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GIS技術在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

0 引言

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隨著計算機技術的飛速發(fā)展、空間技術的日新月異及計算機圖形學理論的日漸完善，GIS（Geographic Information System）技術也日趨成熟，并且逐漸被人們所認識和接受。近年來，GIS被世界各國普遍重視，尤其是“數(shù)字地球”概念的提出，使其核心技術GIS更為各國政府所關注。目前，以管理空間數(shù)據(jù)見長的GIS已經(jīng)在全球變化與監(jiān)測、軍事、資源管理、城市規(guī)劃、土地管理、環(huán)境研究、農(nóng)作物估產(chǎn)、災害預測、交通管理、礦產(chǎn)資源評價、文物保護、濕地制圖以及政府部門等許多領域發(fā)揮著越來越重要的作用。當前GIS正處于急劇發(fā)展和變化之中，研究和總結GIS技術發(fā)展，對進一步開展GIS研究工作具有重要的指導意義。因此，本文就目前GIS技術的研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢進行總結和分析。

1 GIS研究現(xiàn)狀及其分析

1.1 GIS研究現(xiàn)狀

世紀90年代以來，由于計算機技術的不斷突破以及其它相關理論和技術的完善，GIS在全球得到了迅速的發(fā)展。在海量數(shù)據(jù)存儲、處理、表達、顯示及數(shù)據(jù)共享技術等方面都取得了顯著的成效，其概括起來有以下幾個方面[1]：①硬件系統(tǒng)采用服務器/客戶機結構，初步形成了網(wǎng)絡化、分布式、多媒體GIS；②在GIS的設計中，提出了采用“開放的CIS環(huán)境”的概念，最終以實現(xiàn)資源共享、數(shù)據(jù)共享為目標；③高度重視數(shù)據(jù)標準化與數(shù)據(jù)質(zhì)量的問題，并已形成一些較為可行的數(shù)據(jù)標準；④面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)已經(jīng)問世，正在發(fā)展稱之為“對象——關系DBMS（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）”；⑤以CIS為核心的“3S”技術的逐漸成熟，為資源與環(huán)境工作提供了空間數(shù)據(jù)新的工具和方法；⑥新的數(shù)學理論和工具采用CIS，使其信息識別功能、空間分析功能得以增強等等。

在GIS技術不斷發(fā)展下，目前GIS的應用已從基礎信息管理與規(guī)劃轉(zhuǎn)向更復雜的區(qū)域開發(fā)、預測預報，與衛(wèi)星遙感技術相結合用于全球監(jiān)測，成為重要的輔助決策工具。據(jù)有關部門估計，目前世界上常用的GIS軟件己達400多種[2].國外較著名的GIS軟件產(chǎn)品有[3]：Auotodesk系列產(chǎn)品、Arc/Info、MapInfo及其構件產(chǎn)品、Intergraph、Microstation等，還有Web環(huán)境下矢量地圖發(fā)布的標準和規(guī)范，如XML、GML、SVG等等。我國GIS軟件研制起步較晚，比較成熟的測繪軟件主要有南方CASS，MapGIS，GeoStar，SuperMap等。盡管現(xiàn)存的GIS軟件很多，但對于它的研究應用，歸納概括起來有二種情況：一是利用GIS系統(tǒng)處理用戶的數(shù)據(jù)；二是在GIS的基礎上，利用它的開發(fā)函數(shù)庫二次開發(fā)用戶專用的GIS軟件。目前已成功應用包括資源管理、自動制圖、設施管理、城市和區(qū)域規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類別的一百多個領域。在美國及發(fā)達國家，GIS的應用遍及環(huán)境保護、災害預測、城市規(guī)劃建設、政府管理等眾多領域。近年來，隨著我國經(jīng)濟建設的迅速發(fā)展，加速了GIS應用的進程，在城市規(guī)劃管理、交通運輸、測繪、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領域發(fā)揮r重要的作用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1.2 當前GIS發(fā)展存在的主要問題

基于以上GIS技術現(xiàn)狀研究，本文分析認為GIS技術在模型、數(shù)據(jù)結構等方面存在著不足，一定程度上制約了GIS技術的發(fā)展。

（1）數(shù)據(jù)結構方面存在的問題

目前通用的GIS主要有矢量、柵格或兩者相加的混合系統(tǒng)，即使是混合系統(tǒng)實際上也是將兩類數(shù)據(jù)分開存儲，當需要執(zhí)行不同的任務時采用不同的數(shù)據(jù)形式。在矢量結構方面，其缺點是處理位置關系（包括相交、通過、包含等）相當費時，且缺乏與DEM和RS直接結合的能力。在柵格結構方面，存在著柵格數(shù)據(jù)分辨率低，精度差；難以建立地物間的拓撲關系；難以操作單個目標及柵格數(shù)據(jù)存貯量大等問題[4].

（2）GIS模型存在的問題

傳統(tǒng)GIS模型是按照計算機的方法對客觀世界地理空間不自然的分割和抽象，使得人們認知地理空間的認知模型與計算機中的數(shù)據(jù)模型不能形成良好的對應關系，難以表達復雜的地理實體，更難滿足客觀世界的整體特征要求。在GIS軟件開發(fā)中，如果語義分割不合理，將難以有效表達地理空間實體間的關系，這就導致較深層次的分析、處理操作難以實現(xiàn)。隨著GIS應用需求領域的不斷開拓及計算機技術的迅速發(fā)展，對空間數(shù)據(jù)模型和空間數(shù)據(jù)結構提出了更高的要求，使得傳統(tǒng)的地理空間數(shù)據(jù)模型力不從心，逐漸暴露其弊端。

目前，面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型一定程度上解決了傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)模型的某些不足，但是OODB（面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫）目前仍未在市場以及關鍵任務應用方面被廣泛接受，因為OODB作為一個DBS還不太成熟，如缺少完全非過程性的查詢語言以及視圖、授權、動態(tài)模式更新和參數(shù)化性能協(xié)調(diào)等；且OODB與RDB之間缺少應有的兼容性，因而使得大量的已建立起來的龐大的RDB客戶不敢輕易地去選擇OODB.

（3）其他方面亟待解決的問題

當前，GIS正處在一個大變革時期，GIS的進一步發(fā)展還面臨不少問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面[5]：①GIS設計與實現(xiàn)的方法學問題。在GIS設計與實現(xiàn)過程中缺乏面向?qū)ο蟮恼J知方法學和面向?qū)ο蟮某绦蛟O計方法學的指導，導致GIS軟件系統(tǒng)的可靠性和可維護性差；②GIS的功能問題。當前以數(shù)據(jù)采集、存儲、管理和查詢檢索功能為主的GIS，不能滿足社會和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展在空間分析、預測預報、決策支持等方面的要求，直接影響到GIS的應用效益和生命力；③三維GIS模型及可視化問題。目前大多數(shù)GIS軟件的圖形顯示是基于二維平面的，即使是三維效果顯示也是采用DEM的方法來處理表達地形的起伏，涉及到地底下真三維的自然和人工現(xiàn)象顯得無能為力。

2 GIS未來發(fā)展趨勢

2.1數(shù)據(jù)管理方面

（1）多比例尺、多尺度和多維空間數(shù)據(jù)的表達[6]

對于多比例尺數(shù)據(jù)的顯示，將運用影像金字塔技術、細節(jié)分層技術和地圖綜合等技術；而為了實現(xiàn)GIS的動態(tài)、實時和三維可視化，出現(xiàn)存儲真三維坐標數(shù)據(jù)的3D GIS和真四維時空GIS，這其中涉及了空間數(shù)據(jù)的海量存儲、時空數(shù)據(jù)處理與分析以及快速廣域三維計算與顯示等多項理論與技術[7].

