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GIS的技术基础

GIS为各种涉及空间数据分析的学科提供了新的技术方法，而每个相关学科都提供了一些构成GIS的技术与方法。

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首先，地图是记录地球表面信息的一种形式，从历史发展来看，GIS脱胎于地图，而计算机制图技术更是为地图特征的数字表示、操作和显示提供了成套方法，为GIS的图形输出设计等提供了理论支持。同时，地图还是目前GIS的基础数据源，但地图强调的是数据分析、符号化与显示，地理信息系统更注重空间分析。

其次，数据库也是GIS的技术基础之一。数据库管理系统主要用于存储、管理和查询各类数据，并尽可能具备一些简单的统计分析功能，这是现代地理信息系统不可缺少的重要组成部分。

第三，遥感作为空间数据的采集手段，成为GIS的重要信息源与数据更新途径。遥感（RS）图像处理系统包含复杂的解析函数，并有许多方法用于信息的增强与分类；大地测量为GIS提供了精确定位的控制信息，尤其是全球定位系统（GPS），可快速、廉价地获取地表特征的数字位置信息；航空拍摄及其精确测量方法的应用使得摄影测量成为GIS主要的地形数据来源。总之，遥感是GIS的重要数据源与更新手段。

第四，计算机科学的发展对GIS起着关键性的影响。按照国际通行的定义，GIS软件的开发和使用基本属于计算机应用理论与方法在加入空间位置要素后的自然延伸，始于计算机出现不久，在最近10～15年，计算机不仅在容量与速度方面都有了质的飞跃，而且随着多媒体、网络、数据库、软件工程、电子技术等的飞速发展，GIS的发展也在突飞猛进（黄杏元，2004a，2004b，2004c）。几乎每一次计算机技术的重要进展都带动地理信息系统技术的重大进步，如空间数据的管理、网络GIS、三维GIS等技术，每一步的重要发展都与计算机信息技术的进展有关。计算机辅助设计提供了数据输入、显示与表达的软件与方法；计算机图形学是现代地理信息系统的基础之一，它提供了图形处理、显示的软硬件及其技术方法；网络的普及使地理信息系统已成为许多机构必备的工作系统，尤其是政府决策部门在一定程度上由于受地理信息系统影响而改变了现有机构的运行方式、设置与工作计划等；人工智能的发展也给地理信息系统的技术进步带来了积极的影响（周成虎，1995）。

简而言之，地理信息系统就是能够输入、存储、管理并处理分析地理空间数据的计算机系统。它随计算机技术发展应运而生，是信息系统技术发展到高级阶段的产物。

gis的数据采集新技术方法

定位设备、数字化设备和数据交换。gis的数据采集新技术方法是：

1、定位设备：野外测量：大平板、全站仪、GPS、移动测绘系统特点是精度高、效率较低。适合范围是小范围GIS数据采集或局部数据更新。

2、数字化设备：数字化仪、扫描仪、摄影测量设备特点是范围大。

3、数据交换：针对GIS数据采集中属性信息采用手工调查和数据处理工作复杂等导致效率低下的问题，提出了基于AUTOCAD数字化采集GIS数据的方法。

基于GIS的土地利用专项规划信息处理系统研究

曲晨晓

（河南农业大学土地资源管理系，郑州，450002）

摘要：在总结河南省部分县（市）土地开发整理规划编制工作的基础上，运用GIS和VBA平台，完成土地开发整理基础数据、潜力调查数据和潜力评价的自动处理，实现土地开发整理规划编制的信息处理系统自动化。

关键词：GIS；VBA；土地开发整理；规划

1 基于 GIS 和 VBA 的土地开发整理基础研究

1.1 基础数据自动处理在VBA 中的编程实现

规划起始将收集到大量的基础数据，而这些数据在提交时并不能保证统计口径和数量单位的完全一致，部分数据甚至可能与实际相差甚远。在基础数据录入计算机后，手工校核将耗费大量的时间和人力，并且不能完全保证校核结果的正确性。而计算机具备强大的数据存储和计算功能，通过编写专门的处理工具，可以实现基础数据的自动处理。下面以河南省新安县土地利用现状数据数量单位的转换为例，介绍VBA技术的应用。

