《地理信息系统原理及应用》多媒体教学软件设计和实现

第一篇：《地理信息系统原理及应用》多媒体教学软件设计和实现

【论文关键词】地理信息系统原理及应用 多媒体教学 课件设计

【论文摘要】本文介绍了研制《地理信息系统原理及应用》多媒体教学软件的必要性以及软件设计思路及开发过程，着重阐述了该教学软件的特色和教学效果。

一、引言

《地理信息系统原理及应用》是测绘工程、土地管理专业方向的专业课。作为“3s”之一的地理信息系统(GIS)是以空间数据库为基础，在计算机软硬件环境的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，适时提供空间和动态的地理信息，为决策服务的一类信息系统。目前GIS技术广泛应用于测绘、地质、环境管理、资源规划、交通、水利、邮电、通讯等领域，并发挥极其重要的作用。《地理信息系统原理及应用》是一门实践性相当强的学科，如数字化仪的操作和软件的使用等，即使教师在课堂上讲述如何使用数字化仪以及使用数字化仪的操作步骤，但是课后学生在实际的操作过程中还是一头雾水，不知道从何下手。为解决此问题有必要设计一套地理信息系统多媒体教学软件，通过多媒体软件中的演示模拟实验、典型实例分析、知识层次的有机组织以及计算机技术的应用，使学生更好地理解并掌握这门学科，优化教学过程，提高教学质量。

二、多媒体软件的设计思想

《地理信息系统原理及应用》多媒体课件采用软件工程的思想来设计开发的，可以改变多媒体教学软件过程开发中的小作坊的操作模式，提高对开发过程的管理、提高教育教学软件的质量、对教育教学软件的维护、升级和交流都具有重要的意义。地理信息系统原理及应用的内容涉及到GIS相关概念、GIS基础理论、GIS软件设计、GIS软件应用、GIS发展趋势等相关内容。多媒体软件基于上述内容，利用计算机多媒体辅助教学，使学生在交互状态下学习，掌握系统开发程序，调动学生的积极性。作为教学过程的一种辅助手段，它的设计必须遵循教学大纲与教学进度的原则来设计开发。

根据教学内容，明确要实现的教学目标，以及实现教学目标的途径——教学策略的分析，确定课件的总体框架和表现方法，进行课件的总体设计，确定教学软件开发所使用的平台。

三、多媒体软件的开发流程

(一)总体框架设计

该软件具有先进、丰富的可视音频、可视媒体集成制作解决方案，由于它具有提供多样化的文字处理能力，可以在屏幕上编辑对象的功能，以及提供的模版等功能及多样化的交互手段、具有动态链接功能等诸多特点。通过总体框架设计实现了对教学内容整理与组织，做到资料详尽确切、层次丰富、链接灵活。[1][2][3]下一页(二)脚本的编写

课件的脚本是课件的设计蓝图，作者应该根据教学目标，确定课件的具体表现方法和内容，直到每一屏幕(页)的具体内容安排，如各种媒体的排放位置、媒体元素出现的时刻、交互方式以及画面的链接等，都要非常具体和明确。脚本的设计还要根据创作工具的特点以及人接受信息的心理特征等综合因素来考虑。脚本的设计过程实际上就是一个创意过程，创意的好坏取决于对教学内容的理解程度以及创作人员的水平，对课件的最终质量有很大的决定作用。[!--empirenews.page--](三)素材的准备

多媒体课件中的基本素材有相当一部分要事先准备好，如文字、图像、声音、动画、影像等原始素材，需要通过一定的方法采集或制作，有些还需要预先处理和编辑，如地理信息系统软件的具体操作等内容均需要制作成视频讲解的形式，使学生在观看软件操作后，在以后的上机操作过程能够较好地掌握软件具体的操作过程，提高了教学效果。在视频文件的制作主要采用Snagit窗口捕捉文件，把捕捉到的文件转变为．way格式的文件，然后借助Premiere软件进行剪辑、添加音频文件。或者直接利用数码摄像机进行拍摄，然后用Premiere进行剪辑。

(四)创作设计CAI软件

根据脚本设计的要求，在Authorware环境中把各种媒体素材集成创作为一个课件。对教学内容的组织进行评价修改，与教学策略、教学方法和手段有机地结合，针对个性化自主学习需要，创建协作交流的学习环境。课件完成后，还要经过试运行检验和使用评价，必要时还要作修改。能否达到预想的效果，取决于所用的创作工具和创作软件使用的熟悉程度。在多媒体课程开发过程中遵循总体设计、结构设计、知识点设计的软件工程方法，采用螺旋式生命周期，在原型设计基础上开发并经试点后反复修改设计制作，并将多媒体教学的实践经验实施在多媒体课程中，对不同部分着重体现不同的教学思想。

四、多媒体建设内容与特色

(一)多媒体建设内容

地理信息系统原理及应用多媒体课程主要包含有GIS相关概念、GIS基础理论、GIS软件设计、GIS软件应用、GIS发展趋势、系统设定和结束学习等7个模块组成。在GIS相关概念模块中，主要介绍“地理信息系统的发展背景、地理信息系统的定义以及地理信息系统在各国的发展历史；在GIS基础理论模块中，有按照篇章结构组织的教学内容，主要介绍了地理信息系统的两种主要的数据结构：栅格数据结构和矢量数据结构，以及两种数据结构之间的相互转换方法，同时还介绍了地理信息系统中的数据模型——数字地面模型网络模型以及地理信息系统的空间分析方法等内容；在GIS软件设计模块中介绍了GIS软件设计的基本技术、方法、路线等；在GIS软件应用模块中介绍了基于Arview、Maplnfo等GIS软件在具体的行业中的开发实例；在GIS发展趋势模块中包含GIS将来的发展趋势以及目前使用的主流GIS软件；系统设定模块可以添加背景音乐，了解开发本课件人员的相关情况；结束学习模块用来结束本课件的学习。上一页[1][2][3]下一页(二)多媒体建设特色

1．基于资源的教学方式

多媒体课程的设计是依据马明栋教授主编的《地理信息系统原理及应用》基础进行的，充分体现了教学改革的成果，并反映了GIS技术的发展。多媒体课程的教学内容紧跟GIS技术的发展趋势，涵盖本门课程全部基本知识点，教学内容新，内容组织结构清晰合理，便于课件组织、扩充、修改，随时可添加计算机新技术、新概念和新知识。

2．多媒体课程系统性强、信息量大[!--empirenews.page--] 完成了全部以Authorware页为表现形式的教学内容，约300页。基础理论篇动态案例5个，图片约100幅；GIS动态案例15个、视频5个(以上数据在课件的制作中仍需要改动)。完成与课程内容相配套的教学指导电子教案。设计了与课程内容配套的l0个教学实验完成实验案例2个。

3．引导学生自主学习

通过多媒体课件，让学生了解本课程的教学目的、教学内容、教学要求、参考学时及教学大纲，本课程的教学重点及难点，便于学生课后复习。充分发挥计算机存储与检索的功能，实现与课程教学内容相关的目录检索和关键字检索；以知识点为单元，树状目录与网状结构共存，提高学习灵活性。

4．多媒体课程功能丰富

浏览功能通过目录、导航、热字及超链接进入相关知识点。做到资料详尽确切、层次丰富、链接灵活，树状目录与网状超级链接并存。多渠道的内容导航，方便学习者在课程内容之间进行跳转。结构导航功能使学习者在整个多媒体课程范围内迅速地进入想学的内容。

五、初步教学实践

近来，利用开发建设的教学资源在教学方法和手段上进行了大胆的改革尝试，主要从多媒体课程进行教学实践。自2002年1月开始利用多媒体教学支撑软件平台和多媒体课件，在2002级开始教学实践，在实践中不断地探索多媒体化教学的方法与手段。

采取调查问卷的形式对上课的同学进行调查，调查结果表明：学生对采用多媒体化教学的满意率比较高。大部分学生认为多媒体上的教学资源好、内容系统、重点突出、’适合于自主学习、课件设计、内容安排有启发性、注重能力培养，与课堂教学相比，知识的获取多；而且大部分的学生通过多媒体教学自学、自控能力有所提高并提高了归纳总结能力；但是应该看到在多媒体上教学的质疑情况并不好，如对于喜欢传统授课的同学，他们更习惯面对面的交流，传统的教学方法与手段对他们的影响相当深。

六、结束语

多媒体教学是伴随多媒体技术地发展而兴起的新事物，是一种节省教育资源、方便教学内容的更新、培养学生适应在信息化社会中工作、学习和生活能力的良好的方法。《地理信息系统原理及应用》多媒体课程作为多媒体教学的一种有益尝试，虽然初具规模，但仍有许多需要改进和完善之处。随着计算机技术的飞速发展，对多媒体教学会有更高的要求和创新点。

第二篇：地理信息系统原理与应用复习总结

地理信息系统原理与应用复习总结

第一章 绪论

1.美国联邦数字地图协调委员会(FICCDC)地理信息系统概念（GIS）： GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的管理和规划问题。

GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，GIS操作对象是地理实体的数据——区别于其他类

型信息系统的根本标志。

2.GIS组成：系统硬件、系统软件、空间数据、应用模型、应用人员。or Internet,设计和使

用GIS的人，空间数据，系统硬件，系统软件，分析处理程序。

3.GIS功能：1）基本功能：数据的采集与编辑、数据存储与管理、数据处理和变换、空间

分析和统计，产品制作和显示，二次开发和编程；

2）应用功能：资源管理、区域规划、国土监测、辅助决策。

第二章 地理信息系统的空间数据结构和数据库

1.空间数据结构概念：是指空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构，换句话

说就是空间数据以什么样的形式在计算机中存储和管理。

2.矢量数据结构概念：是通过坐标值来精确表示点、线、面等地理实体的。获取方式:外业测量，栅格数据转换，跟踪数字化

3.栅格数据结构概念：以规则的像元阵列来表示空间地物和现象的分布的数据结构，阵列中的每个数据表示地物或现象的属性特征。

获取方式:来自于遥感数据，图片的扫描，矢量数据转换，手工方法获取，格网DEM数据(当属性值为地面高程)栅格数据常用的相邻:四方向相邻，八方向相邻

栅格数据编码方法:①直接栅格编码(将栅格数据看做一个数据矩阵，逐行或逐列记录代码

操作方便 无数据压缩)②游程长度编码(按行扫描，将相邻等值像元合并，并记录代码重复的个数

区域越大，数据相关性越强则压缩越大 压缩效率高，叠加合并等运算简单，编码和解码运算快)③链式编码④四叉树编码 ⑤行程长度编码

4.空间数据(地理实体)基本特征:属性~ 空间~ 时间~ 5.根据地理实体的特征，可以把它的数据分为属性数据，几何数据(描述空间实体空间特征

定位数据)，关系数据(描述空间实体之间的空间关系的数据，主要指拓补关系)6.拓补关系:图形保持连续状态下变形，但图形关系不变的性质。拓补空间中不考虑距离函数。

7.最基本拓补关系:关联(不同拓补元素之间的关系，如结点与链 链与多边形)，邻接(相同拓补元素之间的关系，如结点与结点 链与链 面与面等，邻接关系是借助于不同类型的拓补元素描述的，如面通过链而邻接)

其他拓补关系:包含关系，连通关系，层次关系 8.拓补关系的表示:①面–链关系 面and构成面的面的链

(注意边的方向和构成面的方向)②链–结点关系

链and链两端的结点③结点–链关系 结点and通过该结点的链④链–面关系 链and左面and右面

第三章 空间数据的采集和质量控制

1.GIS数据源：是指建立GIS地理数据库所需要的各种数据的来源。主要包括地图数据、遥感图像数据、文本资料、统计资料、实测数据、多媒体数据和已有系统的数据。

2空间数据采集的任务：是将现有的地图、外业观测成果、航空图片、遥感图像、文本资料

等转换成GIS可以处理和接受的数字形式，通常要经过验证、修改和编辑等处理

3.GIS数据质量(GIS空间数据的可靠性，通常用空间数据的误差来度量)研究目的：建立一套空间数据的分析和处理体系，包括误差源的确定、误差的鉴别和度量误差的方法、误差传播的模型、控制和消弱误差的方法等，使未来GIS在提供产品的同时，提供产品的质量指标，即建立GIS产品合格证制度。

4.研究GIS数据质量的意义：对于评定GIS质量、评判算法的优劣性、减少GIS在设计与

开发时的盲目性具有重要意义。

5.空间数据的地理参照系：①地球的形状（大地水准面，参考椭球）

②坐标系：地理坐标系(大地坐标系)

平面坐标系

③高程系

高程是指由高程基准面起算的地面点的高度 6.地图投影（GIS不可缺少的）：将地球椭球面上的点映射到平面上的方法。

GIS以地图

方式显示地理信息，地图是平面，而地理信息则是在地球椭球上 因此地图投影在GIS中不可缺少。

7.空间数据采集:GIS的核心是地理数据库

建立GIS第一步就是把空间实体的几何数据和属性数据输入地理数据库中

——GIS的数据采集

三方面工作：几何数据采集(地图跟踪数字化，地图扫描数字化)、属性数据

采集、几何数据与属性数据的连接。

8.GIS数据质量内容：位置精度、属性精度、逻辑一致性、完备性、现势性。9.GIS误差类型：误差源、处理误差

10.GIS误差传播：代数关系下的误差传播(代数运算)

逻辑关系下的误差传播(逻辑交并等运算

如叠置分析时的误差传播)

推理关系下的误差传播(不精确推理)

第四章 空间数据的处理

1.矢量数据拓扑关系的自动建立：链的组织

结点匹配

检查多边形是否闭合建立多边形

岛的判断

确定多边形的属性

内点个数=多边形个数 2.空间数据的坐标变换：1）几何纠正：高次变换、二次变换、仿射变换

2）投影变换：解析变换法(反解变换法 正解变换法 换带算法)、数值变换 数值解析变换

题:一般从扫描仪上直接得到的地图存在图形变形、坐标系不一致等问题，可以通过几何纠正和投影变换来纠正。

3.空间数据的压缩处理：1）矢量数据(压缩目的:删除冗余数据，减少数据存储量，节省存

储空间，加快后继处理速度)：道格拉斯▪普克法

垂距法

光栏法

2）栅格数据：直接栅格编码

游程长度（行程）编码

四叉树编码（最有效）例：

AAAA

ABBB

AABB

AABB 解：直接栅格编码：1）从左到右AAAAABBBAABBAABB

2)奇数行从左到右，偶数行从右到左AAAABBBAAABBBBAA

游程长度编码：A4A1B3A2B2A2B2或同样字符连续A5B3A2B2A2B2

第五章 空间查询与空间分析

1.空间数据查询：含义：数据库范畴，用户最常用功能，用户与数据库交流的途径，查询方

法与范围决定了GIS应用程度与应用水平。

从空间数据库找出满足属性约束条件和空间约束条件的地理对象的一种操作，不改变原有的数据集。

方式：扩展关系数据库查询语言（SQL）

可视化空间查询

超文本查询

自然语言空间查询

结果显示：显示方式、图形表示、绘图比例尺、显示窗口、相关空间要素、查询内容的检查

2.SQL对GIS的作用：SQL的查询语言作为用户与GIS的交互手段，决定了用户与GIS相互理解的程度。

3.空间关系查询:拓补关系查询，缓冲区查询

属性查询:简单属性查询,SQL查询，扩展的SQL查询

图形查询:按点查询，按规则图形查询，按多边形查询

4.叠置分析 ⑴基于矢量数据:将同一地区的两组或两组以上的要素进行叠置，产生新的特征。

矢量数据叠置的内容:点与多边形，线与多边形，多边形与多边形(不同图幅或不同图层多边形要素之间的叠置，产生一个新的多边形图层)不同类型的地图不同比例尺地图–多边形叠置的位置误差

⑵基于栅格数据叠置分析 ①单层栅格数据:布尔逻辑运算，重分类，滤波运算，特征参数计算，相似计算。②多层栅格数据

⑶操作形式:①交运算，输出两者共有范围②叠和运算，以输入图层为界，与输入顺序有关③合并运算，输出两层所有

5.缓冲区分析(应用于求地理实体的影响范围，即邻近度问题)点/线/面缓冲区分析，根据要素不同的属性特征，规定不同的缓冲区宽度，以形成可变宽度的缓冲区。

第三篇：地理信息系统应用

地理信息系统应用

目录

第一章：应用现状.................................................................................2 1.1国内应用现状..............................................................................2 1.2湖州应用现状..............................................................................4 第二章：应用领域.................................................................................5 2.1交通领域.....................................................................................5 2.1.1城市交通（道路、轨道等）.............................................5 2.1.2城市地下管道交通.............................................................6 2.2农业领域.....................................................................................7 2.3电力领域.....................................................................................8 2.4视频监控.....................................................................................9 2.5公安警务...................................................................................10 2.6国土资源领域............................................................................13 2.7水利领域...................................................................................14 2.8地质领域...................................................................................15 2.8.1地质找矿预测...................................................................15 2.8.2工程地质...........................................................................15

第一章：应用现状

1.1国内应用现状

地理信息系统在国内虽然起步较晚，发展却极其迅速。一方面由于国家政策的支持。从九五科技攻关计划关于进一步推动地理信息系统应用及其产业化的若干意见到

十五、863提出面向网络的海量大型地理信息系统软件计划、国产 GIS 软件示范应用工程和国家地理信息数据库建设等, 后又在国家十一五规划明确指出: 加强测绘基础设施建设, 丰富和开发利用基础地理信息资源, 发展地理信息产业同时, 为改变传统地理信息分区而治的现状,国家测绘局发起了地理信息公共服务平台的建设,从而实现了国家级、省级、市级三个层次的地理信息共享, 并在此基础上实现了为其它行业提供地理信息的服务。国家大力推动对我国地理信息系统产业的形成和发展起了至关重要的作用；另一方面在全球信息化高潮的推动下，GIS可以说是应时而生，它可以将各种信息源融合，管理海量不同格式数据，并以直观的地图、图像等形式展现在人们面前，支持数据的挖掘、空间分析决策等，现今提出的数字城市—>智慧城市均离不开GIS。

基本应用：

最初的GIS是为解决地学问题而诞生，现今的应用领域已扩展到如资源、环境、国土、、城建、消防、交通、气象、地质、农业、林业、电力及政府办公等众多领域。具体应用可结合当前主流GIS软件功能模块分析如下：

