地分析耕地分布現(xiàn)狀,提出社會經濟與生態(tài)合理退耕還林規(guī)劃方案,增強退耕還林規(guī)劃的可操作性。
四、結束語
總之,廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)的建成將使我區(qū)徹底完成從傳統(tǒng)測繪產業(yè)向現(xiàn)代地理信息產業(yè)轉變,測繪生產、技術、管理以及測繪產品種類將發(fā)生全新的變化。其建成將為我國實施“數字中國”空間技術戰(zhàn)略,我區(qū)實施“數字廣西”、國土資源信息化提供省級基礎地理信息數據,成為其重要的組成部分。能有效提高我區(qū)基礎地理空間數據的現(xiàn)勢性,縮短數據生產和信息提供服務周期。有效地拓寬地理信息的應用面,為政府決策和社會經濟可持續(xù)發(fā)展提供服務。
主要參考文獻
① 國家測繪局
《構建“數字中國”地理空間基礎框架總體戰(zhàn)略研究》
② 國土資源部信息中心 《"十五"國土資源信息基礎設施建設的基本思路》
③ 廣西基礎地理信息中心 《廣西省級基礎地理信息系統(tǒng)可行性研究報告》
④ 周 濤
《“數字廣西“地理空間基礎框架建設的研究》
【關鍵詞】GIS;水文水資源領域;應用;
引言:目前,我國信息革命浪潮的沖擊日益激烈,加之水資源日漸枯竭,在這樣的形式下,我們就必須緊緊的圍繞水文水資源的問題進行綜合研究。因此,對于水文資料的準確、快速獲取以及空間信息的分析、圖形圖像的處理等就顯得尤為重要。由于GIS技術的空間特性,對于海量數據的管理與處理能力以及水的時空分布特性等,使得GIS技術必然能夠在水文水資源領域中發(fā)揮出重要的作用。在G1S應用在水文水資源領域的過程中,相關的工作質量和工作水平都有了非常大的提升,這樣一來也就為防洪減災和水資源的合理利用提供了非常好的條件,在實際的應用中,我們必須要采取有效的措施來不斷的提高其應用的質量和水平,為我國水資源的保護提供良好的條件,減少水資源浪費的現(xiàn)象。
1.地理信息系統(tǒng)的概述
G1S的中文全稱叫做地理信息系統(tǒng),地理信息系統(tǒng)是運用于對地理信息進行采集、管理、存儲、運算和分析的一種計算機技術。這項技術在應用的過程中主要是以計算機技術和軟件技術為重要的基礎,對計算機系統(tǒng)當中所存儲的信息和數據予以分析和處理,同時還應該在這一過程中將信息應用在所需的領域。當前G1S技術已經在很多領域都得到了十分廣泛的應用,同時也獲得了很好的效果,為我國經濟的發(fā)展提供了非常好的條件,在水文資源研究當中也在逐漸的普及。尤其是對地球表面地理信息的空間數據進行處理,具有很大的優(yōu)勢。地理信息空間系統(tǒng)主要由空間數據的處理和空間分析組成。地理信息系統(tǒng)數據的來源主要是通過實測數據、統(tǒng)計數據和衛(wèi)星遙感數據等的轉換,將其轉換為具有空間特征地理空間信息。地理信息系統(tǒng)有3個主要功能分別是:(1)在對數據信息進行采集、管理分析和輸出的過程中,地理信息系統(tǒng)具有很強的時效性和空間性,可以建立很強的空間信息,并對信息進行及時地更新;(2)地理信息系統(tǒng)在區(qū)域空間分析方面,通過將采集的數據信息與地學模型結合在一起,對該區(qū)域進行動態(tài)預測;(3)通過利用計算機技術和衛(wèi)星遙感技術對數據進行優(yōu)化管理,以確保數據的準確性和可靠性,能夠提供一定的決策依據。
2. GIS的主要功能
水文水資源研究的過程中需要獲得準確的空間定位和相關的數據,這樣才能更好的對水資源的分布特點予以掌握,在這一過程中如果使用G1S技術就可以將更多的數據以可視化的形式呈現(xiàn)給研究人員,這樣也就給研究工作帶來了諸多的便利。如果站在G1S系統(tǒng)組成的角度上來說,空間數據管理子系統(tǒng)就成為了非常重要的一個部分,它主要是由空間處理和空間分析兩個部分組成,在數據的獲取上,它也可以借助很多的方式。當前,我國的科學技術在不斷的發(fā)展,G1S技術也在這一過程中朝著智能化和集成化的方向發(fā)展,其功能性更強,同時精準度更高,所以也給相關工作的開展提供了利好條件。
2.1生成、組織、管理空間數據
GIS能將不同比例尺、坐標系統(tǒng)等不同來源的空間數據進行轉換和標準化,并和非空間信息結合,為反映不同目的不同空間代表性的模型提供連接機制,實現(xiàn)數據共享。利用GIS中數據綜合地理模擬與空間分析等優(yōu)勢,為模型中數據輸入的準備和發(fā)展執(zhí)行復雜的控制和分析,把地形和地理特性相似的統(tǒng)一體連結起來。