自1991年土地利用现状详查以来，新安县国土资源管理部门一直以“亩”为单位统计各类土地的面积，而本次土地开发整理规划面积单位统一采用“公顷”制，所以，有必要将土地利用现状数据单位统一为“公顷”。在处理这些数据时，采用Excel电子表格系统的二次开发工具，编写“批量转换”应用程序，可以快速准确地对这些数据进行大批量的整理。

1.2 规划区域权属图库的快速构建

权属图库是土地开发整理规划工作中用于提高工作效率和编制精度的一项中间成果，在土地开发整理潜力研究和土地开发整理规划成果图制作方面意义重大。该图库以行政村为基本空间单元，以行政村的地名属性为基本属性单元。

权属图的制作在MAPGIS输入编辑子系统中并不复杂，只要底图精度有保证，提取行政界线后再拓扑重建，很快就能创建出图形文件，关键是每个区图元还要具备“行政村名”属性后才能满足后续工作的要求。手工为每一图元录入属性是一个传统的建库方式，但要为全县上千个区图元一一录入属性，不仅耗时，而且容易出现录入的属性与图面注释不相符的错误。MAPGIS输入编辑子系统中“点注释赋为属性”和“LABLE 与区合并”功能可以极大的简化工作，实现地名属性自动录入。技术流程如下：提取地名注释为独立点文件→为点文件创建地名字段→点注释赋为点属性→关闭点文件→LABLE与区合→保存区文件。

1.3 规划区域地形条件研究

地形是影响土地开发整理活动的一项重要因素，比如在坡度＞25℃的地段，盲目的开发极易造成水土流失；另外，地形条件的好坏对土地开发整理投资规模影响巨大，坡度对土地开发整理的影响更为显著。所以，有必要对规划区域的坡度进行研究和分类，以便做出更科学的规划决策。

基本上所有的GIS软件都具备坡度分析的功能，MAPGIS的DTM分析子系统对地形图质量要求不高，但分析结果精确，是较好的坡度分析工具。下面以河南省洛阳市吉利区地形分析为例，描述GIS技术在坡度研究中的应用。

吉利区地形图比例尺为1∶10000，与土地利用现状的基本图件——1∶10000分幅现状图完全对应；测绘时间为1986年，具备一定的时效性。坡度研究就以该图为依据，首先把1∶10000地形图扫描矢量化为MAPGIS线文件（记录等高线数据）和MAPGIS点文件（记录高程点数据），并使用MAPGIS输入编辑子系统高程自动赋值功能为等高线添加高程属性；然后运行MAPGIS的DTM分析子系统，装入等高线文件，由系统自动检查等高线错误并修改完善；再设置足够小的微分将等高线栅格化（设置较小微分的目的是使栅格化结果更平滑），栅格化结束会自动生成可供DTM系统分析的GRD数据。这时可以使用DTM系统的格网坡向坡元图绘制功能输出全区的坡度分级图，还可以使用格网立体图功能生成直观的立体模型。

坡度分级图和前面制作的权属图库进一步叠加分析，还可以生成全区各行政村的所属坡度级别和立体格网图。这项地形分析成果将为规划决策提供很有价值的基础依据。

1.4 规划区域农民收入基础数据库的建立

农民人均年纯收入是度量经济实力的重要指标，土地开发整理项目尤其是村庄整理项目能否实施，与该项指标关系密切。

农民收入数据录入计算机后，可以借助Excel等数据分析软件进行数量上的研究。但是，要想获得直观的区域对比以及进一步实现区域划分，还需要GIS技术的帮助。将农民收入数据和行政区图挂接后，将可以实现真正地理意义上的分析研究。

MAPGIS平台具备外挂数据库的功能，可以借助合适的关键字，将数据结构不太复杂的农民收入数据挂入图形。

借助MAPGIS属性管理子系统，使行政区图外挂关系数据库中已存在的农民收入数据。技术流程如下：规范整理农民收入属性表格→保证图形文件与表格文件存在可以连接的关键字段→打开MAPGIS属性管理子系统→执行连接表格功能→保存图形文件。

