導語：如何才能寫好一篇如何理解地理信息系統的概念，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：地理信息系統 區域商業環境 區域經濟發展 區域營銷戰略

信息和信息技術加劇了全球化進程、塑造了新的生產方式、改變了商業規則，自然也影響到區域經濟發展的策略、規劃和實施。隨著地理信息技術的廣泛應用和地理數據的長期積累，地理信息和地理信息系統在區域性商業和經濟活動中，將越來越重要。據估算，超過80%的商業和經濟數據具有空間特性或與位置有關；有效地開發和利用這些空間性的數據，可以優化配置資源，降低商業運行成本，并規劃、監測、改善區域商業和經濟環境。地理信息系統可以應用到社會經濟數據的管理、分析、描繪，為解決復雜的區域經濟問題提供地圖表現、區域營銷、空間決策支持、空間規劃等服務。本文從理論上探討地理信息、商業環境和區域經濟發展間的關系，并結合中國廣東的區域發展狀況，系統地分析地理信息和地理信息技術在商業和區域經濟中的應用，旨在改善區域商業環境，提高區域經濟競爭力和塑造區域形象，為區域經濟的持續增長創造條件。

1 從區域商業和經濟的角度看地理信息系統

學術界對于地理信息系統概念的理解是比較多樣化的。地理信息系統(GIS)是一門新技術，在其產生后短短的三、四十年的歷史中得到了迅速的發展，一個十分重要的原因在于GIS集數據庫、制圖、空間分析功能為一體，并以對空間數據進行分析的功能為其特色。GIS的出現為各行各業繁雜的數據管理、多源的成果表達形式和空間數據分析提供了最為快速、方便、準確的方法和手段。地理信息系統是一門多學科的邊緣綜合性學科，其核心技術是計算機科學，基本技術是數據庫、地圖可視化及空間分析。在應用領域中，它和遙感系統(RS)、全球定位系統(GPS)密切結合，更加發揮出它的巨大作用，使其在調查、分析、決策、管理和控制等方面顯示了它的不可替代的支持功能。

地理信息系統在研究、開發和市場化方面取得了很大的進展，主要表現在四個方面:①地理信息系統的組織結構，從單用戶的桌面系統和專業化的部門系統，轉向融入業務流程的企業級系統，以及基于Internet的公眾參與系統；從單一的結構層次和客戶機-服務器模式二層結構，轉向基于Web技術的三層結構。②地理信息系統的認識論、方法論和實際應用方面的研究越來越多樣化，傳統的以數據、技術和應用為主體的信息系統，強調空間數據模型、空間分析、空間可視化、智能信息技術等；以信息學、地理學和社會學理論為基礎的地理信息科學，著重研究使用地理信息和地理信息技術背后的一系列技術和理論問題。③強調開放型的地理信息系統，即基于Internet的、可互操作的、可公眾參與的地理信息系統，目的是為開發商提供一系列地理信息標準和地理信息技術方案，最終為社會提供廉價的地理信息和相應的應用服務。④地理信息市場正日益擴大，正逐漸從以政府部門為主的專業用戶市場，轉向以私人機構為主的商業用戶市場，地理數據正直接或間接地滲透到包括商業和經濟在內的各種社會活動中。

地理信息系統使用多種空間模型，如點—場模型、網格模型、拓撲模型、對象模型等，并配合關系型或對象型數據庫管理系統，來表現不同尺度的自然和社會現象，廣泛地應用于空間數據管理、空間規劃、空間決策、資源分配、區域營銷等方面。很多商業組織，包括政府醫療部門、零售商、直銷商等，越來越對帶有位置信息的社會經濟數據感興趣。由于希望減少決策方面的不確定性和風險，人們總是傾向于掌握更多的信息，傾向于規劃和控制未來的行為；地理信息和地理信息技術，將會隨著相關工具研究和開發的成熟，逐漸滲透到經濟活動的很多方面。從空間經濟角度看，地理信息系統是一個能夠改變空間經濟體系的重要元素之一。在區域經濟發展過程中，地理信息技術是(現有的或潛在的)廣泛應用于戰略決策、方案評估和決策實現的重要技術手段之一。在日常商業和經濟活動中，大規模地使用地理信息和地理信息系統，似乎并不遙遠；工業界的微軟公司正在研究將數字地圖技術嵌入到日常辦公軟件中，Open GIS聯盟正致力于定義和開發標準化的可互操作的開放式地理信息系統 。

2 從地理學看區域商業環境

改善投資和商業環境，吸引區外和國外的直接投資，不僅被發展中國家，也被發達國家用來作為區域經濟發展的重要手段之一。二戰后，在美國、英國和荷蘭等西方國家中，一個重要的城市經濟發展目標就是營造良好的企業運行環境，從而吸引外國投資。當今中國的經濟發展正處于資源驅動的成熟期和投資驅動起步期，吸引資本是區域經濟發展的重要手段之一。為制定“適當”的區域經濟發展政策，政府需要及時地理解、評估、監測本地的商業運行環境和變化趨勢，為投資人提供宏觀的指導和服務。商業環境的概念對于處在經濟轉型期的需要引入市場機制的中國，具有特別重要的意義。

定義什么是商業(投資)環境并不是一件容易的事情，因為精確地定義商業的概念也是困難的。不同的學科背景，不同的學者對商業環境的認識也有差別。簡單地理解，商業環境是商業組織所處的外部環境，包括背景性的環境和運行性的環境。從國際商業的角度，商業環境指一個公司之外的，影響到公司的全部要素之和。為了便于“管理”商業環境，學者們提出了一些模型，如國內模型、國際模型和工業模型。

空間性是商業環境的重要特征之一?？紤]到有多種多樣的因素影響到整個商業活動，不同的區域具有不同的商業環境。即使對于同一地理區域，不同的商業組織，由于其業務范圍的差異，將形成多個主觀性商業環境認知。隨著商業目標的變化和商業決策的調整，企業也需要重新調整對于外圍環境的認識。另一方面，在不同尺度的地理區域中，商業環境的概念具有明顯的差異；對于不同空間尺度的商業環境的研究，例如全球和國際性的宏觀區域、國家和區域性的中觀區域、城市和本地性的微觀區域，強調的重點往往是不一樣的，研究目的也不相同。

研究區域商業環境對于中國的區域經濟發展具有重要意義。理解商業空間特征，把握空間變化趨勢，監測商業環境的變化，宏觀上和中觀上可以為區域經濟發展提供戰略決策信息，制定總體規劃，微觀上也可為投資者提供指導和服務。從本地政府的角度，研究本地區域性的商業環境，可以幫助本地企業家和潛在的投資者，為他們提供決策信息，分析市場范圍和價值，有利于制定公司遠期發展目標。

3 地理信息系統與區域營銷戰略

簡單地理解，區域營銷(Place-marketing)“理論”主要是從城市規劃理論和市場營銷理論相結合而發展來的。一個地方或區域，具有一定數量的“資源”，如基礎設施、房地產、公園、大學、博物館、海灘、居民等。區域營銷理論將地方或區域資源當作是產品，將這些區域內的投資者、游客等買家當作是消費者。區域營銷的發展策略包含兩大要素：區域規劃、開發和產品營銷。區域規劃、開發主要是為了改善本地的硬件和軟件環境；區域產品營銷，一方面著重分析本地的市場狀況，以市場構成指導地方的規劃和建設，另一方面，通過多種手段，塑造本地形象，吸引消費者。區域營銷在不同的社會背景、不同的發展目標和不同的發展階段，有不同的方式和策略。

區域營銷作為區域發展策略在北美和西歐的一些城市的實施相對比較成功，但也存在一些不足的地方。傳統的區域營銷理論著重從本地角度研究區域的“產品”、“消費者”和“市場”，以此作為振興區域城市經濟、塑造區域形象、選擇樣板項目、銷售本地產品和服務的基本依據。以區域營銷作為區域規劃工具有一定的局限性，也往往有不少誤區。第一，將營銷學的概念引入區域發展策略時，并不容易有效地鑒別區域的消費者，依此制定的目標和戰略規劃存在一定的不確定性。第二，區域營銷注重本地的發展，往往可能和相鄰的區域在競爭方面產生沖突，若多個地區同時競爭相同的資源和客戶，可能會產生一些負面效應。第三，地理的空間要素，雖然在一些區域營銷理論的論述中提到，但很少深入地討論。第四，信息技術，特別是地理信息技術，與區域營銷間的關系，也幾乎沒有理論方面的討論和實踐方面的驗證。

地理信息系統正逐漸被營銷學接受，成為營銷管理的重要工具之一；它可以應用到以營銷學為基礎的區域營銷戰略中，改進傳統的區域營銷手段。一方面，地理空間是經濟的重要因素之一，Krugman認為“跨越空間的交易存在費用，生產中存在規模經濟”；專長于空間信息管理和分析的地理信息系統，是區域經濟管理的重要工具。另一方面，基于地理位置的人口統計和社會經濟數據統計，很大程度上改變了以往的市場分析方法，也為商業帶來了新的營銷手段。從地理信息科學的角度，重新審視區域營銷策略，提供新的區域營銷工具，可以在一定程度上彌補傳統區域營銷理論的不足。

基于地理信息和地理信息系統，區域營銷的內容、目標、手段、數據和技術有了進一步的擴充和提高。如果存在小尺度空間上的人口統計數據、社會經濟統計數據、基本的地理區域數據、適當的消費行為調查數據和研究模型，地理信息系統可用來方便地分析市場的組成結構和空間形態，從而為本地的設施管理和公共服務(如健康服務、交通和通訊設施服務、緊急情況服務、土地利用管理、城市空間規劃等)提供有效的決策支持信息?；贗nternet網絡的多媒體信息技術和地理信息系統，可以打破區域空間限制，在全球范圍內塑造區域形象和組織“促銷”。區域營銷需要的技術和數據在美國已經基本成熟，低價位的軟件工具和空間數據，已形成一定的市場規模，很多官方和私人機構的網站上也已經有相當多的數據供應。在中國，計算機化的數據積累比較少，地理信息系統也相對昂貴，區域營銷的手段還比較單一；但隨著中國內部和國際間區域競爭的加劇，環境與資源問題的突出，地理信息系統有很廣闊的應用潛力，將成為區域經濟發展的重要工具。

