GIS原理及其应用七篇

2024-09-13

GIS原理及其应用篇1

1 确定培养目标

结合该校“立足地震行业, 面向社会”的战略目标, 该校培养的测绘学生是可在地震行业中立足, 同时更主要的是面向社会的大众化需求, 因此培养的学生要具备扎实的测绘理论知识、掌握测绘工程专业技能、具备实施地形变形测量、变形监测、精密工程测量等测绘工程的设计、实施及管理等能力, 能在地震监测预报、灾害防御、国家基础测绘、国家资源调查、城市规划与管理等部门从事设计、实施、管理等方面的厚基础、重实践的应用型人才。而随着计算机技术、RS技术和GPS技术的发展, 在掌握了基本测绘理论和方法的基础上, 如何实现测绘信息的有效集成和应用, GIS成为其实现信息集成的首选工具。因此, 《GIS原理及其应用》作为测绘工程专业的必修课, 是测绘专业学生在未来发展的必然需求。

2 教学中存在的问题

2.1 非GIS专业先修课程差异

地理信息系统是传统科学与现代技术相结合而诞生的边缘学科, 因此它明显地体现出多学科交叉的特征;而测绘科学是一门研究如何确定地球的形状和大小及地面、地下和空间各种物体的几何形态及其空间位置关系的科学。两个专业教学目标有很大不同, 但又有所交叉。测绘科学为地理信息系统提供高精度的空间数据, 保证了空间数据的精度和质量, 以及地理信息系统产品的开发;地理信息系统为测绘科学成果的有效集成提供了良好的解决方案。由于专业特色的限制, GIS专业在前期的理论基础学习中开设关于计算机和地理学的课程, 如数据库系统概论、计算机图形学、自然地理学、人文地理学等课程, 这些课程的开设为接下来的GIS原理及其应用的学习奠定了理论基础。计算机学提供了GIS学习的软、硬件知识;地理学作为GIS的理论依托, 为GIS提供引导空间分析的方法和观点。而在测绘工程专业的人才培养方案中, 《GIS原理及其应用》课程开设缺乏一定的前期理论支撑, 这使得测绘专业的《GIS原理及其应用》的教学内容与教学方法并不适合沿用GIS专业所采用的教学内容和方法, 要根据测绘专业的特点调整其教学内容和教学方法, 以便更适应于测绘专业学生的学习和掌握。

2.2 教学内容多, 实践课时少

在现行的本科教学培养方案中, 明确限制总学时数不超过2500学时, 而在测绘专业基础课等不被压缩的前提下, 测绘专业开设GIS课程的学习, 其学时安排是48课时, 还包含了不少于8课时的实践课时, 而GIS本科专业学习中, 其学时的安排一般为64课时。在课时明显压缩的前提下, 要想较好地完成《GIS原理及其应用》的教学, 必须对现行教学内容、方法和安排做出调整。由于GIS的学习具有较强的理论和实践相结合的特点, 调整后的GIS学习必须保证理论和实践课时的饱满, 这样才能保障学生学习的效果。

3 教学改革的措施

3.1 侧重学科交叉, 注重GIS思维的培养

由于地理信息系统的多学科交叉特性, 在测绘专业的GIS教学过程中, 侧重强调测绘专业与GIS的交叉性, 突出GIS学习与测绘专业的紧密性, 将GIS的学习定位到测绘专业体系内。在教学过程中, 注重讲授GIS的基本理论、常用空间方法、应用模型等内容, 这些是初次接触GIS的学生必须了解和掌握的知识;在教学内容的安排上, 注重地学理论与工科技术的交叉, 培养学生独立解决实际问题的能力, 使学生遇到问题时能够以GIS的思维方式进行问题的抽象与表达, 并在后续工作中善于应用所学和所知道的测绘技术、GIS理论进行数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示。这个过程既考察了学生对所学技术的掌握程度, 又注重培养了学生运用GIS思维对空间数据集成的应用, 使学生能够更加真实了解测绘与GIS集成在解决实际问题的优势, 并在解决问题的过程中对所学理论与方法有更深刻的理解。

GIS作为一个辅助决策工具, 教学过程中突出GIS解决问题的思路, 同时将涉及到的其他学科知识作为解决问题中的一个环节, 加强学生自学意识, 学会问题的分解与表达, 构建适合于地理信息分析和表达的应用模型, 以此达到解决问题的目的。

3.2 合理安排课程, 理论和实践分层次实现

长期以来, 高校普遍存在的一种教学模式就是任课老师讲-学生听, 学生处于被动接受的地位, 这种传统的教学模式, 在理论知识传授的系统性和完整性方面有一定的优势, 但其在实践性较强的学科教学中的不足也显而易见。首先, 学生遇到问题, 解决问题的积极性没有被调动起来;其次, 不能将理论知识和实践操作很好的结合在一起;最后, 没有经过学生思考和实践过的理论是无法在工作中得到很好应用的。基于这些问题, 首先在课程安排上做出调整, 将《GIS原理及其应用》安排在第五学期, 在这门课的学习过程中, 主要侧重基础理论的学习, 如GIS的基本概念、基本构成、基本功能、发展历史、数据结构、空间分析方法等。同时对涉及到的测绘专业知识给予重点提示, 加深对测绘专业基础知识的掌握, 突出GIS多学科交叉的特点。在安排的8课时实验中通过对Mapinfo9.5的学习, 让学生对GIS解决问题的基本思想有所认识, 即通过对现实世界的抽象, 到计算机世界的存储, 对数据空间数据结构以及存储有一个系统的认识。这学期完成学习后, 学生对GIS的基本理论知识、常用空间数据结构、以及空间数据获取与测绘技术的结合已有一个清晰的认识, 即达到GIS理论教学目标。由于学时有限, 但又强调GIS实践应用的重要性, 在第六学期安排一门《GIS软件应用》, 以ESRI公司的Arc GIS作为实践平台, 弥补GIS理论学习中实践不足的问题, 在GIS软件应用这门课中, 所有的实验以案例的方式提出, 要求学生给出应用到的相关理论知识和解决方案, 并通过动手实验达到解决问题的目的。

3.3 巩固理论知识, 多种考核方式相结合

在考核方式上, 《GIS原理及其应用》采用“平时成绩 (10%) +实验报告 (20%) +期中考试成绩 (20%) +期末考试成绩 (50%) ”的方式。平时成绩主要是通过作业和课堂表现获得;实验报告是对学生动手能力的考察;期中考试主要是在课程中期对学生进行测试, 对学生起一个督促作用;期末考试则是对学生理论知识最终掌握情况的检验。采用上述考核方式, 能较好地反映学生对知识的掌握情况, 以及在分析问题、解决问题等方面的能力。

4 结语

《GIS原理及其应用》是测绘工程专业的一门必修基础课, 该课程学习对后续《GIS软件应用》的学习及学生今后的就业和深造影响深远。该文首先介绍了该课程在测绘工程专业培养目标中的地位, 并分析了现行教学中存在的问题, 在此基础上提出了教学改革的具体措施:1) 侧重学科交叉, 注重GIS思维的培养;2) 合理安排课程, 理论和实践分层次实现;3) 巩固理论知识, 多种考核方式相结合。以此不断提高教学水平, 及时了解学科发展动态, 掌握学生对专业知识的需求, 从而及时对教学内容和教学方式进行调整和完善。

摘要：《GIS原理及其应用》是测绘工程专业一门重要的专业必修课。该文对目前该课程在测绘专业教学中存在的诸多问题进行了深入分析, 在此基础上, 结合该院测绘工程专业的培养目标, 对该课程在教学内容、教学方法、考核方式等方面进行了改革探讨, 加深学生对GIS的基本理论、基本方法和基本技能的理解, 特别突出GIS实践的重要性, 以期提高《GIS原理及其应用》课程的教学效果和教学质量, 培养适应社会经济发展, 具有创新精神和实践能力的高素质专业人才。

关键词：GIS原理及其应用,教学,改革,实践,考核

参考文献

[1]黄杏元, 马劲松.地理信息系统概论[M].北京:高等教育出版社, 2008.

[2]宋小冬, 钮心毅.地理信息系统实习教程[M].北京:科学出版社, 2013.

[3]周文国, 郝延锦.工程测量[M].北京:测绘出版社, 2011.

[4]刘小阳, 孙广通.《工程测量》课程教学改革探索[J].科技信息, 2011 (11) :480.

[5]孙广通, 宋萍, 刘小阳.《普通测量学》课程教学改革探讨[J].科技信息, 2 0 1 3 (36) :26.

GIS原理及其应用篇2

关键词：房产GIS,分层分户平面图,数据模型,房产信息系统

0 引言

房产信息系统建设的关键是如何获取、管理、分析和利用千变万化的、巨量的房地产信息。房产信息属于空间信息范畴,具有空间特征强、数据量大、变化频繁、格式多样等特点。地理信息系统(GIS)的产生和发展为房地产信息获取、存贮、分析、处理、预测和决策提供了强有力的工具和先进技术手段。房产信息系统的建设、应用和深化,地理空间信息占有及其重要地位。利用GIS、遥感和卫星定位等技术,研究城市房产的海量、动态信息采集、存储、集成、管理、应用是当前房产信息系统研究中的关键技术问题。

分层分户图是房产管理中特有的一种图形要素,它代表了一幢房屋的三维空间信息。而对其的存储和管理,最理想的方式是采用三维GIS技术(3D GIS)。但是与二维GIS(2D GIS)相比,三维GIS与三维地图的基础理论与关键技术的研究都还很不成熟,这严重制约了三维GIS软件的发展,并影响到相关领域的技术进步。在此情况下,在房产GIS系统建立时,就必须建立三维的房屋实体(分层分户图形)在二维GIS系统中管理的数据模型。

1 数据模型的提出

在二维GIS中,房产分幅平面图中的幢是房产分层分户图在现实空间中的水平投影,幢具有统一的坐标系统,因此在平面图上能准确地反映其空间位置和空间关系。而房产分层分户图往往采用独立、局部的坐标系统,它只能反映同一幢房屋层与层、户与户之间的相对位置,其在房产分幅平面图上的位置和关系只能通过幢来反映和体现。因此,分层分户图管理数据模型的建立首先是要建立房产分层分户图与房产分幅平面图之间幢的关联关系。

分层分户图管理的目标是要实现其与房产分幅平面图、房产属性信息和档案信息的一体化集成,即能够根据房产分幅平面图调用分层分户图并查询相关属性信息,同时根据房产属性信息可以直接调用分层分户图并定位房产分幅平面图。房产信息系统中对房产分层分户图管理数据模型的研究目前还是一个空白。

