城市地理信息系统课程论文_城市地理信息系统论文

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城市地理信息系统课程论文

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李想 *** 地理信息科学

李春杰 2016年 6月 12 日

浅谈城市地理信息系统的原理与应用

摘要：城市地理信息系统（UGIS）是GIS技术在城市空间的综合应用，是将反应城市现状、规划、变迁的各类空间数据（如地形、地貌、建筑物、道路、综合管线等）以及描述这些空间特性数据通过计算机进行输入、存储、查询、统计、分析、输出的一门综合性空间信息系统，它是在GIS技术高度发展和城市科学研究对信息数据处理的技术手段要求不断提高的前提下产生的，城市地理信息系统在城市规划、建设和管理中有着极其重要的意义。

本系统是一种运用计算机硬件、软件及网络技术和数据库技术，实现对城市各种空间和非空间数据的输入、存储、查询、检索、处理、分析、显示、更新和提供应用，以处理城市各种空间实体及其关系为主的技术系统。本系统具有稳定性、安全性、易操作性、可扩展性、开放性和运行高效性，完全达到规划业务处理、图形浏览、网络查询等日常工作要求。

本文将对城市地理信息系统的基本概念及其构成、发展和实现方法进行阐述，并对基于GIS建立城市地理信息系统做了深入的研究。在分析了基于ArcGIS软件建立城市地理信息系统的可行性基础上，提出了设计思路、数据组织模式和功能模块划分方法等；其次，实现城市地理信息系统的查询、统计、缓冲区分析很功能模块，并解决了最短路径查询问题；追踪建立了基于ArcGIS的城市地理信息系统。

关键字：城市地理信息系统；信息服务；数据处理；GIS

一、城市地理信息系统的概念

城市地理信息系统，简称“UGIS”。它是GIS的一个分支，是一种运用计算机硬件、软件及网络技术和数据库技术，实现对城市各种空间和非空间数据的输入、存储、查询、检索、处理、分析、显示、更新和提供应用，以处理城市各种空间实体及其关系为主，满足城市建设、企业管理、居民生活对空间信息的需求，同时借助其特有的空间分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策的技术系统。它是城市基础设施之一，也是一种城市现代化管理、规划和科学决策的先进工具。其应用由各个业务应用系统、电信基础设施、互联网和网站群、信息化终端、城市空间基础信息平台、城市综合信息平台等要素组成。

目前在我国的电子政务和城市信息化建设中，GIS收到了广泛的关注。作为实现社会经济信息与空间位置配准的重要手段，GIS也已经开始融入到许多日常业务系统中，为提高管理和决策的定量化、科学化发挥着不可替代的作用。

二、国内外的发展概况

国际上的城市地理信息系统研究始于 70 年代初、中期，经过 20 多年的迅猛发展，目前发达国家已将它作为城市的基础设施之一，用于城市动态管理和规划发展.并将它作为对城市重大问题和突发性事件进行科学决策的现代化手段。美国、日本、澳大利亚等许多国家在城市规划、市政工程、交通设施、公共服务、动态监测等方面都广泛应用城市地理信息系统，美国首都华盛顿持区启用 34 个城市信息子系统进行城市动态管理，定时发布交通状况信息，导向车辆运行，即一成功范例。

我国城市地理信息系统研究以遥感为先导，1980年在天津和 1983 年在京、津、渤地区都进行了有益的探索。1989 年利用世界银行贷款正式在常州、洛阳和沙市三个中等城市进行城市规划管理信息系统的研究探索和建设。1999 年后，计算机技术发展迅速，随着国民经济建设和城市化进程的加快，特别在经济特区和东南沿海城市，对 UGIS 的需求出现了一股热潮，加大了资金和技术投入。深圳、广州等城市的 UGIS 建设已进入城市管理和规划的业务应用阶段。我国在城市信息的查询、数据和信息的更新、土地规划和房地产管理的计算机化、城市问题的分析评价与科学决策等方面, 在不同程度上借助 UGIS 这一先进技术，产生了非常明显的社会效益和经济效益。

总体上讲，我国的城市 GIS 目前己逐步趋于成熟。UGIS 作为城市管理和决策的现代化工具已被许多城市列为一项重要的基础设施来进行建设。由于它具有综合信息的存储、分析、交换和服务的功能, 可为城市规划、管理和建设的定量化、科学化以及各类信息的进行快速查询和分析提供先进的技术手段和方法,并为决策提供辅助支持。因此, 城市地理信息系统是数字城市不可缺少的工具。当前，城市 GIS 技术更加成熟并呈现出网络化、分布式、集成化、组件化和三维可视化的发展趋势。

