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地球信息科学导论教学讲义


地理信息科学导论

哈尔滨学院地理系 GIS 教研室 2013 年 9 月





第 O 章 绪论.................................................................................................

.......................................................... 1 0.1 课程简介....................................................................................................................................................1 0.2 本课程的学习要求....................................................................................................................................1 0.3 学习方法....................................................................................................................................................2 0.4 教材与参考书籍........................................................................................................................................2 0.5 课程知识体系............................................................................................................................................3 0.6 地球信息科学............................................................................................................................................4 0.7 地理信息系统............................................................................................................................................4 0.8 几个相关的基本概念................................................................................................................................4 0.9 本专业方向的主要课程..........................................................................................................................10 第一章 地理信息科学概述..................................................................................................................................11 1.1 地理信息科学的基础知识......................................................................................................................11 1.2 研究内容和应用领域..............................................................................................................................15 1.3 地理信息科学的发展..............................................................................................................................18 第二章 地理信息获取..........................................................................................................................................24 2.1 地理信息定位基础..................................................................................................................................24 2.2 地形测量..................................................................................................................................................27 2.3 全球导航卫星系统与信息获取............................................................................................................. 36 2.4 遥感技术与信息获取..............................................................................................................................42 第三章 地理信息管理..........................................................................................................................................48 3.1 地理信息与社会生活..............................................................................................................................48 3.2 地理信息系统基本概念..........................................................................................................................49 3.3 地理数据表达..........................................................................................................................................51 3.4 地理数据表达..........................................................................................................................................54 3.5 空间分析..................................................................................................................................................59 第四章 地理信息表达与可视化..........................................................................................................................63 4.1 地理信息可视化概念..............................................................................................................................63 4.2 地理信息可视化方法与应用..................................................................................................................64 4.3 虚拟地理环境..........................................................................................................................................66 第五章 地理信息应用与服务..............................................................................................................................69 5.1“3S”集成................................................................................................................................................... 69 5.2WebGIS..................................................................................................................................................... 70 5.3 位置服务..................................................................................................................................................71 5.4 数字城市..................................................................................................................................................73

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第O章 绪论
0.1课程简介
是地理信息系统(GeographicalInformationSystem,GIS)专业方向的第一门专业课 程。主要掌握以下知识内容的基本情况和课程的入门。 (1)地理信息科学的形成与发展 (2)地理信息获取、管理、表达与可视化 (3)地理信息的应用与服务 (4)与地理信息系统专业相关的应用软件。

0.2本课程的学习要求
掌握本专业方向的几个基本概念;了解并掌握地理信息科学的知识体系;了解信息科 学和信息技术的基础知识;了解地理信息系统的专业基础;了解地理信息技术在地理学的 应用。 0.2.1 大学的学习要求 学分制:大学实行学分制,获得要求的学分即可毕业。 课程类别:必修课与选修课、公共课程、专业课程、实践课程;课程需要选择后才能 学习。 0.2.2 成绩评定 学分:每门课程有相应的学分,课程通过考核,成绩合格后,获得相应学分。 绩点:根据成绩的段位,核定绩点。 等级:根据绩点,核定等级,如优秀、良好、及格等。 0.2.3 考核方法 (1)考试、考查:必修课程均为考试,其余课程为考查。 (2)闭卷与开卷:考试课程均为闭卷考试,考查课程多为开卷考试或其它方式考试。 0.2.4 成绩考核 根据学校要求,平时成绩占 40%: 平时成绩:出勤占 10%,作业占 30% 考试成绩占 60% 本课程是专业选修课,2 学分。

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0.3学习方法
0.3.1 大学的学习方法 同一起跑线上,学习目标,自主学习;独立思考、钻研、解决问题;掌握规律,掌握 方法,拓宽知识领域。 0.3.2 本课程的学习方法 掌握基本概念;广泛收集资料(互联网);阅读相关文献(参考书);完成相关作业。

0.4教材与参考书籍
0.4.1 教材 书名 地理信息科学导论

作者

张友静、许捍卫、佘远见、王红等

出版社

国防工业出版社

出版日期

2009 年 11 月

0.4.2 参考书籍 书名 《数字地球导论》第 2 版

作者

承继成、郭华东、薛勇

出版社

科学出版社

出版日期

2010 年 1 月

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书名 作者 出版社 出版日期 译者

《地理信息系统导论》 (美国)Kang-tsungChang 清华大学出版社 2009 年 1 月 陈健飞

0.5课程知识体系

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0.6地球信息科学
0.6.1 基本定义: 由全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、计算机技术和数字传 输网络等一系列现代技术高度集成,及在信息科学与地球系统科学交叉基础上形成的,以 信息流为手段,研究地球系统内部物质流、能量流和人流运动规律的一门应用科学。 0.6.2 学科定位 所属学科:地理学(一级学科)地球信息科学(二级学科) 研究地理信息采集、分析、存储、显示、管理、传播与应用,及研究地理信息流的产 生、传输和转化规律的一门科学。 主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中 提出的一系列基本问题。

0.7地理信息系统
0.7.1 基本定义: 在计算机软件、硬件及网络支持下,对有关空间数据进行预处理、输入、存储、查询 检索、处理、分析、显示、更新和提供应用以及在不同用户、不同系统、不同地点之间传 输地理数据的计算机信息系统。 0.7.2 学科定位 所属学科:地理学(一级学科)地理信息系统(二级学科)

0.8几个相关的基本概念
0.8.1 地球 1.地理学定义 环绕太阳运行的行星之一,人类居住的星球 2.天文学定义 太阳系八大行星之一,人类生活所在的行星 地球是太阳系从内到外的第三颗行星,是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星。 它经常被称作世界。 3.地球(Earth)词源 开始只表示人们在上面行走的大地。

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后来不仅表示我们脚下的大地,而且逐渐表示整个世界。

4.地球是一个两极略扁的不规则椭球体。 地球自转产生的惯性离心力使得球形的地球由两极向赤道逐渐膨胀,成为目前的略扁 的旋转椭球体,极半径比赤道半径短约 21 千米。 赤道半径 6378.137km 两极半径 6356.752km 椭圆率 0.0033529 平均半径 6372.797km 纵横比 0.9966471 表面积 陆地面积(七大洲) 148939100 中 k ㎡ 占 29.2% 水域面积(四大洋) 361126400k ㎡ 占 70.8% 5.地球的结构——圈层结构 外部结构: 水圈、大气圈、生物圈、岩石圈 内部结构: 地壳、地幔、地核 地质年代——地球的历史 太古代:出现海洋水的藻类 元古代:多细胞生物出现

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古生代:生命大爆发 中生代:生物种类灭绝,哺乳动物出现 新生代:生物种类灭绝,人类出现 6.地球的宇宙环境 以地球为中心的宇宙环境,从两个层面理解。 宏观: 指地球在天体系统中所处的位置, 即地月 系—太阳系—银河系—总星系; 微观:指地球在太阳系中所处的位置。 在无限宇宙空间中, 地球只是沧海之一粟, 它处 在永不止息的运动中。 7.地球表面环境变化 大气污染加重 水资源逐渐枯竭 土地不断沙漠化 生物资源不断减少 8.地球上的人口增长 联合国人口基金会公布全球人口增长历程: 1804 年:10 亿, 1927 年:20 亿 1960 年:30 亿 1975 年:40 亿 1987 年:50 亿 1999 年:60 亿 2005 年:64 亿 2008 年:69 亿 截至 2005 年 6 月, 世界人口已达 64.77 亿。 2011 年 10 月 31 日凌晨前 2 分钟,作为全球第 70 亿名人口象征性成员的丹妮卡·卡马乔在菲律 宾降生。 9.地球上的人类活动 人类的各种各样的生产和生活活动,对人类生存的环境产生了巨大的影响。 人地关系发生了变化,影响人类生产和生活;资源枯竭、灾害频繁、淡水减少、气候

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异常、土地沙化、环境污染等等;对地球的理解要全面。 0.8.2 信息 1.基本定义: “信息”一词历史悠久,两千多年前即有“信”字出现。“信”常可作消息理解。作为日常用 语,“信息”经常是指“音讯、消息”的意思,但至今信息还没有一个公认的定义。 载体:声音、语言、文字、图像、动画、气味等。 2.不同的定义: 科技名词定义:以适合于通信、存储或处理的形式来表示的知识或消息。 信息论术语:消息中有意义的内容。 “信息论”创始人定义: 香农定义:“信息是能够用来消除不确定性的东西”。 逆香农定义:信息是确认肯定性(确定性)的东西。或信息是肯定性的确认。 3.信息的特征 (1)空间自相关 (2)地理尺度 (3)不确定性 (4)时空不可分割 其它: 概括:区域性、多维性、时序(效)性 4.信息分三大类 宇宙信息: 指在宇宙空间, 恒星不断发出的各种 电磁波信息和行星通过反射发出的信息, 形成了直接 传播的信息和反射传播的信息。 地球自然信息:指地球上的生物为繁衍生存而表现出来的各种行动和形态,生物运动 的各种信息以及无生命物质运动的信息。 人类社会信息:指人类通过手势、眼神、语言、文字、图表、图形和图像等所表示的 关于客观世界的间接信息。 5.信息是人类文明赖以发展的基础 人类所有的知识、所有的故事都是信息。 信息的积累和传播,是人类文明进步的基础。 人类社会赖以生存、发展的三大基础: 物质、能量和信息。