1)地理信息系统在数据管理中的应用：GIS支持多种方式录入各种数据源，以有效的数据组织形式进行数据库管理、更新、维护、进行快速查询检索，以多种直观的方式如地图、表格、图形等呈现，并且为用户辅助决策。相对于当下的数据库管理系统，GIS对空间数据管理有以下优点：数据呈现方式多元化；可以定义及管理实体类型数据，而非仅仅的文字与数字信息；数据之间关联密切；既有空间数据又有属性数据。

2)GIS的输出功能在地图制图中的应用。地理信息系统的发展是从地图制图开始的 ,因而

GIS的主要功能之一用于地图制图 ,建立地图数据库。与传统的、周期长、更新慢的手工制图方式相比 ,利用 GIS建立起地图数据库 ,可以达到一次投入、多次产出的效果。它不仅可以为用户输出全要素地形图 ,而且可以根据用户需要分层输出各种专题 ,如行政区划图、土地利用图、道路交通图等等。更重要的是由于 GIS是一种空间信息系统。它所制作的图也能够反映一种空间关系 ,可以制作多种立体图形 ,而制作立体图形的数据基础就是数字高程模型。

3)GIS的空间查询和空间分析功能的应用：该功能其实为GIS的核心功能，但是恰恰大多软件在该功能领域仍然薄弱。GIS的空间分析功能可为客户提供决策支持，例如在城市规划过程中，对城市中救护车、救火车的分布位置以及行车路线和控制的规划；如何安排多路警车交通路线，以保证在紧急时刻，在任意地方应至少能有一辆警车在事发后最短时间内赶到出事地点；在环境保护方面 ,对水土流失导致土地资源的破坏进行评价；在区域环境质量现状评价过程中，对整个区域的环境质量进行客观地、全面地评价，以反映出区域中受污染的程度以及空间分布状态。具体在下章有所介绍

4)应用 GIS一些二次开发函数库开发出具有特定功能软件系统。当前GIS应用于许多领域的系统框架基本一成不变，许多功能均是利用大多国内外已有软件的内置函数制定，其实这同时也限定了GIS在各个领域的发展，也是为什么GIS的空间分析决策能力一直得不到提升的原因所在。

面临问题：

1)数据共享程度不够。由于各部门或行业地理数据格式、编码原则等不同以及目前我国各部门可以共同使用的基础数据的缺乏,现有的全国性基础地理信息产品比例小、内容不足、商业化程度也低, 不能满足许多专业领域应用的需要, 都导致了各领域大量重复建设, 并由此消耗了巨大的人力、物力与财力。

2)国外产品在国内地理信息市场中仍然占据主要份额。尽管国产 GIS 软件的部分关键技术已经达到甚至超过国际竞争对手, 但整体技术水平还存在一定差距。3)新技术研发力量和投资不足。无线通信、GPS 定位和 GIS 的集成, 将为公众提供最具商业化价值的服务, 大量的无线通信设备作为 GIS 服务的终端, 现有的 GIS 服务器产品面临着并发能力不足的挑战。

4)我国地理信息标准化工作与国外相比还存在着相当差距。如缺乏理论研究、标准的结构化不强、没有适合需要的标准体系表和关系模型、标准立项缺乏协调、标准内容涵盖面不够广、标准本身质量参差不齐、没有一致性测试机制、参与制定标准的人员结构不尽合理、人员知识亟待更新等等。发展趋势：

1)GIS 数据的共享和开放

目前, 我国 GIS 的应用范围主要集中在一些政府部门和科研机构所承担的大型项目中, 社会普及率低, 对整个社会生产力发展的促进作用还不明显。造成这种现象的原因主要是 GIS 数据的保密性不够。数据获取困难是 GIS 技术发展的严重障碍。随着各种测绘技术的不断发展, 数据获取成本已大大降低,提升数据共享和开放, 可以让 GIS 更广泛地应用于国民经济各领域, 提高经济活动效率, 减少 GIS 数据重复建设的成本。GIS 将在各个领域中发挥更强大的功能,，2)网络 GIS(Web GIS)是将 Internet 与 GIS 结合在一起, 使地理信息可以在高速的网络环境中实现漫游和共享, 这将大大开拓 GIS 的应用领域。利用网络发布空间数据, 为用户提供空间数据浏览、查询和分析等功能, 形成一个网络化的地理空间平台, 将是 GIS 系统发展的必然趋势。3)三维 GIS 与虚拟现实技术的结合

三维 GIS 和二维 GIS 相比, 可以帮助人们更加准确真实地认识我们的客观世界。三维 GIS 可以支持真三维的矢量和栅格数据模型及以此为基础的三维空间数据库,解决三维空间操作和分析问题, 可以预见, 三维 GIS 的发展将具有非常广阔的前景。4)基于物联网技术与 GIS 的融合

随着各种传感器技术的发展，利用互联网技术、GIS技术将物与物之间联通。实现人与人、人与物、物与物之间的互联互通。

1.2湖州应用现状

湖州市测绘院、地理信息中心已发布湖州市基础地理信息系统、湖州市地下管线管理信息系统、湖州市三维环境信息管理系统；

湖州市气象局已经建立了基于GIS的湖州市地质灾害气象监测预报系统、湖州市台风查询系统，在以往天气雷达站址选择中也应用了GIS相关空间分析技术。

在国家“数字城市”的大力推广下，“数字湖州”地理空间框架的建设项目于2011年已然启动。今年湖州市相关部门对该市的地理信息工作提出三点要求：一是加大了“数字湖州”的应用推广，加强地理市情普查工作力度，全面推进地理市情监测；三要细化、落实市政府各项支持地理信息产业园发展的政策，全力壮大地理信息产业。由此可见，地理信息在湖州处于起步阶段，应用领域尚不够广阔，未来发展前景看好。同时位于湖州市德清县的浙江省地理信息产业园，会进一步促进湖州市地理信息的发展。

第二章：应用领域

2.1交通领域

2.1.1城市交通（道路、轨道等）

GIS在交通领域的应用称为GIS-T即GIS+交通（transportation）交通地理信息系统，目前国内交通管理信息系统主要常用于应急指挥、道路交通规划、综合监控等。实际上交通包含了很多内容，而基本所有内容均可结合GIS技术实现交通信息化。目前主要应用于以下几个方面

1)道路规划设计、建设、维护等：利用GIS技术，建立和维护包含交通空间位置和业务信息的网络数字地图。对修建交通的地区进行分析，提供沿线覆盖范围内的人文、经济、资源、地理指标的统计分析，建立交通沿线的地形、地质、人口、经济、交通等数学模型，形成各类专用专署地图，进而为交通设备部署、沿线经济开发、线路规划等决策提供辅助支持。

2)综合监控与调度指挥：在GIS平台上，实现交通中的各个监控系统的信息整合。如电力监控系统、火灾报警系统、环境与设备监控系统、自动售检票系统、列车自动运行监控系统、闭路电视系统等实时监控系统等。GIS能够显示所有这些监控设备的空间分布属性及其实时监测数据，并能对其进行各类时间、空间统计及趋势分析，以直观的直方图、饼图或趋势曲线图等形式加以表现，对指定监测设备将其在指定时间、区间内的实测数据及其统计分析结果自动生成相关报表，并向有关领导和部门发送。如相关部门已开发的青藏铁路综合监控系统。

3)应急抢险：利用GIS技术，能在最短时间内直观、快速、简便地得到紧急事件发生地点的详尽信息，包括事发地点线路、设备情况、事发地段线路图像资料、救援物质分布情况、应急预案等，并使相关联的信息一体化显示，让领导和技术人员在远离现场的情况下，就能对事发地段的情况一目了然，为应急疏散、抢险救灾赢得时间，为远程指挥提供强大的决策支持。同时系统利用它空间分析的能力，对事故进行仿真、模拟及评估，为事故预防办法的制定和事故总结分析提供辅助支持。

如：及时掌握紧急事件发生位置，安排救援抢险任务；指挥人员及时搜索距离事故现场最近的救援车，安排救援。同时，接到任务的救援人员使用GPS导航设备，迅速抵达救援现场，并上报现场事故情况；辅助生成应急预案，以最快的时间处理紧急事件。4)商业资产管理：不同的交通类型，如轨道交通等运营所带来的巨大客流使得沿线及场站附近各种资源（通讯、广告、商铺、房地产等）的开发成为一种客观需求。改变以往粗放式的管理，进行信息化的精细管理和前台式销售，可以提高轨道交通运营效益，为企业创造丰富的产出。利用gis技术可以对沿途各站的三维环境进行模拟，可以为商业资产的布防和广告咨询的设计提供思路。

2.1.2城市地下管道交通

城市地下管线包括给水、排水、燃气、电信、电力、工业管道等几大类，是城市基础建设的重要组成部分。目前我国大多城市已建立了地下管线地理信息系统，以用于复杂的地下管线信息管理，目前GIS在该领域的应用主要可以解决以下关键问题： 1)数据动态更新

地下管线数据的动态更新主要针对城市地下管线探测和新敷设管线竣工测量的计算机成果提交与入库。更新数据并非替换，GIS可以提供历史数据管理，方便检核任意时期的管线数据。2)管线三维展示

