【正文】 化的圖形庫、數(shù)據(jù)庫和水土保持知識庫，結(jié)合水文、泥沙和氣象監(jiān)測結(jié)果，綜合分析提供大江大河流域的泥沙來源和數(shù)量，為流域或地區(qū)群眾生產(chǎn)生活條件改善、生態(tài)環(huán)境建設(shè)和大江大河治理提供決策信息。五、開發(fā)水土流失預(yù)報(bào)模型以水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的地面觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并利用人工降雨試驗(yàn)方法獲取的有關(guān)參數(shù)，借鑒國外成功的模型，開發(fā)不同尺度的水土流失模型，包括坡面土壤流失量模型、小流域水土流失模型和區(qū)域水土流失趨勢預(yù)測模型。第二節(jié)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多因子的綜合分析、定量評價、多目標(biāo)決策，為合理開發(fā)利用流域的自然資源提供強(qiáng)有力的工具，使流域的管理建立在計(jì)算機(jī)化、模式化和科學(xué)化的水平上，為區(qū)域分析、輔助決策與資源的保護(hù)、改良和合理利用服務(wù)。地理信息系統(tǒng)是伴隨計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)和地球科學(xué)發(fā)展起來的一門高技術(shù)的交叉學(xué)科，被廣泛地應(yīng)用于資源調(diào)查、環(huán)境評估、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、公共設(shè)施管理和交通安全等領(lǐng)域。 信息（information）是事物或現(xiàn)象特性的表征。比如，一個建筑物是通過它的形狀、大小、色調(diào)等特性表現(xiàn)它的存在。信息是客觀存在的，它不隨主觀意志而轉(zhuǎn)移，我們不可能制造信息，改造信息，只能認(rèn)識信息。信息本身不能改造，但是它的載體是可以改造且變換的，所有科學(xué)采集某個信息的過程就是實(shí)現(xiàn)這一改造與變換的過程。有許多信息由于條件的限制，一部分人暫時認(rèn)識不到，但它仍然客觀存在，另一部分人或人們將來可以認(rèn)識它們。只有當(dāng)數(shù)據(jù)被處理、加工或解譯后才產(chǎn)生信息，才有意義。（二）地理信息水土保持信息是地理信息的重要內(nèi)容之一。空間性（spatiality）是指地理信息的定位意義，地理信息是地理實(shí)體（entity）所具有的。地理信息具有多維結(jié)構(gòu)的特征，專題地圖如地貌形態(tài)、水土保持措施、土壤侵蝕類型、水土流失強(qiáng)度等地理信息，它們都可通過疊置在二維平面上的第三維特征來表示。地形圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)提供了公共的地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。地理信息具有動態(tài)變化的特征，從沙漠化、水土流失的循序漸進(jìn)到森林火災(zāi)、洪水的急速突變，都反映了地理信息隨時間變化的特點(diǎn)。（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)，以提供對規(guī)劃、管理、決策和研究所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。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、綜合地對復(fù)雜的地理系統(tǒng)進(jìn)行空間定位和過程動態(tài)分析等特征?！　?（一）硬件系統(tǒng)GIS硬件配置一般包括四個部分。（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個層次的軟件。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件水土保持GIS軟件和其他支撐軟件其核心軟件通用GIS軟件有5個主要功能模塊：（1）數(shù)據(jù)輸入模塊。（2）數(shù)據(jù)存儲與管理模塊。空間數(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。指對圖件及其屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析運(yùn)算和指標(biāo)量測，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。量測包括對面積、長度、體積、空間方位、空間變化等指標(biāo)的計(jì)算。（4）數(shù)據(jù)輸出與顯示模塊。（5）用戶接口模塊。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。（三）水土保持空間數(shù)據(jù)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： 即幾何坐標(biāo)，標(biāo)識地理實(shí)體在某個已知坐標(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)性空間拓?fù)潢P(guān)系對于地理空間數(shù)據(jù)的編碼、錄入、格式轉(zhuǎn)換、存儲管理、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、人口數(shù)量、降雨量、河流長度、水土流失量等。任何地理實(shí)體至少有一個屬性，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。（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。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)。 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。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。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)。（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)建立過程經(jīng)過論證后確定系統(tǒng)的目的、任務(wù)及GIS的起始點(diǎn)。