4 適應區域營銷戰略的區域地理信息系統（以廣東為例）

廣東區域經濟發展面臨不少問題，如環境和資源的矛盾比較突出，地區經濟水平很不平衡，特別是持續經濟增長動力不足等。從區域營銷戰略的思路出發，本節著重從三個層次探討適應區域營銷戰略的區域地理信息系統：①將已有數據資源空間化，建立基于地理空間的社會經濟數據庫系統；②建立基于Internet網絡的數據交換中心，供應廉價或免費的空間數據；③地理信息系統技術開發和應用推廣。

社會經濟數據庫系統是區域經濟決策的重要依據之一。傳統的社會經濟系統，其數據結構主要以關系型的數據庫為主，按專題和時間序列設計成數據表格，在某種意義上，是將傳統的印刷年鑒資料數字化，便于學者統計分析和建立區域經濟分析模型。比較新的趨勢是（很多國家的統計部門）直接出版數字化的統計和抽樣資料，并引入地理空間概念。在地理信息系統的支持下，用戶可以根據自己的專業概念和應用目的，將這些統計數據按照一定的框架、方法、模型進行顯示、模擬、聚集、抽象、轉換。但是，建立詳盡的社會經濟數據庫系統不僅需要比較多的資源，而且尚有一定的技術難度。一個比較實際的做法是充分利用現有的統計資料，建立標準化的地理編碼，將現有的統計數據和地理數據合成。

建立基于Internet網絡的空間數據服務中心的最終目的，是為各種各樣的用戶供應廉價或免費的空間數據。建設空間數據服務中心，首先要建立或引用一套空間數據質量標準、交換標準和描述標準；然后在區域性的信息基礎設施上建立基于Web站點的空間數據倉儲，使用戶能夠檢索到數據儲備，并了解數據的主題、空間范圍、質量、版權等；如果有需要，用戶還可以方便、快速地獲得所需的數據。初級的數據倉儲，主要是將區域性的地理和社會經濟數據，采用幾種常見的數據格式，存儲于Web服務器，用戶可以通過專門網頁進行數據查詢和下載。再進一步，建立專門的空間數據倉儲和數據交割中心，加上比較完備的元數據和目錄索引技術(如ANSI NISO的Z39.50標準)，構成空間數據基礎設施。用戶可以使用普通的數據引擎，使用關鍵字檢索所需的空間數據。美國的大多數州已經建成了這樣的數據服務中心。更先進的空間數據服務中心，是建立在“互操作”概念上的空間數據的共享、地理信息工具的共享；它的核心內容是分布式數據管理、協同計算，但這種理想的系統仍處于研究和開發的初級階段。

區域地理信息系統的應用開發非常多樣化，如:①規劃用于基礎設施、教育、研究開發和醫療服務方面的公共投資；②理性地分配自然資源和控制土地使用；③服務于商業機會的尋找、篩選和戰略決策；④分析人口、社會經濟活動的空間分布，模擬市場的空間分割；⑤為商業公司和政府部門提供決策信息等。這樣的應用系統在中國目前還很少見或僅是原形系統，如服務于“招商引資”的京九鐵路沿線投資環境信息系統。在美國已經有了一些應用的例子，如Economic Development Administration，Department of Commerce的Economic development geographic information systems，用于支持商業擴張和制定經濟發展政策。開發多種多樣的地理信息應用是區域營銷戰略成功的關鍵之一。

5 初步結論

面向商業和經濟發展的地理信息系統仍然是一個比較新的概念，因而在實際應用中，會有很多不能確定的問題。其中兩個最重要的問題是空間數據的缺乏和技術推廣的困難。在中國，空間數據庫的積累比較少，即使有一些數據存在，數據結構和格式也往往難于交換和共享；數據的積累需要消耗比較多的投資，這與中國的資金短缺相矛盾。同時，設計和實現可運行的、廉價的面向商業和經濟發展的地理信息系統，對于現有的技術，也是一個很大的挑戰。當前的GIS，僅只是“界面友好”，不是“應用友好”，只對GIS專業人員而言具有強大的功能，普通的用戶卻難于了解和掌握它。面向商業和經濟發展的地理信息和地理信息技術，對經濟的影響是長期性的，對于塑造靈活的、具有競爭能力的商業，在組織生產、營銷、決策等方面具有一定的幫助作用；但另一方面，它需要高額資金投入，也要培養相應的專業人材，這些對于發展中國家并不是一件容易的事情。發展中國家的空間數據基礎設施，幾乎還沒有啟動，最多處于建設初期，空間信息倉儲仍有待建立，更談不上廉價的地理信息供應和地理技術服務。這些都會阻礙地理信息和地理技術的傳播和推廣。

地理信息系統與商業和經濟(作為一般性的題目)和地理信息系統與基于區域營銷的經濟發展(作為一個子題目)，都是復雜的研究課題，本文只是一個初步總結，還有很多課題需要深入地研究。在技術層次上，需要結合中國的經濟和技術現狀，積累數字化的地理信息，利用已經存在的數據，逐步建立空間數據基礎設施和空間信息倉儲，并向社會提供廉價的地理信息和地理信息技術。在區域商業和經濟發展層次上，仔細考慮空間在商業和經濟活動中的重要性，將地理信息系統作為區域發展的戰略工具和可以降低商業運行(生產、運輸、營銷和零售)成本的日常工具。從經濟學的角度，空間經濟只是經濟的一個側面，地理信息和地理信息技術應當和其它經濟工具協調使用、相互補充。在中國的現實狀況下，如何有效地積累地理空間數據，推廣地理信息技術，建設有效的空間信息服務體系，如何將之溶入企業和政府的管理、評估、規劃和決策業務中，如何合理使用稀有資源、降低交易成本等，都需要更深入的研究。

參考文獻

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[4] 張鋼，朱文雋.地理信息系統在區域經濟問題研究中的應用，上海電機學院學報，2005年第2期

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1.課程標準要求

結合實例，了解遙感（RS）在資源普查、環境和災害監測中的應用；舉例說出全球定位系統（GPS）在定位導航中的應用；運用有關資料，了解地理信息系統（GIS）在城市管理中的功能；了解數字地球的含義。

2.教材地位及作用

“地理信息技術在區域地理環境研究中的應用”是人教版高中地理必修3第一章第二節內容。高中地理必修3主要以某一典型區域地理環境為研究對象，其自然與人文信息的提取、分析、研究、規劃、整治等，都離不開地理信息技術的支持。本節課的學習，既有利于培養學生對地理信息技術的探究興趣，又能使學生掌握運用基本的現代科學技術對地理環境進行研究的方法，為以后區域地理的學習打下基礎。本節教材共劃分四個主要部分：前三部分分別是RS、GPS、GIS，教材介紹其概念、原理、特點以及在區域地理環境中的應用等有關內容；最后一部分介紹地理信息技術與數字地球的聯系。

3.學情分析

知識儲備：高二學生已具備基本的讀圖分析、歸納能力，但本節課的地理圖表具有專業性的特點，學生有一定的認知難度?！?S”技術的概念、原理等部分，教材語言多為抽象性較強的理論，需教師結合材料、多媒體進行展示、模擬、舉例，將其具體化、形象化。

學習動力：本節內容結合了許多地理信息技術在社會生產生活中的廣泛應用，引發學生強烈的求知欲和好奇心，期待在日常生活中得到運用。

二、教學目標及重難點確定

1.教學目標

知識與技能：結合實例說出RS在資源普查、環境監測、自然災害防御監測中的應用；GPS在定位導航中的應用；了解GIS在城市管理中的功能。

過程與方法：學會通過多種途徑與多種手段收集、整理地理信息，并應用到新課學習中，在生活中發現和體驗GPS、RS、GIS技術的應用及給生活帶來的變化。

情感態度與價值觀：通過本節的學習，讓學生親歷體驗地理信息技術給工農業生產、生活帶來的便捷，從而更加熱愛科學，不斷學習和探索科學知識。

2.教學重難點

重點：RS、GPS、GIS在區域地理環境研究中的應用。

依據：課程標準、教材分析及教學實際的需要。

難點：RS、GPS、GIS的原理及區別；數字地球的含義。

依據：本節知識屬于現代科學技術，內容新、技術性強，專業抽象術語較多。學生對于“3S”技術的原理區分難度較大，故確定為難點。

三、教法和學法選擇

比較歸納法：在教學過程中運用比較分析法，揭示知識點之間的異同，尋找知識間的相互關系，加強對知識的理解。如對比分析“3S”技術之間的區別。

讀圖分析法：學會讀圖是學習地理的基本技能之一。因此，教會學生如何讀圖，如何從圖中獲取地理信息，必須貫穿整個地理教育過程。如遙感地圖、地理信息系統地圖等。

創設情境法：通過多媒體模擬演示，化抽象為具體，促進學生對知識的理解與掌握。收集“3S”技術的最新應用的視頻短片、圖片或文字材料，更好地理解生活中的地理、“有用”的地理。

演示法：本節內容較抽象，采用演示法可將抽象的內容形象化，如用Google Earth 演示GIS 的圖層，用Google Earth查找武漢二中等。

問題探究法：在教學中聯系生活實際，利用所學地理知識探究生活中的地理問題，激發學生學習地理的積極性、主動性，培養學生創新精神和地理實踐能力。

四、教學過程安排

創設情境，導入新課（2分鐘）

注重創設聯系學生生活實際的真實情景，以激發學生的學習興趣。為此，可設計如下導入：播放視頻“我省啟用GPS押運高考試卷”，武漢市使用GPS對所有的高考試卷運卷車輛進行實時跟蹤監控，從而提高高考試卷的安全保密系數。

全球定位系統

1.聯系生活，形成概念（3分鐘）

首先提問學生GPS在生活中有哪些應用，然后用美國飛行員打伊拉克時只要知道坐標就可以扔炸彈及珠穆朗瑪峰的高程測量事例，引出GPS的定位（定經度、緯度、高程）功能；用GPS監控運鈔車是否按預定路線行走引出GPS的導航功能；進而引出GPS的定義。

2.模擬實驗，了解過程（4分鐘）

引導學生做空間定位小實驗，取兩支削好的鉛筆，分別用左右手握住，使得筆尖相對，相距約5厘米。請閉上一只眼睛，試著把兩支筆的筆尖對在一起。其它條件不變，請睜開雙眼，重新試著把兩支筆的筆尖對在一起。體驗一下，分別用一只眼睛或兩只眼睛，在哪種情況下兩個筆尖更容易對準？為什么？激發學生學習興趣，然后講解GPS的組成及工作過程。在講用戶設備部分時展示專業的GPS接收機，并展示帶有導航功能的手機圖片，激發學生學習興趣和求知欲。