文献[4]提出了基于微观地理信息系统来管理复合空间对象的思路,认为现有GIS的发展趋势是采用关系数据库或对象关系数据库管理空间数据,一个图层或一个Feature Class对应着一个或多个数据库的表,这种数据管理方式适合于解决宏观的空间问题,难于解决微观的空间问题,即表示微观空间对象(Micro Spatial Objects)。在现实世界中,微观空间对象往往是一个复合空间对象,如一个房屋的内部结构,而且往往基于独立、局部的坐标系。采用现有方法,一个微观空间对象用一个表来表示,将大大增加数据库中表的数量,在实现上是不可行的;用一个表来存贮多个微观空间对象,由于一个表对应一个统一的坐标系统,难于解决微观对象独立、局部坐标系统的问题,而且实现效率较低。虽然传统的以文件方式管理空间数据的技术可以解决微观问题,但在文件非常多的情况下,管理不方便,并且不适合网络环境下的数据共享和安全管理。因此,需要发展一种微观GIS技术,采用表中的一个列(Column)来存贮微观空间对象,并记录微观空间对象的独立坐标系统及其与宏观统一坐标系统之间的关系。应用软件可以直接从数据库中获取微观空间对象的数据,而不必以文件的方式管理,并以微观GIS视图(Micro GIS View)的方式对一个微观GIS对象进行操作,并可以在宏观GIS视图中通过坐标转换进行操作,微观GIS将成为现有GIS的一个扩展,微观GIS的发展可以促进微观环境下三维GIS的发展。

笔者认为,房产分层分户图的管理,可以借鉴微观GIS的一些理论和方法。基于此理论,本文研究提出了一种基于数据库大二进制对象(BLOB)存储的“图图分离、图属分离”的分层分户图管理的数据模型。

2 房产GIS分层分户图数据模型

根据文献[4]有关微观GIS的理论以及房产GIS的应用实践,基于文件(见图2(a))或基于数据库表来管理类似房产分层分户图的方式是不可取的,目前较好的方式是采用基于数据库表中一个列的方式。近几年在数据库中广泛应用的大二进制数据(BLOB)类型对实现这种管理方式提供了技术基础。大二进制数据类型支持将非结构化对象,如多媒体、空间数据等以二进制的形式存储到数据库中,这种数据类型一个字段的容量可达4GB,完全可以满足微观GIS管理的需要。

基于大二进制对象,我们可以将以GIS数据格式存储的房产分层分户图的数据以二进制的形式直接存储于数据库表的一个列中,并建立与房产分幅平面图幢之间的一对一的关联关系。使用时可以将该大二进制对象缓存到本地客户端、还原为GIS数据格式,然后由GIS客户端进行访问。该方法的原理图如图1所示。

在实际应用中,基于上述原理存储房产分层分户图还需要考虑系统性能的要求。基于大二进制数据类型存储房产分层分户图的数据模型在数据库实现时有多种方式,一种方式是整体型,即在数据库的一张表中既存储房产分幅平面图中的幢数据,又存储房产分层分户的图形数据,见图2(b)。这种存储方式实现简单,分层分户图和幢的关联直接,便于数据库访问。但这种数据库设计会导致单张表占用存储空间过大,导致数据访问性能的降低。针对这种情况,我们提出“图图分离、图属分离”的分离优化模型,即图2(c)。

首先是图图分离,即把房产分幅平面图与房产分层分户图分为两张不同表存储,同时通过关联字段建立关联关系。在房产分层分户图的测绘阶段,图形信息和属性信息是采用了GIS数据格式进行一体化存储,图形和属性信息在同一条记录中,但如果将二者同时打包存储,户的信息包含在BLOB字段中,如果不在外部表中设计相应的“户”表,则对户表的每次查询都要将BLOB字段缓存到本地以后进行,一方面对BLOB字段的大量访问势必造成系统运行效率低下、网络流量大的问题。同时,由于BLOB内的图形信息访问需要通过GIS来访问,而外部表的访问则可直接用通常的数据库引擎来访问,这两种混合访问方式会造成开发难度增大,数据访问效率低。但是,如果同时在BLOB外设置同样一张表来存储“户”的信息,则势必会存在两个有重复信息的表,数据的一致性较难维护。

因此必须对上述模型进行优化处理。我们在将房产分户图打包成BLOB时,进行图属分离,即BLOB中只保存图形信息,图形所对应的属性信息都保存到外部表中,二者通过关键字段加以关联。经过吉林房产GIS的实际测试,图属分离后大大降低了BLOB字段的访问频率,系统性能提高了数十倍。而且由于不存在数据一致性维护的问题,节省了系统开发的工作量。对图2(c)细化后的详细数据模型如图3所示,根据此模型建立的数据库ERM如图4所示。

3 数据模型的编程实现

应用本文提出的分层分户图管理数据模型,可以很好地实现房产GIS的功能。下面就房产GIS中主要功能点的实现作一详细说明(根据图3所示数据库模型)。

3.1 根据房产分幅平面图调用房产分层分户图

当选中房产分幅平面图上一楼盘时,可以得到其图形ID值即“幢(ST＿RIDRGN)”中的“内部ID”属性的值,用一变量BuildingID来保存。可用如下SQL语句来得到所对应的分层分户图形的BLOB字段,如下:

Selectα.sddblob from分层分户图形α,层(T＿FLOOR) b,幢(ST＿RIDRGN) c whereα.所在层ID=b.内部IDαnd b.所在幢ID=c·内部ID and c.内部ID=BuildingID;

将得到的BLOB文件存为本地临时文件,然后由GIS客户端加载,这样就实现了根据房产分幅平面图来调用分层分户图的功能。

3.2 根据分层分户图调用房产属性信息

假定在分层分户图中已选定了一户,得到其图形ID存贮为HouseID.

(1)地号=”Select房屋地号from户(BLOB中)where内部ID=HouseID”

(2)Select*from户(T＿House) where房屋地号=地号

通过房屋地号得到对应房产的所有属性信息。

3.3 根据分层分户图定位房产分幅平面图

假定在分层分户图中已选定了一户,得到其图形ID存贮为HouseID.

(1)BuildingID=”Select建筑物ID from户(BLOB中)where内部ID=HouseID”

(2)Select*from幢(ST＿RIDRGN) where内部ID=BuildingID

从而直接定位到了房产分幅平面图上。

3.4 根据房产属性信息定位到分层分户图

假设根据属性信息已得到对应房屋的地号,即为地号。

Selectα.sdbblob from分层分户图形α,层(T＿FLOOR) b,户(T＿House) d whereα.所在层ID=b.内部IDαnd b.内部ID=d.所在层IDαnd d.房屋地号=地号;

将得到的BLOB文件存为本地临时文件,然后由GIS客户端加载,这样就实现了根据属性信息来调用分层分户图的功能。

基于本文所述数据模型,实现了房产分层分户平面图、房产分幅平面图和房产属性之间的相互访问。该数据模型只有在操作图形时,才需要去下载该BLOB字段,提高了系统运行的效率。

4 在吉林房产GIS中的应用

房产GIS系统中通过图属档一体化数据库的设计和建立,解决了房产分层分户图的存储和管理问题,可实现以房产GIS为核心的房产业务管理,实现图、属、档的一体化管理,建立以图管房的业务模式。

对房产分层分户平面图的管理是房产GIS的核心功能(如图5所示)。吉林房产GIS系统中实现了根据图形和属性信息查询和定位分层分户图的功能,主要包括:

(1)根据选定建筑物查看全部分层分户图;

(2)根据地号和房屋坐落查询和定位分层分户图;

(3)根据产权人名称、代码查询定位分层分户图;

(4)根据商品房预售许可证和预售合同编号查询和定位分层分户图;

(5)在业务办理过程中调用分层分户图。

GIS系统中还提供了根据房产分层分户平面图来查询业务信息的功能(如图6所示):

(1)根据分层分户图在房产分幅平面图上定位所在楼盘;

(2)根据分层分户图查询产权信息、抵押信息、预售信息、档案信息和物业维修资金信息;

(3)根据分层分户图以楼盘表的形式浏览房屋信息。

5 结论

本文研究的理论和方法已经在吉林房产GIS中得到了成功的应用。利用GIS的空间查询、统计功能,提高了房产管理统计的科学性和准确性。房产GIS系统的应用,有效地解决了传统的基于房屋座落进行房产管理的不足,建立了以图管房的管理模式,提高了业务办理的效率,避免了”一房多证“的产生,提高了房产管理的科学性。系统以房屋空间实体为线索,可访问所有与之相关的房屋权属、交易和档案等信息,达到“以图管房、图属档一体化联动”的效果。

参考文献

[1]杨平，裴亚波等．基于GIS技术的房产测绘系统的设计与实现[J]．北京测绘，2004，(2)：12～15．

[2]张桥平，张友静，许捍卫．房产分层分户图管理系统开发模型研究[J]．测绘工程，2001，10(3)：38～40．

[3]李青元，林宗坚，李成明．真三维GIS技术研究的现状与进展[J]．测绘科学，2000，25(2)：47～51．

[4]梁军．数字城市信息模型研究[D]．中国科学院地理科学与资源研究所，2002．

GIS原理及其应用篇3

关键词：地理信息系统；配电网生产管理；信息技术；GIS

中图分类号：TM769 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）35-0053-02

GIS的全称是Geographic Information System，也叫做地理信息系统，是对地理空间的数据进行管理的一门学科，可以进行数据的提取、研究、筛选、处理、统一管理等。近几年，GIS的应用发展趋势迅速猛烈。以实际应用和技术方面来讲，它是可以处理地理空间的一种手段、一种工具；以科学的方面来讲，它是基于地理学、测量、地理勘察、计算机等多种学科理论之上的一门教学，是有其独有的教学体系的学科；以作用方面来讲，它是一种可以进行提取、存储、导入、输出数据等功能的应用；以系统方面来看，它是具有完整体系的，包括功能运行等结构的系统。电力网是一种特殊的网络，其拥有独立的空间基础，而GIS的应用，可以有效地提高电力网运行的稳定性，保证供电的安全性及可靠性，并可以大大提高处理故障问题的效率。本文从以多个角度进行分析，深入研究分析GIS在电网中应用的衔接情况，以便使GIS技术有效地融入电网的应用中。

1 GIS系统的技术问题

1.1 B/A/S技术

在JZEE技术结构的服务体系中，需以其应用系统以及服务环境为基础进行网络技术平台的搭建。概念上没有过多的变化，所以技术架构的形式上没有太多的差异，而在技术的部署中，应用运行的差异过大。前期需要深入地对当前广泛应用的几种架构模式进行分析取长补短，进行系统平台的技术方面的构建。

系统中的表示层以及应用技术层的概念是应用MVC的结构完成的，而系统模型中的缺点是应用EJB的形式进行替换。EJB的应用是依据持久层的形式，将其处理的参考对象与系统中数据库的参考对象替换。通过这种方法，将各个系统优点的平台聚集，另外还可以进行版块的分类等多种功能，例如数据资料和业务信息的分类、业务信息和系统功能分离，实现了各个版块的的松散藕合，将系统内的服务领域和关系领域的版块联系一起，在不影响系统内业务版块应用的前提下可以进行数据的修改，可以及时地更改业务逻辑。

