一、国际发展状况 地理信息系统的存在与发展已历经30余年。用户的需要、技术的进步、应用方法论的提 高，以及有关组织机构的建立等因素，深深地影响着地理信息系统的发展。 综观GIS发展，尤其是北美地区的实际情况，可将地理信息系统发展分为以下几个阶段： （1）60年代为地理信息系统开拓期，注重于空间数据的地学处理。例如，处理人口统计 局数据（如美国人口调查局建立的DIME）、资源普查数据（如加拿大统计局的GRDSR）等 。许多大学研制了一些基于栅格系统的软件包，如哈佛的SYMAP、马里兰大学的MANS等。 综合来看，初期地理信息系统发展的动力来自于诸多方面，如学术探讨、新技术的应用 、大量空间数据处理的生产需求等。对于这个时期地理信息系统的发展来说，专家兴趣 以及政府的推动起着积极的引导作用，并且大多地理信息系统工作限于政府及大学的范 畴，国际交往甚少。 （2）70年代为地理信息系统的巩固发展期，注重于空间地理信息的管理。地理信息系统 的真正发展应是70年代的事情。这种发展应归结于以下几方面的原因：一是资源开发、 利用乃至环境保护问题成为政府首要解决之疑难，而这些都需要一种能有效地分析、处 理空间信息的技术、方法与系统。二是计算机技术迅速发展，数据处理加快，内存容量 增大，超小型、多用户系统的出现，尤其是计算机硬件价格下降，使得政府部门、学校 以及科研机构、私营公司也能够配置计算机系统；在软件方面，第一套利用关系数据库 管理系统的软件问世，新型的地理信息系统软件不断出现，据IGU调查，70年代就有 80 多个地理信息系统软件。第三，专业化人才不断增加，许多大学开始提供地理信息系统 培训，一些商业性的咨询服务公司开始从事地理信息系统工作，如美国环境系统研究所 （ESRI）成立于1969年。这个时期地理信息系统发展的总体特点是：地理信息系统在继 承60年代技术基础之上，充分利用了新的计算机技术，但系统的数据分析能力仍然很弱 ；在地理信息系统技术方面未有新的突破；系统的应用与开发多限于某个机构；专家个 人的影响削弱，而政府影响增强。 （3）80年代为地理信息系统大发展时期，注重于空间决策支持分析。地理信息系统的应 用领域迅速扩大，从资源管理、环境规划到应急反应，从商业服务区域划分到政治选举 分区等，涉及到了许多的学科与领域，如古人类学、景观生态规划、森林管理、土木工 程以及计算机科学等。许多国家制定了本国的地理信息发展规划，启动了若干科研项目 ，建立了一些政府性、学术性机构。如中国于1985年成立了资源与环境信息系统国家重 点实验室，美国于1987年成立了国家地理信息与分析中心（NCGIA），英国于1987年成立 了地理信息协会。同时，商业性的咨询公司，软件制造商大量涌现，并提供系列专业性 服务。这个时期地理信息系统发展最显著的特点是商业化实用系统进入市场。 （4）90年代为地理信息系统的用户时代。一方面，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。另一方面，社会对地理信息系统认识普遍提高，需 求大幅度增加，从而导致地理信息系统应用的扩大与深化。国家级乃至全球性的地理信 息系统已成为公众关注的问题，例如地理信息系统已列入美国政府制定的“信息高速公 路”计划；同美国副总统戈尔提出的“数字地球”战略、我国的“21世纪议程”和“三 金工程”也包括地理信息系统。毫无疑问，地理信息系统将发展成为现代社会最基本的 服务系统。二、国内发展状况 我国地理信息系统方面的工作自80年代初开始。以1980年中国科学院遥感应用研究所成 立全国第一个地理信息系统研究室为标志，在几年的起步发展阶段中，我国地理信息系 统在理论探索、硬件配制、软件研制、规范制订、区域试验研究、局部系统建立、初步 应用试验和技术队伍培养等方面都取得了进步，积累了经验，为在全国范围内展开地理信息系统的研究和应用奠定了基础。 地理信息系统进入发展阶段的标志是第七个五年计划开始。地理信息系统研究作为政府 行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用 实验和工程建设工作。许多部门同时展开了地理信息系统研究与开发工作。如全国性地 理信息系统（或数据库）实体建设、区域地理信息系统研究和建设、城市地理信息系统 、地理信息系统基础软件或专题应用软件的研制和地理信息系统教育培训。通过近五年 的努力，在地理信息系统技术上的应用开创了新的局面，并在全国性应用、区域管理、 规划和决策中取得了实际的效益。