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世界是由物质组成的,能量是一切物质运动的动力,信息是人类了解自然及人类社会 的凭据 0.8.3 信息技术 1.基本定义: 信息技术,简称 IT,是用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。 它应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。它也 被称为信息和通信技术。 主要包括传感技术、计算机技术和通信技术。 2.通信科技定义 有关数据与信息的应用技术。其内容包括:数据与信息的采集、表示、处理、安全、 传输、交换、显现、管理、组织、存储、检索等。 3.资源科技定义: 利用电子计算机、遥感技术、现代通信技术、智能控制技术等获取、传递、存储、显 示和应用信息的技术。 4.信息技术包含的技术 感测与识别技术:它的作用是扩展人获取信息的感觉器官功能。 信息传递技术:它的主要功能是实现信息快速、可靠、安全的转移。 信息处理与再生技术:信息处理包括对信息的编码、压缩、加密等。 信息施用技术:是信息过程的最后环节。它包括控制技术、显示技术等。 0.8.4 信息系统 1.基本定义: 由计算机硬件、网络和通讯设备、计算机软件、信息资源、信息用户和规章制度组成 的以处理信息流为目的的人机一体化系统。 2.信息系统的类型 数据处理系统(DataProcessingSystem,简称 DPS) 管理信息系统(ManagementInformationSystem,简称 MIS) 决策支持系统(DecisionSustainmentSystem,简称 DSS) 专家系统(人工智能(AI)的一个子集) 虚拟办公室(OfficeAutomation,简称 OA)五种类型 3.信息系统的五个基本功能 输入功能: 系统输入功能决定于系统所要达到的目的及系统的能力和信息环境的许可。 存储功能:系统存储信息资料和数据的能力。
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处理功能:基于数据仓库技术的联机分析处理和数据挖掘技术。 输出功能:保证最终实现最佳输出的能力。 控制功能:对整个处理环节的控制,包括设备和控制软件。 0.8.5 信息科学 1.基本定义: 信息科学是指以信息为主要研究对象, 以信息的运动规律和应用方法为主要研究内容, 以计算机等技术为主要研究工具,以扩展人类的信息功能为主要目标的一门新兴的综合性 学科。 2.信息是 21 世纪的支柱,信息科学是信息时代的必然产物。 0.8.6 数字地球 1.基本定义: 一个以地球坐标为依据的、具有多分辨率的海量数据和多维显示的地球虚拟系统。 数字地球看成是“对地球的三维多分辨率表示、它能够放入大量的地理数据”。 是关于整个地球、全方位的 GIS 与虚拟现实技术、网络技术相结合的产物。 2.技术基础 (1)信息高速公路和计算机宽带高速网 (2)高分辨率卫星影像 (3)空间信息技术与空间数据基础设施 (4)大容量数据存贮及元数据 (5)科学计算 (6)可视化和虚拟现实技术 3.数字地球中的“3S”技术 (1)空间定位(GPS)技术 测定三维坐标,扩展到整个海洋和外层空间;动态测定;实时定位与导航; 精度扩展到米、厘米乃至亚毫米级。 GPS 手表加移动电话,可进入数字地球中。 (2)航空航天遥感(RS)技术 ①多传感器技术。 当代遥感技术已能全面覆盖大气窗口的所有部分。光学遥感可包含可见光、近红外和 短波红外区域。 热红外遥感的波长可从 8~14mm, 微波遥感观测目标物电磁波的辐射和散射, 分被动微波遥感和主动微波遥感,波长范围为 1mm~100cm ②高分辨率遥感
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全面体现在空间分辨率、光谱分辨率和温度分辨率三个方面,长线阵 CCD 成像扫描仪 可以达到 1~2m 的空间分辨率,成像光谱仪的光谱细分可以达到 5~6nm 的水平。 热红外辐射计的温度分辨率可从 0.5K 提高到 0.3K 乃至 0.1K ③多时相遥感 利用不同时间所获取的同一地域图像,提取目标动态变化信息的遥感。 小卫星群计划:用多颗小卫星 2~3 天对地表重复采样,获得高分辨率成像光谱仪数据; 多波段、多极化方式的雷达卫星,解决阴雨多雾情况下的全天候和全天时对地观测;通过 卫星遥感与机载和车载遥感技术的有机结合,实现多时相遥感数据的获取。 4.数字地球应用 (1)对全球变化与社会可持续发展的作用 (2)对社会经济和生活的影响 (3)精细农业 (4)智能化交通 (5)赛博空间 Cybercity (6)专家服务

0.9本专业方向的主要课程
地球概论、自然地理学、人文地理学、经济地理学、环境地学、GIS 专业英语、高级 语言程序设计、地球科学导论、地图学、计量地理学、数据库原理与应用、地理信息系统 概论、遥感概论、GIS 空间分析等。 小结 掌握基本概念:地球、信息、信息技术、信息科学、地理信息、地球信息科学、地理 信息科学、地理信息系统、数字地球等;了解课程体系和本课程知识体系,了解学习方法 和本课程学习要求。 课后要求 1、阅读相关书籍 2、收集相关资料 书籍、报刊、互联网等 3、以“地理信息系统”或“GIS”为关键词,下载科技文献 10 篇(1 周内完成) 中国知网;同一个专题方向。

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第一章 地理信息科学概述
1.1地理信息科学的基础知识
1.1.1 地理信息 (1)基本概念: 是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识,是对地理数据的 解释。 是关于地球表面或地理空间的描述,即对地理对象的位置、属性、空间关系等方面的 表达。 表达形式:<x,y,z,t,a> (2)基本特征: ①空间自相关 ②地理尺度 ③地理数据不确定性 ④时间空间不可分割 ⑤空间数据其它特征 (3)其它特征: 区域性、多维性、时序(效)性。 (4)作用: 是连接各种信息、形成在空间和时间上连续分布的综合信息的基础。 是解决人口、资源、环境和灾害等重大问题和促进国家可持续发展的基本信息手段。 (5)应用: 黑龙江地理信息公共服务平台(右图) 即将起用。 国家地理信息公众服务平台已经投入使用。 1.1.2 地理信息系统 (1)基本概念 在计算机软件、硬件及网络支持下,对有关空间数据进行预处理、输入、存储、查询 检索、处理、分析、显示、更新和提供应用以及在不同用户、不同系统、不同地点之间传 输地理数据的计算机信息系统。 (2)GIS 功能

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(3)GIS 的起源 20 世纪 60 年代由加拿大测量学家 RogerTomlinson 提出地理信息系统的概念。 主 持 开 发 了 世 界 上 第 一 个 实 际 使 用 的 地 理 信 息 系 统 —— 加 拿 大 地 理 信 息 系 统 (CanadianGIS)。 罗杰?汤姆林森(RogerTomlinson)简介 英国诺丁汉大学和加拿大阿卡迪亚大学两所 学校的双学士 加拿大麦吉尔大学的硕士学位 英国伦敦大学学院的哲学博士学位 被称为“GIS 之父”。 1933 年:出生在英国剑桥 1963 年: 在加拿大建立了第一个 GIS 系统 CGIS 1977 年: 于加拿大安大略省的渥太华, 创立有 关地理学方面的咨询公司 1995 年 : 获 美 国 地 理 学 家 联 盟 颁 发 的 JamesR.Anderson 应用地理学奖 1996 年:获得《GIS 世界》颁发的 GIS 终身成 就奖
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1997 年:成为第一个赢得 Esri 终身成就奖的人物 2004 年:获得加拿大最高公民荣誉勋章 2010 年:获得美国国家地理学会最高荣誉奖 2010 年 9 月 14 日, 77 岁高龄的加拿大著名的地理学家、 公认的“GIS 之父”罗杰?汤姆林森(RogerTomlinson)博士受 邀来华,再次专程来京,与广大 GIS 从业者以及爱好者进行 面对面的交流,为中国的 GIS 界带来新的启迪,进一步引发 人们对通过 GIS 认知世界的关注与思考。 (4)GIS 的作用 研究地理的现代化工具:定性到定量 应用范围广:可应用到社会的各领域 世界最新出现、最有发展前景的三大高新技术: GIS 技术 生物技术 纳米技术 DavidJ·Maguire(戴维 J·马奎尔) ESRI 首席科学家 ESRI 公司企业总监 Maguire 博 士 1983 年 获 得 布 里 斯 托 大 学 (UniversityofBristol)地理学博士学位 ESRI(美国环境系统研究所公司) ( EnvironmentalSystemsResearchInstitute,Inc 简 称 ESRI) (5)当前对 GIS 认识的观点: 地图观:主要来自景观学派和制图学派。 认为 GIS 是一个地图处理和显示系统。 在该系统中,每个数据集被看成是一张地图、或一个图层 (layer)、或一个专题(theme)、或覆盖(coverage)。 利用 GIS 的相关功能对数据集进行操作和运算,就可以得到新的地图。 数据库观:人主要来自于计算机学派 强调 GIS 首先是一个信息系统、并应具有一个良好的数据库系统,强调数据库理论和

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技术方法(对地理数据进行复杂的计算和分析)对 GIS 设计、操作的重要性。 空间分析观:主要来自于地理学派。 强调空间分析和模拟的重要性。 强调在数据建库的基础上,通过对地理数据的空间分析和建模,得到有价值的信息。 实际上,GIS 的空间分析功能是它与 CAD、MIS 等系统的主要区别之一,也是 GIS 理论 和技术方法发展的动力。 (6)GIS 特征: 空间性和动态性 空间定位和过程动态分析 利用计算机处理数据,运用地理学理论分析 (7)分类 专题地理信息系统: 具有有限目标和专业特点的 GIS,为特定的专门目的服务。 如:森林动态监测、土地管理、农业区划、矿产资源开发与管理等等。 区域信息系统: 以区域综合研究和全面的信息服务为目标,提供综合信息的 GIS 系统。 区域的范围分为不同级别,如国家级、省级、市县级等; 有的系统将区域内的专题合成为一个系统;如黑龙江省森林动态监测 GIS 系统。 地理信息系统工具 是一组具有地理数据数字化,存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息 系统基本功能的软件包。 对计算机硬件适应性强,数据管理和操作效率高,功能强且具有普遍性的开发工具。 区域+专题是目前流行的开发与应用方式。 *(8)GISday(地理信息系统日) 来源: 由美国国家地理协会、 美国地理 学家联合会和 ESRI 于 1999 年共同倡 导发起。 活动: 每年 GIS 日期间, 全球有上千个 单位都会举办各种各样的活动来参 与到 GIS 日之中,组织展览、讲座、