1.2 C/A/S技术

在应用以J2EE为标准框架的B/A/S技术来完成系统中图形及系统功能时，是具备相应的技术实施风险的，但是新建立的系统可以完全发挥系统优势特点的作用，所以，我们利用C/A/S技术作为系统图像处理的方法。

C/A/S在实际的应用中具备多种优势和特点：可以有效避免各种应用先进技术后引起的技术实施风险；在应用以J2EE为标准框架的B/A/S技术的三层结构进行系统图像处理中运行稳定后，才自动将与B/A/S并行的瘦客户端逐步退出；在系统初步运行时，大量的数据会影响系统运行的速度以及系统运行稳定性，C/A/S技术可以解决这种问题的发生；客户端三层结构分为表示层、应用层以及数据层，C/A/S技术将这三层结构运用逻辑分层的形式划分。

客户端的三层结构图像功能的架构：数据层的架构包含两方面，有Oracle数据库以及Smallworld VMDS的空间数据库；应用层架构的作用是对系统的引擎以及系统网络拓扑引擎提供绘制需要的图形，通过这种方式绘制图形完成系统的引擎，同时，数据层提供相关的地图数据的传送。应用层依据系统拓扑引擎，为全部配电网系统提供有效的拓扑分析数据的支持。应用层在整体的服务功能中可以完成网络权限的管理、网络界面的管理以及功能模块插件的管理等；客户层的作用是在基于数据层和应用层的运行下，向整个客户端提供专业全面的应用。

2 GIS的总体系统架构

应用GIS的配电网管理是一个一体化、系统化的系统，其系统架构主要包括配电网的数据资源管理模式、配电网的运行管理模式、配电网调度运行的管理模式、电力生产的管理模式、安全调控的管理模式等。依据我国的电力规范要求和本地电力企业实际情况，配电网系统的应用在以J2EE为标准框架的基础之上，采用B/A/S的多层次系统结合C/A/S一体化系统为主的系统运行平台，此系统的运行平台的架构分为系统表示层、系统应用层、系统数据层，其中应用层包括中间件、电网应用的逻辑概念、数据应用持久模板。这种相结合的配电网体系，是基于国家的规范条例以及公司的要求下完成的，不但符合规范要求，而且符合本地安全生产信息系统在配电网系统中应用的需求和技术发展需要，与此同时，这种系统将电网的服务资源、数据资源充分利用，避免造成过多的网络负荷，提高了整个网路、系统运行的稳定性和可靠性，在客户端维护方面简化了应用程序，易于操作。

3 GIS系统的硬件架构

电力企业在对电网的数据管理中是采用集中式的管理模式。在电网的运行中会形成各种运行信息，根据侧重不同，可以分为运行信息、空间数据信息、实时信息三大类型。配电网的集中管理模式就是将以上信息进行摄取、传送至市级的配电网数据中心，将多种信息进行分类、处理、储存等管理。配电系统的硬件架构是以数据中心为根本，围绕数据中心建立电力应用管理的平台，硬件设施是数据中心的服务器、应用中心的服务器、WEB服务器。

对服务器功能的要求是，其必须具有可以提供大量的访问工作的能力，但是服务器的处理能力是现阶段的瓶颈。若客户端的访问量出现过大的情况，超过了服务器的负载压力数，那么就会导致服务器无法响应或相应延迟出现宕机的情况。因此，我们分析单台服务器无法承载过多客户端连接，一般情况下，普通的服务器在运行时处理能力每秒最多只能完成几十万个请求，不能完成每秒更多的服务器请求。但如果将多个普通的服务器组成集群，并且使用软件负载均衡技术把各项请求平摊给集群内的服务器，即可以实现系统每秒完成更多的服务请求。

4 结语

根据以上论述，通过GIS系统的概念简述、技术应用解析以及管理系统硬件的介绍，把GIS技术融入进配电网的系统管理中，有机地联系GIS与配电网系统，使配电网的实时运行状态在GIS中以图像的形式展示出来，以便详细地了解配电网中运行的各项情况与数据情况。若出现电力故障，将通过GIS及时展现，便于我们针对其相应的环节制定解决办法，保证供电的稳定性及安全性。GIS整体的应用和运行有效地提高了电力系统的故障解决能力，保证了电力的可靠性。

参考文献

[1] 任培祥，朱中耀，李鑫，吴萍.三维全景智能电网

支撑平台的关键技术研究与应用[J].电力勘测设计，

2009，（4）.

[2] 丁明勇，姜永德，代春艳.基于GIS的电力生产管理

系统的设计[J].计算机科学，2007，（9）.

[3] 杨帆，丁坚勇.配电网电力生产管理信息系统[J].高

电压技术，2005，（9）.

[4] 金波，杨复荪，刘晓军.湖北省配网生产管理系统

GIS平台应用[J].湖北电力，2004，（2）.

[5] 佘名，高叶明.基于GIS的配电网生产管理系统的设

计与实现[J].中国科技信息，2005，（18）.

[6] 李涛，田敏，陈昌伟.地理信息系统在西安配网调度

工作中的应用[J].中国电力教育，2007，（S1）.

GIS原理及其应用篇4

评语：

成绩：

批阅签字：课程名称：开课学期：指导教师：班

级：学

号：姓

名：

课堂实验报告

地理信息系统教程 2017—2018第二学期

批阅日期：

实验报告一

ArcGIS软件认识

实验类型：验证性实验学时：2 实验要求：（必修）

一、实验的目的与要求：

了解地理数据是如何进行组织及基于“图层”进行显示。认识ArcMap软件，熟悉其中工具箱、菜单栏的位置及使用方法。理解图层、属性数据的含义与操作方法。

二、实验软件及系统：

ArcGIS软件，Windows操作系统

三、实验内容及步骤：

（一）实验内容

1.了解地理数据是如何进行组织及基于“图层”进行显示。

2.认识ArcMap图形用户界面。

3.通过浏览与地理要素关联的数据表，了解地理数据是如何与其属性信息进行连接的。

4.掌握GIS两种基本查询操作，加深对其GIS功能的理解。

（二）实验步骤

1.启动 ArcMap 执行菜单命令：开始→所有程序→ArcGIS→ArcMap 当出现ArcMap对话框时,点击“A new empty map”单选按钮，然后点击OK，将出现一个空白地图操作界面。

在ArcMap中进行各种操作时，操作对象是一个地图文档。一个地图文档可以包含多个数据框架，根据数据集依次形成数据框架。一个地图文档是存储在扩展名为.mxd文件中。

2.检查要素图层

执行菜单命令File→Open,打开用于练习的文件夹，打开.max文件，在ArcMap窗口的左边区域称为图层控制面板，地图显示以图层表示的几种地理要素，一个图层表示某种专题信息。图层控制面板右侧区域是地图显示区，显示的是图层控制面板中各图层的图形内容。

3.显示其他图层

显示图层中其他地图信息时，选中想要显示的信息的检查框，就会在地图显示区显示其内容。若要显示其他图层，右键点击目标图层，选择“激活”，即可显示该图层。

4.查询地理要素

在ArcMap中，通过在地图显示区点击某个要素就可以查询其属性。首先，应放大地图，这样可以更清楚地查看单个的要素，可以使用一个先前创建的书签，这个书签存储着包含某些地图信息的地理区域。

在工具栏上，点击查询按钮，在要查询的线要素上点击，即可打开其所有属性。通过在显示区内点击，可以继续查询其他的要素，点击“查询结果窗口”右上角的“X”结束查询。

5.检查其他属性信息

在浏览显示在图层列表（TOC）中某些图层的属性信息之前，要重置ArcMap地图文档的显示区域为原来的显示区域。地图显示区域可以通过地图书签来定义。地图书签是为了防止地图显示变得混乱，可以通过书签恢复到原来的显示区域和显示风格。在图层列表中，选中某个图层分项，然后右键点击，选择“打开属性表”，即可查看其属性。

6.设置并显示地图提示信息

地图提示以文本方式显示某个要素的某一属性，当保持将鼠标放在某个要素之上时，将会显示地图提示。使用地图提示是获取指定要素属性信息比较简单的一种方式。可以在图层属性对话框中设置，地图提示信息来自于数据表中的哪一个字段。在图层列表中，右键点击某个图层的名字，然后点击“属性”，在出现的属性对话框中，点击“显示”选项，通过设置主显示字段来设定地图提示信息的对应字段。可以指定任一个属性字段作为地图提示字段。默认情况下，ArcGIS使用字段“Name”作为地图提示字段。可以改变为其它的字段。

7.根据属性选择要素

有时，可能需要显示满足特定条件的哪些要素。执行菜单命令“选择”→“通过属性选择”。

在属性选择对话框中，可以构造一个查询条件。通过构造表达式，可以从数据库中找出要显示的要素，选中的要素将会在属性表及地图中高亮显示。

8.使用空间关系选择地理要素

执行菜单命令“选择”→“通过位置选择”，在“位置选择”对话框中，进行一个选择操作，形成一个表达式，选中检查框“对要素进行缓冲区操作”，点“应用”按钮，再点“关闭”按钮。可在地图显示区中高亮显示符合表达式的内容。

9.退出ArcMap 执行菜单命令File→Exit 关闭 ArcMap。点击 No，如果系统提示保存修改（save changes）。

四、实验体会与收获：

通过本次实验，初步了解了地理数据是如何进行组织及显示的，初步了解了ArcMap软件的界面构成，例如其工具栏、菜单栏的位置及使用方法，了解地理数据是如何与其属性信息进行连接的。了解并熟悉GIS中两种基本查询操作。

ArcMap软件非常强大，功能非常多，仅仅通过一次上机实验很难理解并掌握本次实验所学功能，因此，要在课下多多上机实践操作，以加深对其理解与掌握。

上机前准备：充分

不充分

未准备上机考勤：

全到

缺

次上机操作：

认真

不认真

实验计划：完成部分完成未完成

实验报告完成情况：全部按时完成，部分完成，基本未提交实验报告撰写质量：好较好

差其它：

综合评分：优

良

中

及格

不及格

实验报告二

Geodatabase空间数据库

实验类型：验证性实验学时：4 实验要求：（必修）

一、实验的目的与要求：

1.目的

了解建立地理数据库方法（GeoDataBase）、加载空间数据方法并进行浏览(ArcMap)，掌握GeoDataBase数据库模型 2.要求

 针对焦作道路信息设计一个Geodatabase数据库  以教师提供的数据实现数据加载  实现空间数据浏览及元数据浏览

二、实验软件及系统：

ArcGIS软件，Windows操作系统

三、实验内容及步骤：

（一）实验内容

1.利用ArcCatalog管理地理空间数据库，理解Personal Geodatabse空间数据库模型的有关概念。2.掌握在ArcMap中编辑属性数据的基本操作。