2.2分析模擬結果的可視化
GIS中友好的用戶界面和視圖顯示,使得研究學者可以更加直觀的對觀測對象的情況進行了解,不僅幫助水資源管理者進行深入分析和正確決策,而且用報告、專題地圖和統(tǒng)計報表等形式直觀地表示模擬,從而豐富了水文水資源方面的研究利用。
3.地理信息系統(tǒng)在水文水資源中的應用現(xiàn)狀
地理信息系統(tǒng)技術在我國發(fā)展的還是比較快的,尤其是在近幾年隨著國家對水資源和地理科學的更高關注,越來越多的學者開始對地理信息系統(tǒng)進行了深入的研究,使得地理信息系統(tǒng)技術應用的范圍變得越來越廣泛。主要涉及的范圍有:水土保持、水資源管理、水環(huán)境和水污染、以及防災減災等。目前,我國在水文水資源領域的地理信息系統(tǒng)技術水平已經逐漸接近和達到發(fā)達國家水平。
3.1地下水資源的勘查
對于水資源的保護、規(guī)劃、管理以及合理開發(fā)利用而言,地下水資源的勘查必然是基礎環(huán)節(jié)。對地下水資源的勘查,其根本的目的在于查明區(qū)域內主要含水層的地質結構、空間分布、導水性、含水層的邊界以及各個含水層之間的水力聯(lián)系等特征。針對于地表水資源的空間分布以及調配的方面來說,GIS技術的應用能夠讓我們對地表水的補給、地下水的埋深以及蘊藏量等信息進行系統(tǒng)、全面的掌握,以此來得出更加精確的空間數據與成果細化模型,對區(qū)域內地下水資源的規(guī)律、特征進行更加準確的反映,從而為地下水資源的保護、管理、規(guī)劃以及合理開發(fā)與利用等提供具有全面性、準確性的決策支持,讓地下水資源的管理更加科學化、規(guī)范化。另外,在水資源勘查的過程中,GIS技術的應用主要是建立起相應的空間數據庫系統(tǒng),比如地下水動態(tài)資料、水文地質基礎資料、地下水開采情況等數據庫,不但能夠實現(xiàn)對相應空間數據庫系統(tǒng)的可視化查詢與檢索,還能夠對地下水動態(tài)的發(fā)展趨勢進行科學有效的預測,最終讓地下水資源管理的空間輔助決策支持作用得以實現(xiàn)。
3.2水資源的管理
(1)基礎電子地圖。目前,我國基礎電子地圖系統(tǒng)數據的基礎數據均為1:25萬。其主要包括了行政區(qū)劃邊界、城鎮(zhèn)、鐵路、公路、居民點、水庫、江河湖泊等信息。(2)專業(yè)電子地圖。所謂專業(yè)電子地圖,即是通過將數字化的水文水資源專業(yè)地理數據疊加在基礎電子地圖上而形成的電子地圖。與基礎電子地圖相比,專業(yè)電子地圖對于水文水資源信息的描述將更加的實用、更加的具體,而所包含的信息資源也將更加的專業(yè)。(3)遙感信息庫。所謂遙感信息庫,即是與基礎地理數據相匹配的煙感遙測數據(其是通過解譯之后所得到的)。(4)屬性數據庫。其能夠描述分區(qū)內查詢對象的屬性,比如分區(qū)內的水資源開發(fā)利用狀況、地表水資源狀況、地下水資源狀況等,是整個GIS系統(tǒng)的基礎數據庫。(5)軟件系統(tǒng)。是在上述四種技術的基礎上通過GIS嵌人技術的采用并結合水資源管理的實際需求而開發(fā)出的一種水資源管理系統(tǒng)軟件。其主要包含了屬性數據的管理、空間數據的管理以及這兩者相結合的信息管理等。
4.結束語
隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展,地理信息系統(tǒng)技術在水文水資源領域得到了廣泛的應用。通過將先進的地理信息系統(tǒng)技術運用于水文水資源的各個方面,為水文水資源的管理提供一條便捷的途徑,讓現(xiàn)代技術服務于人類。本文對GIS技術在水文水資源領域中的應用進行了系統(tǒng)的分析與探討,促使GIS技術能夠使用地圖、圖形、數據的形式來直接滿足或得到需要的信息與結果,推動著水文水資源領域的研究和開發(fā)工作。
參考文獻
[1]蔣曉輝.GIS在水文水資源領域的應用研究與發(fā)展趨勢[J].科技風,2010,10.
關鍵詞:GIS;空間數據;系統(tǒng)應用
Abstract: the article discusses the geographic information system (GIS) function, characteristics and development, exploring the application of GIS in the urban construction and the development direction.