（2）三庫一體化的數(shù)據(jù)結構方向

空間數(shù)據(jù)庫向著真正面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型和圖形矢量庫、影像柵格庫和DEM格網(wǎng)庫三庫一體化數(shù)據(jù)結構的方向發(fā)展[8].這種三庫一體化的數(shù)據(jù)結構改變了以圖層為處理基礎的組織方式，實現(xiàn)了直接面向空間實體的數(shù)據(jù)組織，使多源空間數(shù)據(jù)的錄入與融合成為了可能，從而為GIS與遙感技術的集成創(chuàng)造了條件。

（3）基于空間數(shù)據(jù)倉庫（Spatial Data warehouse）的海量空間數(shù)據(jù)管理的研究

空間數(shù)據(jù)量非常大，而且數(shù)據(jù)大都分散在政府、私人機構、公司的各個部門，數(shù)據(jù)的管理與使用就變得非常復雜，但這些空間數(shù)據(jù)又具有極大的科學價值和經(jīng)濟價值，因此大多數(shù)發(fā)達國家都比較重視空間數(shù)據(jù)倉庫的建立工作，許多研究機構和政府部門都參與到空間數(shù)據(jù)倉庫建立的研究工作。

（4）利用數(shù)據(jù)挖掘技術進行知識發(fā)現(xiàn)

空間數(shù)據(jù)挖掘是從空間數(shù)據(jù)庫中抽取隱含的知識、空間關系以及其他非顯式的包含在空間數(shù)據(jù)庫中但以別的模式存在的信息供用戶使用，這是GIS應用的較高層次。由于目前空間數(shù)據(jù)的組織與管理仍局限于二維、靜態(tài)、單時相，且仍以圖層為處理基礎，因此，當前的GIS軟件和空間數(shù)據(jù)庫還不能有效地支持數(shù)據(jù)挖掘。

2.2技術集成方面

（1）“3S”集成

“3S”是GPS（全球定位系統(tǒng)）、RS（遙感）和GIS的簡稱，“3S”集成是指將遙感、空間定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)這三種對地觀測技術有機地集成在一起。地理信息是一種信息流，RS、GPS和GIS中任何一個系統(tǒng)都只側重于信息流特征中的一個方面，而不能滿足準確、全面地描述地理信息流的要求。因此，無論從物質(zhì)運動形式、地學信息的本質(zhì)特征還是“3S”各自的技術特征來說，“3S”集成都是科技發(fā)展的必然結果。

目前，“3S”集成還僅限于兩兩結合方式，這是“3S”集成的初級和基礎起步階段，其核心是GIS與RS的結合。這種兩兩結合雖然優(yōu)于單一系統(tǒng)，但是仍然存在以下缺陷。將“3S”進行集成從而形成一體化的信息技術體系是非常迫切的。這種集成包括空基“3S”集成和地基“3S”集成，即在硬件方面建立具有同步獲取涉譜數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的高重復觀測能力的平臺，而在軟件方面使GIS支持數(shù)據(jù)封裝，同時解決圖形和圖像數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理問題。

（2）GIS與虛擬現(xiàn)實技術的結合

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）是一種最有效地模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動等行為的高級人機交互技術，是當代信息技術高速發(fā)展和集成的產(chǎn)物。從本質(zhì)上說，虛擬現(xiàn)實就是一種先進的計算機用戶接口，通過計算機建立一種仿真數(shù)字環(huán)境，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形、聲音和接觸感受，利用多種傳感設備使用戶“投入”到該環(huán)境中，用戶可以如同在真實世界那樣“處理”計算機系統(tǒng)所產(chǎn)生的虛擬物體。將虛擬和重建逼真的、可操作的地理三維實體，GIS用戶在客觀世界的虛擬環(huán)境中能更有效的管理、分析空間實體數(shù)據(jù)。因此，開發(fā)虛擬GIS已成為GIS發(fā)展的一大趨勢。

（3）分布式技術、萬維網(wǎng)與GIS的結合[9]

目前，隨著Internet技術的迅猛發(fā)展，其應用已經(jīng)深人到各行各業(yè)，作為與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P的GIS也不例外，它們的結合產(chǎn)生了web GIS.當前Web GIS系統(tǒng)已經(jīng)得到迅速的發(fā)展，到1999年1月，僅在美國出現(xiàn)的這類系統(tǒng)就有23種之多。又由于客戶端可能會采用新的應用協(xié)議，因此也被認為是Internet GIS.

計算機網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，分布式計算的優(yōu)勢日益凸顯，GIS與分布式技術結合也就成為必然，它們的結合即構成了分布式CIS.它就是指利用最先進的分布式計算技術來處理分布在網(wǎng)絡上的異構多源的地理信息，集成網(wǎng)絡上不同平臺上的空間服務，構建一個物理上分布，邏輯上統(tǒng)一的GIS.它與傳統(tǒng)GIS最大的區(qū)別在于它不是按照系統(tǒng)的應用類別、運行環(huán)境劃分的，而是按照系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分布特征和針對其中數(shù)據(jù)處理的計算特征而分類的。

（4）移動通信技術與CIS的結合發(fā)展[10]

WAP/WML技術作為無線互聯(lián)網(wǎng)領域的一個熱點，已經(jīng)顯示了其巨大的應用前景和市場價值。WAP柳ML技術與GIS技術的結合產(chǎn)生了移動GIS（Mobile GIS）應用和無線定位服務LBS（Location一basedServices）。通過WAR/WML技術，移動用戶幾乎可以在任何地方、時間獲得網(wǎng)絡提供的各種服務。無線定位服務將提供一個機會使GIS突破其傳統(tǒng)行業(yè)的角色而進人到主流的IT技術領域里。大多數(shù)的分析家都認為，到2010年，無線網(wǎng)絡將成為全球數(shù)據(jù)傳送的主要途徑。GIS的未來將會由其機動性所決定。

當前用于地理信息交互的語言還不足以完成真正的“設備無關接口”的互操作。各種移動設備對于從地理信息服務器所獲得的信息，其表現(xiàn)方式是各不相同的，用戶輸人方式也不相同。因此，對于不同的移動設備需要一種統(tǒng)一的標記語言。無線定位服務將提供一個機會使GIS突破其傳統(tǒng)行業(yè)的角色而進人到主流的IT技術領域里：大多數(shù)的分析家都認為，到2010年，無線網(wǎng)絡將成為全球數(shù)據(jù)傳送的主要途徑。GIS的未來將會由其機動性所決定。

（5）GIS與決策支持系統(tǒng)（DSS）的集成[11]

決策支持系統(tǒng)（Decision Support System，簡稱DSS）是以管理學、運籌學、控制論、行為科學和人下智能為基礎，運用信息仿真和計算手段為基礎，綜合利用現(xiàn)有的各種數(shù)據(jù)庫、信息和模型來輔助決策者或決策分析人員解決結構化和半結構化問題，甚至非結構化問題的人機交互系統(tǒng)。

目前，絕大多數(shù)的GIS還僅限于圖形的分析處理，缺乏對復雜空間問題的決策支持，而目前絕大多數(shù)的DSS則無法向決策者提供一個友好的可視化的決策環(huán)境。因此，將GIS與DSS相集成，最終形成空間決策支持系統(tǒng)（SDSS），借助GIS強大的空間數(shù)據(jù)處理分析功能，并在DSS中嵌入空間分析模塊，從而輔助決策者求解復雜的空間問題，這是GIS應用向較高層次的發(fā)展。其中SDSS中知識的表達、獲取和知識推理以及模型庫、知識庫、數(shù)據(jù)庫三庫接口的設計是啞待解決的關鍵問題。

2.3 發(fā)展歷程方面

自20世紀60年代世界上第一個GIS——加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS）問世以來，經(jīng)過40年的發(fā)展，GIS經(jīng)歷了三個階段的發(fā)展。目前，隨著第三代互聯(lián)網(wǎng)的提出與實施，以及計算機技術、數(shù)據(jù)庫技術的飛速發(fā)展，GIS即將步入第四代GIS發(fā)展階段。

