我是GIS专业出生，学环境考古专业有前途吗

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考古研究中应用GIS的必要性

伴随着GIS技术的不断发展, 考古研究中GIS技术的应用与研究也得到了足够的重视,并且取得了丰硕的成果, 特别是GIS的空间分析技术应用于区域考古研究之中, 为现代区域考古学研究提供了一整套全新的方法和手段, 拓展了考古学研究的领域。很多定期召开的考古界国际学术研讨会都将GIS作为独立的专题, 让考古界的学者与GIS方面的专业人员一起进行交流和探讨, 更加促进了考古研究中GIS技术的发展与理论的成熟。在考古学研究中应用GIS技术之前, 考古调查和发掘中发现的各种遗迹或遗物的时空分布情况, 都要记录在遗迹分布图上, 这些是研究古代社会经济、文化和社会形态的重要依据。一个考古遗址的发掘, 尤其是带有明确学术目的的主动发掘, 往往需要进行若干次阶段性发掘才能完成, 因此就遗址的发掘和研究来说, 又具有一定的长期性, 而且每次发掘的内容都应该及时补充到遗迹分布图中, 这样才有利于考古研究工作的顺利进行。所以遗址的发掘资料除了发掘记录外, 通常是每次田野工作结束时, 在现有地图或实测图上进行补充和修正新的遗迹或现象, 于是一个遗址的资料就会逐渐增多。在这样的情况下, 对一个遗址内大量而重要的资料进行查询、管理和综合研究时往往会显得力不从心, 因为一些资料可地理信息系统在考古研究中的应用能存在于一张或几张不同时期、不同范围的遗址分布图上( 这些图的比例尺和注记格式往往不一样) , 而另一些资料却在遗址的发掘报告、研究论文甚至在有关单位收藏品的记录

中, 因此查询、收集这些资料既要耗费大量的时间, 又非常麻烦, 而且很难将大量的资料综合在一起进行定性定量研究和三维空间的模拟分析, 资料的利用率很低。所以在20世纪80年代末, 欧美考古学研究中引入了地理信息系统技术, 很好地解决上述的那些问题。考古调查和发掘中获得的资料都具有空间属性, 一个考古遗址的位置和范围可以使用空间数据来表示, 考古遗址内的遗迹、现象乃至一件器物或陶片都是在特定探方中特定位置上, 可以用准确的数据来表示各自的空间位置, 考古学研究就是通过各种遗迹和器物其空间分布的状况, 来模拟和重建当时的历史及其演变过程。传统的考古学研究方法往往只是通过人脑的思考, 然后使用文字给予一定的描述对研究结果进行归纳和总结。这种研究方法非常简便, 但是往往无法同时运用全部的考古信息进行综合研究, 而且不便于进行空间的分析和模拟, 深入浅出地对考古学问题进行阐述和研究。地理信息系统技术正是从考古遗迹或现象的空间位置出发, 建立多种空间信息与属性信息并存的数据库和图形图像库, 从而能够方便地进行分层或综合显示、查询、模拟各类数据信息, 直观、简洁地复原当时的社会状况。

考古研究中GIS项目的建立

运用GIS能够建立局部区域、全国乃至全球范围内的考古信息系统, 也可以建立单个遗址内不同时期遗物的分布特征方面的考古信息系统。用于考古研究的地理信息系统能够有效地表示遗址范围内的各种遗迹及其所处的地理环境, 这些遗迹可以大致抽象为点、线、面三种类型。点可以确定遗址或遗址中遗物的位置, 大范围的空间分析中可以将遗址、古城抽象为点; 线具有一定的长度和走向, 表示古代的城墙、道路、河流等相互间或与遗迹之间的联系; 面确定遗址范围和形状, 表示遗址的范围或各种面状的遗迹。考古信息数据包括考古遗址的空间数据和属性数据, 及其相互间的连接, 空间数据是指各种遗迹所处的空间位置, 属性数据是指遗迹的内容、说明等。空间数据包括地形图、专题地图、遥感影像等等, 空间数据的输入就是将这些图形或影像运用数字化仪、扫描仪等设备输入到计算机中的过程。考古研究中的空间数据往往很多, 因此需要对空间数据分层放置, 比如在一个区域考古信息系统中, 第一层表示这个区域的地形即等高线, 第二层表示水系, 第三层表示石器时代的遗址, 第四层表示商周时期的遗址, 第五层表示秦汉以后的遗址。空间数据的分层方法多种多样, 工作中应根据遗址的具体情况而定。属性数据包括现有的各种考古资料, 即考古钻探、发掘的所有记录等。

考古信息系统的建立就是在一个特定的GIS软件中建立一组项目文件, 然后调入相应的图层文件, 一般为矢量格式的线划图, 也可以为栅格式的图像文件。矢量图形记录的是曲线或闭合图形上各段线段的转点和方向, 可以对各个元素单元赋予属性值, 比如等高线可以赋予高程数值, 遗址点可以赋予遗址的名称、位置、大小、年代以及调查、发掘等情况。所以在每个GIS项目中都需要大量的矢量图形, 而且矢量图形的制作是最为关键性的工作。

地理信息系统在考古研究中的应用

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MANAGEMENT AND REVIEW OF SOCIAL SCIENCES

2006 年第1 期(总第29 期)