管线的错综复杂，其分布在地下、水下、空中等，二维图无法表现出其各个管线之间关系，有些管线上下起伏，与地面垂直的一段管线在平面图上只能以一个点与相应注记来表示，视觉效果不直观。只有通过三维方式才能够真实反映其空间位置关系。3)数据监理查错

人为的录入海量各种数据源（如基础地形图、管线的属性等），难免会出现一些错误，而这些管线相关空间及属性数据在录入数据库时可以自行检查，譬如：某一区域坐标、高程等必须在当前工作空间内，否则不容许导入数据库。4)管线的自动接边处理

管线数据是需要时常更新，新的测量管线数据入库后，测量的管线存在着外测区数据，这样在导入以后，就有可能出现重点、重线，而在新测量数据的入库过程中也有与当前的管线数据出现重点、重线的情况，或者由于测量的误差，本来相连接的管线没有接上，所以管线的自动接边是实现对管线的重点、重线数据的检查，进行接边处理。5)管线数据的各种查询方式

在实际查询管线过程中，也许我们只知道管线的某一参数，如测量单位名、管线分布于某一道路口等，GIS提供了多种信息查询方式，可以方便快捷的找到所需管线 6)管线数据的统计分析以及输出

GIS中管线数据的统计结合了属性数据和空间数据，实现对当前现有管线的信息统计与分析。在管线的属性编辑过程中，可以选择统计的管线类别，以及包括管线年代、管线的横断面积范围、管线材质、管线权属单位以及所在的道路名称等条件并能以图表的形式打印输出统计结果。

目前国内已完成的交通规划及地理信息系统项目层出不穷。例如黄山市综合交通地理信息系统、黑龙江省综合交通地理信息系统、广东省综合交通地理信息系统、广东省综合交通规划管理系统、新疆自治区综合交通地理信息系统、铁路客流地理信息系统、中国集装箱运输发展规划研究管理信息系统、广东省揭阳市综合交通发展研究、江苏省智能化地理信息系统等，但这些项目主要侧重于信息数据的分析、处理和可视化，用于交通的宏观管理工作。

2.2农业领域

GIS在农业领域的发展近几年非常迅速，以下为GIS目前在农业的主要应用

1)农业的布局划分：GIS可根据区域农业资源特点，在环境调查与监测积累的大量农业环境和资源数据的基础上，进行作物种植的适宜性评价和土壤适宜性等评价，实现农用地分级信息管理，土壤适宜性分析，作物种植分析，农田变更监控、统计、查询等功能，并在此基础上显示与打印输出农业产业布局现状图，农业产业布局规划图。

2)种植业管理：GIS的空间数据管理能力可以实现粮食、棉花、水果、蔬菜、茶叶、等种植业信息的管理。此外还可以实现耕地质量管理，指导科学施肥，监测植物疫情，种植业产品供求信息分析与发布等。如：作物监控与估产：农情及农作物动态监测主要针对社会关心的农田水肥、农业自然灾害、农作物长势等进行实时跟踪，每类监测内容又可以分为若干子项目，可以选择任意监测项目、监测子项目及监测时间、监测区域进行监测。农情动态监测通过预设一个监测项目参数的阈值范围，当特定农田地块的监测项目值处于此范围时，在农田专题图上以特殊颜色显示；同时，还提供了按区域和时间输出动态监测专题报告的功能；病虫草害防治：在植物保护领域，ArcGIS的主要作用包括分析病虫草害发生的空间动态、评估其发生的适宜环境及影响因子，监测、预测病虫害，进行风险分析等。GIS应用于病虫害管理：进行害虫的风险性预测预报。

一、将病虫危害的历史图片数字化，进行叠加分析，得到病虫害发生频率分布图，再把此图与植被类型及生物地理气候图叠加，找出最易暴发成灾的区域和气候，用于将来的暴发预测；

二、进行病虫害空间分布动态监测，用GIS可对同一区域或相邻区域进行害虫空间分布和种群动态监测；

三、进行害虫发生趋势预测，用害虫的历史发生资料在GIS系统上建立回归模型，进行地区性种群发生趋势预测。

3)畜牧业：如动物防疫：动物传染病的监控防治也是目前我国农业生产中急需解决的问题，疫情信息采集、统计、传输、通报以及紧急防治手段需要以先进的信息系统来支撑。作为生物科技信息化领域的一项基础性建设，基于ArcGIS的动物疫情管理信息系统将使各级兽医站及其相关部门、机构互联互通、资源共享，把疫情监测、预警、通报、应急应变信息化工作推上一个新台阶；畜禽养殖管理：准确掌握规模化畜禽养殖场基本情况、地理环境、防疫状况，直观了解畜禽养殖场分布现状、畜牧生产规划和变化趋势，还要实现对畜牧业进行动态管理，对畜禽场与周围生态环境的响进行深度分析，准确反映各畜禽养殖场详细数据以及监控数据。

4)精准农业：利用ArcGIS的高级分析功能进行农作空间分析（:1）作物产量空间分布；（2）土壤养分的空间分布；（3）土壤水分空间分布；（4）土壤微量元素空间分析；（5）作物需求空间分析；（6）环境空间分析；（7）综合分析。分析结果是专家系统的信息源之一，也是专家系统决策结果的空间分布载体，系统必须达到准确可靠，便于农业机械执行。

而实际上GIS与其他如遥感、产量检测器，精准导航（GPS）以及各种传感器的结合应用，近几年在国内有做过几个示范区。这也是近几年“物联网”的一个具体应用。利用各种农业传感器采集农业土壤信息、农作物生长信息等实时传入后台，利用GIS对各种数据实时分析。

2.3电力领域

GIS目前在电力方面的应用主要用于电力的线路布设，电力线路的布设一般依靠电力勘测，电力勘测就是为了在线路设计的端点之间寻找出一条技术上安全可靠，经济上合理最省，环保上达标的线路所进行的勘测活动。在线路的勘测过程中，根据电力系统总体规划设计的要求，结合地方县城规划及建设情况，自然保护区及文物保护情况，军事设施及通信设施的布置情况、林业情况、矿产情况、水文及地质情况、交通及沿线污移情况，统筹兼顾，相互协调，最终确定线路勘测方案。

以上电路线路勘测所需采集的各种地理空间信息与属性信息可以在GIS中宏观的表达出来，该领域的应用基本应用了GIS的数据管理、空间查询以及简单的空间分析功能，线路节点的寻找和GIS中的选址问题相似。

2.4视频监控

监控系统结合GIS几乎可以应用于各行各业，在近些年得到飞速发展，其与GIS结合的有点可提现在以下几个方面：

1)实时监控录像，供用户查看现场情况：

• 摄像机地理信息和周边环境信息、摄像机附近实景图像视频，全面显示摄像机安装的真实位置和安装点周围环境；

• 摄像机运行状态、视频质量，保证监控系统的有效性；

• 摄像机周边资源配置信息，这类信息的覆盖范围很广，包括道路设施、水源布局、重点单位、所属派出所、警用车辆、巡逻人员等，当摄像机监测到紧急状况时，可以在电子地图上点击摄像机标识，调出周边资源配置信息，紧急调度可用人力物力，减少反应时间；

• 摄像机的故障警告信息，当摄像机出现视频画面模糊、信号中断等故障时，系统会在电子地图上以监控点符号闪烁、发出警报声等方式，引起用户的注意。在电子地图上直接点击该设备节点，会以弹出窗口的形式，显示该设备的用途、类型、操作系统、IP地址、当前运行状态、周边维护单位等详细信息，方便用户准确发出指令及时解除故障；

• 摄像机的维修进程和历史记录，用户可全面掌握摄像机的故障状态，合理配备相应资源跟进维护。详细的设备维修日志包括维修日期、维修人员、故障原因、解决方案等，与设备地理空间信息关联显示，为延长设备的使用寿命、提高故障处理能力、增强视频监控系统运行的可持续性，储备充分的信息资源。

2)分析的智能性

基于GIS平台的视频监控系统的摄像机在发生紧急事件时，可以迅速在电子地图上调动事件周边摄像机，并根据其传送的实时图像和定点查询的相关信息，进行智能化分析，自动识别报警、制作事件处理预案、计算最优路径、现场远程指挥、寻找事件规律等，以地理信息为平台，将视频监控系统与多种业务应用结合起来。

3)实现报警联动功能： 当视频监控平台接收到告警情况时，系统除了支持客户端联动，自动切换到告警画面播放该摄像机的实时视频、语音提示可通过拾音器进行语音对讲、放大显示等方式提醒用户外，还支持在电子地图上将该报警监控点图标进行高亮闪烁显示，并及时通知用户处理。在发生紧急事件需要迅速赶至现场处理时，基于GIS平台的视频监控系统可以根据用户输入的起点、终点，进行路径模拟和分析，用图形方式精确而直观地表示出在多种交通状态下，计算出起点到终点的最短路径，以及周围各处理人员到达现场的时间，并在电子地图上显示出车辆行驶轨迹。一旦确定了最佳行动路线，便可将相关信息发送到处理人员的移动导航设备中，以最快速度达到事发现场。如果事发现场有装备的摄像机，指挥人员可在电子地图上进行远程观察和决策，通过对现场情况的把握和周边资源的分析，迅速制作出应急预案，提高事件处理效率。