（二）实验步骤

1、启动ArcCatalog 执行菜单命令，开始→所有程序→ArcGIS→ArcCatalog。

2、连接到文件夹点击“连接到文件夹”，选择“实验二”。

3、新建数据库

右键点击连接到的文件夹，选择“新建”，点击“个人地理数据库”，新建一个个人地理数据库，命名为“焦作道路”。

4、新建要素数据集

右键点击新建的数据库，选择“新建”，点击“要素数据集”，命名为“山阳区”。按此方式新建多个要素数据集。

5、新建要素类

右键点击新建的要素数据集，选择新建，要素类。命名为“高速公路”，选择“线要素”，点击“下一步”直至“确定”。按此方式新建多个要素类，分别命名为，一级公路，二级公路，三级公路，四级公路。

6、添加数据

右键点击“一级公路”，选择“加载”，加载数据。点击“下一步”，选中数据后，点击“添加”，点击“下一步”直至“完成”。

四、实验体会与收获：

通过本次实验，初步掌握了使用ArcCatalog查看与创建个人地理数据库，创建个人地理数据库需要有一个良好的规划，使得数据库看起来简易，数据不冗余，添加或删除数据时不会发生连带错误，因此，在本学习之外，还要对数据库的知识有初步的了解。总之，创建数据库操作较为简单，但若要创建一个高质量的数据库，还是有很大难度的，所以，在课下，还要多多学习数据库相关知识，以此学习创建更好的个人地理数据库。

上机前准备：充分

不充分

未准备上机考勤：

全到

缺

次上机操作：

认真

不认真

实验计划：完成部分完成未完成

实验报告完成情况：全部按时完成，部分完成，基本未提交实验报告撰写质量：好较好

差其它：

综合评分：优

良

中

及格

不及格

实验报告三

图形矢量化

实验类型：验证性实验学时：2 实验要求：（必修）

一、实验的目的与要求：

1.目的

通过本次实验，使学生理解和掌握地理配准（Georeferencing）、自动矢量化（ArcScan）、手动矢量化以及基本数据编辑方法。2.要求

每位学生要掌握矢量化流程及基本数据编辑方法，并通过实际操作和总结，独立撰写完成实验报告。具体要求如下：

（1）利用地理配准（Georeferencing）实现栅格图像校正；（2）利用自动矢量化（ArcScan）完成等高线提取；（3）利用图形编辑完成部分等高线的手动矢量化；（4）掌握图形编辑、属性编辑、拓扑编辑的方法。

二、实验软件及系统：

ArcGIS软件，Windows操作系统

三、实验内容及步骤：

（一）实验内容

1、利用影像配准（Georeferencing）工具进行影像数据地理配准。

2、编辑器的使用（点要素、线要素、多边形要素的数字化）。

（二）实验步骤

1、启动ArcGIS：开始→程序→ArcGIS→ArcMap。

2、点击ArcMap主菜单View→Toolbars→Georeferencing，添加“Georeferencing”工具栏。

3、把本次实验的数据增加到ArcMap中，将“Georeferencing”工具栏中的Auto Adjust前对勾取消。

4、利用Tools中的放大、缩小、Pan等工具，放大拖放地图到合适位置，读取公里网格的交点坐标。

5、在“Georeferencing”工具栏上，点击“Add Control Point”。

6、使用该工具在扫描图上精确到找一个控制点点击，然后鼠标右击输入该点实际的坐标位置，输入X、Y坐标值。

7、用相同的方法，在影像上增加多个控制点，输入它们的实际坐标。点击“Georeferencing”工具栏上的“View Link Table”按钮。

8、增加所有控制点，并检查总体均方差（RMS）后，在” Georeferencing”菜单下，点击“Update Display”。

9、执行菜单命令“View”－“Data Frame Properties”，设定数据框属性。

10、出现Data Frame Properties对话框后，点击“General”选项，设置图像实际单位为“Meters”和显示单位为“Meters”。

11、在Data Frame Properties对话框中，点击“Coordinate System”选项，设置与扫描地图的坐标系一致的实际坐标系统。

12、点击“确定”后，更新为真实的坐标。

13、在“Georeferencing”菜单下，点击“Rectify”，对配准的影像根据设定的变换公式重新采样，另存为一个新的图像文件。

14、加载重新采样后得到的栅格文件，并将原始的栅格文件从数据框中删除。

15、打开ArcCatalog，在指定目录下，鼠标右击，在“New”中，选择“shape file”。

16、在弹出的“Create New Shapefile”对话框中，修改文件名“Name”，设置要素类型“Feature Type”为polyline。

17、设置新建Shape文件坐标系统，在“Create New Shapefile”对话框中点击“Edit”,在弹出的“XY Coordinate System”对话框中点击“Select”,选择与校正后底图一样的坐标系统。

18、切换到ArcMap中，将新建的线要素图层，加载到包含已配准地图的数据框中，保存地图文档。

19、如果工作底图为彩色图，无需改变图例，直接数字化。

20、打开“Editer”工具栏，在“Editer”下拉菜单中执行“Start Editing”。

21、选择前面创建的要编辑的“Shape file”，设置Target图层为新创建文件。

22、将地图放大到合适的比例下，沿着线段中心跟踪一条图斑边框线，当完成段线的矢量化操作后，在图层任意一点点击鼠标右键，选择“Finish Sketch”提交。

23、当需要接着编辑上一条线段时，移动数字化根据到准备连接线段的位置，点击鼠标右键，选择“Snap To Feature”。

24、配合使用Arcmap提供的编辑快捷键完成全图。

25、确定图层处在非编辑状态，在图层列表区右键点击文件名，选择“Open Attribute Table”，打开属性表。

26、在弹出的属性表下部点击“Options”，选择“Add Field”，添加相应的属性列。

27、进入编辑状态，选择目标图斑，点击右键，在弹出的快捷菜单选择“Attributes”，在属性对话框中点击文本栏，输入属性值。

28、输入完属性值后，点击“确定”保存，完成编辑，若要保存成果，点击“文件”→“保存”。

四、实验体会与收获：

本次实验主要进行了地理配准，自动矢量化，手动矢量化以及基本数据编辑等操作，都是平常会经常用到的操作，因此，本次实验意义很大，平常，我们获得的地图并不是全部都会带有坐标数据，这时，就要用到地理配准的功能，在地理配准时，要适当选取多个控制点，精确选取，控制好残差的大小，如果误差较大，将会对以后的工作产生较大的影响，学会编辑器的使用也具有巨大作用，尤其是在进行一些地图处理过程中，为了使地图更加精准，更加美观。总之，学习这些重要功能非常重要，所以，我们不应仅仅在课堂上学习，更要注重课下的学习，在平常勤加练习，切实掌握这些知识。

上机前准备：充分

不充分

未准备上机考勤：

全到

缺

次上机操作：

认真

不认真

实验计划：完成部分完成未完成

实验报告完成情况：全部按时完成，部分完成，基本未提交实验报告撰写质量：好较好

差其它：

综合评分：优

良

中

及格

不及格

实验报告四

选址分析与距离分析

实验类型：验证性实验学时：4实验要求：（必修）

一、实验目的与要求

通过练习，帮助学生熟悉ArcGIS栅格数据的欧氏距离制图、数据重分类等空间分析功能，能够解决类似选址等实际问题。欧氏距离根据直线距离描述每个像元与一个源（分析目标）或一组源的关系。

新学校选址需要注意以下几点：结合土地利用数据，选择人口密集，距离现有学校较远的地址。

二、实验软件及系统：

ArcGIS软件，Windows操作系统

三、实验内容及步骤：

（一）、实验内容

1.加深对缓冲区分析和叠加分析基本原理、方法的认识； 2.熟练掌握ARCMAP缓冲区分析和叠加分析的技术方法。

3.掌握利用缓冲区分析和叠加分析方法解决地学空间分析问题的能力。

（二）、实验步骤

1、启动地图文档ex12ex12.mxd，激活 data frame1。

2、鼠标双击data frame1，在弹出的“Data Frame Properties”对话框的“General”标签中将“Map Unites”和“Display Units”改为 Meters，然后点击“确定”键关闭。

3、在主菜单中选用“地理处理-环境”，进行环境设置：工作空间-当前工作空间：ex12temp 工作空间-临时工作空间：ex12temp 输出坐标系：与输入相同处理范围：与图层道路相同

栅格分析/像元大小/如下面的指定：50 确定返回，完成初始设置。

4、选用菜单 Customize / Extension…，加载 Spatial Analyst，在菜单 Customize / Toolbars 下勾选 Spatial Analyst，调出空间分析工具条。

5、ArcToolbox中选用菜单 Spatial Analyst Tools / Distance / 欧氏距离Euclidean distance…，出现 Euclidean，distance参数设置对话框：

Distance to：现有中学下拉选择图层名，消防站为距离的参照点

Output raster：school 键盘输入栅格数据名称，存放路径为初始化设置 Maximum distance：不限定最大的计算范围，保持空白 Output cell size：50 默认，使用初始化设置按 OK 键，产生离开现有中学的距离分布图。

6、选点击图层名 school，ArcToolbox中选用菜单 Spatial Analysis Tools / Reclass / 重分类Reclassify…，系统出现 Reclassify 对话框，点击 Classify…按钮，出现 Classification 对话框：

Method: Equal Interval 按等间距方式分类 Classes：4 共分 4 类

按 OK 键，返回 Reclassify 对话框，栅格数据被分为 4 类，还要按分析之前确定的要求修改分类的间距：

Old Values（原来值）New Value（修改值）0 – 500 0 500 – 1000 1 1000 – 1500 2 1500 – 2200 3 在 Output raster 中规定文件名及输出路径，这里为 R_school，按 OK 键返回，系统产生新的分类图层R_school

7、ArcToolbox-Spatial Analysis Tools-密度分析Density – 核密度分析Kernel Density，继续设置：Input data：人口调查选择图层名，得到人口调查样本点 Population Field：POPU 选择，该字段在“人口调查”要素属性表中

Output raster：GISex12temppopu_den 键盘输入栅格数据名称，路径按初始化设置

Output cell size：50 已经在初始化时设定，默认 Search Radius：800 计算密度时的搜寻半径

Area Units: SQUARE_MAP_UNITS 面积单位用地图单位的平方按 OK 键，产生估计的人口密度分布图 popu_den。

8、ArcToolbox中选用菜单 Spatial Analysis Tools / Reclass /Reclassify…，出现 Reclassify 对话框，在 Input raster 下拉菜单中选择 popu_den，点击 Classify…按钮，出现Classification 对话框：Method: Equal Interval，Classes：4 按 OK 键后，返回 Reclassify 对话框，栅格数据被自动分为 4 类，再按要求修改：

Old Values（原来值）New Value（修改值）0 – 0.005 0 0.005 – 0.01 1 0.01 – 0.02 2 0.02 – 0.03 3 在 Output raster 中指定产生栅格数据的名称及路径，这里名称为 R_popu，路径按初始设定，按 OK 键返回，系统产生新的分类图层“R_popu”。