矢量图形一般都是通过图纸的数字化或扫描图形的矢量化获取的。现在, 数字化仪基

本上已经退出舞台, 代之而起的是在矢量化软件的支持下, 将扫描的图形进行分层矢量化,

这种方法有着速度快、精度高、操作简便等诸多优点, 因而在信息化工作中发挥了重要的作

用, 得到了广泛的应用。考古GIS项目中, 对图形进行矢量化时一般将等高线、水系、道路、居

民地等单独分层处理, 其中等高线中的计曲线与首曲线、水系中的面水系与线水系、道路中

的铁路与各种等级的公路、居民地中的楼层数量等等, 也都是可以通过不同的属性值加以

区别的, 以便在最后的分析中能够充分发挥GIS技术的强大优势。考古遗址等情况可以在矢

量化时作为独立的一个或几个图层进行矢量化, 也可以利用GIS软件的编辑功能在GIS项目

中建立相应的图层。

GIS项目中往往具有很多的图层, 图层的排列方式需要作合理的安排, 以便在同时显示

诸多属性时, 前面图层对后面图层的叠压和覆盖最少。一般情况下, 以遥感影像或数字地面

模型作为底图, 然后再依次叠加等高线、水系、道路、居民地等现代地物, 最后再依次加入面

状、线状、点状等的考古遗迹图层。

矢量化后的图层文件一般都能够直接调入到GIS项目中, 然后在GIS软件中重新编辑或

建立地面信息与考古遗迹或遗物的属性库, 将相关的考古信息输入到属性库中。为了更好

地描述各种属性, 有时需要对一些信息进行简单的编码, 以便简化工作量, 提高工作效率。

有些信息可能存在于专门的数据库中或网页上, 这时就需要制作特定的连接, 以便在使用

中能够通过GIS项目就可以直接访问相应的数据库、网页, 充分发挥GIS技术的强大优势。

六、考古研究中GIS实现的功能

建立考古GIS项目的目的, 是利用GIS软件的强大功能, 来实现考古研究中的一些目标,

拓展考古学研究的领域。GIS技术的基本功能表现在如下方面:

首先, 地理信息系统具有强大的空间信息显示和查询功能, 可以实现包括矢量图形、栅

格图形和遥感图像等空间信息以及各种描述、记录、数据等属性数据的显示和查询。在GIS

软件中, 利用漫游和缩放工具能够改变图形显示的大小和位置。而且, 各个图层既可以单独

显示, 也可以根据需要, 进行不同组合的显示, 或者通过比例尺的变化, 来显示局部地区考

古遗址的分布特征或整个研究区域不同时期遗址的分布情况。GIS软件还可以按照一定的

限制来进行查询和显示, 提取距河流、中心聚落一定范围内的遗址的分布特征。

其次, 各图层可以被重新排列、编辑、剪切和粘贴; 或者添加新的图层。每一个图层中的

特征也可以进行编辑或移位, 同时能够打开对应的属性表, 进行属性数据的编辑, 如创建数

据表、定义表的结构、添加或删除字段、添加或删除记录、编辑修改图层数据和属性数据等。

一定区域的考古研究往往需要很多年的时间才能完成, 每次的考古调查和发掘都会有

新的收获, 这就要求所建立的考古信息系统具有不断修改原有数据和增加新数据的能力,

使考古信息系统始终拥有最新的数据和记录, 及时反映考古研究的进展情况。

第三, 利用GIS软件, 可以生成各种各样的图形和图像产品, 为区域考古研究提供生动、

美观、简洁的研究模型, 对考古遗址及其所处的环境进行三维模拟和显示。这些图形或图像

地理信息系统在考古研究中的应用既能够反映整个研究区域的总体概括, 又可以根据需要, 灵活地反映任何一个特定区域的

遗址分布特征; 同时, 还能够根据研究需要, 显示单个图层、多个图层乃至所有图层的信息。

GIS生成的图形和图像可以直接输出到打印机或绘图仪上, 打印出精美的图件用于印

刷制版; 也能够以多种格式输出到的文件中, 供其他软件调用, 以便作进一步的处理和分

析, 或编辑到超文本等格式的文件中, 制作光盘或放置于网站之上供他人查询使用。

第四, GIS软件具有对多重数据的访问和显示的功能。利用热连接功能, 可以直接访问

或打开图形、图像、数据库、声音、视频乃至其它GIS文件, 使地理信息系统能够与多重数据

进行广泛而快捷的联系。我们可以建立全国范围内的考古信息系统, 并应用热连接功能调

用各省、局部区域直至单个考古遗址的考古信息, 形成多级信息数据的使用与管理。

空间分析技术支持的聚落考古研究

一个区域内各种考古遗迹或现象与周围环境之间都有着密切的联系, 反映出当时人类

的生存受到自然环境的严重制约。在聚落考古调查和发掘工作中, 考古学家记录了很多有

关考古遗迹或现象的空间数据, 或者说那些数据具有重要的空间信息。所以能够运用空间

分析的方法对一个区域内的考古数据进行研究, 揭示考古遗址的分布与自然环境等因素的

关系。在此, 以山西省襄汾县境内、陕西省七星河流域等的聚落分布与环境关系研究为例,

介绍GIS空间分析技术支持的聚落考古研究的特征。

1.缓冲区分析

缓冲区又称影响区或影响带, 是指围绕地理要素的一定宽度的区域。缓冲区是以某类

图形元素( 点、线或面) 为基础拓展一定的宽度而形成的区域。在襄汾县境内的聚落分布研

究中, 各个时期的聚落基本上都是沿着河流分布, 所以建立了河流缓冲区, 并且发现全部聚

落基本上都是在汾河各支流两侧大约600米的范围内, 而汾河两岸的聚落则非常稀少。这个

情况与其它一些地区的聚落分布特征比较一致, 当时人们的生活与水源有着极为密切的关

系, 人们在选择居住地点的时候首先要考虑与水源的距离。研究区域的西南部地势较平坦,

现在修建了一些人工水渠, 很难发现自然河流的痕迹, 古代的自然河流遭到了严重的破坏,

这里的聚落看起来显得与河流无关, 但在当时应该是与河流有着密切的关系。

产生这种情况的原因在于山西省属于半干旱性气候, 全年的降水量分布极不均匀, 一

般七、八两个月的降水量超过全年降水量的65%, 而另外10个月的总降水量还不到35%。人

们为了在旱季也能够生存在这里, 必须在雨季贮存足够的水量。于是人们就在靠近河流的

地方选择居住地, 每个聚落的人都会在附近的河流上修建堤坝, 使堤坝以上的河段成为一

个个小型水库, 常年贮存一定的水量以满足人们长期生存的需要。当然, 考古工作发现河姆

渡时期就已经开始使用水井, [1] 但可能水井的使用并不很普遍, 否则在距离河流较远的地方

也可以生存, 所有的遗址就不会紧紧靠近河流分布。

研究区域内汾河的支流众多, 每条支流的汇水面积都很小, 不同聚落的人们逐水而居,

在每条支流上往往会修筑多座堤坝, 从而使雨季里河流中水的流速和流量都得到较好的控制, 一般的暴雨不至于冲毁堤坝。当然有时也会有大的山洪冲毁堤坝, 人们需要经常性地修

复和维护他们赖以生存的堤坝。研究区域中的聚落基本上都是沿小型的支流分布, 而汾河

沿线分布的聚落则非常稀少, 其原因就是雨季中汾河的水量很大而无法控制。

关于史前人类修筑水利工事的情况, 何驽博士曾经在湖北省京山县屈家岭遗址上发掘

出“围堰”遗迹, 由此提出“堰居式”聚落的概念, [1] 说明至少在屈家岭时期人们已经开始修建

水利设施来贮水。屈家岭文化的时间相当于中原仰韶之后、庙底沟二期之前, 可以说时间上

与本项目研究的早期聚落比较接近, 所以晋南地区的先民自新时期开始修建水坝是绝对有

可能的。然而, 襄汾县与京山县的土壤情况有所不同, 襄汾县的黄土土质疏松, 表层土壤易

于渗水, 所以不能修建大面积的围堰来贮水, 只能利用下切很深的河道来贮水。

2.坡度与坡向分析

从研究区域中聚落的总体分布上看, 各个时期的聚落基本上都集中在中部地区, 南部

和北部则很少有聚落, 而且很多都是在东部塔儿山的山麓地带。通过GIS软件生成坡度分析

模型之后, 可以看出坡度在1°以内和超过3°的地带几乎没有聚落分布。西部吕梁山沿线

坡度很大, 河流的落差也很大, 不适合修建堤坝用来贮水, 人类无法在这里生存。而坡度在

1°以内的平坦地带, 可能是河流的稳定性很差, 山洪爆发的时候经常发生河流改道等事

件, 人们也就无法在那里生存了。而1°至3°的地带中, 河道下切很深, 河流较为稳定, 适合

人类的生存。

在坡向分析中, 一般认为古人选择朝南的坡向居住时可以接收更多的光照, 较少受寒

冷的西北风的侵扰。但是该研究区域中聚落的分布与坡向的关系不很明显, 其原因应该是

各时期中人类的生存主要依赖于水源, 选择合适的河段才是保证全年不断水的最重要条

件, 其它方面的的因素都是次要的, 有时候不得不放弃。

3.可视域分析

遗址或聚落的可视范围或一组遗址能否相互通视的情况, 在考古学的景观结构中有着

极为重要的作用, 古代战略要塞或墓冢往往位于地势较高的位置, 所以可视域分析在考古

学分析和解译中有着重要的单位。对于很多文化类型和人群来说, 一个地域中视觉的影响

力超过其它感官接收的信息, 这个地域可以感知其冷或热, 气味或声音, 但是视觉特性则能

留下很深的记忆和暗示, 常常形成对这个地域最基本的描述。

[2]

国外一些学者认为, 遗址( 不论其地位和功能如何) 的可视特征具有浓厚的地域特色,

一个遗址选择可视特性的原因可能有很多, 其中有与其具有某种特定关系的同期( 或早期)

遗址, 或者是具有特殊自然景观的地点。古人确定聚落位置时可能会认真考虑各种关系, 受

到各种故事、传说或者一些重复的经历或遭遇的影响, 所以可视性并非只是选择聚落、祭祀

或其他活动场所的惟一因素。

[3]