Keywords: GIS; The spatial data; System application
中圖分類號:G623.45文獻標識碼:A 文章編號:
測繪技術
0.引言
GIS(Geographic Information System),地理信息系統(tǒng),是隨著地理科學、計算機技術、遙感技術和信息科學的發(fā)展而發(fā)展起來的一個新興技術,是采集、儲存、管理、分析、描述和應用整個或部分地球表面與空間和地理分布有關的計算機系統(tǒng)。它的獨特之處就在于能夠把地理位置和相關屬性信息有機地結合起來,其操作對象是空間數據,在計算機軟硬件支持下,它可以對空間數據按地理坐標或空間位置進行各種處理、對數據的有效管理、研究各種空間實體及相互關系。通過對多因素的綜合分析,它可以迅速地獲取滿足應用需要的信息,并能以地圖、圖形或數據的形式表示處理結果。隨著GIS技術在國民經濟建設各領域、各部門的應用日益普及和深入,GIS的潛在價值正在不斷地發(fā)現(xiàn)和挖掘。GIS系統(tǒng)作為國民經濟重要基礎設施之一的重要性和不可替代性正在被廣泛認識和接受。GIS正在逐漸成為各種各樣基于IT的信息系統(tǒng)和應用系統(tǒng)的公共平臺。GIS需要發(fā)揮的已不僅僅是其傳統(tǒng)同時也是最基本的作為空間查詢檢索和專題制圖輔助工具的那些功能和作用,更重要地,GIS正在逐步成為一種與我們的工作、學習、生產和生活密不可分的重要因素。
1.地理信息系統(tǒng)在國內的研究應用。
雖然目前地理信息系統(tǒng)軟件很多,但對它的研究應用,歸納概括起來與兩種情況。一是利用GIS系統(tǒng)來處理用戶的數據;二是在GIS基礎上,利用它的開發(fā)功能進行二次開發(fā),成為用戶的專用的地理信息系統(tǒng)軟件。目前已成功地應用到了包括資源管理、自動制圖、設施管理、城市和區(qū)域規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類別的一百多個領域。近年來,隨著我國經濟建設的迅速發(fā)展,加速了地理信息系統(tǒng)的應用進程,在城市規(guī)劃管理、交通運輸、測繪、環(huán)保、農業(yè)、制圖等領域發(fā)揮了重要作用,取得了良好的經濟效益和社會效益。
1.1 GIS的技術特點
GIS的數據輸入是將現(xiàn)有資料按照統(tǒng)一的參考坐標系統(tǒng)、統(tǒng)一的編碼輸入到數據庫中的過程。常規(guī)做法有地圖上手扶跟蹤數字化、圖形掃描等,目前GIS的輸入越來越多地借助非地圖形式,如利用RS(遙感技術)數據和GPS(全球定位系統(tǒng))數據作為數據源;GIS的數據處理重要包括數據編輯、數據綜合、數據變換等,最終形成具有拓撲關系的空間數據庫。GIS中的數據分為柵格數據和矢量數據,大多數GIS系統(tǒng)采用了分層技術,即根據地圖的某些特征,把它們分成若干圖層分別儲存,重要可以根據需要選定不同的圖層疊加以形成各種專題地圖。
在空間分析和統(tǒng)計方面GIS幫助確定地理要素之間新的關系,為用戶提供一個解決各類專門問題的工具。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。矢量數據空間分析包括:空間數據查詢和屬性數據分析、緩沖區(qū)分析、網絡分析等。柵格空間數據分析包括:記錄分析、疊加分析、統(tǒng)計分析。
1.2 GIS系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的區(qū)別
GIS有別于DBMS(數據庫管理系統(tǒng))。GIS具有以某種選定的方式對空間數據進行解釋和判斷的能力,而不是簡單的數據管理,即使存貯了圖形,也是以文件形式管理,圖形要素不能分解、查詢,沒有拓撲關系。管理地圖和地理信息的MIS不一定就是GIS,MIS在概念上更接近DMBS。
GIS有別于MIS(管理信息系統(tǒng))。GIS要對圖形數據庫和屬性數據庫共同管理、分析和應用。MIS則只有屬性數據庫的管理,即使存貯了圖形,也是以文字形式管理,圖形要素不能分解、查詢,沒有拓撲關系。管理地圖和地理信息的MIS不一定就是GIS,MIS在概念上更接近DBMS。
GIS有別于地圖數據庫。地圖數據庫僅僅是將數字地圖有組織地存放起來,不注重分析和查詢,不可能去綜合圖形數據庫和屬性數據進行深層次的空間分析和提供輔助決策的信息,它只是GIS的一個數據源。
GIS有別于CAD系統(tǒng)。二者雖然都有參考系統(tǒng),都能描述圖形,但CAD系統(tǒng)只處理規(guī)則的幾何圖形,屬性庫功能弱,更缺乏分析和判斷能力。
2.GIS對城市發(fā)展的影響
2.1 GIS在城市建設的應用
