通过不同的方式来显示相关数据信息的基本地图，就是专题地图，其中包括了显示各种公路属性特点的专题地图以及公共交通图等。在公路地图中应用GIS技术，还能根据公路管理的需要，输出各种专题地图，有行政区划图和地形图等;同时，还能输出各种数据供决策者选择。其数据有路面状况指数、路面行驶质量指数、路面强度指数、路面技术等级分布、路面等级等。专题地图的管理可以将公路的各项基本情况以最直接的方式表达出来，方便了公路设计者和施工者的工作，加强了对公路的管理，保证了公路的安全性。
二GIS在公路统计管理中的应用
在实际公路管理中，如果仅仅依靠文字表示的数据，那么很难解决实际操作中出现的问题。为了适应现代公路管理统计的需要，GIS技术就得到了应用。
1数据查询
公路管理中常用的查询方法就是GIS数据查询功能。管理人员可以通过对数据的查询，来了解数据所在的具体空间位置。如果要选择一个大于9%的纵坡路段，使用GIS数据查询就能快速且准确的显示出这些路段在路网中的位置，这也是应用GIS技术的数据查询功能的优势。
2空间查询
相较于上述提及的数据查询，空间查询又是另一种数据查询方式。进行空间查询的时候，先选定空间范围，然后再在这个范围内收集相关信息的数据。
3GIS在公路设计中的应用
选线设计的时候应用GIS技术，可以基本确定公路的走向。一般的方法是先在数字化的地形图上选取某一个作为控制点，再把各个控制点连接起来。同时，GIS技术也在横纵断面的设计中发挥着重要作用。在进行对公路的纵断面设计时，GIS技术可以在极短的时间内应用各种方法建立数字高程模型。由于数字高程模型已经存在，公路软件就能自动的根据事先完成的平面选线，生成地形纵剖面图。横断面的设计一般在纵断面的设计之后进行，根据完成的平面设计和纵断面设计，应用GIS技术，公路软件就可以自动生成横断面图。
4GIS在公路运输管理中的应用
在公路运输管理中应用GIS技术，能很好的解决当前公路运输管理中的不足。由于GIS技术具有地理、地形等数据查询以及分析统计的功能，在公路运输的管理当中，可以建立起交通地理信息系统数据库，为管理部门或用户提供各种数据查询方式和分析方法，以及对空间数据的分析。根据地理信息数据库，利用数据查询的方式，可以快速找到有关区段、站点、车次等公路信息，而公路运输的主管部门也可以利用数据的分析方法进行客流情况的分析，从而制定行车计。
5GIS在公路规划中的应用
在传统的公路规划中，主要依靠已知的信息和工程师的经验，缺少对系统的科学检测和合理分析，使得设计方案不合理，在实际的操作中造成了资源的浪费，也影响了公路的实用性。为了解决上述问题，在公路规划中应用GIS技术，首先对数据进行编码存储，便于后期的查询;再在数据库和相关知识库的基础上，利用GIS技术生成各种专用预测分析模型，对现有路网的使用情况和性能进行科学的评估，预测路网性能的变化走向，为公路中长期的规划提供合理的依据。
三结束语
Abstract: This paper analyses and discusses the definition of GIS and its connotation and denotation,the trend of GIS technology progress from space information acquisition,processing and management,highlighting the vigorous vitality and broad application prospect of the GIS technology.
关键词: GIS;空间数据库;元数据;移动GIS;LBS;网格GIS
Key words: GIS;spatial database;metadata;mobile GIS;LBS;grid GIS
中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)13-0162-02
0引言
人们日常生产、生活所使用的各类信息中有80%左右与空间位置相关,有效地利用这些信息将大幅提高我们的生活质量、工作效率,并有利于促进国民经济和社会的可持续发展。GIS作为空间信息处理、存取、管理的有效工具已得到广泛应用,并在与计算机技术、网络技术、数据库技术、通信技术等多种高新技术的交叉融合过程中凸显出其特有的生命力和创造力。
1GIS内涵的扩展
GIS(Geographic Information System,地理信息系统)是在计算机软硬件支持下,采集、存储、管理、处理、检索、分析和显示空间信息的一种技术系统。在应用的驱动下,GIS以一种软件系统而逐渐融合多种高新技术,呈现出多元化的特点,产生了不同的应用分支。同时,其技术特色不断迁移、功能日渐强大、内涵不断扩展,形成了以“系统、科学、服务”三位一体论认识GIS的观点。首先,GIS在蓬勃发展的过程中,吸纳了地理学、制图学、遥感、计算机科学等领域的相关理论和方法,其成功应用已不局限于单一产品所能提供的解决方案,这对于消除航空摄影测量、遥感、大地测量学、地图学、测量和地理学之间的传统隔阂具有独特的贡献。这时的GIS已由一种技术逐渐丰富,成为与计算机技术、地理学、测绘学密切相关的一门新兴学科,形成了自成体系的基本理论、技术系统以及应用方法[1]。因此,有学者提出了GI-Science(地理信息科学)的GIS内涵外延的观点。其次, Web服务等的出现将人类引入了一个更为广阔的数字空间。Web服务通过开放、标准、成熟的技术和方法将已有的软件资源进行包装,形成统一的服务形式,屏蔽其间的差异。“软件就是服务”,理念的创新不仅影响了软件开发的模式,也引发了人们对GIS的重新认识。一种以GI-Service认识GIS的观点悄然而生,GIS的内涵也再次得以丰富和扩展[3]。
2GIS技术进展
数据被喻为GIS的“血液”。人们通过GIS来采集、传输、处理、存储、显示、分析数据,从无序、海量的空间数据中获取有用的、直观的、全面的各类信息,进而抽取出知识,达到提高认识、辅助决策等目的。GIS与数据进行以上交互的过程,就是与多种技术、学科融合,相互促进的过程。图1描述了GIS以数据流动为主线时涉及的主要学科与技术。
2.1 空间数据的获取与处理技术空间信息的获取方式有GPS、数字摄影测量、RS、野外人工测量、地图扫描数字化等。这些技术和方法可为GIS提供高精度定位数据、航片、DEM、数字正射影像、扫描栅格影像等多源多尺度数据。航空航天遥感传感器技术的快速发展使得数据获取呈现出三多(多平台、多传感器、多角度)和三高(高空间分辨率、高光谱分辨率和高时相分辨率)等特点[4];利用载波相位差分技术,GPS定位精度可达厘米级;而3S技术集成方法的逐渐成熟与应用,减少了GPS与RS获取数据的中转而直接进入GIS,达到实时获取空间数据的目的;利用遥感制作数字正射影像在生产部门也广为应用,具有很强的实效性。与此同时,基于统计信息和图像内容的目标识别与分类的数据融合技术的逐渐成熟,以及压缩倍率高、速度快的影像数据压缩方法的成功推出,为GIS数据处理技术的发展开辟了广阔的前景[4];并行计算、网格计算等理论与方法的成熟则为实现高效的GIS数据处理提供了软硬件环境基础;GIS空间数据不确定性与质量控制等理论研究的深入,与信息论、模糊数学等学科的交叉,以及不确定性模型、误差传播模型和空间数据质量模型的建立,实现了空间数据质量指标的检验和评价[5],为GIS空间数据的处理和应用提供了科学依据和保证。
2.2 空间数据管理技术空间数据涉及空间位置和地物实体间的空间关系。空间数据的时空特性使得其有别于常规事务型数据,具有关系复杂、非结构化、数据量大、多比例尺、随时间变化等特点。这增添了空间数据管理的难度,成为影响GIS性能的瓶颈,也是主导GIS发展方向的关键支撑技术之一。
