时间：2022-02-03 03:33:21
关键词:GIS消防通信灭火救援
一、前言
随着社会经济的飞速发展,城市规模不断扩大,人口密度越来越高,各种燃烧物的种类与性质日趋复杂,建筑结构、道路布局、水源分布等要素中的不定因素大大增多,这些都给消防部队灭火救援工作增加了难度。消防部门担负着保护生命和财产安全的重任,但其可利用的资源却十分有限。如何有效利用可获取的、有价值的信息对消防工作是至关重要的,而GIS恰恰为消防部门提供了宝贵信息。
二、GIS技术简介
GIS技术是以地理空间数据库为基础,在计算机软硬件技术的支持下,用于对地理空间数据的获取、存储、管理、传输、检索、分析和显示,以提供对空间对象进行决策和研究的人—机系统。在这种方法原理的引导下,加拿大测量学家建立了世界上第一个实用的地理信息系统“加拿大地理信息系统”。由于GIS技术的显着成效和良好的发展前景,在1998年,时任美国副总统的戈尔提出了“数字地球”这一新概念,更掀起了应用研究的新高潮。
我国自20世纪70年代中后期开展地理信息的研究与应用工作以来,GIS技术已几乎渗透到国民经济的各个部门,影响和改变着我们的生产、生活和工作方式。目前GIS已经在地形图与专题制图、城市规划与市政工程、土地利用与规划、资源环境评价、地震灾害预测研究、生物资源保护与利用等诸多领域得到了广泛的应用。
三、当前消防通信指挥面临的问题
长期以来,灾害现场的指挥员主要靠经验和直觉指挥部队实施灭火救援活动,现场指挥往往具有一定的盲目性,缺少临场指挥的科技依据。因此灭火救援的成功率和效率较低。为了把人员伤亡和火灾损失控制在最小程度,这就要求消防部队具有高效的指挥系统和科学的决策系统。
目前,我国大部分省市的消防指挥中心都建设了GIS和GPS,并在此基础上建立符合本地情况的消防通信指挥辅助决策系统,取得了一定的实际应用效果。通过简单易用的人机交互界面,GIS技术为消防工作提供强大的功能。因此,GIS技术可以被非GIS专业人士使用,用于完成火情分析,行动计划制定和快速行动实施。这些工具使指挥人员迅速准确地得到相关信息,如:抢险救援防护设备,消防实力,车辆状态,行动路线等。
不过,基于GIS技术的消防指挥调度系统大多具有技术先进、功能多、系统大、十分昂贵等特点,对于遍布全国各地的许多区县级消防部队来说,人员紧张、经费有限、火灾起数较少且火灾数据量相对不大,如果也应用上述系统,会造成一定浪费,不符合地方建设和部队发展的需要。因此如何兼顾通信指挥系统功能的完善性和前瞻性,又做到最大限度地节省财力、物力和人力,是当前消防指挥系统中存在的重要问题之一。
四、基于GIS技术的新型通信指挥系统
基于GIS技术构建消防通信指挥系统,首要因素是具备消防电子地图。我国大部分城市的消防指挥中心都购买了城市电子地图,但这些地图并不包括或包括很少消防信息,因此,必须按照消防通信指挥的要求对地图重新组织和不断修订,才能为灭火救援所用。目前普遍采用世界标准信息可视化系统MapInfo技术作为GIS系统平台,并结合MapBasic、OLE自动化和MapX等开发GIS应用系统。
Mapinfo产品定位在桌面地图信息系统上,与Arc/Info等大型GIS系统相比,因Mapinfo图元数据不含拓扑结构,它的制图及空间分析能力相对较弱,但对大众化的PC桌面数据可视及信息地图化应用来说,Mapinfo易学易用,价位较低,是一个优选GIS产品。Mapinfo提供了自己的二次开发平台,用户可以在平台上开发各自的GIS应用。二次开发方法归结起来有三种,它们是基于MapBasic的开发、基于OLE自动化的开发及利用MapX控件的开发。
为使消防指挥员可以更方便的在电子地图上了解一些专题情况,如市区的建筑位置、道路布局、消防水源(消火栓)的分布情况等,可以利用MapX控件制作专门的消防专题地图。目前消防部队推广使用的《化学灾害事故辅助决策系统》就是运用此控件维护电子地图信息,效果很好。与传统GIS专业性开发环境相比,像MapX这类组件式GIS系统具有小巧灵活、开发简捷、价格便宜等特点,而且以后会越来越大众化。用MapX开发的GIS系统运行速度快,但MapX并没能实现所有的Mapinfo功能(据称95%以上),使用过程中也发现其存在生成或编辑地图能力及地理分析能力不足等缺陷。
五、GIS在消防信息化中的应用
(1)在119接处警中的应用。
GIS作为在119中运用的最早也是最能体现成果的技术,目前运用得比较成熟。GIS作为火警受理和智能决策系统有力的辅助手段,主要完成报警信息定位、GPS定位、信息查询统计、数据的分析显示,能够利用GIS系统准确、迅速确定报警人的地点及火灾位置,通过优化择选和计算能确定最佳行车路线,另外通过车辆GPS定位系统,能够在地图上实时观察车辆的行车轨迹,以判断车辆是否按照指定的路线行驶。
(2)在消防规划中的应用。
由于GIS基于图形方式,相关信息内容比较详细、精确,并且在计算机上能比较直观地反映各种数据实图,可以及时进行各种消防重点单位的选址、规划、建设,消防站点的规划,以及消防水源的建设规划。通过将各种规范数据输入计算机,GIS系统将自动判断出规划的合理性及计算间距。以改变传统人为判断的失误和不准确。
(3)在分析消防信息数据中的应用。
利用GIS可以在地图上直观地反映区域、行业火灾分布情况统计分析火灾数据,以便于制定科学的措施和对策,减少火灾事故的发生。同时,通过建立基于GIS的火灾隐患信息管理系统进行火灾隐患分析,既能形象地反映情况,又能便于动态管理,通过一些信息查询、分析评价与科学决策,能够对于城市突发性事件进行科学预测,便于消防、安监等部门有针对性地加强督查工作。
(4)制定灭火预案中的应用。
由于GIS内容丰富,目前许多系统采用的是影像甚至立体图形,便于指挥人员从空中了解观察周围情况。对于指挥员综合各种因素,制定有效的灭火预案有极大的帮助。
(5)GIS正朝着网络化、虚拟现实、多媒体及三维方向发展,开发网络模拟演练系统将是不远的现实,通过网上各种综合数据,实现对火灾的判断、力量调度、车辆布置以及进攻方向等战术措施,可以测出火灾扑救成功与否。
六、结论
新型消防通信指挥系统是建立在GIS技术的基础上,综合了多种学科和现代科技成果,相互的关联关系错综复杂。要确保系统流畅运行,还得进一步增强GIS技术的实用性,建立并完备系统的智能化模式结构、基础数据库、操作平台和应用软件等内容。为提高我国公安消防部队应对各种突发性灾害事件的能力,减少社会承受的灾害损失,大力建设合理科学的新型消防通信指挥系统,对于从理论体系、应用价值以及发展前景等方面,都将有着非常重要的意义。
GIS即地理信息系统，通常以地理空间位置为基础，采用多种数学模型分析方法，提供多种基于空间、时间的信息，结合其它数据进行辅助管理、决策的空间数据库管理系统。它能将基本的文字、表格型数据（如电子表格、记事本等）转换为地理图形显示，并提供空间查询和空间分析功能，在勘察设计、土地管理等方面应用广泛，在我国，交通部门也是其应用的重点行业之一，它集GIS技术、交通管理、位置监测、事故处理、交通定位及各种信息分析技术于一体，进而演化为交通地理信息系统（GIS-T）。
二GIS技术在交通领域的优势
GIS技术可以应用在交通领域的线路规划、管理、设施维护等各个方面，具有其它传统管理方法无可比拟的优点，具体表现在以下几个方面：
（1）GIS技术可以将地理图形数据与交通管理的各种信息有效的结合起来，在空间上进行更加直观的展示。
（2）利用GIS的空间分析技术（如路径分析等）可以高效的辅助交通线路规划、设计、决策等。
（3）利用GIS技术的数据存储功能，不仅可以对交通数据进行管理，还可以进行交通数据的查询、分析、统计以及报表输出。
（4）GIS技术可以以空间的形式实时显示每条道路的交通流量信息并加以存储方便以后进行线路分析、规划。
（5）交通规划的技术人员在GIS技术的支持下可以使用交通模型、数学模型利用定量的交通参数实现对交通线路的各项指标（如道路的通达性、网络覆盖度等）进行计算，以达到对交通线路的最优规划。
（6）GIS技术应用广泛、扩展性好，可以实现与其它系统之间数据共享、互联、互通。
三GIS交通管理系统的主要功能
GIS技术因具强大的信息管理功能和分析功能而得到广泛应用，这些功能同样可以应用在交通管理上进而演变为GIS交通管理系统实现以下功能：
（1）数据管理
功能交通线路及其附属设施都可归纳为点、线、面三种类型，我们不但可以将其坐标和属性信息存储在数据库中，通过地理信息系统最基本的添加、编辑、删除、查询功能对信息进行管理，还可以叠加地理底图，使其具有直观的空间位置显示。另外，通过简单的图层分类管理、线型颜色变换等方式可以制作出各类所需的专题图，如交通现状图、规划路网图、高速公路图等。
（2）地形分析
功能GIS技术充许我们通过DTM（数字地形模型）以连续分布的点来模拟地形为道路设计提供基于地表的三维数字模型，也可以叠加各类栅格数据如图片、影像等，使设计者对实地的地形起伏及周边地形有一个直观的认识。
（3）路径分析
功能最短路径分析是GIS技术中很实用的一个功能，在道路规划、设计中也可以辅助决策者规划最优的交通路线，使交通线路更加畅通，切实的缓解交通压力。
四GIS技术在交通管理上的主要应用
（1）铁路管理
GIS在这个领域的应用有设施管理、车辆跟踪、物流分析、紧急事故处理、旅客信息管理等。
（2）港口和水运管理
GIS技术除了提高整体的运输效率外还能对河床进行分析并预测未来河床的变化，防止长时间的泥沙淤积对水运交通造成阻碍和影响。ESRIGIS软件已经被成功地应用在巴拿马运河，悉尼港和德国联邦水运管理局等重要项目中。
（3）航空和飞行器管理
GIS在航空方面的应用大致可以分为设备管理、机场与周边环境保护的管理、航运能力以及交通规划等方面。
（4）公共交通管理
GIS在公交交通管理中的应用主要有、线路规划和分析、公交调度和紧急事故处理、车辆的自动定位和跟踪显示等。
五结语
2003年教育部颁布《全日制普通高中地理课程标准（试行）》（以下简称“课标”），GIS第一次以国家文件规定的形式进入高中课程体系。[1]在香港，2007年颁布的《地理课程及评估指引（中四至中六）》（以下简称“指引”）处处论及GIS。同样作为高中地理课程的成分，大陆和香港高中地理课程中的GIS有何异同？造成这种异同的原因何在？何种课程设计更优质？
二、统计分析
为了从课程设计的角度解释以上问题，本文着重对《课标》和《指引》两个文本中对“地理信息系统”的表述进行统计分析。作为与地理息息相关的一种信息技术，GIS进入中学课程是地理素质教育的要求，也是提高学生综合素质的基本途径。[2]两地都前瞻性地将GIS纳入官方高中地理课程体系。不可否认，GIS以国家文件的形式进入高中地理课程，是两地GIS教育发展的里程碑。但是在两地高中地理课程中，GIS不再呈现文化被人创造时就被赋予的始生性结构化特征，而是被再生性结构化，呈现出不同的特点。
1.课程规划：系统还是简略？
如表1所示，就论及“GIS”的数量而言，《指引》是《课标》的三倍之多，且《课标》只有3个部分论及“GIS”，所用文字较少。由6个部分组成的《指引》则每个部分都论及“GIS”，所用文字较多。显然，香港高中地理课程对GIS做了详细的规划，从课程目标到课程内容，到课程的规划、课程的教学策略、课程评价，乃至课程资源的开发，都有一系列的保障，方便地理教师在地理教学中的操作。两地重视GIS的出发点以及保障机制大有不同。香港高中地理课程强调探究式学习取向，《指引》明确指出GIS与地理探究能力的关系：地理探究能力包括有系统及准确地观察和记录数据，懂得从GIS数据中确认和取用合适的信息和数据等。GIS有助解答地理探究中“如果……会怎样”的问题，故而GIS作为学习工具，尤其适合探究式学习。为此，香港高中地理课程把GIS作为实现探究式学习的教学技术手段进行系统的规划。大陆高中地理课程“强调信息技术在地理学习中的应用”，并致力于营造有利于学生形成地理信息意识和能力的教学环境。但是整体表述较为笼统，对于GIS缺乏系统的课程规划，落实这一课程理念的机制尚不健全。