三、城市地理信息系统的原理

城市地理信息系统是由硬件、软件和网络技术，实现对城市各种空间、非空间数据的输入、存贮、查询、检索、处理、分析、显示、更新，并以处理城市各种空间实体及其关系为主的技术系统。城市地理信息系统是一种城市现代化管理，规划和科学决策的先进工具，由数据、硬件和网络、规范标准、技术队伍以及组织管理五大要素构成。通过建立城市地理信息系统，实现各种信息的数字化、标准化和计算机化，从而达到统一管理数据共享和促进办公自动化，实现信息的快速查询检索，实时交换以及可视化表达和输出，逐步形成一个以计算机为核心的城市动态管理系统，对城市实行现代化管理。通过建立不同的分析模型和辅助决策支持系统，对城市城市综合管网进行综合评价分析，提出方案，供主管部门

决策参考。

四、城市地理信息系统的基本要求 1.数据输入输出方面

系统应具有完善的地形和管线图形及属性信息的输入编辑功能，保证基础地形数据库和管线数据库的准确性、安全性、现势性。能够让数据维护人员方便地输入各种数据和地形图，包括对图形的各种方式的输入（文本、手工、转换等）和编辑功能（增加、删除、修改、移动），对属性数据的输入和编辑功能，对数据库的管理功能（复制、删除、修改等）。

系统应具有完善的数据接口，能够方便可靠地进行各类数据和地形数据的转入和转出。系统需要提供一些必要的辅助工具来检测输入数据的质量和准确性，如属性录入情况检查、属性库清洁、图形数据与属性数据的一致性检测等。

2.管理与分析功能

系统应具有强大的数据查询和统计功能，完成对现有数据的查询。统计和分类管理，并可以根据查询或统计的结果生成满足要求的报表、图形等信息。系统应具备建立正确的政府决策支持模型的能力，从而为政府的宏观决策提供信息支持。系统要具有功能强大的专业图形制作功能，能为政府决策、规划建设等提供详实的专业图形和报表资料，如平面图、带状图、纵横断面图等。系统要有较为完整的符合国家标准的符号库，使得图形数据的表示准确可靠。

3.系统的可靠性与易用性

系统要具有较高的安全性，包括对数据库的管理、系统使用的安全管理和系统正常运行管理等，并提供相应的安全管理工具。系统在界面功能的开发上，要符合目前国家有关标准以及管理的一些习惯，使系统容易掌握和使用。系统在网络方面要简单、实用，并具有较高的安全保障。系统要有较灵活的图形显示和管理功能，是用户能够较为自由地选择自己的显示方式，体现个性化的表达特点。

五、城市地理信息系统的主要应用领域 1.城市规划管理

国际上的城市规划管理信息系统研究始于 20 世纪70 年代初期，经过近 30 年的迅猛发展，目前发达国家已将城市规划管理信息系统作为城市现代化标志与重要基础设施之一，用于城市动态管理和规划发展，并将它作为对城市重大问题和突发性事件进行科学决策的现代化手段。城市规划管理系统的主要功能包括文

档管理和图形管理。其中文档管理包括数据录入、传输、案件处理、结案处理、监督处理、统计、输出等；图形管理包括图形数据的输入与输出、编辑、专题图

生成与调用、动态更新、查询等。2.城市规划设计

城市规划设计的专业性更强，它是规划管理工作的基础。城市规划设计远比其他设计对空间信息的依赖程度更大。首先通过 3S 等技术可以直接的将现实中的地形、地貌、建筑物等信息输入计算机系统，使规划设计依据更加准确及时。其次，通过计算机应用系统绘制出符合要求的城市发展蓝图。第三，可以采用仿真、虚拟现实等技术对规划设计方案进行分析、比较和浏览用于与实际效果的比较及发展预测。最后，还可根据社会公众的意见及时修改和调整，使城市的规

划设计方案更加符合城市的发展和社会经济发展各方面的要求。以四川山水画卷风格生态人文滨江城市规划设计方案为例

3.城市交通管理

在城市道路建设方面，可以对 3S 系统所产生的城市空间信息充分利用，对城市的道路进行合理布局与规划，利用动态模拟技术、虚拟现实技术等对规划方案进行仿真、模拟，进行评估，使方案满足需要的同时又能预留出一定的发展空间。在交通工具方面，对公共车辆配置 GPS 接收设备，对车辆进行导航。市民出行可以办理公交智能卡，方便快捷。在交通管理方面，城市 GIS 将城市道路系统与交通管理部门需要的交通管理信息叠加，通过信号灯管理、警力配置系统，每辆车配的置的专用传感器，可使设置在路边的信号采集设备及时将每辆车在城市中的流动情况反馈到数据处理中心，数据处理中心将采集到的数据和预设的交通规划全景情况进行分析、对比并将结果送往指挥中心，指挥中心的计算机系统对相关路段的交通信号进行控制，通过信号的变化对交通流量进行调度。