2.2.1 空间数据库技术空间数据的几何图形数据和属性数据的管理先后经历了以下几种管理方式[6]:①文件系统统-管理;②文件与关系数据库混合管理;③全关系型空间数据库统一管理;④对象关系型数据库管理;⑤面向对象空间数据库管理,它采用面向对象数据模型对空间数据进行表达和描述,它支持变长记录、对象嵌套、信息继承与聚集,克服了对象关系型数据库面向对象操作时存在的诸多不足。当前比较成熟的面向对象数据库管理系统有Objectivity/DB、Versant等。以上几种方式在丰富空间数据管理手段的同时,也促使空间信息管理与数据库理论和方法的融合,形成了空间信息科学崭新的研究领域――空间数据库。
2.2.2 元数据技术数字地球六大关键技术之一的元数据是空间数据管理的另一重要工具[7]。元数据是关于数据的内容、质量、状况和其他特性的描述性数据[8],针对空间数据进行描述、解释而形成空间元数据。在空间信息应用领域,空间元数据已逐步形成以元数据标准、元数据库、元数据服务模型为应用框架的元数据服务体系。元数据标准的编制为元数据的共享和规范化应用奠定了基础,ISO/TC211和FGDC等均推出了空间元数据标准[9]。我国也已先后推出国标《地理信息元数据》以及行业标准《水利地理空间数据元数据标准》。当前较为成功的元数据服务模型有FGDC的Clearinghouse。空间元数据应用体系的形成,促进了信息共享和资源的可持续利用,也为海量空间数据的管理、使用提供了有效、直接的手段,推动了空间数据管理技术的进步。
关键词:地理信息系统(GIS)网络GIS开放式GIS
中图分类号： G250.72 文献标识码： A 文章编号：
1引言：
地理信息系统(GIS, Geographic Information System)是以采集、存储、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面(包括大气层在内)与空间地理分布有关的数据信息的计算机系统。它由硬件、软件、数据和用户有机结合而成。它的主要功能是实现地理空间数据的采集、编辑、管理、分析、统计与制图等。GIS始于60年代的加拿大与美国,尔后各国相继投入了大量的研究工作；自80年代末以来,特别是随着计算机技术的迅速发展,地理信息的处理、分析手段日趋先进,GIS技术日臻成熟,已广泛地应用于城市规划、市政管理、政府管理、环境、资源、交通、公安、灾害预测、经济咨询、投资评价和军事等与地理信息相关的几乎所有领域。随着信息技术尤其是计算机技术的快速发展、数字地球(DigitalEarth)的提出与实施,以及GIS应用程度的不断深入和应用范围的逐渐扩大,GIS正处于急剧变化与发展之中,并对GIS提出了许多新的要求。本文就目前地理信息系统的热点问题进行介绍、分析和总结。
2 计算机技术对GIS发展趋势的影响
GIS技术依托的主要平台是计算机及其相关设备。进入90年代以来,计算机核心部件CPU的处理速度愈来愈快、性能价格比更高;其存储器可实现将大型文件映射至内存的能力,且能存储海量数据。随着多媒体技术、空间技术、虚拟实景、数字测绘技术、数据仓库技术、计算机图形技术以及三维图形芯片、大容量光盘技术与宽频光纤通讯技术的突破性进展,特别是消除数据通讯瓶颈的卫星互联网的建立,以及能够提供接近实时对地观测图像的高分辨、高光谱、短周期遥感卫星的大量发射,所有这些为GIS技术的广泛、深入应用展示了更加光明的前景。
2.1网络GIS(WebGIS)
计算机网络技术的最新发展使得在网络上实现GIS应用日益引起人们的关注,建立万维网GIS(WWWGIS或WebGIS)是近年来GIS研究领域的一个前沿课题。IntranetGIS是指在Intranet的信息、数据共享、交流协作基础之上实现GIS的在线查询和业务处理等功能。Web分布式交互操作是工作重点。由于速率、安全性及面向业务处理等关键要素IntranetGIS正在Intranet上获得广泛应用,利用Java、CGI、Plug/ins等开发技术,使企业用户直接通过Browser对GIS数据进行访问,实现编辑修改、检索查询、信息分析、制图输出等GIS基本功能。网络GIS是当前GIS的一个重要发展方向。目前,WWWGIS的建设面临四个方面的挑战:网上数据、网上数据互操作、网上数据采掘和网上数据管理及安全性。
与传统的GIS相比, WebGIS具有以下特点:
(1)适应性强。WebGIS是基于互联网的,因而是全球或区域性的,能够在不同的平台运行。
(2)应用面广。网络功能将使WebGIS应用到整个社会,真正实现GIS的无所不能、无处不在。
(3)现势性强。地理信息的实时更新在网上进行人们能得到最新信息和最新动态。
(4)维护社会化。数据的采集、输入、空间信息的分析与将是在社会协调下运作,可采用社会化方式对其维护以减少重复劳动。
(5)使用简单。用户可以直接从网上获取所需要的各种地理信息,方便地进行信息分析,而不用关心空间数据库的维护和管理。网络GIS可实现网上、浏览、下载,实现基于Web的GIS查询和分析。
开放式GIS开放式地理信息系统(OpenGIS)
开放式GIS开放式地理信息系统是指在计算机和通信环境下,根据行业标准和接口所建立起来的地理信息系统。它不仅使数据能在应用系统内流动,还能在系统间流动。OpenGIS是为了使不同的地理信息系统软件之间具有良好的互操作性,以及在异构分布数据库中实现信息共享的途径。OpenGIS规范是由开放地理信息系统协会(OpenGISConsortium,简称OGC)制定的一系列开放标准和接口。OGC由商业部门、政府机构、用户以及数据提供商等多个领域的成员组成,以获取地理信息处理市场最大的互操作。
2.3虚拟GIS(VGIS)
虚拟GIS就是GIS与虚拟现实技术(VirtualReality)的结合。VR技术是当代信息技术高速发展,并与其他技术集成的产物,是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术。虚拟技术的一个特点是将过去认为只擅长于处理数字的单维信息的计算机发展成也擅长于处理适合人的特性的多维信息的计算机。G.Burdea(1993)提出虚拟技术是由沉浸-交互-构想(immersion-interaction-imagination),即“I3”组成,它强调人的主导作用。虚拟技术的基础是:高级的三维图形技术、问题求解工具、多媒体技术、网络通信技术、数据库、信息系统、专家系统、面向对象技术和智能决策支持系统等技术的集成。由于技术的限制,目前还未能开发出适用于遥感和GIS用户需要的真3维可视化的数据分析软件包。
2.4多媒体GIS多媒体技术（MGIS）
(Multia-Media)是一种集声、像、图、文、通讯等为一体,并以最直观的方式表达和感知信息,以形象化的、可触摸(触屏)的甚至声控对话的人机界面操纵信息处理的技术。应用多媒体技术对GIS的系统结构、系统功能及应用模式的设计产生极大的影响,使得GIS的表现形式更丰富、更灵活、更友好。多媒体地理信息系统(MGIS)将文字、图形(图像)、声音、色彩、动画等技术融为一体,为GIS应用开拓了新的领域和广阔的前景。它不仅能为社会经济、文化教育、旅游、商业、决策管理和规划等提供生动、直观、高效的信息服务,而且将使电脑技术真正走进人类社会生活。
3结束语
作为一种基于计算机的应用工具,GIS把地图的视觉和空间地理分析功能与数据库功能集成在一起,提供了一种对空间数据进行分析、综合和查询的智能化手段。当前计算机技术的发展使GIS的发展主要呈以上几种趋势外,GIS软件与建筑及规划设计CAD、办公自动化、统计分析等软件系统的集成等都是GIS研究与发展的热点。上述这些GIS的发展趋势并不是孤立的,而是相互影响、相互促进,它涉及多学科的相互渗透、相互支撑。其作用就是促进地理信息产业的建设与发展,更好地为人类了解和保护人类赖以生存的环境服务。面对今天的计算机技术的快速发展,面对GIS充满生机与活力的前景,我们应该进一步面向世界、抓住机遇、探索规律、创造性地促进GIS技术与产业的发展。可以预见,随着计算机技术的发展,信息高速公路的建成,一个以地理信息系统为平台,以信息高速公路为纽带的"数字地球",必将为人类信息交流与共享提供一种全新的方式。
参考文献
[1]龚健雅主编.当代GIS的若干理论与技术.武汉:武汉测绘科技大学出版社,1999.