2.课程组织：课程内容还是教学策略？
《课标》中论述“GIS”集中在“课程内容”，有15处之多，而“课程资源”论及“GIS”惟有1处，在大陆高中地理课程中，GIS主要被当作课程内容。《指引》中论述“GIS”最多的是“课程架构的技能及建议学习活动”（19处）、“学与教的取向与策略”（12处）、以及“学与教资源”（18处）。香港高中地理课程把GIS当成一种课程目标（技能目标）、教学策略和课程资源，并且，更倾向于一种教学策略。
3.课程结构：必修课程还是选修课程？
GIS作为课程内容，在大陆必修模块中占有一定的比重，并且《课标》专门设置了一个以GIS为主的选修模块《地理信息技术应用》。从分布密度看，必修课程论及“GIS”只有1处，选修课程论及“GIS”有14处，选修课程GIS分布集中度更高。在香港，作为教学策略，GIS渗透于必修课程和选修课程的每个议题。必修课程7个单元，论及“GIS”有9处，选修课程共4个单元，论及“GIS”有10处，选修课程中GIS分布密度更大。比较而言，大陆高中地理课程中GIS的集中度更高。总之，两地GIS虽都横跨必修课程和选修课程，但显然GIS在大陆选修课程的相对比例更重，学生对GIS更具有选择权。
4.课程难度：知识导向还是技能导向？
课程难度分为绝对难度和相对难度。课程绝对难度是通过课程规划（设计）而形成的，在静态上已经具有了使科学逻辑和儿童心理逻辑统一起来的动态结构，且一旦形成便成为一种不附加任何条件、不受任何限制的客观存在。[3]课程的绝对难度主要受课程深度、课程广度和课程时间三个要素的影响。
（1）课程深度
课程深度指课程内容的思维深度,包括概念的抽象程度及关联程度，以及课程内容的推理和运算步骤。两地高中阶段的GIS课程，均不要求进行具体系统原理、系统设计的深层次教育，只要求掌握基本概念和具有基础应用能力。[4但是，如表2所示，《课标》必修模块的GIS只表征知识目标，技能目标完全体现在选修模块中，因此大陆高中地理课程强调GIS基本概念。而在《指引》赋予GIS的全部是技能目标，对基础理论不做要求，故而香港高中地理课程强调GIS基本应用，突出GIS的实用性。此外，大陆高中地理课程的GIS从必修模块的知识目标演进到选修模块的技能目标，课程目标理论上呈明显的递进关系。香港《指引》提出，地理课程应在理论和应用之间取得平衡，既重视系统概念知识的发展，又重视与目前及将来生活相关的重要议题和问题的更深入理解。这种平衡是基于知识属性的整体平衡，目的是让学生通过地理学习既具备地理知识，也掌握地理技能。《指引》中，GIS被当成教学技术手段让地理教师掌握和使用，又作为一些技能目标要求学生操作和实践，而不是作为基本理论知识被学生认知。
（2）课程广度
课程广度指课程内容涉及范围和领域的广泛程度。一般来说，量小则难度小，量多则难度大。在技能目标中，两地都强调GIS的最基本功能：数据查询与分析、绘制地图功能。两地都侧重GIS软件的基本操作，如熟悉GIS窗口的主要快捷按钮，掌握简单的查询分析，能够建立数据库，学会几种专题地图的制作方法等。此外，大陆必修模块只要求掌握GIS在城市管理中的应用，不必系统学习在各领域的应用。而在《指引》中，从自然环境到人文环境，从资源管理到运输管理，从自然灾害到工业区位，从农业到商业，GIS无处不在，并且与生活密切相关。《指引》提出，高中地理课程要令地理学习更有意义，要在生活中学习和为生活而学习。因此，香港高中地理课程设置了一系列的议题和问题探究，为学生提供真实的生活情境，将GIS应用关联到生活的方方面面，如土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、灾害预测、城市规划、政府管理等，让GIS的学习变得更有意义和更为扎实。同时，香港高中地理课程重视GIS的仿真模拟以及虚拟考察功能，体现了GIS发展的新方向，更是反映了香港高中地理课程关注学科前沿，时代性更强。这有利于激发学生地理学习的兴趣，激励学生关注地理学发展的最新动态。这些，对于地理学习无疑是非常有意义的。
（3）课程时间
课程时间主要是指完成课程内容教学所需要的时间，一般采用课时数来量化。根据教师教学用书提出的课时建议，GIS在大陆高中地理必修模块中的课程时间为1课时[5]，选修模块为10课时[6]，选修课时明显比必修课时多。而香港高中地理课程中的GIS渗透于每个课程议题中，很难统计其课程时间。另外，香港高中地理课程中的每个课程议题都提供学生继续学习GIS的情境与机会，课程组织上具有连续性和持续性；大陆必修模块中GIS课程时间只有1课时，无连续性可言。另外，大陆选修7模块在课程实践中被闲置，GIS在大陆高中地理课程实践中无法持续。
5.课程策略：渐进还是全进？
大陆GIS教育遇到两大难题：一是师资问题。中学地理教师对GIS教学价值认识不足，并对GIS软件操作望而生畏。二是教学的软硬件环境问题。GIS教学技术含量较大、软硬件环境要求较高。[7]虽然教育部从2001年开始普及高中信息技术课程，并制定“校校通”教育工程，这些为推行GIS教育提供了基础和保障，但对于经济条件和教学水平较低的学校和地区，尚存在很大困难。《课标》在研制之前，进行了“社会及科技发展对地理课程的影响”等6个子课题的前期调研。基于以上现实，考虑到GIS教育的实施是一个逐步渗透、逐步普及、不同层次、不同要求、不同形式的教学发展模式，是一个从低层次向高层次逐步发展与普及的过程，[8]大陆课程设计者采取了一种“无奈之举”或者说是“渐进式”的课程政策，一方面在课程目标上采取“渐进式策略”，从必修模块的知识目标逐渐演化到选修模块的技能目标，并在高中选修7模块中更是力图采取“任务驱动型”的策略。另一方面，课程设计者在课程推进上也采取“渐进式策略”，《课标》明确指出,部分学校因条件不具备，可暂缓开设地理信息技术应用模块，但应积极创造条件，尽早开设，以适应我国教育发展的不平衡状况。香港基础教育阶段的GIS教育开展较早，新课程实施之前，地理课程已融入信息技术的应用。在香港，信息科技的硬件以及软件的供应,足以让有志实施GIS的地理教师在课堂里落实这方面的工作。[9]并且近年香港政府不时提供进修课程，培训教师使用GIS。[10]总之，香港GIS教育的外部环境与教学机制业已形成，现实基础明显要比大陆优越，从而为其课程设计提供了更大的阈限，为香港高中地理课程全面推进GIS奠定基础。
三、基本结论
综上所言，两地高中地理课程中的GIS有如下差异：一是香港对GIS有系统的课程规划，尽管这种规划不尽完美。大陆对GIS规划简略，动力机制和保障机制尚不完善；二是在大陆，“作为教育内容的GIS”以专题式课程知识呈现，强调基本理论，属于“知识导向型”，虽然大陆GIS课程目标理论上具有一定的递进性，但课程实施中很难保持持续性。而在香港，“作为教育技术的GIS”渗透于每个课程议题之中，具有连续性和持续性，且关注基本应用，属于“技能导向型”。三是GIS大陆选修课程比例大。四是香港高中地理课程中的GIS应用领域广泛，联系生活，时代性强。五是大陆GIS采取了“渐进式策略”，尚处于科普阶段；香港全面推进GIS教学，已发展到广泛应用阶段。
四、相关探讨
1.课程取向：作为教育内容还是作为教育技术？
GIS充当着从传统地理学发展到现代地理学阶段的重要标志之一，也是现代地理学能够迅速发展、地理学研究进一步深入和地理学应用水平逐步提高的革命性因素。[11]GIS是地理学的分支学科，因此，将“作为教育内容的GIS”列入高中地理课程体系是理所当然的。同时，作为一种信息技术，GIS在地理数据处理与分析方面具有其他地理教学技术手段望尘莫及的强大功能，这种功能对培养学生的探究能力和创新能力，以及学习兴趣都有无可取代的地位。因此，“作为教育技术的GIS”成为高中地理课程的教学策略也是无可厚非的。简言之，无论是“作为教育内容的GIS”还是“作为教育技术的GIS”，课程设计本身没有优劣之分，其关键是课程实施的动力和保障机制是否完善。
2.课程设计：如何平衡不同课程要素的诉求？
课程设计是按照一定的课程理论对目标、内容、活动、方法、学生组织、教学策略及教师专长等课程因素进行选择、组织和安排的过程。学生的兴趣、学科的核心概念、教师的专业能力、社会文化传统、课程评价方式、课程实施策略、课程与教学两者之间的关系等都是进行课程设计时应该考量的相关因素。
（1）大陆：“渐进式”策略是否有效？
大陆GIS课程“渐进式策略”在实施过程中存在着政策表面化的现象，由于受到课程执行主体、资源以及环境等因素的影响，遵循“实用主义”原则，课程设计预留的课程弹性空间反而成为“庇护所”。再加上监督机制不健全，更是影响GIS的课程实施效果。在大陆，至2010年高考为止，惟有选修7模块没有省份设计高考试题，其他6个选修模块在高考试题中均已出现，最终导致了一个最现代的地理模块几乎没有省份实施的局面。[12]学校往往会根据高考方案，只开设高考选修模块，不作为高考内容的就不开。据调查，高中地理选修模块中，学校开设最少的为《地理信息技术应用》。于是，有学者认为选修模块的研制和教材的出版发行，需要大量的人力、物力和财力，但GIS模块至今无人问津，教材出版后被束之高阁，经济效益和社会效益甚微，是对资源的极大浪费。并建议将这一模块的一些基础知识渗透到“地理3”的地理信息技术应用专题中，或取消这一模块，等到条件许可的时候再重新开设。[13]此外，如果课程信息反馈与评价渠道的不通畅，高中地理课程中GIS的修订与完善将停滞不前。
（2）香港：课程考核不考不教？
一、农林院校GIS专业定位和层次化人才培养模式
GIS专业经过10多年的快速发展，为我国培养了大量急需的GIS人才；同时，也促使GIS从一个极少数人应用的专业领域迅速发展成为一个大众熟知的GIS产业。目前国内有百余所高校开办GIS专业，每年培养GIS本科毕业生近万人，GIS人才由奇缺到相对饱和，在面对社会和市场对GIS人才多元化、多层次的需求时，则表现出更多结构性稀缺问题。导致这种问题的产生，主要是由于GIS专业在快速发展过程中，各高校的专业定位较为相似，缺乏办学特色，培养模式同质化，难以满足社会不同层次的人才需求。其后果一方面表现为GIS毕业生就业面狭窄、就业困难；另一方面各行业用人单位又很难招聘到合适的GIS人才。这不仅影响到学生择业，从长远看，GIS教育同质化还会影响学科与产业自身的发展。要改变这种境况就必须使GIS教育由数量规模型逐渐向质量提高型转变。
