【正文】 靜態(tài)特征或規(guī)律，要反映地理信息的時(shí)序性，就必須利用遙感技術(shù)及時(shí)對(duì)其更新和利用科學(xué)的手段進(jìn)行預(yù)測(cè)。（三）地理信息系統(tǒng)概念 地理信息系統(tǒng)（GIS）是在計(jì)算機(jī)硬件和軟件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供對(duì)規(guī)劃、管理、決策和研究所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。GIS采集、存貯、管理、處理和綜合分析地理信息，并輸出數(shù)據(jù)和提供圖形服務(wù)。地理信息系統(tǒng)（GIS）是計(jì)算機(jī)科學(xué)、制圖學(xué)、地理科學(xué)等多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型分析的方法，適時(shí)提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地學(xué)研究和與地學(xué)有關(guān)的決策服務(wù)的技術(shù)系統(tǒng)，它具有①具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力，具有空間性和動(dòng)態(tài)性；②以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有區(qū)域空間分析、多要素綜合分析和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)能力，可產(chǎn)生高層次的地理信息；③由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持進(jìn)行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計(jì)算機(jī)程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支持是GIS的重要特征，使GIS得以快速、精確、綜合地對(duì)復(fù)雜的地理系統(tǒng)進(jìn)行空間定位和過程動(dòng)態(tài)分析等特征。二、水土保持信息系統(tǒng)的構(gòu)成一個(gè)典型的水土保持信息系統(tǒng)由4部分構(gòu)成，即硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理操作人員，可綜合表示為圖10—l?！　?（一）硬件系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)際物理裝置的總稱，是GIS的物理外殼，系統(tǒng)的規(guī)模、精度、速度、功能、形式、使用方法甚至軟件都與硬件有極大的關(guān)系，受硬件指標(biāo)的支持或制約。GIS硬件配置一般包括四個(gè)部分。計(jì)算機(jī)主機(jī)工作站、微機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)；數(shù)據(jù)輸入設(shè)備數(shù)字化儀、圖像掃描儀、手寫筆、光筆、鍵盤、通訊端口等；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備光盤刻錄機(jī)、磁帶機(jī)、光盤塔、活動(dòng)硬盤、磁盤陣列等；數(shù)據(jù)輸出設(shè)備：圖形終端、繪圖儀、打印機(jī)和硬拷貝機(jī)等。（二）軟件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)是指水土保持GIS運(yùn)行所必需的各種程序，通常包括3個(gè)層次的軟件。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件 由計(jì)算機(jī)廠家提供的、為用戶開發(fā)和使用計(jì)算機(jī)提供方便的程序系統(tǒng)，有操作系統(tǒng)、匯編程序、編譯程序、診斷程序、庫程序以及各種維護(hù)使用手冊(cè)、程序說明等，是GIS日常工作所必需的。水土保持GIS軟件和其他支撐軟件 由通用GIS軟件和數(shù)據(jù)庫管理軟件、計(jì)算機(jī)圖形軟件包、CAD、圖像處理軟件等組成。其核心軟件通用GIS軟件有5個(gè)主要功能模塊：（1）數(shù)據(jù)輸入模塊。將系統(tǒng)外部的原始數(shù)據(jù)，包括遙感影像數(shù)據(jù)、專業(yè)圖件數(shù)據(jù)、測(cè)繪調(diào)查數(shù)據(jù)、文檔資料數(shù)據(jù)以及各數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)及網(wǎng)上數(shù)據(jù)，傳輸給系統(tǒng)內(nèi)部，并將這些數(shù)據(jù)從外部格式轉(zhuǎn)換為便于系統(tǒng)處理的內(nèi)部格式。（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理模塊。