第一章：GIS在航海方面的实际应用1．1GIS在航海气象中的应用GIS在过去的40年中对许多应用领域形成了巨大的影响。GIS运用商业软件显示和剖析许多空间数据。许多科学部门把GIS作为其管理、处理和剖析空间数据的最有效的工具。并且气象学界对GIS的作用认识平缓。两个领域缺少理解是重要基本缘由。近10年来，GIS对于气象学和气候学研究的重要性己被普遍接受。日本的国家天气服务中心（NWS）将GIS用于天气服务和Internet上的天气信息发布，美国中尺度预报国家中心将中尺度预报模式与GIS结合，借助GIS的可视化和空间剖析功能制做天气图和天气剖析，Daly（1994）在GIS的支持下，集成精细DEM模型，发展了PRISM气候剖析系统，其气候剖析和描述能力明显增强。为了发展GIS在气象学和气候学中的应用，科学技术领域亚洲协作研究计划提出了COST719计划这项开始于2001年有18个亚洲国家出席的研究计划。其主要目标是：与GIS产业密切合作完善GIS和气象数据的插口，评估气象和气候数据的实用性、内容和可获得性，鼓励和培植GIS在气象和气候研究中的合作发展，提高国家气象服务机构、研究团体和GIS产业的联系。
Shipley在研究CIIS应用于气象学领域的基础上提出了GIS就是天气处理系统的的断定，甚至提出了GIS气象学的概念。下边，是上海研祥设计的借助GIS海上（气象）导航方案：[系统概述]随着航海技术的发展及GPS技术的深入应用，在军舰和快艇上进行数据处理已越来越简单。西德某公司采用研祥纤薄工作站PPC-1200借助GPS、GIS等先进的技术相结合的随船笔记本解决方案可实时收看天气预报卫星云图，并按照天气选择航线、同时实现卫星通讯技术。[系统原理]此方案是依据航海条件而设计的，集成商产品选型最终确定采用研祥的PPC-1200工业级平板笔记本并安装触摸屏，除了由于它抗震动、能适应海上的闷热、能长时间不间断的稳定运行，并且具有较强的扩充性。通过软件可与GPS、Decca、装有雷达的ARPA和其它航海仪器进行通讯，当与GPS联接时，船的纬度和经度以及路线和速率以数字和图表的方式形象地显示。行驶路线可以在触摸屏上预先规划并保存以备之后使用，所有图上标出的讯号灯、浮标、灯塔、礁石、沉船和其它东西的详尽信息都还能通过手掌触摸来访问。[系统框图][系统评价]因为系统采用研祥PPC-1200工业级平板笔记本，紧凑的设计非常适宜船舶上有限的空间，友好的人机界面，触摸屏提供了屏幕菜单，这促使信息可以容易地被访问。
稳定的性能、方便的操作，得以使系统在更多的军舰上广泛的采用。1．2GIS在海洋作业中的应用在全球信息数字化的施行过程中，月球空间信息技术（3S,即GPS、GIS、RS）起着非常重要的作用，GPS、GIS、RS的集成架构了"数字月球"。空间数据是地理信息系统的血液，真正的GIS应当具备相应的完备的空间数据，能够实现更中级的GIS应用。为此，怎么获取数目丰富、现势性好、高质量的空间数据，是GIS实现中最基础而又极其重要的一环。在现代航海技术中，人们常常把重点放到GPS,Internet等现代化技术比较流行的地方，却忽视了特别重要环节的GIS，为了充分说明GIS除了在航海气象方面的实际应用，下边我们通过对合众思壮“经纬通”系列软件的初步了解来瞧瞧GIS在海洋作业方面的应用合众思壮“经纬通”系列软件，作为应用于海洋作业的GIS软件，不但承继了“经纬通”的快捷制图引擎，支持多种数据源访问，开放属性数据插口等优势外，结合海洋作业的实际应用，采用亚米级GPS信标接受机，按照工程须要，完成定向、放点、导航、施工控制等任务。经纬通GIS可以同时接入多路并口信息，包括测深仪，罗经，GPS等等，实时显示当前地方坐标的同时，重现海底的地形地貌。
