测土配方施肥中gis在制图及地力评价工作中的应用（定）
Course of Geographic Information System,地理信息系统,*测土配方施肥中GIS在制图及地力评价工作中的应用*,新疆农业科学院土壤肥料研究所,主讲人：陈署晃(副研究员),目 录,地理信息系统（GIS）简介 地理信息系统（GIS）空间分析 1、空间分析类型 2、叠加分析 耕地地力评价单元的确定 3、空间插值分析 土壤养分分区等专题图制作 耕地地力评价,地理信息系统（GIS）简介,地理信息系统（GIS）概念 地理信息系统（GIS）发展应用 地理信息系统（GIS）技术特点 地理信息系统（GIS）的数据,地理信息系统（GIS）概念,地理信息系统（Geographical Information System或Geo-Information System，GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。,地理信息系统（GIS）的发展应用,地理信息系统（GIS）的开拓期 -（20世纪60年代） 地理信息系统（GIS）的巩固发展期 - （20世纪70年代） 地理信息系统（GIS）技术大发展时期 - （20世纪80年代） 地理信息系统（GIS）的应用普及时代 - （20世纪90年代）,地理信息系统（GIS）的发展应用,地理信息系统萌芽于20世纪60年代初，1972年，世界上第一个物理信息系统加拿大地理信息系统（CGIS）全面投入运行。此后，地理信息系统在全球范围内获得了快速发展，在西方发达国家GIS应用已经渗透到社会经济生活的各个方面，目前已成功地应用到了资源管理、环境保护、灾害预测、投资评价、城市规划建设、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、教育、军事等众多领域。在我国随着经济建设的迅速发展，GIS在城市规划管理、环境保护、交通运输、防灾减灾、农业、林业等领域发挥了重要的作用，取得了良好的经济效益和社会效益。,地理信息系统（GIS）技术特点,数据输入 数据输入是把现有资料按照统一的参考坐标系统、统一的编码、统一的标准和结构组织转换为计算机可处理的形式，输入到数据库中的过程。除了在地图上手扶跟踪数字化、图形扫描外，目前GIS的输入越来越多地借助非地图形式，RS（遥感技术）数据和GPS（全球定位系统）数据已成为GIS的重要数据来源。,地理信息系统（GIS）技术特点,数据处理 GIS对空间数据的处理主要包括数据编辑、数据综合、数据变换等，最终形成具有拓扑关系的空间数据库。GIS中的数据分为栅格数据和矢量数据，如何有效地存储和管理这两类数据是GIS的基本问题。大多数GIS系统采用了分层技术，即根据地图的某些特征，把它们分成若干图层分别存储，把选定的图层叠加在一起就形成了一张满足某些特殊要求的专题地图。,地理信息系统（GIS）技术特点,空间分析和统计 空间分析和统计是GIS的一个独立研究领域，它的主要特点是帮助确定地理要素之间新的关系，为用户提供一个解决各类专门问题的工具。这也是GIS得以广泛应用的重要原因之一。GIS的空间分析分为两大类：矢量数据空间分析和栅格数据空间分析。矢量数据空间分析包括：空间数据查询和属性数据分析，缓冲区分析，网络分析等。栅格数据空间分析包括：记录分析、叠加分析、统计分析等。,地理信息系统（GIS）技术特点,地图显示与输出 GIS可将空间地理信息以地图、报表、统计图表等形式显示在屏幕上，利用开窗缩放工具可以对所显示的地图中的任意点和范围进行无级开窗缩放，也可以按照某一比例尺显示，进行分析对比。还可按照用户需要设置制图符号和颜色，根据编辑好的空间数据分层选择，通过逐层叠加形成各种专题图，通过绘图机、打印机等输出。