关键词：地理信息系统；中学地理；辅助教学
中图分类号：G633.55 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2012）30-0154-03
地理信息系统（Geographic information system，简称GIS），是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术[1]。
GIS是计算机技术与地理学相结合的产物，是计算机技术在地理学中的应用，它的出现对地理学产生了巨大的影响。地理学本身又是一门理论联系实际的应用科学，在地理教学中重视地理理论教学的同时对地理技能也要有足够的重视。如果说定性描述是地理学的第一代语言，地图是地理学的第二代语言的话，无疑GIS就是当之无愧的地理学第三代语言。地图一直以来都是中学地理课堂的核心，而作为地理学第三代语言——GIS就面临着如何发挥自己的强大功能更好地服务于辅助中学地理教学的挑战。GIS与中学教育的结合在我国也不过数十年的历史，在取得一定成绩的同时也暴露出了很多亟待解决的问题，引人思考。
一、GIS辅助中学地理教学的意义
1.新课程标准的要求。新课标下地理教学改革的一个重要课题是使课堂教学效果整体化，其解决途径就应以更好地激发学生学习的地理兴趣与培养学生的学习能力和技能入手，尽量使用多种电教媒体辅助教学。基于GIS的快速空间定位搜索和复杂的查询功能，独立的地理空间分析能力，强大的图形创建和可视化表达手段，及通过地理学信息组成的现实空间模型与程序，实现对地理过程动态模拟和空间决策支持等功能，将其与传统教育方法结合，使抽象的理论知识或地理现象直观、具体地呈现给学生。达到引发学生学习热情、增强学生理解力、开发学生创造性思维能力的效果。
2.地理教学本身与现代化技术整合的要求。地理科学具有综合性、区域性，地理数据具有时空性等特点，随着多媒体技术、网络技术、三维技术、虚拟技术、GIS、RS与GIS的进一步结合，GIS辅助地理教学的功能也愈显强大，将所学的地理知识与高科技很好地结合。反过来，学生在掌握技术的同时也适应了现代信息社会的高速度与高质量，学会了如何获取最新的信息与资料；教师也加强了地理教学的广度和深度，提高了教学效率。可见，GIS辅助地理教学不仅拓展了研究者和学习者的视角，为提高学生的实际操作提供了一种新的尝试，也对传统地理教育的目标、教材、教法、学法、学生素质和能力的培养等方面提出了挑战[2]。
二、GIS辅助地理教学的现状分析及面临的问题
1.GIS技术落后。GIS最早出现在20世纪六十年代的加拿大，发展于欧美等发达国家。因此GIS与教育的结合也始于这些欧美发达国家，这些国家的GIS教育体系也相对完善，其专业水平也达到了相当的高度。GIS技术已经在中小学中广泛应用，并且学生也普遍可以用GIS知识解决生活实际问题。我国从20世纪八十年代开始研究GIS，GIS教育也是近些年才得以重视，中学GIS辅助地理教学的研究更是处于刚刚起步阶段，其研究也仅限于技术手段辅助教学的层面，应用的深度、广度和欧美诸国都不可比拟，普及的道路还很漫长。
2.GIS教学资源建设不达标。在中学地理教学中获得的相关GIS软件和地理数据资料相当少，没有专门符合中学师生水平的应用于GIS辅助地理教学的软件，教师本身的专业知识不足，利用相关地图数字化又要花费大量的时间，以至于应用GIS辅助中学地理教学大多数情况下变成了一句空的口号，失去了实际教学的意义。因此，很少有地理教师真正利用GIS进行辅助教学。虽然有一部分学校为了迎合GIS的发展和满足新课标的要求，也正在探索和尝试将GIS应用于中学地理教学中，但是不像欧美诸国一样，已经培养了一批掌握了GIS技术的中学地理教师来驾驭于这门课程。教学设置上也没有将这门课以必修课的形式呈现，相应的硬件设施还达不到要求。
3.没形成科学的GIS教学方法和模式体系。GIS技术应用于中学地理教学并不是盲目地对计算机辅助教学的附和。飞速发展的信息时代对地理教学的要求也有了新的提高：掌握书本知识更重要的是帮助学生掌握获得地理知识的能力和方法，即实现应试教育向素质教育的转化。而GIS应用于中学地理教学是最优的信息技术与课程整合方案，其改变教学内容的呈现方式、引导学生主动探究学习、培养学生掌握和运用知识的能力，进而促进学生的个性发展，而衡量学校办学标准的关键指标也正是学生发展水平。
三、GIS辅助中学地理教学的几点思考
1.落实GIS教育的普及。GIS教育的目标则是教会学生在掌握了计算机基础知识以后，应用GIS专业软件对地理有关数据进行一系列的操作处理后，形成能够解决实际问题、提供有关功能的教育过程[3]。在信息社会中，GIS的地位、作用日渐显著，面对如此先进的GIS教育形式，率先成功地落实GIS教育的普及化的国家和地区无疑就占得了信息技术发展的某种程度上的先机。鉴于软、硬件的建设问题确实和教育经费和经济发展水平，但我国大部分地区的大多数中学也都建立了不同层次的微机室，即便数量和质量上不能满足每一位学生，但只要用心规划，也能够合理地利用起来，在一定程度上能够让学生有充分的上机实践机会，进行基础层面的GIS实际操作应用。
2.加强GIS教育的资源建设。从我国现在取得的研究成果中不难发现，GIS技术真正用于教育教学的很少，其成果大都用于商业用途，近十年来的有关GIS应用于中学地理教学的论文也寥寥无几[6]。这就需要给以GIS辅助中学地理教学更多的关注和研究，提高软、硬件档次，开发专门的应用于中学地理教育的免费或者价格低廉的软件和地理数据资料，加大各类高等院校尤其是师范类院校的关于GIS的人才培养和在职老师的培训工作，提高中学教师的计算机操作技能和地理专业技能。在培养和培训GIS人才的内容中，强化与中学教学的衔接，增加关于GIS的相关课程，编写和制作一些专门的教材和案例数据。使教师从地理知识的传授者变为学生学习的指导者，使教师的教学过程从单纯的传授地理知识变为向学生提供和加工地理知识信息、解决和研究相关地理问题以及教法学法的过程。随着计算机技术的快速发展，教师可以合理的利用一些免费的资源，运用自己的专业知识做出相应地修改然后加以利用[4]。也建议各级各类中学与当地的开设GIS课程的大专院校做好交流，实现GIS技术与资源的共享。
3.构建科学的GIS教育体系。GIS教育不能从大学阶段开始，而GIS技术融入中小学基础教育还需要社会的关注为其实现提供契机。根据实际教学环境分层次、分地区、分级别的设置基于基础教育阶段的GIS教育，有层次地、逐步地落实进行。把教学分为基本要求教学、拓展性教学、研究性教学等几个层次或者按照当前课程改革的课程设置结构分为必修课程与选修课程。建立起从中小学到高等教育乃至进入社会的完整的GIS教育系统。GIS辅助中学地理教学则有利于中学生端正学习地理学科的态度，通过接触现代地理科学的前沿科技动态，与时俱进，学以致用，也为培养高一级的GIS专业人才和地理学科专业人才乃至复合型的通才打下了坚实的基础[5]。
四、案例——以《世界的海陆分布》为例
基于GIS辅助中学地理教学的教学过程设计：
通过比较可以得出：GIS辅助中学地理教学在教学过程中可以帮助教师做更多适合教学使用的各类地图，为地理教师提供更多的选择，节省了地理教师制作多媒体课件的时间，也使地图的运用手段更加多样化，同时简化了教学过程。在实际操作中，学生不仅获得了主动学习的机会，而且其地理能力和地理思维方式也得到了开发，适应了学生的个性发展，学习能力和技能也得以养成和提高。
参考文献：
[1]陈述彭等.地理信息系统导论[M].北京：科学出版社，2001：1.
[2]潘立新，黄成林.3S与中学地理教育探讨[J].滁州学院报，2007，（6）：116-119.
[3]林国银.GIS在中学地理地图教学中的应用研究[D].万方硕博士论文全文数据库，2005，（28）.