是指調(diào)查本部門或其他有關(guān)部門對水土保持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)踐活動等。一般來講，水土保持信息系統(tǒng)應(yīng)具有四個方面的任務(wù)：空間信息管理與制圖；空間指標(biāo)量算；空間分析與綜合評價；空間過程模擬。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。（4）評價水土保持信息系統(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。部門管理者、工作人員對建立水土保持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。可行性分析就是根據(jù)社會、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、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)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。系統(tǒng)設(shè)計(jì)是地理信息系統(tǒng)整個研制工作的核心。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)。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，即先將整個系統(tǒng)看成一個模塊，然后按功能逐步分解為若干個第一層模塊、第二層模塊等等。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、軟件的測試、購置、安裝和調(diào)試等，其中主要工作是測試。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?需要多少時間?有無某某功能等，同時用圖件或數(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)實(shí)驗(yàn)階段不僅要進(jìn)一步測試各部分的工作性能，同時還要測試各部分之間數(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。 當(dāng)水土保持信息系統(tǒng)對用戶的決策過程不斷提供支持的時候，已經(jīng)建立的系統(tǒng)會不斷膨脹，并不斷地被更新和增加。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。（三）水土保持信息系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)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；同時又是一個程序修改完善、移植交流的工具。 結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法是軟件發(fā)展早期形成的，設(shè)計(jì)工作側(cè)重于軟件結(jié)構(gòu)本身，力圖通過以下三種準(zhǔn)則，清晰地描述軟件系統(tǒng)，并用于程序編制，其過程形式是：①分清任務(wù)的執(zhí)行順序；②明確任務(wù)執(zhí)行條件和分支，即“如果……則……否則”結(jié)構(gòu)；③重復(fù)執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)直到定義的條件滿足為止。 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)中最重要也是最流行的方法是自頂向下逐步精化的順序設(shè)計(jì)方法也稱HIPO(Hierarchy Plus Input Processing Output)法。HIPO圖可分為3個基本層次：①直觀目錄：用盡可能扼要的方式，說明問題的所有功能和主要聯(lián)系，是解釋系統(tǒng)的索引；②概要圖：簡要地表示主要功能的輸人、輸出和分析處理內(nèi)容，用符號和文字表示每個功能中處理活動之間的關(guān)系；③詳細(xì)圖：詳細(xì)地用接近編制程序的結(jié)構(gòu)描述每個功能，使用必要的圖表和文字說明，再向下則可進(jìn)入程序框圖。 結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是軟件結(jié)構(gòu)描述比較清晰，便于掌握系統(tǒng)全貌，也可逐步細(xì)化為程序語句，是十分有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。 面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)方法用類和繼承描述對象，并建立求解模型，描述軟件系統(tǒng)。信息是請求對象執(zhí)行某一處理或回答某些信息的指令流，用以統(tǒng)一數(shù)據(jù)層和控制層為不同層次，這種層次結(jié)構(gòu)具有繼承性。 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，更接近于面向問題而不是對程序的描述，軟件設(shè)計(jì)帶有智能化的性質(zhì)，更便于程序設(shè)計(jì)人員與應(yīng)用人員的交流，尤其是在地理信息系統(tǒng)的智能化和專家系統(tǒng)技術(shù)不斷提高的形勢下，面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)是更有效的途徑。 原型化的設(shè)計(jì)方法原型化設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)是不需要一開始即清晰地描述一切，而是在明確任務(wù)后，在軟件的實(shí)現(xiàn)過程中逐步對系統(tǒng)進(jìn)行定義和改造，直至系統(tǒng)完成。這種設(shè)計(jì)方法，一開始就針對具體目標(biāo)開始工作，一邊工作一邊完成系統(tǒng)的定義，并通過一定的總結(jié)和調(diào)整補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足，是一種動態(tài)的設(shè)計(jì)技術(shù)。程序編制軟件設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)入程序編制階段，主要任務(wù)是設(shè)計(jì)具體算法和編程。特別是必須具有屬性和拓?fù)涞囊饬x，增加了算法的復(fù)雜性，因?yàn)椴粌H要求有圖形意義上的運(yùn)算，還要具有屬性和圖形要素之間的邏輯運(yùn)算。