4)业务的联动性

基于GIS平台的视频监控系统的重要功能还在于，改变了传统视频监控系统的应用个体化状态，以多种信息集成为基础，智能分析为手段，在GIS平台上实现了多种业务的联动，比如追踪引导和定向围捕。追踪引导功能主要是针对大型活动，对活动路线周边的摄像机进行设置，实现追踪和引导功能，当点击摄像机时，在视频窗口同时显示该摄像机前后的视频图像，给安保人员及时提供信息，对突发情况进行快速响应和处理，对路线进行调整，确保活动的安全进行。追踪引导首先需要进行追踪引导设置，对追踪引导序列中的摄像机进行添加和删除操作，并对要显示的前置、后置的通道个数进行设置。当点击加入到追踪引导序列的摄像机时，系统自动进入追踪引导状态，视频窗口自动切换到多窗口画面，显示该摄像机的前置和后置视频图像。定向围捕功能主要是针对警方抓捕罪犯，根据当前罪犯所在位置，GIS平台计算并分析出一定时间内罪犯可能逃窜的区域，并查询出在主要道路上设置卡口的合理位置，在电子地图上进行高亮显示，同时在视频窗口自动切换到多画面，显示案发地点周边的视频图像信息，使决策者及时掌握前方案发地点的实时情况，为领导确定围捕方案提供辅助决策的功能。

目前的视频监控结合GIS已成功试用于平安城市GIS系统、智能交通系统、森林防火系统及其其他行业涉及到监控的应用

2.5公安警务

GIS目前在警务领域得到广泛的应用称为PGIS，目前的PGIS管理系统基本有以下模块： 1)人口管理PGIS应用：基层公安机关可掌握辖区实有人口变动、动态管控违法犯罪高危人员，实现“以图管房、以房管人、人事关联、轨迹追踪”的重要工作平台。

2)案件PGIS应用 ：案（事）件PGIS应用是公安机关掌握案（事）件时空分布规律、犯罪热点及趋势，实现基于时空的案件串并分析、线索排查的重要手段。

3)视频关联PGIS应用：根据视频系统的接口，实现视频监控点定位、视频实时播放、视频历史回放等功能。

4)指挥中心PGIS应用： 指挥中心PGIS应用是指挥中心各类业务信息的空间分析展现平台，应集成视频监控、电话报警、有线无线调度、GPS定位等各种技术，基于PGIS实现接处警、指挥调度、警力部署等辅助决策支持。

5)警卫PGIS应用 ： 警卫PGIS应用，主要实现对警卫线路、现场、住地、预案、任务的基本信息采集和警卫方（预）案制作等功能。

6)

消防PGIS应用：主要实现对119火警及相关消防业务信息进行报警定位、灾害信息确认、方案编制、等级调派、增援出动、协同作战。

7)

技侦PGIS应用 ：主要用于刑事侦查、人员摸排等工作，借助从移动电子运营商取得到基站位置数据，以及侦察对象的手机话单数据，可以进行轨迹分析，居住区域分析，活动区域分析等。

8)

网监管理PGIS应用：主要实现全市网吧定位查询，网吧信息统计分析等。

9)

治安管理PGIS应用：治安管理中的治安巡逻力量、防控手段、重点区域和场所、旅店业、娱乐场所、化学危险品、技防设施等业务信息均可在电子地图上定位展示、查询分析和动态管控等。

10)情报分析PGIS应用 ：情报分析PGIS应用主要实现人员变迁轨迹分析，重点人员轨迹分析，案发摸排分析等。

实际各个系统根据客户需求仅需以上某一应用模块，比如下面为某市的警务管理系统的功能模块：  实时视频监视功能

根据监控点的实际情况，提供全天候及全方位的图像监视功能。根据监控点的现场地理位置和周边的建筑物情况，分别在前端配置室外高速球型摄像机、红外一体化枪式云台摄像机和一体化枪式云台摄像机。全天24小时均可在监控中心、监控室观察到前端现场的实时画面，考虑到夜间光照强度可根据实际需要进行灯光补偿(普通照明或红外)。 GIS设备管理定位

·支持监控设备在地图上的标注;

·支持拖拽放置设备树列表设备与GIS地图相对位置;

·支持经纬度准确定位设备于GIS地图;

·支持基本的电子地图放大、缩小、漫游、测距、地图打印、点选查询属性等。例如，具有权限的操作者能够方便地通过点击摄像点来查询该摄像点的属性，如：摄像点的编号、摄像机的型号、安装的具**置等。监控相关功能：选择地图上有摄像机标志的位置，可以查看该摄像机的属性、播放实时视频等。 GIS轨迹跟踪

支持在GIS地图中录像目标对象移动轨迹复现;在确认跟踪对象，指定时间和区域内的摄像头录像中智能查询跟踪对象出现的录像，显示跟踪对象在摄像头录像中出现的时间段，并根据时间段和摄像头位置在GIS中勾画跟踪对象的逃跑轨迹。最终辅助公安干警定位目标的逃逸路线，做出蹲点、排查决策。 GIS应急现场指挥

在抓捕犯罪嫌疑人和现场应急保障过程中，在确定目标对象移动轨迹前提下，通过GIS系统可预先设控轨迹路线上的监控点位，实现提前布防，提前预判。同时，可有效调动周围警力资源，及时、快速响应。 GIS最优路径选择分析与远程导航

可以在紧急事件发生的第一时间，分析计算出最优路径，以及快速准确地到达案发地点。通过路径分析和模拟，用图形方式精确而直观地表示出在多种交通状态下，多个出警方案到达事故地点的时间。并将最佳路径远程传送至相应巡逻干警或巡逻车的移动导航设备中，指导巡逻警力以指定的路线追踪、包抄、跟踪对象。 视频显示功能

图像能在监视器/显示器上进行固定或时序轮流显示，并能切换、记录、回放、加工、复制、图像混合、画面分割、字幕叠加等处理。派出所能够通过监视器显示出本辖区的图像，通过计算机显示共享的交警图像;分局能够通过监视器选择显示所有图像或通过计算机显示所有的图像;交警能够通过计算机显示派出所图像。 视频控制功能

对于模拟视频，可以通过矩阵键盘来操作前端活动云台的运动方向、摄像机的焦距及景深来达到最佳的监看效果。各单位可以在授权权限内，使用计算机软件选择和控制共享的图像。

 控制权限分配功能

监控中心的视频资源管理服务器结合矩阵设置，进行总的权限的分配设置和管理。模拟控制权限优先于网络用户控制权限。在矩阵键盘的操作中，权限按现场控制级别最高。权限优先级高低为，派出所监控室键盘控制为高。 视频存储功能

分局110指挥中心、派出所监控室均配备数字硬盘录像机，全天不间断地记录监控点的图像，保存所有监控点30天内的录像资料，可提供本地和远程网络查询、回放和下载。系统通过数字录像主机或网络可把录像资料备份到光盘等存储设备。 社会图像资源的接入功能

系统能够将社会单位建设的监控图像，有选择地接入到派出所监控室，并且能够通过数字视频进行共享。 监控点信息管理功能

系统能够管理所有监控点信息，实现图像资料的查询和对设备的管理，形成统一网管软件，以拓扑图的方式实时反应在线设备的状态。摄像机信号丢失、硬盘出错、网线中断均可实现设备图标闪烁告警。 视频资源管理功能

系统能够对视频资源进行管理，包括视频资源自动分配、用户访问控制、用户权限优先级控制等功能。

2.6国土资源领域

国土领域的“数字国土”的概念逐步深入人心，土地资源的信息化管理成为必然趋势，地籍管理是土地资源业务的核心。“国土资源信息化”“数字国土”均是与GIS密切相关的热词。地籍管理是国土资源管理的主要核心，这些年在各个城镇建立的地籍信息管理系统均是利用GIS对空间数据以及属性数据的结合管理能力，目前存在的问题便是城市地籍管理与农村地籍管理系统往往为独立的二个系统，二者结合城乡一体化地籍管理系统。GIS在地籍方面可以体现以下优势：以“宗地”为核心地体，实现地籍信息的输入、储存、检索、处理、综合分析、辅助决策以及结果输出的信息管理系统。GIS可以提供以下功能

1)基本的地图功能：提供了双向信息查询检索:通过属性信息查询定位图形，快速实现地籍管理业务对象所在地理位置的定位。也可以从地图中查询地物属性信息，显示用户希望知道的地物信息；距离测量：可以通过鼠标在地图上画线，结束画线得到测量的结果，支持米、公里等单位的换算。面积测量；可以通过鼠标在地图上绘制多边形，结束多边形的绘制后得到测量的结果，支持平方米、平方公里、亩等单位的换算；叠加分析：分析地块与其它地块信息的叠加情况。

2)数据录入：宗地的属性时常发生变化，GIS提供宗地的新属性如归属、范围的录入，并且不会删除历史数据，从而方便客户可以预览地籍数据变化过程，解决纠纷等提供佐证。3)地籍登记:地籍登记分为收件、初审、复审、打证、发件等子模块，地籍登记的业务流程分为土地使用权初始登记、土地使用权变更登记、土地使用权注销登记、土地使用权内控登记、土地使用权解控登记、土地使用权查封登记、土地抵押登记等等。系统采用工作流技术定义各种业务的工作流模板，对工作流实例数据进行操作，对土地登记业务进行流转、监控和查询。工作流监控组件用于对业务完成和未完成状况进行实时的监督，并对未及时处理的业务进行催办。