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)庫管理涉及地理元素(表示地表物體的點(diǎn)、線、面)的位置、連接關(guān)系及屬性數(shù)據(jù)如何構(gòu)造和組織等?？臻g數(shù)據(jù)庫的操作包括數(shù)據(jù)格式的選擇和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)的連接、查詢、提取等。（3）數(shù)據(jù)分析與處理模塊。指對(duì)圖件及其屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析運(yùn)算和指標(biāo)量測(cè)，在這種操作中，輸入的是圖件，分析計(jì)算后生成的也是圖件，在空間定位上仍與輸入的圖件一致，稱為函數(shù)轉(zhuǎn)換。空間函數(shù)轉(zhuǎn)換分為基于點(diǎn)或象元的空間函數(shù)，如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算或聚類分析等；基于區(qū)域、圖斑或圖例單位的空間函數(shù)，如疊加分類、區(qū)域形狀量測(cè)等；基于鄰域的空間函數(shù)，如像元連通性、擴(kuò)散、最短路徑搜索等。量測(cè)包括對(duì)面積、長度、體積、空間方位、空間變化等指標(biāo)的計(jì)算。函數(shù)轉(zhuǎn)換還包括錯(cuò)誤改正、格式變換和預(yù)處理。（4）數(shù)據(jù)輸出與顯示模塊。輸出與顯示是指將系統(tǒng)內(nèi)的原始數(shù)據(jù)或經(jīng)過系統(tǒng)分析、轉(zhuǎn)換、重新組織的數(shù)據(jù)提交給用戶，如以地圖、表格、數(shù)字或曲線的形式表示于某種介質(zhì)上，或采用CRT(Cathode Ray Tube)顯示器、膠片拷貝、點(diǎn)陣打印機(jī)、筆式繪圖儀等輸出，也可以將結(jié)果數(shù)據(jù)記錄于磁存儲(chǔ)介質(zhì)設(shè)備或通過通訊線路傳輸?shù)接脩舻钠渌?jì)算機(jī)系統(tǒng)中。（5）用戶接口模塊。用于接收用戶的指令、程序或數(shù)據(jù)，是用戶和系統(tǒng)交互的工具，主要包括用戶界面、程序接口與數(shù)據(jù)接口。系統(tǒng)通過菜單方式或解釋命令方式接收用戶的輸入,并隨時(shí)向用戶提供系統(tǒng)運(yùn)行和操作幫助信息，使系統(tǒng)成為人機(jī)交互的開放式系統(tǒng)。 應(yīng)用分析程序 是系統(tǒng)開發(fā)人員或用戶根據(jù)水土保持專題或區(qū)域分析模型編制的用于某種特定應(yīng)用任務(wù)的程序，是系統(tǒng)功能的擴(kuò)充與延伸。應(yīng)用程序作用于水土保持專題數(shù)據(jù)或區(qū)域數(shù)據(jù)，構(gòu)成水土保持GIS的具體內(nèi)容和核心，是真正用于水土保持分析的部分，也是從空間數(shù)據(jù)中提取水土保持信息的關(guān)鍵。用戶進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的大部分工作是開發(fā)應(yīng)用程序，而應(yīng)用程序的水平在很大程度上決定系統(tǒng)的實(shí)用性、優(yōu)劣和成敗。（三）水土保持空間數(shù)據(jù) 水土保持空間數(shù)據(jù)是指以地球表面空間位置為參照的與水土保持有關(guān)的自然、社會(huì)和人文景觀數(shù)據(jù)，可以是圖形、圖像、文字、表格和數(shù)字等，由系統(tǒng)的建立者通過數(shù)字化儀、掃描儀、鍵盤、磁帶機(jī)或其他通訊系統(tǒng)輸入GIS，是系統(tǒng)程序作用的對(duì)象，是GIS所表達(dá)的現(xiàn)實(shí)世界經(jīng)過模型抽象的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容。不同用途的水土保持GIS其空間數(shù)據(jù)的種類、精度都是不同的，但基本上都包括三種互相聯(lián)系的特征： 已知坐標(biāo)系中的位置 即幾何坐標(biāo)，標(biāo)識(shí)地理實(shí)體在某個(gè)已知坐標(biāo)系中的空間位置，可以是經(jīng)緯度、平面直角坐標(biāo)、極坐標(biāo)，也可以是矩陣的行、列數(shù)等。 實(shí)體間的空間相關(guān)性 即拓?fù)潢P(guān)系，表示點(diǎn)、線、面實(shí)體之間的空間聯(lián)系，如網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)線之間的樞紐關(guān)系，邊界線與面實(shí)體之間的構(gòu)成關(guān)系等?？臻g拓?fù)潢P(guān)系對(duì)于地理空間數(shù)據(jù)的編碼、錄入、格式轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)管理、查詢檢索和模型分析都有重要意義，是地理信息系統(tǒng)的特色之一。 與幾何位置無關(guān)的屬性 屬性是與水土保持實(shí)體相聯(lián)系的水土保持變量，分為定性和定量兩種，前者包括名稱、類型、特性等，后者包括數(shù)量和等級(jí)。