9、鼠标右键打开 “Attribute of 土地使用”，可以看到该要素属性表有字段 LANDUSE，为每个多边形地块的规划土地使用性质，按城市规划专业习惯，土地使用分类编码的意义为：C：商业，G：绿地，M：工业，R1：一类居住，R2：二类居住。选用菜单 ArcToolbox/转换工具Conversion Tools/ 转为栅格To Raster / Polygon to Raster…（矢量要素转换为栅格），系统出现 Polygon to Raster 参数设置对话框：

Input features：土地使用选择图层名 Value Field：LANDUSE 选择字段名，该字段在“土地使用”要素属性表中，决定栅格单元取值

Output raster：/temp/ld_use 输入栅格数据名称，路径按初始设置 Cell assigment type：CELL_CENTER Cellsize：50 按 OK 键后，产生栅格状土地使用图层 ld_use。

10、ArcToolbox中选用菜单Spatial Analysis Tools / Reclass/Reclassify…，系统出现 Reclassify 对话框，在 Input raster 下拉菜单中选择 ld_use，在 Reclass field中下拉选择 landuse，表示对 landuse 字段进行重新赋值。注意，这里应直接修改New Values，具体操作如下：

Old Values（原来值）New Value（修改值）C（商业）1 G（绿地）0 M（工业）0 R1（一类居住）2 R2（二类居住）2 在 Output raster 中指定栅格数据名为 R_ld_use，按 OK 键，产生新的栅格图层 R_ld_use。

11、选用ArcToolbox/ Spatial Analysis Tools / 地图代数Map Algebra/栅格计算器 Raster Calculator，双击鼠标实现以下操作：“R_popu” * “R_ld_use” * “R_school”。

输出栅格：/GIS/ex12/temp/calc01，确定，产生栅格数据集calc01，ArcToolbox中选用菜单Spatial Analysis Tools/ Reclass /Reclassify…，继续设置：输入栅格：calc01 重分类字段：Value 点击 Classify…按钮，出现 Classification 对话框： Method: Equal Interval Classes：2 按 OK 键后，返回 Reclassify 对话框，栅格数据被自动分为 2类，再按要求修改： Old Values（原来值）New Value（修改值）0 0 1 – 12 1 在 Output raster 中指定产生栅格数据的名称及路径，这里名称为 r_calcu，路径按初始设定，按 OK键返回，系统产生新的分类图层“r_calcu”。

12、选用菜单 ArcToolbox/ Spatial Analysis Tools / 地图代数Map Algebra/ Raster Calculator，出现 Raster Calculator 对话框，可供计算的图层名列在左侧图层选择框内，双击鼠标实现如下操作： “R_popu” + “R_ld_use” + “R_school” 输出栅格：/GIS/ex12/temp/calc02，确定，产生综合评价栅格数据集calc02。

13、选用ArcToolbox/ Spatial Analysis Tools / Map Algebra/ Raster Calculator，双击鼠标实现如下操作：“calc02” * “r_ccalcu”

输出栅格：/GIS/ex12/temp/calculation，确定，产生综合评价栅格calculation，调出calculation图层属性，进入Symbology，调整符号如下：显示：Unique values Value field：value 确定，除道路、现有中学、calculation外，关闭其他图层。

14、栅格单元为整数时，自动产生栅格取值属性表，打开 Attribute of Calculation，可以看到栅格单元的汇总情况，table options/ Add Field，名称：SUM_AREA 类型：长整型精度：8 OK，右击 SUM_AREA，选择Field Calculator，用鼠标和键盘在文本框内输入：[COUNT] *50 *50，OK返回，得到评价值的汇总结果。

15、方便下次练习使用，可以不选择保存，直接关闭退出即可。结果如图

四、实验体会与收获：

本次实验主要是进行新建中学的选址分析，在进行选址分析时，要考虑很多因素，恰恰反映出ArcMap软件的强大功能，在进行距离分析时，主要用到“欧式距离”，分类时用到“重分类”，分类数目与色彩搭配对于制出的图形的美观非常重要，因此，要考虑好分类数目与色彩搭配，本次实验大多数是分为四类，色彩方面主要选用较为柔和的色带。在以后实际生活或工作中，不仅仅是做学校选址分析，还会接触到各种待建物的位置分析，所以，我们要在课下多多花费时间练习，学好选址分析，举一反三，掌握各种待建物的选址分析操作。

上机前准备：充分

不充分

未准备上机考勤：

全到

缺

次上机操作：

认真

不认真

实验计划：完成部分完成未完成

实验报告完成情况：全部按时完成，部分完成，基本未提交实验报告撰写质量：好较好

差其它：

综合评分：优

良

中

及格

不及格

实验五网络分析与空间查询

实验类型：验证性实验学时：4 实验要求：（必修）

一、实验目的与要求

使学生理解网络分析的原理；熟练掌握网络分析方法，能够运用网络分析解决实际问题；熟练掌握空间查询方法。

1．加深对网络分析基本原理、方法的认识。2．熟练掌握ArcMap网络分析的技术方法。

3．结合实际、掌握利用网络分析方法解决地学空间分析问题的能力。

二、实验软件及系统：

ArcGIS软件，Windows操作系统

三、实验内容及步骤：

（一）、实验内容

1、加深对网络分析基本原理、方法的认识。

2、熟练掌握ArcMap网络分析的技术方法。

3、结合实际、掌握利用网络分析方法解决地学空间分析问题的能力。

（二）、实验步骤

1、打开ArcCatalog 在开始菜单中，点击“ArcGis”→“ ArcCatalog”

2、点击“连接到文件夹”，选中目标文件。

3、打开文件夹，点击“road.shp”,再点击“预览”，即可查看。

4、在预览中选择表，即可查看相关信息。

5、鼠标右键点击“road.shp”，选择“新建网络数据集”，点击“下一步”，直至点击“完成”。

6、打开ArcMap，打开刚刚的文件，双击“Data frame1”,在“常规”选项卡中，将“地图”与“显示”的单位改为“米”，点击“确定”，完成设置。

7、点击“自定义”→“扩展模块”，在“Network Analyst”前的框中打上对勾，点击“关闭”完成设置。

8、点击“自定义”→“工具条”，选择“Network Analyst”,调出Network Analyst工具条。

9、点击“添加数据”，选择刚刚新建的网络数据集“road-ND.nd”,点击“添加”，在弹出的窗口中选择“是”，然后点击“确定”，完成添加。

10、在“Network Analyst工具条”上选择“新建路径”，然后点击“创建网络位置工具”，用鼠标左键选择两个点，点击“求解”，即可得到两点之间的最佳路径。

11、点击“Network Analyst窗口”，调出窗口栏，点击“点障碍”，即可添加障碍，再次点击“求解”，即可求得最新的最佳路径。

12、类似上一步，点击“线障碍”，即可添加线障碍，点击“面障碍”，即可添加面障碍，再次点击“求解”，便可得到最新的最佳路径。

四、实验体会与收获：

本次实验主要是做最佳路径分析，在平常的一些实践中，获得到数据后，经常会做一些分析操作，如选址分析，最佳路径分析等等，通过本次实验，我掌握了利用ArcMap与ArcCatalog软件做最佳路径分析，做最佳路径分析时，要新建一个网络数据集，否则，将无法进行分析操作，路径分析作为分析操作的一种，有着很广泛的用途，因此，要多多练习，以熟练掌握。

上机前准备：充分

不充分

未准备上机考勤：

全到

缺

次上机操作：

认真

不认真

实验计划：完成部分完成未完成

实验报告完成情况：全部按时完成，部分完成，基本未提交实验报告撰写质量：好较好

差其它：

综合评分：优

良

中

及格

不及格

实验六 DEM空间分析

实验类型：验证性实验学时：4 实验要求：（必修）

一、实验目的与要求

加深对DEM建立过程的原理、方法的认识；熟练掌握ArcMap中建立DEM、TIN的技术方法；结合实际、掌握应用DEM解决地学空间分析问题的能力。

1．Grid及TIN的建立

2．DEM的应用：地形指标的提取、提取等高线、地形表面的阴影图、可视性分析、水文分析。

二、实验软件及系统：

ArcGIS软件，Windows操作系统

三、实验内容及步骤：

（一）、实验内容

1．Grid及TIN的建立

2．DEM的应用：地形指标的提取、提取等高线、地形表面的阴影图、可视性分析、水文分析。

（二）、实验步骤

1、在视图目录表中添加并激活采样点层面feapt-clip1.shp。

2、执行ArcToolbox-3D Analyst Tools-Data management-TIN-Create TIN

3、在“Create TIN”对话框中，添加构造TIN的数据层，指定图层中的一个字段作为高度源（Height Source），设定三角网特征输入（Input as）方式。确定生成文件的名称及其路径，生成新的图层tin。

4、不规则三角网生成的等高线，在表面三角化中选择表面等值线，在图中出现相应的等值线。

5、在实际操作中要设置好等值线差距，在插值分析中选择反距离权重法，之后进行重分类，便可得到相应的结果。

6、在打开的3D分析的工具栏中，点击打开ArcSence,可以在上面进行三维显示，生成三维动画。

7、在属性中一定要进行在自定义表面上浮动的设置，在基本高度中，对楼房进行拉伸设置，即可实现快速三维建模。

四、实验体会与收获：

本次实验初次学习了建立DEM,TIN, 由采样点数据建立表面，由点、线数据生成TIN转为GRID，其中，在设置好等值线差距后，在插值分析中选择反距离权重法之后才可以进行重分类，这一步在操作中极易出错，实际操作中要设置好等值线差距，否则结果中便可能找不到几条等值线，在ArcSence中，一定要定义在自定义表面浮动，否则图形在图层的下方，不会起伏，本次实验细节部分还是较多的，因此，课下要多加练习以熟练操作。

上机前准备：充分

不充分

未准备上机考勤：

全到

缺

次上机操作：

认真

不认真

实验计划：完成部分完成未完成

实验报告完成情况：全部按时完成，部分完成，基本未提交实验报告撰写质量：好较好

差其它：

综合评分：优

良

中

及格

不及格

实验七缓冲区分析与叠加分析

实验类型：验证性实验学时：4 实验要求：（必修）

一、实验目的与要求

使学生理解缓冲区分析、叠加分析的地理学意义，掌握使用ArcGIS完成缓冲区分析、叠加分析的操作方法。

1.加深对缓冲区分析和叠加分析基本原理、方法的认识； 2.熟练掌握ARCMAP缓冲区分析和叠加分析的技术方法。

3.掌握利用缓冲区分析和叠加分析方法解决地学空间分析问题的能力。

二、实验软件及系统：

ArcGIS软件，Windows操作系统

三、实验内容及步骤：

（一）、实验内容

1.加深对缓冲区分析和叠加分析基本原理、方法的认识； 2.熟练掌握ARCMAP缓冲区分析和叠加分析的技术方法。

3.掌握利用缓冲区分析和叠加分析方法解决地学空间分析问题的能力。

（二）、实验步骤 1）、点数据的缓冲区分析

1、打开ArcMap

2、在ArcMap中新建地图文档，加载图层：point, StudyArea

3、打开Arctoolbox，执行命令“Spatial Analyst Tools”→“Distance”→“Euclidean Distance”，设置“Output distance raster”从而设置缓冲区栅格存放位置，并命名为“EDP”。