（一）专业定位综观国内GIS教育现状，专业依托的学科背景有地理学、测绘学、地质学、计算机科学、环境科学等诸多学科，培养目标主要可归纳为3种类型[5]：（1）以计算机科学为主的系统平台开发设计人才。突出GIS软件设计和系统开发、集成优势，注重解决GIS系统的开放性、互操作性、数据模型和数据库管理等关键技术，培养学生GIS开发设计的能力。（2）以测量、制图学理论与技术为主的空间信息测绘人才。突出信息获取、数据处理和数字制图等方面的优势，从“4D”多维数据的获取、空间数据集成与数据库构建、空间数据质量评价和管理等方面，培养学生GIS系统应用与管理能力。（3）以地理学理论和3S技术为主的系统应用人才。突出GIS应用优势，以结合经济地理、人文地理、区域规划、国土资源管理等专业的地理模型构建为重点，培养学生面向可持续发展决策支持的GIS应用能力。依托不同学科背景建立的GIS本科专业，其专业定位有很大差异。李德仁院士曾撰文明确指出，不论各个高校举办GIS专业以什么学科为背景，其首先是面向应用[6]。西北农林科技大学GIS专业是基于农学、林学、资源、环境、植物保护、水土保持等相关学科背景建立发展起来的，这些学科在西北农林科技大学有着悠久的办学历史和深厚的专业底蕴。西北农林科技大学GIS专业定位为“厚基础，强技能，宽口径，面向农林行业，培养具有创新精神的农业GIS应用型人才”，既突出地理信息系统的专业本色，又紧密结合农业、资源、生态、水保等部门的业务需求，突出专业特色，这不仅有助于改善GIS人才需求的结构性矛盾；还能使学校与其他兄弟院校的GIS教育形成错位竞争，促进学科良性发展。
（二）人才培养模式
为促进学生个性化发展，满足社会对GIS人才多层次需求，西北农林科技大学根据GIS专业特点和农业院校行业优势，分层次设计了人才培养模式。
1.专业应用型人才培养具备GIS基础知识和实际操作能力的应用型人才。要求学生具备宽厚的数学、计算机、地学、测绘等理论基础，熟练使用主流GIS软件，面向多种行业，掌握GIS技术在资源、环境、生态、水土保持、气象、植物保护、区域农村经济等领域中的应用技能。
2.设计开发型人才在专业应用型人才培养基础上，进一步培养具有扎实GIS知识和技术，拥有较强设计、开发和管理能力，面向农林企事业单位的专门设计开发人才。要求学生熟练掌握VC++、JAVA等面向对象程序语言、数据库技术、数据结构等理论知识，了解GIS在农林领域中最新的发展动态，能够胜任相关专业领域中GIS设计与开发工作。
3.科学研究型人才在上述两种人才培养基础上，培养具有系统的GIS专业知识和实践技能、拥有较宽广的知识结构，具备一定创新思维能力，毕业后可进入研究生阶段继续学习和深造，或直接参与科研、教学等行业的研究型人才。要求学生具备多学科交叉知识背景，了解GIS学科前沿理论和技术，能够利用信息科学技术在农林领域中从事科学研究工作。上述三个层次的人才培养模式是根据因材施教的原则，将人才培养目标按不同层次进行划分，设置相应培养模块，提出不同培养要求。学生可结合自己的学习情况和个人发展规划，选择相应的培养模块，达到不同层次的培养目标。该模式充分尊重学生个性化发展，培养学生在专业方面各有所长；同时又能满足社会对不同层次专业人才的需求，改善市场对GIS专业人才结构性需求矛盾。
二、具有农林特色的课程体系建设
课程设置是专业定位和培养目标的具体体现。西北农林科技大学遵循“厚基础，强技能，宽口径，高素质创新人才”的培养理念，突出农林院校专业特点，提出“以数学、物理学和计算机技术为基础平台，资源环境、地理科学为学科理论，测量地图、遥感、地理信息系统为核心技术，农林水利、资源利用、生态环境为应用对象”的课程设置思想，构建了具有农林特色的GIS专业课程体系。该体系由“通识类课程—学科基础类课程—专业类课程—实践技能类课程”四个课程模块组成课程体系，每个模块包含若干课程类，每个课程类由一系列相关课程构成。
（一）课程体系建设思路
1.强化数学、物理等基础类课程地位数学、物理学是建立现代地理与信息科学重要的基础。数学以其公式化描述、精炼表达和严谨推导是地理信息科学使用的重要工具[5]，在培养GIS专业学生对地表信息的抽象思维，逻辑推理与论证，数学应用与地学建模等方面有着不可替代的作用；而物理学作为地理信息科学的学科基础之一，对理解地表物质作用，信息表达与传输，过程模拟与反演等理论知识和培养学生严密思维及综合分析与判断能力是必不可少的。
2.课程设置体现农林特色由于依托学科背景不同，GIS专业定位差异很大。为突出办学特色、形成与其它高校GIS专业的错位竞争，改善用人市场对GIS人才需求结构性矛盾，西北农林科技大学在加强GIS学科基础教学的同时，还设置了农、林等学科相关理论课程的学习，培养学生既具备扎实的GIS理论基础，又懂一些农林专业知识，为使学生具备较强的工作适应能力和创新能力打下基础。
3.课程设置少而精各专业教学总课时都有严格的规定，一般控制在2500课时左右，而其中通识类必修课程约占1200课时，留给学科基础类和专业类课程不足1300课时。在如此少的课时内，既要强化基础理论学习又要保留一定专业特色，就要求我们在设置学科基础课程与专业选修课程时要少而精，即专业基础课与选修课不能过多，同时在课程组织上要避免内容重复。这不仅有助于各高校GIS专业在专业核心课程设置上保持相对一致性，在GIS专业人才培养规格方面具有可比性；还能把学生从众多课程学习中解放出来，给学生更多可支配时间去了解本学科的最新研究成果和参与各种素质教育培养。
4.加强综合实践环节GIS是技术性和应用性很强的专业，对学生实际动手能力要求很高，而综合实践教学不仅能使学生将枯燥的理论学习与灵活的解决问题相结合，达到知识与能力融会贯通；还能锻炼学生独立思考能力，培养创新意识，提高适应能力。因此，综合实践教学是培养创新型GIS人才的关键环节。
（二）GIS专业课程体系
依据上述专业定位和课程体系建设思路，西北农林科技大学GIS专业课程设置如下（见表1）：
1.通识类模块（主要在1~2年级完成）该模块主要包括教育部或西北农林科技大学指定的必修课程，主要培养学生德智体全面发展，强调对英语、数学、物理、计算机基础、思想政治、体育等课程的学习。
2.学科基础类模块（主要在2~3年级完成）该模块主要包括两类课程。一类为必修的学科大类基础课，主要设置在二年级，侧重少量GIS主干基础课程的学习；另一类为选修的学科基础课，主要安排在二年级下半学期到四年级上半学期，侧重应用类基础课程的学习。在第二类选修的基础课程中，可进一步划分为计算机和应用数学类、地图与测量应用类、农林应用类3个亚类课程群。
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）与空间和地理分布有关的数据的计算机系统（97年的参考文献）。它由硬件、软件、数据和用户有机结合而构成。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、制图的工具已逐步发展起来。
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飞速发展,地理信息的处理、分析手段日趋先进，GIS技术日臻成熟，已广泛地应用于环境、资源、石油、电力、土地、交通、公安、急救、航空、市政管理、城市规划、经济咨询、灾害损失预测、投资评价、政府管理和军事等与地理坐标相关的几乎所有领域。
但是，随着信息技术，尤其是计算机技术的快速发展、数字地球（Digital Earth）的提出与实施，以及GIS的应用深度的不断深入和广度的扩大，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。一方面，计算机的进步、信息网的发展和利用等技术上的突破，使得以数字形式表示信息更加容易，另一方面，地理信息仍滞后于其它更适合于以数字形式表示的信息，例如数字和文本。因此，地理信息的使用，又存在一定的困难和障碍，如果这些障碍能够妥善解决，GIS的应用将会取得突飞猛进的发展。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。
计算机技术对GIS发展趋势的影响
GIS技术依托的主要工具和平台是计算机及其相关设备。进入90年代以来，随着计算机技术的发展, 计算机其微处理器的处理速度愈来愈快性能价格比更高; 其存储器能实现将大型文件映射至内存的能力,并且能存储海量数据。此外, 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、计算机图形技术三维图形芯片、大容量光盘技术及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象的高分辨、高光谱、短周期遥感卫星的大量发射，这些为GIS技术的广泛、深入应用展示了更加光明的前景。同时, 也使当前的GIS已不能满足信息时代、数字时代的要求，目前GIS主要总体上呈现网络化[1][3]、开放性[5]、虚拟现实[1]、集成化[2]、空间多维性[4][6]等发展趋势。
2.1 网络化棗网络GIS
计算机网络技术的最新发展推动着当代GIS技术的快速更新和发展，使得在因特网上实现GIS应用日益引起人们的关注，建立万维网GIS(WWWW GIS或Web GIS)是近年来GIS研究领域的一个热门话题。Web GIS或互联网地理信息系统（Internet 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：网上数据发布、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，Web GIS具有以下特点：
(1)适应性强 Web GIS是基于互联网的，因而是全球的，能够在不同的平台运行。 (2)应用面广 网络功能将使Web GIS应用到整个社会，真正实现GIS的无所不能，无处不在。
(3)现实性强 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、空间信息的分析与发布将是在社会协调下运作，对其维护将是社会化，减少重复的劳动。 (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，直接进行各种地理信息的分析，而不用关心空间数据库的维护和管理。
网络GIS可实现网上发布、浏览、下载，实现基于Web的GIS查询和分析。尽管目前已有多家国内外公司推出Web GIS,总地来说，Web GIS尚处在试验研究阶段，其最终目标是应能实现GIS与WWW技术的有机结合，GIS通过WWW成为大众使用的技术和工具。
2.2 开放性棗开放式GIS
开放式地理信息系统（Open GIS）是指在计算机和通信环境下，根据行业标准和接口（Interface）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。Open GIS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。为此，Open GIS要具有下列特点：
(1)互操作性：不同地理信息系统软件之间连接、信息交换没有障碍。
(2)可扩展性：硬件方面，可在不同软件、不同档次的计算机上运行，其性能和硬件平台的性能成正比；软件方面增加新的地学空间数据和地学数据处理功能。
(3)技术公开性：开放的思想主要是对用户公开，公开源代码及规范说明是重要的途径之一。
(4)可移植性：独立于软件、硬件及网络环境，不需修改便可在不同的计算机上运行。
除此之外，还有诸如兼容性、可实现性、协同性等特点。
为了研究和开发Open GIS技术，1996年在美国成立的开放地理信息联合会主要研究和建立了开放式地理数据交互操作规程（OGIS，Open Geodata Interoperable Specification）。OGIS是为了寻找一种方式，将地理信息系统技术、分布处理技术、面向对象方法、数据库设计及实时信息获取方法更有效地结合起来。基于OGIS规范制订的开放系统模型是一种软件工程和系统设计方法，这种方法应用于GIS领域，侧重于改变当前GIS模型中特定的应用系统及其功能与它内部数据模型及数据格式紧密捆绑的现状。当然，OGIS只是对Open GIS定义了抽象的互操作规程，具体如何实现，还需采用分布式对象的技术，通过Acrobat、OLE、ActiveX、Java等语言实现。