3.觀看視頻，深化應用（4分鐘）

從Google Earth 中截取武漢二中的圖片，講解圖片下方我校的經度、緯度、高程。聯系生活中GPS的應用，講解GPS的工作特點。播放“世界四大衛星導航系統”、“北斗衛星導航系統在生活中的應用”兩段視頻，激發學生對我國北斗導航系統的求知欲，增強學生的愛國意識。

遙感

1.創設情境，獲得概念（2分鐘）

學習遙感之前，先給學生展示兩張圖片，一張是用照相機拍攝的武漢二中的照片，另一張是用衛星獲取的武漢二中的圖片，讓學生比較其拍攝距離的遠近。展示學生比較熟悉的圖片，利于激發學生的地理學習興趣。

2.問題探究，了解程序（4分鐘）

聯系必修1的太陽輻射過程的知識，講解RS的工作過程，并請學生比較照相的程序與遙感的程序有哪些異同？找出遙感的特點？以天氣預報衛星云圖的形成過程講解遙感的工作程序，并舉例講解遙感的工作原理，然后簡要分析遙感的特點。

3.結合實例，分析應用（6分鐘）

遙感的應用是遙感知識學習的重點，本節主要采用案例法來講解遙感的應用。首先以1980年和2002年武漢市的城區面積的遙感影像圖分析遙感在資源調查中的應用；然后以兩幅乞力馬扎羅山的積雪圖片分析遙感在環境監測中的應用；最后以兩幅汶川地震的遙感影像和四幅1998年洪災的遙感影像分析遙感在自然災害防御監測中的應用。

地理信息系統

1.創設情境，引出概念（1分鐘）

展示兩張圖片，武漢市的遙感影像圖與武漢市的電子地圖，講解武漢市的電子地圖是通過對遙感影像圖分析和處理以后得到的圖片，引出GIS的概念。

2.動畫演示，理解程序（3分鐘）

GIS的工作程序比較抽象，為突破此難點，采用Google Earth 動態演示武漢市電子地圖的制作過程，主要是引入Google Earth，先在Google Earth 上找到武漢市，然后引入Google Earth左邊圖層的概念，將武漢市各地物進行分類，然后以不同的圖層進行存儲，給學生演示左邊圖層中的道路、水域、地點、交通、維基百科等圖層，讓學生理解地理信息系統的工作程序。

3.問題探究，分析應用（6分鐘）

地理信息系統在城市管理中的應用非常廣泛，以一個探究問題，讓學生思考從漢口火車站到我校最便捷的公交線路，應查找哪些資料？引出學生比較熟悉的百度地圖，并聯系生活實際，展示武漢市的站臺智能公交和手機智能公交，這些都體現了地理信息系統的查詢功能，極大地激發學生的學習興趣。然后利用GIS，管理者可以傳送交通擁擠情況等案例來得出GIS的管理和空間分析功能等。

地理信息技術與數字地球

1.歸納異同，區分功能（1分鐘）

比較3S技術的異同，GPS主要功能是定位、導航；RS的主要功能是獲取信息；GPS的主要功能是對地理信息進行處理和分析。然后引入數字地球的概念。

2.自主活動，理解概念（3分鐘）

數字地球的軟件之一就是Google Earth，請學生上臺用Google Earth查找武漢二中，學生非常感興趣，能夠在Google Earth上找到地球上的任意一個地方，課堂氛圍很活躍。學生找到后，教師總結并舉例說明數字地球的應用。

課堂小結，布置作業

1.板書設計及課堂小結

教學過程中可輔以板書設計，在進行課堂小結時直接用黑板板書進行小結即可。板書設計除簡明扼要、美觀規范外，還要啟發學生思維，揭示本節知識的內在聯系，便于學生總結回顧的同時加深理解和掌握，板書設計如圖1。

2.課后作業

作業一：下載手機智能公交軟件安裝到自己的手機上（下載地址：http：//）。請學生在乘坐公交車時，使用武漢“智能公交”軟件查詢公交車的實時位置及換乘信息。使用智能公交為從天河機場、武漢各火車站、汽車站到我校的朋友做一個交通指南。

作業二：下載Google Earth 安裝到電腦上，找到武漢二中、你家所在的小區、你理想的大學及任意你想去的地方，體驗“世界在你手中”的愉悅和地理信息技術帶給生活的便捷。

五、教學反思

教學觀念：突顯學生的主體地位，充分圍繞學習對生活有用的地理選取教學素材，體現學習對學生終生發展有用的地理的教學理念。

教學方法：采用創設情境法、演示法、讀圖分析法等多種教學方法，聯系學生身邊的3S技術應用案例，培養學生對地理的興趣。

教學技術：應用電子白板讓學生進行活動，師生互動性好。使用Google Earth演示GIS的圖層，突破難點，效果較好。

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關鍵詞：環境科學；地理信息系統；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）45-0236-03

一、引言

地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS，下同）是以計算機軟件、硬件為基礎，實現地理信息采集、管理、分析和表現地理空間數據的系統，已經成為地理信息科學的核心[1]，廣泛應用于土地利用、資源管理、環境監測、交通運輸、城市規劃、經濟建設等領域。特別是與遙感技術相結合，GIS正深入解決全球性問題：厄爾尼諾現象與酸雨、核擴散與核廢料以及全球氣候與環境的變化監測?？梢哉f，GIS已經深入社會生產和生活的各個領域，成為很多領域中新的工作手段和方法[2]。

作為注重學科交叉與滲透的環境科學專業而言，開設GIS課程教學具有一定的前瞻性。將環境科學專業與地理學有機融合，更加凸顯環境科學的“大環境”特征，也更能符合全球環境的研究趨勢[3]。GIS與環境科學在研究對象和研究方法上具有一定的相似性和互補性，在環境問題愈來愈突出的今天，設計和開發服務于環境應用系統的輔助決策支持工具GIS，將具有極大的發展潛力。目前，我國開設GIS專業的高校和開設GIS課程的專業非常多，開設GIS課程的非專業的數量也在逐漸增加[4]。鑒于GIS課程的學科與技術并重的特點，非GIS專業學生知識結構不完整，如計算機、地圖學、地理學、測繪學、程序設計和數據庫等知識，導致非GIS專業的學生在學習該課程時抓不住重點，反感理論性知識，缺乏主觀能動性[5]。重慶三峽學院化學與環境工程學院經過20多年的發展，環境科學與工程專業建設為重慶市重點學科，并于2013年順利獲批碩士學位授予權。目前學院環境科學專業已經開設了GIS課程，但是從我院目前的課程建設情況來看，該課程的建設仍處于起步階段，從教學體系、實踐模式方面仍面臨著前述問題。因此開展課程建設，進行教學研究，順應學校提出“向應用型科技大學轉型”的辦學理念以及“培養具有創新精神和實踐能力的應用型高級人才”的辦學宗旨，已成緊迫的任務。

二、環境科學專業GIS課程教學要求

一般而言，GIS技能主要分為三個層次：基本應用型；綜合分析型；開發管理型[6]。其中基本應用型側重于將GIS作為工具，掌握GIS基本概念，并能夠使用l～2種GIS軟件進行簡單的數據輸入、分析和制圖工作。環境科學專業作為非地理信息系統專業開設GIS課程，其技能要求定位為基本應用型，即立足環境科學專業基礎課程，強調GIS的技術性，側重于實踐教學，針對本專業相關的環境管理、環境規劃、環境監測以及環境影響評價等與空間信息相關的問題，掌握GIS工具空間分析操作技能，解決專業相關的問題。因此，實驗教學更顯重要，通過加強學生實踐能力的培養，進而提高學生的自主創新能力。符合應用型人才培養的要求[7]。

根據設定的基本應用型目標，筆者對環境科學專業的GIS課程體系進行了部分的教學改革實驗，以探索適合于本專業GIS課程教學的模式。

三、教學改革實驗

針對環境科學專業的知識結構特點，緊扣能力目標的基本應用型要求，將教學分為三個梯次，梯次一：要求了解GIS是什么，掌握GIS的基本原理，主要在課堂教學中精細化課程內容；梯次二：掌握GIS主流軟件的操作方法和應用，主要結合課程項目的設計完成該梯次的教學設計；梯次三：應用階段，在環境科學專業范圍內，基于GIS基本功能解決實際問題。主要在實驗實踐環節提升學生的應用能力?；谏鲜鋈齻€梯次的教學總體設計，教學的各個環節改革與優化介紹如下。

1.梯次一：理論課程內容與學時精細化設計。梯次一為課程引入與理論了解階段，考慮GIS具有綜合性強、多學科集成，知識點多，學科與技術統一性，且發展與內容更新速度快，滲透性和空間抽象性強等特點[8]，針對環境科學專業學生的知識結構體系，注重理論與實踐相結合，梳理GIS課程體系，選擇兼具概念與實踐并重的教材《地理信息系統原理、方法和應用》（鄔倫主編，科學出版社），該書詳細劃分了理論基礎講解、GIS功能介紹與應用技術，有助于教學內容的自由選擇?？紤]環境科學專業學生的背景，將GIS的基本概念、組成、功能及其應用領域、空間數據結構（矢量和柵格數據結構）、空間數據采集、空間數據處理與分析、GIS空間分析原理與方法及GIS產品制作與輸出作為重點內容講解。讓學生由淺入深，了解GIS具體功能，數據的來源與特點，如何將現實世界數據化、信息化，如何利用GIS解決身邊的問題（如公園選址、交通管理、城市拆遷與洪水分析等），增強利用GIS作為輔助決策工具的興趣和學習自主性。

針對梯次一的基本要求和課程內容選擇，筆者理論教學課時精簡為32個學時。具體安排：（1）導論，4個學時，主要講述GIS的基本概念、組成、演變歷史和發展趨勢、基本功能、與相關學科的關系以及GIS主流軟件的認識。（2）GIS空間數據結構，8個學時，主要講述空間參照系統、地圖投影、空間數據采集、空間數據模型、柵格和矢量數據結構、編碼方法等。（3）空間數據處理，6個學時，主要講述空間數據變換、數據融合、空間插值與拓撲關系編輯。（4）空間分析，8個學時，主要講述空間查詢與量算、空間疊加分析、緩沖區分析與網絡分析等。（5）GIS產品可視化與輸出，4個學時，主要講述地圖制作與輸出、專題地圖設計。