[4]段玉山.信息技术辅助地理教学[M].北京：高等教育出版社，2003：88.
GIS是由地理数据库系统、计算机系统与组织机构等组成，主要以采集和存储地球表面与空间和地理分布有关的数据，并加以分析、显示和应用的计算机系统，其主要涉及空间位置、模式模型、变化趋势等功能。GIS技术起始于20世纪60年代，发展成熟于七八十年代，由偏重于空间数据的处理，转向自然资源开发、国土规划及生态保护等领域。90年代以来，随着GIS理论、方法和技术的成熟，广泛应用在于环境资源保护、农业生产、灾害预测和政府管理等领域。1978年，国内学者开始对地统计学的研究，特别是近年来，地统计学与GIS的结合是国内外学者研究农田精准施肥的热点，GIS作为功能性的空间技术被应用于农业管理和农业分析科学研究中，主要应用于精准施肥、作物产值评估、病虫害预测和专家决策系统等方面，极大地推动了现代农业的发展。
2地理信息系统在烟草农业领域的应用
20世纪90年代中期，我国逐渐将GIS应用在烟草农业领域，主要应用于农业气候与烟草种植区划、植烟土壤适宜性评价、烟草病虫害预测及评估和变量施肥等方面，取得了较大的成就，一些研究成果直接应用于烟草农业生产中，取得了很好的经济和社会效益。
2．1对植烟土壤养分的空间管理及应用
2．1．1植烟土壤适宜性评价。土壤是一个具有空间变异的系统，经典统计学不能反映养分含量在空间上的分布情况。植烟土壤是优质烤烟生产的基础，对烟叶品质风格的形成具有重要作用。对植烟土壤养分空间变异性及烟草养分吸收规律的研究，可为实现植烟土壤适宜性的评价奠定基础。陈海生等利用GIS技术，运用模糊数学和层次分析法，对烤烟种植区各项土壤肥力指标进行了综合评价，并绘制了土壤肥力评价图，建立了河南省南阳市烤烟土壤肥力适宜性评价指标体系。徐大兵等以湖北省恩施市“清江源”现代烟草农业科技园区、恩施城郊和利川柏杨基地单元新整治区域的土壤属性和速效养分为研究对象，在GIS平台的基础上，采用模糊数学法对新整治区域的土壤肥力适宜性指数进行了评价。汪璇等对重庆黔江烟区土壤的速效养分和pH等6种主要植烟土壤肥力指标进行了分析，研究了土壤养分要素与各地形因子之间存在的相关关系，在GIS的平台下，利用模糊综合评价法对丘陵山区的植烟土壤养分适宜性进行了综合评价，并确立了黔江植烟土壤养分适宜性指数空间分布。
2．1．2植烟土壤养分空间变异研究。土壤养分空间变异性是土壤重要属性，随着科学信息技术和GIS的快速发展，土壤养分空间变异性的研究成为了土壤科学研究领域的最前沿热点之一。利用GPS、GIS和地统计学等相结合的方法，对植烟土壤大、中、微量元素空间变异的研究，可为烟区的管理分区和变量施肥提供科学依据。黄新杰等采用GPS技术，在GIS的基础上，利用经典统计学和地统计学的方法，对湖南省典型稻烟轮作区3255份土样养分的总体特征和空间分布特征进行了研究，探明了其养分的空间分布，为该地区的养分精准管理提供了理论依据。董旭等采用GIS和地统计学相结合的方法，对辽宁昌图烟区的植烟土壤pH和有效态中量元素的空间变异及分布特征进行了研究，并绘制了其空间分布图。李强等探讨微量元素精准施肥，研究了马龙县植烟土壤有效态微量元素的总体特征和空间变异特征，利用GIS技术，绘制了微量元素空间分布图，为该县的微量元素精准施肥专家系统提供了理论基础。王新中等运用地统计学和GIS技术，以平顶山郏县的植烟土壤为研究对象，分析了土壤粒级和主要土壤养分之间的关系，并对土壤粒级的空间变异规律进行了研究。
2．1．3植烟区土壤养分分区管理及变量施肥研究。管理分区就是将具有相似土壤肥力及其养分利用率，以及相似生态环境的区域作为一个单元进行管理。变量施肥管理系统是精准农业的核心技术，在农业上已取得了良好应用效果。利用GIS技术对植烟土壤进行管理分区研究，是在对每一管理单元的生态环境、土壤理化性质、烟草需肥规律和病虫害的综合分析的基础上，建立相应的施肥模型，并确立相对应的施肥方案，进行变量施肥管理，达到优质适产的目的，并且对保护烟田生态环境有重要意义。Yang等对变量施用液态N和P肥作了研究，得出应用变量施肥技术可以减少产量变化的差异，提高产量和增加回报。Liu等研究了植烟土壤养分的空间变异，并采用半方差图和克立格插值法进行土壤特性研究，为烤烟的变量施肥提供了理论基础和技术支撑。江厚龙等以GIS为平台，利用主成分分析和模糊聚类分析法，用平顶山典型烟区111个土壤养分数据对烟田进行管理分区研究，将研究区域分为3个区域进行管理，分区结果可以作为变量施肥的单独作业单元进行施肥管理。
2．2烟草病虫害预测及评估烟草病虫害是烟叶生产的制约因素，不仅严重影响烟叶品质，而且造成烟农经济损失。对烟草病虫害进行统防统治是烟叶生产的重要环节。利用GIS技术可以分析烟草病虫害发生的趋势及其影响发生的适宜环境因子，预测其发生的规律及时空动态，为防治烟草病虫害发生提供准确、及时、可视的科学决策。Richam等利用GIS技术分析了不同地域间的气象、不同年度、有益有害生物、烟草品种抗性、生态变化等信息，并利用模拟模型对烟草蚜虫发生进行预测，建立烟草病虫害的发生预测模型。陶琼等利用GIS对昆明市烟草的“六病四虫”的发生率和发生指数进行分析，准确地预测到病虫害发生的程度和空间分布，对病虫害进行有效的防治和预防有很好的应用效果，并利用WebGIS建立了昆明市烟草病虫害监测预警体系。刘长明等应用互联网、GIS技术和数据库技术，以福建烟草病虫害监测数据为基础，构建福建省烟草病虫害管理信息系统。
2．3植烟区气候与烟草种植区划气候是影响烟草生产和种植区划的重要生态因素，不仅影响烟草的生物学性状和病虫害的发生，而且还对烟草的内在品质和产质量有重要影响。因此，将GIS的空间分析功能与当地的气候资源和种植水平相结合，进行精准的气候区划，可为烟草种植区划的调整和合理利用气候资源提供科学依据。莫建国等利用GIS技术，采用克里克插值和构建模型的方法，对威宁县烤烟生长期气候条件及各气象要素对烤烟品质的影响进行了研究，实现了对威宁县烤烟种植的精细气候划分。符昌武等应用GPS和GIS技术，对普洱烟区气候要素进了空间分析，模拟绘制了气候要素的地理空间分布细网格模拟数字地图，为普洱优质烤烟生产区划奠定了基础。董谢琼等利用气象、土壤、地形、土地利用等多源数据，在GIS技术支持下，根据烟草生长发育生态条件，确定烟草种植适宜性气候生态指标和区划原则，对云南省烤烟种植适宜区划进行研究，区划结果与云南省实际优质烟叶产地分布基本一致。
3GIS在我国烟草农业现代化进程中的研究与应用展望
随着烟草农业现代化进程的推进和GIS技术的不断发展、成熟，GIS技术需要加强在以下4个领域内的应用研究。
3．1以GIS、RS、GPS等技术为核心的“3S”空间决策支持系统主要是GPS为RS和GIS提供监测范围的定位信息，RS为GIS提供重要的信息数据库，能及时准确提供监测范围内的综合性的定位定量信息，并有助于及时更新GIS数据库，特别是对烟草生长过程的动态监测。建立基于烟草“3S”技术的空间决策支持系统，可为烟草管理提供精确操作和决策服务。随着科学技术的迅速发展，其将成为今后现代烟草农业研究的热点，也将是现代烟草农业精益生产的基础。
3．2GIS和专家系统(ES)高度集成具有人工智能的GIS在烟草农业领域内将得到广泛应用。目前，GIS的应用还主要在烟田土壤养分数据库的建立、精准施肥、病虫害的监测和预测等方面，但烟草生长是一个动态过程，与当地生态气候、种植制度和田间管理等紧密相关，单纯的GIS研究，很少能为现代烟草农业生产中复杂的空间问题的解决提供足够的决策支持，这需要大量的专家经验和知识。所以，GIS与专家系统的有机结合，为解决烟草生产过程遇到的各种问题提供了有效的途径。