Open GIS技术将使GIS始终处于一种组织、开放式的状态，真正成为服务于整个社会的产业以及实现地理信息的全球范围内的共享与互操作，是未来网络环境下GIS技术发展的必然趋势。
2.3虚拟现实棗虚拟GIS
虚拟GIS就是GIS与虚拟现实技术（Virtual Reality）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。这种模拟具有三个最基本的特征，即Immersion(沉浸)-Interaction(交互)-Imagina-tion(构想)。
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。GIS与虚拟环境技术相结合，将虚拟环境带入GIS将使GIS更加完美。GIS用户在计算机上就能处理真3维的客观世界的虚拟环境中将能更有效地管理，分析空间实体数据。目前虚拟GIS（VGIS）的研究主要集中在虚拟城市。
2.4 多媒体GIS
多媒体技术（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。多媒体技术在GIS领域的深入应用，乃至出现具有良好集成能力的MGIS是技术发展的必然。
2.5 集成化棗3S技术的结合
3S技术指的是全球定位系统（GPS）、遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）。3S技术的结合与集成充分体现了学科发展从细分走向综合的规律。
GIS发展的重要趋势是与全球定位系统（GPS）和遥感（RS）的集成，从而构成实时的，动态的GIS。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。
3S技术整体结合所构成的系统是高度自动化、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，为各种应用提供科学的决策咨询，并回答用户可能提出的各种复杂问题。
空间多维性棗三维GIS与时态GIS 2.6.1三维GIS
在许多地学研究中，人们所要研究的对象是充满整个3D空间的，如大气污染、洋流、地质模型等，必须用一个（X，Y，Z）的3D坐标来描述。在3D GIS中，研究对象是通过空间X、Y、Z轴进行定义，描述的是真3D的对象。随着计算机技术和GIS在许多行业诸如地质、矿山、海洋、城市地下管网，城市空间规划、城市景观分析、无线通信覆盖范围分析等对三维GIS的需求日益迫切，3D GIS的理论和应用近年来受到许多学者的关注。到目前为止，虽然有3D GIS系统问世，但其功能远远不能满足人们分析问题的需要，原因主要是3D GIS理论不成熟，其拓扑关系模型一直没有解决；另外三维基础上的数据量十分大，很难建立一个有效的，易于编程实现的三维模型,计算机海量数据的处理为三维GIS提供了基础。
2.6.2 时态GIS
人们都在一定的空间和时间环境中生存并从事各种社会活动。从信息系统，尤其是GIS的实用角度出发，时间可以看成是一条没有端点，向过去和将来无限延伸的线轴，它是现实世界的第四维。时间和空间不可分割地联系在一起，跟踪和分析空间信息随时间的变化，应当是GIS的一个合理目标。这样的GIS就被称为时态GIS（Temporal GIS）。
记录历史数据有时候是非常重要的。在GIS中也要经常查询历史，最明显的例子就是宗地，一块宗地可能经过许多次的买卖或变化。在土地纠纷中，人们需要详细的历史记录作为法律依据。GIS在环境应用中，也经常需要用到多时态的信息对环境进行综合评价。所以，研究GIS的时态问题则成为当今GIS领域的一个重要方向。
时态GIS的组织核心是时空数据库，其概念基础则是时空数据模型。时空数据结构的选择应以不同类型的时空过程和应用目的作为出发点。虽然人们已分别在时态数据库和空间数据库研究方面取得很大进展，但是“时态”+“空间”≠ “时空”，两者难以简单地组合起来，这导致了时态GIS研究与应用的困难。作为一种系统方法，时态GIS的研究和应用还有很长的路要走。
2.7 部件组装化棗组件式GIS
GIS软件是一种大型的软件，开发一个功能完备的GIS软件是一项极其复杂的工程。如何合理地组织GIS软件的结构,一直是GIS软件技术专家们研究的问题。它的发展体经历了如下历程：GIS模块、集成式GIS、模块化GIS和核心式GIS。当前计算机软件控件技术（ActiveX控件，其前身OLE控件）为GIS软件提供了一种新的开发模式。
组件化GIS基于标准的组件式GIS平台，各组件之间不仅可能自由、灵活地重组，而且具有可视化的界面和方便的标准的接口。其特征主要体现在：
(1)高效无缝的系统集成 允许将专业模型、GIS控件、其它控件紧密地结合在统一的界面下。
(2)无须专门的GIS开发语言 只要掌握基于Windows平面的通用环境(VB,VC++,Delphi,power Builder等)，以及组件式GIS各控件的属性、方法和事件，就能完成应用系统的开发。
(3)大众化的GIS 用户可以象使用其它ActiveX控件一样使用GIS的控件，使非专业的GIS用户也能胜任GIS应用开发工作。
(4)开发成本低 非GIS功能可以利用非专业控件，降低了系统的成本。
结束语 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。其目的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、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
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[2] 李德仁.论RS、GPS与GIS集成的定义、理论与关键技术.遥感学报，1997，1(1)：64—68.
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[4]边馥苓.地理信息系统原理和方法.北京:测绘出版社,1996,172-175.
【关键词】信息技术;地理信息系统;发展方向
1.引言
硬件、软件、数据和用户是地理信息系统的主要组成部分，它通过采集地理空间数据（整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据），并对这些数据进行编辑、管理、分析和统计，最后制成图像。GIS为适应信息技术的快速发展，需根据地球数字化的需求不断拓展其深度和广度，在这种急剧变化的大环境下，对于GIS的要求也在不断更新。虽然，当前计算机技术以及信息网的发展简化了信息数字化，但是，在以数字的形式表示信息方面，地理信息仍然处于相对滞后的情况。所以，如何攻克地理信息在使用方面的难题，对于当前地理信息系统的应用具有重大意义，同时也是对其发展的极大推动。计算机技术对于地理信息系统的发展趋势影响深远。计算机及其相关设备是GIS的技术依托，为其提供平台和工具。计算机技术的发展为GIS的信息处理和数据存储提供了有力支持，性价比和存储量都显著提高。与此同时，信息时代和数字时代的要求让GIS难以满足。下面将针对GIS在网络化、开放性、虚拟现实、集成化、空间多维性等方面的发展趋势进行分析。
2.GIS多元化
2.1 GIS网络化
GIS的更新的即时性和迅猛的发展势头得益于计算机网络技术的发展，使得GIS在因特网的应用逐渐成为人们关注的焦点。GIS实现网络化是其重要的发展方向，互联网地理信息系统优于传统GIS主要表现在以下几个方面：
强大的适应性：互联网让Web GIS适应更多平台，也实现了其全球化;广泛的应用面：借助于网络，Web GIS的应用覆盖到了世界的每个角落;强大的现实性：人们能够更方便的在网上查阅最新信息和动态;社会化的维护：社会协调工作对于数据的处理有利于减少重复劳动;使用简单化：用户可以自由的从网上获得所需的各种地理信息，无任何后顾之忧。
2.2 GIS开放化
开放式的地理信息系统能够更好的实现信息共享，不同的地理信息系统软件之间能够更好的互操，无论是在系统内，还是在系统间，数据的流动都畅通无阻。为此，GIS需要具有以下特性：互操作性，保证数据能在不同地理信息系统软件都能共用，并且能够进行信息的交换;可扩展性，保证硬件对于不同软件和不同档次的计算机的适应性;技术开放，将源代码及规范说明向用户公开;通用性，可不做修改便能在不同计算机上运行，不依赖软件、硬件以及网络环境。
2.3 GIS虚拟现实化
GIS与虚拟现实技术相结合能更有效的模拟人在自然环境中从看、听、动三个方面对于外界的感知。虚拟现实GIS正是通过与虚拟现实技术及其他技术进行完美结合，依靠虚拟现实技术的沉浸、交互以及构想的三个特征，在GIS中融入虚拟环境，能优化GIS并使其更加完美。
2.4 GIS多媒体化
在GIS的系统结构、系统功能及应用模式的设计中应用多媒体技术能够让其更形象化，
同时能够优化其表现形式，使其表现形式更加丰富灵活，并且更易被接受。将多媒体技术更好的融入到GIS领域中去，使其对外输出数据功能更加优化，是技术发展的主流趋势。
3.GIS与集成化3S技术集合
3S技术包括全球定位系统（GPS）、遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）。3S技术的结合更好的将各学科技术综合应用，从而更好的为人们提供服务。3S技术结合而成的系统使其自动化有了更大的提高，同时让GIS系统更具有实时性。这种系统在数据的采集、处理和更新上具有更好的自动性以及实时性，并且凭借其系统的完善性，能更好的分析和运用数据，为各种应用提供全面的、科学的、完善的解决方案，还能帮助解答用户的各种疑难。
三维GIS与时态GIS的空间多维性，地质、矿山、海洋和城市地下管网等都离不开计算机技术和GIS的应用，同时，城市空间规划和景观分析以及无线通信覆盖范围分析等也急切需要三维GIS的技术支持。但目前的现状是，已经问世的3D GIS系统难以满足人们对于分析问题功能的需求，因此需要解决以下两个问题：一是完善3D GIS理论，解决拓扑关系模型问题;二是建立能有效处理三维基础上的数据并且通过编程能实现的三维模型。
时态GIS，时态GIS以时空数据模型为概念基础，通过其时空数据库进行组织，对于时空数据结构的选择以各种时空过程和使用目的为标准。人们在日常的社会活动中，都有一定的空间和时间环境，时态GIS通过跟踪和分析不同时间段的空间信息，将时间和空间紧密的联合在一起，具有能够记录历史数据的重要功能。
部件组装化组件式GIS，GIS软件本身组成是比较庞大的，因此要完善GIS软件的功能需要巨大的工作量。GIS软件的发展经历了从GIS模块到集成式GIS，再到模块化GIS，最后到核心式GIS的过程。现在，随着计算机技术的发展，可以通过软件控件技术对GIS软件进行开发，使组件化GIS适应标准的组件式GIS平台，这样各个组件之间在能够自由重组的同时，又能保证可视化的界面，并且接口也更加方便和标准。
4.结论
GIS的发展需要多学科的融合对其提供技术支持，同时GIS的发展也为其他学科提供更好的支持和帮助，是相互促进的过程，不断完善地理信息系统，能够更好的促进地理信息及其相关产业的蓬勃发展，同时能够为人类提供更好的居住环境，让人类在了解、认识环境的过程树立保护环境的意识。
参考文献
[1]范力铭.基于ArcGIS Engine的三维GIS系统开发与应用[D].华东师范大学，2007.