,地理信息系统（GIS）技术特点,二次开发和编程 大多数GIS系统都提供二次开发环境，包括提供专用语言的开发环境，用户可在自己编程环境中调用GIS的命令和函数。系统配有专门的控件，供用户的开发语言（C+，VB，VC+，Dephi，）调用等等。用户可以很方便地编制自己的菜单和程序，生成可视化的用户界面，完成GIS的应用功能的开发。,地理信息系统（GIS）数据格式 空间数据构成地图的基本数据 表格数据为地图添加信息 影像数据应用影像建立地图,地理信息系统（GIS）的数据,地理信息系统（GIS）数据格式,空间数据是由点、线、面构成，是GIS系统的核心。空间数据用来表达位置和地图要素的形状信息，如建筑物、街道和城市。 空间数据描述现实世界各种现象的三大基本特征：空间、时间和专题属性。,空间特征,空间特征：表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。空间特征又称为几何特征或定位特征，一般以坐标数据表示。 人类对空间目标的定位一般不是通过记忆其空间坐标确定的，而是确定某一目标与其他更熟悉的目标间的空间位置关系进行定位的，而这种关系往往也就是拓扑关系。 由土壤图、土地利用现状图、农田基本保护图、地形图等图件进行数字化，同时建立属性编码，由此构成具有拓扑关系的图形库可作为空间数据库。,空间数据的基本特征,时间特征,时间特征：是指空间数据总是在某一特定时间或时间段内采集得到或计算产生的，因此，GIS数据是动态的空间数据，必须进行动态更新和维护。 如2005年4月在疏勒县巴仁乡1村1大队1小队采集土样一个。,空间数据的基本特征,专题特征,专题特征(属性)：指的是除了时间和空间特征以外的空间现象的其他特征。 如地形的坡度、坡向、土壤类型、有机质含量、某地的年降雨量、土地酸碱度、土地覆盖类型、人口密度、交通流量、空气污染程度等特征属性形成的数据库可构成属性数据库,空间数据的基本特征,建立属性编码：根据编码系统在属性库中添加数据项，建立与空间属性库对应的属性编码数据，以便与属性数据库联接。,在ARC/INFO 8.1下建立工作空间，编制主控Coverage,在ARCMAP下调入扫描好的图件，加入主控Coverage，加入图件TIC层。,数字化图件：从主控Coverage建立各要素的Coverage，构建空间拓扑结构。,数字化各基础图件,空间数据库,地力评价空间数据库的建立,空间数据库,行政界限图（1:50000） 土壤图（1:50000） 土地利用现状图（1:50000） 地形图（1:50000） 渠道图（1:50000） 灌溉分区图（1:50000） 耕层土壤有机质等值线图、全氮等值线图等（1:50000） 地貌类型分区图（1:50000） 基本农田保护图（1:50000） 其它图（1:50000）,空间数据库,属性数据库 土壤分类系统属性库 土地利用现状分类及利用描述属性库 基本农田保护区面积统计属性库 主要河流、湖泊基本情况统计属性库 地貌类型分区属性库 农田水利综合分区属性库 大田取样点性状属性库 农业基本情况属性库 各县、乡、村行政编码属性库 土壤农化数据属性库 其它,耕地地力评价单元,地力评价指标，绘制取样点位图、养分分布图及地力评价图等图幅的属性数据,属性数据库的建立,属性数据库,数据标准,县域耕地资源管理信息系统数据字典采用全国耕地地力调查与质量评价技术规范和全国测土配方施肥技术规范为数据标准 县域耕地资源管理信息系统数据字典以层次结构组织，分别对空间数据、属性数据以及连接空间数据和属性数据的外部数据表给予系统编码，并对其数据项名称、英文名称、代码、释义、数据类型、量纲、数据长度、小数位、取值范围等属性进行了描述，为我国耕地资源管理工作提供了一个数据处理的规范，是全国数据汇总的必备条件。,县域耕地资源管理信息系统数据字典主要内容,空间数据库及属性数据库均以此“数据字典”为标准构建。