地理信息系统在考古研究中的应用

在本项目的可视域分析中, 以较为典型的仰韶、龙山几个时期的大型或中型聚落为视

点, 分别建立相应时期的可视域, 发现各个时期的小型聚落基本上都不在相应时期大型遗

址的可视域内。

产生这种情况的原因, 笔者从两个方面进行分析: 其一是各个时期的人们选择聚落的

时候, 首先考虑的因素是距离水源的远近, 生存的需要才是第一位的, 在此基础上再考虑其

它的因素。其二是在大型聚落内, 人们可以修建很高的了望塔, 或者选择聚落内地势最高的

地方搭建了望台, 这样可以看到周围的中小型聚落, 牢固地掌握管辖地域内的各种情况。或

者是在聚落附近的山顶上修建了望台, 然后通过烽烟把信息传递到聚落内部。

八、GIS与虚拟现实技术

GIS技术的一个重要的功能就是对研究区域的三维空间模拟, 在考古GIS数据的基础

上, 可以使用三维合成技术生成逼真的三维古代环境、古代城市、考古遗址、考古发掘现场、

考古博物馆等等, 并配合相关的声音等信息, 用户可以直接用人的技能和智慧对这个生成

的虚拟实体进行考察和操纵。如同很多博物馆中制作一些考古遗址、墓葬的沙盘一样, 三维

建模技术可以根据考古调查、发掘的数据, 对发掘的情况或古代社会进行虚拟, 通过计算机

动态地重现考古发掘现场或古代的历史片段等场景; 也能够根据考古学家的假设或推断进

行三维动态的虚拟, 检验假设或推断的可靠性。

随着计算机技术和GIS技术的发展, GIS的用户不仅可以形象地观察考古数据, 而且可

以与三维模拟的对象进行交互, 具有从外到内或从内到外观察考古数据空间的特征。比如

用手( 通过传感器或跟踪装置) 或其他三维工具来操纵古代模型、感知模拟对象的触觉乃至

气息等等。这样, 考古学家可以充分地利用考古数据, 从不同的角度使用不同的方式来研究

考古学的问题, 提高了效率, 更会节省大量的时间; 非考古专业的人士则可以非常直观地感

知考古研究的内容, 领略考古学家所揭示的古代社会的“真实”面貌, 走进视听效果十分逼

真的虚拟考古世界, 体验身临其境的感觉。

我国的GIS技术在考古研究中的应用与研究刚刚起步, 与欧美相关方面的研究有一定

的差距, 但是随着我国考古研究中对区域、环境、景观、聚落等方面研究的深入, GIS技术的

应用也一定会日臻完善, 得到长足的发展, 为考古学研究提供一套全新的技术和方法, 拓展

新的研究领域。

GIS—T面临的问题和解决方案？

一、背景

20世纪80年代以来，交通运输部门采用现代技术改善工作效率和质量。同时，环境保护、经济可持续发展等影响人类生活质量和生存空间等重大问题日趋严重，而由交通所引起的环境污染、交通堵塞等问题也被人们逐渐认识，跨学科多层次的合作研究成为解决交通运输及其相关问题的基本途径。

随着社会的进步，社会经济水平不断提高，人民生活也越来越富裕，由道路、水运、铁路、航空和管道构成交通系统也越来越复杂。在交通的规划、设计和管理中遇到许多前所未有的难题。而交通地理信息系统（Geographic Information System for Transportation，GIS-T）的出现给新时期的交通提供了崭新的技术平台和手段。

GIS-T是以现代计算机科学、地理学、信息科学、管理科学和测绘科学为基础，并与传统的交通信息分析和处理技术紧密结合，采用数据库、计算机图形学、多媒体等最新技术，对交通地理信息进行数据处理，能够实时准确地采集、修改和更新地理空间数据和属性信息，为决策者提供可视化的支持。GIS-T为新时期的交通行业发展提供了新的思维模式。

国务院颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006━2020年）》中指出，交通运输业发展思路之一是“以提供顺畅、便捷的人性化交通运输服务为核心，加强统筹规划，发展交通系统信息化和智能化技术，安全高速的交通运输技术，提高运网能力和运输效率，实现交通信息共享和各种交通方式的有效衔接，提升交通运营管理的技术水平，发展综合交通运输”。而智能化和信息化的基础之一就是GIS-T。

交通部颁布的《公路水路交通中长期科技发展规划纲要（2006-2020年）》中给出公路水路交通科技发展目标之一“到2010年，数字交通技术实用化程度和行业管理信息化水平明显提升，集装箱多式联运和一体化运输技术明显突破，交通决策技术明显提高。到2020年，智能化数字交通管理技术、一体化运输技术、决策支持技术整体达到国际先进水平，交通运输管理技术能够适应交通现代化的要求，全面实现决策的数字化与科学化”。

国务院颁布的《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》指出，要“推进工业结构优化升级”，并“坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，提高经济社会信息化水平”。而GIS-T的研究、开发和应用正是促进交通行业信息化的必要手段和途径，进而改善交通行业的发展模式，保证交通行业的科学发展和可持续发展。

二、国外发展状况

美国是较早利用计算机技术建立交通运输和规划数据库的国家之一。在20世纪80年代中期，美国联邦公路署开始公路综合数据库的开发研制，并在1988年建立了实用的GIS-T。该系统包含45，000条道路，总长595，456公里覆盖全美国的公路网，并且有与每条公路关联的属性信息，如公路等级、归属、编号、长度、路幅形式、中央分隔带、交叉口类型、车道数、路面类型、桥梁、州交通量、州界等。1995年第20届PLARC会议上，美国联邦公路署向与会的各国代表提供了一张综合公路数据库V2.0光盘，该数据库是适合于交通运输网络规划、分析建模的综合数据库，是当时世界上最大的公路数据库之一。

在美国公路署的倡导下，各州运输局相继展开一系列的GIS-T的研究，包括适合于GIS-T的交通运输建模问题、GIS-T的数据存储方式、数据格式转换、GIS-T应用范围、软件平台选择、GIS-T项目可行性研究等。其中Wisconsin 运输局是GIS-T的开发与数据集成的先驱，开发的基于地理信息系统的路面管理系统已投入运营之中，同时还开发了桥梁管理和维护地理信息系统、交通标志和道路设施管理系统、基于地理信息系统的交通事故分析等系统。为减少数据建库费用，实现资源共享，各州运输局与测绘部门紧密合作，采取分工负责数据采集，同时将GPS技术引入数据采集中并建立了进行空间信息采集和集成的参考框架和标准。美国运输组织成立了GIS-T工作组，从事GIS-T与ITS的数据模型、线性参考系设计、数据质量控制、线性参考系中的误差传播等研究。