2.梯次二：理論教學與專業實例設計。為了加強教學過程理論與專業實際的聯系，筆者提出將“農業點源大氣污染可視化分析”課題作為專業實例設計，貫穿整個GIS課程教學過程中，以提高學生主觀能動性。

國家環保部2012年公布的《環境空氣質量標準》（GB3095-2012），首次將PM2.5（年均和日均濃度限值分別為定為0.035mg/m3和0.075 mg/m3）、O3納入常規空氣質量評價，并收緊了PM10、氮氧化物等標準限值，以期“十二五”期間使我國大氣PM2.5污染得到緩解，區域大氣復合污染得到有效遏制，大氣環境質量得到持續改善。選擇農業點源大氣污染可視化分析，整個課題既貼近現實，又屬于環境專業關注的熱點問題。這個課題設計內容主要涉及農業點源大氣污染源調查、農業區空間分布、人口分布、污染源季節特征、大氣污染擴散模式等，結合緩沖區分析得到農業點源大氣污染時空分布與影響區域劃分。根據這一課題的設計，在課堂教學上提出問題，引導學生總體規劃設計，以原有專業知識在解決問題上遇到的瓶頸，自然引導利用GIS技術解決此類問題。將各部分內容分版塊劃分，貫穿到各章節授課內容中。如導論中以谷歌地球、尋找本拉登實例作為開始，讓學生了解實例以及GIS的基本功能，并指出谷歌地球是數據來源之一；空間數據結構與處理講解中引導學生如何采集與處理農業點源大氣污染的相關各類型數據，指出相關的數據轉換可在GIS中實現，實驗環節就可以親自操作；空間分析講解中指出緩沖區分析和空間插值可解決污染影響區域劃分和時空分布，在實驗環節可以設計操作。

通過上述的專業實例貫穿，可以有效引起學生的自主學習能力和興趣，感覺GIS就在身邊，又產生“技癢”，促進梯次三的實踐教學。

3.梯次三：實踐教學課題化設計。上機實驗是環境科學專業GIS學習的重要環節，依據所設計的課題，在實驗過程中得以實現和解決，將大大加強對GIS課程的理論理解與掌握，激發進一步深入學習的動力。具體實驗教學內容安排如表1所示。實驗學時與教學學時1∶2配套。

三個專業實例化實驗設計，基本包含了GIS基本操作技能，在讓學生親自了解GIS的強大功能的同時，更真正體會到了在GIS中的具體操作過程。

四、結語

環境科學專業與地理學有機融合，更加凸顯環境科學的“大環境”特征，也更能符合全球環境的研究趨勢。加強環境專業GIS教學與改革是順應我國新時期高等教育“造就一批創新能力強、適應企業發展需要的優秀工程師”的要求。筆者提出GIS教學過程中貫穿專業實例課程化的改革方式，旨在激發學生的學習熱情，在實踐中增強學生的動手與解決問題的能力，達到基礎應用型的技能要求，實現學以致用。

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篇4

【關鍵詞】地理信息系統；嵌入式；研究；實現

1.嵌入式地理信息系統的研究

隨著GIS的快速發展，人們對空間數據的需求也日益增大，把GIS與嵌入式技術融合在一起，形成一個嵌入式的地理空間集成平臺，是當前GIS研究領域的一個重要趨勢。與傳統GIS技術相比較，嵌入式GIS具有跨平臺、開發好、易集成、易滲透和融合好等特點而且價格低，為地理信息技術融入其它信息技術提供了良好的技術基礎。但是現實中，GIS空間數據量非常大，所需存儲空間也很大，這與嵌入式設備有限的系統資源形成矛盾，因此針對嵌入式設備的特點并結合GIS應用程序的需求設計嵌入式GIS平臺是非常必要的。典型的嵌入式GIS應用由嵌入式硬件系統、嵌入式操作系統和嵌入式GIS軟件組成。

（1）嵌入式GIS存在的問題；隨著GIS的快速發展，人們對空間數據的需求也日益增大把GIS與嵌入式技術融合在一起形成一個嵌入式的地理空間集成平臺是當前GIS研究領域的一個重要趨勢。與傳統GIS技術相比較，嵌入式GIS具有跨平臺、開發好、易集成、易滲透和融合好等特點，而且價格低，為地理信息技術融入其它信息技術提供了良好的技術基礎。但是現實中GIS空間數據量非常大，所需存儲空間也很大這與嵌入式設備有限的系統資源形成矛盾，因此針對嵌入式設備的特點并結合GIS應用程序的需求設計嵌入式GIS平臺是非常必要的。典型的嵌入式GIS應用由嵌入式硬件系統、嵌入式操作系統和嵌入式GIS軟件組成。

（2）主流的嵌入式系統類型，如今主流的嵌入式系統有Linux、Windows CE、Windows Mobile、uClinux、uCOS-II、VxWorks等十幾種。其中Linux的開發和研究是目前嵌入式操作系統領域的熱點之一。其源代碼開放內核小巧靈活、穩定高效、易于裁剪，這使 Linux很適合嵌入式系統的應用。Google的開發人員根據實際需要自行定制 Linux操作系統內核為使之更為精簡實用。由Google公司研發推出的開源平臺Android 完美的支持Google Map與Google Earth的API開發，是當前市場上最適合結合地理信息系統知識進行移動開發的平臺。地理信息系統工具的基于Android平臺研發雖然目前十分火熱，但功能卻十分單調，沒有一款可以集電子地圖、數字地球、電子羅盤和GPS定位等功能的集成式軟件。GIS軟件很多國外的有AutoCAD Map3D、ArcGIS、Maplnfo等，國內的有MapGIS、SuperMap等。

（3）實現高效的嵌入式GIS數據模型設計，數據是GIS的核心，如何設計一個合理高效的數據模型是嵌入式GIS開發的關鍵。我們開發的嵌入式GIS系統采用改進的GDF數據模型。主要的改進包括：減少模型的復雜度（比如去掉坐標表，在幾何對象表中直接存儲坐標等）增加注記要素層等。嵌入式GIS數據模型中，地理信息按圖幅和圖層進行存儲和管理。首先，地理信息在縱向上分為若干圖層，每個圖層存儲相同類型的空間數據。同時，地理信息在橫向上按照圖幅進行分幅存儲。圖層和圖幅的關系是平等的，一個圖層可以包含多個圖幅，同時一個圖幅又可以分為多個圖層。圖幅和圖層的定義信息分別由圖幅描述表和圖層描述表進行記錄。圖幅和圖層之間的每一個交叉（即某個圖幅的某個圖層，或某個圖層中的某個圖幅） 對應相應的空間數據表，存儲該圖幅在該圖層的空間數據（包括屬性數據和空間數據） ?？臻g數據表包括若干地理要素空間數據表，分為點要素空間數據表、線要素空間數據表、面要素空間數據表和復合要素空間數據表4種類型。同時每個空間數據表還對應一個空間索引表，存儲空間數據的空間索引值。在嵌入式GIS開發中，我們采用矢量形式存儲GIS空間數據以節省存儲空間?？紤]到目前PDA的存儲能力，對矢量數據采用分塊處理的方式。把一幅地圖切割成m×n （m行×n列） 的矩形塊，空間數據和屬性數據都以圖幅塊為單位存儲。為了調用GIS數據時能迅速找到對應的圖幅塊，還應對圖幅塊建立索引機制。某一圖幅塊的索引應包含圖幅塊的范圍，點、線、面數據的數量，并給出圖幅塊在數據文件中的詳細地址。根據地址可以找到并讀出該圖幅塊的所有數據。

（4）嵌入式GIS數據結構的研究開發原則；嵌入式GIS工作在實時、多任務的環境下，圖形顯示與瀏覽、信息查詢、拓撲關系、空間分析等是數據結構設計必須要考慮的因素，因此嵌入式GIS數據結構的設計原則主要有：1）圖形結構簡單，冗余度小，電子地圖主要包含點、線、面等空間對象，簡單的圖形結構具有數據量小、運行速度快、圖形裁減方便等特點冗余度小將使信息查詢、路徑搜索的速度提高，也將減少數據的存儲空間；2）拓撲關系簡單，在移動GIS中，電子地圖的拓撲關系用于路徑搜索、最優路徑規之，簡單明了而又實用的拓撲關系將縮短路徑搜索的時間。3）空間信息查詢與分析速度快，空間信息查詢主要包括單個空間對象的查詢和多個空間對象的查詢，良好的數據結構將使空間查詢和空間分析的速度快捷，結果準確。4）開放的數據接口，嵌入式GIS的數據結構應具有良好的數據接口，使之能夠兼容更多己定型的數據。

2.嵌入式地理信息系統的實現

2.1軍事國防領域

武器控制，從火炮控制高炮指揮儀到導彈控制（彈上計算機），從坦克、轟炸機、艦艇、雷達、電子對抗等軍事電子裝備到軍事通信及軍事指揮系統。

2.2野外數據采集

野外地質調查與地理調查，可運行于嵌入式計算機、進行移動制圖。作為一種低成本的數據采集方案，嵌入式GIS軟件平臺將賦予嵌入式計算機矢量和柵格數據一體化顯示和數據庫管理的能力，通過可選的GPS 接收機，還可以進行實時定位。

2.3智能汽車領域

隨著無線通信與全球定位技術的日益成熟和廣泛應用，集通信、信息、導航、娛樂和各類汽車安全電子系統于一體的車載盒會成為下一代和未來汽車的發展方向。

篇5

作者簡介：鄢建國（1980-），男，湖北仙桃人，副教授，研究方向為衛星大地測量。

《衛星導航定位技術》是面向地理信息系統、遙感專業研究生的一門專業選修課。該課程內容覆蓋面廣，授課內容包括衛星導航定位系統發展現狀與趨勢、衛星導航定位基本原理與算法、時間與坐標系統基本理論、導航定位誤差源、周跳與整周模糊度解算，以及測量數據模型及其組合。衛星技術應用廣泛且發展迅速，考慮到學生的專業背景以及知識需求，對課程的教學模式進行了深入思考，以區別于常規的逐課講授，達到最佳的教學效果。