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开放参观等活动,向公众普及 GIS 知识。 意义: 让更多人,特别年轻一代了 解 GIS 技术在社会、经济、生活 等方方面面所产生的积极推进作 用。 以 下 是 GIS 的 应 用 : GoogleEarth 学科属性 研究地理信息采集、分析、 存储、显示、管理、传播与应用, 及研究地理信息流的产生、传输 和转化规律的一门科学。主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以 及管理和分析过程中的一系列基本问题。 具体内容在 1.2、1.3 节中讲述。 GIS 应用——GoogleEarth 关于文献下载 课后学习安排 1、将下载的文献归类,取主要一类,认真阅读。 2、阅读文献后完成以下内容。

1.2研究内容和应用领域
1.2.1 地理信息科学的学科属性 1.学科属性 指学科的本质性质和特点, 学科所解决的根本问 题。 通过学科体系了解学科本质; 通过研究对象与研究内容, 了解该学科要解决的 问题。 地理信息科学是信息科学的一个分支。 信息科学的学科属性

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以信息为主要研究对象; 以信息运动规律和应用方法为主要研究内容; 以计算机等技术为主要研究工具; 以扩展人类的信息功能为主要研究目标; 信息科学由信息论、控制论、计算机科学、仿生学、系统工程与人工智能等学科互相 渗透、互相结合而形成的。 新兴的综合性学科。 地理信息科学的学科属性 研究对象:地理信息及其应用技术 研究内容:地理信息采集、分析、存储、显示、管理、传播与应用; 地理信息流的产生、传输和转化规律; 研究工具:计算机技术、信息技术等。 学科体系:地理学、地图学、测量学、计算机科学、统计学、经济学、心理学、数学 等。 1.2.2 地理信息科学的研究内容 三大核心内容: 地理信息科学的确切内涵 地理信息科学与地理信息技术的关系 如何推进地理信息科学深入发展 不同见解: 不同的学术团体因持有观点不同,对研究内容有所侧重,因而形成不同见解。 美国国家地理信息与分析中心 三个基础研究领域的学科: 地理空间的认知模型——用地理观念认识世界 地理概念表达的计算方法——科学技术方法 信息社会的地理学——由技术向理念渗透 美国“大学地理信息科学研究会”(UCGIS)1996 年观点: 重在基础研究:如数据采集、分布式计算等; 2002 年观点: 重在应用研究 如可视化、尺度、信息工程等 2006 年提出地理信息科学与技术知识体系:

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10 大知识模块 传统 GIS 内容 最新研究发展 GIS 产业化发展 GIS 社会化应用 我国自然科学基金委员会 2001 年观点: 三个领域; 14 个研究主题; 与国际上研究方向大体一致; 创新:全球变化、区域可持续发展 总体上看,三部分研究内容: 地理信息机理研究 地理信息技术方法研究 地理信息应用 1.2.3 地理信息科学的应用领域 全球变化研究中的应用 科学和信息基础 全球尺度研究 地理信息不确定性的解决 空间分析提供决策依据 区域可持续发展研究中的应用 城市化进程与管理 农业现代化 区域资源开发 土地利用的时空变化 自然灾害的影响 数字地球建设中的应用 地球空间信息的应用 空间基础设施的建设 地理信息的互联网查询 数字城市建设的技术和手段

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作业与要求 在你下载的文献资料中任意找一篇文献: 列出文献作者的出基本观点; 在全篇文章中找出作者用于支撑基本观点的事实依据; 用对应的方法,列出一个观点,对应列出相应的事实内容。

1.3地理信息科学的发展
1.3.1 地理信息科学的萌芽 1.地理信息的最早记录 35,000 年 前 , 在 拉 斯 科 (Lascaux)附近的洞穴墙壁上, 法 国的克鲁马努(CroMagnon)猎人画 下了他们所捕猎动物的图案。 与这些动物图画相关的是一些 描 述迁 移 路线和轨迹的线条和符 号。 这些早期记录符合了现代地理 信息系统的二元结构:一个图形文 件对应一个属性数据库。 2.第一个 GIS 诞生 1966 年,加拿大地理信息系统诞生; 功能:主要用于土地利用 技术:计算机技术的应用 优势:数字地图——初步的空间分析功能 3.传统地图多层分析 同比例尺的地图叠加分析 4.早期 GIS 美国哈佛大学在叠加分析方面突出了系统性; 麻省理工学院在计算机方面是先驱; 1965 年双方联合成立计算机图形实验室 计算机技术还用于数据处理和数据分析;

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以上四方面形成了早期的 GIS ESRI 公司:全球最大的 GIS 软件供应商 ARCINFO:GIS 工具软件 ARCVIEW:简易桌面 GIS 系统 ARCCAD:数字化工具 ARCData:集成数据库 2001 年:ARCGIS 集成了上述功能。 理论与技术相互促进共同发展。 1.3.2 地理信息科学的形成 1.科学背景 全球变化和区域可持续发展的研究对地理信息技术的依赖性 2.技术背景 地理信息技术的理论化和工程化的推动作用 3.应用需求 地理信息技术的社会化应用和应用领域扩展。 1.3.3 地理信息科学的发展 1.国外的发展 美国在地理信息技术的应用方面注重空间分析的研究; 欧洲等国注重电子地图的应用; 政府地理信息技术的应用由中央向地方扩展; GIS 技术应用的广泛性促进了理论研究的进展和学科的发展。 国外著名学者:Goodchild MichaelFrankGoodchild 教授是美国科学院地理信息科学院 士,现任加州大学圣巴巴拉分校地理系教授。 最早提出“地理信息科学”的概念, 是国际空间数据不确定性研 究先驱之一。 主要研究领域是地理信息科学、 空间数据不确定性、 空间分析 等。 2.我国的发展 起步阶段: 20 世纪 70 年代,计算机技术应用于测量、制图和遥感;

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开展了航空测量和地形测图,为建立 GIS 数据库打下基础; 1977 年第一张计算机输出的全要素地图诞生。 试验阶段: 80 年代以后实行“信息革命” 农业:精准农业 GIS 系统研制; 水利:动态分析水淹没的范围与损失; 环境:监测大气污染与环境质量评价; 人口:分析人口流动与经济发展的相互关系 建成了 1:100 万地图数据库系统,研究数据规范与标准。 全面发展阶段 国家数字化测绘信息产业初步建立;数字摄影测量和遥感为 GIS 提供数据;学术研究 得到普及和推广;GIS 产业化进展迅速;自主开发的 GIS 软件。 走向成熟阶段 建成世界最大的 GIS 教育体系并新设 GIS 专业, 学术活动促进了地理信息标准化建设; 政府部门普遍应用 GIS;数字城市建设速度加快;3S 技术(空间信息技术)走向成熟,应 用大爆发。 国内 GIS 学者: 龚健雅 1992 年获得武汉测绘科技大学与丹麦技术大学联合培养的摄影 测量与遥感专业博士学位。 现任武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室常务副主任, 国际摄影测量与遥感协会第四委员会联邦式数据库与互操作工作组 主席。 主要从事地理信息系统的研究、开发与商品化工作。 陈述彭 地理学家、地图学家、遥感地学专家。中国遥感应 用和地理信息系统科学的创建者和奠基人。 1991 年为中国地理学会理事长。 1992 年为第三世界科学院院士。 作为博士研究生导 师,培养研究骨干 30 余名。担任《地理学报》、《自然 科学进展》编委;《中国地理丛书》副主编,《遥感信

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息》主编。中国遥感地学之父 承继成 北京大学遥感与地理信息系统研究所教授,博士生导师。 论文论著: 《数字地球导论》 《数字城市的理论、方法和应用》等; 发表论文 100 多篇。 吴信才 中国地质大学信息工程学院院长、教授、博士生导师、武汉中地 信息有限公司董事长 研制出具有自主版权的地理信息系统软件平台 MapGIS, 实现了“零 编程、巧组合、易搭建”的可视化开发,掀起了 GIS 开发和应用领域的 一场变革。 钟耳顺 1991 年在北京大学地理系获博士学位,入中国科学院地理研究所资源 与环境信息系统国家重点实验室做博士后研究;后在中科院自然资源综合 考察委员会信息室从事 GIS 研究工作。1997 年创办北京超图公司。 领导研制了新型地理信息系统软件平台 SuperMap。 汤国安 南京师范大地理科学学院副院长,兼任中国地理信息系统教 育专业委员会主任委员,中国地理学会地图学与地理信息系统专 业委员会副主任委员等学术职务。 主要科研成果主要表现在: (1)基于 GIS 与 DEM 的数字地形分析。 (2)空间数据不确定性研究。。 (3)黄土高原地形图谱研究。 闾国年 南京师范大学地理信息科学江苏省重点实验室主任, 虚拟地理 环境教育部重点实验室主任。 主要研究地理信息系统共享问题和开发应用 GIS 软件。