定性描述的屬性如巖石類型、土壤種類、土地利用類型、行政區(qū)劃等，定量的屬性如面積、長度、土地等級(jí)、人口數(shù)量、降雨量、河流長度、水土流失量等。非幾何屬性一般是經(jīng)過抽象的概念，通過分類、命名、量算、統(tǒng)計(jì)得到。任何地理實(shí)體至少有一個(gè)屬性，而地理信息系統(tǒng)的分析、檢索和表示主要是通過屬性的操作運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的。因此，屬性的分類系統(tǒng)、量算指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的功能有較大的影響。 水土保持信息系統(tǒng)特殊的空間數(shù)據(jù)模型決定了水土保持信息系統(tǒng)特殊的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和特殊的數(shù)據(jù)編碼，也決定了水土保持信息系統(tǒng)具有特色的空間數(shù)據(jù)管理方法和系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)分析功能，成為水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與管理的重要工具。（四）系統(tǒng)開發(fā)、管理與使用人員 人是GIS中的重要構(gòu)成因素。水土保持信息系統(tǒng)從其設(shè)計(jì)、建立、運(yùn)行到維護(hù)的整個(gè)生命周期，處處都離不開人的作用。僅有系統(tǒng)軟硬件和數(shù)據(jù)還不能構(gòu)成完整的水土保持信息系統(tǒng)，還需要人進(jìn)行系統(tǒng)組織、管理、維護(hù)和數(shù)據(jù)更新、系統(tǒng)擴(kuò)充完善、應(yīng)用程序開發(fā)，并靈活采用地理分析模型提取多種信息，為管理和決策服務(wù)。三、水土保持信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建立（一）水土保持信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 水土保持GIS的開發(fā)建設(shè)和應(yīng)用是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及到系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)控制運(yùn)行、最優(yōu)管理，以及人力、財(cái)力、物力資源的合理投入、配置和組織等諸多復(fù)雜問題。需要運(yùn)用系統(tǒng)工程的原理和方法，結(jié)合空間信息系統(tǒng)的特點(diǎn)實(shí)施建設(shè)。因此，在建立GIS過程中確定應(yīng)用目標(biāo)是什么，選用哪些數(shù)據(jù)源，以及數(shù)據(jù)的質(zhì)量、精度如何等一系列重大問題是至關(guān)重要的，這直接關(guān)系到系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性。GIS工程的成敗及效益，取決于GIS工程的總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)、技術(shù)力量的組織、工程的建設(shè)實(shí)施和數(shù)據(jù)源的組織。 水土保持信息系統(tǒng)的開發(fā)研究分為四個(gè)階段：系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)評(píng)價(jià)及維護(hù)。系統(tǒng)分析階段的需求功能分析、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析和數(shù)據(jù)流分析是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。系統(tǒng)分析階段的工作是要解決“做什么”的問題，它的核心是對(duì)水土保持信息系統(tǒng)進(jìn)行邏輯分析、解決需求功能的邏輯關(guān)系及數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以及數(shù)據(jù)與需求功能之間的關(guān)系等問題；系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的核心工作是要解決“怎么做”的問題，研究系統(tǒng)由邏輯設(shè)計(jì)向物理設(shè)計(jì)的過渡，為系統(tǒng)實(shí)施奠定基礎(chǔ)。（二）系統(tǒng)建立過程用戶需求數(shù)據(jù)來源系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)檢驗(yàn)投入產(chǎn)出研究執(zhí)行計(jì)劃實(shí)驗(yàn)計(jì)劃可行性研究組織數(shù)據(jù)庫硬件要求軟件要求政策因素法律因素圖10—2 水土保持信息系統(tǒng)建立過程水土保持信息系統(tǒng)建立的過程（圖102），大致可以分成以下幾個(gè)主要步驟：　　　　　　　　可行性研究可行性研究主要是進(jìn)行大量的現(xiàn)狀調(diào)查，在調(diào)查的基礎(chǔ)上論證水土保持GIS的自動(dòng)化程度、涉及的技術(shù)范圍、投資數(shù)量以及可能收到的效益等。