第四代GIS軟件將在數(shù)據(jù)組織、存儲、檢索和運算等方面發(fā)生革命性的變革。數(shù)據(jù)組織應該是面向空間實體的，空間位置只是實體眾多屬性中的一類，它應和其它屬性有機地組織在一起并統(tǒng)一存放：“關系”概念和“關系運算”應該加以擴充，應該包括空間關系及其運算；傳統(tǒng)的結構化查詢語言應該擴充，把空間關系及其查詢包括在里面；以倒排表為基礎的數(shù)據(jù)庫索引機制應該擴展，建立至少包括拓撲關系在內(nèi)的新的索引機制；數(shù)據(jù)存儲機制應該適應空間數(shù)據(jù)提取和計算的要求等。只有實現(xiàn)數(shù)據(jù)真正的一體化存儲和處理，才能自由地、方便地、快速地實現(xiàn)人們所期望的處理功能。在功能上，第四代GIS軟件應該具備支持數(shù)字地球（區(qū)域、城市）的能力，成為OS、DBMS之上的主要應用集成平臺，它具有統(tǒng)一的海量存儲、查詢和分析處理能力、一定的三維和時序處理能力、強大的應用集成能力和靈活的操縱能力，且具有一定的虛擬現(xiàn)實表達。

3 結束語

通過以上對GIS現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的分析，可以看出，GIS作為信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，正以前所未有的速度向前發(fā)展。把握當前GIS的技術發(fā)展現(xiàn)狀及不足，有利于人們預見GIS的發(fā)展趨勢，站在更高更遠的角度去揚長避短，較好地促進GIS技術的快速發(fā)展。隨著地理信息系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的建立和數(shù)字化住處產(chǎn)品在全世界的普及，GIS將深人到各行各業(yè)以至千家萬戶，成為人們生產(chǎn)、工作、學習和生活中不可缺少的工具和助手。