1 課程的教學目的

該課程的主要授課對象為地理信息系統和遙感專業的研究生，學習該課程的目的是加強對衛星導航定位系統的了解與認識，為研究工作中涉及到的導航定位技術問題提供基礎?；谶@一考慮，授課中以基本概念、基本原理為重點，介紹衛星導航定位系統的研究現狀與趨勢，以及與相關學科的結合。在這一課程的講述中，以最成熟的全球定位系統（GPS， Global Positioning System）為例進行了講解。

2課程的主要內容

衛星導航定位系統內容龐大，涉及到了大量的幾何大地測量和天文學的基本概念，非大地測量專業的學生在學習過程中有一定困難。為了使學生能較好地掌握授課內容，在教學上依照“以點帶面、前后呼應”的原則。依照這一原則，將授課內容分為以下幾個部分：

1. 衛星導航定位系統發展現狀與趨勢。該授課內容為一綜述性質，目的是擴展學生的知識面，同時激發學生對這一領域的興趣與愛好。在講解是，重點講述了衛星導航定位系統在導航和定位兩個領域中的應用。導航針對的用戶為低精度用戶，在不同的載荷平臺，比如手機、車輛、無人機等有廣泛的應用。以手機用戶為例，通過實時定位，可以和電子地圖結合起來進行導航，這與地理信息系統專業的學生研究方向較為吻合。對于定位則主要給出了國家陸太網絡、三峽大壩形變監測、地震監測等例子，突出了導航定位系統在當今地球科學中的廣泛應用和重要地位。最后對GPS之外的衛星導航系統，包括俄羅斯的GLONASS系統，歐洲的GALILEO系統和我國的北斗系統進行了較為詳細的介紹，讓學生對當前的衛星導航系統有更為深刻的認識；

2. 時間與坐標系統。這一部分是大地測量學科和天文學的基本理論知識，具有重要的地位。對這一部分的講解主要是彌補非大地測量專業學生在該知識點上的不足。對于大部分地理信息系統和遙感專業的學生來說，接觸到的時間系統局限于北京時，坐標則為我國北京54或西安80坐標系統。在授課中，對時間系統進行了系統的描述，以恒星時和太陽時進行了分類，給出了平時間系統和瞬時時間系統的轉換關系，以及基于天文觀測的時間系統和原子時標的融合。通過這一部分的介紹，學生能對時間系統建立較為系統的認識。對坐標系統的講解類似，在講解中，同時貫穿描述坐標系統轉換中需要的轉換參數的求解，以及衛星導航定位系統在其中起到的作用，以加強學生對導航定位系統科學應用的感性認識；

3. 測量模型與觀測值組合。以衛星導航系統發射的載波和偽距信號為例，講解了衛星導航定位的基本工作原理，讓學生建立基于衛星開展導航定位的基本算法模型。通過偽距給出的簡單定位模型，引入載波相位的測量模型。結合無線電信號的傳播特征，給出了周跳和整周模糊度的概念，讓學生明確了衛星導航定位的優勢，以及需要客服的難點。基于單個衛星和測站測量模式的介紹，推廣給出了衛星和測站之間的差分組合測量模式，建立了不同組合模式具有的優缺點。同時，給出了不同頻率和不同測量類型（偽距測量和相位測量）之間的組合。通過這一部分的講解，可以讓學生建立清晰的定位的概念，同時引出問題，為后續授課做好鋪墊；

4. 誤差模型修正以及周跳和整周模糊度解算。在前面授課的基礎上，針對高精度導航定位，給出了不同類型的誤差，以及相應的模型修正。衛星導航定位中最主要的誤差源包括接收機、衛星鐘差和傳播路徑時延。結合信號傳播特征，給出了電離層和對流層的誤差影響特征以及模型修正公式，同時呼應測量值組合中消除電離層的內容，通過這種前后呼應的授課模式，加強學生對授課內容的理解和掌握。針對高精度衛星導航定位數據處理中的核心問題，周跳探測與整周模糊度修復，進行了較為細致的講解?？紤]到學生的背景，側重講解了解算方法的原理和實現方式，弱化了復雜的數學理論部分。

除了以上四個核心部分之外，還穿插安排了講座報告，進一步拓展學生的視野。教學實踐表明，基于“一點帶面、前后呼應”的原則，在授課中通過給出一個關鍵的知識要點，在此基礎上進行拓展，同時在不同授課內容中前后呼應，實現了學生對該課程的基本概念、基本原理的順利掌握，對衛星導航系統有一清晰的認識，達到了較好的教學效果。

3 授課模式改進

對非大地測量專業的學生而言，單純的基礎理論授課顯得較為枯燥，對于知

識的接受和掌握會帶來困擾?；谶@一考慮，我們在授課中采用了以下兩個方式來激發學生的學習興趣，以進一步提高教學質量。

1. 結合授課內容和學生專業背景，邀請領域專家做報告

通過邀請領域專家做專題報告，是激發學生的學習興趣，了解該領域最前沿的研究問題和研究熱點的重要途徑?？紤]到衛星導航定位系統在不同領域中的廣泛應用，我們邀請了研究南極動力學的專家，做衛星導航定位系統在南極科學中的應用的報告。該報告給出了GPS在南極Dome A地形測量和冰流速測量中的應用，以及取得的重要成果，同時給出了GPS在南極氣象、電離層、遙感影像等中的應用，有效地激發了學生的興趣。

篇6

關鍵詞：計算機圖形學；研究型教學；算法

計算機圖形學是研究如何利用計算機來顯示、生成和處理圖形的原理、方法和技術的一門學科，在計算機輔助設計制造、科學計算可視化、地理信息系統、虛擬農業等領域有著非常廣泛的應用，是計算機、地理信息系統、電子工程、機械設計等本科專業一門重要的專業基礎課，也是許多后續課程(圖像處理、模式識別、多媒體技術、虛擬現實、計算機視覺等)的基礎課程，在教學計劃中占有重要地位和作用。

培養學生的創新和實踐能力是研究型大學教育改革目標的核心。通過該課程的學習，不僅使學生能系統地獲得計算機圖形學的基本知識、必要的基礎理論和常用的圖形生成算法，同時能提高學生的綜合素質，使學生具備一定的研究和創新能力。另外，隨著近幾年信息技術在農業領域的廣泛應用，在農業遙感、地理信息系統、農作物模擬和仿真中涉及大量的計算機圖形算法和技術。因此在這門課的講授內容上增加了一些和遙感、地理信息系統、虛擬農業技術相關的圖形基礎和算法，并結合教師的研究成果和科研工作的進展，及時將其增加到教學內容中，使這門課程逐漸形成有農業特色的專業基礎課。

課程改革決不僅僅是教學內容的更新，更為重要的是學習方式、思維方式轉換以及新教育技術的應用。這需要我們從“知識型教學”轉換成為“研究型教學”，即以知識為載體，傳授本學科的方法論，注重學科發展，提升教學中學生思維能力、交流溝通能力等持久性綜合能力的培養。

1研究型教學的實施方案

研究型教學是以提高學生的綜合素質和創新研究能力為目標的。為了達到這個目標，我們從跟蹤學科前沿能力、發現問題能力、理論聯系實際能力、文獻閱讀能力等以下7個方面來綜合培養學生的能力[1]，如圖1所示。

圍繞這幾方面的能力，具體做法是強化基礎、突出實踐、重在素質、面向創新。我們主要在以下幾個方面展開了創新性的教學改革研究。

1.1像計算機工程師那樣去思考和解決問題

本課程教學理念為：“以應用為背景、以理論為主線、以算法為核心、以合理先進的教學方法為手段、以提高學習興趣和創新能力的培養為目標”。

學完這門課程，學生應掌握兩個技能并達到一個目標，兩個技能是：1)學生能編寫小規模的圖形程序(這里的小并不是貶義，只是代表你有能力做事的規模而已)；2)掌握的第二個技能是有能力來理解別人編寫的程序。因此要能寫、能讀程序。

最終的目的是開啟學生從其他領域中提煉概述，并研究出如何將其轉入計算機圖形領域的能力。通過圖形學算法的提出背景以及發現、發展和完善過程的講解，對學生的思維進行訓練，提高學生面向問題的求解能力，培養學生的科研素質。

在教材的選取上，不局限于一本教材[2-4]，而是選用國內較有影響的幾本教材作為參考書。注重基本原理和概念的講解。因為圖形技術的發展日新月異，新的技術和算法層出不窮，學生學習的技術幾年后可能會過時，但基本的原理和概念是長期不變的。

1.2突出講授圖形算法中蘊含的思想

計算機圖形學課程的主要內容就是講授圖形生成、顯示、處理的算法。那么，一個普通、常規的圖形算法是如何通過改進和完善變成一個優秀算法的？

算法分析是一種理論研究，是關于計算機程序性能和資源利用的研究，重點是性能。我們是在學習如何計算機程序運行的更快。算法還涉及到其它資源，但我們的關注點主要還是在性能上。

例如，直線生成算法是計算機圖形學較底層的一個算法。該算法的性能嚴重決定著圖形生成的效率。因為當完成一個動畫算法或真實感圖形算法時，直線算法可能被幾十萬、上百萬次地反復調用，因此這種算法要求效率要高。在加、減、乘除、開方、三角函數等運算中，加法是最快的運算，其中整數加法又快于浮點加法。因此像畫直線這種底層算法，能夠減少一個乘法都是一個了不起的事情。

從講授通過直線方程的畫線算法到數值微分(DDA)算法、再到中點畫線算法，最后到Bresenham算法。一步步給學生展示了一個開始需要一個乘法和一個加法的普通直線算法，是如何通過改進和完善其性能，把乘法演變一個浮點運算加法，又把浮點加法變成整數加法的一個精彩過程。計算機科學問題的核心就是算法。

學術大師們在提出、改進和完善算法的過程中所體現出來的一些閃光的思想正是我們所要深刻認識和領會的。什么是創新？這些閃光的思想就是真正的創新！

在講授其他一些圖形算法如多邊形的掃描轉換和區域填充、裁剪算法、消隱算法等時，并不強調學生掌握和實現算法的具體細節，更重要的是闡述這些算法所蘊涵的一些創新思想，像增量思想、編碼思想、圖形連貫性思想、分而治之思想等。這些思想不僅用在圖形學算法中，而且還用在了數據挖掘、人工智能等領域。

1.3算法講解與程序演示相結合

計算機圖形學課程具有很強的實踐性，上機編程實驗是其重要環節，基本目標是將學生的計算機操作能力、分析能力、設計能力與編程實踐結合起來，引導學生由淺入深地掌握計算機圖形學基本理論和算法。