空間規(guī)劃是GIS的一個重要應用領域,城市規(guī)劃和管理是其中主要內容。利用GIS技術可進行城市規(guī)劃的輔助設計、工程選址等工作,也可進行城市管理的規(guī)劃控制、輔助決策等工作。在大規(guī)模城市基礎設施建設中,根據區(qū)域地理環(huán)境特點,綜合考慮資源配置、市場潛力、交通條件、地形特征、環(huán)境影響等因素,在區(qū)域范圍內選擇最佳位置,充分體現(xiàn)了GIS的空間分析能力。
2.2 GIS在城市規(guī)劃中的作用
在GIS中,由于所獲取的地圖數據詳盡、可靠、準確,大大提高了城市規(guī)劃的科學性。同時,計算機的高速運算和具有極強的邏輯判斷功能,可在短時間內提供多方案比選,增加了規(guī)劃設計方案的合理性。而且,計算機可以自動地生成各種規(guī)劃用圖、表格和報告,利用數據庫又易于刪補、更新,因而還可以實現(xiàn)城市規(guī)劃的動態(tài)監(jiān)控和動態(tài)設計。通過對GIS的研究和使用,充分發(fā)揮數字地圖在城市規(guī)劃設計中的作用,使信息的獲取和使用臻于統(tǒng)一,促進城市規(guī)劃工作。
2.3對城市GIS的展望
隨著城市信息化進程的快速發(fā)展,城市GIS將會在政府宏觀決策、城市建設的各個領域中發(fā)揮出越來越重要的作用,城市GIS發(fā)展將面臨許多方面的挑戰(zhàn)。城市地理信息系統(tǒng)建立后,有條件進行小范圍的局部更新,要堅持通過竣工驗收的方式,進行竣工測量,保證地理信息數據的質量和觀勢性。同時,充分利用信息科學、計算機技術和網絡技術,不斷完善城市地信息處理數據系統(tǒng),加強城市地理信息服務系統(tǒng)功能的開發(fā)和城市地理信息網絡交換系統(tǒng)的建設,從而實現(xiàn)地理信息的快速獲取與更新、智能化處理和一體化管理、網絡化生產管理與分發(fā)服務,相信城市GIS必將迎來一個迅速發(fā)展的嶄新階段。
3.結束語
地理信息系統(tǒng)是一個非常全面而又非?;A的應用系統(tǒng),優(yōu)秀的地信息系統(tǒng)可為許多專業(yè)領域提供基礎的信息情況,并通過多種計算機技術進行分析及輔助覺得,本套系統(tǒng)中實用功能按照人們日常生活、工作、出行的需求進行設計,以人們的最熟知的操作習慣入手,可為公眾提供更多更全面的服務。GIS的發(fā)展速度和規(guī)??涨?。它正在與GPS(全球定位系統(tǒng))、RS(遙感系統(tǒng))、DPS(數字攝影測量系統(tǒng))、ES(專家系統(tǒng))和多媒體技術進一步融合,擴展其功能。一旦更全面地解決了數字地圖信息的自動采集問題,加強了空間技術的研究,將空間數據庫與方法庫、知識庫聯(lián)接起來,GIS又將向集成化、智能化方向發(fā)展。將有力地推動城市規(guī)劃管理的嚴格性,決策的科學性和設計的高效率。
參考文獻:
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工程地質是水利水電工程一門重要的專業(yè)基礎課。不同于水利類其他專業(yè)課,工程地質由于實踐性較強,野外地質實習對于提高學生的實踐能力極為重要。然而,傳統(tǒng)的野外地質實習作業(yè)還依賴于手繪,無法跟上目前自動化、信息化作業(yè)的步伐。本文將地理信息系統(tǒng)與野外實習相結合,完成學生手繪作業(yè)向電子化作業(yè)的轉變。這不僅能夠高效完成實習路線剖面圖的繪制,還能夠讓學生熟悉地質調查的電子化辦公過程,培養(yǎng)和提升學生地質調查整理、分析、繪圖的能力,為以后從事相關工作奠定基礎。
關鍵詞:
工程地質;地質實習;地理信息系統(tǒng);教學改革
一、引言
工程地質是一門以地質學為理論基礎,服務于人類工程建設活動的一門地質學科。不同于傳統(tǒng)的數學、力學學科,工程地質是一門實踐性很強的學科,著重解決與工程規(guī)劃、設計、施工與運行有關的工程安全評價涉及的地質問題。作為水利水電工程本科專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課,不同于其他的專業(yè)基礎課,工程地質課程的教學分為課內基礎理論教學和野外地質實習教學兩部分。課堂教學主要基于已有的教材,講解關于巖石礦物、巖石、地質構造、地質作用、地下水、巖體工程特性、大壩、隧洞、邊坡等知識。而野外地質實習主要進行巖石、地質構造的辨識,了解、掌握不同的地質作用、地下水作用對工程巖體結構的影響,并初步建立水利水電工程地質條件的分析與評價能力。由此可知,野外地質實習是工程地質相關專業(yè)中必不可少的實踐性教學環(huán)節(jié)。武漢大學水利水電學院工程地質教研室是在原武漢水利電力學院工程地質教研室的基礎上發(fā)展起來的,經過近六十年的建設,已形成了系統(tǒng)完整的課程教學體系與地質實習。