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[3]陈明辉.GIS数据接口的研究与应用[D].中南大学， 2004.
关键词： 云计算； GIS软件工程； 设计分析； 数据处理
中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）17?0133?02
Design and analysis of GIS software engineering in cloud computing environment
JIA Yingwei
（Shaanxi Polytechnic Institute， Xianyang 712000， China）
Abstract： The implication and technical characteristics of the cloud computing technology are introduced in systematic. The development means， mechanism， structure and management mode of GIS software engineering are discussed emphatically， and the related items needed to be noticed in the development of GIS software engineering are indicated definitely. It provides the valid reference for the development of GIS software engineering based on the above?mentioned introduction. Due to the continuous promotion of cloud computing technology， which is helpful to develop GIS software technology roundly， and its related data needed to be processed are increased gradually. Exploring the characteristics of software engineering and related management model has important value to develop the operation pattern of e?commerce in China.
Keywords： cloud computing； GIS software engineering； design and analysis； data processing
0 引 言
近年来，随着我国互联网逐渐在人们生活与工作中普及，使得云计算技术也日臻成熟，以往以Windows与英特尔为平台的互联网运营已无法与现代社会发展之需相满足[1]。但是，云计算技术数据处理能力极为强大，该技术的发展空间极为广阔。
1 云计算技术的含义及特征
1.1 云计算技术的含义
云计算技术是基于互联网发展而产生的一种数据管理技术，该技术可分割复杂数据为若干子程序，通过云计算服务器加以分析，并向用户数据处理系统反馈结果。云计算技术数据分析处理能力极为强大，能够将更加快捷、方便的服务提供给用户，有利于节约用户精力与时间。就狭义视角而言，云计算是基于信息技术行业发展起来的一种交付及模式，该技术利用互联网资源搜索相关数据资源[2]。
1.2 云计算的特征
（1） 较高虚拟化程度
利用网络实现功能虚拟化，不管用户在何处，都可利用互联网终端应用相关服务。所有服务信息都源于云计算，用户通过智能手机或者笔记本电脑就可通过互联网获取相关服务[3]。
（2） 可靠性强
云计算技术存在多种保护措施，比方说互换计算节点、数据容错功能等，而且还有专业技术人员实时维护数据库，确保储存信息的稳定性与安全性，保证不会影响到用户。
（3） 规模庞大
云计算服务器规模极为庞大，相关资料显示，谷歌公司就有100多万台云计算服务器，搜狐公司则拥有40万台以上的云计算服务器。
（4） 通用性良好
该技术具有极为广泛的推广范围，可满足不同服务要求，而且多用户可享受同一云的服务，将更多便利提供给用户。
（5） 成本较低
云计算的管理形式为集中自动化，容错功能为接点构成模式，所以云计算运营管理成本比较低，且通用性优良，可将更为廉价、方便的服务提供给用户，用户不需要为获得更多资源而投入过多财力与精力。
2 GIS工程的含义及特点
2.1 GIS工程的含义
所谓GIS软件工程，就是自定义定位、原理及技术落实至开发和维护软件的综合活动过程。该工程主要包括GIS设计规划、功能评价以及组织落实等工作，同时还包括需求控制、质量监控以及风险控制等技术，以此产生GIS质量监管与数据信息管理机制。
2.2 GIS工程特点
2.2.1 GIS工程系统复杂程度高
GIS工程文档具有较高质量与数量要求，其所交付文档包括系统用户指南、设计手册、功能检测报告、软件说明书以及空间分析报告等，以上文档内容非常繁琐、庞杂，同时又具有较高质量要求。从微观上看，软件具有较高复杂程度，因为GIS工程中含有很多信息，而且具有极为复杂的内部功能结构[4]。所以，工程结构管理与程度是一项极为繁琐的工作，具有较大理论研究难度。而且GIS软件工程本身是在云计算技术基础上产生的，所以具有复杂的空间理论，很难被理解与掌握。
2.2.2 特殊的数据处理要求
GIS软件工程严格要求数据质量，若数据有问题出现，则极易导致系统功能无法正常运行或者出现功能性故障。而且数据具有时效性，该软件内部具有较快数据信息更新速度，由此才可与互联网信息发展需求相满足，若数据过于陈旧，就很难满足当前人们生活与工作之需，所以，GIS软件工程必须时时进行信息采集。
3 云计算环境下的GIS软件工程设计
3.1 GIS软件工程结构模式
发展云计算技术将更多便利提供给GIS软件工程，因为云计算技术数据存储量极为庞大，通用性好，而且具有较高可靠性，以上技术性优势有利于优化GIS软件工程结构模式。就本质而言，GIS软件工程在云计算环境下会对云端构件加以充分运用，而以往GIS构件无法与其相比。云计算技术所提供的地图检索服务与数据信息能够将更多服务提供给GIS软件，以满足用户之需。
3.2 GIS软件工程组织模式
以往GIS软件工程具有串行模式的生命周期，然而，由于云计算技术不断推动，逐渐改变了GIS软件生命周期，使其逐渐呈现螺旋模型。研发GIS软件工程的特点为阶段性与开放性，各软件开发阶段都必须做好相关工作，为后续阶段打下良好基础[5]。为解决研发过程中存在的问题，在设计GIS构架时，可对相关成功经验予以吸收借鉴，可以选择比较完善、健全的代码与构件，由此对组织模式更新速度的提升具有重要意义。
3.3 维护及管理GIS软件工程
云计算环境下的GIS软件工程便捷性和灵活性都比较大。在研发产品期间，其实也在维护与管理GIS软件，转变了以往后维护、先开发的工作模式。通常GIS软件研发初期仅完成基础性部署工作，而云计算技术产生后，能够有效降低软件工程耦合率，保证所有构建都可以实现单独或者联动管理，比如，服务端、客户端以及管理端等都可优化软件管理模式。
4 GIS软件工程在云计算环境下的实际应用
云计算本身数据管理能力比较强，有助于管理成本的降低，为研发GIS软件工程节约大量研发资金。然而，在研发GIS软件工程初期，需要软件服务商投入足够的软件与硬件设施，该笔投入资金量也比较大，因此，如果可以改进以往设备，并将其应用在软件研发中，那么就可以节约大量资金投入。此外，在开发GIS软件时，应该选择具有较高品质的应用软件，还要组件云计算管理部门，主要负责解决GIS开发中的冲突与矛盾，并对云计算技术进行有效管理。
5 结 语
总而言之，云计算环境下的GIS软件工程发展条件非常充足，而且与以往相比，在组织模式、工程机制建设、维护及管理等领域都得到很大进步，为进一步发展GIS软件工程，需要对云端数据资源予以充分利用，以此获取更多GIS发展所需资源。
参考文献
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关键词：3D GIS；土地资源管理；课堂教学
一、土地资源管理教学与3D GIS
1.土地资源管理与课堂教学
土地资源管理是以经济学、法学、管理学、土地资源学为基础，以公共管理理论为核心，以信息技术、规划等为手段的多学科紧密联系的综合性学科。土地资源管理专业也以培养掌握国土资源知识及现代规划管理理论与方法，受过“3S”等现代空间信息技术训练的复合式应用型专门人才为目标。目前土地资源管理专业的课堂教学与其自身“综合性”的特征差距明显，主要体现在以下方面：
（1）课堂教学系统性不足。土地资源管理是一门综合性的学科，但目前的课堂教学由于教学条件、课程学时等诸多因素的影响很难体现课程间的系统性，特别是现代信息技术与土地管理学核心理论的联系。学生不能理解课程间紧密的联系性，学习过程中普遍存在盲目性，更难“学以致用”。
（2）课堂教学与实际脱节。目前的课堂教学以保证知识的完整性为首要目标。学生在被强制接受知识点后，很难完全理解，更难活学活用。例如，土地资源管理中的测量学、遥感原理与应用、GPS原理与应用、不动产评估等专业性、实践性强的课程，学生第一次都很难接受基础理论和方法。课堂教学难以体现“教、学、实践”一体化，有时甚至严重脱节。
（3）课堂教学内容滞后。信息时代知识更新的速度远远超过教材的更新。即使最新的教材包括了当前时代的优秀理论和技术，教师在课堂教学时也很难讲授这些内容，更难生动形象地教学。学生经常只是模糊地接受了这个概念，很难达到教学效果。
2.3D GIS技术的教学优势
3D GIS是从数据结构到空间查询再到建模分析建立在三维数据模型基础上的地理信息系统。3D GIS技术包括了计算机图形技术、三维可视化技术、虚拟现实技术、空间分析等多项技术。它突出的“浸没感、交互性、构想性” 特点受到了教育工作者的广泛关注。3D GIS技术在课堂教学的优势主要表现在以下三个方面：
（1）提供仿真环境。利用3D GIS技术使学生全身心地投入三维虚拟现实教学环境，引导学生正确认知，拓宽认知。通过3D GIS技术不仅可以再现真实存在的环境，也可以按需求构建和分析未存在的环境，为生动教学、交互式学习、理论联系实际提供了技术保证。
（2）提供信息服务的平台。课堂教学不是快餐，不能教完即扔，学会即忘。多样的教学素材需要管理，陈旧的内容需要更新，重点的知识需要巩固，学科理论的系统性更需我们不断发现和完善。3D GIS作为空间信息的平台，恰好为我们提供了这样的服务，尤其满足地球学科相关专业空间信息教学管理的需求。
（3）提供综合性的辅助手段。3D GIS作为一个综合性的研究领域，它是多项现代高新技术的综合。虚拟现实技术使得我们为学生提供知识的浸没感；三维空间交互技术使得我们能轻松加强课堂互动；三维可视技术使得我们更容易引导学生思考，激发学习兴趣。