完整的历史数据管理，作业轨迹可以保存多种GIS数据格式。灵活可订制的数据后期处理，高效的拟合算法，并可以保存复印拟合数据。结合GPS，为海洋作业提供了全面解决方案。建立的项目管理，针对不同项目进行系统优化多并口通讯，可同时接受包括测深仪、罗经和GPS等多路并口信息通用灵活的项目配置设置，按照不同的项目提供灵活多样的参数设定项目历史数据查阅，作业操作历史数据的保存和查询多种保存格式，作业中联通目标轨迹可以保存为DXF，SHP等多种主流GIS格式数据微调，拟合数据的动态微调，减少化学偏差的影响强悍的GPS插口，支持与Garmin及多种GPS设备数据通信实时接受GPS数据，实现联通目标实时、平滑显示、跟踪疗效丰富的工程类型选择惯性实验主界面回转实验和测速信息GIS在航海方面的应用除了限于民用，军用的电子海图与潜艇作战系统也有其进军之处。一切战略的、战役的或战术的行动都离不开战场的地理环境，诸军种联合作战更是这么，而地理信息系统（GIS）在获取、存储、处理和剖析空间地理环境信息并辅助决策方面具有特殊的地位和作用，西方国家对这一领域的研究和应用表现出了极大的兴趣，并给与了高度的注重。英国国防制图局DMA的战场GIS，是在工作站上建成的，它能用手动影像匹配和手动目标辨识技术，处理卫星和高低空侦察机实时获得的战场数字影像，及时地不超过４小时将反映战场现况的正射景象图叠加到数字地图上，数据直接传送到前线指挥部和五角大厦，为军事决策提供２４小时的实时服务。
电子海图是地理信息系统的一种，可以运用到海军作战指挥控制系统中。为了适应现代炮战的时间节奏快、信息处理量大、机动性强和高技术装备武器广泛运用的广域战争环境的要求，作战指控系统必须在信息提供、程序保障及通讯保障等条件具备的情况下，实现手动化作战指挥，实时信息处理，充分发挥系统功能，辅助指挥员正确地做出各类决策，使其从大量的冗长的信息处理事务中解脱下来，集中精力发挥创造性的指挥就能。指控系统的规模和水平，早已成为评价海军作战能力和先进水平的重要标志。海军作战时，须要将自然环境信息海区地理条件、水文气象情况、敌方目标信息军用平台、武器及状态、可能的战术、我方有关信息、战术态势敌人守军、我方守军息综合处理、分析，能够做出合理的功击或防御决策。GIS电子海图与海军作战系统的结合便有这么大的作用。第二章GIS基础概念及原理一个好的、完整的GIS系统,储存了该地区或该目标的众多空间信息,这种信息能随时便捷地从数据库中调用,能快速地以图形、图象、表格或文本方式在屏幕上显示,或则复印、绘制下来,而且可以对那些信息进行综合剖析、提取有用信息,通过估算来模拟真实世界,因而提出相应的决策意见,它是规划、管理和决策的有效工具。
图2.1表明了GIS的那么一个性能。从GIS这个功能可看出,一个GIS系统应有三个主要的组成部份：(1)计算机及其外围设备,这是其硬件基础；(2)一系列的应用软件模块,包括数据和图形的输入/输出、图形和图像处理、图形和图像的显示、数据库管理、统计剖析、模拟估算以及实际应用模式等；(3)组织有序的信息内容,即数据库中要有充分的与地理位置有关的信息。这种信息的涵义与抒发有其孤身的特性,下边就它们的一些基本概念作一些说明。2．1地图和专业图早在唐代文明时期,地图已拿来描述地表信息了。很早曾经,在希腊发觉了公元前2300左右的黏土板,在板上刻有一些农地图形,这是世界上描述农地特点最早的样本,而在地宫中也发觉几乎与此同年代的印制的地图。一些资料表明,古巴比伦和古希腊时期,人们就企图把农地的形状和大小作为统一体抒发下来。在古埃及时期之前,地理学家就开始对月球的自然性质加以推算和总结。在罗马时代,农地检测和地图制做成为政府的一项重要工作。随着人们对大自然的探求和认识,地图和专业图件越来越多地被拿来记录和抒发世界的真实地理信息。从某种意义上讲,地图本身就是一种信息系统,它是在平面介质上抒发的,具有一定比列尺的图件。