然而,由于受各種條件限制,實習教學中仍存在不足之處。實習過程中教學設備還處于八、九十年代水平,實習區(qū)域地形圖長久沒有得到更新,無法反應當前的地形地貌;學生的內業(yè)還是依賴于手繪,無法跟上目前自動化、信息化作業(yè)的步伐。就目前三峽秭歸地質實習而言,該實習區(qū)域地形圖較為陳舊、分辨率低且模糊不清,加之近年該區(qū)域工程建設頻繁,因此容易產生識別誤差;同時,學生需要購買地形圖,實習過程中學生需要攜帶地形圖也有一定不便。本文在谷歌地球可視化地形圖的條件下,采用GoodyGIS和AutoCAD等專業(yè)地理信息處理軟件,完成實習路線地質剖面圖的繪制。將地理信息系統(tǒng)與實習過程相結合,不僅能夠將地質調查的手繪向電子化辦公的轉變,提高工作效率,而且能夠全方位、多視角地對基本工程地質、環(huán)境水文地質、地質災害預測與防治等方面進行深入的了解?;诠雀璧厍?,采用地理信息化系統(tǒng)開展地質實習內業(yè)電子化,不僅能夠相對精確地反映當前的地形地貌特征,而且便于學生及時查找路線,辨別地質情形,同時還能夠減少學生開支、減少實習過程中的載重負擔。
二、基于GoodyGIS教改方案
目前地質實習過程中,學生根據GPS記錄的點坐標以及該點的地形地貌、地層巖性、水文地質等其他地質現(xiàn)象,在坐標紙上通過手繪出路線剖面圖。在手繪過程中,剖面圖的修改非常不便,而且手繪的圖例也參差不齊。通過將GoodyGIS和AutoCAD軟件想結合,不僅能夠高效完成路線剖面圖的繪制,還能夠讓學生熟悉地質調查的計算機信息處理過程,為以后從事相關工作奠定基礎。GoodyGIS是一款基于谷歌地球API開發(fā)的應用軟件,旨在擴展谷歌地球的應用,輔助獲取數據,提高工作效率,可自動生成用戶指定區(qū)域CAD等高線,用戶指定路線的地形斷面圖。
(一)教改對象
1.實習區(qū)域地理信息的收集、整理。系統(tǒng)收集三峽秭歸縣實習區(qū)域的地形地貌、地層巖性等地質信息,并錄入地理信息系統(tǒng)。2.GoodyGIS與AutoCAD軟件的培訓與應用。開展學生實習前的培訓輔導工作,熟悉采用地理信息系統(tǒng)查詢實習觀測點的地質信息,熟悉采用GoodyGIS與AutoCAD軟件繪制地質剖面。
(二)教改目標
1.形成集一整套基于地理信息系統(tǒng)的地質實習電子教案與相關電子資源,形成一個具有較強實力的地質實習計算機信息化教學團隊。2.通過將谷歌地球、GoodyGIS和AutoCAD相結合,培養(yǎng)學生在野外地質實習過程中電子信息化處理、使用能力,從而提升地質調查資料整理、分析的能力與效率。
(三)擬解決的主要問題
三峽秭歸實習區(qū)域的地形地貌電子化信息系統(tǒng)的收集,涉及到地質年代、地層巖性、水文地質、環(huán)境地質、地質災害與防治等一系列數據的收集工作。電子資料的豐富及詳實與否,直接決定了地質實踐教學活動的效果。
(四)項目的預期成果形式
實踐教學改革研究報告一份;教改實施的具體方案/步驟一份;集實習區(qū)域地理信息系統(tǒng)、應用軟件(谷歌地球、GoodyGIS和AutoCAD)在實習過程中的引用指南等一整套教學教案;
三、三峽茅坪-鏈子崖實習路線
針對水利水電學院全院本科生(大三上學期),將學生地質調查資料的整理、分析與繪圖從手繪向電腦繪圖的轉變,不僅提高地質實習內業(yè)整理效率,節(jié)省實踐教學活動經費開支,而且能夠形成一個具有較強實力的地質實習計算機信息化教學團隊,最終提高學生地質調查整理、分析、繪圖的能力。
1.記錄沿途測點的GPS坐標,記錄該點的工程地質(巖性、巖層界限、巖體工程特性)、水文地質特性
2.將GPS坐標與GoodyGIS生成的路線剖面圖一一對應
3.基于GoodyGIS路線剖面圖與沿途記錄的工程地質與水文地質特性,采用AutoCAD繪制沿線地質剖面圖。
四、結論
將地理信息系統(tǒng)與谷歌地球相結合,可以精確地反映當前的地形地貌特征,便于學生及時查找路線,辨別地質情形;另一方面,將GoodyGIS和AutoCAD軟件想結合,能夠高效完成路線剖面圖的繪制,還能夠讓學生熟悉地質調查的電子化辦公過程,培養(yǎng)和提升學生地質調查整理、分析、繪圖的能力,為以后從事相關工作奠定基礎。實習區(qū)域的電子化信息收集工作,涉及地形、地質等方方面面的工作,任務繁重。為此,將教研室已有的紙質版地形圖電子化,然后將該信息與谷歌地球信息對比、結合,在更新校正原有地形圖的基礎上,形成新的較為合理反映當前地形地貌的電子版地形圖;同時將地質年代、地層界限、地層巖性、特殊地質現(xiàn)象描述與電子版地形圖相結合,形成實習區(qū)域電子信息系統(tǒng)的核心文件。
作者:胡冉 單位:武漢大學水利水電學院
參考文獻:
[1]崔冠英,朱濟祥.水利工程地質[M].北京:中國水利水電出版社,2008.