因此，3D GIS技术是解决土地资源管理专业课堂教学1.1节若干问题的有效手段。3D GIS技术作为信息领域研究的热点，或一种崭新的教学手段都值得我们重点关注和研究。
二、基于3D GIS的教学系统建设
与传统的多媒体教学手段不同，基于3D GIS技术的课堂教学不只需要一个简单的PowerPoint或播放器环境，而必须以一个完整的基于3D GIS的教学系统为基础。本文下面以面向土地资源管理专业基于3D GIS的教学系统建设和应用探讨基于3D GIS技术的课堂教学。
1.系统建设原则
（1）合理规划，分步实施。土地资源管理专业既涉及核心的管理学理论，又包含诸多现代技术理论。土地资源管理专业教学资源的共享性、课程间紧密的联系性要求基于3D GIS教学系统的设计不能只针对某一门课程，应面向土地资源管理专业教学大纲所有课程合理、统筹地规划，否则将会造成重复建设或巨大教学资源的浪费。系统宜分为基础应用模块与专业教学模块。基础应用模块即提供国土空间信息浏览、查询、管理、基本分析的功能，专业教学模块则基于应用模块在教学资源共享的原则下按各课程特点用于课堂教学和学生实验或课后练习。同时，为节约系统开发费用、缩短开发周期，宜采取分解目标、分期实施的策略建设系统。
（2）选择重点，注重实践。土地资源管理专业是一门理论性、实践性强的综合学科。基于3D GIS技术的课堂教学只是土地资源管理专业课堂教学的一种有效手段。它只能解决一部分问题，更需要现有多种教学手段的有效配合。基于3D GIS的课堂教学更适宜实验、综合设计、技术性课程的教学。因此，面向土地资源管理专业的3D GIS教学系统建设应有针对性，采取集中资源优先建设实验性、技术性课程。通过“开发―试验―修正―试验”的模式，保证教学系统的实用性，避免过分强调形象和仿真而忽略教学实用。
（3）面向网络，突出互动。3D GIS技术的交互性主要体现在用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度。例如，学生通过三维漫游而体会到土地的自然属性。而结合网络服务的3D GIS技术更能使教与学的环节自然统一。通过网络服务，教师可以及时解答学生学习过程的疑难，3D GIS教学系统更成为教师获取教学反馈的重要渠道；通过网络服务，3D GIS教学系统不再局限于课堂教学，更是学生课后训练，知识巩固的工具。
2.系统设计与开发
面向土地资源管理专业的3D GIS教学系统，即以若干典型土地区域为研究区域，集成并整合土地基础地理（如矢量图、历史影像、DEM等）、自然属性信息（如土壤质地、厚度、盐渍化等）、经济社会资料（如基准地价、土地利用规划等）等教学资源，通过三维建模和教学仿真工具开发，建成基于仿真真实环境的教学平台。
根据上述内容，教学平台宜采用三层C/S结构体系，即数据层、逻辑层和应用层。其中数据层主要用来存储各类教学资源，如基础地理数据、土地专题数据、三维仿真模型等；逻辑层主要针对土地教学平台业务逻辑进行实现，如土地教学资源的存取、交换与管理；应用层实现土地教学平台的教学具体应用，主要包括数据浏览、数据查询、数据管理、常用工具、专题教学模块，等等。
3D GIS平台的选择是3D GIS教学系统建设的基础。目前比较著名、常用的3D GIS平台有Google Earth（谷歌公司）、Virtual Earth（微软公司）、Skyline Globe（Skyline 公司）、ArcGIS 3D（ESRI公司）、SuperMap（超图公司）。基于3D GIS效果和推广性，本文推荐使用Skyline、Google Earth或Virtual Earth平台。
三、基于3D GIS的土地教学与试验
本文以基准地价系数修正法的教学为例，利用试验系统中地价评估教学模块，探讨基于3D GIS的教学平台进行面向土地专业的课堂教学。
首先，课堂教导学生根据系统中基准地价级别图确定基准地价。例如，某宗地属于住宅三级地，查表得其基准地价为1430元/平方米。
其次，课堂教导学生如何确定宗地修正系数。第一步，通过系统定位待评估宗地位置，了解评估对象基本属性，通过空间场景模拟使学生思考确定宗地修正因素；第二步，教导学生基于以上思考仔细填写评估报告中核心数据表模板，正确给予勘察结论。借助系统本例中主要修正因素确定如下：①区域地籍。通过查询模块中的位置查询获取宗地属性。本例中宗地所在区域位于某市南山区，紧邻该市主干路红旗路，宗地内有一栋7层南北朝向砖瓦结构楼房。②产业集聚状况。通过常用工具模块中水平距离测量工具量算得到待估宗地距该市新世纪广场商业中心3700米，距离农贸市场、医院 400米，距离学校、幼儿园1500米。③基础设施条件。通过信息浏览模块中飞行漫游和全视图工具，确定该区域基础设施情况达到红线外七通（即通路、通电、通讯、通上水、通下水、通燃气、通热力）。④交通条件。通过信息浏览和测量模块，确定评估对象距红旗路西侧60米，周边有多路公交线路，得到结论此地段交通便捷。⑤环境条件。分析环保数据确定该地区车流量大，有一定噪音及废气污染，环境条件一般。
最后，教导学生计算修正后的价格。
通过课后教学互动，我们发现基于3D GIS的三维教学系统能让学生对土地专业的课程产生了浓厚的兴趣；善于提出问题，思考问题，且联系相关课程不再拘泥于一门；而学生更普遍反映在课堂上有了生产实践的体会。
面向土地专业的基于3D GIS的三维教学系统建设与试验表明：土地资源管理专业的教学与“3D GIS”技术相结合，同时综合传统的教学手段和方法，既能利用“3D GIS”的可视化、数据管理和空间分析功能进行土地空间场景仿真，又可充分共享、管理、挖掘土地教学资源进行课堂教学、课程实验和实习，实现优势互补。
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关键词：地方高校；转型发展；地理科学；GIS技能；四维一体
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）32-0269-02
随着计算机科学与技术、地理科学、测绘科学等相关学科的发展，地理信息系统（Geographical Information System，GIS）作为对空间信息进行采集、存储、管理、分析、可视化以及的技术和工具，受到广泛的重视，发展迅速。GIS技能的培养对于地理科学专业学生掌握现代地理学研究方法和手段，解决地理学相关问题，提供了良好的专业素养和专业基础，对地理科学专业应用型人才培养，具有重要的意义。
一、研究背景及意义
党的十报告提出要加快发展现代职业教育，推动高等教育内涵式发展。十八届三中全会决定提出，要深化教育领域综合改革，加快现代职业教育体系建设，深化产教融合、校企合作，培养高素质劳动者和技能型人才。根据教育部对新建地方本科院校进行分类管理和构建高等教育职教体系的战略部署，贵州工程应用技术学院结合贵州省、毕节试验区产业结构调整与发展需要和学校实际，由单一的传统类师范院校向多科型应用技术大学转型发展。
作为传统师范类专业的地理科学专业，在此背景下，如何培养适应地方经济社会发展所需的地理科学类高级应用型技术人才，是地理科学专业转型发展所必须回答的问题。本文以贵州工程应用技术学院为例，探讨了传统地方高师类院校地理科学专业学生GIS技能培养教学改革，为地方高校转型发展中地理科学专业转型发展提供了思路和参考。
二、地方高校转型发展中地理科学专业GIS技能培养现状分析
在地方高校转型发展中，贵州工程应用技术学院与其他转型发展中的地方高校一样，存在着诸多问题。主要体现在以下几个方面。
1.师资队伍整体水平不高，结构不合理问题较为突出。我校地理科学专业自1990年开始筹建，1993年开办地理教育专科专业，2006年开办地理科学本科专业。本科办学时间短，其中负责GIS课程教学的专任教师两人，且均为中级职称，由于我校地理科学专业一直致力为地方培养地理教育工作者，对于GIS技能的培养重视不够，学生掌握GIS技能，解决地理学相关问题的能力还相对比较薄弱。
2.学生基础差、底子薄，缺乏学习的主动性和自觉性。我校地理科学专业学生85%来自贵州省毕节市，另有10%左右来自贵州省其他地州市。由于毕节地处乌蒙山区集中连片特困地区，基础教育较为薄弱，学生对于现代信息技术掌握水平较低。而GIS技能的培养依托计算机应用能力，而学生计算机应用能力较弱，又打消了学生学习的主动性和自觉性。学生信息技术能力的短板制约了学生GIS技能的提高。
3.教学仪器设备不足，课程体系不够完整。目前我校地理信息系统实验室教学设备主要是计算机以及相关专业软件。其中2010年得到中央财政支持新购置实验用计算机45台，其他如工程扫描仪、绘图仪、全站仪等设备均购置于2003年前后，设备较为老旧，部分已不能使用。对于地理科学专业学生来说，GIS课程一般开设于第五学期，作为GIS的前期课程和后续课程大部分以选修课形式开出，部分学生避难就易，导致GIS课程不能很好地与其他课程形成良好的学科体系。学生在学习过程中，往往只是学习了GIS基础课程，不能很好地将其应用于解决地理科学问题。
4.考核机制不健全，与社会应用相脱节，无法学以致用。GIS课程考核在2009、2011版教学大纲中，考核方式主要是闭卷考试，学生成绩最终由平时成绩（平时作业、提问、考勤等）×10%+期中测试（一般采取开卷考核方式）×20%+期末闭卷考试×70%组成。由于考试形式的限制，闭卷考试试卷主要考查学生的理论知识掌握情况，无法真正体现学生实践及应用能力，同时期中测试多采取开卷考核方式进行，期中测试成绩与期末考核成绩相差较大，部分学生也只是临近期末考试前突击背诵，导致出现考完即忘、无法深入理解的情况。
5.课程实验教材使用不合理，缺乏合适的实验素材。GIS课程是实践性较强的课程，GIS实践能力是GIS技能培养的重要方面，实验教学是决定GIS课程教学质量的关键步骤，同时也是学生能力培养的重要环节。我校地理信息系统实验教程采用的是2000年高等教育出版社出版的《地理信息系统实习教程》，该教程版本较为陈旧，实验内容不太适应于当今GIS技术的迅猛发展，并且多以基础性、验证性实验为主，与实际生产中GIS应用相脱节。由于缺乏较为实用的实验教程，学生无法通过实验教程掌握相关实践知识和能力。
三、GIS技能培养模式及教学改革探究
基于我校地理科学专业学生的实际情况，结合我校转型发展以及地理信息系统和地理信息系统实验课程教学的实际情况，在现有条件下，明确人才培养目标，通过理论与实践相结合的教学方式，以培养应用型、技能型地理科学人才为导向，积极引导学生拓宽视野，通过鼓励学生参与大学生课外科研活动、全国GIS技能大赛等方式，努力提高学生实际动手能力，培养学生解决实际问题的能力。
1.构建了“理论+实验+实践+应用”的四维一体课程教学模式。为提高学生的动手能力，改革教学手段和方法，以GIS技能培养为目标，从GIS理论与实践教学相结合的角度，构建了旨在促进学生专业理论学习和实践素质培养相结合的“GIS四维一体教学模式”，即“理论+实验+实践+应用”的课程体系下多层次、多模式的教学改革和实践。