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各個學校的格式都不一定統(tǒng)一的。要到學校網(wǎng)站下載模板?，F(xiàn)給你一份交大的模板： 附件二 北京交通大學遠程與繼續(xù)教育學院 關于畢業(yè)設計（論文）若干問題的規(guī)定 一、畢業(yè)設計（論文）的目的和任務 畢業(yè)設計（論文）是在學員完成專業(yè)教學計劃的學習后，全面檢驗學生綜合運用所學知識、分析和解決實際問題能力的重要教學環(huán)節(jié)。 其目的是通過這一實踐教學過程，幫助學生鞏固所學知識，培養(yǎng)獨立分析、解決實際問題的能力，全面提高學生的綜合素質(zhì)。其任務是：通過畢業(yè)設計（論文）教學過程（包括題目的選擇、資料的查閱、外文資料的翻譯、研究方案的制定、具體研究的過程、研究成果的總結、論文的撰寫和答辯中的語言表述等）全面提高學生的專業(yè)理論水平和工程素質(zhì)，培養(yǎng)學生的獨立解決現(xiàn)場實際問題的工作能力，為進一步搞好本職工作和今后繼續(xù)學習打下良好的基礎。 二、畢業(yè)設計（論文）的選題 1.選題應符合專業(yè)培養(yǎng)目標和教學要求，使學生能夠綜合運用所學知識，受到比較全面的訓練。 2.緊密結合學生的本職工作，選擇與生產(chǎn)、科研任務相結合的題目，切實解決生產(chǎn)實際中存在的問題。 3.題目類型可根據(jù)專業(yè)特點及指導教師與學生的不同條件選擇。可以是科研課題、工程設計、理論分析、實驗研究、設備調(diào)試、專題論述等形式。 4.題目的難度和工作量要適合學生的知識、能力、相應的實際條件和畢業(yè)設計所規(guī)定的時間。既要具有一定的水平，又要使學生在規(guī)定的期限內(nèi)經(jīng)過努力能按時完成，并獲得結果。 5.選題應考慮到學生綜合能力的培養(yǎng)和訓練，給學生以充分發(fā)揮和施展才華的空間。原則上一個學生一個題目，大課題也可分成若干個子課題，由若干學生分擔完成，但每個學生要對整個課題有全面的了解，且要明確每個學生應獨立完成的任務，各有側重，并有一定的工作量。幾個學生不得合搞完全相同且無法分工完成的題目。 6.學生選題按下列程序進行：學校公布選題目錄，學生可根據(jù)自己的實際情況，選擇適當題目，或自薦論文題目，按要求填寫在《畢業(yè)設計（論文）選題申報表》上?！懂厴I(yè)設計（論文）選題申報表》匯總后，由有關專業(yè)學院教務科根據(jù)學生志愿和教師意見，確定學生的畢業(yè)設計題目，報主管院長審定批準后向?qū)W生公布并報我院備案。 三、畢業(yè)設計（論文）的指導 1.各專業(yè)學院應選派教學水平較高、有一定實踐經(jīng)驗的講師或工程師及以上技術職稱的教師或工程技術人員擔任畢業(yè)設計（論文）的指導工作。 2.教師應認真、及時地下達畢業(yè)設計（論文）任務書。任務書的內(nèi)容包括課題內(nèi)容、基本要求、重點研究的問題，主要技術指標及其他要說明的問題（如進度要求，應達到的技術經(jīng)濟指標、推薦方案、參考資料等）。 ３.指導教師要指導學生獨立工作，既不包辦代替，也不放任自流。要經(jīng)常檢查進度，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。 四、畢業(yè)設計（論文）的檢查 學生接到畢業(yè)設計（論文）任務書后即可進入畢業(yè)設計階段。其間，指導教師要進行三次關鍵性的檢查。 １.開題檢查 學生根據(jù)畢業(yè)設計（論文）任務書的要求，經(jīng)過調(diào)研，在充分理解工作目的的基礎上，應在2周內(nèi)寫出開題報告，交指導教師檢查。檢查學生是否已充分理解課題的內(nèi)容和要求；工作計劃是否切實可行；是否具有課題所要求的試驗條件等。開題檢查不合格者，必須在2周內(nèi)重新完成。 開題報告的要點如下： （１）文獻綜述：學生根據(jù)任務書的要求進行資料的搜集，查閱有關文獻，參考書及資料，進行文獻綜述，說明本課題的重點、難點和特色。 （２）選題的目的和意義：要求學生闡明選擇該課題做畢業(yè)設計的目的、結果、思路、必要的理論基礎，包括該領域國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢的綜述，可行性論證。同時，要明確該課題的邊界，擬達到的目標及該課題的現(xiàn)實意義。 （３）研究方案：學生根據(jù)任務書的要求及文獻綜述中所說明的重點、難點，確定為實現(xiàn)設計的目的擬將采用的研究方法、技術手段和實施方案。 （４）進度計劃：學生應將設計任務進行科學分解，將分階段完成的任務進行合理的時間分配，制訂出較為現(xiàn)實的進度計劃，確定出每個階段的階段成果，以便于指導教師的指導與檢查。 ２.中期檢查 中期檢查在畢業(yè)設計進行到一定階段時進行。檢查學生畢業(yè)設計的進度和質(zhì)量，題目是否恰當，并針對學生的問題做相應的指導。檢查結果應記錄在案，作為論文最終評判考核的依據(jù)之一。 3.結題驗收 結題驗收在試驗或設計工作完成后，論文正式書寫完前進行，檢查要點為： （１）學生的在工作態(tài)度是否認真，行為是否規(guī)范； （２）學生的設計圖紙是否合格，實驗數(shù)據(jù)是否完備可靠； （３）學生的試驗演示操作、試驗結果或計算機程序運行結果； （４）學生是否按畢業(yè)設計（論文）任務書的要求完成全部工作。 結題驗收不合格的學生不允許書寫論文，限期整改。 五、畢業(yè)設計（論文）的規(guī)范要求 1.畢業(yè)論文的組成 畢業(yè)論文由封面、畢業(yè)設計(論文)成績評議、畢業(yè)設計(論文)任務書、畢業(yè)設計(論文)開題報告、中期檢查、結題驗收、中文摘要、英文摘要、目錄、正文、參考文獻、附錄等十二部分組成。 封 面 由學校統(tǒng)一印制，按要求填寫。論文題目一般不超過25個字，要簡練準確，可分二行書寫； 任務書 由導師填寫，裝訂于指定位置，教師簽字后生效； 開題報告 由學生認真書寫，經(jīng)指導教師簽字后的開題報告有效； 摘 要 中文摘要字數(shù)應在400字左右，包括論文題目、論文搞要、關鍵詞(3至5個)，英文摘要與中文摘要內(nèi)容要相對應； 目 錄 按三級標題編寫，要求層次清晰，且要與正文標題一致，主要包括摘要、正文主要層次標題、參考文獻、附錄等； 正 文 論文正文包括緒論(或前言、慨述等)、論文主體、結論。工科論文要求符合科技論文格式，正文文字應在15000字以上(?？粕恼撐膽?2000字以上)； 參考文獻 必須是學生本人真正閱讀過的，以近期發(fā)表的雜志類文獻為主，圖書類文獻不能過多，且要與論文工作直接相關。 附 錄 含外文復印件及外文譯文、有關圖紙、計算機源程序，如果安排有畢業(yè)實習，需提供畢業(yè)實習報告等。 2.畢業(yè)論文的書寫 （１）論文要用統(tǒng)一的畢業(yè)論文用紙用中文打印或手寫。手寫每頁20行，每行20－22字，用黑或藍黑墨水工整書寫；打印正文用宋或楷體小四號字，版面上空2.5cm，下空2cm，左右空2cm(靠裝訂線一側增加0.5cm空白用于裝訂)。 對字體和字號的要求如下：題目用一號(分兩行書寫時用小一號)黑體字；第一層次(章)題序和標題用小二號黑體字，題序和標題之間空兩字，不加標點，下同；第二層次(節(jié))題序和標題用小三號黑體字；第三層次(條)題序和標題用四號黑體字；第四層次(款)題序和標題用小四號黑體字；第五層次(項)以下標題和題序與第四層次同。 （２）論文中所涉及到的全部附圖，不論計算機繪制還是手工繪制，都應規(guī)范化，符號符合國頒標準，手工繪制要用繪圖筆，圖號標注無誤。 六、畢業(yè)設計(論文)的答辯 1.相關專業(yè)學院要組織成立畢業(yè)設計(論文)答辯委員會。答辯委員會由5名以上具有高級職稱的教師組成，由教學院長擔任學院答辯委員會主任。各系設分委會，下設若干答辯小組。答辯小組由不小于5名具有講師及以上職稱的教師組成，但其中至少須有兩名具有高級職稱。需聘請校外人員擔任答辯委員會成員時應由主管院長批準。 2.學生在規(guī)定時間內(nèi)完成畢業(yè)設計(論文)后，首先交指導教師詳細評閱，寫出評閱意見，向院答辯委員會提出能否參加答辯的意見。學生必須在答辯前3天將畢業(yè)論文全部材料和指導教師評閱意見交系答辯分委會。由答辯分委會把材料轉(zhuǎn)給合適的教師審閱，該教師閱后要寫出評閱教師意見給出成績。 對未按時完成畢業(yè)設計(論文)任務或畢業(yè)設計(論文)質(zhì)量太差的學生，答辯委員會(或分委會)可做出不準其答辯的決定。不能參加答辯學生的畢業(yè)設計(論文)成績按不及格處理。 3.每個學生的答辯時間為30分鐘，其中答辯學生自述時間為15分鐘，回答提問時間15分鐘。 答辯學生要自述該設計的主要特點、分析和計算的主要依據(jù)與結論、設計中的體會和改進意見。在自述中要出示有關報告、圖表、數(shù)據(jù)或?qū)嵨?。重在考核學生的組織與表述能力。 自述后，答辯小組成員應圍繞畢業(yè)設計課題內(nèi)容進行提問。要求答辯學生回答。重在考核學生分析、解決實際問題的能力，以及對基礎理論、基本知識和基本技能的掌握程度。 七、畢業(yè)設計（論文）的成績評定 1.答辯委員會（或分委會）根據(jù)學生完成畢業(yè)設計（論文）的質(zhì)量、答辯情況以及指導教師評閱意見，在答辯后二天內(nèi)評出成績，經(jīng)主管教學院長審核后交我院，向?qū)W生公布。 2.畢業(yè)設計（論文）的成績按優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等級評定。評分比例一般為優(yōu)秀10—15%、良好30—35%、中等30%、及格和不及格的20%為上限。 為全面訓練學生的工程實踐能力和業(yè)務素質(zhì)，在工程型、實驗研究型優(yōu)秀論文的評定中，要求在結論之前列出一章或一節(jié)，專門進行經(jīng)濟性論證、成本估算、環(huán)保分析或資源分析等，否則不能評為優(yōu)秀論文。 3.畢業(yè)設計（論文）的評定依據(jù)： （１）完成畢業(yè)設計（論文）任務書要求的情況，以及反映出學生掌握本專業(yè)的基本理論、基本知識和基本技能的程度。 （２）畢業(yè)設計（論文）中資料的收集和處理情況，所用的實驗手段和步驟或調(diào)查研究的方法。 （３）畢業(yè)設計（論文）中，闡明或論證問題時表明學生所具有的獨立思考、鉆研分析問題的能力，以及綜合運用所學知識解決實際問題的能力和程度。實驗或上機操作的動手能力及程度。 （４）論文的意義及學術水平，論述的正確性、條理性和論文的規(guī)范性，以及語言、書寫、圖表的水平。 （５）實驗數(shù)據(jù)是否完整、確切、圖紙是否規(guī)范。 （６）答辯中回答問題的正確性、思維敏捷程度、知識面寬度及整個設計的創(chuàng)新程度。 （７）設計及答辯中反映出學生的學習態(tài)度、學風嚴謹程度及遵守紀律的情況等。 4.畢業(yè)設計（論文）成績不及格的學生不能畢業(yè)，必須重做。重做畢業(yè)設計（論文）的學生須重新交納畢業(yè)工作費，重做的畢業(yè)設計（論文）題目由指導教師確定。 附：參考范例 開題報告 題目：GIS在移動通信網(wǎng)本地網(wǎng)管中的應用 報告人：通信與控制工程系 柳敬 一、文獻綜述 近年來，隨著移動通信業(yè)的高速成發(fā)展，電信部門管理手段的現(xiàn)代化也逐步受到各級領導的高度重視。為了使通信網(wǎng)絡的管理更加合理化、科學化，就需要用現(xiàn)代化的技術手段來代替低效、繁瑣的手工方式。因此使用計算機技術對移動通信設備進行管理已經(jīng)勢在必行，這時移動通信網(wǎng)本地網(wǎng)管系統(tǒng)就應運而生。 同時，隨著計算機技術的迅速發(fā)展，許多傳統(tǒng)學科與計算機技術相結合從而誕生了一批新興學科，地理信息系統(tǒng)就是其中之一。其英文名稱為Geographic Information System，簡稱GIS。它能夠處理大量含有地理成分的數(shù)據(jù)信息，使你可以簡單而迅速地在大量的信息中查看其模式和關系，而不必不斷地訪問數(shù)據(jù)庫。 在通信網(wǎng)絡中，大量的設備都有其地理位置，同時，有大量的處理如果通過地圖來進行，則會又方便又直觀。因此在網(wǎng)管系統(tǒng)中，引入GIS系統(tǒng)，在電子地圖上顯示基站、小區(qū)等各類通信網(wǎng)元的分布情況，并對網(wǎng)元進行實時監(jiān)控管理、瀏覽配置信息和性能查看分析。 二、選題的目的及意義 選題背景出自項目“移動通信網(wǎng)本地網(wǎng)管系統(tǒng)”。該系統(tǒng)立足于TMN，以操作維護、環(huán)境監(jiān)控工作為重點，實時監(jiān)測全網(wǎng)的運行情況，快速響應網(wǎng)上的各種事件，提供性能分析報告，不僅為設備的集中操作提供了方便、可靠的技術手段，而且為網(wǎng)絡優(yōu)化和經(jīng)營管理決策提供了參考依據(jù)。 地理視圖作為本系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，是使用GIS技術，在電子地圖上，將各類通信網(wǎng)元按地理位置顯示成一個分布圖。用戶可以對圖進行操作，也可以對網(wǎng)元的告警、配置和性能信息進行查看和分析處理。地理視圖是直接與用戶交互的前臺界面，其制作質(zhì)量的高低將直接影響用戶對整個系統(tǒng)的認識，可見地理視圖在此項目中的重要作用和地位。此外，GIS還廣泛應用于諸如交通管理、商業(yè)銷售等領域的軟件開發(fā)中，因此，研究和開發(fā)GIS系統(tǒng)是很有意義的。 三、研究的重點內(nèi)容 本畢業(yè)設計涉及到的主要內(nèi)容有：數(shù)據(jù)庫存、Internet網(wǎng)絡應用、MapInfo和ASP技術。 系統(tǒng)的GIS軟件平臺采用了MapInfo公司的MaxXtreme。MapXtreme是一個基于Internet的地圖應用服務器，可以通過Internet或企業(yè)內(nèi)部的Internet向用戶發(fā)布地理信息。 該地理視圖系統(tǒng)是瀏覽器／地圖服務器／數(shù)據(jù)庫服務器三層結構，需要Windows NT Server。其中 地圖服務器：Windows NT，Internet Information Server，MapXtreme 客戶機：windows 95／98。 由于采用了MaxXtreme，使系統(tǒng)在結構上成為瀏覽器／服務器的形式，順應了企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)向Intranetx演變的潮流。在服務器端是用微軟的ASP技術，需要用到其中的ActiveX和VBScript技術。 地理視圖子系統(tǒng)要通過Socket通信方法從網(wǎng)管系統(tǒng)的其他子系統(tǒng)獲得有關各種網(wǎng)元的數(shù)據(jù)流，對通信網(wǎng)中各種信息進行實時動態(tài)的監(jiān)控、分析與顯示，并將處理所得數(shù)據(jù)傳入數(shù)據(jù)庫，以便進行信息查詢，同時數(shù)據(jù)庫要動態(tài)更新?？梢?，本次畢業(yè)設計既需要了解硬件知識，又需要有較熟練的軟件編程能力，既需要計算知識，又需要通信知識，是我所學專業(yè)知識在具體工作中的應用。 本次設計具有較高難度，但我相信，通過學習和不斷的努力，我一定能高質(zhì)量的完成本次畢業(yè)設計任務。 四、進度安排 3月20日－4月15日 分析題目，查閱資料，學習與畢業(yè)設計相關的知識，作好前期準備工作。 4月16日－5月10日 劃分軟件工能塊，進行方案論證，編制軟件。 5月11日－6月10日 調(diào)試軟件，撰寫畢業(yè)論文并征求導師意見，修改畢業(yè)論文，進行畢業(yè)論文的評議。 中 期 報 告 題目：GIS在移動通信網(wǎng)管中的應用 報告人：通訊與控制工程系 柳敬 畢業(yè)設計的兩個月來，在導師的幫助下以及自己努力下，我感覺到自己真正學到了不少東西。畢設進展順利，除了對通信系統(tǒng)網(wǎng)管有了一定了解外，已能較熟練的掌握VB、ASP、MapBasic、Access等幾個種編程語言。以下是畢設進展的一些概要介紹： 一、總體設計 ● 功能劃分 本軟件系統(tǒng)功能 可分為三大部分： (1)用戶選擇指標并以列表的方式顯示其值 (2)將數(shù)值在地圖上顯示出來 (3)由地圖查詢列表 ● 功能描述 列表顯示功能：先由用戶選擇被測對象及其被測指標值，將由交換機傳來的數(shù)據(jù)在終端以列表的形式顯示出來，要求能對某一范圍的資料進行選擇并顯示。 地圖顯示功能：要求將列表中的數(shù)據(jù)在地圖上相應小區(qū)的位置以柱狀、圓餅狀的形式顯示，或以用戶選擇的顏色進行著色顯示。 地圖與列表之間的查詢功能：指用戶能通過在地圖中點中小區(qū)從而跳列表中相應位置。 ● 軟件分層模塊結構 各類性能圖層 基站及小區(qū)圖層 地圖服務器 用戶界面 數(shù)據(jù)庫服務器 用戶通過用戶界面看到顯示基站及小區(qū)圖層的地圖，性能圖層位于小區(qū)圖層上，用于顯示小區(qū)的各種指標值。性能圖層及小區(qū)圖層由地圖服務器生成。 二、詳細設計 ● 詳細流程 (1)用戶選擇一批指標值處理 (2)等待(是行數(shù)據(jù)處理、傳輸) (3)處理完成，用戶可以對 a.一個指標值，看全部小區(qū)，以柱狀、圓餅狀的形式，可以選擇顏色。 b.一個指標值，可以選指標值落在一定范圍內(nèi)的，即如0.3(x(0.9等，也可以選排名前／后幾個，只看這些小區(qū)，以著色的形式標記這些小區(qū)。 c.一個指標值，可以多選幾個范圍，同時看這些小區(qū)，以不同的顏色區(qū)分。 d.多個指標值，看它們子集的交集或并集，比如SDCCH掉話率的前10個與TCH超過一定值的交集?？梢杂懈嘀羔樦?。以區(qū)域的形式(著色)只顯示交并集。 (4)將以上選擇顯示在地圖中。 (5)出現(xiàn)一個資料表格，顯示了所有開始選擇的指標值。 (6)點擊小區(qū)，列表中指針自動跳至相應的記錄。 ● 流程簡圖 開始 顯示小區(qū)圖層 用戶選擇指標值 從數(shù)據(jù)庫服務器下載文件 轉(zhuǎn)化文件 顯示列表 顯示圖層 是否退出 用戶選擇指標值范圍 在圖層中點小區(qū) 退出 跳至列表中相應位置 三、編程進展情況 程序編制已基本完成，現(xiàn)在正在進行修改和調(diào)試，預計下周可完成。 畢業(yè)設計（論文）裝訂規(guī)范 1、 畢業(yè)設計（論文）封皮； 2、 畢業(yè)設計（論文）成績評議； 3、 畢業(yè)設計（論文）任務書； 4、 開題報告； 5、 中期報告； 6、 結題驗收； 7、 中文摘要； 8、 英文摘要； 9、 畢業(yè)設計（論文）目錄； 10、 畢業(yè)設計（論文）正文。 希望對你有幫助

