6.2.1 GIS应用模型

GIS应用模型，就是根据具体的应用需求，将目标转化为信息世界中可操作的机理和过程，或是根据一定程度的简化和抽象，通过逻辑的演绎，弄清系统中各地理要素之间的相互关系、本质特征，并进行可视化表达。

应用GIS解决实际问题主要包括以目标为导向的规划定义阶段和以数据为导向的实际操作阶段。

规划定义阶段是基于领域知识、问题特点，结合GIS的功能与性质，对问题进行抽象、分解，从而确定源问题与GIS的对应关系，建立应用GIS解决问题的方法与模型。

实际操作阶段是应用GIS功能，按规划定义好的步骤求解问题，先采集原始数据，建立数据库，通过GIS的功能模块，必要时结合面向特定应用领域的专业模型，对原始数据进行处理、表达、分析，直到找出问题的答案，必要时还需要进行反馈和修改。

图6.9 GIS应用模型图

6.2.2 GIS应用案例

6.2.2.1  GIS在生态环境保护中的应用

退耕还林工程是生态恢复与重建中的重要内容。根据国家的相关规定，某地区需要对本区域内的陡坡耕地进行逐步退耕还林。林业部门在制定退耕还林方案时，需要弄清需要退耕还林的区域及各村的面积，从而制定合理的退耕方案。

一、明确问题

1. 适宜退耕还林的区域

2. 各村退耕还林的面积

二、信息提取与数据准备

1. 本例中退耕的条件是陡坡，即坡度大于25度，因此需要有地形数据（地形图或DEM）。

2. 退耕还林需要将耕地转换成其他地类，因此需要土地利用数据。

3. 由于需要了解各村的退耕面积，因此还需要村级行政区划数据。

三、拟定解决方案

1. 对该区域地形图中的等高线和高程点进行矢量化，并为其添加属性数据（高程）。

2. 根据等高线和高程点，生成DEM数据（若已有DEM数据，可直接进入下一步）。

3. 由DEM计算每个栅格像元的坡度，生成坡度数据。

4. 对坡度数据进行重分类，提取出坡度大于25度的区域。

5. 从土地利用数据中提取出耕地，并将其转化为栅格数据。

6. 将提取出的耕地数据与坡度数据进行地图代数运算，找出适宜退耕的区域。

7. 对退耕还林的区域进行分区统计，计算各村退耕还林的面积。

四、方案实施

具体实施该方案见实验二十三。

6.2.2.2 GIS技术在公共安全应急系统中的应用

某地区发生地震后，由于山体滑坡堵塞河道，在原河道上形成了一个特大面积的堰塞湖。由于堰塞湖的堵塞物不牢固，受冲刷、侵蚀、溶解后，堵塞体极易被破坏。一旦堵塞物被破坏，湖水便倾泻而下，形成洪灾，极其危险。面对紧急情况，指挥部迅速做出决定，在堰塞体上开挖泄洪槽，泄洪槽底部设计高程为155米。同时指挥部需要确定上游淹没区范围，评估上游淹没区的财产损失，弄清堰塞湖所形成的水库库容，为下游抗拒可能发生的洪灾做好准备。指挥部现有数据为堰塞湖地区的DEM数据和土地利用数据。

一、明确问题

1. 确定淹没区范围

2. 估算淹没区内经济损失

3. 计算堰塞湖形成的库容

二、信息提取与数据准备

1. 堰塞湖地区的DEM数据

2. 堰塞体所在位置

3. 土地利用现状数据（Landuse）

4. 泄洪槽底部海拔高程

5. 不同地类受害损失单价表

三、制定解决方案

1. 根据堰塞湖泄洪槽底部高程，利用DEM数据找出堰塞湖淹没区范围。

2. 将淹没区范围和土地利用现状数据进行空间叠加，计算出淹没区范围内所涉及的各种土地类型的面积。

3. 依据不同地类的受灾损失单价表和面积计算淹没区内的经济损失。

4. 根据堰塞湖的水位和DEM数据，估算堰塞湖所形成的水库库容。

四、实施方案

具体实施该方案见实验二十四。

6.2.2.3 GIS在选址问题上的应用

据美联社报道，美国海军“美国”号退役航空母舰已经于本月14日（2005年5月14日）在一系列爆破试验中沉入大西洋。据称这是迄今世界上被炸沉的最大型战舰。美海军武器司令部发言人透露，经过25天的爆破试验，这艘排水量8.4万吨、长319米、为美国海军东征西讨32年的航母最终在距离海岸97公里的水域沉入1829米深的海底。为避免过多泄露如何击沉航母的信息，美军方对试验内容严加控制，并谢绝外界观看和媒体采访。试验开始时美军也没有对外发布消息。美军发言人没有透露航母沉没的具体位置，但此前海军曾表示爆破试验将在北卡罗来纳州附近举行。海军于3月表示炸沉这艘庞然大物的目的是为研制新一代航母提供抗攻击能力的相关数据。这一消息发布后，引起了外界强烈关注。许多潜水爱好者、军事爱好者都想亲眼目睹它的风采，因此，众人都在寻找它的沉没地点。