,表格数据是描述地图要素的数据，比如：一幅表现土壤类型的地图可能同时链接到这些土壤的养分状况信息。,地理信息系统（GIS）数据格式,影像数据有许多不同的来源，比如：卫星影像，航空影像，以及扫描数据从纸质地图得到的数字格式。,地理信息系统（GIS）数据格式,1、空间分析类型 2、叠加分析 耕地地力评价单元的确定 3、空间插值分析 土壤养分分区专题图 耕地地力评价专题图,地理信息系统（GIS）空间分析,空间分析类型,叠加分析,叠加分析是将两层或多层地图要素进行叠加产生新的要素，它是空间信息系统中最常用的提取隐含信息的手段之一。叠加分析不仅包含空间关系的比较，还包含属性关系的比较，它可以分为以下五类： 视觉信息的叠加：将多个图层内容放在一起进行显示； 点与多边形的叠加：实质上是计算多边形对点的包含关系，用于统计或属性赋值； 线与多边形的叠加：主要用于计算线落在哪些多边形中以及各自的部分； 多边形叠加：最常用的叠加分析； 栅格图层叠加：利用某种计算模型对不同栅格图层中相同位置像元的值进行计算，得到新的栅格图层。,实际上是计算多边形对点的包含关系。它通过点是否在多边形内的判别来完成。在完成点与多边形的几何关系计算之后，还要进行属性信息的处理。最简单的方式是将多边形属性信息叠加到其中的点上（或将点的属性叠加到多边形上，用于标识该多边形）。 通过叠加可以计算出每个多边形类型里有多少个点，以及这些点的属性信息。,1) 点与多边形叠加,1,2,3,4,5,6,A,B,C,A,B,C,1,2,3,4,5,6,叠加结果：改变点属性内容,取样点分布图,评价单元图,取样点位图,是比较线上坐标与多边形坐标的关系，判断线是否落在多边形内。 通常是计算线与多边形的交点，只要相交就产生一个结点，将原线打断成一条条弧段，并将原线和多边形的属性信息一起赋给新弧段。 叠加的结果产生一个新的数据层面每条线被它穿过的多边形打断成新弧段图层，同时，产生一个相应的属性数据表记录原线和多边形的属性信息。,2）线与多边形叠加,A,B,C,A,B,C,叠加结果：产生新弧段，改变线属性内容,1,2,3,1,5,2,3,4,河流分布图,评价单元图,河流所属辖区图,3）多边形与多边形的叠加分析,多边形与多边形的叠合是指将两个不同图层的多边形要素叠合，产生新的多边形要素，以解决地理变量的多准则分析、区域多重属性的模拟分析、地理特征的动态变化分析、区域信息提取等。 叠合后产生输出新图层的属性信息与原多边性的继承关系，要根据叠合的不同方式而定。 如将土地利用图与土壤图、基本农田保护图依次叠加，运用GIS软件进行叠加分析，确定耕地地力评价单元。,从几何运算上看，两个多边形通过不同的叠加运算可以得到不同的结果：,叠加结果：,2、叠加分析实例（地力评价单元确定）,土壤图,耕地地力评价单元,矢量图层叠加分析,A,B,1,2,3,4,5,1B,2B,1A,2A,4A,3A,5B,3B,4B,土地利用现状图,矢量图层叠加分析,行政区划图,叠加求交,XY 数据,叠加求交,土地利用现状图 行政区划图,土壤图,耕地资源管理单元图,数字化,属性数据,空间数据,矢量图,数据输入,点位图,耕地资源管理单元图制作技术流程,属性提取,耕地资源管理单元图制作技术流程,管理单元,各养分含量分布,农化样点点位图,叠加图,土壤图,土地利用现状图,提取农用地部分,叠加,合并小多边形,插值,质地、耕层厚度,以点代面,地貌类型图,成土母质图,旱季地下水位图,排水分区图,灌溉分区图,属性提取,管理单元图,等高线图,坡度图,坡向图,三维分析,空间插值 -建立耕地土壤养分等值线图,以叠加生成的评价单元图为底图，以大田取样点位图为数据源，在ARCMAP中采用Kriging（克立格法），分别对有机质、全氮等土壤养分数据进行空间插值，以生成全系列的土壤养分图。,农业综合开发区大田取