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浅谈GIS技术在水利工程中的应用展望论文
摘要： 近年来， GIS （地理信息系统） 技术在水利工程应用领域中发挥着技术先导的作用。文章通过分析目前GIS技术在水利规划、水资源管理等水利工程行业的具体应用形式， 结合地理信息学科的发展方向， 展望GIS在水利工程中的应用前景。
关键词： GIS； 水利工程；
1 GIS技术概述
20世纪60年代， 世界上第一个GIS （加拿大地理信息系统CGIS） 诞生， 其核心是用计算机来处理和分析具有空间属性地理信息。GIS技术能够有效地管理地理信息资源， 是其能够有效利用的核心技术。20世纪以来， 计算机和网络技术日的新月异极大地推进了GIS在我国的发展进程， 由于应用后能够明显地提高工作效率和经济效益， 因此， GIS技术已成为资源与环境各领域应用中不可或缺的前沿技术。
近20年， 我国经济水平持续增长， 人民生活质量稳步提高， 同时， 水资源需求与水资源利用率相对不足的矛盾逐渐加剧， 这促使水利工作者不断探索如何利用现代信息技术手段缓解这一矛盾。为有效地利用水资源， 在当前条件下最大限度地发挥水利工程的调节作用， 减少建设、管理人员的投入量， GIS技术作为信息化的体现之一， 在水利工程各环节中的应用范围不断扩大， 应用层次也逐渐深入。通过近年来的发展， GIS的应用形式已从最初单纯的可视化应用过渡为集合分析、模拟、预测等多位一体的复杂应用， 功能也提升为对多时期的地理信息变化进行动态监测和分析比较， 将数据收集、空间分析和决策过程统一打包的应用。实践表明， 通过使用GIS系统， 有利于设计人员对工程进行总体规划， 方便施工人员对实施过程进度和质量把控， 有效提高管理人员的工作效率， 从而提升水利行业整体信息化水平。
2 GIS技术在水利工程中的应用
水利工程为消除水害和开发利用水资源而修建， 重要性不言而喻， 而其本身具有一定的地理空间属性， 对工程的地理环境依赖较高。GIS的发展恰好为水利工程的空间属性提供了可行的表现途径和有效的模拟、分析方法。运用GIS技术， 矢量化地理信息数据， 搭建水利工程地理信息平台， 能够直观地展示工程环境， 结合水利资料， 实现环境分析模拟， 有利于管理人员决策[1]。
目前， GIS在水利工程方面的应用主要表现在以下几方面：
（1） 水利工程规划
GIS技术广泛应用于水库选址、复杂工程布局、工程测量[2]、库容量计算、开挖土石方量计算、工程建设监测[3]、工程变形监测等方面， 促使水利工程规划、管理科学发展。
（2） 水资源管理
运用GIS技术能够确定水资源分区， 建立科学有效的管理模式， 分析水资源量， 直观地展示水资源分布和数量的动态变化， 有助于实现水资源的合理利用。
（3） 防洪减灾
GIS应用主要表现在防汛决策支持系统[4]和洪灾损失评估， 它以GIS为基础， 实现了决策方案、防汛信息、损害范围的直观化和形象化表达， 为全国防汛决策提供有力的技术支撑。
（4） 水土保持
利用GIS技术能够进行水土流失预测和动态监测[4]， 查询、统计、分析土地分区和土地利用情况， 有利于重点区域水土流失综合治理措施的制定， 提升治理效果。
（5） 水质监测
建立GIS水质监测应用平台， 能够掌握水质的实时动态变化， 及时辨析污染源头， 有利于地表水、地下水储量分析， 模拟水量调度， 提高水资源利用水平。
（6） 水文预报
通过GIS技术， 整合水文基础数据， 实现基础背景数据管理， 对空间和属性数据的查询， 统计数据以及显示检索， 为水文预报提供基础数据支撑[5]。
3 GIS技术应用展望