4)地籍变更：初始地籍建立后，随着社会经济的发展，土地被更细致地划分，建筑物越来越多，用途发生不断地变化，以房地产为主题的经济活动，使地籍变更如房地产的继 承、转让、抵押等更加频繁。

5)土地证管理：该模块主要提供土地证查询和土地权属转移相关证明材料的输出等。

2.7水利领域

1)防汛减灾：灾害工作预测：利用DEM（关于高程的地理坐标）数据结合全国各个地方的雨情及所在地的人文和经济信息等，用于预测洪水的发展趋势，淹没范围以及淹没损失等。这些预测可以很好的为防汛减灾部门物资储备、人员配置以及救灾工作做好提前准备。灾害现场指挥：GIS将各种有关的即时信息，如水利设施位置，灾害地点附近道路分布、人口分布等很直观的表现出来，即时准确的为现场指挥人员辅助决策。灾害评估、灾后重建：利用GIS统计出灾区面积、人口、损失等，为灾后重建、救灾款发放等提供依据，避免盲目性。

2)水资源管理：利用GIS可以对水资源协调社会经济与水资源利用的关系、处理各地区之间用水矛盾、监督限制不合理的开发水资源、破坏水资源行为；指定供水系统和水库的优化调度方案，科学合理分配水资源。如：某一地区水资源不足，农作物需要灌溉，如何合理从其他附近区域水资源引入罐区。

3)水土保持：利用GIS的空间信息管理和分析功能结合遥感影像的周期性、时效性以及视域广特点和水土保持动态监测站等，动态的监测水蚀、风蚀等，提供可靠决策。具体主要体现在GIS的查询功能（可以将水土相关的大量数据以空间数据与属性数据结合在图形中直观展示）、统计分析（利用分析功能可以快速了解水土结构区域分布，为水土保持规划提供决策）、数据编辑（当土地利用状况发生变化，可以直接编辑空间数据反映在图形中）、制图显示与输出（输出所需报表及水土相关专题图等）

4)水利工程规划：水利工程规划如南水北调选线、水库选址规划、库区建设评估和工程施工监测均是GIS的基本空间分析功能。

5)水污染、地下水位监测：水污染类型包括很多种，水体富营养化、泥沙污染、废水污染、地下水污染等。利用GIS的分析功能可以直观的观察水污染的来源，未来可能扩散的范围和路径，为应急指挥提供决策支持。地下水位实时监测对于地震预报等领域具有重要有意义，GIS可以利用对采集的水位数据进行挖掘直观的表现出来，如近半年的水位变化趋势，等值线绘制等。

2.8地质领域

2.8.1地质找矿预测

地质找矿预测往往需要多种数据源如物探数据、化探数据、遥感数据以及基础地质数据，这些数据源的格式多元化，对于其集中管理带来了不便，GIS可以将这些数据源集中在一个平台，对于每一种数据的分析模块添加不同分析方法的功能，如物探数据的反演方法、化探数据的异常下限确定方法、遥感数据的解译，基础地理数据如与成矿有关的重大断裂、地层等。综合这些信息的异常利用GIS的空间叠加、分析功能圈出找矿靶区，达到预测目的。近些年发展起来的三维地质填图也与GIS紧密相关。

2.8.2工程地质

岩土工程与GIS相结合主要体现在以下二个方面: 1)岩土工程前期勘测资料：利用GlS具有较强的空间位置数据储存和管理能力的特点，把勘察资料数值化、数据库化，同时，在工程设计中，利用GIS具有较强的综合分析、评价能力和空间叠置功能，对勘察资料进行分析、评价处理，使之转化为设计者方便使用的数据，直接调用。以实现勘察数据的输出直接为设计的输入。

2)治理设计工作中应用：GIS系统有强大的空间分析能力，可以进行选址、土石方开挖、场地稳定性评价等分析、计算与拓扑判别。其三维场地模型的实现也有助于工程人员对工程场地的更直观认识，并可以通过虚拟场地实现对各种工程方案模拟运作。如滑坡灾害预测：一般与滑坡灾害相关的因素有岩性、地下水等，这些因素在调查时只是反映当时状态，如何利用多时段采集数据分析地下水来源，地表各个岩性层（如残坡积层、松动岩土体、强风化基岩）分布层位、薄弱构造面等。利用GIS对这些地下水、不同岩性等三维动态监测展示分析，为治理方案提供决策支持。

具体应用于岩土领域的系统如上海岩土工程勘察院研发的地铁监护测量系统：地铁监护测量，即针对地铁结构安全量身定制监护地铁隧道各项指标主要包括沉降、收敛变形、平面位移、渗漏水等。以上海已开通运营的500多公里地铁隧道为例，沿线同时处于施工影响期的地铁监护项目超过200个，每天产生的监测数据量巨大。如何从海量的监测数据中判断出隧道的健康状况，确保地铁隧道结构能够长期稳定的服役，对于地铁维保单位是一个巨大的挑战。该系统以地图和卫星影像作为基本载体，为地铁维保单位提供了一个专业的数据发布平台。借助该系统，地铁沿线的高清3D街景让地铁安全保护区巡查的成果跃然于屏幕，网页上轻点鼠标即可控制传感器采集隧道健康状态数据，保护区内的施工项目状态更是随时更新。对于负责隧道结构健康的监护测量工程师而言，系统还可提供详细的隧道健康监测病例——监测数据、现场照片、变形曲线、应对措施等等。一旦隧道监测的指标异常，立马发布警报，叫停影响地铁结构安全的施工行为，采取针对性的修补措施从而保证地铁的正常运营和市民的日常出行。

第四篇：《原电池原理及其应用》多媒体教学设计

《原电池原理及其应用》多媒体教学设计

常乐春 2012年12月11日

高中化学新授课课堂教学模式

――――《原电池原理及其应用》多媒体教学设计 冠县一中

汤增军

摘要：随着我国的改革开放，基础教育也在不断的发展、实施课程的改革。为适应新的课程改革，课程改革要求教学方式的不断更新，教学手段不断完善，拓宽教学思路，发挥化学学科的优势，以化学教学为载体贯彻全面发展的方针，提高全体学生的素质。

关键词：新课程、课堂教学模式、改革、探究。

那么，在化学教学中，如何重视探究学习,转变学生过于依靠接受式学习的学习方式?我在高二<<原电池的原理及其应用>>这节课的教学中进行了探索和尝试：

本节课课堂教学模式结构如下：

一、明确学习目标，做到有的放矢

二、设计相关画面，创设学习情景

三、放映动画故事，激发学习兴趣

四、展示实验内容，指导学生活动

五、演示原理动画，突破知识难点

六、投影演示实验，增强观察效果

七、投影板书内容，强化知识重点

八、演示卫星发射，拓展学生视野

九、阅读材料，引起思考

十、开展研究性学习

十一、练习和作业： 本模式的课程实录：

一、明确学习目标，做到有的放矢 建构主义的教学原则：教学目标应该与学生学习环境中的目标相符，教师确定的问题应该使学生感到就是他本人的问题。从这个意义上讲，教师应该在课前组织学生商讨本节课的目标，学生不可能是全班同学，力求让各种程度的学生都有参与的机会，当然老师也是其中的一员，最后统一本节课的目标。因此，在新知识学习前，将学习目标呈现给学生是很必要的，尽量使不同的学生根据这个目标，做到有的放矢，都得到不同程度的发展。本节课的学习目标（Powerpoint制作）： ①知识目标：能够理解原电池原理，掌握组成原电池的条件。②能力目标：通过亲自动手参与实验，分析讨论实验现象，解决问题，得出结论的过程，培养自己的探索精神及分析问题、解决问题的能力。另外，在培养正向思维的同时，注意逆向思维、发散思维的训练，以培养创造能力为目的。③德育目标：形成辩证唯物主义观点，培养科学态度和训练科学方法。④情感目标：培养自己的主体性，积极参与，合作精神和环境保护意识。

二、设计相关画面，创设学习情景建构主义认为，学习者的知识是在一定的情境下，借助他人的帮助，如人与人之间的协作、交流，利用必要的信息等等，通过意义建构而实现。理想的环境应当包括情景、协作、交流、意义建构四个部分。其中情景的创设对于知识的建构是很重要的，现在以计算机多媒体为核心的信息传播系统的出现，更有利于创设理想的学习环境。本节课的知识重点是原电池的工作原理，在用字幕显示的同时，设计一个典型的原电池装置，例如，在盛有稀硫酸的烧杯中，插入Ｚｎ片与Ｃｕ片，然后接到电流计上。

在装置下面写出离子方程式： Ｚｎ＋2Ｈ＋＝Ｚｎ２＋＋Ｈ２↑ 为了增加学习的趣味性，还可以选择合适的背景，可以添加有趣并且符合化学特点的标志，使学习情景中信息更加丰富，以便为知识的意义建构做好准备。这适合于学生课前的一小段时间。

三、放映动画故事，激发学习兴趣 在化学教学中，结合知识的传授，根据化学史料，有针对性地运用一些化学故事，可以收到意想不到的效果，故事导入法更不失为一种好方法。本节课的导入，可以根据《格林太太的假牙》这个故事，利用Flash（或者Photoshop）编制成动画。