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附:学术争论焦点 1.GIS是工具还是科学? 多数科学家认为地理信息的研究和方法属于科学范畴,因为它已经具备了成为科学的 条件,如有明确的研究对象和研究手段,有自己的理论体系,有一定数据的研究队伍,有 明确的应用领域和广泛的服务对象,可以认为 GIS 已经由技术发展为科学。 2.如何理解GIS发展方向的综合和分化 GIS 技术的综合,主要体现在与其他信息技术的结合上,我们说的“3S”技术一体化, 就 是技术综合的体现。然而,现在的 GIS 已经远远超出了这些,它已经与 CAD、多媒体、通 信、Internet、办公自动化、虚拟现实等多种技术结合,形成了综合的信息技术。 分化是指 GIS 软件的功能向着某一专业领域发展,而这种发展离不开计算机技术的发 展; GIS 发展经历了从早期的功能处理模块,发展到目前的组件式 GIS(ComGIS)和网络型 GIS(WebGIS)的状态,组件式 GIS 和网络型 GIS 目前已经成为许多大型 GIS 公司产品的开 发方向。 作业与要求(4) 按作业(3)的要求,再完成 2 篇文献的观点与支撑事实材料的对应。 要求:从 3 篇文献的观点列举中,领会学术文献中如何应用事实依据支撑自己的观点。 从收集的文献中找一篇,认真阅读后思考:尝试分析作者的研究方法,先列出写作提 纲,再分析研究思路。 例:分析一篇论文“关于 GIS 应用型人才培养的思考” 观点: 1、要注重 GIS 应用型人才的培养。 2、GIS 应用型人才培养是可行的。 3、培养 GIS 应用型人才先要做好几件事 (1)事实材料(对应观点 1) GIS 人才培养分为科研型、开发型和应用型三个层次,且呈金字塔型需求,应用型人 才数量最大;(要求数据说明) 应用型人才的培养主要由普通本科学校的 GIS 专业承担;(要求列出培养方案) 今后 GIS 应用型人才的需求量还会加大。(要求列出市场需求数据) (2)事实材料(对应观点 2) 硬件要求较低,(事实说明)

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软件要求不高;(事实说明) 师资培养较容易;(用比较说明) 市场前景广阔。(用数据说明) (3)事实材料(对应观点 3) 制定培养方案 培养师资队伍 制定完善的课程体系 编写所需要的教材 建立必要的实验基地。

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第二章 地理信息获取
2.1地理信息定位基础
2.1.1 地理空间的定义 以下自学理解: 空间:物理学、天文学、地理学的不同定义; 地理空间:广义和狭义的理解; 人类认识的过程: 地理实体→地理数据→地理信息 重点理解: 绝对空间与相对空间 绝对空间: 具有属性描述的空间位置的集合 相对空间: 具有拓扑关系的目标组合排列集 地理空间与欧氏空间的统一 地理现象的宏观性和空间位置的精确性紧密联系 2.1.2 地理空间的数学构建 (1)地球自然表面 地球是球体→不规则球体→地球体 数学构建的思想 记录实测数据,计算出地球缩小后的各级数据 将地球缩小到理想的几何形状(参考椭球体) 完成定位后将其恢复到实际大小再用实测数据修正 (2)大地水准面 理解:假想的包围整个地球的静止的海水封闭曲面。是大地测量的基准之一 几何大地测量: 利用几何方法测定地球形状、大小和地面点几何位置的工作。 物理大地测量 用物理方法(重力测量)确定地球形状及其外部重力场的工作。

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(3)椭球体模型
三轴椭球体:

数学上可行,接近大地水准面 定义:设椭球体短轴上的半径 c(它表 示从极地到地心的距离),椭球体长轴上的 半径和中轴上的半径为 a 和 b(它们分别是 赤道上的两个主轴),三者的关系可用数学 方程描述如下: 在三轴椭球体上用 a 代替 b,形成双轴 椭球体。

旋转椭球体的不同描述

1970 年以后采用卫星大地测量方法推算,精度高,国际上普遍采用; GRS 椭球:国际大地测量协会(IAG)推荐采用的椭球,通过卫星数据推算; 美国环境研究所(ESRI)研制的软件 ARCGIS 中有 30 多种旋转椭球体模型。
我国应用:

1952 年以前:采用海福特椭球体; 1953 年:采用克拉索夫斯基椭球体; 1982 年:采用于 1975 年推荐的 GRS75 椭球数据; 目前:采用克拉索夫斯基椭球体作为地球表面模型。 2.1.3 地理坐标系的建立 (1)地理坐标 子午面与经线、赤道面与纬线 起始子午面与本初子午线 经度:任意子午面与起始子午面的夹角 纬度:某地法线(与地心连线)与赤道面的夹角 (2)平面直角坐标
地图投影:

球面与平面之间建立的点与点之间的对应函数关系的数学方法,称地图投影。

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高斯—克吕格投影

中央经线和赤道的投影为直线,且为投影的对称轴 投影后无角度变形,即同一地点的各方向上长度不变 中央经线投影后保持长度不变 (3)地心空间直角坐标系 以地球椭球体中心为坐标原点,用 X,Y,Z 三条互成直 角的坐标轴表示空间一点位置的坐标。 与大地坐标有一定换算关系。 目前是军事和民用部门的实用坐标。 (4)我国的坐标基准与坐标系(自学) 1954 年北京坐标系 1980 年国家大地坐标系 2000 年国家大地坐标系 重点了解: 何时采用?采用的几何依据; 优点是什么?存在什么问题? (5)高程坐标系
①基本概念:

高程:即某地的海拔高度 高差:某地与另一地的相对高度 高程基准面:各国或各地区确定的一个统一的高程基准面,用以测量地物的高度。

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②我国的高程基准面:

高度基准面:青岛大港 1 号码头西端青岛观象台的验潮站内的验潮井; 东经:120°18′40″;北纬:36°05′15″ 中华人民共和国水准原点(零点):我国海拔的起点。 青岛市观象山中巅的一幢小石屋的旱井底部 一块球形标志物; 东经:120°19′08″; 北纬:36°04′10″
③我国的高程系

1956 年黄海高程系: 青岛市观象山山洞里的青岛水准原点; 高程:72.289m 1985 年国家高程基准: 根据验潮站 27 年资料求得新的高程起算面: 高程:72.260m 平面坐标加高程构成了定位的基础。

2.2地形测量
2.2.1 地形图基本知识 地形:地物(自然或人工),地貌 在地图上,按规定比例,用制图综合方法,用点、线、面等 符号表示各种地物和地貌,形成地形图。 (1)比例尺 地形图上的线段与实地相应线段的水平投影之比。 数字式:如 1:1000000;图解式:如下图: 比例尺有大小之分(要严格区分不同种类的比例尺) A:张友静:地形图比例尺 >1:10000——大比例尺地形图 <1:100000——小比例尺地形图 ≤1:10000~≥1:100000——中比例尺地形图 B:蔡孟裔、周占鳌:地图比例尺

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≥1:100000——大比例尺地图 ≤1:1000000——小比例尺地图

≤1:100000~≥1:1000000——中比例尺地图 (2)地图符号 统一的符号库

(3)地形图分幅与编号 矩形分幅:根据地形图接图表确定的相邻地形图的拼接关系; 大比例尺地形图通常采用。 经纬线分幅:图廓由经纬线构成,小比例尺地形图通常采用。 地形图编号 我国国家基本比例尺地形图有 8 种;以 1:1000000 比例尺分幅

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为例,编号方法是: 由赤道向南、北每 4 度为一行,共 22 行;A-V 由 180 度经线由西向东每 6 度一列,共 60 列,1-60 如哈尔滨:N45.75°,E126.63°编号为 L52

2.2.2 地形测量数据采集 (1)角度测量 测量仪器:经纬仪 水平角:空间两条相交直线在水平面上投影的夹角。 竖直角:目标方向所在的竖起方向内,目标方向与水平方向的夹角。

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(2)距离测量 测量仪器:测距仪 原理: 通过记录激光等介质在仪器和目标之间的传播时间 t,通 过介质的传播速度 c 与传播时间 t,得到两地之间的距离。 (3)高程测量 分为水准测量和三角高程测量 水准测量使用水准仪测量。

水准测量: 利用水准仪年代的水平视线,测定地面两点间的高差,推算出地面上未知点的高程。 三角高程测量方法

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测量仪器:全站仪 原理:在想念两点间观测竖直角和斜距,利用几何原理计算出两点间的高差,推算出 待测点的高程。

水准测量 (5)数据采集 国家控制网

三角高程测量示意图

在全国范围内建立的控制网,称为国家控制网。它是全国各种比例尺测图的基本控制, 并为确定地球的形状和大小提供研究资料。 国家控制网是用精密测量仪器和方法依照施测精度按一等、二等、三等、四等四个等 级建立的,它的低级点受高级点逐级控制。 分国家平面控制网和国家高程控制网

碎部点坐标计算 直线定向:从标准方向北端起,顺时针方向旋转到某一直线 的角度。

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坐标计算 已知 A 点坐标,高程,AB 段水平距离,方位角,竖直角,仪器参数,求 B 点坐标与高 程。 按以下公式:

xb ? x a ? S cos ? ab y b ? y a ? S sin ? ab H b ? H a ? ia ? S tan ? ab
作业与要求 根据你自己的家乡所在地的经度和纬度,按 1:100 万地形图的分幅要求,写出地形图 编号。 2.2.3 地形图测绘 (1)地物在地形图上的表示方法 地图要素分类: GB/T13923-2006 分类: 基础地理信息要素分类采用线分类法; 要素类型按从属关系依次分为四级; 按符号与实地要素的比例关系分类 依比例尺符号:地物轮廓按比例绘制在图上。也称轮廓 符号,多用于面状地物; 半依比例尺符号:长度可按比例绘制,宽度不能按比例 绘制,多用于线状地物; 不依比例尺符号:按比例无法绘制的符号,按统一规定的符号绘制,多用于点状地物; 填充符号:面状地物内的填充图案和颜色; 注记:地物的说明文字。 (2)地物测绘一般原则 ①凡是能依比例尺表示的地物,则将它们水平投影位置的几何形状相似地描绘在地形 图上,或是将它们的边界位置表示在图上,边界内再绘上相应的地物符号。 ②对于不能依比例尺表示的地物,在地形图上是以相应的地物符号表示在地物的中心