希望采納

調(diào)查中小學數(shù)量用什么空間數(shù)據(jù)

基于GIS的哈爾濱市中小學分布分析

Distribution Analysis of Primary and Secondary Schools in Harbin Based on GIS

DOI: 10.12677/AG.2019.910095, PDF, HTML, XML, 下載: 697 瀏覽: 1,416

作者: 郭藝迪：浙江師范大學，浙江 金華

關鍵詞: 中小學；選址；GIS應用；Primary and Secondary Schools； Site Selection； GIS Application

摘要: 論文以哈爾濱市和平區(qū)中小學布局規(guī)劃為例，通過對城市中小學選址規(guī)劃相關因素的分析，經(jīng)過空間分析給出綜合評價，確定選址最優(yōu)區(qū)位和評價指標。最后從空間分布和學校容量兩方面對學校的現(xiàn)狀和原規(guī)劃做出評估，從而提出了小學規(guī)劃的改進方案。此外，本文的研究結論對規(guī)劃方案的最優(yōu)化選擇或?qū)π碌姆赵O施選址等方面也有一定實踐意義，為中小學布局規(guī)劃提供了有力的支持，為科學決策提供了一個參考平臺。 Abstract: Taking the layout planning of primary and middle schools in Heping District of Harbin as an ex-ample, the paper analyzes the relevant factors of urban primary and secondary school location planning, and gives a comprehensive evaluation through spatial analysis to determine the optimal location and evaluation index. Finally, the current situation and the original plan of the school are evaluated from the aspects of spatial distribution and school capacity, so that the improvement plan of the primary school plan is proposed. In addition, the research conclusions of this paper also have certain practical significance for the optimal selection of planning schemes or the location of new service facilities, which provides a strong support for the layout planning of primary and middle schools. It provides a reference platform for scientific decision-making.

文章引用：郭藝迪. 基于GIS的哈爾濱市中小學分布分析[J]. 地球科學前沿, 2019, 9(10): 898-907.