4、设置“Environment Settings”中“General Settings”中的“Extent”为“Same As layer StudyArea”。点击“OK”。2）、线数据的缓冲区分析

1、在ArcMap中，新建地图文档，加载line图层，将地图适当缩小。

2、打开Arctoolbox，执行命令“Spatial Analyst Tools”→“Distance”→“ Euclidean Distance”；

3、设置“Output distance raster”从而设置缓冲区栅格存放位置，并命名为“EDL”。

4、设置“Environment Settings”中“General Settings”中的“Extent”为“Same As Display”。

5、取消选定，对整个line层面进行缓冲区分析。3）、面数据的缓冲区分析

1、在ArcMap中新建地图文档，添加图层：polygon，进行缓冲区分析。

2、与创建线的缓冲区相同，先将地图适当缩小。

3、将设置“Environment Settings”中“General Settings”中的“Extent”设为“Same As Display”。

四、实验体会与收获：

本次实验主要进行缓冲区分析，在ArcMap中的众多分析工具中，缓冲区分析有着极其重要的作用，无论在实验还是平常的练习中，经常会用到缓冲区分析，例如，做一些水源污染防治，城市化影响范围，就需要用到缓冲区分析，缓冲区分析又分为三大类，点数据缓冲区分析，线数据缓冲区分析与面数据缓冲区分析，三者既相互联系，又有着区别，在实际工作中，往往会三者叠加使用，因此，课下要熟练掌握三种操作方法，切不可只了解其中一二。

上机前准备：充分

不充分

未准备上机考勤：

全到

缺

次上机操作：

认真

不认真

实验计划：完成部分完成未完成

实验报告完成情况：全部按时完成，部分完成，基本未提交实验报告撰写质量：好较好

差其它：

综合评分：优

良

中

及格

测站改正原理及其应用篇5

1 测站改正的原理

测站改正所针对的错误类型可能是测站点数据输入错误、或者是后视点数据输入错误、或者是两者的数据都输入错误, 所有的情况都是同一类问题, 也就是使得实际地面上的点有了两套坐标:一套正确的坐标, 一套错误的坐标。实际地面点的位置不变, 这是测站改正得以实现的基础和根本。

1.1 高程改正

由于后视点只起定向作用, 对观测点的高程没有影响, 因此, 对于后视点高程输入错误的情况, 只需要将其依照正确的高程改正过来即可。

而测站点高程的输入错误, 就会直接导致所有点观测点的高程受到影响, 也就是使得所有观测点的高程与其正确高程之间相差一个常数。

设测站点的正确高程为Hs T, 错误高程为Hs F;观测点的正确高程为Hi T, 错误高程为Hi F (i=1、2、3、4、5……) 。

由测站点的正确高程Hs T及错误高程Hs F可以求得高程改正数H为:

对于观测点, 其正确高程Hi T为:

将 (1) 式代入 (2) 式就得到观测点的高程改正表达式为:

1.2 平面坐标改正

由于测站改正的基础是实际地面点的位置不变, 但同一个点却分别对应着两套坐标, 因此, 测站改正可视为坐标变换, 即同一个点在不同坐标系中的坐标间的相互转换。我们可以分别通过平移变换、旋转变换和尺度变换将某个点的错误的坐标转换为正确的坐标。

1.2.1 变量假设及准备

假设正确坐标所在的坐标系为{OT;XT, YT}, 错误坐标所在的坐标系为{OF;XF, YF};测站点在正确坐标系{OT;XT, YT}下的坐标为 (Xs T, Ys T) , 后视点在正确坐标系{OT;XT, YT}下的坐标为 (Xb T, Yb T) , 观测点 (多个) 在正确坐标系{OT;XT, YT}下的坐标为 (Xi T, Yi T) (i=1、2、3、4、5……) ;测站点在错误坐标系{OF;XF, YF}下的坐标为 (Xs F, Ys F) , 后视点在错误坐标系{OF;XF, YF}下的坐标为 (Xb F, Yb F) , 观测点 (多个) 在错误坐标系{OF;XF, YF}下的坐标为 (Xi F, Yi F) (i=1、2、3、4、5……) ;旋转变换参数 (旋转角) 为θ。

说明:

(1) 上述坐标均为测量坐标, 坐标系均为测量坐标系。

(2) 上述字母含义:O代表坐标原点;X代表北坐标, 同时代表北坐标轴;Y代表东坐标, 同时代表东坐标轴;s代表测站点;b代表后视点;i代表观测点 (i=1、2、3、4、5……) ;T代表正确;F代表错误。

测站点正确坐标为 (Xs T, Ys T) , 后视点正确坐标为 (Xb T, Yb T) , 由坐标反算可计算出测站点到后视点的正确的坐标方位角αT为:

测站点错误坐标为 (Xs F, Ys F) , 后视点错误坐标为 (Xb F, Yb F) , 由坐标反算可计算出测站点到后视点的错误的坐标方位角αF为

上述的坐标方位角αT和αF均应是0°~360°范围内的角度值, 若是不在此范围内, 应该通过自身加或减360°的整数倍的方式将其归化到0°~360°的范围内。

由两个坐标方位角αT和αF可得到旋转变换参数 (旋转角) θ为

1.2.2 从坐标变换的角度来实现测站改正

当将测站改正视为坐标变换时, 它就是一种平面直角坐标变换。

从观测点的错误坐标通过变换得到其正确坐标, 需要通过两个平移变换和一个旋转变换来实现。

首先将错误坐标所在的坐标系{OF;XF, YF}通过一个平移变换转换为坐标系{O′F;XF, YF}, 这两个坐标系的坐标原点位置不同, 但坐标轴分别平行;然后, 又以O′F点为基点, 通过旋转变换将坐标系{O′F;XF, YF}转换为坐标系{O′F;X′F, Y′F}, 这两个坐标系的坐标原点相同, 只是坐标轴之间分别形成一个夹角, 这个夹角为旋转变换参数θ, 即X′F与XF或Y′F与YF的夹角为旋转变换参数θ;最后, 再通过平移变换将坐标系{O′F;X′F, Y′F}转换为正确坐标系{OT;XT, YT}, 这两个坐标系坐标原点不同, 但坐标轴相互平行, 即X′F与XT平行, Y′F与YT平行。

(1) 第一次平移变换

此次变换为将错误坐标所在的坐标系{OF;XF, YF}变换为坐标系{O′F;XF, YF}, 这两个坐标系的坐标原点不同, 坐标轴分别平行。其中O′F位于测站点所在的位置, 即O′F在坐标系{OF;XF, YF}下的坐标就是 (Xs F, Ys F) 。

观测点在坐标系{OF;XF, YF}下的坐标前面已设为 (XiF, YiF) , 此处又设观测点在坐标系{O′F;XF, YF}下的坐标为 (Xi′F, Yi′F) 。

由于O′F在坐标系{OF;XF, YF}下的坐标为 (Xs F, Ys F) , 即新坐标系{O′F;XF, YF}的坐标原点O′F在原坐标系{OF;XF, YF}下的坐标为 (Xs F, Ys F) , 所以可得到平移变换参数为:

由平移变换公式可以得到观测点在坐标系{O′F;XF, YF}下的坐标 (Xi′F, Yi′F) 与其在坐标系{OF;XF, YF}下的坐标 (XiF, YiF) 的关系为:

(2) 旋转变换

由坐标系{O′F;XF, YF}到坐标系{O′F;X′F, Y′F}的变换为旋转变换, 这两个坐标系的原点相同, 均为O′F点, 只是两坐标系的坐标轴之间的夹角为旋转角θ, 即X′F与XF或Y′F与YF的夹角为θ。

设观测点在坐标系{O′F;X′F, Y′F}下的坐标为 (Xi′′F, Yi′′F) , 由旋转变换公式可得观测点在坐标系{O′F;X′F, Y′F}下的坐标 (Xi′′F, Yi′′F) 与其在坐标系{O′F;XF, YF}下的坐标 (Xi′F, Yi′F) 的关系为:

(3) 第二次平移变换

此次变换为将坐标系{O′F;X′F, Y′F}变换为最终的正确坐标所在的坐标系{OT;XT, YT}。这两个坐标系的坐标原点不同, 坐标轴分别平行。

O′F代表的是测站点的位置, 因此在正确坐标所在的坐标系{OT;XT, YT}下坐其坐标为测站点的正确坐标 (Xs T, Ys T) 。

由于坐标系{O′F;X′F, Y′F}的坐标原点O′F在坐标系{OT;XT, YT}下的坐标为 (Xs T, Ys T) , 从而可以反推出坐标系{OT;XT, YT}的坐标原点OT在坐标系{O′F;X′F, Y′F}下的坐标为 (-Xs T, -Ys T) , 从而得到从坐标系{O′F;X′F, Y′F}变换为坐标系{OT;XT, YT}的平移参数为:

由平移变换公式可得到观测点在坐标系{OT;XT, YT}下的坐标 (Xi T, Yi T) 与其在坐标系{O′F;X′F, Y′F}下的坐标 (Xi′′F, Yi′′F) 的关系为

由 (4) 式~ (16) 式可以得到以观测点的错误坐标 (Xi F, Yi F) 及其它已知量来表示其正确坐标 (Xi T, Yi T) 的表达式为:

1.2.3 从单纯求解坐标的角度来实现测站改正

对于某个观测点i (i=1、2、3、4、5……) 来说, 其正确坐标根据坐标正算公式可以表示为:

其中, (Xs T, Ys T) 为测站点的正确坐标, 为已知;Si为测站点与观测点之间的水平距离, 可以间接求取;αi T为测站点到观测点的正确坐标方位角, 也可以间接求取。

由于测站点与观测点实际位置不变, 所以两者之间的水平距离也就是固定的, 无论是错误坐标还是正确坐标, 其反算出的水平距离都应该相等, 所以测站点与观测点之间的水平距离Si可以由测站点与观测点的错误坐标通过坐标反算得出, 即:

测站点到观测点的正确的坐标方位角可由测站点到观测点的错误的坐标方位角加上一个改正数获得, 这个改正数就是旋转变换参数θ。

由测站点错误坐标 (Xs F, Ys F) 及观测点错误坐标 (Xi F, Yi F) 计算出测站点到观测点的错误坐标方位角αi F为:

从而可以得到测站点到观测点的正确坐标方位角αi T为:

由 (4) 式~ (6) 式和 (19) 式~ (23) 式可以得到由坐标正算公式表示的观测点的正确坐标为:

1.3 原理评述及说明

(1) 上述两种方式均可以实现测站改正, 第一种方式侧重于从数学的角度来分析和解决问题, 第二种方式侧重于从测量学的角度来分析和解决问题。

(2) 由上面的分析可知, 测站点与后视点的作用和重要性是不一样的, 所以实际使用过程中, 一定要分清在正确坐标系和错误坐标系下哪个点是测站点哪个点是后视点, 而且要一一对应, 不能搞错, 一旦搞错, 就会得到错误的结果。

2 测站改正的实现

将测站改正的原理具体实现, 应用到工作中, 可以有不同的方式。

2.1 使用专业测量软件

目前, 很多专业的测量软件都集成了测站改正的功能, 在实际工作中可以直接使用这些软件来实现测站改正。这些软件一般都经过严格的测试, 比较成熟, 可靠性比较高, 一般不会出现错误;但这种方式的缺点是成本比较高, 而且功能已经固定, 只能按照其指定操作进行, 并且得到的改正结果格式也是固定的。

2.2 使用编程工具编制小软件

可以使用专门的编程工具, 如Visual C++、Visual Basic等按照测站改正的公式编制一个小软件, 以此来实现测站改正的功能。这种方式方便灵活, 可以根据需要实现不同的功能和目的, 而且可以实现对原始数据文件的操作, 并最终根据不同的需要输出不同的结果, 使用上极为方便。同时, 这种方式的缺点是要求较高, 需要具备一定的编程知识才能实现, 而且也要经过大量的不断的测试, 通过验证才能使用。

参考文献

[1]詹长根.地籍测量学[M].武汉:武汉大学出版社, 2001.