随着GIS-T的广泛研究和展开，美国从1992年以来先后召开多次学术研讨会并出版了相应的论文集。美国开展GIS-T研究的特点是紧密结合交通运输发展的实际，解决在交通运输中急需解决的关键技术和策略问题。

德国是较早将GIS-T用于公路选线实际工作中的国家之一。在兴建勃兰登堡的Oranienburg市的绕城公路时，通过GIS-T技术进行了该项目的环境协调性研究及路线方案的规划。日本东京煤气公司研制了基于GIS-T的车载导航系统，该系统由CD-ROM数据库和实时通信系统组成，用于事故抢修、车辆调度和野外作业指挥。加拿大的艾伯塔省建立了全省的公路维护系统，实现了GIS-T对道路养护的决策支持。美国印第安纳州交通局采用GIS-T管理全州的公路、上千座桥梁以及铁路、航道、民航机场等交通信息。

在发达国家，GIS-T几乎已渗透于交通的各个领域。在交通规划中应用于：交通需求分析与预测、路网方案评估、项目选择及优化、交通工程设施规划、危险品运输路径规划、紧急情况下的疏散规划、公交线路规划、公共汽车站站址选择等；在道路设计中应用于：道路走廊选择、路权取得、道路线形仿真等；在交通管理与服务中的应用有：日程养护管理、路面管理系统、桥梁管理系统、辅助决策系统、交通控制、交通事故分析、交通动态模拟、汽车运输调度、交通灾害防治、超限卡车路径选择、车辆导航系统等；在港口应用于：港口基础设施管理、船舶自动识别技术、装卸管理等；在航道中应用于：航道疏浚、航标管理等。这些应用的技术手段是以GIS-T为中心，集成全球定位系统、遥感、网络和多媒体等技术。

三、国内发展与现状分析

我国是一个发展中国家，经济上还处于发展阶段。我国的现状使交通规划与管理就显得十分重要。为从根本上解决交通问题，吸取西方发达国家在交通管理规划方面的经验教训，增强规划决策和管理的科学性、合理性，逐步展开GIS-T技术在交通规划与管理中的推广和应用，进行GIS-T的理论和应用研究，具有重要的理论意义和现实价值。

从20世纪80年代起，我国公路管理部门采用各种数据库系统建立了一些公路路况数据库，交通部组织组织了一系列旨在提高公路规划和管理水平的应用系统开发研制，包括路面管理系统CPMS、桥梁管理系统CBMS，这些系统具有查询简单快速的特点，但只有公路属性数据，并未建立各级道路的空间数据库，无法满足空间分析的需要，难以胜任对公路信息的全方位动态管理和进行公路规划、建设和养护的分析和决策支持。为从总体上改善我国公路信息的管理水平，缩短与发达国家之间的差距，交通部决定建立我国自己的公路数据库系统，并于1991年将省市两级的公路数据库建设任务下达，开发完成了地市级公路数据库Trans-GIS的研制开发。1995年交通部科技司申报国家重点科技项目“GIS在公路信息系统中的应用研究与开发”中，着手研究将GIS-T技术用于公路建设和管理，建成基于公路交通地理信息系统。1998年中国城市规划研究院承担的863项目“GIS支持下的城市交通需求分析系统软件开发”，将城市地理信息系统和交通需求模型结合为一体进行研究开发，在交通需求分析中引入地理信息系统空间数据分析模型和空间技术分析，从交通数据采集、管理、交通分析过程以及结果的表现等方面对交通需求分析进行支持。GIS-T的研究在中国蓬勃发展起来。

GIS-T蓬勃发展的主要原因分析如下：一是信息技术的发展，使得相关信息技术的性能价格比急剧提高，开发相关系统的经费门槛大幅度降低，系统开发费用从几百万降低到几十万人民币。二是目前在软件开发领域，组件技术以前所未有的方式提高了软件的生产效率，近二十年来兴起的面向对象技术进入到成熟的实用化阶段。为了适应组件式软件技术潮流，地理信息系统软件像其他软件一样，由过去厂家提供全部系统或者具有二次开发功能的软件，过渡到提供组件由用户自己再开发的方向上来，从而使开发相关系统的技术门槛大幅度降低。三是我国公路大建设，以及因特网和电子商务引发的对物流的关注，形成了对以GIS-T为核心的3S（卫星定位系统GPS、地理信息系统GIS和遥感系统RS）技术研究和应用的强大的需求。

在此条件下，GIS-T呈现如下特点：

（1）交通系统应用3S技术，体现出集成和综合的特点，交通部提出了“数字交通”的概念，加强以GIS-T为核心的信息技术在交通领域的综合研发和应用。

（2）以省、部级有关单位为示范，以地市级单位为推广，以大型的运输企业为综合应用，广泛推广实施GIS-T技术的应用，提高了交通行业发展的技术含量。

（3）不仅在基础设施管理单位开发相关系统，而且逐渐向物流和电子商务等交通服务领域转移，建立以GIS-T为平台的物流核心关键技术。

（4）随着我国智能运输系统应用逐步开展，一些成功的智能运输系统把GIS-T作为系统的信息平台，通过地理信息系统整合各种其他交通信息。

根据目前GIS-T在交通行业的很多领域都有比较好的应用和发展前景。

在宏观决策和规划中的应用。我国交通在今后相当长时期内将处于快速发展时期，交通管理和建设的投资规模大、项目多、战线长，是一个规模巨大、耦合度高、透明度低、动态而且开放的系统，需求预测、发展战略、政策策略、资金投入等方面将面临着大量的复杂决策问题，如建设项目的宏观决策、建设和养护项目的选择与优化排序、建设管理与工程的控制等。而目前这些决策，如规划（计划）、投资项目优化、公路建设和管理的宏观决策和管理工作仍多处于手工操作阶段，计算机仅仅用作文字和表格处理的工具。大量建设信息仍以纸张为存放介质且较为零散，查询效率低，信息处理重复工作量大、耗时多，更无法实时、全面地为领导或上级部门提供综合信息报告。利用地理信息系统等信息技术，可以提供直观、明了的集点、线、面信息为一体的多媒体方式的各种公路专题图，实现交通决策和管理的科学化，提高决策的效率和质量。