關鍵詞: 地理信息系統(tǒng); 行業(yè)特色; 教學改革; 礦業(yè)
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1006-8228(2015)01-52-03
Research on practice teaching system of GIS oriented at mining industry
Wang Xingfeng
(School of Environment and Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116, China)
Abstract: With the rapid development of GIS technology, GIS specialization education is demanded in different applications domains. Considering the professional background of China University of Mining and Technology, an idea to build the supporting platform of the innovative environment of GIS is proposed. Based on the original experimental resources, the reform is transformed, extended and constructed. The ideas of construction of specialty and discipline integration in GISare carried out. The merging of teaching practice and research is advocated. The traditional function of the practice environment is expanded and enhanced. The school and enterprise are combined and the support platform of innovative environment is explored boldly. The result shows this model can accelerate a favorable atmosphere for innovation training in classroom teaching process and improve the classroom instruction quality.
Key words: geographic information system; industry specialty; teaching reform; mining industry
0 引言
地理信息系統(tǒng)(GIS,Geographic Information System)是學科與技術的統(tǒng)一體,學科的發(fā)展促進了GIS理論體系的形成,技術的進步則拓寬了GIS的應用范圍[1-2]。隨著GIS的逐漸成熟,各具特色的行業(yè)專題GIS也不斷涌現(xiàn),用人單位對GIS人才具備一定的行業(yè)背景的需求也日益明顯[3]。因此在傳授GIS理論和培養(yǎng)GIS技能的基礎上,面向行業(yè),從“千家一面”過渡到“一家一世界”的培養(yǎng)模式已成為GIS教學單位的認同[4-5]。
中國礦業(yè)大學是國內外著名的礦業(yè)最高學府,經過多年的發(fā)展,已成為在礦業(yè)、能源和資源領域有重要影響、特色鮮明的多科性研究型大學。每年GIS畢業(yè)生約有50%~70%到與礦業(yè)行業(yè)相關的單位中就業(yè)。因此,我們在多年的GIS教學活動中,依托我校行業(yè)背景,對面向礦業(yè)行業(yè)的GIS實踐教學體系進行了有益的探討。
1 實踐教學內容體系構建原則
GIS是一門實踐性很強的課程,因此加強GIS實踐教學是提高教學效果的重要手段[6-8]。面向礦業(yè)行業(yè)的具體需求,結合GIS專業(yè)的培養(yǎng)目標的實踐教學體系構建原則我們認為有以下幾點。
⑴ 面向行業(yè),貫徹“學科-專業(yè)-行業(yè)”一體化建設理念,將學科建設、科研工作與人才培養(yǎng)緊密結合,加強面向行業(yè)應用的實踐教學環(huán)節(jié),以適應面向礦山就業(yè)的需求。
⑵ 根據專業(yè)特點和行業(yè)需求,凝煉行業(yè)特色,重組教學內容,建立適應行業(yè)需求、以能力培養(yǎng)為目標、面向個性化培養(yǎng)的多模塊實踐教學體系。
⑶ 以教學與科研的結合為突破口,探索科研融入教學的實施途徑。在教學中,改變傳統(tǒng)的教學方法[9],將科研項目、科研熱點、科研成果引入教學,促進科研資源向教學資源的轉化。同時在課程教學中適當地安排課外講座、科研報告,通過邀請專家講學、專業(yè)教師科研報告等途徑引導學生走向科研創(chuàng)新。