為了讓枯燥的算法講解變得生動起來，作者在教學手段上充分發揮圖形學自身特點，將許多算法的原理用Flash做成動畫片嵌入到教學幻燈片中，采用生動形象的動畫算法講解，使學生對抽象的圖形學算法不僅有一個直觀的了解，而且還調節了課堂氣氛。許多同學在看過演示之后，不僅對算法有了更為深入的了解，還紛紛躍躍欲試，想要做出更好的程序來，這極大地激發了學生自己動手編程實踐的欲望。這些課件對于提高學習興趣、增強算法的理解性具有很大的作用。

我們安排了8～10個上機編程實驗，內容包括畫直線圓弧算法、區域填充算法、編碼裁剪和梁友棟裁剪算法、二維、三維變換算法、透視變換算法、Bezier曲線算法、B樣條算法和簡單光照模型的實現。學生通過這些算法的編程實現并改進一些重要算法， 既可以增強對算法本身的理解，也可感受編程的樂趣。

2教學與科研相結合

2.1教師科研與教學相結合

科研是提高課程教學質量的源動力。將科研成果引入教學，一方面豐富了教學內容，提高了學生的學習興趣；另一方面，也培養了學生的科研創新能力。

我們主持和參與的國家科技基礎條件平臺中國數字科技館項目“虛擬農場體驗區”、科技支撐項目 “面向農民科技培訓的人機交互式三維可視化平臺研究”、虛擬農場等課題中都使用到了圖形算法和技術，通過課題引導學生將圖形學中的各類知識集成到引擎中，面向二次開發和快速開發，大大提高了學生對圖形學技術的理解和實踐動手能力。

2.2教學與專業文獻閱讀相結合

一門學科的內容終歸是不可能全部在課堂上講授完的，以“授人以漁”為己任的教師也沒有必要這樣做。在網絡時代沒有絕對的老師，所有老師必須成為學生。同樣，在網絡時代也沒有絕對的學生，所有的學生必須學會做自己的老師。

為了培養學生研究創新的能力，除了把教師自己的科研成果介紹給學生，更重要的是培養學生跟蹤學科前沿的文獻檢索、文獻閱讀與文獻綜述能力。

基于期刊的影響力和SCI影響因子等標準，我們選擇國內外一流期刊20余種，國內期刊如《計算機輔助設計與圖形學學報》、《地理學報》、《計算機圖形圖像學報》等；國外期刊如《Computer Graphics》、《IEEE Computer Graphics and Application》、《International Journal of Geographical Information Science》等。相對來說，這些權威的期刊發表的文章基本上都是高質量的文章。除了從這些期刊里選出一些和計算機圖形學算法有關的高質量文獻以外，還搜集一些有關計算機圖形經典算法的經典文獻，主要是一些具有里程碑式的文獻！這些經典的文獻猶如文學界的世界名著，長久不衰，他們的貢獻直到今天都無可忽略！最新文獻猶如現代流行小說，要與時俱進，了解計算機圖形學領域的一些最新進展。

要求每個學生在這門課程的學習期間，能夠閱讀至少2～3篇中文文獻和1～2篇英文文獻(既閱讀世界名著，也要瀏覽現代流行小說)。這樣既提高了學生的英語閱讀能力，了解該領域的熱點和前沿進展，又使得學生能領會大師們的研究思路、邏輯推論和技術方法。

通過兩屆學生的實驗，教學取得了良好的效果。盡管他們只是大二的學生，但已經有幾位學生對教科書上的一些經典算法在性能上做了進一步的改進，提高了算法的效率，撰寫的幾篇學術論文被國內外學術會議錄用。

3結語

在研究型課程教學中，教師的作用發生了變化：教師不再是“講臺上的圣人”，而更多地起“場外教練”的作用[5]；他們不僅僅傳授知識，而是遵循認知規律，以學生為中心，設計教學過程、提供教學資源、提供學習建議，對整個學習過程進行控制，包括在關鍵環節上對學生進行啟發、激勵、引導和指導。教師的戰略目標都是為了幫助學生們能像一個計算機科學家一樣去思考。換句話說，希望賦予學生一種能力，讓學生可以用計算機做他想做的任何事。

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Research Teaching of Computer Graphics for Undergraduate Students in Agricultural Universities

ZHAO Ming

(College of Information and Electrical Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)

篇7

關鍵詞：地籍管理；教學；改革

1.引言

地籍管理是土地管理的基礎工作，為土地的權屬管理、利用管理和市場管理提供有關土地的數量、質量、權屬和利用狀況的基本信息以及通過土地登記工作，提供土地權屬的法律憑證[1]?！暗丶芾怼闭n程是介于社會科學和自然科學之間的、理論和實務相結合的一門課程，兼具理論性、實踐性和操作性[2]。

2.“地籍管理”課程特點

“地籍管理”具有鮮明的課程特色，主要表現在以下三個方面：

第一 課程內容豐富

“地籍管理”作為土地管理專業的學科專業課程之一，要求學生通過該課程的學習對目前我國地籍管理的基本理論、管理機構、采用方法和具體包含的內容等有比較全面的了解與認知，并通過實踐教學掌握土地調查、土地登記、統計、土地數據庫管理等具體工作的實際操作技能。

“地籍管理”課程內容包括地籍理論及歷史沿革、土地調查、土地利用動態監測、土地登記、土地統計、地籍檔案管理、地籍管理信息系統等內容。在上述內容中，地籍理論及發展、土地登記、土地統計、地籍檔案管理四部分內容偏重于“管理”的性質，土地調查、土地利用動態監測、地籍管理信息系統三部分內容偏重于“工科”?！暗丶芾怼钡膬热荻喽铱缭酱螅碚撔耘c應用性都很強。

第二 涉及相關學科廣

“地籍管理”課程不僅教學內容豐富，涉及面也很廣，具有明顯的交叉學科特點。課程與土地資源學、測量學、地理信息系統與遙感、土壤學、土地法學、統計學等多學科知識有交叉。它既以這些相關學科內容為基礎，又是這些學科在地籍領域的應用，教學中既要求學生初步掌握相關基礎知識，也要求教師對涉及學科的知識熟練掌握并對前沿動態有所了解，從而在教學中以“地籍管理”課程為主線，完成各個學科之間的知識銜接，使學生在課程學習后對已經學習的相關學科知識有進一步理解，而且對未學習的相關學科知識有初步認識。因此，在“地籍管理”課程教學中要對一些與課程聯系比較緊密的經典概念進行講解和比較，同時避免與交叉學科教學內容的重復。

第三 實踐性強

“地籍管理”是國土部門的具體管理內容，實際應用性很強。課程內容中的的土地利用現狀調查、地籍調查、土地利用動態監測、土地登記、地籍管理信息系統等的實踐性尤為突出，在掌握相關知識理論的同時必須具有豐富的實際操作經驗，這樣才能達到課程教學的目標。此外，目前我國開展不動產統一登記制度，地籍信息化的方面的工作也在穩步推進，國土管理部門和相關的社會企事業單位更加傾向于具有“地籍管理”工科背景的應用性、實踐性的畢業生。因此，“地籍管理”對于土地資源管理專業來講，是一門實踐性非常強的專業主干課程，培養學生分析問題和解決實際問題的能力。

3.教學內容的改革

（1）地籍管理課程內容與多門專業課交叉重復，需要從整個專業角度對課程內容進行調整

針對課程內容的交叉性，需從整個教研室的角度進行集體備課，針對相同內容進行統一的梳理。例如：在《土地管理學概論》課程中主要介紹地籍及地籍管理體系的基本概念和框架，在《地籍管理》中則重點講述和培訓開展各項地籍管理工作內容和方法；土地調查內容在《土地資源學》中略講而在《地籍管理》重點講；土地產權制度在《土地經濟學》和《土地法學》中已經提及，在《地籍管理》中不再詳細解釋各種權利的概念和特征，而是側重于如何確權；土地分等定級估價一章在《地籍管理》中不講，放在《不動產估價》中講，但要說明土地分等定級估價也是地籍管理工作內容之一，土地登記內容中包含有土地分等定級估價的成果。地籍調查內容在《地籍管理》中重點放在權屬調查和地籍測量的內容和流程上，而地籍測量的細節內容則放在“測量學”課程中。遙感基礎已在《地理信息系統與遙感》中講授，《地籍管理》重點講“土地遙感動態監測”在縣級土地部門進行的實地核查工作。

（2）教材內容更新滯后，教輔資料少，需要不斷完善

課程選用的教材是由中國人民大學出版社2011年出版的《地籍管理（第五版）》，該教材為‘十一五’國家級規劃教材”，代表了國內《地籍管理》課程教材的最新、最高水平。但由于國家對地籍管理工作的任務和要求在不斷地變化，教材的內容難免會落后或過時，需要對內容進行不斷調整的補充。比如國家最新的政策、《土地調查條例》、年度土地變更調查與遙感監測實施方案以及新執行的不動產統一登記以及農村統一的確權登記工作等。要求地籍管理學課程內容及時更新，能夠反映出本學科發展的進展和前沿，讓學生對地籍管理的最新趨勢有深入的了解。

（3）課程內容涉及多領域的理論與技術，對教師要求較高

《地籍管理》課程涉及產權經濟學理論、土地法學理論、行政管理學理論、土地測量學理論、管理信息系統理論和統計學理論等，內容與土地資源學、測量學、遙感、地理信息系統、土壤學、土地法學、統計學等多學科知識有交集，涵蓋管理、經濟、法律和“3S”技術等領域。因此要求教師掌握相關的基礎理論和技術，了解學科及行業的前沿動態，不斷及時更新補充教學內容，讓學生了解地籍管理的發展趨勢和實際應用，培養他們分析問題和解決問題的能力。

4結語

地籍管理”是土地管理學專業的專業基礎課，具有很強的理論性與實踐性，教學存在一定的難度，這就要求在教學中對教學內容進行不斷的完善與補充，達到課程教學的目的。

參考文獻：

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關鍵詞：GIS 地理信息系統 中學地理 地理教學 地圖 空間分析 輔助教學

1、 引言

作為一名中學地理教師，要想教好地理課，首先自己要有豐富的地理知識，在具有了豐富的地理知識之后還要會靈活運用各種地理教學方法。這兩方面能力具備之后，如果還具有GIS知識背景，并且能靈活運用GIS來輔助地理教學，這樣于老師于學生才能達到最佳的教學效果。GIS具有的強大的輔助地理教學功能是以往任何教學手段所不能比擬的，將GIS應用于地理教學，尤其是用于中學地理課堂教學是地理教學發展的必然。