随着计算机技术的发展， GIS技术在水利工程应用的内容已从结合地理要素的水利信息查询展示发展到利用GIS空间运算完成水利信息的分析、计算、模拟与统计。近年来， 结合遥感、GPS等前沿技术， 构建3D、4D地理信息系统平台， 实现多维度水工建筑仿真应用已成为水利信息化应用新趋势 （如三维可视化洪水淹没分析与灾情评估系统、4D水利施工管理系统等[6]） 。水利要素具有的空间地理属性促进了GIS在水利应用中的高速发展， 纵观发展历史， 水利GIS应用的发展趋势主要表现为应用内容的发散性扩展及应用技术的融合性集成。
3。1 应用内容扩展
利用GIS技术， 实现工程环境分析模拟的形象化， 并且在一定程度上提高了获取信息的时效性和准确性， 有利于管理和决策。因此， 今后GIS技术将逐渐覆盖水利行业的各个方面， 促使水利信息化进一步发展。
（1） 洪水模拟
利用洪水历史资料， 结合GIS平台， 建立合理的流域模型， 通过可视化模拟， 分析流域洪水成因、洪水特性及其规律；通过地理信息要素分类， 分析各主要河道的自然条件；运用GIS技术， 进行上下游洪水演进模拟分析， 促使建立一定洪水标准下合理的蓄、滞、泄关系及管理措施等。
（2） 供水预案
建立供水、需水、蓄水地理信息管理平台， 通过电子地图可视化展示水源地分布， 有助于研究可能的供水方案与主要工程措施及用水管理与供水水质保证措施。
（3） 水质分析
实现水质采集自动化， 分析地质、水质信息的地理属性， 应用GIS技术研究土壤侵蚀分区；分析各类可能污染源；利用历史资料， 模拟预测不同规划水平年的污染负荷量和水质变化， 以此为基础研究保护水资源应采取的措施。
（4） 工程测量
应用无人机搭载遥感、GPS设备， 采集、处理工程测量数据， 利用GIS技术实现测量数据可视化， 减少外勘人力成本， 提高工程测量的.精度与效率， 便于数据成果的合理应用。
3。2 应用技术深入
（1） GIS技术发掘
随着GIS技术的发展， 多种空间数据结构 （如“真三维”、“时空四维”） [7]应运而生， 面向对象的数据模型和实用的界面语言正处于高速发展阶段， 数据自动输入技术不断完善， 各行各业GIS应用模型开发力度不断加大， GIS的网络共享能力 （webGIS） 不断增强。在这样的大环境中， 水利与GIS的结合必将更加深入， 具体表现为水利数据信息的表达将趋于多维度、丰富性、立体性、共享性， 水利应用模型将趋于结构化、可扩展性， 形成整个水利行业的GIS综合管理平台， 逐渐打开GIS综合系统与水利专业系统共存共荣的局面。
（2） 相关技术集成
鉴于水利空间数据的时间性和复杂性， 单一的GIS技术很难满足水利要素的处理要求。因此， 在水利工程的应用中， “3S”技术 （全球定位系统GPS、遥感RS、地理信息系统GIS） 、无人机技术的集成已成为必然的发展趋势。GPS为GIS的快速定位和更新提供手段， 遥感技术的多谱段、多时相、多传感器和多分辨率的特点， 为GIS不断注入“燃料”， 反过来又可利用GIS支持从遥感影像数据中自动提取语义和非语义信息， 而无人机则可作为遥感设备提供载体[7]。利用无人机航拍， GPS和RS赋予了GIS实时、动态属性。3S技术整体结合所构成的水利地理信息系统是高度自动化、实时化的GIS系统。这种系统不仅具有自动、实时地采集、处理和更新数据的功能， 而且能够分析和运用数据， 为水利各学科应用提供科学的决策咨询。
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[8]。它能够以最直观的方式表达和感知空间地理信息， 以形象化的、可触摸 （触屏） 的甚至声控对话的人机界面操纵空间地理信息处理的技术。应用MGIS的水利地理信息系统将对结构、功能及应用模式的设计产生极大的影响， 使得各类信息的表现形式更丰富， 更灵活， 更友好。
4 结语
毋庸置疑， 水利GIS应用的基础是地理空间数据和水利专题要素数据， 相关专业 （如测量专业） 的发展将对其产生明显的限制或促进作用。因此， GIS在水利工程中的应用水平应依据各专业的发展稳步提高， 防止闭门造车， 构建海市蜃楼。