在图上可以标出与地表有关的、选定的物体的性质。犹如物理上常用图形这个形式来抒发数据一样,制图家把地表的信息转移到图纸上,它也可广义地定义为信息的可视性表达,尤其是对一些信息的概括性的图解抒发。2．1．1图件的类型不仅地图之外,随着科学技术和社会生产发展的须要,又出现了不少专业图件,以满足专业活动的要求,比如：航海图：沿海地区和海域的地图,它提供有关导航的信息。民航图：向客机驾驶员和导航员提供航线基本数据,它是一种集中所有有助于导航信息的小比列尺地形图。地形图：按照一定的比列尺绘出地表某部份自然和人工特点的图示。图上可看见地形和重要信息的完整清单,因此可用于农地借助和发展等目的。地形图也为其它专门用途的图件提供新蓝图,为较小比列尺的通用图件的编辑提供数据。主题图：包含一个单一主题或课题信息的专门图件。用此工具可以沟通不同地理概念之间的交互,比如：农地借助、人口密度、农小麦生长区、土壤、土地形状、试验区中的PH分布等等。主题图也可以是定量的,如底泥的有效长度。它们可以表示为明度图或由边界分开的等值范围图,比如农地借助图、土壤图、户籍图或则行政区划图。也可用等值线图来表示,即用物理模型来拟合连续表面,借助联接相同值的等值线的形态来描述变化趋势,拿来描述定量化的数据。
等值线图常常拿来描述光滑变化的现象,如气温、沉积长度或人口密度。图件的比列尺表明了图上的距离和相应实际距离之间的比值。大比列尺图拿来表示大量的细节；而小比列尺图仅仅描述主要的特点。图的比列尺与图所包含的信息程度有关,大比列尺图比小比列尺图有更多的细节和信息。2．1．2地图的投影地图投影的根本问题是在平面上抒发曲面,也就是说要在平面图上表示月球的表面。地图投影问题可以用橘子皮这个简单事例来简略地说明：为了将撕开的橘子皮拼成一块平的、连续接触的橘子皮,每位小块必须经过拉伸,扭曲或再撕裂,就能完成。因而,这个反例也挺好地表明了完美的投影几乎是不可能的。在平面上表示一个曲面,必将包括“拉伸”或“皱缩”造成的扭曲,并且“撕裂”成小的断块。投影的质量可用下边三个标准来评价：（a）等距性棗正确地表示距离,投影保证任意两点间的距离的正确。（b）同形性（正确形态）棗正确地抒发形状和方向。（c）等价性棗正确地抒发面积。因为历史发展的缘由,我们的图件有着许多的地理投影和座标系统,所有那些投影,可归纳为三类：等积投影、等距投影和等角投影。诸如：等距园柱投影、等距园锥投影、多园锥投影、正射投影、极射平面投影、球极平面投影、正弦投影和格灵顿投影等等。
而在投影的同时,又要选择投影的参考椭球体。在实际应用中,同一地区的图件,会有不同的比列尺、不同的投影座标系统,并且在同一GIS系统中,必须首先按照项目（任务）的要求,来选择合适的地理座标投影系统,作为一个标准的座标系统,所有的资料、信息都要转换到这个系统上来。2．2GIS数据的类型和结构任何一个真实世界都可以用地理信息来描述和抒发,这种信息都必须以一定的数据格式储存在计算机里,它们可分成三大类：空间数据、属性数据和栅格化数据(即光栅数据)。2．2．1空间数据一个几何实体可用空间数据来描述,空间数据的编码有四类：点、线、多边形和连续表面。图2.2为一些点、线、面的反例。点数据：点（无维数,只有空间的位置而无宽度的目标）为空间数据中最简单的类型。这是最基本的数据,尽管只有一个X、Y座标来描述它的空间位置,但任何几何实体都可以用点的