1.5 相关规划中土地开发整理限制区的判别与提取

一般情况下，各地林业部门会进行退耕还林评价并划定生态退耕区域；水利部门对一些重要的内河航道和泄洪区域也有禁止搞建设项目和开垦农田的规定；在交通部门“十五”计划中，重点建设项目的通行区域自然也不宜安排土地开发整理；1997～2010年土地利用总体规划划定的旅游用地、城镇建设用地等用途管制区，进行土地开发整理则会违背用途管制规则。这些不宜进行开发整理的区域虽然可以在图纸上找到明确的位置和边界，但在各部门小比例尺的规划图上，目视判定和手工划界的误差显而易见。借助MAPGIS强大的空间分析功能，将可以避免这种误差。

（1）将各部门包含土地开发整理限制区的规划图件扫描矢量化入计算机，图形坐标系统校正完毕后，在MAPGIS输入编辑子系统中录入各类限制区的属性。

（2）打开MAPGIS空间分析子系统，调入限制区文件和原已制作的权属图库区文件，执行区与区的判别分析，将把相关规划限制区的属性赋给所在的区图元。

2 土地开发整理潜力调查数据库的构建

2.1 借助MAPINFO 和VBA 实现图形与属性的完整挂接

实践表明，数据结构复杂、数据量巨大的属性表很难挂进图形，这个缺陷在河南省部分县（市） 1∶10000土地利用现状建库工作中已经被充分证明。为解决上述问题，本文尝试借用MAPINFO强大的属性管理功能。

作为桌面型的GIS平台，MAPINFO的空间数据结构或许并不如MAPGIS完美，但基于关系型数据库的设计使该系统与一般属性数据格式几乎完全兼容。在规划建库实践中，本文总结出以下挂库流程：①清除调查数据表中的特殊格式，比如合并单元格、带公式单元格等；②把数据表存为DBF格式；③使用MAPGIS/文件转换子系统，转换MAPGIS图形文件为MAPINFO交换格式；④在MAPINFO中把交换格式文件转为MAPINFO内部格式；⑤把DBF数据表装入MAPINFO工作区；⑥使用MAPINFO“更新列”功能，挂接属性表与图形表；⑦转出挂好的图形表；⑧使用MAPGIS文件转换子系统把交换格式图形还原为MAPGIS格式并保存；⑨检查挂好的图形文件有无变形和属性丢失。

需要说明的是，MAPINFO与MAPGIS两个平台的数据结构毕竟不同，在频繁转换图形格式的过程中也许会出现图形变形和丢失，这种缺陷可以用整图变换的方法来避免。

2.2 农田整理潜力调查数据库的建立

农田整理潜力调查表的基本格式如下：行政村、隶属乡镇、农田面积、零星地、辅助地。为完整存储农田整理潜力调查数据并最大程度的减少存储空间，图形文件的数据结构应设计为表1。

表1 农田整理潜力调查区属性结构

在MAPGIS属性管理子系统中为权属区文件创建上述属性结构，然后保存文件，并打开存储有补充调查数据的表格文件；这时采用上述挂库方法即可开始挂库；属性挂接完毕，农田整理潜力调查数据库即建成。

2.3 村庄整理潜力调查数据库的建立

村庄整理潜力调查表的基本格式如下：行政村、隶属乡镇、村庄面积、农村人口、期末人口、闲置土地、用地标准。为完整存储村庄整理潜力调查数据并最大程度的减少存储空间，图形文件的数据结构应设计为表2。

表2 村庄整理潜力调查区属性结构

2.4 土地开发潜力调查数据库的建立

经规范整理后，土地开发潜力调查表可转换为如下格式：行政村、隶属乡镇、宜开发面积、增加农用地、增加耕地。为完整存储土地开发潜力调查数据并最大程度的减少存储空间，图形文件的数据结构应设计为表3。

表3 土地开发潜力调查区属性结构

3 基于 GIS 的土地整理潜力评价

3.1 农田整理潜力研究模型

农田整理潜力就是指耕地整理后可以新增耕地的潜力，该潜力来源于农田中零星未利用地和辅助生产设施用地的缩减与转化，基于以上思想，将耕地整理潜力测算模型制作如下：

a＝k－a′；Δs＝a×s

式中，a为增加耕地系数；k为零星未利用地、辅助设施用地占农田比率；a′为标准农田系数；Δs为可增加耕地面积；s为农田面积。

模型中各项参量存储在补充调查数据库中，要获得潜力测算结果，只需采用合适的GIS数据库查询工具。MAPGIS空间分析子系统具备基本的属性运算功能，可以满足潜力测算的要求。执行查询只能求出Δs，经过多次使用双属性四则运算，最终可获得耕地整理潜力。