以道路选线（成本距离分析）为例

分辨率不一致，输出数据中分辨率（比例尺不同，即数据精度不同，输出数

据以精度最高的输入数据中的最低精度），坡度（elevation）的分辨率为25，选择用高程数据做出坡度图，选择拉伸的着色方式对其进行重分类，对不同地类赋予相应的工程成本值，新建字段，为短整型，将lu_cost的值转换给value，用重分类工具，加载导入数据后点在进行赋值，设置环境，把分辨率设置为和坡度一致，然后综合考虑坡度修路成本的影响和土地利用对修路成本的影响的因素，分别复制为0.6和0.4，以为坡度的影响比较大，利用成本距离计算公式基本成本距离，然后计算成本方向，将结果转为矢量图输出即为最终结果。

4.城市地下管线管理

城市综合地下管线管理系统就是指利用 GIS 技术和其他专业技术，采集、管理、更新、分析和处理地下管线数据的一种技术系统。在城市 GIS 应用中，对每一个地下管线都有一个空间定位，根据空间信息可以制作出能反映地下管线状况的数字地图，将不同的管线图叠加到数字地形图上，就可以显示出不同管线

在同一标准地形图上的准确位置，同时将管线的属性数据输入到根据管网图形信息而建立的属性信息数据库中，使二者一致，即可以通过图形信息查阅其属性信息，又能检索属性数据也可直观地查询到管线位置的图形。这样一方面，在进行城市建设过程中可以及时查清建设项目所在位置地下管线的分布情况，避免因建设工地地下信息不清造成重大损失，同时也可以合理布局。另一方面，各部分还可以建立相应的管理系统，对这些数据实行动态管理和更新。

5.城市水资源管理与配置应用

应用 GIS，可以从空间上、时间上彻底了解水资源的现状与变化发展，奠定水资源管理所需要的数字基础；可以直观表现水资源状况，更好地认识水资源的变化规律；为水资源管理提供直观、系统、科学的管理工具；可以规范管理数据，实现信息共享，便于各部门数据的交换，改进和完善水资源调度管理与数据更新维护机制。在配置方面，要在制水过程中建立数字化系统，包括配给、过滤、生产、供应等全过程。同时在数字地图基础上建立供水监控系统，利用 GPS定位与各监测点相连，随时将大范围的监测信息反馈到中央控制中心，保障供水的需要。

6.房地产领域应用

将 GIS 引入房地产管理是对传统房地产管理方式的一个突破，它标志着房地产管理走向更加成熟、更加规范的管理模式。其总体功能结构如图 1 所示。

图 1 城市房地产管理信息系统总体功能结构 城市房地产信息系统的建立既满足目前国内房产管理部门所迫切需要的自动化办公要求，又具有处理速度快、精度高、分析科学、查询方便、图形和属性一体化管理、界面友好的特点。同时, 随着计算机在房产管理部门的普及, MIS 技术的完善, 建立一套满足房产管理的自动化、网络化、科学、高效的办公系统，使房产管理部门通过系统真正实现技术的整体链接，从而使房产管理部门之间形成统一的整体。

7.政府决策支持方面

城市 GIS 应用的建设过程中，很多应用领域都以政府管理的需求与应用为主导和发展方向。为政府部门提供多方面的交流，及时的数据和信息，是减少

政府决策失误的有力保证。如城市遭受自然灾害的情况时有发生，建立相应的系统和电子地图就可以对现状作出及时判断和分析，对灾害影响和灾情发展进行模拟，系统根据模拟结果提出紧急响应方案，政府根据方案立即部署，同时采取行动以最大限度地减少损失。灾后还要评估灾情，及时作出灾后重建工作规划。特别是 3S 等为基础的高新技术的应用，为政府在制订有关城市可持续发展的政策方面提供更加客观、科学、可靠的决策依据。

七、总结

在GIS众多的应用领域中，城市是应用最早、最成功、最活跃的领域之一，我国的城市GIS目前已逐步趋于成熟，这种成熟不仅表现在GIS开发商上，更主要体现在GIS用户身上。在我国现代城市中，信息量急剧膨胀，社会管理日益复杂，对城市管理手段的要求越来越高。面对有限的空间资源，如何使之产生最大的效益，是城市管理面临的共同课题。针对现代城市的社会空间结构，利用 UGIS技术，实施战略信息综合管理是一项面向未来的具有重大意义的事业。由于GIS本身的特点，过去建立起来的城市GIS系统的实际效益在未来几年将会逐步显示出来，人们的认识会进一步提高，城市GIS的生命力将愈加旺盛，并将会发挥应有的、符合其特点的作用，城市GIS也将真正走向产业化和市场化。作为实现社会经济与空间位置配准的重要手段，GIS也已经开始融入到许多日常业务系统中，为提高管理和决策的定量化、科学化发挥着不可替代的作用。21世纪我国的城市将会有更大的发展，城市的发展将给城市GIS技术带来新的机遇。城市GIS虽然面临挑战，但未来无限光明。