2、 中學地理學科的教學內容及特點

過去我國的地理學科一直仿照蘇聯的體系，較側重地理學的自然屬性。目前地理課程標準將地理課程納入“社會科學學習領域”，但是地理仍然被作為一門獨立的課程設置，在初中階段，總共開設86課時地理課，主要內容有地圖、景觀、世界、中國、省區、鄉土地理等；在高中階段，開設102課時必修的基礎型課程，主要內容有自然地理、人文地理、區域可持續發展和選修的拓展型課程。由此可以看出，我國的中學地理同時具有社會科學和自然科學兩種屬性，體現了文理交叉的特點。

中學地理教學牽涉到方方面面的內容，都是以一定地理空間位置為基礎的。地域空間性是地理學科的核心內涵之一，也是地理學科區別于其他學科的最本質特性。地理學本身具有明顯的綜合性、地域性、開放性、實踐性等特點，但是一直以來，很多人不了解地理學科的特點，以為地理就是地名加物產，在地理學習過程中往往重記憶，輕理解，強化死記硬背，不注重理性思考和推理，從而導致學生在學習過程中常常會遇到很多困難，甚至有時無從下手，久而久之產生了厭學情緒。

3、 GIS在中學地理教學中的作用

3.1對教師課堂教學的作用

本文主要從以下教學事例來說明GIS對課堂教學的作用

（一）GIS 的地圖功能

地理教學中，利用ArcMap對地圖的操作、簡單查詢和分析，可以實現輔助講授特定教學內容。如通過地圖圖層的操作、顯示能直觀地顯示地理信息，表達地理要素的空間分布狀態、要素間因果關系等，達到輔助教學的目標。

（二） GIS 空間分析功能

1、GIS 空間分析在經濟地理學教學中的應用。在進行工業區位選擇和工業布局教學時可充分利用地理信息系統的空間信息處理能力，引導學生將影響工業布局的各因素進行綜合處理，利用地理信息系統支持下的空間分析工具，通過緩沖區分析、疊置分析和權重分析等操作，建立具體的最優場址選擇模型，讓學生通過動態地尋求工業布局的最優化方案，不但掌握了工業布局選擇的主要理論因素，同時掌握了實際選擇的方法。

2、GIS 空間可視化功能在城市地理學教學中的應用。在課堂教學中，應用教學掛圖時經常會出現這樣的問題，由于教學掛圖的比例尺是固定的，所以，照顧全局就照顧不到局部，并且信息表達能力有限。

3、GIS 的網絡分析功能在交通運輸業中的應用。包括主要鐵路干線的認識、空間分布，利用其網絡分析功能，實現最短路徑分析等最短路徑不僅指一般意義上的最短，還可以是時間最短、費用最少、線路利用率最高等標準。

（三） GIS 三維動態模擬功能

具有多層次數據結構、多時相、多數據源、時空相、結合定性與定量相結合的GIS 可實現從感官、計量和邏輯上對顯示空間進行模擬，對中學地理教材中地球的運動、天體的變化和運動等知識，如地殼的變動，褶皺、斷裂的形成，地球的運動，大氣環流的形成，氣壓帶和風帶的季節移動，洋流的移動等各類信息變化、自然過程的演變進行仿真、三維動態模擬，把動態的變化過程設計成三維動畫的形式，復雜的變化過程就清晰地展現在學生面前了，學生經過分析、觀察很容易理解和掌握，從而達到其他教學手段難以達到的教學效果。

（四） GIS 地形分析功能

平面地圖缺乏對山峰、山谷、山脊、鞍部與陡崖等概念的直觀形象的可視化表達，不易明察。利用GIS 的數字高程模型創建模塊，通過先繪制二維等高線并賦予高程值，再創建三角網，進而建立數字高程模型，并進行可視化表達處理，便可展示出一座山體，直觀地觀察山峰、山谷、山脊、鞍部、陡崖等多種地形。這種教學明顯調動了學生學習的積極性，加深了學生對地形特征的理解，讓學生有身臨其境之感。

3.2對學生課外練習的作用

課后練習模塊面向的對象是學生，旨在鍛煉他們操作G巧的基本技能，主要包括以下幾個方面：

1.專題圖制作

專題圖制作是將地理數據的數量、結構等特征，以直方圖、餅狀圖的方式形象地表現在地圖上，因此該模塊中應該包含分級符號法、散點圖法、分層設色法、統計圖表法等專題圖制作工具。

2.空間分析

空間分析主要通過空間數據和空間模型的聯合分析來挖掘空間目標的潛在信自，通過將地理空間目標劃分為點、線、面不同的類型，可以獲得這些不同類型目標的形態結構。將空間目標的空間數據和屬性數據結合起來，可以進行許多特定任務的空間計算與分析。空間分析包括疊加分析，緩沖區分析，地統計分析，網絡分析等主要功能。

3.地理小游戲

這一功能，旨在通過游戲的方式幫助學生復習鞏固地理知識，使得地理學習充滿趣味性，讓學習地理知識的1司時，增加學生的學習熱情。

當然以上功能的實現要建立在教師熟悉GIS軟件操作的基礎之上，教師會了才能教給學生，可能因為教師知識背景的原因，并不是每個教師都能熟練掌握GIS軟件的操作。但是如果將教師們組織起來培訓之后再教給學生，對于教師和學生來說都能起到事半功倍的教學作用。

4、結語

目前，雖然GIS在輔助教學方面的應用還不是很廣泛，但是隨著社會經濟的發展，GIS技術不斷普及，全民的GIS素養都將不斷提高，這些都會使得GIS輔助中學地理教學具有很大的可行性。本文從實際出發探討如何將GIS技術對中學地理教學的作用提出了自己的觀點。

參考文獻

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篇9

【關鍵詞】高中地理教學；學生；讀圖能力；培養

《周禮·地官·土訓》：“掌道地圖，以詔地事?！钡貓D，是根據一定的數學法則，將地表圖形在二維或者三維介質上的精練描繪，是地理信息濃縮而直觀的表達形式。地圖，可以將零散的地理信息系統、直觀地歸納在一個整體之中，可以清晰地呈現出相關信息的規律性、聯系性和總體特征，并容易被學生接受。學生讀圖能力的強弱，直接關系地理學習的成敗。所以在高中地理教學中，對學生進行讀圖能力的培養至關重要。

一、地圖的特征

根據不同的分類，地圖可以分為：世界地圖、國家地圖；自然區域圖、經濟區域圖；平面地圖、立體地圖、數字地圖等等。不論是怎樣的地圖，都有一定的數學法則，經過高度概括，利用一系列的符號系統表現大量的地理信息。因為地圖的直觀性，可以培養學生的形象思維能力，比如注意力和觀察力；因為地圖的概括性，可以培養學生的抽象思維能力，比如判斷力、思考力、記憶力。在培養學生讀圖能力的過程中，也要注意形象思維培養與抽象思維培養相結合、圖文相結合，也可以讓學生了解一些地理地圖的制圖過程，從而讓學生對地圖的學習從簡單的識記，上升到領會、運用。

二、高中生讀圖能力現狀分析

一是畏難心理嚴重。高中地理學習更加深入，涉及到的內容更加豐富，學生看到圖例繁多、內容較陌生的地圖，或者新圖、變圖時，感覺到需識記的概念、符號太多，就覺得太難，耐不住性子仔細觀察、尋找規律、理清頭緒，陷入惡性循環之中。

二是個人性格的影響。男生一般比女生更容易找到信心，建立興趣，愛好旅游、向往異域風情，日常生活中有過讀圖經驗的學生更加容易對讀圖產生興趣。

三是學習能力的影響。人的思維方式有區別，不同的學生有不同的特長，觀察力、思維能力的差別也直接對讀圖能力產生影響。有的學生能夠迅速在復雜的地圖中找到讀圖方法，有的則只能看懂老師教過的地圖，稍加變化就無從下手了。

四是教師教學方式的影響。每個地理老師都有不同的教學方法、人格魅力，在教學中對于相關知識的不同強調，對于地圖的利用和對于學生讀圖能力的訓練、習慣的培養，都會直接影響到學生的讀圖能力。平時注重學生讀圖能力培養的班級，學生會對讀圖產生更濃厚的興趣，遇到較復雜的圖表時，也表現出更強的自信心。

三、高中學生讀圖能力的培養

首先是掌握地圖的基本特征，增進學生對地圖的感性認識。地理書上的圖像種類很多，主要有地理地圖、統計圖、示意圖、景觀圖。其中的地圖不同于統一圖、景觀圖等，要讓學生理解它嚴格法則、高度概括、符號表現、承載信息的特征，從而建立起基本的地圖概念，通過對不同形式、不同難易程度的地圖的閱讀，樹立起感性認識，從而為基本讀圖能力的培養打下基礎。

其次是加強基本名詞、典型概念、符號系統的識記和理解。地理學習中有很多的基本名詞和典型概念，雖然離現實生活很近，但是比較抽象，容易遺忘、混淆，需要學生對其進行加強識記和理解。比如氣候和天氣、高氣壓和低氣壓、地方時、北京時間、區時、時區、國際標準時間、震級和烈度等等名詞，內陸氣候、海洋氣候、水系特征、水文特征等基本概念，是讀圖的基礎，需要學生識記、領會。地圖中的符號系統往往承載著地理信息，對于這些符號的掌握，是讀圖的基本要求。比如等高線圖形、設色地形圖中海拔高度、地形特征、植被分布、人口密度等表現方式。

再次是從易到難，從典型到變化，注意學生自信心的培養。根據學習的規律，人對于知識、能力的掌握總是從易到難、循序漸進的，讀圖能力的培養也不例外。先從簡單、直觀、典型、涵括內容較少的地圖開始，讓學生掌握后，再過渡到復雜、非典型、涵括內容較多的地圖。老師教學的方法，也從詳細講解、具體指導漸漸過渡到讓學生自己總結、歸納。

最后是運用歸納，建立知識結構體系。從識記、領會到歸納，學生對于知識的掌握程度也在逐步提高?？梢酝ㄟ^讀新圖、填圖、畫圖的方式，進行讀圖能力的鞏固；可以通過概念地圖的學習、地理知識的總結，建立起完整的知識結構體系，將所有的地理信息囊括在結構體系里，并以此為索引，進行全面復習、加強。

四、結語

總之，高中地理教學中培養學生的讀圖能力具有十分重要的意義。作為地理教師，我們應充分掌握并了解學生的讀圖能力與水平，采取針對性的措施進行系統、專業的培訓，為培養更多人才而不懈努力。

【參考文獻】

[1]楊春玲.淺談地理教學中讀圖能力的培養[J].新課程(教師)，2010，（09）

篇10

關鍵詞：多源空間數據；GML；集成

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)13-2959-03

Research of Integration Mode for Multi-source Spatial Data Based on GML

LU Lei-yue ,GUAN Ji-hong

(School of Electronics and Information, Tongji University, Shanghai 201804, China)

Abstract: To solve the problem of integration of the multi-source spatial data, this paper introduced the research of integration mode of the different formats. Based on that, the author putted forward to a data integration framework for multi-source spatial data based on GML(Geography Markup Language). Then the author described a GML mode matching algorithm, and above all had a conclusion.