“GIS四维一体教学模式”实现了理论是基础、实验是保障、实践是重点、应用是根本的地理类高素质应用型和技能型人才培养模式。在理论课堂教学方式上，打破了传统的灌输式和过分偏重讲授的教学方法，采取了讲解、演示、课堂讨论、案例教学等多种形式相结合的教学方式；实施互助式学习、启发式教学等教学模式启发学生的思维；注重理论联系实际的教学方法，培养学生学以致用，引导学生培养创新、创造能力。在实验课堂教学过程中，注重理论与实验相结合的教学方法，用实验进一步验证理论，使学生通过实际动手操作，进一步理解和掌握理论知识，达到理论指导实验，实验促进理论知识的掌握的目的。在实践环节，主要是通过积极引导学生申报各级各类大学生课外科研活动项目，鼓励学生参加诸如全国GIS技能大赛等方式，让学生学有所用。通过实践环节，进一步加深对理论和实验知识的理解和应用。
2.教学方法与教学手段的改革。GIS理论课程通过设计制作相关多媒体课件，辅以图片、视频等多媒体素材，使学生可以直观获取专业知识。通过启发式教学、互动式教学，及时将学生学习信息反馈给教师。授课过程中积极将本学科相关实际应用、发展现状及研究热点问题穿插于教学过程，使学生不止学习了书本知识，还了解了其具体应用和发展的情况，加深了学生的理解，提高了学生的学习兴趣。
3.构建系统化的实践教学体系，强化实验课教学，增强学生的实践能力。在GIS教学中选择较为权威、优良的理论教材的同时，注重实验教材的选取。实验课教学，以理论课程中的有关内容为主线，时间安排也一般与理论课教学穿行，目的是使学生加深理解理论课堂教学中的相关理论、知识和基本技术方法，并熟悉GIS软件工具的使用与操作等。
4.综合运用多渠道拓展学生思维。充分利用多媒体技术、网络技术等，将几个专业网站、论坛与学生一起分享，及时将本专业、本学科相关新闻和热点问题与学生进行交流和探讨，促进学生和教师之间的交流，开拓学生的视野。
5.改革考试考核方式。为科学反映教学的效果，将学生学习过程的考查与最终考试挂钩，将理论和实验考核相结合。学习过程中的考查主要以学生出勤率、课后作业为主、课程笔记、读书笔记、科技论文等为主；期末考试命题改变了以往只考查理论部分，现在的考试过程中增加了实际应用能力的考核以及学科发展方向、研究热点问题的考核。
四、结语
本文从传统地方高师类院校转型发展实际出发，结合社会经济发展需要以及地理科学专业自身特点，探讨了地理科学专业转型发展过程中，学生的GIS技能培养以及为进行GIS技能培养所进行的相关教学改革。以“四维一体教学模式”为核心，加以教学及考核方式的转变，在实际教学过程中取得了一定的成绩，学生GIS技能有所提高。
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关键词：超声波；检测技术；GIS设备；故障分析；故障处理
中图分类号：TM56 文献标识码：A
在对运行中的GIS电气设备进行检测时，超高频法与超声波法已经被看做是最为理想的检测技术和方法，他们都能够完成带电检测，并且，更为重要的是，检测过程并不需要改变设备本身的运行方式，在检测方法和实际操作方面也相对简单，适用范围广泛。其中，超高频法的检测范围相对较大，无论是何种类型的放电，都能够反应敏感，当然，在确定设备缺陷的精度和定位方面还存在着一定的欠缺[1]。相比较而言，超声波检测技术的适用程度就相对较高，不但能够完成近距离的缺陷检测，反应敏感，还能够精确的完成对设备缺陷的定位。所以，为了提升故障检测、分析和处理的效果，应该将两者结合在一起，通过声电联合检测的形式，使二者都能够充分发挥各自优势，提升GIS检测和缺陷分析的效果，使之准确性与可靠性得到明显的提高。在目前情况下，有关GIS检测方法的研究探索，大多借助有效合理的检测手段，寻找设备中的隐患，对其进行分析和处理，最大限度的避免设备故障的发生，使设备运行的可靠性得到明显的提升。文章以此为基础，首先对超声波检测技术与特高频检测技术进行了对比分析，然后给出了超声波检测技术诊断GIS设备故障的原理，最后对声电联合检测进行了系统分析，旨在通过本文的工作，为GIS设备故障分析与处理提供可供借鉴的信息。尤其随着我国电网建设事业的持续向前发展，进行GIS设备的带电检测已经成为必然趋势， 对其进行常规化维护的观点也得到了广泛的认同。
1 特高频检测技术与超声波检测技术及其对比
1.1特高频检测技术
按照电磁波理论，当被金属覆盖的装置内能够检测到电磁波信号的情况下，如果波长不大于外壳的尺寸，那么信号在传播的过程中只会产生较小程度的衰减。因此当从放电源发射出特高频电磁波时，即便要历经多次折射和反射，但是最后基本都能都无衰减的被传递到传感器的相应部位——这便是特高频（UHF）检测技术的工作原理。在GIS设备中，很多地方都装有盆式绝缘子，由于这些绝缘子都不是铁磁材料，因此能够有效的透射特高频电磁波信号[2]。在GIS设备局部放电时，会产生一定的电磁波，而当电磁波沿着金属轴或者金属铜进行传播时，其中的一些信号就能够借助绝缘子向外界进行辐射。此时，如果借助设备体外的检测方式，就能够接收到从中“泄漏”的局部放电特高频电磁波信号。当然，借助这种方式获取的特高频信号是十分微弱的，可是如果GIS上存在大量的盆式绝缘子，那么就为之提供了大量的可供检测的位置，传感器就越能够靠近信号源，检测效果就会得到显著的提升。
1.2超声波检测技术
在前文的分析中可知，局部放电能够产生一定的电磁波，当然根据“光电原理”，这一过程一定会产生相应的声波信号，而关于这一问题的探讨就触及到了超声波检测技术[3]。超声波（AE）对于局部放电的检测指的是，如果存在频率位于20KHZ-200KHz的声信号，那么在对其进行采集和分析以及判断时，就能够借助在设备外壳上安装的超声传感器，对GIS内部局部放电产生的超声信号进行识别、检测和定位，以此发现GIS 或超变压器中是否存在局部放电，以及相关缺陷的程度。由此可见，超声波技术在对GIS设别进行故障分析和处理时，具有明显的优势[4]。这一优势表现在——当出现放电活动时，该技术就能够通过检测GIS内部可能存在的悬浮金属颗粒，由此断定这些颗粒的尺寸，并借此确定相关的危害程度。这一优势对于传统的特高频检测技术以及脉冲电流检测技术等来说是不具备的，他们在一般情况下难以对那些潜在的缺陷做出积极的响应，预见性显得不足。
1.3两种检测技术的对比
特高频检测技术与超声波检测技术都被看做是当前对GIS进行现场检测局部放电的常规技术，也是到目前位置，在国际社会上普遍认可的能够适应于现场使用的局部放电检测技术。甚至，在有效性方面，两种技术同时得到了“国际大电网会议”（CIGRE）的普遍认可。尤其随着电网建设事业的持续发展和稳定进步，超声波检测技术以其灵敏、无干扰、预见性等特征，更是得到了广泛的应用，在特高压电力设备的局部放电检测和故障分析与处理中得到了越来越明显的重视[5]。当然，不可否认的是，特高频检测技术在抗干扰和检测范围方面，有着良好的表现，对放电类型也具有较强的适应性；而在测量近距离范围内的自由移动颗粒时，超声波技术反应较为灵敏，其精确度也更高。可见两种检测技术各有优劣，在实际操作中，可以彼此借鉴、优势互补。
2 超声波检测技术检测GIS故障的原理
2.1 GIS的故障类别
GIS主要呈现以下结构：导体等设备往往被全封闭在密封的金属外壳内，并通过盆式绝缘子实现对导体对地（或者外壳）的绝缘。在这一过程中，盆式绝缘子的绝缘性能与现场安装工艺是非常重要的，甚至会对GIS的运行状态产生直接、关键性的影响。比如，绝缘子当中可能会产生气泡，而气泡在电压的作用下，就会产生局部放电现象，放电会产生一定的破坏，而到其被积累到一定程度后，就会直接击穿绝缘，产生严重的后果[6]。此外，接地外壳的尖端与导体上的尖端部分，其电场分布都是非常不均匀的，在这种情况下，“电晕放电”就极有可能发生。尤其是其中存在悬浮的非金属微粒时，一旦接受了电场力与重力的共同作用，就极有可能在空腔内进行“非随机性”的飘移，当越来越多的微粒实现了聚集之后，就会对绝缘结构产生影响，而这一影响的结果就包括GIS设备的缺陷。
2.2 GIS的故障分析
在前文的分析中可知，GIS内部的微小金属粒子能够因其绝缘异常，尤其当自由金属粒子靠近特高压电场的相关部位时，就极有可能导致绝缘击穿，其危险性不容置疑。此外，因为GIS的带电导体、互感器和避雷器等相关部件都被密封在金属筒或者金属外壳内，单纯通过肉眼进行观察是无法了解其运行状况的[7]。从这个角度讲，通常意义下的预防性检测技术难以确定GIS的内部状态，检测效果欠佳。更为重要的是，这些传统的预防性检测方法的适用性十分有限，难以适应GIS设备较高的要求，即便GIS设备处于停电的状态下，也难以通过适当的方法确定该设备的运行情况以及后续能够继续投入使用的情况。
2.3超声波的检测原理
越来越多的数据与实践不断证明：停电状态下的预防性检测是难以正常反映GIS设备的运行状况的，当然，越来越多的电力企业也意识到了这一点。因此，为了解决这一难题，摆脱这一困境，就需要将超声波技术的故障检测提上日程。在我们周围的空间内，可以产生超声波的途径多种多样，作为常见的包括有压电效应法、磁致伸缩效应法以及静电效应法与电磁效应法等。如果GIS内部的高压绝缘出现劣化时，局部放电的现象就会出现，继而产生超声波，这为GIS绝缘劣化的检测和处理提供了必要条件[8]。此外，局部放电被看做是GIS绝缘性能的关键参数，借助超声波检测就能够发现GIS设备中存在的故障，并对其进行分析和处理。
3 超声波检测技术在GIS故障处理中的实践——兼对声电联合检测的分析
在以上的分析可以得出如下结论：超高频技术与超声波技术的优缺点十分明显。将超高频技术与超声波技术联合在一起对GIS进行检测，能够有效的提高检测准确性与可靠性。其具体操作规程为：（1）通过超声波法技术对GIS设备的局部放电进行普查测试，其目的在于检查GIS设备局放信号的强弱和有无。如果其中存在局放信号，则需要对局部放电进行初定位，并最终确定局放信号处于GIS的何种气室；（2）借助超高频技术对信号明显的位置完成放电点的精确定位，其目的在于能够区分外部放电与内部放电的区别；（3）倘若经过定位之后发现放电出现在GIS内部，此时就应该借助超声波技术与超高频技术对波形特征完成分析，确定局放的类型；（4）如果在这一过程中存在疑似局放信号，就需要对放电点位置进行精确的记录，甚至在必要的情况下要做好台账，其目的在于当再次发生相同或相似状况时，能够对局放进行分析。
4 结束语
在现代化工业生产中，电力设备已经成为其中最为重要和关键的装置，对经济社会的发展、运行承担着重要的责任。因此，要千方百计的使之处于良好的运行状态之中，及时发现其中的故障隐患，并借助关键的技术对故障进行分析和处理，避免给人民的财产造成重大损失。文章基于这样的忧思，对基于超声波检测技术的GIS设备故障分析与处理问题进行了探讨，得出了一些结论，希望这些结论能够指导现实的实践。
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关键词 应用进展；GIS；水文水资源
中图分类号TP319 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）90-0165-02
0引言
GIS全称地理信息系统，它产生于20世纪60年代。其最开始是用来存储、提取、分析的一个关于地理信息的软件系统。它能综合的处理与分析空间数据，并且为管理和科研人员提供区域综合的规划、战略的决策与方案的选取等可靠的空间和地理信息。