在公路建设中的应用。在公路建设中，可以充分利用交通地理信息技术为公路勘测和设计服务。在道路选线过程中，利用GPS和RS和其他测量手段，获得外业的勘测数据，然后通过测量数据产生数字地面模型，作为内业数据处理的基础，以选择公路走向。在构建数字地面模型中，一般采用地形图数字化或扫描矢量化，随着数字地球概念和技术的广泛应用，现在则以卫星图像和航空照片为基础，通过地理信息系统软件可以快速精确地生成数字地面模型。在此基础上，输入有关的技术，环境及社会等数据，并且考虑各种限制条件，如曲率半径、最大纵坡、多层地质构造及边坡、已有线形物（公路，河流，铁路等）、特别区域（沼泽地，城镇，环境保护区等）等，优化道路的选择。利用卫星图像技术或航空摄影测量技术，可以准确获得地形高程及图像，大大减少繁琐、艰巨的实地测量等前期工作。地理信息系统软件等技术在计算机上的运算和虚拟，可以节省期资金及设计时间。通过确定路线最佳方案，可以大幅度减少并平衡工程的土石方量。通过在路线优化过程中处理、保存大量的数据，并计算各条优化路线的分项建设费用，为项目提供财务分析及运营费用控制。

在公路养护中的应用。路网的养护和建设业务范围比较大，养护管理业务非常复杂和繁多，但从业务流程上讲，有养护决策所需要信息的采集、养护方案决策、养护项目进度管理、竣工管理等环节。养护的不同职责也分散在不同的业务部门。我们可以通过GIS-T技术，进行整体的决策和调度，在路网级根据交通量、交通类型、路面状态等决定养护的规模和次序，根据交通分配决定养护的时间以避免交通堵塞等，并且直接进行养护项目的管理，合理配备养护的人力和物力，有效安排养护资金，跟踪、评价养护项目的完成情况，实现公路养护项目计划管理、进度管理、成本管理、质量管理的计算机化。

围绕地球运转 轨道椭圆 周期~22年 的地球卫星

两极卫星22年的周期梦：

中国南极测绘科学考察22年成就与贡献

二十二年来，中国极地测绘科学考察在国家测绘局领导和大力支持下，在国家海洋局极地办公室的直接指导下，中国南极测绘研究中心 (2005年1月成立极地测绘科学国家测绘局重点实验实室) 在为中国南北极科学考察提供测绘保证和利用3S技术(GPS-全球卫星定位系统、RS-卫星遥感技术、GIS-地理信息系统)及其集成，开展南极球动力学研究、极地冰盖环境变化和冰川运动监测、海平面变化研究以及构建我国互联网极地空间信息和极地考察管理信息共享服务平台等方面，应用技术创新，突破极区地学研究难题，创造性地探索出符合中国国情、独具特色的极地测绘技术体系和制图途径，为中国测绘科学开拓了南北两极新的研究领域，取得的多项成果，填补了我国相关研究领域的空白，达到国际先进水平。南极地图的覆盖和中国地名的命名，为国家维护国家南极权益有着重要意义。

一、为中国测绘科学开拓了南北两极新的研究领域

从1984年参加中国首次南极考察队开始，承担了22年中国极地测绘科学考察重点项目研究。地球两极自然环境极端恶劣，每次“首次”考察，危险性高，最艰苦，难度大。我国派出了22次南北极科学考察队中，属“首次”的只有四次，即1984年中国首南极南极考察队创建长城站、1988年中国首次东南极考察队创建中山站、1999年中国首次北极科学考察队赴北冰洋考察、2004年中国首次北极黄河站建站。测绘学科为这“四个首次” 出色地完成了的测绘保证，并有三人次获国家南极考察委员会授予极地考察建站二等功。

22年来从无到有，在中国极地测绘一片空白的情况下，建立起了中国西南极、东南极大地测量原点、高程系统和完整的测绘基准。同时还建成了中国境外独立自主、有利于我国空间技术发展应用的南极长城站、南极中山站和北极黄河站等三个GPS卫星常年跟踪站；探索出适应地球两极特殊自然环境地区，开展南极地球动力学、极区重力场、极地冰雪环境变化和物质平衡、南大洋海平面变化研究以及构建极地互联网GIS共享服务平台、实施基础测绘保证等一套完整的技术体系，为我国测绘与遥感信息工程科学开辟了极地新的研究领域，在国际上填补了相关研究领域的空白。

1991年经国家南极考察委员会和国家测绘局联合批准，组建了中国南极测绘研究中心(下称“中心”)，并有一人担任了 19年国际南极研究科学委员会（SCAR）中国常设代表，开展了与加拿大、澳大利亚、新西兰、德国等多项国际南极合作研究。