这种方法能够有效调动学生的积极性，使其产生急切探究知识的欲望。

四、展示实验内容，指导学生活动 在本节课的学习过程中，其重点是原电池的工作原理与原电池的构成条件。为了使学生掌握重点，应该从不同的角度来学习新知识。另外，化学学科的特点是实验性，我们也应该特别重视实验教学。这里的两个实验均可以设计成学生分组实验，不仅能够为理解原电池的原理，掌握组成原电池的条件提供丰富的经验材料，而且通过亲自动手参与实验，分析讨论实验现象，解决问题，得出结论的过程，培养其探索精神及分析问题、解决问题的能力。同时，也能够培养学生的主体性与合作精神。投影如下（Powerpoint制作）： 实验一：

1．实验内容：Ｚｎ片与Ｃｕ片分别插入盛有稀硫酸的烧杯中。 实验现象：

Ｚｎ片______________，Ｃｕ片______________，溶液的颜色______________。２．实验内容：Ｚｎ片与Ｃｕ片平行插入盛有稀硫酸的烧杯中。实验现象：Ｚｎ片______________，Ｃｕ片______________，溶液的颜色______________。３．实验内容：Ｚｎ片与Ｃｕ片插入盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线相连。

实验现象：Ｃｕ片______________，溶液的颜色______________。实验二：

1．Ｚｎ片与Ｃｕ片分别插入不同的

盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线相连，接到电流计上。指针（偏转、不偏转）______________。

2．两块Ｚｎ片插入一个盛有稀硫酸的

烧杯中，并用导线相连，接到电流计上。指针______________。

3．将碳棒与Ｚｎ片插入一个盛有稀硫酸 的烧杯中，并用导线相连，接到电流计上。指针______________。

五、演示原理动画，突破知识难点 微观的知识不能直接观察到，在这种情况下，用Flash做成的动画就可以弥补这种不足。原电池的工作原理是这节课的学习重点和难点，通过以上的分组实验，学生对原电池的原理已经有了初步的了解，在此基础上，用动画的形式给以演示会有助于突破难点。动画可以这样设计：标题是铜－锌，稀硫酸原电池的工作原理，在盛有稀硫酸的玻璃槽中，插入铜片和锌片，用导线接到电流计上，并且设置一个能开、关的电键，溶液中不能观察到的离子，也以形象、可见的小球形式展现给大家。电键断开，锌片溶解，并且此处有气泡产生。电键闭合，锌片溶解，铜片上有气泡冒出，并且电流计的指针发生偏转，有电流产生。同时，学生可以通过观看动画，看到锌片溶解成为锌离子，氢离子得到电子以氢气泡的形式冒出，当电键闭合的时候，可以看到电子的定向移动。

六、投影演示实验，增强观察效果 学生在学习原电池的工作原理之前，用一个

有趣的演示实验，可以让学生明确原电池的定义。利用水果、锌片、铜片组成的装置，用导线接到 电流计上，然后，将这一装置放到实物投影仪上。

当然，这个实验也可以直接演示给学生，但考虑到不可能所有的学生都能够观察清楚，这个时候，用投影仪的效果会更好一些。

七、投影板书内容，强化知识重点 本节课的板书内容，也体现了所学知识的重点和难点。所以在学习过程接近尾声的时候，非常有再现的必要，使学生对于知识的掌握更加牢固。投影板书内容（Powerpoint制作）： 

第四节原电池原理及其应用

一、电池的工作原理  概念：把化学能转化为电能的装置叫做原电池。负极锌片：Ｚｎ－2ｅ－＝Ｚｎ２＋（氧化反应）正极铜片：2Ｈ＋＋2ｅ－＝Ｈ２（还原反应）总反应式：Ｚｎ＋2Ｈ＋＝Ｚｎ２＋＋Ｈ２↑

二、组成原电池的条件 1．有活泼性不同的两个电极。（1）一种金属与一种能导电的非金属。（2）两种活泼性不同的金属。2．两极均插入电解质溶液中。3．两极相连形成闭合回路。

八、演示卫星发射，拓展学生视野 对于电池的应用，在这里可以利用Flash做成的动画来演示我国的实验一号卫星，风云二号卫星，东方红三号卫星的发射，也可以演示航空航天飞机、雷达、气象卫星等。以动画的形式展现给大家，学生会非常感兴趣，使学生体会到电池应用的广泛，同时，也能够让学生深深感到拥有高科技祖国的伟大，激发其爱国之情，也从而拓展了学生的视野。

九、阅读材料，引起思考

材料1：1780年意大利著名生物学家伽伐尼。解剖青蛙时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。伽伐尼做了如下实验：

实验1: 用一枝铜钩插入死青蛙的脊髓中，再挂在铁栏杆上，当青蛙腿碰到铁栏杆时，就发生颤抖。

实验2:将青蛙放到铜制的解剖盘里，当解剖刀接触蛙腿时，蛙腿发生抽搐。他根据实验得出：青蛙自身肌肉和神经里的“生物电”是导致抽搐的原因。1791年，伽伐尼发表了《论肌肉中的生物电》论文，引起广泛关注。

善于质疑的意大利物理学家伏打，提出了疑问：为什么只有青蛙腿和铜器和铁器接触时才发生抽搐？实验如下：

实验1:将青蛙腿放在铜盘里，用解剖刀去接触，蛙腿抽搐 实验2:将青蛙腿放在木盘里，用解剖刀去接触，蛙腿不动

伏打用实验推翻了伽伐尼的结论，认为要有两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿就会抽搐。联想到肌肉、神经保存在类似生理盐水的溶液中，那么，生理盐水与活泼性不同的金属作用会不会产生电流呢？

材料2：

十、开展研究性学习：

调查日常所用电池的种类及用途；

搜集废干电池并拆开，研究其构造和原理。

十一、练习和作业： 课后习题、基础训练册

教学感想：众所周知，现代社会需要具有鲜明个性的，富有创新精神与实践能力的高素质人才。化学课程标准将教学目标的维度增加，要求更为全面和人文化，突破了学科本位，注重社会、学生发展的需求，教给学生在用化学知识解决生产生活实际问题时应有的观察视野，思考角度和解决问题的策略，提供开放和主动思考的空间，让学生发现和提出问题，发表自己的见解，培养学生以辨证的观点认识科学技术与社会的问题。

一、教师在化学教学的同时，应加强化学教育的重视

高中化学新教材学科难度明显下降，知识面和新科技的介绍有大幅度的增加，课时大幅下降、与此同时新大纲所赋予化学教学的任务明确指出：化学教学的第一任务，就是要贯彻全面发展的方针，提高学生的素质，为国家培养合格的公民、为此承担化学新课程改革的具体实施者——教师的教学观念必须转变。不能只注重化学学科本身的知识结构,而要帮助学生理解化学对社会发展的作用，使学生可以从化学的视角去认识科学、技术、社会和生活中的有关问题，了解化学制品对人类的贡献，学会运用化学知识和方法治理污染、合理开发和利用化学资源，使化学教学更清醒，充分体现化学教育的功能。

二、课程改革要求教学方式的不断更新

化学学科本身有自己的优势。化学现象的千变万化、化学产品的丰富多彩、实验手段的多样性„„而学生本身就生活在充满化学产品的时代，新的化学科技产品不断出现„„这一切作为进行化学教学的材料和内容很容易激起学习化学的兴趣，也可以成为化学问题的探究对象。

1、课堂形式多样化

根据化学学科的特点和不同知识内容的特点，化学课的课堂教学必须改变传统的教学方法。采取灵活多样的形式方能取得事半功倍的效果。课堂教学可以采取的教学方法很多，如：探究——讨论式教学法、启发——讨论式教学法、程序教学法、单元结构教学法、发现法、自学辅导法、实验探究法等多种形式并举。

2、检测方法多样化

为了巩固和检测课堂效果，考试和作业是必不可少的形式。在平时的教学中，很多同学听见考试就头疼，作业抄袭的现象也时有发生。为了转变这种现象，教师应该多动脑筋，尽量使作业和检测改变过去单一呆板的模式，采取灵活多样的方法．比如，采取课前五分钟小测验，分组竞赛等形式，化学小论文，化学实验竞赛，化学通讯使学生对化学感兴趣，增长知识面，同时自觉地掌握相关的化学知识，学得愉快，学得轻松，在学习中掌握获得知识的方法，为今后更好的学习奠定基础。

3、化学实验功能的多样性

化学教学中学生获取化学知识和能力的重要途径是实验，实验能力对于一个人终身的发展意义重大，有利于培养学生科学态度和科学方法。新教材中增加了很多学生实验，演示试验，在教学可多发挥实验的功能，不仅做好大纲要求的实验，还可以包括活动与探究中的探究实验和需要探究的实验。可以采取多样的形式充分发挥实验的功能，包括可以实验现象展开问题的讨论，以实验检验某个结论的正确或错误，设计某一实验使现象更加完美或解决环境污染等问题„„总之，实验可以激起学生化学学习兴趣的同时，培养学生综合素质，应当充分发挥其优势。