1. 引言

1.1. 研究背景

我國改革開放三十多年以來，城市化進程日益加快，取得了舉世矚目的成績，一座座現(xiàn)代化城市拔地而起。然而，由于種種原因，城市的一些公共配套SSS卻沒能與城市同步發(fā)展起來，例如學校的配套建設便是其中的一項。比如有許多科技園、經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)、工業(yè)區(qū)和新建居民住宅小區(qū)，開發(fā)商為了獲取最大利潤很少將學校的建設納入到總體規(guī)劃中來 [1]，從而導致了城區(qū)尤其是市中心學校分布極不合理。然而學校的分布狀況在一定程度上決定了學生能否就近入學，在城市范圍內(nèi)考慮學校的分布位置是基于居民的需要，所以分析學校的分布特征對城市的整體發(fā)展具有重要的意義。

在城市發(fā)展過程中，舊城區(qū)大量改造，新城區(qū)不斷開發(fā)，城市轄區(qū)向四周不斷延伸，城區(qū)人口也在大幅度增長，城市中小學布局問題凸顯，小城市由于受到經(jīng)濟發(fā)展條件、發(fā)展時機和執(zhí)政者能力等因素的影響，由此帶來了如教育資源不均衡、學生上學不便、出行安全得不到保障等一系列問題，在教育領域表現(xiàn)在教育資源非均衡發(fā)展上。集聚效應相對較弱的小城市，人口規(guī)模和經(jīng)濟規(guī)模遠不及大中城市，有限的優(yōu)勢教育資源過于集中分布，基礎教育的不均衡發(fā)展影響著今后城市的長遠發(fā)展。因此，在均衡發(fā)展已成為時代發(fā)展主流的今天，過去那種發(fā)展不均衡的狀況和以犧牲公平而追求效率的資源配置方式已經(jīng)不再適應實際發(fā)展，所以改變不公平的資源配置方式并使其均衡發(fā)展應成為當今中小學的發(fā)展趨勢 [2]。

哈爾濱地處東北亞中心地帶，是黑龍江省省會，具體坐標為東經(jīng)125?42'~130?10'、北緯44?04'~46?40'，被譽為歐亞大陸橋的明珠，是第一條歐亞大陸橋和空中走廊的重要樞紐，也是中國著名的歷史文化名城、熱點旅游城市和國際冰雪文化名城。哈爾濱作為中國東北北部的政治、經(jīng)濟、文化中心，全市總面積約為5.384萬平方公里，轄9個市轄區(qū)、7個縣，代管2個縣級市，其中市轄區(qū)面積10,198平方公里。2014年戶籍總人口994萬人。城市化起步較晚，城市化水平相對較低，這樣有著各個美譽的城市同樣也面臨了學校分布不合理、學校規(guī)模不達標、教育資源存在校際差異等問題。近年來哈爾濱市基礎教育持續(xù)發(fā)展，并具有較快的良好的發(fā)展態(tài)勢，整體育人環(huán)境、辦學條件都有了歷史性的改觀。但是由于區(qū)域經(jīng)濟尚不發(fā)達、中小學教育狀況還存在一些問題。為此，根據(jù)現(xiàn)階段社會經(jīng)濟發(fā)展狀況和的實際需求，了解中小學教育的現(xiàn)狀，從而探索中小學教育發(fā)展的途徑與策略，具有重要的學術價值和現(xiàn)實的指導意義。在當前的中小學空間布局調(diào)整的背景之下，本文通過對哈爾濱市中小學分布的分析研究，探索適宜小城市中小學空間布局的相關指標和優(yōu)化對策。

1.2. 國內(nèi)外研究進展

1.2.1. 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

自上世紀90年代后期以來，我國中小學布局調(diào)整已經(jīng)大規(guī)模展開，雖然有關的政策宣傳、經(jīng)驗報道、實施調(diào)查相當多，但中小學空間布局規(guī)劃研究尚不多見。在已進行的布局調(diào)整工作中，常有地方政府未能深入領會中央的調(diào)整精神、全面地分析和理解調(diào)整工作，對布局調(diào)整政策的認識模糊甚至片面，加上對當?shù)剞r(nóng)村實際情況缺乏調(diào)研與了解，將“調(diào)整”簡單化地理解為“撤并”和“縮減”農(nóng)村中小學，將中小學布局調(diào)整的目標錯誤地理解為甚至等同于在一定年限內(nèi)(甚至在短期內(nèi))撤減掉一大批農(nóng)村中小學，從而出現(xiàn)大量撤減、盲目集中、加速調(diào)整等問題，導致布局調(diào)整工作的簡單化、形式化與“一刀切”。

南京大學的張京祥先生在研究基本教育設施均等化布局原則和規(guī)范制定的過程中，提出教育設施服務半徑分析，要通過現(xiàn)行標準、問卷調(diào)查(居民期望距離，居民可承受的距離范圍)、最小規(guī)模等綜合對比，確定學校的服務半徑。研究還提出了基本教育設施均等化布局的指引措施，對我國過去習慣以“國家標準”、“技術規(guī)范”為依據(jù)的城鄉(xiāng)規(guī)劃編制方式提出了新的挑戰(zhàn)。文章以常州市為實證，從空間布局的角度對“均等化布局”進行了一些探索性的嘗試，但是，“均等化布局”是一個需要進行深入實踐探討的過程?？傊撗芯渴菍χ行W空間布局問題研究的一次創(chuàng)新 [3]。

地理信息系統(tǒng)技術在中小學空間布局中的應用研究也日益廣泛 [4] [5] [6] [7]。張雪峰使用GIS建立學校分析、自然村人口分布、地形等地理空間數(shù)據(jù)庫，進行教育資源空間可達性分析，進一步使用Huff模型分析學校位置、規(guī)模與學生空間分布之間的關系；分析、解釋中小學空間分布特征和存在問題，為布局調(diào)整提出合理化建議 [8]。

夏坤對于小城市中小學空間布局進行研究，文章中介紹了中小學空間布局研究中應用到的諸多的GIS空間分析技術；然后對中小學空間布局的相關指標和模型進行分析；最后結合具體的研究對象，對麻城市區(qū)中小學的空間可達性、服務半徑進行分析，得出適宜麻城市區(qū)中小學空間布局的服務半徑指標，探索了GIS技術在中小學空間布局研究中的運用和適宜性中小學服務半徑指標的確定方法?；贕IS的中小學優(yōu)化選址研究，根據(jù)優(yōu)化方案得到的中小學空間布局更加合理，學校服務范圍的重疊度下降，學生的入學距離減少，中小學服務了更多的城市人口 [9]。

1.2.2. 國外研究現(xiàn)狀

學校布局及調(diào)整具體到各國，情況并不一樣。巴基斯坦在第四個教育計劃時期(1979~1987年)，沒有學校布局標準，結果導致小學布局不合理。印度北方邦1993年采取了一項學校布局標準：小學低年級平原地區(qū)學校覆蓋半徑為1.5公里、山區(qū)1公里，小學高年級3公里。結果發(fā)現(xiàn)，當時有130萬小孩不在小學覆蓋范圍內(nèi)。大多數(shù)的非洲國家采取了學校覆蓋區(qū)域的最小人口數(shù)標準：毛里塔尼亞為600居民，一個標準街區(qū)2個教室；岡比亞是一個街區(qū)2個教室；幾內(nèi)亞是一個標準街區(qū)3個教室。近代以來，國外中小學空間布局研究逐漸開始注重學校的空間可達性問題。1929年美國人佩里提出了著名的鄰里單位理論，該理論提出將小學設置在鄰里單位的中心，明確的界定了組成城市居住單元的規(guī)模，即鄰里單位的規(guī)模應當是服務一所小學的規(guī)模，這樣的鄰里社區(qū)規(guī)模能夠避免學生穿越城市交通道路，降低機動車對小學生造成危害的概率。其中，鄰里中心的輻射范圍不大于0.8~1.2 km。以鄰里單位理論基礎為出發(fā)點的居住區(qū)建設模式，推進了學校的步行可達性。