[2]张正禄.工程测量学[M].武汉:武汉大学出版社, 2002.

[3]孔祥元, 郭际明, 刘宗泉.大地测量学基础[M].武汉:武汉大学出版社, 2001.

GIS原理及其应用篇6

电解原理及应用是高中化学重要内容, 包括电极判断、电极反应式的书写、电解产物的判断和溶液pH的变化等, 也是高考重点考查的知识点.对于考查角度有多种多样, 方式灵活多变, 特别是今年高考试题中对该知识点的考查体现出“能力立意, 关注双基, 综合应用, 学以致用”的特点.现例举如下.

一、电解规律的应用

例1 (2008年上海12) 如图1所示, 取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸, 两根铅笔芯作电极, 接通直流电源, 一段时间后, 发现 a 电极与试纸接触处出现一个双色同心圆, 内圆为白色, 外圆呈浅红色.则下列说法正确的是 ( )

(A) b 电极是阴极

(B) a 电极与电源的正极相连接

(D) b 电极附近溶液的pH变小

解析:电解饱和食盐水溶液在阴极放出H2气并生成NaOH, 使阴极区碱性增强;阳极放出Cl2气体, 而Cl2少部分又与水反应生成HCl、HClO, 导致阳极区酸性增强.a 极外圈呈浅红色, 溶液显碱性, a 极是阴极, 与外接电源的负极相连.b 极是阳极, 电解过程中产生Cl2, 使 b 极附近的溶液酸性增强, pH变小.由于电解是在外加电源作用下, 发生氧化还原反应, 物质与电源间产生电子得失关系, 并没有发生自发的氧化还原反应, 故H2O既不是氧化剂又不是还原剂.答案: (D) .

例2 (2008年广东5) 用铜片、银片、Cu (NO3) 2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥 (装有琼脂—KNO3的U型管) 构成一个原电池.以下有关该原电池的叙述正确的是 ( )

①在外电路中, 电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为:Ag++e-=Ag ③实验过程中取出盐桥, 原电池仍继续工作 ④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同

(A) ①② (B) ②③

解析:Cu作负极, Ag作正极.

负极:Cu-2e-=Cu2+

正极:Ag++e-=Ag

在外电路中, 电子由Cu电极流向Ag电极, 而电流方向与电子流向相反, 所以①错.没有盐桥, 原电池不能继续工作, ③错.无论是否为原电池, 反应实质相同, 均为氧化还原反应.答案: (C) .

二、有关电解原理的计算

例3 (2008年全国13) 电解100mL, 含c (H+) =0.30 mol/L的下列溶液.当电路中通过0.04 mol 电子时, 理论上析出金属质量最大的是 ( )

(A) 0.10 mol/L Ag+

(B) 0.20 mol/L Zn2+

(D) 0.20 mol/L Pb2+

解析:题中涉及五种阳离子, 电解时, 放电的先后顺序为:Ag+、Cu2+、H+、Pb2+、Zn2+.电路中通过0.04 mol电子时, 理论上析出金属质量依次是:

Ag:0.10 mol/L×0.1L×108 g/ mol=1.08 g;

Cu:0.20 mol/L×0.1L×64 g/ mol=1.28 g;

答案: (C) .

例4 (2008年天津12) 下列叙述正确的是 ( )

(A) 在原电池的负极和电解池的阴极上都发生失电子的氧化反应

(B) 用惰性电极电解Na2SO4溶液, 阴阳两极产物的物质的量之比为1∶2

(D) 镀层破损后, 镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀

解析:在原电池的负极和电解池的阳极都发生氧化反应, (A) 错;电解Na2SO4实质是电解水, 在阴极产生H2, 在阳极产生O2, 二者体积比为2∶1, 所以 (B) 错;根据电解NaCl的方程式:

$2 Ν a C l + 2 Η_{2} Ο =_{}^{通电} 2 Ν a Ο Η + C l_{2} ↑ + Η_{2} ↑$

可知, 每转移1 mol 电子, 生成1 mol NaOH, 故 (C) 对;镀层破损后, 镀锌铁板更耐腐蚀, 因为锌做负极, 铁做正极被保护, 所以 (D) 错.答案: (C) .

三、电解原理与实际应用相结合

例5 (2008年北京5) 据报道, 我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在北京奥运会期间为运动员提供服务.某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液.下列有关该电池的叙述不正确的是 ( )

(A) 正极反应式为:O2+2H2O+4e-=4OH-

(B) 工作一段时间后, 电解液中KOH的物质的量不变

(D) 用该电池电解CuCl2溶液, 产生22.4L Cl2 (标准状况) 时, 有0.1 mol 电子转移

解析:本题是对电化学基础知识的考查, 总反应方程式的书写、电极反应式的书写、电解液酸碱性的变化以及电子转移的简单计算.电解CuCl2溶液, 产生22.4L Cl2 (标准状况) , 即生成了0.1 mol Cl2, 有0.2 mol 电子转移.答案: (D) .

例6 (2008年重庆12) 如图2所示, 将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中, 再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液, 冷却后形成琼胶 (离子在琼胶内可以移动) , 下列叙述正确的是 ( )

(A) a 中铁钉附近呈现红色

(B) b 中铁钉上发生还原反应

(D) b 中铝条附近有气泡产生

解析:a 中构成的是铁铜原电池, 铁作为负极, 发生氧化反应, 电极反应为Fe-2e-=Fe2+, 没有红色出现, (A) 项错;铜作为正极, 发生还原反应, (C) 项不正确;b 中构成铁铝原电池, 铝作负极, 失去电子, 发生Al-3e-=Al3+, 没有气体产生, (D) 项错;铁作正极, 发生还原反应, (B) 项正确.答案: (B) .

例7 (2008年海南7) 关于铅蓄电池的说法正确的是 ( )

(A) 在放电时, 正极发生的反应是

Pb (s) +SO $_{4}^{2 -}$ (aq) =PbSO4 (s) +2e-

(B) 在放电时, 该电池的负极材料是铅板

(D) 在充电时, 阳极发生的反应是

PbSO4 (s) +2e-=Pb (s) +SO $_{4}^{2 -}$ (aq)

解析:电池在放电时, 正极发生还原反应, (A) 错;负极发生氧化反应, (B) 正确;充电时发生反应:

$2 Ρ b S Ο_{4} + 2 Η_{2} Ο =_{}^{通电} Ρ b + Ρ b Ο_{2} + 2 Η_{2} S Ο_{4}$

硫酸浓度变大, (C) 错;充电时阳极发生氧化反应, (D) 错.答案: (C) .

四、化工生产中电解原理的应用

例8 (2008年重庆26) N2O5是一种新型硝化剂, 其性质和制备受到人们的关注.

(1) N2O5与苯发生硝化反应生成的硝基苯的结构简式是__

(2) 已知

$2 Ν_{2} Ο_{5} (g) \overset{}{\to} 4 Ν Ο_{2} (g) + Ο_{2} (g)$ ;ΔH>0

①反应达平衡后, 若再通入一定量氮气, 则N2O5的转化率将__. (填“增大”、“减小”、“不变”)

②表1为反应在T1温度下的部分实验数据:

则500 s 内N2O5的分解速率为__.

③在T2温度下, 反应1000 s 时测得NO2的浓度为4.98 mol·L-1, 则T1__T2.

(3) 如图3所示装置可用于制备N2O5, 则N2O5在电解池的__区生成, 其电极反应式为__.

解析: (1) 写出硝基苯的结构简式; (2) 充入N2不影响化学平衡的移动, N2O5的转化率将不改变; (5-3.52) mol·L-1/500 s=0.00296 mol·L-1·s-1;从表中数据可得出1000 s 时, c (N2O5) =2.48 mol·L-1, 则会生成2.48 mol·L-1×2=4.96 mol·L-1<4.98 mol·L-1, 则说明T2时平衡正向移动了.而该反应ΔH>0, 为吸热反应, 所以T2要高一些.N2O4转化为N2O5化合价是升高的, 即失去电子, 应发生在阳极处.

答案: (1)

(2) ①不变 ②0.00296 mol·L-1·s-1 ③“<”或“小于”

(3) 阳极 N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+

五、以实验为载体考查电解原理的应用

例9 (2008年全国Ⅱ10) 如图4所示为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置.通电后在石墨电极 a 和 b 附近分别滴加一滴石蕊溶液.下列实验现象中正确的是 ( )

(A) 逸出气体的体积, a 电极的小于 b 电极的

(B) 一电极逸出无味气体, 另一电极逸出刺激性气味气体

(D) a 电极附近呈蓝色, b 电极附近呈红色

解析:根据图4可以写出电极反应式:

阳极 (b极) :4OH--4e-=O2+2H2O

阴极 (a极) :4H++4e-=2H2

在两极滴入石蕊溶液, b 极溶液显酸性而呈红色, a 极溶液显碱性而呈蓝色;逸出气体体积 a 电极大于 b 电极;且H2和O2均为无色无味气体.答案: (D) .

例10 (2008年海南29) 如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容.为研究铁锈蚀的影响因素, 某同学做了如下探究实验:

回答以下问题:

(1) 上述实验中发生了电化学腐蚀的是 (填实验序号) __;在电化学腐蚀中, 负极反应是__;正极反应是__;

(2) 由该实验可知, 可以影响铁锈蚀速率的因素是__;

(3) 为防止铁的锈蚀, 工业上普遍采用的方法是__ (答两种方法) .

解析: (1) 根据实验现象, 3、4、5、6都发生了腐蚀且符合电化学腐蚀的条件, 只是腐蚀的速率不同.实验条件下主要是吸氧腐蚀.