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位置上。 必须按测图比例尺,按地形测量规范和地形图图式的要求进行综合取舍后绘制。 (3)各类地物测绘方法 小平板仪与经纬仪测图法

大平板仪测图法

(4)地貌的测绘

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1)地性线:地貌中不同形状、不同倾角和不同大小的面组合而成。这些面的相交棱线 称为地性线。 地性线分为两种:

①方向变化线

②坡度变化线

由两个不同走向的坡度面相交而成的棱线,称方向变化线,如山谷、山脊线等; 由两个不同倾斜的坡面相交而成的棱线,称坡度变化线,如陡坡与缓坡的交界线等。 2)地貌特征点: 实际地貌测绘中,确定地性线的空间位置,只需测定各棱线交点的空间位置,该交点 称地貌特征点。

测定地貌特征点,以地性线构成地貌的骨架,地貌的形态就显示出来。 3)等高线 地形图上的四种等高线:(地图学) 首曲线 计曲线 间曲线 助曲线 (5)碎部点的密度

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少而精:以最少的碎部点,全面、准确、真实地反映地物、等高线的位置。 (6)适当的综合取舍 地貌取舍无统一规定,根据比例尺、地物地貌的繁简程度和用图要求确定。 GB/T12343.1-2008 1 2 3 4 4.1 4.2 4.3 4.4 5 5.1 5.2 5.3 5.4 范围 规范性引用文件 术语和定义 地形图基本要求 数学基础 图幅规格 基本等高距 地形图精度 地形数据综合要求 测量控制点 水系 居民地及设施 交通

2.2.4 数字化测图 原理:解析法测图。 将地形图的信息利用 编码引导机助制图,以数 字形式在硬盘上储存,利 用软件对数据进行处理, 从而得到数字地形图。 数字地形图是建立地 理信息系统的基础数据。 目前较先进的技术是 全站仪数字化测图。 全站仪数字化测图系 统的组成: 全站仪数字化测图方 法
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编码法:现场输入测点简码,室内自动成图,自动化程度高。 草图法:现场绘制地形草图,室内根据草图对全站仪采集的数据进行展点,显示测点 点号和简码,人工绘制成图。 目前多采用现场输入测点简码,结合草图法,通过测点点号和简码,人工编辑成图。

2.3全球导航卫星系统与信息获取
2.3.1 全球导航卫星系统概述 简介: 全球定位系统(GPS)中文简称“球位系”,20 世纪 70 年代由 美国研制,1994 年完成 24 颗卫星覆盖全球,具有定位时间短、 操 作简便、劳动强度低的特点。 1、GPS的组成: (空间、地面、用户) 空间部分: 21 颗导航卫星、3 颗备用卫星; 卫星分布在 6 个倾角为 55°的轨道上绕地球运行; 运 行周期为 12 恒星时。 卫星发出导航信号,接收机接收信号后开始工作。 地面控制部分:跟踪站和监控系统 地面控制系统由监测站、 主控制站、 地面天线所组成; 主控制站位于美国科罗拉多州春田市的法尔孔空军 基地。 地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、相对距离,大气校正等数 据。

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用户部分:GPS接收机、数据处理软件等 接收 GPS 卫星发出的信号, 利用信号进行导航定 位工作。 工作流程见教材图 2、GPS信号 频率:载波信号 L1:1575.42MHz, 波长:19.03cm 是基本频率 10.23MHz 的 154 倍 L2:1227.60MHz, 波长:24.42cm 是基本频率 10.23MHz 的 120 倍 L1 和 L2 分别调制着多种信号 C/A 码:粗捕获码。 调制在 L1 上,码长 1023,周期 1ms(毫秒)。普通用户测定测站到卫星距离的一种主 要信号; P 码:精码。 调制在 L1 和 L2,是 10MHz 伪随机噪声码,周期 7 天; Y 码: 由 P 码与 W 码进行模二相加生成的保密的 Y 码, 一般用户利用 P 码进行导航定位。 导航信息:广播星历。 调制在 L1,包含 GPS 卫星轨道参数等数据,用 户计算某一时刻 GPS 卫星在轨道上的位置。 3、标准定位服务和精密定位服务 这是两种不同类型的服务,分别由两种不同的子系统提供; 标准定位服务由标准定位子系统(SPSStandardPositioningSystem)提供, SPS 主要面向全世界的民用用户,用于一般的公共使用;

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精密定位服务则由精密定位子系统(PPSPrecisionPositioningSystem)提供; 精密定位服务由国防部控制。处理手段称为选择可用性(SA),控制了系统全部能力 的可用性,PPS 主要面向美国及其盟国的军事部门以及民用的特许用户。 SPS 信号精度降低是为了保护美国国家的安全利益。 4、其它卫星系统 5、GPS外部增强系统 是一种卫星数据校正和传播系统,配合地面站台以提供 GPS 校正讯号,得到更准确的 定位。 2.3.1 全球导航卫星系统概述 OmniSTAR 系统 高精度 GPS 增强系统。 通过美国、欧洲和澳大利亚的 3 个控制中心站对各参考站的数据进行分析处理,并将 修正数据通过同步卫星广播给用户,实现高精度实时定位。 能改善 GPS 机接收精度,提高约 100 倍。 2.3.2GPS 定位原理 1、GPS测量坐标系 GPS 测 量 坐 标 系 采 用 WGS-84 坐 标 系

(WorldGeodeticSystem 一 1984CoordinateSystem) , 由美 国国防部制图局建立。 WGS-84 坐标系参数: 坐标原点:地球质心 Z 轴:指向 BIH1984.0 定义的协议地球极(CTP)方向 X 轴:指向 BIH1984.0 的零子午面和 CTP 赤道的交点 Y 轴与 Z 轴、X 轴垂直构成右手坐标系

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2、GPS定位常用观测值 L1,L2 载波相位观测值; 调制在 L1 上的 C/A 码伪距; 调制在 L1,L2 上的 P 码的伪距。 3、GPS定位分类 (1)根据采用的观测值可分为 伪距定位和载波相位定位。
伪距定位

由 GPS 接收机在某一时刻测出四颗以上 GPS 卫星的伪距以及已知的卫星位置,采用距 离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。 具有定位速度快,且无多值性问题等优点,但精度不高。

是 GPS 定位的基本方法。

上述四个方程式中:

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x、y、z 为待测点坐标 Vto 为接收机的钟差为未知参数 其中 di=c△ti,(i=1、2、3、4),di 分别为卫星i到接收机之间的距离, △ti 分别为卫星i的信号到达接收机所经历的时间 xi、yi、zi 为卫星i在 t 时刻的空间直角坐标 Vti 为卫星钟的钟差 c 为光速。 由以上四个方程即可解算出待测点的坐标 x、y、z 和接收机的钟差 Vto。
载波相位定位

载波相位定位所采用的观测值为 GPS 的载波相位观测 值,即 L1,L2 或它们的某种线性组合。载波相位定位的 优点是观测值的精度高,其缺点是数据处理过程复杂, 存 在整周模糊度的问题。 (2)根据定位的模式可分为 绝对定位和相对定位 绝对定位 是一种采用一台接收机进行定位的模式。 它所确定的 是接收机天线的绝对坐标。 特点:作业方式简单,可以单机作业。 对导航和精度要求不高一般采用此方式。 相对定位 又称为差分定位,这种定位模式采用两台以上的接收机,同时对一组相同的卫星进行 观测,以确定接收机天线间的相互位置关系。

绝对定位

相对定位

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(3)根据获取定位结果的时间可分为 实时定位和非实时定位 实时定位 是根据接收机观测到的数据,实时地解算出接收机天线所在的位置。 非实时定位 非实时定位又称后处理定位,它是通过对接收机接收到的数据进行处理后进行定位的 方法。 (4)根据定位时接收机的运动状态可分为 动态定位 在进行 GPS 定位时,认为接收机的天线在整个观测进程中的位置是随时间的改变而变 化的。 静态定位 在进行 GPS 定位时,认为接收机的天线在整个观测进程中的位置是保持不变的。也就 是说,在数据处理时,将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。 在测量中,静态定位一般用于高精度的测量定位,其具体观测模式是多台接收机在不 同的观测站上进行静止同步观测,观察时间有几分钟、几小时到数十小时不等。 2.3.3GPS 高程测量 1、GPS高程系统 大地高程系统 正高系统 正常高系统 2、GPS高程方法 等值线图法 地球模型法 高程拟合法 2.3.4GPS 定位的误差源 影响 GPS 商量精度的因素: 卫星因素:卫星星历、卫星钟差、发射天线相位; 传播途径:电离层延迟、对流层延迟、多路径效应; 接收机:钟差、天线相位、软件和硬件; 其它:操作、计算方法。

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2.4遥感技术与信息获取
2.4.1 遥感技术系统 1、遥感的概念与组成 概念:利用遥感器从空中探测地面物体性质,根 据不同物体对波谱产生不同响应的原理,识别地面上 各类地物。 组成:卫星、遥感平台、传感器、地面接收站、 数据处理中心等。 2、遥感平台与传感器 遥感平台:安放遥感器并能进行遥感作业的载体,如飞机、航天器、卫星等