3．3建立三维GIS与烟草模型的开发三维GIS的应用将在烟草农业发展规划、烟草生产管理与决策等模型方面发挥不可估量的作用。通过三维GIS可以立体表达烟草生长发育，主要体现在空间位置与拓扑关系的描述及空间分析的伸展方向上;对烟草进行三维空间分析是三维GIS特有的功能。随着GIS技术向现代烟草农业应用层次的发展，建立烟草农业三维GIS系统是未来现代化农业重点开发技术之一。
3．4GIS和虚拟农业技术结合，建立虚拟烟草农场虚拟农业的理论基础是农作物与环境之间的关系是可计算的。虚拟烟草农业是以烟草农业领域为研究对象，利用先进信息技术，建立计算机平台，研究烟草与环境因子交互作用，以生态环境及气候的适应和改造、改良烟草品种、增质适产等为目的的技术系统。利用三维GIS与虚拟烟草农业等相结合技术建立虚拟烟草农场，在计算机上种植可视虚拟烟草和虚拟烟田管理，从观察烟草生长状况和动态过程，并可通过改变环境条件和栽培措施，直观地观察对烟草生长发育的影响。虚拟烟草农业将成为现代农业研究方法的革新和先进的技术手段，它将提高现代烟草农业领域研究的效率，促进烟草农业现代化的发展。
4结论
关键词：GIS 公路 勘测 应用
公路勘测设计中的路线方案选定，除综合考虑地形、地质、水文等自然条件外，还必须顾及交通量、工程投资及沿线环境等因素影响，是一个涉及工程、环境、经济的问题。当前，计算机技术、航测遥感、GPS技术和GIS技术的发展进步和实际应用，为解决此类决策问题提供了先进的技术手段。本文论述了GIS技术的公路路线设计的重要意义及其实现途径。
1.GIS技术有关开发应用现状
1.1 公路CAD技术开发和应用
国外许多国家现已普遍采用CAD技术进行公路设计，全面利用GPS全球定位系统、航测遥感技术等数据采集手段，将获取的地形数据通过数字地形模型与CAD系统相衔接，具有强大的系统集成功能，并将CAD技术扩展到环境上。由于发达国家大规模公路建设时期已经结束或即将结束，设计类研究开发比重下降，基于GIS的交通运营管理类研究开发比重上升。
在国内，随着CAD技术的迅速普及，有关设计研究单位相继开发出实用型的路线CAD系统，各个CAD系统在系统组成结构、系统功能目标上大同小异，都可以完成路线设计的一般任务。
现行路线CAD系统大都以数据文件方式组织系统内部程序模块运行，其人机交互设计能力仍然很弱，在有关设计标准、设计规范及原始数据的工程数据库、现行设计图和各种标准图的图形数据库的研究开发方面，所做的工作还很不够。在应用深度上，对公路选线设计必须考虑的地质、水文、土壤植被、交通需求、环境影响等非几何数据，现行CAD系统则难以加以分析处理，使得CAD系统理应具有的设计方案生成、方案优化功能不能很好实现；在应用广度上，现行CAD系统主要是在公路基本建设全过程――公路规划、可行性研究、勘测设计、施工、养护管理中的勘测设计环节上发挥作用，且主要是解决勘测设计过程中的计算、绘图、制表等确定性问题。
1.2 GIS技术研究应用
GIS也称地理信息系统，是一门集地理空间数据处理与计算机技术于一体的边缘学科领域，它是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和分析具有空间内涵属性的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的技术系统。
GIS是在计算机软件和硬件的支持下, 运用系统工程和信息科学的理论,科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据, 以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的技术系统。GIS不仅仅是一个图库管理系统,更重要的是它具有空间分析功能,包括数字地形模型分析、空间特征的几何分析、网络分析、影像分析和地理变量的多元分析等。些空间分析功能为用户提供了解决多种问题的有效手段,可以帮助人们从宏观的、科学的角度来认识世界,做出决策。
1.3 GIS技术在公路路线勘测设计中的运用
1.3.1 公路选线中GIS 的应用
GIS是在计算机软件和硬件的支持下, 运用系统工程和信息科学的理论,科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据, 以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的技术系统。GIS不仅仅是一个图库管理系统,更重要的是它具有空间分析功能, 包括数字地形模型分析、空间特征的几何分析、网络分析、影像分析和地理变量的多元分析等。些空间分析功能为用户提供了解决多种问题的有效手段,可以帮助人们从宏观的、科学的角度来认识世界,做出决策。
1.3.2 公路路线平面设计中GIS的应用
对于传统设计方法,平面设计计算工作时间是很长的。采用GIS技术,在计算机支持下,各曲线要素能够迅速计算出来, 并通过计算机显示在屏幕上,供人们观察。此外,还可提供所定的平面方案所对应的纵、横断面信息,并可输出纵、横断面地面线略图:还能够将多组参数下的图案同时显示或输出,供设计人员比较分析,以选定最佳状态。
1.3.3 公路路线纵断面设计和横断面设计中GIS 的应用
用GIS 辅助纵断面设计时,根据公路平曲线各点的坐标,可以内插出各点的高程,从而获得现状纵断面。
横断面设计的工作量在整个公路设计量中占很大比例, 且重复工作量大。采用GIS辅助设计后, 可以大大提高工作效率。
2.GIS技术的应用特色
(1)、在应用广度上，将CAD技术拓展延伸至勘测设计前期的公路可行性研究环节。
(2)、在应用方法上，突破现行公路路线CAD系统框架体系及其传统设计模式和方法，引入决策支持系统的工作方式，便于解决路线方案选定这类定性分析与定量分析相结合的半结构化的问题。
(3)、在应用理论上，运用或借鉴数据库、地理科学、信息论、系统工程、最优化理论、多变量统计分析、专家系统的有关原理，使系统建立在坚实的理论基础之上。
(4)、在技术手段上，引入具有强大空间分析功能的GIS技术，为解决路线方案选定这类空间多目标决策问题提供有效的技术支持。
(5)、将传统的三维几何DTM在概念上加以扩大，首次运用数字地理模型DGM的概念，使计算机处理地质、水文等非地形数据成为可能。
3．结束语
当前，计算机技术和航测遥感、GPS技术的发展为GIS的进步和实际应用提供了先进的技术手段，国外许多国家均投入大量人力、物力、财力开展GIS应用研究，并在水利、城市、交通、环境等领域取得若干成功的应用。在交通领域的应用上，发达国家普遍利用GIS技术建立交通信息数据库和公路数技库，通过多种分析、评价模型，为交通规划提供决策依据。今后如何进一步利用GIS强大的空间分析功能，解决公路规划、可行性研究、路线方案选定等多目标空间决策问题，充分挖掘已建成公路数据库丰富的信息资源，增强公路基本建设决策的科学性，提高决策结果的经济效益、环境效益和社会综合效益，这将是一项意义深远而又十分艰巨的研究任务。
参考文献
[1]中国铁道出版社.曹永卿,汤放华.主编《城市规划系统工程与信息技术》2005-11.