“中心”还承担了中国第一幅南极地图—长城站地形图的测定，中国第一个南极地名——长城湾的命名，国测绘标志设在北极点进行大地测量。

22年来，“中心”承担完成了《中国首次南极测绘科学考察研究》、《南极现代地壳运动和遥感成图研究》、《南极拉斯曼丘陵小像幅航摄成图研究》、《南极冰貌环境变迁与海平面变化和南极动力大地测量研究》、《南极地区测绘与遥感应用研究》、《中国首次北极科学考察研究》、《南极地理信息获取及其动态过程研究》、《我国南极考察地区基础测绘》和《北极卫星跟踪站和动态空间信息系统的建立》等重点项目，其中1989年获国家科技进步二等奖一项、2002年获何染何利地球科学与技木进步奖一人，获省部级一等奖有六项。

二、应用技术创新，突破极区地学研究难题，取得国际先进水平成果。

1、为解决在南极人迹难近地区我国考察急需冰貌地图，组织“中心”科技人员技术攻关，突破无地面控制点的卫星影像数字制图难题，并发现出卫星遥感冰雪表面幅射强度信息与海拔高度的相关规律，建立高程反演模型，在室内测绘出人工难以到达南极冰面地形，这一创新理论和方法为南极研究国际首创。

2、在南极现代地壳运动研究方面，早在1986年我国第一个南极科考站长城站刚建立，领先当时南极考察其他国家，测绘学创造性地在极地自然环境中，采用地面和卫星相结合技术，在乔治王岛布设了我国第一个监测南极地壳断层运动形变网。并于1996年起参与国际组织监测南极板块运动的大规模卫星GPS全南极会战观测，使我国跻身于南极地球动力学研究国际先进行列，获得我国长城站和中山站地壳动态过程研究的国际先进水平成果。

3、在南极GIS研究方面，于1998年领先建立中国南极互联网共享服系统，引起国际南极研究科学委员会(SCAR)重视，于2000年专门在武汉召开南极乔治王岛国际GIS学术会议，推广中国这一先进成果，2004年SCAR又在武汉大学召开东南极GIS国际研讨会。国际SCAR至今共召开了三次南极GIS国际研讨会，其中有两次是在武汉召开的，为我国极地测绘考察赢得了国际荣誉。

4、在中国首次北极科学考察中，史无前例地在北冰洋上利用差分GPS技术对浮冰进行精确的动态变化过程研究，并首创性地在北冰洋冰上进行绝对重力测量试验获得成功，填补了国际相关领域空白。

三. 创造性地探索出符合中国国情、独具特色的极地测绘制图途径。

1、在我国无法花巨资利用常规方法实现南极地区航空摄影测量成图时，为了保证国家多学科考察急需地图使用，“中心”创造性地设计技术方案，利用直升飞机作为升空平台，采用普通非量测型120相机航拍和地面布标控制等措施，历时三个南极夏季考察时间，克服南极环境中千辛万苦，只花小量经费，成功地测绘出符合规范要求的国际南极拉斯曼丘陵地区第一套大比例尺地形图，探索出南极露岩区小像幅航空摄影成图方法，解决了东南极科考所需地形图问题。这一成果被专家评定为创造出了符合国情并具中国特色的南极制图途径，为国家节省了巨额经费。

2、在我国为了取得有国际影响的科考成果，第一次组织多学科综合考察队，向被称为生命禁区的东南极内陆冰盖Grove山高寒地区冲刺时，“中心”组织课题组，冒着冰裂缝纵横危险，采用DGPS先进技术，高精度实地测定14000个GPS点，成功地绘制出南极内陆冰盖高原上世界上第一份1:10000人工测定的精确地形图，被国际南极认为极珍贵的科考成果。

3、在实现国际横穿南极“ITASE”中国计划时，“中心”承担了国家交给的导航任务，为了保证在南极复杂的气象和自然环境中，内陆冰盖考察队向人类未曾到达的纵深冰原区进入时，能绝对安全进去，能绝对安全返回，经过反复研究，采用了卫星定位和雷达定向相结合技术，探索出一套保证考察车队进出安全可靠的导航方法，保我国多次内陆险区考察顺利进行，并在国际上获得了1300km由中山站至DOME-A的研究南极冰盖物质平衡的剖面高程数据，为国际南极研究人类从未到达过的区域开了先河，填补了空白。

四、南极地图的覆盖和中国地名的命名，填补了中国该项历史空白，为国家维护了权益

南极洲1400万平方公里陆地面积，在国际上存在着领土要求。22年来，测绘覆盖南极近20万平方公里面积、具有国家版图象征意义的各类地图、埋设了大量的具有空间坐标的中国永久性测绘标志。作为国际SCAR大地测量与地理信息工作组中国代表单位，担负着按国际SCAR准则要求，负责命名中国南极地名。“中心”承担测定的各类南极地图上，命各并获得了国际SCAR承认和公布的300多条中国南极地名，不仅填补了南极自古以来无中国命名地名的历史空白，而且维护了国家在南极的权益。

五、 培养极地科考青年一代，教育青少年崇尚科学，贡献突出

22年来，“中心”有 70余人次赴地球两极考察，培养出一支善于拼搏、适合极地的具有团队精神的科研梯队骨干。“中心”主住和科研人员，在全国各地，包括香港、台湾在内，作了近500场极地考察和科普报告，听众达30多万，对教育青少年热爱祖国、崇尚科学，收到很好的社会效益。“中心”科研人员曾获得湖北省优秀共产党员、湖北省劳动模范、湖北省科技精英、有突出贡献中青年专家、“五一”劳动奖章、全国先进工作者等荣誉称号。