(2) 比较实验3、4, 可知较高浓度的O2会加速铁的锈蚀;比较实验4、5, 可知较高的温度可加速铁的锈蚀;比较实验5、6, 可知铁接触电解质溶液可大大加速铁的锈蚀.

(3) 根据电化学原理防止铁的腐蚀:覆盖保护层可以阻断铁制品跟电解质溶液、潮湿空气的接触, 无法形成原电池而不易腐蚀:牺牲阳极的阴极保护, 是利用原电池原理, 在钢铁制品的某一部位放置比铁活泼的金属, 当形成原电池时该较活泼金属被腐蚀而保护了钢铁制品;改变金属的内部组织结构可以在形成原电池时Fe不做负极而被保护.

答案: (1) 3、4、5、6

Fe-2e-=Fe2+

O2+4e-+2H2O=4OH-

(2) O2的浓度、温度、电解质溶液

(3) 覆盖保护层、牺牲阳极的阴极保护法、改变钢铁的内部组织结构 (掺入Cr等合金元素) 等.

GIS原理及其应用篇7

以工业PC为硬件平台、PC操作系统为软件平台开发测控系统是当前工业实时测控系统的一个重要的研究方向。DOS和WINDOWS是PC上的主流操作系统, 但是DOS和WINDOWS在解决实时多任务的实现问题上存在着许多缺点;商业实时操作系统, 虽然性能较好, 但是价格昂贵, 源代码保密, 对实时系统开发带来很多不便。

自由软件Linux操作系统的出现提供了改变这种局面的契机。Linux本身是通用分时的操作系统, 不具有实时性。要将RTLinux应用于实时领域, 必须对其进行实时性改造。近些年来, 国际上陆续提出了一些对Linux进行实时性改造的技术方案, 也出现了很多相应的实时Linux的成果。在众多的实时Linux优秀成果当中, RTLinux是最早出现的, 可以说是实时化Linux中的鼻祖;在实时性能上也是其中的佼佼者。

2. RTLinux的实现原理及编程接口

2.1 RTLinux的实现原理

RTLinux是新墨西哥科技大学 (New Mexico Institute of Technology) 的研究成果。它实现的本质是在原有Linux基础上再设计一个专门用于处理实时进程的微内核。RTLinux在Linux内核和硬件中断之间插入了一个"虚拟机"层 (Virtual Machine) ――RTLinux内核。就标准Linux而言, 新的"虚拟机"层 (Virtual Machine) 看起来就是实际的硬件。RTLinux引入了中断模拟器, 先于Linux内核拦截硬件中断, 这样Linux就不能真正禁止硬件中断, 所以不管Linux处于什么状态, 它都不能延长实时系统的中断响应时间。RTLinux还引入了一个可抢占的、固定优先级的调度器 (scheduler) , 它把原来的Linux内核作为实时内核下的一个随时可被实时进程抢占的优先级最低的进程。

2.2 RTLinux应用程序设计原则

RTLinux的应用程序分为实时任务和非实时任务。实时任务主要负责响应外设数据采集的中断, 对外设数据进行采集等。非实时任务主要包括数据显示、用户交互、数据存储、网络功能等等。

应用程序运行于两个空间:用户空间和内核空间。RTLinux提供了应用程序接口, 借助这些API函数将实时处理部分编写成内核模块, 并装载到RTLinux内核中, 运行于RTLinux的内核态。非实时部分的应用程序则在Linux下的用户空间中执行, 这样就可以发挥Linux对网络功能、图形功能、窗口系统等功能的强大支持。

在应用当中, 实时任务要与非实时任务进行通信, 比如进行数据交换, 传送控制指令等。RTLinux提供多种途径来实现进程间通信 (Inter-Process Communication) , 最主要的是实时FIFO和共享内存两种, 实时FIFO和共享内存这两种通信机制都有各自的特点和不同的使用范畴, 在应用中可以使用FIFO, 也可以使用共享内存, 也可以两种方式结合使用。

3. RTLinux在IPC测控系统中的应用

3.1 IPC测控系统的硬件设计

在分析研究了RTLinux的实现原理及软件设计原则后, 我们将RTLinux应用到一套现成的IPC测控系统中。该系统是以工业控制计算机为核心, 通过ISA总线, 在系统中加入开关量输入/输出板卡、模拟量输入/输出板卡、定时器/计数器板卡, 并与一套测控对象实验装置 (测控对象主要包括直流电动机、步进电动机、温度测控子系统、模拟模型的小型变电站的多个模拟量和开关量) 连接, 构成了一个小型电站的模拟监控系统。该IPC测控系统的硬件结构如下图1所示。

选用INDUSTRIAL COMPUTER 810工业控制计算机作为主机;采用我们自行开发的WJ-KG48开关量模板完成对16路开关量的采集、控制和驱动16路LED指示灯, 控制定时器/计数器板卡上8254的GATE引脚和控制步进电动机脉冲分配器的模式;采用我们自行开发的WJ-16AD-2DA模拟量模板 (16路模拟量输入) 完成对15路模拟量的采集和温度测控子系统的温度采集;采用我们自行开发的一块WJ-6T定时器/计数器模板完成对步进电机和直流电动机控制。WJ-6T模板包含有两片8254, 用8254_1和8254_2加以区别。每片8254有3个16位的计数器。该模板在本系统的作用是:8254_2的T0、T1来产生PWM信号以控制直流电动机, 用T0、T2来产生步进信号以驱动步进电动机;用该模板上的8254_1的T0对步进回送脉冲计数, 控制步进机的定位;T1对直流电动机的速度脉冲计数, 以测量直流电动机转速, 根据测试结果来调节PWM信号的占空比, 从而达到控制直流电机转速的目的。该系统主要包括4个实时任务和6个非实时任务。具体如下:

(1) 实时模块

RTLinux下对任务的响应有中断方式和定时周期方式。在该应用中, 我们对系统中四个实时任务采用定时周期方式来进行调度。内核模块以多线程的模式编写, RTLinux内核提供了很多与多线程对应的API函数。通过使用这些API函数可以提供对实时任务的创建、删除、任务的调度和控制等功能。因此该系统中在内核模块中创建了4个线程来完成上述4个实时任务。

内核模块通常至少包含三个函数:init_module () 、实时任务线程和cleanup_module () 这三个函数。Init_module () 主要用于完成一些初始化工作, 如分配RT-FIFO和定义FIFO的处理函数、分配共享内存、以及对数据采集卡做一些初始化设定工作, 初始化内核线程、创建实时任务线程;实时任务线程即完成相应地4个实时任务;cleanup_module () 是在程序退出时, 要把加载到内核的模块卸载了。在卸载模块前, 在这里进行一些清除动作。即:删除启动的实时进程、删除分配的RT-FIFO和共享内存, 释放申请的I/O地址。

四个实时任务的具体实现如下:

⑴开关量任务

对于开关量任务, 首先要在初始化模块函数中置入8255的控制字, 在开关量任务就绪得到CPU运行时, 就可以直接读取8255上的口地址, 就可以读取16路开关量信号。如下图所示。

⑵模拟量任务

对于模拟量任务, 当任务启动后, 要先置入通道号, 经过一定的A/D转换时间, 才能读取相应通道号的模拟量值。

⑶直流电动机调速任务

直流电动机调速任务是一个闭环的系统, 系统框图如图2:

首先在初始化函数中, 置入给定的速度值, 设定PWM信号的占空比, 驱动电动机按给定值运行, 通过红外收发器和整形放大电路, 在8254_1 T1中得到一个任务周期的速度脉冲数, 通过速度脉冲数可以计算出直流电动机的转速, 通过给定值与速度脉冲数进行比较, 得到速度偏差, 再经过乘以比例系数, 得到8254_2 T0, T1的初值, 来调节PWM信号的占空比, 达到自动调节直流电动机转速的目的。

⑷温度测控子系统

温度测控子系统任务执行的框图如图3所示。首先当任务周期到, 线程启动后, 读取温度值, 与给定值进行比较, 计算偏差, 根据偏差来选择步进电动机正/反转, 根据控制算法, 计算出步进电动机的步进数, 然后调用步进电动机控制子程序, 进行步进电动机的步进控制。温度测控子系统任务流程图如下所示。

(2) 非实时部分

非实时模块完成实时数据的处理、存储和人机交互的数据显示, 主要包括小型电站的主接线图的作图、上述的7个非实时任务 (这7个非实时任务被设置为键盘按键任务) 、数据存储和系统运行的操作菜单。

在开发作图方面, 采用SVGAlib库进行。SVGAlib是Linux Console下的VGA驱动函数库。虽然它的品质还是有点低, 支援的显示卡种类不算太多, 但是有许多的游戏及程序都是用它来做开发, 可以算是非官方的标准了。而且SVGALIB提供了丰富的作图函数, 操作简单易行。

(3) 实时模块与非实时部分的接口

实时部分负责对数据的采集、处理和数据输出, 非实时部分要进行数据的存储和显示。所以为了使实时模块和非实时模块能结合起来, 形成一个整体, 那么实时任务就要和非实时任务进行通信, 即进行数据交换。在该系统中我们采用RT-FIFO, 一共采用了4个RT-FIFO管道, 分别用于传送实时采集到的数据, 数据从实时内核模块传送到Linux用户空间程序。

实时FIFO是一种先进先出 (First In First Out) 的队列, Linux进程和RTLinux线程可以对实时FIFO进行读写操作。FIFO是单向的, 但是为了数据交换, 也可以用一对FIFOs来实现双向。实时FIFO被Linux视为字符设备。RT-FIFO本身具备完善的同步机制, 无须自行增加同步机制, 所以使用起来非常简单。它的实现主要包括创建、读/写操作、释放三个步骤。另外可以通过rtf_create_handler () 函数为RT-FIFO数据安装处理程序, 避免了阻塞式的调用, 当有数据可读时, 立即处理;无数据可读时不会陷入无限等待状态。

在Linux用户空间的非实时模块可以无任何限制地使用字符设备的读/写函数 (如open、write、read和close等) 来对FIFO进行操作。

4. 结论

在工业PC测控系统中引入了Linux及其实时化改造的成果, 是在工业PC测控系统领域中的一个尝试, 解决了以往在DOS和Windows环境下开发基于PC平台的实时多任务系统的缺点。Linux因其稳定性、高效性、可靠性和开放源代码, 以及在实时应用中许多成功的应用范例, 目前已经成为实时测控领域最受关注的研究热点之一。Linux及其实时化成果无疑为实时测控领域开创了一条新的道路, 相信通过Linux系统与其实时化成果相结合, 可以创造出更多类型、性能良好的实时测控系统, 应用前景将十分广泛。

参考文献

[1].Ismael Ripoll.Real Time linuxⅡ, http://www.linuxfocus.org/English/article/article33.html

[2].Victor Yodaiken.The RTLinux Manifesto, Department of ComputerScience New Mexico Institute of Technology, 1～12

[3].陈曾汉等编著.工业PC及测控系统.机械工业出版社.2004.1

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