随着科学技术的进步，GIS的技术也逐步的从发展到了内核，随着GIS技术的不断增强，其应用的范围也越来越大。而且本身的能力也可以解决水资源问题，对于水资源领域的条件也越来越成熟，使得它在区域水资源规划的管理、水情的预报以及水文的研究成为现实。
1主要应用
1.1在水资源的开发中的应用
在调查地表的水资源的空间分布时，水文部门采用GIS技术。而且GIS还用于研究和挖掘地下水资源。在地下水的蕴藏量等大量地下水资源的信息的基础下，GIS为怎样多大量级的开采地下水进行了科学的分析，这对保护好地下水资源，并合理的开发好地下水资源具有重大的决策和支持的作用。例如：黄河下游水资源管理空间决策支持系统、全国水文水资源综合项目规划等等一系列系统[1]。
1.2在流域水文模型中的应用
把GIS应用于水文模型的发展成为近年来的主要发展趋势，它利用流域内的降水具有时空分布不均匀的特点，通过DEM把流域给划分成为许多个子流域单位，并且用TOPMODEL模型作为理论基础，设计了一个个分单位的处理产流与汇流过程的分布式降雨的径流模型，然后再结合特定的水库的汛期资料来进行一些模拟的计算，从而实现监控。
1.3在水文情报预报中的应用
在GIS系统中，水文情报的系统分为以下几点：
1）关于模型参数的确定：在流域水文模型中，大多数的参数都与地理信息有关，例如河长、宽度，流域的坡度以及土地的利用面积等，都可以直接用GIS根据地理信息来确定。而另一些的模型参数，例如流域的下渗的能力等等也可以间接用GIS根据地理信息来分析和计算；
2）信息的查询和空间信息的分析：在预报系统中，基本上都是以电子的地图作为背景，利用GIS的技术以及数据管理的技术，从而实现了水情信息查询、检索以及分析和计算；
3）DEM的应用：DEM不仅应用在流域的汇流计算，还应用在水力学模型，从而快速的、客观的并且准确的进行灾情的评估与分析。
4）分布式的水文模型的开发：因为GIS可以提供详细明确的资料吗，所以可以根据流域的条件，把流域划分成满足分辨率的很多不规则的、多边形的单元格，用来考虑降雨等要素在空间分布的不均匀。
1.4在水土保持中的应用
水土流失的类型多种多样，其中有风蚀、水蚀、冻融侵蚀等等各种类型，并且水土流失时伴随着大量的滑坡、泥石流、山崩等严重的地质灾害。如何保持水土流失这是一个艰巨的任务。在上世纪80年代以来，如此严重的水土流失问题得到了国家的高度重视，并且先后在主要的江河进行了治理工程，而且在重点区域建立了监测网站，利用遥感技术的特点、GIS的强大的信息管理以及全球定位系统的高精确的特点来进行统一的管理。用GIS来监测数据并且进行分析，这样及时的可靠的传递数据，为流域的水土流失治理提供了大力的便捷。
2发展趋势
GIS的优势是，具有强大的数据管理与分析功能。它在空间信息的处理上具有独到的优势，它是研究水文水资源及其利用的极为有利的工具。因为GIS能有效的克服传统的大尺度的战略规划的缺点，所以它一直被认为是一种灵活的规划工具。GIS的管理系统可以自动的生成当地流域自然地理以及社会要素的底图，并且以底图为基础生成流域水资源供需图。灌溉的规划图以及等等一系列关于流域的地图。还可以进行分析，例如：流域内的蓄水量、分布以及与社会的关系等等一系列的分析。还可以对单一对象的相关的信息进行查询以及剖面的显示、开采的模拟等等[2]。
往后，伴随着专业化的逐步发展。GIS肯定会在软件的方面率先突破，并且用来专门研究水资源的GIS会大量出现。其效率肯定也会大大提高。但是除了软件的开发外，要把软件学、软件系统的思想一起纳入水资源的研究之中，这也是以后GIS在水资源领域中发展取得进步的关键。
3其中的缺点
尽管目前的大多数GIS都具备强大的数据存储、管理以及输入输出的功能，但是毕竟是以数据作为中心，它在水文地理空间的表达上以及水文现象空间的分析上，其决策的能力是远远不够的，这种现况的主要原因是因为GIS的数据模型不能够准确明确的表达地理空间的水文特征。
此外，虽然现在的通用GIS软件功能很不错，但是因为这些都不是用来专门来研究水资源的软件，所以其功能还不算是太完备，这必须要开发者来进行二次的开发。因为这种非专业的GIS软件，给使用GIS的科研人员带来了许多的不便以及极大的限制。并且从某种程度上来看，它会影响研究成果的可靠性以及实用性，并且无法彻底最终的解决水资源的管理问题。
4结论
GIS技术的运用大大的促进了水文水资源的发展的同时也加快了GIS技术提升的脚步。地理信息系统（GIS）它是一门新兴的计算机应用科学，并且在水文水资源领域的作用日益的加大。GIS在管理、处理以及储存与分析时的分布资料，再为以后的开发规划以及运行管理的决策时，可以为水资源与环境的保护提供相当直观、科学的依据，并且协助了水文学科的有关理论方面的知识研究，GIS在其中起到了非常重要的作用。
参考文献
关键词：地理信息系统 油田开发管理 应用
中图分类号：TP39
文献标识码：A
文章编号：1007-3973（2012）006-001-02
1 GIS的定义
GIS(Geographic Information System)：是以测绘测量为基础，以数据库作为数据，储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。结合了地理相关数据的信息系统，是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。目前，GIS作为获取、储存空间数据的重要工具，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。
由于信息技术的发展，GIS现在已被渗入到能跟地图，位置有关的各行各业，比如环境保护，城市交通，铁道运输，水利水电，地震监测，煤矿开发，消防安全，航天航空等，从理论是哪个来讲，几乎可以运用与现阶段的每一个行业。
2 GIS在国内外的发展现状
上世纪50年代，随着计算机科学的不断发展以及它在航空摄影与地图制图的应用和政府部门对土地资源的利用管理规划，使人们逐渐开始使用计算机来收集、储存、处理各种空间地理分布的图形数据，并加以分析和决策，这才引起了现代意义上的地理信息系统的问世。
(1)60年代：加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出了地理信息这一术语，并创建了世界上第一个GIS——加拿大地理信息系统（CGIS），用于自然资源的管理和规划。
70年代：随着计算机技术的飞速发展以及硬件能力的提升，GIS也进入了高速发展，部分发达国家开始建立了许多专业性的地理信息系统。比如美国地质调查局就建成了50多个GIS，加拿大、联邦德国，日本等也逐步发展了自己的GIS。
(2)80年代：随着计算机性能的大幅度提升和图形工作站的建立，GIS软件也更多的进行了开发和研究，其中不乏有许多具有代表性的软件，如Genamap、MGE、system9等。这些软件的不断推出和使用使GIS开始解决如全球沙漠化、酸雨等全球性问题。
我国的GIS起步较晚，在80年代后才有较快速的发展，许多城市的政府开始逐步投资建立本地的GIS，例如沙市，由于GIS的起步较早而全国闻名。1994年，我国专门成立了“中国GIS协会”，此后又成立了：“中国GIS技术应用协会”加强了国内的GIS学术交流。
3 GIS对油田开发管理的作用
3.1 系统需求分析
油田在勘探开发过程中累积产生了大量的图形资料和数据信息，而GIS的建立应该基于这些图形资料与数据信息之上，与油田自身的数据库进行连接，有效的进行资源共享。
针对GIS的应用特点和不同层次用户的考虑，可以将GIS分为3个使用方向，对直接参与开发的技术部门提供较为方便的数据及图形查询和编辑制作模拟效果的功能，对管理开发的部门提供即时的效果监测和数据分享功能，对系统维护的部门提供系统编辑和设置的功能。
3.2 系统构架设计
3.3 系统功能设计
(1)油田勘探开发管理：进行勘探开发的工作人员可以通过GIS对现场施工进行管理。通过利用GIS和油田数据库的联系，综合地利用包括地震资料，测井资料和钻探资料在内的所有勘探数据资料进行有效的综合分析，并建立在此基础上的二维模拟图形，通过对GIS的数据和图像信息进行对比研究，可以更加直观，准确，方便和及时的了解生产情况，油气井的位置以及所有生产井产量的实时数据及其变化趋势，方便进行油井的管理、维护和制定工作进度。
(2)石油管道线路管理：对于石油管道线路的管理，油田的传统方式是采用图纸标注，随着油田的不断发展和累积，管道线路的信息种类繁多且数据量极大，采用传统的图纸标注难以进行方便的管理，而且经过反复翻阅勾画后会造成图纸易于破损，容易造成数据丢失，在紧急情况下不能作出迅速查询，会耗费大量的人力物力。而通过GIS进行有效的管理，可以有效的将地图及各种信息数据进行有机的结合起来，使整个油气管道一目了然，方便了油气管道线路的管理。
(3)油田生产综合管理：通过GIS使油田形成网络环境，建立专门的信息管理系统，通过GIS对油田的生产、物流、基建、通信、交通、规划等方面的问题进行统筹管理。运用GIS强大的信息查询系统，管理人员可以简单迅速的查询到各个部门的信息，并对生产管理进行全面的综合的管理。面对紧急事件也能快速反应。
4 GIS在油田开发管理中的所面临的问题
传统的油田是以纸质文件、磁盘为信息的载体，而现代数字油田的特点是数据及信息量大，计算任务繁重，资源丰富。所以，由传统油田向数字油田转化的过程中，必须解决以下问题：
(1)数字油田应给出于传统油田相对应的数据管理、查询以及资源共享的解决方案。即时有效的提供信息管理，避免资源浪费。
(2)针对数字油田计算任务繁重的特点，油田应该加大对计算机硬件设施的投入，找出相应的快速数据处理的方法。
(3)在GIS的建设过程，应该充分的利用现有的资源，做好资源网络共享的功能。
虽然GIS是数字油田建设的关键技术，但在数字油田的建设中，由于油田不断的积累而产生的越来越多的数据信息与信息量，在运行过程中所涉及到的计算任务也会越来越重，同时对网络的要求也会加大，所以在使用GIS对油田开发管理的时候需要网络技术的快速发展，从而使大量的数据信息能够在网络环境下共享及协调处理。
在油田地下油藏的描述及生产过程中，需要对油藏进行三维的可视化研究，不过受目前GIS发展的限制，绝大多数GIS软件只能进行二维的模拟和处理，更多的是处理地球表面的数据。所以对GIS软件三维可视化的开发和研究，以及在二维GIS开发工具的改进也是比不可少的。
5 结论
(1)GIS是集信息获取与输入，数据存储与管理，数据查询与分析，成果表达与输出功能于一体的信息系统。
(2)GIS拥有强大的的信息组织形式和对空间的分析能力，这样使其应用前景十分广泛。
(3)以目前的GIS系统已经能有效的处理油藏的二维问题，对于油藏管理的三维问题，可以通过对GIS功能的的扩展来达到。
(基金项目：长江大学2011年大学生创新性实验计划项目基金资助，项目编号：1108)
参考文献：
[1] 康正凌.复杂天然气管网系统工艺参数研究[D].西南石油学院,1999.
[2] 姚光镇.输气管道设计与管理[M].北京:石油工业出版社,1991.