經(jīng)過論證后確定系統(tǒng)的目的、任務(wù)及GIS的起始點(diǎn)。這一階段的工作主要包括：（1）用戶需求調(diào)查。是指調(diào)查本部門或其他有關(guān)部門對(duì)水土保持GIS系統(tǒng)的信息需求情況，在目前和將來發(fā)展業(yè)務(wù)上需要些什么信息，完成本部門專業(yè)活動(dòng)所需要的數(shù)據(jù)和所采用的處理手段，以及為改善本部門工作進(jìn)行了哪些實(shí)踐活動(dòng)等。 （2）確定系統(tǒng)目的和任務(wù)。一般來講，水土保持信息系統(tǒng)應(yīng)具有四個(gè)方面的任務(wù)：空間信息管理與制圖；空間指標(biāo)量算；空間分析與綜合評(píng)價(jià)；空間過程模擬。（3）數(shù)據(jù)源調(diào)查和評(píng)估。調(diào)查了解用戶需求的信息后，應(yīng)進(jìn)一步掌握數(shù)據(jù)情況。分析研究什么樣的數(shù)據(jù)能變換成所需要的信息，這些數(shù)據(jù)中哪些已經(jīng)收集齊全，哪些不全，然后對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)形式、精度、流通程度等作進(jìn)一步分析，并確定它們的可用性和所缺數(shù)據(jù)的收集方法等。（4）評(píng)價(jià)水土保持信息系統(tǒng)的年處理工作量、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和大小、服務(wù)范圍、輸出形式和質(zhì)量等。（5）系統(tǒng)的支持狀況。部門管理者、工作人員對(duì)建立水土保持GIS的支持情況,有多少人力可用于GIS系統(tǒng)，其中有多少人員需培訓(xùn)等；組織部門所能給予的當(dāng)前的投資額及將來維護(hù)GIS的逐年投資額等。根據(jù)上述調(diào)查結(jié)果確定水土保持GIS的可行性及水土保持GIS的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)模，估算建立水土保持GIS所需投資和人員編制等?？尚行苑治鼍褪歉鶕?jù)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件，確定系統(tǒng)開發(fā)的必要性和可能性，主要進(jìn)行效益分析、經(jīng)費(fèi)估算、進(jìn)度預(yù)測(cè)、技術(shù)水平的支持能力、有關(guān)部門的支持程度等分析。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)是將系統(tǒng)分析階段提出的邏輯模型轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的物理模型。其設(shè)計(jì)的內(nèi)容隨系統(tǒng)的目標(biāo)、數(shù)據(jù)的性質(zhì)和系統(tǒng)的不同而有很大的差異。一般而言，首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)研制的目標(biāo)，確定系統(tǒng)必須具備的空間操作功能，稱為功能設(shè)計(jì)；其次是數(shù)據(jù)分類和編碼，完成空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，稱為數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)；最后是系統(tǒng)的建模和產(chǎn)品的輸出，稱為應(yīng)用設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)是地理信息系統(tǒng)整個(gè)研制工作的核心。不但要完成邏輯模型所規(guī)定的任務(wù)，而且要使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)達(dá)到優(yōu)化。所謂優(yōu)化，就是選擇最優(yōu)方案，使地理信息系統(tǒng)具有運(yùn)行效率高、控制性能好和可變性強(qiáng)等特點(diǎn)。要提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。一般要盡量避免中間文件的建立，減少文件掃描的遍數(shù)，并盡量采用優(yōu)化的數(shù)據(jù)處理算法。為增強(qiáng)系統(tǒng)的控制能力，要擬定對(duì)數(shù)字和字符出錯(cuò)時(shí)的校驗(yàn)方法；在使用數(shù)據(jù)文件時(shí)、要設(shè)置口令，防止數(shù)據(jù)泄密和被非法修改，保證只能通過特定的通道存取數(shù)據(jù)。