1.3. 研究內(nèi)容

本文將GIS的數(shù)據(jù)管理、地圖制圖和空間分析功能以及可達性原理引入中小學空間布局分析。本課題研究的主要內(nèi)容有如下幾點：

1) 介紹本課題的研究背景及目的意義，現(xiàn)階段對于中小學空間布局所存在的問題進行分析，再結合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀提出對中小學空間分布研究的必要性。

2) 闡述當前GIS發(fā)展的狀況，以及關于中小學空間分布分析所用到的空間分析功能，既是對中小學空間布局出現(xiàn)的問題進行概述，也是對中小學空間布局研究的技術手段的認識。

3) 對哈爾濱市中小學利用GIS空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)基礎數(shù)據(jù)的可視化，從直觀的角度觀察現(xiàn)有中小學階段教育基礎設施的布局特征。

4) 利用GIS技術的空間分析功能對哈爾濱市中小學的服務范圍及可達性進行分析，并對哈爾濱市中小學選址適宜性進行評價分析。

5) 總結關于進行小學選址規(guī)劃的幾點思考。為規(guī)劃人員提供更好的決策依據(jù)，具有理論價值和實踐指導意義，盡量使學生享受到相對公平的教育。

2. 中小學空間布局分析的GIS技術方法

2.1. 地理信息系統(tǒng)的應用和特點

地理信息系統(tǒng)是一種采集、存儲、管理、分析、顯示和應用地理信息的計算機系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術。從定義中不難看出，GIS的功能是分析和處理地理數(shù)據(jù)?？梢奊IS的一半功能是分析數(shù)據(jù)，甚至可以說，GIS處理地理數(shù)據(jù)的目的也是為了分析數(shù)據(jù)。GIS技術把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作集成在一起。主要應用在測繪與地圖制圖、資源管理、城鄉(xiāng)規(guī)劃、災害監(jiān)測、環(huán)境保護、國防、宏觀決策支持等。

地理信息系統(tǒng)(GIS)的特點：

1) 公共的地理定位基礎。

2) 具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力。

3) 系統(tǒng)以分析模型驅(qū)動，具有極強的空間綜合分析和動態(tài)預測能力，并能產(chǎn)生高層次的地理信息。

4) 以地理研究和地理決策為目的，是一個人機交互式的空間決策支持系統(tǒng)。

2.2. 數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)處理

地理信息系統(tǒng)的基礎和作用對象均為空間數(shù)據(jù)。在中小學空間布局的研究中是中小學的空間數(shù)據(jù)，是與中小學空間布局有關的自然、社會和人口數(shù)據(jù)。

地理空間數(shù)據(jù)是以地球表面空間位置為參照的自然、社會和人文經(jīng)濟景觀數(shù)據(jù)，可以是圖形、圖像、文字、表格和數(shù)字等，是系統(tǒng)程序作用的對象，是GIS所表達的現(xiàn)實世界經(jīng)過模型抽象的實質(zhì)性內(nèi)容。

本文所用到的數(shù)據(jù)有dem30m數(shù)據(jù)，來源與地理空間數(shù)據(jù)云，在google上下載了自定義范圍的哈爾濱市區(qū)電子地圖和衛(wèi)星圖，由于dem影像范圍相對較大，利用ERDAS軟件將影像進行了相應的裁剪(如圖1)，即img格式dem影像文件“剪裁1”。

2.3. GIS空間分析技術

數(shù)據(jù)之中存在著大量的信息，信息蘊藏在數(shù)據(jù)的關系之中。因此在數(shù)據(jù)表現(xiàn)的表象信息之下還有大量的隱性信息。這些信息一般不為直覺所知，并且也不具體或不清晰，需要通過一定的數(shù)據(jù)加工方式揭示出來，具體方法就是信息查詢分析。空間信息分析就是針對空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行的分析。

2.3.1. 緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是針對點、線、面實體，自動建立其周圍一定寬度范圍以內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形。生成緩沖區(qū)可以生成只有一個緩沖距離的緩沖區(qū)也可以設定多個相同或者不同的緩沖距離來生成多級緩沖區(qū)。另外還可以生成一些特殊形態(tài)的緩沖區(qū)。緩沖區(qū)的產(chǎn)生有三種情況：一是基于點要素的緩沖區(qū)，通常以點為圓心、以一定距離為半徑的圓；二是基于線要素的緩沖區(qū)，通常是以線為中心軸線，距中心軸線一定距離的平行條帶多邊形(圖2)；三是基于面要素多邊形邊界的緩沖區(qū)，向外或向內(nèi)擴展一定距離以生成新的多邊形(圖3)。這些根據(jù)不同應用要求所生成的緩沖區(qū)，雖然形態(tài)不同，但基本原理相同。

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Figure 1. Point feature buffer

圖1. 點狀要素緩沖區(qū)

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Figure 2. Linear feature buffer

圖2. 線狀要素緩沖區(qū)

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Figure 3. The planar feature buffer

圖3. 面狀要素緩沖區(qū)

2.3.2. 再分類

根據(jù)不同的需要對數(shù)據(jù)再進行分類和提取，由于這種分類是對原始數(shù)據(jù)進行的再次分類組織，因此稱為再分類(Reclassification)。

點、線、狀地物的再分類，對于矢量數(shù)據(jù)結構可以通過簡單的修改屬性表中的數(shù)值來實現(xiàn)，對于柵格數(shù)據(jù)結構也可以通過修改屬性值來獲得新的點、線狀地物。面狀地物的再分類，對于柵格數(shù)據(jù)結構則和點、線分類一樣，簡單的改變屬性數(shù)值并改變圖例表現(xiàn)這一變化。對于矢量數(shù)據(jù)結構的面狀地物再分類，則需要同時改變尸體的幾何形狀和屬性。首要的任務是去掉將要合并的多邊形之間的分界線，再把這兩個多邊形的屬性值變?yōu)橥粚傩浴?/p>

2.3.3. 疊加分析

在GIS中是把各類不同要素分層的方式來組織數(shù)據(jù)表達整個研究區(qū)域的地物景觀。而要知道各要素圖層之間的地理位置關系就需要把要素層進行疊加分析。通過疊加分析可以得出各要素的分布情況以及要素之間的空間關系。

疊加分析是指在統(tǒng)一空間參考系統(tǒng)下，通過對兩個數(shù)據(jù)進行的一系列集合運算，產(chǎn)生新數(shù)據(jù)的過程。這里提到的數(shù)據(jù)可以是圖層對應的數(shù)據(jù)集，也可以是地物對象。疊加分析的疊置分析的目標是分析在空間位置上有一定關聯(lián)的空間對象的空間特征和專屬屬性之間的相互關系。使用疊加分析可將多個數(shù)據(jù)集的特征合并為一個特征。多層數(shù)據(jù)的疊置分析，不僅僅產(chǎn)生了新的空間關系，還可以產(chǎn)生新的屬性特征關系，還能獲取參與疊加的要素的所有屬性，能夠發(fā)現(xiàn)多層數(shù)據(jù)間的相互差異、聯(lián)系和變化等特征。經(jīng)常使用此方法查找適于特定用途的位置或容易遭受某種風險的位置。

3. 哈爾濱市市區(qū)中小學空間布局現(xiàn)狀分析

3.1. 研究區(qū)概況

3.1.1. 地理位置和行政區(qū)劃

哈爾濱位于東經(jīng)125?42'~130?10'，北緯44?04'~46?40'，是黑龍江省省會，是中國東北北部政治、經(jīng)濟、文化中心，也是中國省轄市中面積最大、人口居第二位的特大城市。全市土地面積5.31萬平方公里，其中，市區(qū)面積7086平方公里，轄9區(qū)9縣(市)。截至2014年末，戶籍總人口987.3萬人，市轄區(qū)人口473.8萬人，48個民族，其中少數(shù)民族66萬人。

