面向应用的地理信息系统实验设计

【摘 要】应用地理信息系统是未来地理信息系统发展的重要方向.本文分析了地理信息系统实验课程设计现状,指出开展应用地理信息系统实验设计研究很必要.并依据应用地理信息系统的需求,从地理信息系统的应用领域分析,软件平台选择与安装,数据校正配准、采集编辑、空间查询分析,地理数据库的构建,专题图的制作以及综合应用案例设计等方面设计了应用地理信息系统实验体系.

【关 键 词】地理信息系统；应用；实验设计

1研究背景

地理信息系统是一门综合性的技术,它涉及到地理学、测绘学、计算机科学与技术、规划管理等许多学科；在地理信息系统中,现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象[1-2].从上世纪60年代初,加拿大建成世界上第一个GIS,地理信息系统作为一个新兴的科学与技术,已经兴起与快速发展了50多年,在理论方法技术等方面取得了巨大的成就,应用领域也得到了极大的拓展[3-4].

新世纪,各行业都在飞速的发展,GIS将朝向何方发展?关于地理信息未来的发展趋势,国务院总理李克强,2011年5月23日在中国测绘创新基地座谈会时指出,测绘地理信息是战略性新兴产业和生产型怎么写作业的重要结合点,要着力强化测绘地理信息怎么写作,大力促进地理信息产业发展；中国科学院、中国工程院院士李德仁教授在2012高校GIS论坛上指出,地理信息未来将面向怎么写作发展,走向共享与智能怎么写作；中国科学院院士、香港大学叶嘉安教授,在2012中国地理信息产业大会第七届海峡两岸GIS研讨会上的指出,GIS目前在民间的应用相对来说还不够,地理信息与人的生活息息相关,所以要建立一个为人民怎么写作、大众参与的地理信息系统[4-6].当前地理信息系统的发展,技术理论方法已经很成熟,GIS已成为一种工具,GIS的发展,重点已经转向了应用,其应用不仅仅局限在测绘地理等领域,而是已扩大到社会中的方方面面,GIS应用迎来了春天.

2应用地理信息系统实验设计研究的必要性

GIS的快速可持续发展,离不开人才,高校作为人才培养的重要基地,据不完全统计,全国有超过140个本科院校开设有GIS专业[7].GIS作为一门技术性很强的专业,GIS实验在GIS课程体系中占有很重要的位置.GIS实验课,一方面它是其它专业课程的基础,众多GIS专业课中的概念需要在GIS实验实现；另一方面,它又是其它专业课程专业知识深化的载体,在专业理论学习之后,通过GIS实验,可以将课堂中学习的理论,应用于实践.

当前已有多个学者对GIS实验课教学进行了研究.从GIS软件平台方面,钟广锐基于SuperMapDeskpro,柯丽娜基于ArcGIS,设计了地理信息系统实验内容[7-8].从不同专业课程特点方面,金宝石针对地理科学专业,陈建针对资源环境与城乡规划管理专业,唐桂文等针对测绘工程专业,设计了地理信息系统实验体系[9-11].从教学改革方面,邓美容等提出了该校GIS专业实验教学改革方案；李天文等提出了GIS专业板块式教学体系的新模式；田雨等建立了从实验预习到技能考核的实验考核体系[12-14].

当前对GIS实验设计的研究,主要基于不同的软件平台,不同专业以及教学改革等方面展开了研究,地理信息系统应用是当前GIS发展的焦点方向,但针对应用地理信息系统实验设计却鲜有研究；地理信息系统应用涉及内容广泛,多学科交叉、多技术集成,已有的实验设计体系已经不能满足应用地理信息系统实验教学的需要,因此开展应用地理信息系统实验设计研究很重要.

3面向应用的地理信息系统实验设计

依据应用地理信息系统的对人才培养的需求,这里从八个方面对应用地理信息系统实验进行了设计.

3.1地理信息系统应用领域分析

应用地理信息系统实验,主要目的是培养学生应用地理信息系统的能力,但是由于地理信息系统实验也是一门承上启下的课程,学生在实验课开课前对地理信息系统应用的方向了解有限,故在开设实验课时,首先要向学生介绍地理信息系统的应用领域,一方面让学生对地理信息系统能做什么有一些大概的了解；另一方面,还可以激发学生学习的兴趣与动力.在过去的几十年中,已广泛应用于多个部门.可以有针对的选择一些部门应用的案例,分析地理信息系统的应用领域.

3.2软件平台选择与安装

当前各个国家和部门开发了多种不同类型的地理信息系统软件.在此阶段,实验可以依据本专业培养的特点以及所具有的实验条件,选择合适的软件平台.向学生讲述软件平台的工作环境与安装方法,使学生不仅在课堂上能进行学习,在课余也可以进一步的巩固学习；此外,可以向学生讲授各个软件的优缺点,使学生在以后的应用中能根据自己的需要进行更多的选择.