4、学习内容的丰富性

教学中不但要完成基本化学知识的教学，要尽量使化学知识存在于生活的背景中，能够使之成为为人类服务的手段和方法、为此要开阔学生的知识视野，引发学生的学习欲望。新教材为我们提供了许多与生活实际相联系的内容，教师要在此基础上，搜集地方资料或新科技、新发现的相关内容，还要发挥学生的主动性，分内容、分小组的研究相关领域，在共同交流中共同提高，增长知识开拓视野，增强应用知识解决问题的意识和能力，获得化学科学教育。

三、完善教学手段

随着时代的发展，多媒体技术的广泛应用，赋予化学课堂教学更广阔的空间，通过模拟试验过程使学生获得仿真操作的技能和体验，使教学活动更形象、更直观、更生动。从而极大的调动了学生学习化学的积极性，也极大的提高了教学效率。

1、重视教学的直观性

如果只用语言讲述既费时又费力，学生还觉得难理解。采用多媒体手段可以使抽象问题跃然于荧屏之上，并且把其用生动形象的动画表示出来，学生感到生动有趣，同时对知识的理解也更加深入。

2、重视利用现代教育技术手段

化学是一门以实验为基础，与实际生产和生活相联系的学科随着科技的进步和发展，各种现代化的教学设备日益完善，应用于课堂教学已成为可能，同时也是当今科技发展的必然趋势。如自制和利用现有的化学课件、截取电视相关资料，利用录像、投影等。还可建立习题库、实验录像、课件库等。作为化学教师要努力创造条件，充分利用现代化教学手段，根据本学科的特点拓宽教学思路，完善教学手段，从而使化学课堂生动活泼、引人入胜。

总之，新形势下的化学教学必须改革传统的教学思路，使教师从思想上提高认识，从行动上赶上时代教育新发展的步伐．这就要求我们中学化学教师转变观念，拓宽思路，改变方法，以全新的思路，全新的方法投入到化学新课程改革中，使化学课堂成为学生喜闻乐见增长知识才于的所在。

第五篇：《原电池原理及其应用》多媒体教学设计

《原电池原理及其应用》多媒体教学设计

一、设计相关画面，创设学习情景

建构主义认为，学习者的知识是在一定的情境下，借助他人的帮助，如人与人之间的协作、交流，利用必要的信息等等，通过意义建构而实现。理想的环境应当包括情景、协作、交流、意义建构四个部分。其中情景的创设对于知识的建构是很重要的，现在以计算机多媒体为核心的信息传播系统的出现，更有利于创设理想的学习环境。本节课的知识重点是原电池的工作原理，在用字幕显示的同时，设计一个典型的原电池装置，例如，在盛有稀硫酸的烧杯中，插入Ｚｎ片与Ｃｕ片，然后接到电流计上。在装置下面写出离子方程式：

Ｚｎ＋2Ｈ＝Ｚｎ＋Ｈ２↑

为了增加学习的趣味性，还可以选择合适的背景，可以添加有趣并且符合化学特点的标志，使学习情景中信息更加丰富，以便为知识的意义建构做好准备。这适合于学生课前的一小段时间。

二、放映动画故事，激发学习兴趣

在化学教学中，结合知识的传授，根据化学史料，有针对性地运用一些化学故事，可以收到意想不到的效果，故事导入法更不失为一种好方法。本节课的导入，可以根据《格林太太的假牙》这个故事，利用Flash（或者Photoshop）编制成动画。故事是这样的：“在伦敦的上流社会，有一位贵族夫人格林太太，幼年时曾掉了一颗牙齿。为了显示她的富有，格林太太特意装上了一颗假牙。不料，自此以后，这位夫人整日感到精神萎靡，找遍各大医院会诊也不见效果。后来是一位化学家开出了一张处方，为她解除了痛苦。”根据这个内容，编成动画故事，格林太太到处求医寻药，非常焦急，却得不到医治，最后是一位化学家解除了她的痛苦。因为是以动画的形式出现，当然可以加上故事气氛的渲染，同时，也可以根据故事情节的发展，编配合适的音乐。这种方法能够有效地调动学生的积极性，使其产生急切探究知识的欲望。

三、明确学习目标，做到有的放矢

建构主义的教学原则：教学目标应该与学生学习环境中的目标相符，教师确定的问题应该使学生感到就是他本人的问题。从这个意义上讲，教师应该在课前组织学生商讨本节课的目标，学生不可能是全班同学，力求让各种程度的学生都有参与的机会，当然老师也是其中的一员，最后统一本节课的目标。因此，在新知识学习前，将学习目标呈现给学生是很必要的，尽量使不同的学生根据这个目标，做到有的放矢，都得到不同程度的发展。本节课的学习目标（Powerpoint制作）：

知识目标：能够理解原电池原理，掌握组成原电池的条件。

能力目标：通过亲自动手参与实验，分析讨论实验现象，解决问题，得出结论的过程，培养自己的探索精神及分析问题、解决问题的能力。另外，在培养正向思维的同时，注意逆向思维、发散思维的训练，以培养创造能力为目的。

德育目标：形成辩证唯物主义观点，培养科学态度和训练科学方法。情感目标：培养自己的主体性，积极参与，合作精神和环境保护意识。

四、投影演示实验，增强观察效果

学生在学习原电池的工作原理之前，用一个有趣的演示实验，可以让学生明确原电池的定义。利用西红柿、铁钉、铜钥匙组成的装置，用导线接到电流计上，然后，将这一装置放到实物投影仪上。当然，这个实验也可以直接演示给学生，现在一般来说，班容量都比较大，不可能所有的学生都能够观察清楚，这个时候，用投影仪的效果会更好一些。

五、展示实验内容，指导学生活动

在本节课的学习过程中，其重点是原电池的工作原理与原电池的构成条件。为了使学生掌握重点，应该从不同的角度来学习新知识。另外，化学学科的特点是实验性，我们也应该特别重视实验教学。这里的两个实验均可以设计成学生分组实验，不仅能够为理解原电池的原理，掌握组成原电池的条件提供丰富的经验材料，而且通过亲自动手参与实验，分析讨论实验现象，解决问题，得出结论的过程，培养其探索精＋

２＋神及分析问题、解决问题的能力。同时，也能够培养学生的主体性与合作精神。投影如下（Powerpoint制作）：

实验一：

1．实验内容：Ｚｎ片与Ｃｕ片插入盛有稀硫酸的烧杯中。

实验现象：Ｚｎ片______________，Ｃｕ片______________，溶液的颜色______________。2．实验内容：Ｚｎ片与Ｃｕ片插入盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线相连。实验现象：Ｃｕ片______________，溶液的颜色______________。

3．实验内容：Ｚｎ片与Ｃｕ片插入盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线相连，接到电流计上。实验现象：电流计的指针______________，溶液的颜色______________。实验二：

1．Ｚｎ片与Ｃｕ片分别插入不同的盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线相连，接到电流计上。指针（偏转、不偏转）______________。

2．两块Ｚｎ片插入一个盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线相连，接到电流计上。指针______________。

3．将碳棒与Ｚｎ片插入一个盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线相连，接到电流计上。指针______________。

4．将Ｃｕ片Ｚｎ片插入同一个盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线相连，接到电流计上。指针______________。

六、演示原理动画，突破知识难点

微观的知识不能直接观察到，在这种情况下，用Flash做成的动画就可以弥补这种不足。原电池的工作原理是这节课的学习重点和难点，通过以上的分组实验，学生对原电池的原〖CM（20〗理已经有了初步的了解，在此基础上，用动画的形式给以演示会有助于突破难点。动画可以这样设计：标题是铜

锌

稀硫酸原电池的工作原理，在盛有稀硫酸的玻璃槽中，插入铜片和锌片，用导线接到电流计上，并且设置一个能开、关的电键，溶液中不能观察到的离子，也以形象、可见的小球形式展现给大家。电键断开，锌片溶解，并且此处有气泡产生。电键闭合，锌片溶解，铜片上有气泡冒出，并且电流计的指针发生偏转，有电流产生。同时，学生可以通过观看动画，看到锌片溶解成为锌离子，氢离子得到电子以氢气泡的形式冒出，当电键闭合的时候，可以看到电子的定向移动。

七、投影板书内容，强化知识重点

本节课的板书内容，也体现了所学知识的重点和难点。所以在学习过程接近尾声的时候，非常有再现的必要，使学生对于知识的掌握更加牢固。投影板书内容（Powerpoint制作）：

第四节原电池原理及其应用

一、电池的工作原理

概念：把化学能转化为电能的装置叫做原电池。负极正极锌片：Ｚｎ－2ｅ＝Ｚｎ＋

－＋

－

２＋

（氧化反应）

铜片：2Ｈ＋2ｅ＝Ｈ２（还原反应）

２＋总反应式：Ｚｎ＋2Ｈ＝Ｚｎ

二、组成原电池的条件

＋Ｈ２↑

1．有活泼性不同的两个电极。（1）一种金属与一种能导电的非金属。（2）两种活泼性不同的金属。2．两极均插入电解质溶液中。3．两极相连形成闭合回路。

八、演示卫星发射，拓展学生视野

对于电池的应用，在这里可以利用Flash做成的动画来演示我国的实验一号卫星，风云二号卫星，东方红三号卫星的发射，也可以演示航空航天飞机、雷达、气象卫星等。以动画的形式展现给大家，学生会非常感兴趣，使学生体会到电池应用的广泛，同时，也能够让学生深深感到拥有高科技祖国的伟大，激发其爱国之情，也从而拓展了学生的视野。