关键词：GIS技术；水文水资源；应用；现状
中图分类号：TV文献标识码： A
引言
地理信息系统是一种以处理空间数据为基础的应用技术，而地质信息的特点决定了使用GIS技术的优越性，从而使该项技术在水资源领域中得到了广泛地应用。地理信息系统在水文水资源中的综合应用，也使得水文水资源研究工作逐渐走向系统化、网络化。
一、地理信息系统技术
GIS是地理信息系统（GeographicInformationSystem）的简称，借助计算机技术，通过对地球表层空间的地理信息进行采集、储存、管理、运算及分析来辅助科研的系统。
GIS的主要构成核心是处理空间数据的子系统，这是它作为地理科学研究工具的关键所在，该子系统分要分为两部分，空间数据分析及处理。数据主要来自遥感图像、统计数据和实测数据等。GIS主要功能有四个方面：一是对具有典型的空间性和动态性的数据信息的采集、分析管理和输出；二是对区域空间分析和动态预测能力，尤其是在地学模型的应用方面更具备优势；三是借助计算机通信技术以及遥感技术对数据进行管理，提高数据信息的可靠性，从而为决策提供参考依据。当前GIS技术正不断地向着集成化和智能化的方向发展，相信在未来能够为水资源及水文的研究提供更有效的信息和资料。
图1地理信息系统技术组成
二、GIS技术在水资源领域应用现状
GIS技术在水资源领域的应用现状主要包括5个方面:GIS技术在地下水资源评价中的应用、GIS技术在水质模型中的应用、GIS技术在防洪减灾中的应用、GIS在水利工程方面的应用和GIS在地表水与地下水的联合研究中的应用。
（一）GIS技术在地下水资源评价中的应用
地下水问题具有明显的时空维，地下水模拟强调地下水在介质中的运动情况。GIS应用在地下水模拟中，可用来获取、操作、显示与地下水模型有关的空间数据和预期的成果，使模型进一步细化，从而深入认识地下水在含水层中的赋存、运动情况，为合理开采、保护地下水提供基础。
（二）GIS技术在水质模型中的应用
GIS能够通过各种数据模型和数据结构将多源的地理数据进行统一存储和管理。水质预测模型建立之初所需的大量相关的地形、水、土壤、气候以及经济、人口等统计数据，可以通过建立GIS数据库的空间特征数据和属性特征数据管理。
蒋海琴等结合江苏省环保信息系统的建设，对WebGIS与一维水质模型集成的关键技术问题进行了讨论，阐明了模型计算中评价河段截取、空间离散及空间数据重采样的方法和过程，对实现水环境模型的跨平台操作和数据信息共享做出了尝试。
罗畏以基于投影寻踪的水质评价模型为基础，结合GIS技术进行水质分析和评价，以太湖为实验区域，根据2000年该区域的水质监测数据做了实例分析，验证了新理论和方法的可行性。
（三）GIS技术在防洪减灾中的应用
我国是一个地理条件复杂、自然灾害频发的国家。每年因洪涝灾害造成的经济损失非常严重。近年来，我国的防洪工作逐步实现了从“以洪水为敌”的控制洪水向体现水资源特性的洪水管理转变。新技术在防洪减灾领域得到广泛应用，GIS新技术与传统的防洪减灾技术的相结合，使水利防汛工作迈向了新的纪元。
（四）GIS在水利工程方面的应用
在水利工程应用中，GIS强大的空间分析功能和图形显示功能为工程设计和研究成果的可视化表达提供了有力的现代化手段。
通过GIS可以将施工过程通过图像的方式动态的显示出来，而GIS先进的空间分析功能可以为水利施工过程提供便利的分析工具，通过数字地形模拟，可以用离散分布的平面点来模拟连续分布的地形，进而进行坡度坡向分析、断面图分析等，从此实现水利工程信息的科学、高效的管理。
此外，GIS的可视化表达功能可以对每一施工过程进行模拟和全程监测，为设计人员提供直观形象的信息支持，为决策者提供精确、科学的可视化分析手段，为优化施工过程提供技术支持。
（五）GIS在地表水与地下水的联合研究中的应用
流域是由分水线所包围的河流集水区，在地域上具有明确边界的区域。流域地表水和地下水的统一调度和科学管理一直是水资源领域一个重要的实际问题，GIS的引入为这一问题的解决提供了有效的手段。
Maidment等(1993年)的研究成果表明:水文模型空间要素主要是由分水岭、排水渠道、湖泊和三角洲构成，并且水流状况也由这些要素所规定，而在地下水模拟、资源评价与管理工作中，这些地表水方面的高质量研究成果是非常宝贵和必不可少的，GIS为区域地表水与地下水的联合研究提供了高层次的综合环境和工作平台。
Maidment应用GIS做了比利时Voer流域的降水和径流相关情况的空间分析，为该流域的地表水与地下水的联合调度与管理提供了可靠的科学依据。
当前GIS技术已逐步应用到了水文水资源领域的各个方面。除上述几个方面外，GIS技术还在水资源管理、水污染控制规划、旱情分析预测、库区地质分析、水环境监测评估等多方面得到了成功的应用。
三、水文水资源领域GIS应用的发展趋势
（一）GIS应用规范和标准继续完善
在实际的情况下，一般GIS的应用与开发大多是分开进行的，各部门是要根据具体的生产以及需要而独立开发的。所以我国缺乏完整的技术规范体系和设计应用标准，开发平台的多样化以及数据格式的繁琐已经给我国的地理信息共享机制造成了较多的阻碍。虽然国内部分地区进行试点行业规范的相关工作已经展开，但是仍然存在缺乏国家层面的一致规范的问题。因此应加强GIS应用规范和标准继续完善。
（二）水资源及水文地理空间数据库更加完善
水资源及水文地理空间数据库作为GIS系统的关键，对于决策起到基础的作用，所以必须在保证提高GIS应用越来越标准、越来越规范的条件上积极进行基础数据库的建设，特别是对于具有水资源及水文领域特色的数据库，例如雨情和水情数据库以及水旱灾情数据库等等。除此之外，数据库中必须要有大量的流域内关于自然资源和社会经济环境的基本数据，而且要保证数据库中的数据采集能够具体并准确，且能够及时进行更新。
（三）GIS与水资源及水文专业模型能够充分融合
在目前我国的一些水资源及水文方面的模型中，虽然GIS大多数都具备关于水资源及水文信息的详细具体的数据，且具有存储、管理和输人输出功能，但是其核心主要还是仅限于数据方面，缺乏表达水文地理空间、水文现象空间分析的能力，缺乏有效支持决策的能力，特别是在基于GIS、RS的分布式水文模型方面表现的还远远不够。我们必须要结合当前的各类计算方法，利用各类软件逐渐过渡到以栅格为计算空间单元的分布式模型，能够充分利用GIS所具有的空间数据管理功能，从而实现水资源及水文的专业模型与GIS的紧密结合，这要作为我们的研究重点。
（四）软件向多维发展
目前社会上开发的GIS软件，多数都不具备真三维的分析的功能，在几何建模和分析方面都不能满足水文水资源时空动态变化的要求，如比较成熟的GRASS、SGM、IVM等系统，功能也明显不足。因此，急需开发一些具有三维甚至四维功能的GIS水文水资源空间分析软件。
随着水文水资源管理发展的要求及以计算机与空间技术的进步，GIS将从二维走向多维，从独立走向兼容与集成。
（五）完善基于GIS的灌区的地下水资源评价系统
灌区不同于一个完整的流域或行政区域，它是有可靠水源(地表水、地下水)和引、输、配水渠道和相应排水沟道的灌溉面积，是人类水事活动的产物。灌区地下水的循环不仅受自然因素的影响，而且还主要与地表水灌溉及地下水开采活动密切相关，因此，研发基于GIS的灌区地下水资源评价系统也非常必要。
结束语
当前，随着信息时代的来临，在水资源科研以及管理中应用GIS是一件非常具有前景的工作。但是如何建立一种综合性资源信息系统是我们目前面临的困难。但不管怎样，使用GIS能够促进水资源利用和管理领域的发展，因此我们必须要认识到水资源科学以及地理信息系统的发展变化的概念，技术的进步以及变化的社会需求必定使其含义也会发生深刻的变化。
参考文献：
[1]王光明,梁秀娟,肖长来,于景录.GIS技术在水文水资源领域中的应用现状与发展趋势[J].吉林水利,2009,06:1-5.
[2]蒋晓辉.GIS在水文水资源领域的应用研究与发展趋势[J].科技风,2010,10:253.