特別是在微型計(jì)算機(jī)上研制的系統(tǒng)，算法設(shè)計(jì)更為關(guān)鍵。 用戶界面設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要而繁瑣的工作，有時要占系統(tǒng)研制工作量的一半以上。主要的用戶界面有三類。 菜單式界面菜單界面的優(yōu)點(diǎn)是易于學(xué)習(xí)掌握，使用簡單，層次清晰，不需大量的記憶，特別是對于漢字系統(tǒng)，可將菜單內(nèi)容用漢字列出，通過菜單選擇，不需再鍵人漢字執(zhí)行，極為方便。 命令式界面是以幾個有意義或無意義的字符調(diào)用功能模塊的方式。更重要的是可以組織成批處理文件，進(jìn)行批處理作業(yè)，不需用戶在機(jī)前等待逐個調(diào)用系統(tǒng)功能。 表格式界面是將用戶的選擇和需回答的問題列于屏幕，由用戶填表式回答，可與菜單式界面配合使用。 上述界面各有優(yōu)缺點(diǎn)，好的系統(tǒng)應(yīng)提供各種界面，并隨時提供豐富的幫助信息。 所謂系統(tǒng)評價，是指從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面，對所設(shè)計(jì)的地理信息系統(tǒng)進(jìn)行評定。 水土保持信息系統(tǒng)的各種職能指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是系統(tǒng)效率的反映。系統(tǒng)可靠性可靠性還包括系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)文件和程序是否妥善保存，系統(tǒng)是否有后備體系等。 可擴(kuò)展性 可移植性是評價地理信息系統(tǒng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。要做到這一點(diǎn)，系統(tǒng)必須按國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)表示、專業(yè)分類、編碼標(biāo)準(zhǔn)、記錄格式等，都要按照統(tǒng)一的規(guī)定，以保證軟件和數(shù)據(jù)的匹配、交換和共享。 系統(tǒng)的效益系統(tǒng)的效益包括經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。目前地理信息系統(tǒng)還處于發(fā)展階段，由它產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益相對來說不太顯著，可著重從社會效益上進(jìn)行評價，例如信息共享的效果，數(shù)據(jù)采集和處理的自動化水平，地學(xué)綜合分析能力，系統(tǒng)智能化技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)決策的定量化和科學(xué)化，系統(tǒng)應(yīng)用的模型化，系統(tǒng)解決新課題的能力，以及勞動強(qiáng)度的減輕，工作時間的縮短，技術(shù)智能的提高等等。四、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立過程如圖103所示。 水土保持信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通常用三種方法采集：調(diào)查法、測量法和GPS方法。 檢核圖形幾何位置 原圖中存在的遺漏、錯碼問題處理。若在一個行政單元內(nèi)，存在地類號不同，而圖斑號相同的圖斑，修改其中一個圖斑的圖斑號。 標(biāo)明行政單元編碼，特別是特殊地的行政單元編碼。例如，將地圖中的各種色彩不同的地類先分色，復(fù)制在透明聚酯薄膜上，然后再進(jìn)行掃描。數(shù)字化通常有兩種方式：一是矢量數(shù)據(jù)的矢量跟蹤，二是使用掃描數(shù)字化方式。 手扶跟蹤式數(shù)字化方式是最常用的一種方式，它是用數(shù)字化儀跟蹤地圖上的各種地理特征，以獲取x,y坐標(biāo)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)數(shù)字化之前，需要考慮幾個方面：1）建立數(shù)字化數(shù)據(jù)輸入的方法和步驟，進(jìn)行人員的培訓(xùn)，使錄入人員的數(shù)據(jù)輸入方法一致；2）建立和實(shí)施數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的原則標(biāo)準(zhǔn)；3）建立一個實(shí)施進(jìn)度和預(yù)算評估的跟蹤系統(tǒng)；4）設(shè)立合理的容差值；容差對數(shù)據(jù)庫的精度有很大影響。 由于我國目前對數(shù)字化的精度沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對空間數(shù)據(jù)數(shù)字化的基本要求是： （2）正確定義地物特征的屬性：有些地物特征的屬性為一對多的關(guān)系，例如，土地詳查中某條線狀地物既是農(nóng)村道路，又是地類邊界和村界。例如，對線狀要素位移誤差＜177。；圖幅接邊的中誤差＜。屬性數(shù)據(jù)的錄入屬性數(shù)據(jù)的輸入方法通常有四種：①鍵盤鍵入法：在空間數(shù)據(jù)輸入完成后，進(jìn)行屬性數(shù)據(jù)的輸入；②使用計(jì)算機(jī)智能化掃描字符識別技術(shù)；③在空間數(shù)據(jù)數(shù)字化或矢量化的過程中賦值；④人工編輯：使用一些分析方法進(jìn)行自動賦值。 數(shù)據(jù)質(zhì)量問題是關(guān)系到數(shù)據(jù)庫建設(shè)成敗和數(shù)據(jù)能否有效應(yīng)用的重要問題。（1）準(zhǔn)確性。對于空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即在規(guī)定的精度范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)庫必須能夠正確表示點(diǎn)、線、面所在位置的坐標(biāo)。對于屬性數(shù)據(jù)，指無遺漏又無重復(fù)地正確表示出各類屬性編碼。指具有同一準(zhǔn)確度和精度的數(shù)據(jù)在類型上和特定空間范圍內(nèi)完整的程度。是指對同一現(xiàn)象或同類現(xiàn)象的表達(dá)的一致程度。指數(shù)據(jù)反映客觀現(xiàn)象目前狀況的程度。數(shù)據(jù)誤差來源分析數(shù)據(jù)的誤差大小通常是一個