卫星:按用途可分为气象卫星、陆地卫星、海洋卫星。

传感器:获取遥感数据的仪器。 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置;通常由敏感元 件和转换元件组成
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传感器的组成: ①采集器:收集地表物体电磁辐射能量 ②探测器:将收集的电磁辐射能量置换为化学能或电能 ③处理器:将信号进行显影、定影、放大、变换和编码等 ④输出器:进行信号的显像、磁带记录和信号传输 传感器主要参数: ①探测通道:传感器能感应的电磁波长 ②地面分辨率:遥感图像中一个像元(像素)代表的地面范围 ③辐射分辨率:遥感数据对地物电磁波变化和差异的区分能力 ④成像方式:形成图像的方式,有摄影成像、扫描成像和雷达成像

2.4.2 遥感技术特点 1、周期短 周期:某地区同一来源的遥感影像的最小间隔时间叫做探测周期,也称时间分辨率。 2、实时性 将瞬时信息实时传输到地面站,由地面站快速传输到用户,在救灾、军事等重大事件

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中发挥重要作用。 3、覆盖广 一幅卫星图像覆盖范围达十至数千千米。 4、综合性 遥感影像中包含着全部波长的波谱,可以获取多种信息;目前遥感图像解译工作是我 国重要的地理信息工作,人才需求量极大。 2.4.3 地物波谱与遥感数据处理 1、遥感波段与地物波谱 遥感波段:电磁波段。

大气窗口: 地物波谱:不同地表反射、透射、吸收太阳辐射 的能力和波长不同,形成波谱图。 波谱图用平面坐标表示。 2、遥感数据处理 模/数转换:图像信号转换为数字信号,数字信 号是计算机能进行处理的信息和数据。 数字信息处理:对应每个像元(像素)中的隐含 数据,对照波谱识别、解译出相应的内容。 解译输出:根据成图要求将具体内容转换为图像内容输出。 (1)图像数据预处理 几何校正:将变形的坐标系统转换为指定的坐标系统。建立两种坐标的函数关系。

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辐射校正:消除大气散射或吸收现象对像元亮度值的影响。

几何校正 常用方法: 基于大气传输模型的大气正射校正 基于图像直方图的散射校正 基于地面或航空光谱探测的统计校正 基于经验模型的地形辐射校正 (2)图像增强处理

辐射校正

突出感兴趣的内容,增强了部分信息,压缩了另一部分信息。

(3)图像解译和信息识别 目的:识别影像包含的地物,提取所需要的信息。 ①地物分类:依据光谱相似度分类

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②信息提取:建立感兴趣的地物判断规则,采用特定的方法将图像上所有符合该特征 影像子集提取出来,得到某一专题信息的分布图。

地物分类 2.4.4 遥感技术的应用 1、遥感的意义

信息提取

(1)对传统地理学来说,遥感要求从定性到定量描述; (2)对传统物理学来说,遥感要求在像元尺度上对局地尺度上定义的概念、推导出的 物理定律、定理的适用性进行检验和纠正,而这种纠正是与像元尺度上的地学定量描述密 不可分。 (3)遥感科学与技术的发展,极大地丰富了地理信息科学的内涵与方法。

2、遥感的应用(自学,了解) (1)天气和气候

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(2)测绘制图 (3)资源环境 (4)城市和人居 (5)地质遥感 (6)生态与农业 作业与要求 1、写一篇介绍GPS的小文章: 500 字左右,配以三幅以上的图片,用一个表格列举必要的数据(表格的内容不计在 文章字数内),题目自拟。 2、下载三篇有关遥感的科技文献: 认真阅读文献,然后将三篇文章的内容进行综合、对比、归纳,写一篇 1000 字左右阐 述遥感技术的文章,题目自拟,要求有本人的观点。

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第三章 地理信息管理
3.1地理信息与社会生活
3.1.0 现象 列举各类事物,说明地理位置的重要性;位置问题的两个重要方面: (1)需要位置信息:准确的位置; (2)解决该位置上发生的问题。 3.1.1 恐怖事件中 GIS 的作用 (1)帮助恐怖分子获得位置信息:设计恐怖计划、攻击的目标、逃跑的路线等; (2)帮助政府实施救助决策:风险评估、反恐演习、风险预报、实施救助等; 3.1.2 地震:GIS 在抗震救灾中的作用 (1)应急指挥:提供位置、路线、事件、评价等决策信息; (2)灾害评估:分析灾前和灾后的不同影像图像,分析灾情; (3)震后规划:及时形成大比例尺地形图,重分区,规划重建。 3.1.3 选址 城市建设中的各种设施的选址;道路、桥梁等大型设施的选址;城市规划和旧城改造 中的选择址;乡村中的公共设施选址等。 3.1.4 乘车与导航 (1)出行路线安排 本地:从 A 地到 B 地的最优、最短等路线选择; 外地:途中与目的地路线、食宿地点等的选择; (2)汽车导航 普通汽车导航,选择路线;专用汽车导航,监控车辆路线 3.1.5家谱 (1)时间变化:世代延续的层次关系; (2)空间分布:家庭成员的空间分布、分析集聚地、迁移方向等空间变化 3.1.6 疾病分布 (1)医学地理:疾病的空间分布与病因的关系;地方病的高发区与防治 (2)流行病的地理分布、扩展与控制:如 SARS 的流行,每天制作分布图,了解扩散 情况;根据扩展趋势,及早制定预防措施

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3.1.7 其它 (1)精准农业:3S 技术的应用,完全用 GIS 控制使其自动化。 (2)三维城市(数字城市):用数字形式即计算机模拟城市的各种地物、位置、提供 各种信息和服务。

3.2地理信息系统基本概念
3.2.1 地理信息系统定义 GIS 中“S”的含义变化: Syetem:系统 Science:科学 Service:服务 我国定义: 在计算机软件和硬件支持下,对地表、地下及大气层的空间数据进行采集、存储、管 理、分析和显示的技术系统。

3.2.2GIS 研究内容 研究基础:与地图学一脉相承;地图学在信息时代的发展。

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(1)GIS基本理论 GIS 概念、定义、内涵;GIS 理论体系;GIS 构成、特点、功能;GIS 发展历史及其发 展方向。 (2)GIS技术体系 GIS 软件、硬件及配置环境;各种空间数据结构;数据库管理模式;数据输入、输出 系统;工具型 GIS 的开发 (3)GIS 应用方法 对各种 GIS 应用系统进行可行性研究、需求分析、总体设计、详细设计、数据库设计、 软件开发、维护等方法;GIS 应用模型;GIS 应用分析方法

3.2.3GIS 基本构成 1、系统硬件 (1)GIS 主机:指各类计算机 (2)GIS 外部设备: 输入设备:扫描仪、数字化仪等 输出设备:打印机、绘图仪等 (3)GIS 网络设备:各种、各类网络系统 2、系统软件 GIS 应用软件 GIS 开发工具 GIS 专业软件 数据库软件 操作系统 3、空间数据 (1)地物空间位置坐标数据 绝对位置:地理坐标 相对位置:即空间关系、相邻关系,包括相交、相邻和包含等,在数据表达上可分为 栅格数据和矢量数据 (2)与地物相对应的属性数据 说明地物的特征的各种数据 (3)各地物的时间序列数据

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地物随时间变化的对应的特征数据 4、应用人员 各类 GIS 设计、开发、应用和维护的人员 5、应用模型:应用的科学方法

3.3地理数据表达
地理数据是地表中地物的表达方式,不同的数据类型表达地物属性各有特长。 3.3.1 地理数据 1、地理数据的位置特征 空间位置: 地理坐标:地表位置表达(各拐点坐标) 高度位置:海拔高度表达(含平均值) 相邻位置: 相对于参照物的位置关系表达 包括相邻、相交、包含等拓扑关系 2、地理数据的属性特征 命名属性:名称、编码等 顺序属性:按数量或数值划分的等级、类别属性,如按海拔高度,可分为极高山、高 山、中山、低山等; 间隔属性:指某类地物与主控点的距离。 如,某区域内各连锁店与配货站的距离 周期属性:完成一个重复过程的时间。 如,某类产品的使用周期 比率属性:占总量或指定参照量的百分比 如,不同国家的人口密度,各省第三产业产值占全国第三产业总产值(或均值)的比 重 3、地理数据的时间特征 周期性的时间特征:一个周期内的不同时段出现的不同特征 线性变化的特征:城市发展从开始向今后,不同阶段的特征 非线性变化特征:指无规律变化,受非正常因素干扰后出现的特征

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3.3.2 离散现象与连续场 1、离散现象 离散是指不连续事物的聚类,如一群学生,用学校/班级对其进行分类,再对同类进行 管理;不连续事物是指有明显边界的事物;管理离散对象的最好方法是二维表,离散对象 用矢量数据表示。 2、连续场 观点:地表是连续分布的地理现象。 地物的连续变化称连续场,如:随着海拔升高,气温下降;某地受污染程度与离污染 源距离有关(扩散原理) 二维表可以管理,但要注重时间属性 场对象用栅格数据表示 3.3.3 矢量数据与栅格数据 1、矢量数据 准确获取各点的位置,解决点密度与位置精确的问题; 点:位置,0 维;线:长度,1 维;面:封闭曲线,2 维 2、栅格数据 将矩形范围内划分网格(像元),以确定每个单元格中的内容及属性 栅格划分是图像精确的基础。

矢量数据 作业:数据收集

栅格数据

全班分为 5 组(按学号分),自选一人为组长,完成 1,2,3,5,6 教学楼的数据收 集。

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1、各楼层绘制一张平面图,标出各房间的编号,如 1433;

2、制表: 表名:X 教学楼用房明细表 属性(编号,类别,名称,容量,面积,备注) 明细表样式:(某教学楼用房明细表)

小计/统计表样式

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3、装订: 作业均用 A4 纸完成,横向,左边留 2 厘米装订; 平面图一层一幅图,按楼层顺序排列,加封面,封面内容见样式。 明细表每层一张表,对每层数据单独做表进行分类小计; 最后单独做一张总计统计表; 具体内容见样式。 封面样式