Key word: multi-source spatial data; GML; integration

近年來，隨著GIS特別是WebGIS的快速發展與廣泛應用，人們對地理信息資源的需求增加越來越快，但是大部分的GIS產品都有自己專用的數據格式，很難實現整個GIS系統集成以便于空間信息的共享和互操作。為了改變當前GIS應用與內部數據模型以及數據格式緊密捆綁的現狀，開放式地理信息系統協會（ODC）推出了基于XML的地理標記語言，即GML(Geography Markup Lan? guage)，用于地理信息的編碼、傳輸、存儲和。目前GML已成為Internet上地理信息表示事實上的國際標準，廣泛應用于Web和分布式地理信息系統中交換和集成空間數據。

1多源空間數據集成模式

目前對于不同格式的空間數據集成主要采取以下三種模式：

1.1數據格式轉換模式

數據格式轉換模式是指通過某種特定的轉換程序將各種異構數據轉換成一種數據格式，并將轉換后的數據復制到當前系統中。但這種模式也存在缺點，因為它首先需要將異構數據統一起來，這就使得數據間缺少了獨立性，而且因為沒有統一的描述方法，容易導致異構數據轉換后空間數據的信息丟失[1]，這樣就會給以后使用這些數據構成隱患；另外由于一般空間數據量比較巨大，所以要集中這樣的海量數據就顯得非常困難。

1.2數據互操作模式

數據互操作是指空間數據能夠在異構數據庫和分布計算的情況下交換、理解，不同GIS之間可以直接交互，透明地訪問需要的信息[2]。該模式是由OGC (OpenGIS Consortium)制定的規范。數據互操作為多源數據共享與集成提供了嶄新的思路，但是它更多地采用了OpenGIS協議的空間數據服務軟件和客戶軟件，對于其它的大量非OpenGIS標準的空間數據格式的處理缺少統一的規范[3]。

1.3直接數據訪問模式

直接數據訪問模式是指在一個空間信息軟件中直接訪問其他軟件的數據格式，并且用戶可以在該軟件中讀寫多種數據格式。這種模式的優點是不但沒有了復雜的格式轉換，而且因為訪問是發生在一個空間信息軟件中，所以就不需要用戶擁有主機軟件，更不需要運行該軟件。這種模式無疑更省人力和財力，但是實現起來對于技術要求相對高一些。

2 GML數據集成研究現狀

GML(Geography Markup Language)，是開放式地理信息系統協會(OGC)于1999年提出的，在日趨發展的網絡環境下，它的提出正是為了成為其中地理數據的一種通用接口，它符合空間數據集成模式中的第二種即數據互操作模式［4］。使用GML對多元異構地理空間數據集成，可以很好的避免以往網絡語言描述復雜的空間信息的巨大缺點，因為它對地理空間數據的描述擁有統一的數據格式，從而能夠更輕松的便于數據集成。

在國內，對于GML日新月異的發展，也早就已經引起了包括復旦大學、同濟大學、武漢大學等眾多知名高校學者的重視。武漢大學和國家基礎地理信息中心已經開始制定GML國家標準。周水庚課題組早在2003年就提出了一種新穎的方法，用于將GML文檔自動轉換到SVG文檔，在ACM-GIS 2003[5]。從跨入21世紀以來，關佶紅課題組就研究了基于GML和SVG的空間信息集成和、GML模式匹配、GML存儲機制和查詢處理以及壓縮算法等[6-9]。

同時國內外眾多學者對基于GML的空間數據集成也進行了大量的研究。Rancourt et al. (2001)將GML與先前所定義的空間標準進行比較，得出GML能有效的滿足空間數據交換標準的要求的結論，并預測GML將在行業應用中占據主導地位[10]。曠建中等(2005)采用設計模式方法和GML技術設計多源空間數據集成模型，將數據源通過轉換函數生成的GML文檔，利用合成器合成GML文檔，同時保存到GML數據庫，實現多個系統的數據集成，為實現多源空間數據集成提供了一個切實可行的方案[11]。鄔群勇等（2005）在分析GML數據格式和幾何特征基礎上，提出一個基于GML的空間數據動態集成框架，探討了數據動態集成過程，并以福建省漳浦縣綏安鎮的林業數據為樣本，進行了動態集成應用示范[12]。江衛東等（2007）描述了一個基于GML數據互操作模式的多源異構空間數據集成模型，并分析了該模型的運行機制和關鍵技術[13]，劉占偉等（2007）提出了一個基于GML的多源異構空間數據集成模型，實現了空間數據向GML文檔的轉換，使用網絡服務器技術，在.NET平臺上設計實現了該系統，從而實現了基于GML的空間數據集成，而且通過SVG技術實現了數據可視化[14]。

但是，目前的研究工作還遠不夠系統和深入，實際集成應用方案較少,所提出的一些技術和算法還不能滿足海量GML空間數據處理和管理的實際應用需要。因此，還需要進行進一步的研究，探索新的技術方案，開發更有效的算法。

3基于GML的空間數據集成框架

本文借鑒已有的研究成果提出一種基于GML的多源空間數據集成邏輯框架圖（如圖1），并且通過使用GML技術來實現異構空間數據的集成與互操作。然而多源空間數據因為來自不同的服務器，每份數據可能擁有各自的數據類型。

圖1空間數據集成邏輯框架

1）空間數據建立的輸入數據結構由于各自的物理結構不同，而且它們的儲存方式也不一樣，根據這樣的多樣性數據結構建立其應用模式。

2）基于GML的輸出數據結構的語法、結構和編碼模式建立模式轉換規則，該規則規定了輸入異構的空間數據結構應用模式如何轉換成GML Schema。轉換模塊必須根據模式轉換規則對實例模型進行轉換，建立基于輸出數據結構Schema的GML數據文檔，并具有對數據進行編碼和解碼的能力。

3）雖然來自不同數據源的空間數據都已經轉換成了GML數據文檔，但不同用戶的應用模式間可能存在各種語義或結構上的異構，在空間信息集成中造成歧義和困難。很多情況下，有相同概念的模式在結構和命名上都存在著差異；有些模式有相似的數據模型但包含不同的內容，或是用相同的詞表達不同的意義。這就需要進行模式匹配了，它的功能是通過兩個模式的相關元素間的匹配關系，來找出這兩個模式的元素間的映射關系和集成后的模式。

4 GML模式匹配

模式匹配的目的是為了達到數據集成，而數據集成又是以模式匹配為前提。模式匹配就是指通過一定的算法，把兩個模式的所有相關元素進行一一映射，經過一定的分析和對彼此元素的相似度來最終確定模式的元素間的映射關系。

GML模式匹配的基本過程是首先對文檔進行數據分析，因為GML文件是遵守XML語法的，可以使用基于樹的XML解析器；然后就是通過解析器提取模式文件節點生成GML模式樹，生成模式樹后，就可以設定算法，對兩個模式進行匹配了。在匹配的過程中，最關鍵的就是確定兩個元素的相似度，而元素間的相似度主要表現為語義相似度和結構相似度。用戶可以根據具體情況設置一個最小相似度值，即閾值，只有兩個元素的相似度值高于這一閾值weight，才進行匹配。

下面是該算法的描述：

MATCH（模式樹t1，模式樹t2）

{設置閾值weight；//0

設置葉節點的結構相似度s；

For each e1為t1的葉子

{后序遍歷t1；后序遍歷t2；

for each e2為t2的葉子

{計算兩個葉節點的相似度值s；

If（s>weight）這兩個節點可以進行匹配，生成映射關系；

Else退出；

}

}

返回映射關系；

}

如上可知算法中輸入為兩個樹狀結構的GML模式，輸出為一個關于兩模式間相關元素的映射關系。其中，tree1和tree2分別表示輸入的GML模式樹1和GML模式樹2，t1和t2為模式1和模式2中的元素，tree1’和tree2’是分別對tree1和tree2進行后序遍歷得到的結果。

在算法中，核心參數是確定兩個樹節點的相似度。在進行匹配時，對樹采用后序遍歷，并且相似度只確定一次以避免在匹配的過程中產生多對多的關系。當被比較的不是葉節點時，通過比較這兩個節點的子節點相似度來確定它們的的相似度，即用其所有的子節點的相似度除以所有的子節點數。葉節點的結構相似度為零。

為了正確的確定兩個schema樹中的各個非葉節點的結構相似度，在對非葉節點進行匹配前，首先要對葉節點進行匹配，令son(e1)和son (e2)分別代表以e1和e2為根節點的子樹上的節點的集合，s (a,b)為其中一個模式中的節點a與另一模式中節點b相似度，則有如下公式（1）：

當然最后確定了語義和結構相似度后，需要對兩者進行加權求和來獲得一個最終相似度，而這個權值由用戶自己根據具體情況來確定。

兩個模式匹配結束后，可以通過匹配算法生成的映射關系，即模式間元素一一對應的關系來生成集成的模式。

5結束語

GML作為一種OGC開發的基于XML的地理信息編碼標準，使用GML來作為多源異構數據的描述格式，并通過使多源空間數據模式轉換為統一數據格式來實現標準化數據層次集成，有利于空間信息充分共享和系統互操作。可是由于GML數據可能來自不同的數據源，導致它們的模式也可能不同，因此模式匹配是GML空間信息集成面臨的最嚴重的挑戰，如何能夠更進一步的改進模式匹配算法從而簡化集成過程，還需進一步的研究。

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