一、明确问题

寻找被炸沉的航空母舰的具体位置。

二、从背景材料中提取地理信息及所需数据

1. 被炸沉的航空母舰在北卡罗来纳州附近，因此需要美国行政区划数据以获取该州的地理位置。

2. 距离海岸线97公里的水域，因此需要海岸线数据。

3. 沉入1829米深的海底，因此需要海底地形数据。

三、拟定问题解决方案

1. 从行政区划数据中找出北卡罗来纳州，并从其中提取海岸线数据。

2. 对海岸线数据向海一侧生成距离97公里的平行线。

3. 在平行线周围建立一个1000米范围的缓冲区。

4. 根据海底地形数据提取出深度在1829米左右（±50米）的区域。

5. 将缓冲区与深度范围数据进行叠加，从而得到航母沉没的大致地点。

6. 分析结果，若需要更准确的结果，需要缩小缓冲距离和深度范围。

四、方案实施

具体实施该方案见实验二十五。

6.2.2.4 GIS在国土资源信息化建设中的应用

从技术层面上，国土资源信息化建设有三个层次的问题：地理数据的收集、数据的管理和数据的应用。首先在数据收集方面，GIS可以提供多种方式的数据处理工具。在数据管理方面，GIS是国土资源数据库管理的重要工具。在数据应用方面，可以利用GIS制作国土资源领域的各种专题电子地图，可以以GIS为平台，开发各种应用管理信息系统（如地籍管理信息系统、土地开发整理系统等），以实现相关业务的网络化、自动化。应用系统的建设，是实现“网上管”的重要手段。

在土地资源管理领域，GIS可以用于土地资源调查和评价、土地利用现状动态监测、城市地价评估、日常地籍管理、土地利用数据库、土地利用制图、土地利用总体规划、土地开发整理，建立土地管理信息系统、土地资源动态监测系统、城市地价管理系统、基于网络的土地利用总体规划管理信息系统等。

在矿产资源领域，GIS可以用于煤田勘查、开采沉陷预测、找矿预测、金属矿产成矿预测与远景评估、编制矿产预测图、煤矿突水危险性预测、矿产资源管理、矿山空间数据库、建立矿区地理信息系统(MGIS)、矿山资源评价与管理决策支持系统、铁矿供水管网地理信息系统、面向MGIS的开采沉陷应用系统等。

在海洋领域，利用GIS技术可以对海岸带、海域、海底进行调查，获取各类空间数据，建立海洋数据库，如海洋资源数据库、海洋环境数据库、海况及海洋灾害数据库等；通过数据同化、数据复合、时空复合、三维模拟、虚拟现实等技术对海洋地理信息进行分析与模拟，生成各种电子图；建立各种海洋管理信息系统，如海域管理信息系统、海洋渔业管理信息系统、海洋环境保护管理系统、海况与海洋灾害应急对策系统、海域勘测与监控系统、海洋资源信息网站等。

6.2.2.5 GIS在国土资源信息化建设中的应用

在铁路方面，GIS可以用于铁路资产管理、铁路设施（铁轨、车辆、通信和信号）管理、车辆跟踪、物流分析、紧急事故处理、联运管理、旅客信息管理、运输能力规划分析、市场分析、风险管理；在港口和水运管理方面，GIS除了可以用于船只的合理调度和营运管理外，还可用于河床及航道的监测与分析；在航空方面，GIS可以用于地面设备与机场控制区的设备管理、模拟飞行及噪声管理、机场与周边环境保护的管理、机场建设与维护、飞机起降操作、航运能力及航线规划；在公共交通方面，GIS可以用于公交车辆的调度、车辆定位与自动跟踪、突发事故的迅速定位和事故分析、交通规划和建模分析、路线及交通信号的管理、公交车站和设施管理；在公路方面，GIS可以用于包括公路规划、设计、施工、运行、维护和管理的各个方面，如最佳路径分析（最短路径、最低费用路径、最快路径等）、路网优化分析等。

本节视频