[3]涂永彤,丁铭.我国水文水资源领域技术需求情况探讨[J].科技创新导报,2012,01:123.
关键词： 非GIS专业 主题学习资源 实践案例
1引言
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是对地理空间信息数据进行采集、输入、管理、查询、分析、模拟和显示的计算机技术系统。GIS作为应用性极强的一项技术，已被广泛应用于生态环境评估、自然资源调查与评价、城市规划、交通运输等领域，且随着技术的不断发展，其应用形式及内容不断更新。GIS课程特别强调学生的专业实践技能培养，国外一些高校在课程实践教学中已率先开始使用面向专题、主题应用的实践教学模式[1]。针对国内的不同专业，科学性与实用性并重的GIS课程主题学习资源的设计与建设显得尤为重要与迫切。
2.GIS课程定位及实验教学目标
2.1课程定位
GIS业已形成独立的本、硕、博专业，且在其他如理学、工学、人文社会学等多个学科专业中开设GIS课程。因此，开展GIS课程的教学，首先要对GIS课程进行合乎本专业培养目标的定位。对于非GIS专业来说，一般GIS课程教学注重学生了解和掌握GIS原理与概念，GIS软件平台的基本操作及其在本学科领域中的应用，而不是放在研究GIS科学上。
2.2实验教学目标
针对非GIS专业中不同学科对于GIS应用的需求，GIS课程实验的设置应有所不同，但最终目的均为提高学生在本学科专业内应用GIS解决实际应用问题的技能，培养针对本学科的创新性人才。以笔者所在高校为例，学科专业方向为国土资源管理类专业与城乡规划专业，学生在软件应用及其定量分析等方面较薄弱，因此，主题学习资源的设计需要在这些方面下足工夫。
3.引入主题学习资源必要性及其设计原则与案例
3.1引入主题学习资源必要性
首先，某些学科专业方向的基础支撑学科较广，碰到的实际问题往往涉及多个学科专业。主题学习有利于学生打破学科界限，围绕某一主题进行学习，实现学习内容的综合化、集成化。其次，现今针对非GIS专业的通用教材还无法完全满足GIS课程教学的需要，急需任课教师针对本学科、学生、高校自身特点组织设计课程教学内容，因此针对不同专业引入主题学习资源恰逢其时。最后，学生相比基本原理普遍更倾向于学习应用技术，因为应用技术、操作技能等学生能够直观感受，提高学生的学习兴趣。GIS主题学习资源正是针对某些应用主题，将应用操作技能融入其中。
3.2主题学习资源设计的原则与实践案例
针对非GIS专业，GIS课程主题学习资源设计应符合以下原则。第一，主题学习资源设计的目标是为了让学生应用GIS解决专业内实际问题，尤其是掌握GIS各种空间分析技术的特点及其解决工程实际的流程，而不是学习开发各种分析算法与软件[2]。第二，主题学习资源设计要时刻注意“从实践中来，到实践中去”的原则。即首先在教学准备阶段，要求主题学习资源的数据来源于工程实践。其次在教学实施阶段，教学内容的组织和安排要符合真实工程实践的应用要求，在教学过程中以学生实践操作应用为主，理论教学为辅，充分利用主题学习资源，为学生创造更多的专业技能实践锻炼机会。最后在教学总结与讨论阶段要求学生将所学知识和操作技能应用于真实的工程实践。
GIS主题学习资源设计需涉及GIS的基本功能，包括数据的采集与处理、专题地图制作、矢量数据分析、栅格数据分析、空间分析、DEM分析等[3]。结合参考资料、教师科研实践与学校专业方向特点，设计多个主题学习资源案例，现将主要案例介绍如下：区域绿色GDP专题地图制作，涉及GIS功能模块：专题制图等；区域基本农田数据库建库，涉及GIS功能模块：数据采集、转换、处理和属性数据分析等；城市用地适宜性评价，涉及GIS功能模块：矢量数据分析和栅格数据分析等；小区域DEM建立与地形分析，涉及GIS功能模块：数据转换、DEM分析和三维模拟等。
4.主题学习资源设计的多维互动
GIS主题学习资源的设计不可能一蹴而就，需要不断地补充完善。在补充完善环节要做到主题学习资源设计与学校、教师、学生、应用行业等方面多层次、多维度的互动，以有效提升主题学习资源的质量与内涵，达到培养符合学科需要、社会需要人才的目的。
在学校层面，学校要鼓励GIS主题学习资源设计等教学活动，形成一定的激励机制，如将教师进行的主题学习资源设计工作与教师的职称评定、奖金等挂钩，引导教师重视科研成果转化与课程建设的关系，通过主题学习资源建设推动课程内涵建设[4]。
在教师与学生层面，对于教师来说，在GIS主题学习资源设计的教学活动中从教学准备阶段、教学实施阶段和教学总结阶段都要考虑自身科研课题、社会服务课题的知识转化，将实际案例与实际工程项目与主题学习资源设计相融合，并且到用人单位了解专业需求情况，不断完善主题学习资源。对于学生来说，首先是在课堂上针对教师所授主题学习资源，不断实践GIS操作技能，并在此基础上将难点与疑惑点反馈给老师，帮助老师完善主题学习资源，另外有些学生在毕业论文、甚至课程论文环节可以应用GIS解决本专业领域的实际问题，为教师提供新的主题学习资源蓝本。
在应用行业层面，教师和学生要时刻关注GIS技术在应用行业领域内的新理论、新方法的具体应用，甚至作为推动GIS在行业新应用的实践者，这样才能得到新主题学习资源的第一手资料。另外，学校、教师和学生也要与用人行业、单位多沟通，听取其对人才培养的建议与要求，并将其融入主题学习资源设计。
参考文献：
[1]乔闪.奥尔堡大学面向项目的高等教育体系[J].高等工程教育研究，2002（2）：69-72.
[2]贾泽露.非GIS专业地理信息系统课程教学思考[J].测绘科学，2008，33（5）：230-232.
[3]田雨，韩作振.基于arcgis面向专题应用的GIS课程实践教学[J].实验室研究与探索，2008，27（9）：46-49.