3.3数据校正配准

空间位置参考信息是地理数据的必备的基本要素之一,是对地理数据进行空间处理分析的基础.此阶段实验内容可以向学生讲述地图投影的原理与方法,以及在软件中如何进行投影设置与投影变化操作.配准方面,可以设计矢量配准栅格,栅格配准矢量,矢量与栅格数据对其它类型数据的配准等实验,以强化学生对配准方法的掌握.

3.4数据采集与编辑

数据是地理信息系统的重要内容,也是其灵魂和生命.数据采集的实验内容可设计为以点、线、面文件等类型文件,完成对扫描的地图、卫星遥感影像以及其它格式数据中感兴趣要素信息的采集.数据编辑的实验内容可设计为在采集数据过程中,对各类型文件的新建、删除、移动、分割、合并等操作.通过数据采集与编辑实验,是学生掌握地理要素信息获取的基本方法.

3.5地理数据库构建

地理数据库是研究区域内一定地理要素特征的数据集合,是地理信息系统的核心部分.此阶段实验内容可从数据的来源方式、表现形式、存储类型、时空尺度、精确性、完备性与一致性等方面,设计地理数据库构建实验,让学生掌握地理数据库构建的基本方法.3.6数据空间查询与分析

地理信息系统区别于其它系统的最大特点是地理信息系统具有强大的空间查询与分析功能.此阶段实验在空间查询方面可以设计SQL查询和空间查询；在空间分析方面,可以设计矢量分析与栅格分析,其中矢量分析又可设计缓冲区分析、叠加分析与网络分析,栅格分析可以设计距离分析、密度分析、插值分析与地形分析等内容.通过数据空间查询与分析实验,使学生充分体会到地理信息系统功能的强大.

3.7专题地图编制

专题地图是地理信息系统应用成果的最终表现形式之一.此阶段实验可以基于学生前期实验取得的某部分成果为成图要素,从地图的版面设计、制图数据操作、地图标注、地图整饰、地图输出等方面,设计实验内容.通过本次试验,使学生能独立的将自己前期的成果编制成专题地图.

3.8综合应用案例设计

基于此前的实验,学生已经掌握了基本的地理信息系统操作,初步具备了地理信息系统在应用方面处理分析问题能力.此阶段实验内容,可以依据本专业学生专业设置的特点,设计几个综合应用的案例,加深学生对此前所做实验内容的理解与掌握,同时也使学生能将此前所学知识串为一体,从而进一步的加强基于地理信息系统解决现实社会中问题的能力.

4小结

地理信息系统未来发展的趋势是地理信息系统应用的快速发展,然后当前地理信息系统实验设计在应用地理信息系统方面却鲜有研究,论文基于应用地理信息系统的现实需要,从八个方面,构建了应用地理信息系统实验体系,以期能填补应用地理信息系统实验设计研究的不足,为培养更多面向应用地理信息系统方面的人才提供参考.

【参考文献】

[1]邬伦,刘瑜,张晶,等.地理信息系统：原理、方法和应用[M].北京：科学出版社,2001,2：7-8.

[2]龚健雅.当代地理信息系统的发展趋势[C]//海峡两岸地理信息系统发展研讨会.2002：10-19.

[3]李德仁.论21世纪遥感与GIS的发展[J].武汉大学学报：信息科学版,2003,2：127-131.

[4]叶嘉安.为人民怎么写作的地理信息系统[J].地理信息世界,2013,1：12-13.

[5]李德仁.地理信息面向怎么写作走向共享与智能怎么写作[J].中国测绘,2012（4）：56-57.

[6]尚进,张健.地理信息系统推进智慧城市建设――专访中国科学院院士、武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室主任龚健雅[J].中国信息界,2013,5：12-15.

[7]柯丽娜,李家,王方雄.基于ArcGIS的地理信息系统软件实验教学模式初探[J].地理空间信息,2012,10（6）：172-173.

[8]钟广锐.基于SuperMapDeskpro的“地理信息系统”课程实验设计[J].地理空间信息,2006,4（1）：40-42.

[9]金宝石.高师地理科学专业的GIS课程教学与实验设计[J].安庆师范学院学报：自然科学版,2010,16（8）：135-138.

[10]陈建.非GIS专业地理信息系统课程实验教学研究初探[J].南京晓庄学院学报,2005,21（6）：99-102.

[11]唐桂文,余旭,张兴福.地理信息系统课程内容与实验教学探讨[J].广东工业大学学报：社会科学版,2010,10（7）：188-190.

[12]邓美容,胡最,郑文武.高校GIS专业实验教学改革探讨：以衡阳师范学院为例[J].科教文汇,2013,235（3）：55-56.

[13]李天文,王林刚,李庚泽,等.地理信息系统专业课程体系建设研究[J].中国大学教学,2011,1：33-35.

[14]田雨,卢秀山.GIS专业实验教学考核体系构建研究[J].测绘信息与工程,2008,33（6）：46-47.

[责任编辑：汤静]

※基金项目：测绘遥感信息工程国家重点实验室开放基金（（11）重03）.

作者简介：刘海（1982―）,男,湖北郧县人,讲师,研究方向为GIS应用.

通讯作者：夏慧琼（1976―）,女,湖北黄冈人,讲师,研究方向为GIS空间数据挖掘.