复杂技术集成的GIS在水利工程上的应用将会成为今后一段时期内水利信息化的主要趋势。搭建集工程规划、建设、管理为一体的水利工程综合地理信息平台， 能够实时、有效地展示工程运行情况， 模拟防洪工况， 提高管理决策能力， 为水利信息化事业发展添砖加瓦。
参考文献
[1]刘林宁。地理信息系统在水利工程中的应用探讨[J]。农村经济与科技， 2016， 27 （18） ：65。
[2]鞠尊洲。3S技术在水利工程测量中的应用[J]。科技信息 （学术研究） ， 2008 （14） ：239—240。
[3]李蕾。浅谈在水利工程建设管理中信息技术的应用[J]。建设科技， 2016 （17） ：93。
[4]王芳， 卜倩倩。探析计算机地理信息系统在水利中的应用[J]。资源节约与环保， 2015 （03） ：154。
[5]赵晓敏， 李本怀。GIS技术在水文预报中的应用—以长春新立城水库为例[J]。水利技术监督， 2013， 21 （02） ：64—66。
[6]刘丹， 刘萍， 樊耔均。GIS在水利现代化中的应用和发展趋势[J]。硅谷， 2012， 5 （24） ：43+42。
[7]张会玲。GIS技术应用及未来发展趋势[J]。信息系统工程， 2012 （04） ：98—99。
[8]董凤服， 刘洋。GIS技术的发展趋势[J]。网络与信息， 2007 （08） ：65。
遥感技术，即RS（remote sensing），遥感顾名思义，就是从遥远处感知，地球上的每一个物体都在不停的吸收、发射和反射信息和能量。其中的一种形式电磁波早已被人们所认识和利用。人们发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。遥感是在航空摄影测量的基础上，随着空间技术、电子技术和地球科学的发展而发展起来的，它的主要特点是：已从以飞机为主要运载工具的航空遥感发展到以人造卫星为主要运载工具的航天遥感；它超越了人眼所能感受到的可见光的限制，延伸了人的感官；它能快速、及时地监测环境的动态变化；它涉及天文、地学、生物学等科学领域，广泛吸取了电子、激光、全息、测绘等多项技术的先进成果；它为资源勘测、环境监测、军事侦察等提供了现代化技术手段。概言之，遥感是运用物理手段、数学方法和地学规律的现代化综合性探测技术。 全球定位系统，即GPS（Global Positioning System），它是一个中距离圆形轨道卫星定位系统，可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位和高精度的时间基准。该系统是通过太空中的24颗GPS卫星来完成的。最少需要其中3颗卫星，就能迅速确定您在地球上的位置。所能接收到的卫星数越多，译码出来的位置就越精确。在汽车定位时，只需要在汽车上装一台比32开书本略小的“车载终端”就可以了。 在森林资源连续清查中应用GPS技术的优势： 1.可直接按坐标确定样地的位置。 2.解决了小比例尺地形图找明显地形地物为引点的难题。 3.克服了地形图本身有误差、传统的罗盘仪引线测量引起误差以及其它因素造成样地定位不准的问题。 4.定位精度高于罗盘仪引线定位，大大减少了野外作业时间和工作量，节省了时间，提高了工作效率。 地理信息系统，即GIS（Geographic Information System），是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一个学科，是一门集计算机科学、信息学、地理学等多门科学为一体的新兴学科，它是在计算机软件和硬件支持下，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空间信息系统。 数字地球是遥感、数据库、地理信息系统、全球定位系统、宽带网络及仿真虚拟等现代高科技的高度综合和升华，是当代科学技术发展的制高点。林业资源信息具有数据量大、种类多、来源广、结构复杂和获取成本高等特点，随着国家信息基础设施建设的发展，数字林业的发展是时代的要求，也是林业发展的必然趋势。