一、土木工程专业的GIS教育
由以上论述可见，GIS与土木工程的结合是信息化时展的必然趋势。所以，作为土木工程建设和管理的人才，在专业知识结构中，有必要具备GIS相关知识和技能。另外，目前GIS在土木工程中的应用尚处于起步阶段，是一门综合性很强的新兴学科。掌握GIS需要具备测绘学、地理学、计算机科学等许多相关学科的知识，这种复杂的知识面要求使得GIS的应用还集中在少数的专业人才上。所以，只有培养更多具备GIS知识的人才，才能适应现代土木工程对信息技术的需求。与专业的GIS教育相比，土木工程专业的GIS教育具有以下特征:首先，学生的专业基础不同。GIS是一门集计算机科学、地理学、测绘学、空间科学和管理科学等为一体的新兴学科。GIS学习需要有广博的知识基础，其中，地理学基础、计算机基础和数理基础尤为重要。GIS专业学生一般经过严格的地理学、地图学与测量学的学习，具有比较扎实的地理学和地图学基础，同时，数理和计算机基础也比较好，而对于土木工程专业，大多学生没有或很少具备上述基础。其次，专业教育的目标不同。GIS本科专业一方面要强化基本技能的教学，同时还必须要求掌握GIS基本理论。而对土木工程专业来说，无论是基础理论、技术手段还是具体应用，都与GIS专业存在差异。具体来说，土木工程专业开展GIS教育主要目的在于应用即让学生了解GIS概念和基本原理，熟悉GIS软件，学会用GIS进行空间分析，以解决专业相关问题。这两个特征要求土木工程专业开设的GIS课程要与GIS专业区别开来，要体现专业要求，强调GIS在土木工程专业领域中的应用。
二、土木工程专业GIS教学内容
土木工程专业开展GIS教育的目的是为其提供一个GIS分析手段以解决专业问题，因此在教学过程中强调与专业的结合。GIS的主要的内容是数据的输入、处理与分析和输出;土木工程专业最重要的就是数据的处理与分析。因此，相对于GIS专业的学生来讲，土木工程的学生教学侧重点不同，其基本的理论教学内容见表1。土木工程专业GIS实践教学主要的内容为:熟悉一种GIS软件，如ARCGIS软件的基本操作、空间数据结构与组织，理解空间与非空间数据的联系方式及空间数据库建库方法、空间数据处理、空间分析、表达等。
三、土木工程专业GIS教学实践
土木工程专业的GIS教育，其目的在于利用GIS功能更好地解决工程问题，也就是在教学上要求突出应用。为了实现这个目标，必须根据土木专业订立富有针对性的教学大纲、教学计划和实验大纲、实验计划，课程设计大纲、课程计划，并确定课时、学分、授课方式、实验比例、考核办法和要求。专业GIS教育在进行课程设置时，比较多的考虑课程之间的衔接关系，而非GIS专业的GIS课程设置很少顾及课程之间的相关性和连接性，所以为了确保教学效果，开课时间的选取很重要。对于地理、测绘学科下的其他专业的学生，由于地理学、地图学与测量学等学科基础比较好，可以修完相关的计算机课程后再开设，以确保实验操作顺利进行;对于土木工程专业的GIS课程，最好安排在三年级下半学期开设，这样一方面尽量让同学们具有了比较宽的知识面以后再安排GIS课程，确保他们在难点问题上接受的更快;另一方面这期间大部分专业基础课已经学完，相对有比较充裕的课余时间用来练习实际操作。
1GIS理论教学
作为一门多种学科交叉的课程，GIS大量的理论知识涉及了测量学、地图制图学、计算机技术、地理学等相关学科知识。大部分理论知识难免枯燥，晦涩难懂。如何让学生学好GIS的基本理论知识是摆在教师面前的首要问题，可从两个方面入手。一方面，土木工程专业开设GIS课程之前，要求学生应有相关课程的背景知识，打下扎实的理论基础。具体来讲，这些课程包括:工程测量学、计算机文化基础、计算机程序设计、数据库理论与基础等，教师还需要在课堂中补充相关地图制图学、摄影测量与遥感、拓扑学等知识。在此基础上让学生接触和学习GIS，就相对比较容易。另一方面，教师要运用多种教学方式。比如启发式教学，教师用通俗简单方法启发学生，鼓励学生提出问题，思考问题，使学生建立一定的自信心，不被问题吓倒，尝试去分析问题，解决问题;引导式教学，课堂教学引导思维，让学生积极思考问题，避免学生被动接受知识;研究式教学，通过研究问题的方式与学生交流讨论，从过去、现在、将来的发展方向来阐述问题，以让学生主动探索问题根源，达到教学目的;互动式教学，在教学过程中与学生互动，营造良好的教学氛围，以提高学生接受知识的能力。同时，教师应该积极采用现代教育技术教学，其为辅助教学的工具手段，也是开发和使用教学资源的系统化过程，如，可以采用录像、网络、E－mail等方式实现互动交流，以及时获得学生反馈意见，及时调整教学方法，提高效率。
2GIS实验教学
由于GIS的技术性和应用性很强，并且安排GIS实验有助于消化理论教学知识，增强对GIS基本原理的理解，所以GIS实验一直是GIS教学的重要环节。对于土木工程专业的学生来说，由于相关学科知识的缺乏，GIS数据结构、投影与变换、空间数据库、空间分析等内容都是不易理解和接受的。因此，在基本实验项目不变的前提下，应该根据学生知识结构的特点，适当调整实验内容的比重。基本实验项目包括:GIS的认识与应用、GIS数据结构、GIS数据转换、GIS空间分析、GIS数据表达、3维显示与分析、GIS二次开发环境。通过这样的调整，不仅保证内容的全面完整，也减少了知识的重复，突出了难点，提高了学生对于理论知识的理解能力。从计算机的角度看，GIS是由计算机硬件、软件、数据和用户四大部分组成。数据在地理信息系统中处于核心地位，整个GIS都是围绕空间数据的采集、处理、存储、分析和表达展开。因而，培养通过软件和硬件操纵数据的能力显得格外重要。综上所述，并结合土木工程专业的特点，采用GIS软件上开发比较成熟的ESRI公司的ArcGIS软件，并介绍MapInfo和MapGIS软件。在结合基本实验项目，分基本练习型、综合型和应用设计型三个层次的实验，注重培养学生利用GIS解决实际问题的能力。其中，基本练习型实验主要是训练学生对ArcGIS软件的界面、功能的了解和掌握，并对几何图形和属性的编辑修改、缓冲区分析、叠置分析、网络分析、地形分析等基本分析功能进行了解和练习，使学生熟悉软件各种功能的操作思路，做到能够独立、快速地使用软件的基本功能，加深学生对GIS课程基础理论知识部分的掌握;综合性实验是训练学生结合已经学过的GIS空间分析功能以及已经学过的土木工程专业其它课程的知识，来解决专业领域中遇到的与空间信息相关的问题。如利用GIS的叠置分析和缓冲区分析功能，来解决在工程选址设计规划中遇到的问题。该层次实验一定程度上以验证性实验为主，主要是通过设计好的解决实际空间问题的分析模型，运用ArcGIS软件提供的空间分析扩展模块进行分析，并把分析结果与教师事先做好的分析结论相比较来检查学生实验操作的正确性，以此训练学生解决实际问题的能力;应用设计型实验主要与课程设计相结合，其难易程度应根据学生的特点来决定，不管学生完成课程设计的结果如何，在这个过程中，应该以学生为主导，教师给予学生一定的引导，以达到培养学生分析问题、解决问题的能力和提高学生创新能力的目的。在教学方面可以通过两个途径提高学生的软件操作与实践应用的能力。其一是增加实验课课时，GIS是一个实践性很强的课程，加强GIS实践教学是提高学生综合能力的一个重要手段。另外，GIS理论知识相对比较抽象与枯燥，加入一定数量的实验学时，会促使学生运用所学的理论知识来进行实践，提高学生学习的兴趣。其二是开放实验室，由于各方面条件的限制，学生对软件操作的练习时间是比较有限的，学校应该把实验室开放给学生，让学生获得更多的机会去提高实践动手能力。
3考核与质量保障
调查发现，目前大学学生考核的方法一般是老师给学生先划出重点和范围，而学生为了考核成绩一般是对知识点进行死记硬背。这样只是考查了学生突击应付考试的能力，造成学生侥幸心理的增长，达不到高等教育教学的目的，也考查不了学生对知识的掌握程度和应用知识的能力。针对土木工程专业GIS课程的特点，考核可以分为三部分。第一是平时作业，主要针对课后习题和读书报告，约占总成绩的10%;第二是实验及实验报告，主要针对学生做实验的情况以及提交的电子文本报告，而检查的重点是看学生所采用的操作流程是否符合GIS空间分析的过程、空间模型是否可行、数据图表是否合理全面、实验结果是否正确等项目，约占总成绩的40%;第三是课程结束时的考试，侧重检验学生对基本理论知识的掌握和应用，约占总成绩的50%，以此改变应试考试的作风，注重学生平时的学习效果，达到教学目的。目前，各个专业一般自己选择专业教师进行GIS课程的教学，由于这些教师一般没有受过专业的熏陶，只是根据自己的工作体会和认识进行教学，对课程内容整体的把握不够全面。所以，应该在学院下面设立GIS教研室，通过教研室的方式教学管理，有利于课程内容的规范，有利于GIS专业教师的培养，也有利于教学质量的控制。针对土木工程专业，参观学习是教学质量保障的有效途径。通过参观，学生可以获得感性的GIS建设的认识。因此，学校可与某些从事GIS产品的公司、数据生产、数据管理单位、各级信息中心与科研机构建立长期的合作关系，合理地利用这些有效的教学资源，充分发挥产、学、研的一体化进程。另外，还应该注重GIS配套实验教材的建设。实践是GIS教学的重要环节，也是培养学生综合应用能力、实现教学目标的根本途径。所以，应该在教学过程中，逐步规范实验教学。
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