4、所有作业内容均形成电子文件 示意图用 WORD 软件,文件名为第 X 教学楼示意图; 明细表用 EXCEL 软件,文件名为第 X 教学楼明细表 5、分工与职责 组长要将具体工作落实到每个组员,组员分工情况和工作情况要有记载,每项具体工 作能查到是谁做的; 分工情况在作业封面中予以说明。 示意图样式:(某楼某层) 作业上交要求: 2 周内完成,纸介在第 16 周上课时交; 电子文件在 15 周末发送到老师邮箱: wangdan999@126.com 作业成绩:小组成绩为全组每个人的成绩。

3.4地理数据表达
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3.4.1 矢量数据结构 理解 (1)通过记录坐标的方式尽可能精确地表示地理实体; (2)地理实体包括点、线、面; (3)坐标空间设为连续; (4)允许任何位置、长度和面积的精确定义; 1、实体数据结构 构成多边形的各线段,以多边形为单位进行数据的组织。 每一线段由两个点坐标构成,按序排列,三个点构成两条线,一个独立多边形的线段 数与点数相同; 两个相邻的多边形有公共边线段。 表示方法: 点:用坐标表示,(x1,y1)…(xn,yn)… 面:用字母 A,B…表示多边形; 数据文件: 一个多边形由一组坐标数据构成;

一个区域由多个多边形构成,以列表形式将多边形列出。

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优缺点: 优点:易编码,操作简单,数据直观; 缺点: 公共边界数据冗余,不易重合; 缺少拓扑关系的描述; 岛的孤立,缺乏与外部的关联 2、拓扑数据结构 点相互独立,点连成线,线构成面; 用数据表文件反映拓扑关系; 面与弧段关系表:反映组成面的线段; 节点与弧段关系表:反映连接到点的线段; 弧段与节点关系表:反映弧段的起点、终点 弧段与面关系表:反映弧段左、右的多边形 3、双重独立式数据结构编码 以城市街道为编码主体,将多边形的起点位置与终点位置一致做为编码原则; 线段的左侧和右侧分别进行编码,即单双号式编码; 最后点坐标自动重合,若不重合,则判断为有错误编码。 3.4.2 栅格数据结构 1、理解: (1)将地球表面划分成大小均匀紧密排列的栅格阵列;

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(2)每一格为一个像元,由坐标表示位置,由代码表示属性或量值; (3)点用一个栅格表示,线由连续的沿线栅格表示;面由连续相邻的区域栅格表示。 2、特点: 属性明显,定位隐含 容易实现,算法简单 易于扩充,便于修改 容易在计算机中实现和处理 3、确定栅格代码的一般方法 (1)在栅格大小确定的情况下: 中心点法;面积占优法 重要性法;百分比法 (2)缩小栅格面积,以得到更精确的属性值 整体缩小;局部缩小 增加栅格会导致数据大量冗余 4、编码方法之一——四叉树编码 基本思想:将一幅栅格地图四等分,查每个区域的值,若有不同则继续四等分,直到 单调。 检查的顺序是左上,右上,左下,右下; 可以向下分割也可以向上合并; 图像必须分割成 2n×2n 栅格阵列;

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可分为单值(有/无)和多值(有什么)编码。

5、优点: 容易计算多边形的数量特征 阵列各部分分辨率随内容复杂程度而变化 栅格与四叉树相互转换较容易 岛状地物与周围的关系容易表示 3.4.3TIN 数据结构 理解:

又称不规则三角网,以迪洛尼三角网著名 常用来描述具有连续分布现象的覆盖面 必须便于连续现象在任一点内的内插计算 便于计算和分析 广泛用于各种 GIS 中。

3.5空间分析
空间分析能力是评价 GIS 功能强弱的重要指标之一。 GoodChikd 把空间分析方法分为两种类型: 产生式分析:用已有数据生成新的有用信息 咨询式分析:用已有数据挖掘隐含信息

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3.5.1 空间查询和空间量算 1、空间查询 距离查询:距某参照物的距离 方位查询:在某参照物的某一方位 相邻关系查询:与某一参照物相邻 相交关系查询:与某参照物物相交 属性查询:该地物的某一属性 包含关系查询:某地物包含另一(个)类地物 2、空间量算 (1)几何量算 需要获得点、线、面、体的空间要素的特征 点:0 维,坐标(位置) 线:一维,长度、曲率、方向 面积、二维,周长、曲率 体:三维,体积、表面积 (2)质心量算 需要定义一个多边形,计算它的质心,用以表示某地理特征在分布上的变化 通常采用目标坐标值加权平均法 (3)形状量算 应用于面状地物,形状多变,难以用固定的公式计算。 如河流泛滥时,河床被淹,水淹的范围与形状变化与地形,坡度等因素有关,难以用 固定方法计算。 3.5.2 叠加分析 1、理解: 在同一参考系下对两组以上的要素进行叠加,以产生新的要素特征的方法 关键技术:叠加中各图层交点如何根据分析要求按相关要素形成新的多边形 2、分类方法一:按要素叠加 点与多边形叠加 如某区域内有多少加油站 线与多边形叠加 某铁路在某区域内的长度

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多边形与多边形叠加 黑龙江省的土地类型分布 3、分类方法二:按数据源叠加 (1)矢量数据叠加 叠加的数据完全是矢量数据 (2)栅格数据叠加 叠加的数据完全是栅格数据 (3)矢量与栅格数据叠加 叠加的数据既有栅格数据也有矢量数据 4、伪多边形 在叠加分析过程中,不同图层中的多边形在某区域内形成边界重合,而这种重合是不 应该产生的,这种多边形称伪多边形。 5、结果:产生细小的碎片多边形 消除方法:采用容差值 即某边界有多条线,GIS 只采用一条线,而这条线是叠加必须用到的。 3.5.3 缓冲区分析 1、理解 在点、线、面实体周围自动建立一定宽度的带状区域,分析区域内的地理要素分布和 内容,为决策提供依据。 2、分类: 根据要素:分为点、线、面缓冲区 根据数据源:分为栅格缓冲区和矢量缓冲区 例: 某机场要扩建,在原边界基础上向外扩展 5km。修建之前要对机场扩建范围内进行拆 迁并对土地征用,要掌握此情况,如何用 GIS 的缓冲区分析解决。 参考教材:94-95 页 (1)在机场扩建范围内的现状图基础上,画出原机场边界线; (2)以原机场边界线为中心线,向外缓冲 5KM; (3)生成缓冲区图; (4)将缓冲区图与现状图叠加分析,得到房屋拆迁和土地征用数据资料。

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3.5.4 地理数据的插值与分析 1、理解 在某一区域内的离散数据中建立一函数关系,使其能在区域内的数据空间插入与实际 值逼近的插值,以解决因数据量不足而产生的一系列问题。 2、Tobler定理(地理学第一定律) 所有地点都是相互关联的,近处的相关程度要比远处的高。 由是美国地理学家 W.R.Tobler 在 1970 年提出。 3、泰森多边形(空间插值方法之一) 荷兰气候学家 A?H?Thiessen 提出了一种根据离散分布的气象站的降雨量来计算平均降 雨量的方法。 在泰森多边形的构建中,首先将离散点构成三角网。称为 Delaunay(迪洛尼)三角网。 (1)泰森多边形的形成: 将所有相邻气象站连成三角形,作这些三角形各边的垂直平分线,于是每个气象站周 围的若干垂直平分线便围成一个多边形。用这个多边形内所包含的一个唯一气象站的降雨 强度来表示这个多边形区域内的降雨强度,并称这个多边形为泰森多边形。 (2)泰森多边形的特性是: 1.每个泰森多边形内仅含有一个离散点数据; 2.泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近; 3.位于泰森多边形边上的点到其两边离散点的距离相等。 (3)泰森多边形的作用 可用于定性分析、统计分析、邻近分析等。例如:可以用离散点的性质来描述泰森多 边形区域的性质;可用离散点的数据来计算泰森多边形区域的数据; 判断一个离散点与其它哪些离散点相邻时,可根据泰森多边形直接得出,且若泰森多 边形是 n 边形,则就与 n 个离散点相邻; 当某一数据点落入某一泰森多边形中时,它与相应的离散点。

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第四章 地理信息表达与可视化
4.1地理信息可视化概念
4.1.1 地理信息可视化 1、地理信息可视化概念 来源于“科学计算可视化”;科学计算可视化(简称可视化,英文是 Visualizationin Scientific Computing,简称 ViSC)是计算机图形学的一个重要研究方向,是图形科学的 新领域。 理论依据: 人类获得的关于外在世界的信息 80%以上是通过视觉通道获得的。 经过漫长的进化,人类视觉信息处理具有高速、大容量、并行工作的特点。 目前人们每天获得的海量数据只能转换为图形才能更有效地提供信息。 2、地图可视化 是数据可视化的分支。以计算机科学、地图学、认知科学与地理信息系统为基础,以 屏幕地图形式,直观、形象与多维、动态地显示空间信息的方法与技术。 是现代地图学的核心。 3、地理可视化 指生成地图以及其他地理信息的表现形式。 与地图可视化不同,地图可视化是侧重于地理空间信息的地图表达与应用;地理可视 化则把地图作为一种重要的研究工具来解决地理问题。 研究范围大于地图可视化,可包含隐含的地理信息。 4、GIS可视化(地理信息可视化) 将地理信息数据转换为人们容易理解的图形图像方式。随着计算机、图形、图像技术 的飞速发展,可用色彩、动画技术、三维立体及仿真等手段表现各种地理特征。 重在技术层面,如数据分析模型等。 4.1.2 地理信息可视化研究框架