為了提高系統(tǒng)的可變性，最有效的方法是采用模塊化的方法，即先將整個(gè)系統(tǒng)看成一個(gè)模塊，然后按功能逐步分解為若干個(gè)第一層模塊、第二層模塊等等。一個(gè)模塊只執(zhí)行一種功能，一個(gè)功能只用一個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)，這樣設(shè)計(jì)出來的系統(tǒng)才能做到可變性好和具有生命力。 功能設(shè)計(jì)又稱為系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，它的主要任務(wù)是根據(jù)系統(tǒng)研制的目標(biāo)來規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)模和確定系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，并說明它們?cè)谡麄€(gè)系統(tǒng)中的作用與相互關(guān)系，以及確定系統(tǒng)的硬件配置，規(guī)定系統(tǒng)采用的合適技術(shù)規(guī)范，以保證系統(tǒng)總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括：數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、硬件配置與選購和軟件設(shè)計(jì)等。 建立系統(tǒng)的實(shí)施計(jì)劃 系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，把所估算的硬件和軟件的總投資、人員培訓(xùn)投資及數(shù)據(jù)采集投資等作為建立水土保持GIS的投資額，同時(shí)估計(jì)若干年后能收到的經(jīng)濟(jì)效益，這是投入產(chǎn)出估算。如果估算的結(jié)果令人滿意，則進(jìn)行后繼工作。 建立水土保持GIS的執(zhí)行計(jì)劃，包括硬件、軟件的測(cè)試、購置、安裝和調(diào)試等，其中主要工作是測(cè)試。測(cè)試工作一般按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試工作模式，進(jìn)行較詳細(xì)的測(cè)試。該模式的主要特點(diǎn)是：硬件提供者要回答一系列問題，例如，要完成某某操作或運(yùn)算可能否?需要多少時(shí)間?有無某某功能等，同時(shí)用圖件或數(shù)據(jù)證實(shí)他的硬、軟件能完成用戶提出的操作任務(wù)，或者直接在計(jì)算機(jī)上演示。測(cè)試工作可詳可簡，當(dāng)用戶已掌握某些必須滿足的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可以集中測(cè)試作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)指標(biāo)能否達(dá)到要求，否則逐項(xiàng)測(cè)試工作過程的各個(gè)部分。測(cè)試工作完成后，確定購置硬件的類型，經(jīng)安裝調(diào)試后，編制實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，進(jìn)行試驗(yàn)。 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 結(jié)合用戶要求完成的任務(wù)，選擇小塊實(shí)驗(yàn)區(qū)(或者用模擬數(shù)據(jù))對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分、各種功能進(jìn)行全面試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)階段不僅要進(jìn)一步測(cè)試各部分的工作性能，同時(shí)還要測(cè)試各部分之間數(shù)據(jù)傳送性能、處理速度和精度，保證所建立的系統(tǒng)正常工作，各部分運(yùn)行狀況良好。如果發(fā)現(xiàn)不正常狀況，應(yīng)查清問題的原因，通知硬件或軟件提供者進(jìn)行適當(dāng)處理。 系統(tǒng)運(yùn)行 當(dāng)水土保持信息系統(tǒng)對(duì)用戶的決策過程不斷提供支持的時(shí)候，已經(jīng)建立的系統(tǒng)會(huì)不斷膨脹，并不斷地被更新和增加。幾年以后，系統(tǒng)的周期將又從頭開始，這時(shí)的新系統(tǒng)將提供更新的、增強(qiáng)的或附加的能力。實(shí)踐證實(shí)，許多水土保持地理信息系統(tǒng)是隨著用戶發(fā)現(xiàn)它們能做什么而被擴(kuò)充的。新技術(shù)與新方法的引入、不斷地進(jìn)行教育與培訓(xùn)等是整個(gè)系統(tǒng)生命周期中必不可少的組成部分。（三）水土保持信息系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是將所要編制的程序表達(dá)為一種書面形式。這種形式既可簡單明了地描繪軟件系統(tǒng)的全貌，便于程序編制的高效正確；同時(shí)又是一個(gè)程序修改完善、移植交流的工具。軟件設(shè)計(jì)必須根據(jù)建立水土保持GI