⑷ 改變傳統(tǒng)的“教師演示,學生練習”教學方式,充分利用課堂和網絡兩個平臺,改進多媒體教學手段,積極探索“問題驅動”和項目主導的教學方法。
⑸ 堅持以能力培養(yǎng)為核心的實踐教學觀念。在處理好教學內容的基礎與應用的關系的同時,強化學生基本思維和基本能力的培養(yǎng),增加實踐教學的柔性,由課內拓展到課外,培養(yǎng)學生的綜合能力和創(chuàng)新能力。
2 實踐教學內容組織
為了有效貫徹創(chuàng)新教育、實踐教育和素質教育理念,我校根據GIS專業(yè)的特點和礦業(yè)行業(yè)的需求,對GIS專業(yè)的實踐教學內容從理論基礎、技術方法、應用系統(tǒng)三個視角進行了設計和優(yōu)化。在保證基本知識、基本技能掌握的前提下,整合和提升前期課程內容,重組實踐教學內容,進行行業(yè)拓展,增加面向行業(yè)應用的實踐模塊,實現(xiàn)實踐教學內容模塊化,所構建的面向礦山行業(yè)的GIS課程實踐教學體系見表1。
表1 地理信息系統(tǒng)實踐教學內容體系
[類型\&模塊\&說明\&基本
技能\&通用
基礎\&①影像配準;②地理空間數據建庫;③空間數據編輯;④空間查詢;⑤緩沖區(qū);⑥疊置分析;⑦網絡分析;⑧DEM分析;⑨三維分析;⑩地圖制圖。\&通過熟悉GIS軟件操作,進行GIS基本技能的訓練,幫助學生掌握GIS基本原理,具備完整的地理數據采集、處理、數據庫建設與系統(tǒng)維護及信息服務等能力。\&行業(yè)
拓展\&①礦圖矢量化處理;②鉆孔儲量計算;③礦體緩沖區(qū)處理;④礦體產狀圖制作、地質圖自動編錄。\&綜合
能力\&通用
基礎\&①市區(qū)道路拓寬工程;②購房、擇房;③學校選址;④高速公路停車場的選擇;⑤水土流失建模。\&以地理信息處理與服務的業(yè)務流程為基礎,面向具體問題的GIS集成應用,使學生加深對GIS基本原理的理解,培養(yǎng)綜合技能。\&行業(yè)
拓展\&①礦井生產三維建模;②二三維礦體自動圈定與交互處理;③一井定向解算;④通風網絡分析。\&創(chuàng)新
技能\&面向
行業(yè)
領域\&①掌握編程語言,基于組件(AE、SuperMap等)進行應用系統(tǒng)的設計、需求和初步開發(fā);②礦山地測采信息系統(tǒng)分析、設計和實現(xiàn);③其它行業(yè)GIS應用系統(tǒng)(根據需要選擇)。\&以不同領域GIS應用要求為基點,通過參與教師科研課題,鼓勵學生參與國內GIS大賽,培養(yǎng)學生GIS建模、系統(tǒng)研發(fā)、集成應用等技能,使其具備一定的創(chuàng)新能力和應用領域拓展能力。\&]
3 構建實踐教學科技創(chuàng)新和社會實踐平臺
構建完整的、科學合理的實踐教學體系是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的根本保證[10]。我校從GIS專業(yè)特點和行業(yè)需要出發(fā),依托學校教學實驗中心、實驗室及各研究系所,構建了“專業(yè)基礎實驗平臺、項目化技能與工程實訓平臺、社會實踐活動平臺、科研科技創(chuàng)新協(xié)作平臺”四位一體的學生科技創(chuàng)新與社會實踐平臺(圖1)。
[科技創(chuàng)新與社會實踐平臺][專業(yè)基礎
實驗平臺][項目化技能與
工程實訓平臺][社會實踐
活動平臺][科研科技創(chuàng)
新協(xié)作平臺]
圖1 實踐教學科技創(chuàng)新和社會實踐平臺
3.1 專業(yè)基礎實驗平臺
專業(yè)基礎實驗平臺以GIS基本概念為基礎,重視對原理方法的驗證和基本技能的培養(yǎng)。專業(yè)基礎實驗平臺提供的實驗主要包括驗證型和原理型實驗,包含了課內必選實驗項目和課外自選實驗項目。學院教學實驗室負責學生必選實驗項目的完成,在此基礎上學生也可以自主選擇實驗項目,甚至可以自立課題,在教師指導下設計實驗方案,經申請進入實驗室開展實驗和科研活動。
3.2 項目化技能與工程實訓平臺
產學結合是工程教育改革的一大戰(zhàn)略[11]。對于應用技術極強的GIS來說,學生掌握的不僅是技術技能水平,還應該包括一定的項目管理和運營能力。結合項目加大設計型、綜合型和創(chuàng)新型實驗的開發(fā),構建“獨立-實踐-校企-就業(yè)”鏈接式的畢業(yè)設計和課程設計的實踐環(huán)節(jié),加強校企聯(lián)合培養(yǎng)實踐訓練基地、同行業(yè)的校外實習基地的建設。通過面向項目的訓練,學生可以實現(xiàn)知識的互補,達到學科結合、互利共贏的教學效果。
3.3 社會實踐活動平臺