“十五”期间极地考察与科研新成果与贡献

一、“3S技术集成在极地冰貌环境与地壳动态过程中的应用研究”获2004年湖北省科技进步1等奖。该项成果被专家评定为具有国际领先水平主要体现在：

(1)、在国际上，率先将星载合成孔径雷达干涉测量技术应用于南极内陆冰盖研究，并利用Grove山地区雷达影像和相干性的特征，成功地提取蓝冰和冰裂缝的分布信息以及冰川流动走向。为我国在南极高难高危冰原区建立地面数字高程模型和监测冰盖运动与形变、保证考察队员生命安全等，找到了有效途径。

(2)、利用多种不同时期的卫星传感器获取的空间信息，解决东南极人类无法到达的达尔克和极纪录两条冰川长达17年的变化过程，在国际上第一次公布了其入海流量，为研究南极环境物质平衡提供了理论依据。

2、“首次中国北极科学考察”获2004年国家海洋局海洋创新成果1等奖。该项目是由国家海洋局中国极地考察办公室直接主持的全国性多学科参加的综合性极地考察大型项目。

3、“南极洲全图”获2004年中国测绘学会(国家测绘局级)优秀地图作品2等奖。该图(包括电子地图)是目前国际南极考察中信息量大、可视化性强、现时性好的第一幅可供科学考察使用的综合全图。2003年春节，国家极地考察办公室将该图作为礼物送给国务院。

二、为我国南、北极重大科学考察活动立了新功

1、为我国成功地寻找到了并测定出南极冰盖最高点立了功

2004/2005南极夏季，引起国内外极为关注的“中国十三名勇士挺进南极DOME-A”的重大科学考察活动中，“中心”派出了博士生张胜凯参加承担寻找南极冰盖最高点任务。DOME-A是最有利于科学考察并可获得国际影响研究成果的南极四个地理特征点之一。南极洲共有四个地理特征点：南极点、南磁极点、地球冷极点等三处，已分别被美、法、俄三国占住，但留下最后一个地理特征点--冰盖最高点，被称为人类不可接近的南极DOME-A，一直尚无其他国家到达。因此，我国作为南极考察大国地位考虑，中国不失代价也要占住该点，到DOME-A建立南极第三个科考站，并计划于2006年进行前准备考察。但因得知欧洲也有国家盯住了DOME-A，所以我国决定提前行动，派出13名勇士于2005年1月要抢先占住DOME-A。于是国家将挺进DOME-A的路线导航和寻找南极冰盖最高点的艰巨任务下达给测绘。

DOME-A是个冰盖高原区，范围很大。由于该地区人类未曾到达，危险性大，而且我国自己无法救援，所以国家规定在目的地停留时间也很短。这是一项冒风险的硬骨头任务，出不得半点差错。找偏了方向，到不达最高区域，或者气温极低，根本无法测出最高点，这不仅将给国家造成巨大经济损失，而且关系到国家国际声誉问题。因此，“中心”组织科研人员查阅国际大量资料，建立多种冰盖地面高程数字模型(DEM)试验，翻复研究分析，制定了多套预案，根据22年来探索出南极考察的技术实施体系，并利用建立在中山站常年卫星跟踪站等基础，决定在现场采用地面方法快速圈定区域范围，利用DGPS技术，雪地车从大本营中心辐射流动测点等技术以及仪器保温措施等，“中心”在国内用通信实现现场全程指挥。张胜凯博士生在考察勇士们的协助下，在生命极限挑战的禁区，发扬一不怕苦、二不怕死精神，克服高原严重缺氧和极端恶劣自然环境中难以想象的艰难困苦，在国家预定的时间内，完成了全线导航、南高地和北高地的判别，最后在70多平方公里范围内，进行上千次卫星定位，最后，在全国人民翘首以待的情况下，成功地精确地测定出南极冰盖最高点的地理位置和高程：南纬80 ?22′ 00〃 ，东经77 ?21′ 11〃 ， 高程4093米。中央电视台、新华社于2005年1月18日向国内外公布了这一成果。这是人类首次实地测得的前人未曾到达过的南极冰盖最高点。在该点上设立了中国永久性测绘标志，第一次飘扬着中国国旗。这一珍贵成果不仅为我国实现冰原建站目标奠定了基础，而且为国家赢得南极权益，为国际填补了南极空白，为国家立了新功。

2、参加创建中国北极黄河站，开拓了北极新的研究领域

2004年“中心”派出鄂栋臣(65岁，全队年令最大队员)和艾松涛(全队年令最小队员)作为中国首次北极建站考察队员中赴北极斯瓦尔巴德群岛新奥尔松，参加了中国北极第一个科学考站--黄河站建站工作。同时，为了进行南北两极地球动力学和环境动态过程系统性对比研究，在北极建成了第一个常年卫星GPS跟踪站。2004年7月28日黄河站落成，国家主席胡锦涛专门写贺信祝贺。

中国北极第一个GPS卫星跟踪站建成，为我国参与北极相关领域国际合作打下了基础。

三、成功地举办了2004武汉东南极GIS 国际研讨会

由于中国南极测绘研究中心在构建我国极地web GIS处于国际先进水手，国际南极研究科学委员会(SCAR)于2000年在武汉召开了第一次国际南极地理信息系统研讨会，推广中国经验，2004年5月，又受SCAR委托，在武汉大学成功地举办了有美、德、意等九个国家代表参加的“东南极地理信息系统研讨会(04GIS”)。SCAR在世界上总共召开了三次南极国际GIS学术会议，除了德国举办一次外，其中有两次是委托“中心”在武汉召开的。同一地点召开两次国际GIS会议，提高我国在南极该领域研究的国际地位，扩大了国际影响。

GIS中，空间数据共享的意义和方法

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扩展资料

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参考资料来源：中国经济网——2017地理信息软件技术大会在京举办

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