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4.1.3 地理信息可视化发展 静态→动态 平面→三维 单机→网络 表达→分析 例:GoogleEarth(谷歌地球) Google 公司开发的虚拟地球仪软件,2005 年正式向全球推出。它把卫星照片、航空照 相和 GIS 布置在一个地球的三维模型上。 其使用了公共领域的图片、受许可的航空照相图片、间谍卫星的图片和很多其他卫星 所拍摄的城镇照片。 练习: 安装并使用 GoogleEarth 软件 使用定位功能,找出哈尔滨学院,加标示 飞行功能,从哈尔滨学院到北京人民大会堂

4.2地理信息可视化方法与应用
4.2.1 地理信息可视化方法 1、二维图形图像学方法

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主要用于平面坐标中的二维显示 水平定位 在平面基础上将信息可视化 2、三维图形图像学方法 在二维方法的基础上显示三维信息 动态实时回放 三维模拟制作 “3DGIS”研究城市发展 3、虚拟现实技术 综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、 并行处理技术和多传感器技术,模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能,使人能够沉 浸在计算机生成的虚拟境界中,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互, 创建了一种适人化的多维信息空间 4、增强现实技术 把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息、声音、 味道、触觉等),通过科学技术模拟仿真后再叠加到现实世界被人类感官所感知,从而达 到超越现实的感官体验,这种技术叫做增强现实技术,简称 AR 技术. 5、时空可视化技术 提供对自然地理现象的动态仿真,包括历史回溯与未来预测等。 目前正在研究阶段 应用前景广阔。 6、多维图形显示原理与技术 三维基础上加时间维,形成四维空间信息; 目前信息技术手段只能用降维方法,先将三维图像用二维模拟显示,然后在研究范围 内的时间维上叠加相应的图像,达到仿真效果。 4.2.2 地理信息可视化常用 GIS 模块 1、ArcGIS——3DAnalyst 三维显示与分析组件 实现基于 TIN 格式的 DEM 三维显示和立体分析,数字城市的三维显示等。 2、ERDAS——ERDASIMAGINE 包括制图和可视化核心在内的影像工具软件
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扩充模块:VirtualGIS 模块可实现实时的三维飞行 能实现 GIS 分析 3、VRMap 北京灵图公司的一个 GIS 产品 提供一个三维可视化平台 可用多种编程语言进行二次开发 4、IMAGIS 中国适普软件公司开发的软件 以数字正射影像 (DOM) 、 数字地面模型 (DEM) 、 数字线划图 (DLG) 和数字栅格图 (DRG) 为综合处理对象的虚拟现实管理系统。 5、CyberCity(数字城市) 武汉吉奥公司开发的数字城市软件 基于数字摄影测量工作站采集的三维数据、GIS 数据和 CAD 数据生成城市的三维模型

4.2.3 地理信息三维可视化过程 4.2.4 地理信息可视化应用实例 1、在矿体中的应用 2、城市地震灾害模拟信息系统 3、在城市景观规划中的应用 4、遥感分类信息不确定性表达 5、流域三维可视化管理系统

4.3虚拟地理环境
4.3.1 虚拟世界与现实世界相互关系 虚拟世界: 根据客观世界的现实,用计算机技术模拟的环境。 也可以制造出超出现实的环境场景; 无法超出人类思维的空间。

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4.3.2 虚拟地理环境概念及其形成 1、概念 虚拟地理环境是指数字化了的现实地理环境、恢复与复原的过去的地理环境、预测与 预报的未来的地理环境。(闾国年) 虚拟地理环境是一个计算机系统,包括硬软件、软件、网络及使用者。 2、形成 Goodchild 对虚拟地理环境的形成是用地理信息系统发展的阶段来说明。 虚拟地理环境是 GIS 发展的最高阶段。

4.3.3 虚拟地理环境特点 1、为人类服务,突出人的作用 在虚拟地理环境中,人可以是旁观者,也可以是参与者,必须身临其境。 2、可虚拟过去(历史),现在和未来 虚拟建模建立在事实基础上,不脱离地理环境。 4.3.4 虚拟地理环境研究框架

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第五章 地理信息应用与服务
5.1“3S”集成
5.1.1“3S”基本概念 1、“3S” 遥感技术(RemoteSensingRS) 地理信息系统(GeographicalinformationSystemGIS) 全球定位系统(GlobalPositioningSystemGPS) 2、地理信息科学的重要方法论 各自的作用: RS:动态监测,数据获取 GPS:定位监测,数据获取 GIS:数据处理,空间分析 综合应用:优势互补,提高整体性能 5.1.2“3S”集成模式 1、“3S”集成的含义 “3S”集成 指将三部分技术中的核心部分综合成为一个整体系统(名为 3S,实为一种技术) “3S”集成是地理信息科学技术发展的必然阶段。 “5S”:后面简要介绍。 广度:外围扩展的范围 深度:内存联系的加深 同步性:数据处理的一致性和同步有效,即衔接的合理性 2、“3S”集成方式 RS+GIS:不同的软件界面与功能的整合 GPS+GIS:定位+电子地图 RS+GPS:GPS 对 RS 完成辅助精确定位 “3S”整体集成: (精确定位+数据获取+空间分析)一体化 3、“3S”与通信技术集成

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与 GPS:精确定位扩展了应用范围 与 GIS:空间分析结果通过互联网传播 与 RS:从卫星上直接获取数据并处理,通过通信功能传播 5.1.3“3S”集成应用 1、应用的层次 直接信息服务:原始数据提供 复合信息服务:含编码数据提供 查询信息服务:设条件筛选过滤后数据提供 计算信息服务:隐含数据(信息)提供 复杂信息服务:空间分析数据提供 2、“3S”集成应用 环境监测、防灾减灾、城市规划、城市管理、智能交通、海洋渔业、精细农业、土地 资源调查与管理、全球变化、数字化战场。

5.2WebGIS
5.2.1WebGIS 概述 1、互联网与Web Web 浏览器:IE Web 服务器:UnixXENIXLinux Web 工作模式:C/S 2、WebGIS 利用互联网做平台的 GIS 数据传输依靠互联网 系统界面在互联网上统一 由服务器统一调控,各子系统与数据库分布式布局(地理上分散,逻辑上统一) 3、WebGIS的发展 空间信息浏览查询:静态信息发布 地图制作:信息图形化 地理信息系统:实时数据与空间分析 网络空间信息系统:大范围数据集合与分析、传输与决策

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5.2.2 WebGIS 的实现技术与标准 1、基于服务器端的WebGIS技术 依赖服务器上 GIS 系统完成 GIS 分析与输 出。 需要 GIS 服务代理 CGI、ASP 技术、PHP 技术、JSP 技术等 2、基于客户端的WebGIS技术 Plug-in 技术:扩充浏览器功能 ActiveX 技术:在浏览器上加载 GIS 控件 Java 技术: 用 Java 语言编制 WebGIS 程序, 实现 GIS 的网络功能 3、数据编码与技术标准 XML:扩展标记语言 GML:地理标识语言 SVG:可缩放的矢量图形 5.2.3WebGIS 应用 1、网络地图服务 2、WebGIS 与房地产管理 3、WebGIS 水利行业 4、其它

5.3位置服务
5.3.1 位置服务概述 1、定义 位置服务(LBS)是由移动通信网络和卫星定位系统相结合提供的手机增值服务。 内容: 空间信息:在什么地方?距离与方向 属性信息:周围有什么?和谁在一起? 2、位置服务的历史与发展 兴起:20 世纪 70 年代,美国

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全球发展:2000 年以后 我国发展: 2002 年开始有定位服务, 2005 年开始有导航服务。 3、位置服务的组成 移动设备:用户接触的部分 定位系统:GPS 通信网络:服务提供商与客户端的连接 服务与内容提供商:提供服务内容 5.3.2 定位与服务 1、定位方法及其精度 基于网络的定位技术: 依赖通信基站的坐标 基于设备的定位技术: 用户接收定位信号后由客户端解译 定位精度:由卫星与 GPS 精度决定 2、LBS中的服务 地图绘制:客户端接收数据后形成地图 目录服务:查询相关内容 路径搜索:交通查询 地理编码:查询属性数据 测算与导航:必要的计算和实时导航 5.3.3 位置服务的应用 1、LBS的应用前景 信息娱乐更加复杂化、趣味化、准确化 行业应用前景广阔 贴近生活,更加实用化 与商务结合更紧密 2、应用实例 手机上的 GoogleMap 自我定位与查找伙伴

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路径筛选:最短/最佳路径选择 社会信息搜索:餐馆、旅店、公交等 服务信息应用:订餐、订宾馆、订机票等

5.4数字城市
5.4.1 数字城市的起源、概念与框架 1、起源 1998:“数字地球”的提出 1999:数字地球具体化 2000:数字地图实现 此后开始建设数字城市 2、概念与内涵 狭义:以“3S”技术为基础,针对城市空间数据以及与之相关的专题及社会经济以数字 方式进行管理。 广义:城市的信息化,即用数字化手段对城市进行管理,促进城市的人流、物流、财 流的合理流动与协调。 3、数字城市的内容与框架

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5.4.2 数字城市建设国外现状 1、信息基础设施建设 网络设施、信息高速公路 2、空间信息基础设施 数据的完善 各种大比例尺地图的绘制 5.4.3 国内数字城市建设进展 数字北京: http://www.beijingit.gov.cn 数字上海: http://www.shanghai.gov.cn “5S”技术 遥感技术(RemoteSensing 简称 RS) 地理信息系统(GeographicalInformationSystem 简称 GIS) 全球定位系统(GlobalPositioningSystem 简称 GPS) 数字摄影测量系统(DigitalPhotogrammetrySystem 简称 DPS) 专家系统(ExpertSystem 简称 ES)

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