3.1.2. 自然地理要素

哈爾濱市區(qū)地域平坦、低洼，東部10縣(市)多山及丘陵地。東南臨張廣才嶺支脈丘陵，北部為小興安嶺山區(qū)，中部有松花江通過，山勢不高，河流縱橫，平原遼闊。哈爾濱市區(qū)主要分布在松花江形成的三級階地上：第一級階地海拔在132~140米之間，主要包括道里區(qū)和道外區(qū)，地面平坦；第二級階地海拔145~175米，由第一級階地逐步過渡，無明顯界限，主要包括南崗區(qū)和香坊區(qū)的部分地區(qū)，面積較大，長期流水浸蝕，略有起伏，土層深厚，土質(zhì)肥沃，是哈爾濱市重要農(nóng)業(yè)區(qū)；第三級階地海拔180~200米，主要分布在荒山嘴子和平房區(qū)南部等地，再往東南則逐漸過渡到張廣才嶺余脈，為丘陵地區(qū)。

3.1.3. 人口和經(jīng)濟

2015年年末戶籍總人口987.3萬人，比上年末減少7.9萬人。其中，非農(nóng)業(yè)人口481.3萬人，市轄區(qū)人口473.8萬人。60歲以上老年人口172.86萬人，占總人口的比例為17.5%。全市出生人口8.5萬人，出生率8.6‰，死亡人口8.1萬人，死亡率8.1‰。全市人口自然增長率為0.5‰。

全年公共財政預算總收入650.7億元，增長2.9%。其中，地方公共財政預算收入423.5億元，增長5.3%。主體稅種中，營業(yè)稅122億元，下降2.8%；企業(yè)所得稅42.7億元，增長6.1%；增值稅43.6億元，增長28.5%；個人所得稅16.1億元，增長17.9%。全市公共財政預算支出740.1億元，增長4.3%。其中，教育、社會保障和就業(yè)、城鄉(xiāng)社區(qū)事務、醫(yī)療衛(wèi)生與計劃生育、一般公共服務支出為111.5億元、117.6億元、174.9億元、52.5億元、55億元，分別增長2%、12.3%、11.8%、9.5%和7.6%。

3.2. 哈爾濱市市區(qū)中小學現(xiàn)狀

3.2.1. 分布現(xiàn)狀

哈爾濱市市區(qū)普通高中141所，在校學生14萬人，初中478所，在校學生34.3萬人，全市共有小學2244所，在校學生48.9萬人。

3.2.2. 現(xiàn)狀存在問題及思考

目前城市中小學存在的主要問題：

① 教育資源總量不足；

② 教育資源分布不均衡；

③ 新區(qū)教育設施建設與新區(qū)開發(fā)建設不同步；

④ 學生出行安全存在隱患；

⑤ 學校用地不足，設施不完善。

隨著城區(qū)生源數(shù)量的急劇增加，在現(xiàn)有辦學條件下，學校長期處于嚴重超負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)。位于城市中心區(qū)的學校，由于人口高度密集，用地極其緊張，學校發(fā)展在一定程度上受到用地的限制，沒有拓展空間。因此，根據(jù)城市居住空間的遷移和獨生子女家庭的增加，可適當合并、遷移或拆除較密集的學校，同時對于現(xiàn)狀的教育資源也應加以整合，提升學校的教學質(zhì)量。

4. 哈爾濱市市區(qū)中小學空間布局GIS分析

4.1. 數(shù)據(jù)處理

本文所用到的數(shù)據(jù)有dem30m數(shù)據(jù)，來源與地理空間數(shù)據(jù)云，在google上下載了自定義范圍的哈爾濱市區(qū)電子地圖和衛(wèi)星圖，由于dem影像范圍相對較大，利用ERDAS軟件將影像進行了相應的裁剪，即img格式dem影像文件“剪裁1”。

根據(jù)電子地圖在ARCGIS中繪制出了哈爾濱市道路交通圖(如圖4)，即shap格式線文件“l(fā)ine”。在網(wǎng)絡上搜索到關于哈爾濱市中小學位置，根據(jù)電子地圖在ARCGIS下繪制出哈爾濱市局部地圖小學分布圖(如圖5)與中學分布圖，即shap格式點文件“primary_school”，同樣的方法又制作了娛樂場所，即shap格式點文件“rec_sites”。又在衛(wèi)星圖的參考下繪制出了大致的土地利用線圖，即shap格式線文件“線”，經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到土地利用圖(如圖6)。

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Figure 4. Partial road map of Harbin

圖4. 哈爾濱市局部道路圖

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Figure 5. Distribution of local primary schools in Harbin

圖5. 哈爾濱市局部小學分布圖

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Figure 6. Land use map

圖6. 土地利用圖

4.2. 中小學優(yōu)化選址評價中的GIS技術

1) 坡度分析技術

在ARCGIS環(huán)境下利用special analyst→surface→slope工具將dem影像文件“裁剪1”進行坡度分析。

2) 制作土地利用圖

將線狀圖“線”轉(zhuǎn)換成面狀圖，Date Management Tools→Feature→Feature to Polygon，得到面狀圖“線_Feature To Polygon”。

隨后再將面狀圖信息賦予屬性值“shuxing”，接著進行面轉(zhuǎn)柵格操作，Conversion Tools→To Raster→Polygon to Raster，得到柵格數(shù)據(jù)“線_PGtoR”。

3) 緩沖區(qū)分析

利用Spatial Analyst Tools→Distance→Euclidean Distance操作，分別將小學分布點文件“primary_school”、道路線文件“l(fā)ine”進行緩沖區(qū)分析。

4) 重分類

將道路緩沖圖、小學分布緩沖圖、土地利用圖和坡度圖進行重分類，即Spatial Analyst→Reclass→ Reclassify。

5) 利用Spatial Analyst→Map Algebra→Raster Calculator柵格計算器按照一定比例合并土地利用圖、道路緩沖區(qū)重分類圖、學校直線距離緩沖區(qū)重分類圖。

得到最終所需的學校選址適宜性分布圖，如圖7。

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Figure 7. School address suitability map

圖7. 學校地址適宜性分布圖

5. 結論與展望

本研究得出的結論主要包括以下幾個方面：

1) 教育資源均衡發(fā)展是基礎教育健康發(fā)展的保證。

2) GIS技術在中小學空間布局中的運用，能帶來研究技術手段上的多樣化和強有力的科學依據(jù)，尤其是GIS的空間分析技術做到了真正意義上的量化分析。

3) 在中小學選址問題中，GIS技術對各類影響因子進行加權疊加分析，使得學校的選址結果更具科學性。利用地理信息系統(tǒng)軟件強大的空間表達方法，對評價分析的結果進行可視化的表達，使得分析的結果更加鮮明直觀的進行了展現(xiàn)。

4) 對于小城市而言，由于經(jīng)濟發(fā)展條件的影響，城市新區(qū)的發(fā)展條件還不成熟，人口密度和中小學的分布密度稀疏，與城市老城區(qū)差距明顯，基礎教育設施的配套建設還不完善。因此，老城區(qū)的中小學應該進行適當?shù)恼?，提高中小學分布的均勻度；新區(qū)應該科學地進行學校布點規(guī)劃，服務更多的城市人口。

中小學空間布局的不合理是基礎教育發(fā)展過程中面臨的常見問題，較難從一個點或一個面去治理和改善，必須從整體來看待中小學空間布局所面臨的各種問題。地理信息系統(tǒng)(GIS)技術給了我們以新的思路去看待中小學空間布局的問題，可以通過GIS技術對中小學合理服務半徑、優(yōu)化選址進行研究。

在本文的研究過程中，由于受到時間、條件的限制，所取得的數(shù)據(jù)并不是很完整。在計算的過程中，沒有獲得人口組成結構的數(shù)據(jù)。學校選址的相關因素還有很多，如何將一些定性的因素定量化還有很多工作要做，如環(huán)境影響因素、鐵路、快速路阻隔等，希望技術能夠與相關模型結合有所作為。還有一點不足是只探討了GIS技術在中小學空間布局分析方面的使用，并沒有對當代中小學的教育機制發(fā)展等問題進行深入研究，在今后的研究過程中，要加強這方面的研究內(nèi)容。

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[9] 夏坤. 小城市中小學空間布局研究[D]: [碩士學位論文]. 西安: 西安建筑科技大學, 2014.

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