畢業(yè)實習、假期社會實踐是提高學生動手能力的重要安排,為了更好地貫徹落實學校有關畢業(yè)實習和社會實踐的各項要求,進一步保障GIS專業(yè)學生實踐工作的順利開展。學校提倡開展多模式的實習教學,實現(xiàn)集中實習和分散實習相結合、校內實習與校外實習相結合、走出去和請進來相結合、專業(yè)實習與就業(yè)實習相結合、專業(yè)實習與參加科技競賽相結合、專業(yè)實習與教師科研相結合等。介入企業(yè)的生產和經營活動,極大地調動了學生自主學習的積極性,使其專業(yè)技能與綜合素質明顯提升,受到企業(yè)的廣泛好評。
3.4 科研科技創(chuàng)新協(xié)作平臺
借鑒我校其他特色專業(yè)卓越工程師的培養(yǎng)模式[12],探索與科研院所、企業(yè)協(xié)同培養(yǎng)GIS專業(yè)人才的渠道,創(chuàng)新設計培養(yǎng)方案和教學課程,積極引進消化吸收先進的培養(yǎng)方案和教學理念,探索基礎理論和科研素質培養(yǎng)訓練的有效途徑并完善相關配套管理措施,以協(xié)同創(chuàng)新中心為載體,建立產學研協(xié)同培養(yǎng)行業(yè)優(yōu)秀專門人才的基地。具體的方法和措施有以下。
⑴ 為學生提供科技創(chuàng)新試驗平臺。依托學校學院的科研機構單位,如結合我院“國土環(huán)境與災害監(jiān)測國家測繪地理信息局重點實驗室”、“江蘇省資源環(huán)境信息工程重點實驗室”、“教育部礦山生態(tài)修復工程研究中心”、“江蘇省3S與國土信息研究中心”、“中德能源與礦區(qū)生態(tài)環(huán)境研究中心礦山生態(tài)環(huán)境研究所”等國家級、省部級重點實驗室和工程中心,鼓勵高年級學生進入實驗室/工程中心進行科學研究及創(chuàng)新實踐,實驗室所有儀器設備對學生開放。在這些措施的保障下,學生能充分利用高精尖儀器設備,進行各類試驗和分析計算,極大地提高了學生分析問題、解決問題和科學研究的能力。
⑵ 構建了教師科學研究與學生科技創(chuàng)新相結合的科技創(chuàng)新平臺。每年有一大批教師,包括長江學者、國家杰青獲得者、中國青年科技獎獲得者、全國優(yōu)秀教師、全國百篇博士論文獲得者等,都面向大學生做科研報告,介紹自己的研究方向和研究成果,提供科研、實驗條件及經費支持,吸引學生參加科研項目。同時,在進行畢業(yè)設計、畢業(yè)論文選題時,80%以上結合教師科研項目和生產實際問題,讓學生參與科研項目和解決生產實際中的關鍵問題,提高了學生創(chuàng)新能力和解決實際生產問題的能力。
⑶ 借助各種大學生科技創(chuàng)新訓練計劃,引導學生開展學科前沿科學研究。針對本科生創(chuàng)新訓練計劃,我校設有國際級、省級和校級創(chuàng)新項目,學生在指導教師的指導下,申請各類創(chuàng)新項目,進行學科前沿的研究,提高創(chuàng)新能力和實際應用能力。
4 實踐教學考核方式改革
課程考核是反映教學效果的重要手段,是教學過程的關鍵環(huán)節(jié)之一。GIS是理論與技能并重的課程,完全采用筆試難以準確反映學生專業(yè)技能掌握情況及對GIS技術手段的掌握、分析和應用能力。因此,為了適應面向礦業(yè)行業(yè)的GIS人才的培養(yǎng)需求,我校對GIS課程的考核方式進行了改革,建立了將課程考試與學習過程相結合的全過程考核成績評定體系,引導教師開展研究性教學,促進教學改革和教學質量的提高。
全過程考核在考試內容上保證學生對基本概念和基本技能理解和掌握的基礎上,注重知識測試與能力測試的結合??荚囆问缴蠈嵤┓蛛A段考核,避免一考定成績,考核形式可選擇考察、測驗、作業(yè)、課堂討論、課程設計、讀書報告、小論文、操作實踐、實驗報告、中期考試和結業(yè)考試等環(huán)節(jié),保證學生的每一次參與都有收獲。全過程考核使學生逐漸淡化了考試緊張感,不再需要“臨時抱佛腳”,激發(fā)了學習興趣,調動了學生學習的積極性和主動性,在專業(yè)認識、理解和接受上也發(fā)生了較大的轉變,課堂形式變得更加豐富,氣氛更加活躍,初步實現(xiàn)了教學由知識的傳授向能力培養(yǎng)的轉換。
5 結束語
GIS專業(yè)是一個技能要求高、實踐性強的專業(yè)。我校GIS專業(yè)面向行業(yè),堅持理論的實踐性,通過了解用人單位的需求,結合我校實際面向礦山行業(yè),進行了基于應用技能的GIS實踐教學改革。實踐教學結果表明,所采取的實踐教學措施有效地提高了學生的動手能力,促進了GIS專業(yè)建設。在就業(yè)形式嚴峻的情形下,我校GIS專業(yè)的就業(yè)率始終保持在前列,畢業(yè)生就業(yè)后能迅速勝任工作,這宣傳了我校的專業(yè)品牌,進一步促進了學生就業(yè)。但面向行業(yè)的GIS專業(yè)課程實踐教學改革是一項涉及面廣,技術性和學術性較強的系統(tǒng)工程。因此,如何把GIS專業(yè)學生培養(yǎng)成為具有工程實踐能力的高素質人才,使學生具備一定的解決工礦企業(yè)實際問題的能力,仍然需要我們不斷探索教學內容、教學方法和教學手段的改革。
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