测算出农田整理潜力后，还需要对所有耕地整理潜力评价单元进行潜力级别的划分，该环节可以在MAPGIS输入编辑子系统中，组合使用“根据属性赋参数”、“根据参数赋属性”等命令来实现。

3.2 村庄整理潜力研究模型

村庄整理潜力即是对村庄用地进行整理后增加农用地尤其是耕地的空间。村庄潜力来源于农村人口的转移和人均建设用标准的下降。村庄潜力测算模型可以制定如下：

Z＝ΔS×K；ΔS＝S0 －St；a＝Z/S0；St＝B×Qt

式中，Z为增加耕地面积，K为标准比率，ΔS为增加农用地面积，S0 为规划基期农村居民点面积，St为规划期末农村居民点面积，a为增加耕地系数，B为规划人均用地标准，Qt 为规划期末农村人口数。

模型中各种参量存储在前期工作所建立的GIS数据库中，可以使用GIS属性运算工具进行查询处理，以获得村庄整理潜力。

在测算村庄整理潜力时，采用MAPINFO的SQL查询功能。执行查询将获得所有村庄潜力评价单元增加耕地、增加农用地和增加耕地系数等潜力测算结果。通过执行类似的SQL查询语句，同样可以实现村庄整理潜力级别的划分。

3.3 土地整理潜力汇总结果的输出

上述各类潜力研究均在GIS环境下进行，获得的研究结果仍然存储于GIS数据库，而GIS在文字和表格编辑方面并不具备优势，为了便于进一步数据分析和成果输出，需要把GIS数据库中的潜力数据输出为独立的电子表格，而不是仍然依附于图形数据。

MAPGIS的属性管理子系统在海量属性数据管理方面存在一定的稳定性问题，并且很难与其他属性数据库系统顺利对话。借助MAPGIS的另一子系统“报表定义”，可以弥补属性管理系统的不足，避免字段丢失：①把GIS数据库中包含潜力评价属性成果的图形文件调入MAPGIS属性管理工作区，转换为MAPGIS内部属性表文件——WB格式，该转换不必设置ODBC；②打开MAPGIS报表定义子系统，使用其属性转文本的功能，把WB表文件进一步转换为特定的数据库自由表，这样就完成了潜力数据的输出；③使用Excel等电子表格系统就能制作出格式美观的潜力汇总表。

在河南省部分县（市）土地开发整理规划的编制过程中，MAPGIS、MAPINFO等GIS软件被充分利用，Excel和Word等办公软件中的VBA开发工具也显示了强大的数据处理优势。GIS软件和VBA技术相结合，部分实现了规划信息处理自动化，也使一些人工难于处理的问题得到了较好的解决。

参考文献

国土资源部规划司.土地开发整理规划编制手册.2002.7

MAPGIS地理信息系统开发手册，武汉中地信息工程有限公司，1998.11

殷俊伟、王谦、吕东.MAPINFO下小型查询系统的设计与实现，河南省南阳市城乡测绘大队，2002.9

王海南.信息技术与城市规划.河南省南阳市规划设计院，2002.9

河南省土地开发整理潜力研究.河南省土地勘测规划院，2002.3

李得仁、关泽群.将GIS数据直接纳入图像处理.武汉测绘科技大学学报，1999，24 （3）

GIS数据处理到底是干什么的？

简单说就是将外业测量得到的数据进行数字化存储与编译，并加以统计分析生成图表。

分为预处理和后期处理，预处理多半与测量硬件相结合，测量的同时就对测出的数据进行编码存储，传统测量记录空间三维坐标或者方位角度或者经纬度，现代摄影测量则是直接拍摄带有空间坐标参照的照片影像；后期处理传统方式就是计算和画地图，现代制图都是采用计算机对照片影像进行处理，从照片上量取各种空间信息，并且利用计算机图形对其进行可视化图形化以及数据组织存储入库，积累的数据与影像可以用来绘制地图甚至制作三维动画展示（如汶川堰塞湖），通过数据钻取还能测量等高线，绘制地形，计算坡度，测量土方，等等都属于GIS数据处理。

至于说导航和空间查询定位则只是对交通道路数据和建筑物地物数据处理后做的一部分应用而已。