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1.2 地理信息技术详细版


学习目标

? 了解遥感、全球定位系统、地理 信息系统的一般原理,以及数字 地球的含义。 ? 举例说出遥感、全球定位系统、 地理信息系统在区域地理环境研 究中的应用。

地理信息技术

什么是地理信 息技术?它都 应用在哪些方 面?

1.

地理信息技术的概念
<

br />获取
地 理 信 息 技 术 管理

分析
应用

地理 空间 信息

现代 技术 的总 称
导纲填写

遥感(RS) 地 理 包括 信 息 技 术 全球定位系统(GPS) 地理信息系统(GIS) 虚拟环境、网络GIS等

2. 地理信息技术的应用
(1)广泛应用于区域地理环境研 究,在资源调查、环境监测、自然灾害 防御监测、国土资源管理、国土开发规 划等许多领域中发挥着重要作用。

(2)大众化应用也已成为趋势,如
GPS汽车导航、空间信息网站、城市多 媒体地理信息系统

一、遥感(RS)
1. 遥感的概念
所谓遥感,是人们在航空器(如飞 机、高空气球)或航天器(如人造卫星) 上利用一定的技术装备,对地表物体进 行远距离的感知。 导纲填写





遥感的装置 (1)传感器——遥感的关键装置
作用:传感器在航空或航天器上接受 地面物体反射或辐射的电磁波信息,并以 图像胶片或数据磁带记录下来,传送到地 面接收站。

(2)组成
遥感平台、传感器、地面接收站、信 息处理系统等。

3.遥感技术的原理


地物在不断地吸收、发射(辐射)和反射 感 不同地物 电磁波,并且不同物体的电磁波特性不同。 器 反射的电 遥感就是根据这个原理,利用一定的技术 磁波不同, 设备和装置,来探测地表物体对电磁波的反射 这是遥感 影像能够 和地物发射的电磁波,从而提取这些物体的信 被判读的 息,完成远距离识别物体。
基 础 。

地球上的物体都在不停地发射、反射和吸收电磁 裸露的 波,并且不同物体的电磁波特性是不同的。人们 水体 树木 草丛 地表 建筑物 可以根据电磁波的差异来辨析物体的不同。 路面

2 . 遥 感 的 主 要 环 节
目标物 传感器
地面遥感系统 成果

物体辐射或 反射电磁波 电 磁 波

收集

传输 电 磁 波

信息处理

专业图件统计数字

3 遥感的应用: (1)广泛用于资源调查:例如矿产资源(地质断裂 带上),生物资源(遥感图像解译获取植被的分布、 类型、结构、健康状况、产量等)

6.遥感的应用 (1)资源调查

1972年美国不清楚苏联国内谷物收成情况,导致苏联从 美国市场抢购几百亿千克谷物,导致美国国内粮价飞涨, 1977年,美国遥测苏联小麦产量,同苏联官方公布的实 际数字只差1%,美国从此能在国际市场上占有销售优势。

(2)环境监测:荒漠化、海上冰山漂流、水体污染、大 气污染、全球气候变化等

(2)环境监测:荒漠化、海上冰山漂流、水体污染、大 气污染等

(3)自然灾害防御监测:旱情、洪灾、森林火灾、滑坡 等

森 林 火 灾 监 测

旱 情 监 测

地 震 破 坏 调 查

海 啸 破 坏 调 查

(4)农作物估产及病虫害防治

(5)工程建设及区域规划 (指导城市规划、大型水利工程建设、核电站、 路网建设,使规划更合理)

公路勘 察设计 和工程 远程监 控

利用航 拍进行 工程选 址

5.遥感的优越性
人工实地调查 花费时间 时效性 连续性 调查人员 调查成本 多 差(慢) 差,不能全 天候观测 多 高 小,有些地方不 能人工调查 利用遥感技术调查 少 好(快) 好,能全天 侯观测 少 低 广,能获得人眼看 不到的信息

调查范围

4.遥感的优越性(作用)

(1)提高研究工作的精度和质量,节省人力、财力, 提高效率。 遥感技术
从面上的区域分析研究 有重点的选择若干点 ﹑ 线进行野外验证和检查

传统的工作方法 从点﹑线实地观测 面上的分析研究

(2)遥感信息作为重要的信息源,为 区域地理环境研究从定性到定量、从静态 到动态、从过程到模式的转化和发展,提 供了条件。 区域地理环境研究的前提是获取

地理信息。例如,将多次或逐月、
逐年的遥感影像图叠加,就可反映城市的 扩张、海岸的侵蚀、湖泊的消长,等等。

思考: 2.有人说:遥感是人的视力的 延伸。你同意这种看法吗? 点拨:
同意。可以从遥感的定义 分析。从某种意义上说, 人们“看”的过程就是在 遥感,眼睛相当于传感器。

[技巧点拨]

1.运用顾名思义法记忆遥感的概念和主要环节 :遥感的的概念中抓住关键词一是“远距离”, 二是“感知”。

2.运用归纳法记忆遥感的关键装置── 传感器的重要作用:

跟踪练习:导学练2、7、8、9、15、16

二、全球定位系统( GPS)
1 .全球定位系统的概念 利 用 卫 星 全球范围内 实时 导 航 定 位

系 统

2、组成

GPS卫星星 座 (空间部分)

GPS系统 地面监控系统 包括三 大部分: (地面控制部分 ) GPS信号接收机 (用户设备部分 )

1.在一个平面直角坐标系上,确 定点的位置,需要知道几个值? 2个 2.在一个空间三维坐标系上,确 定点的位置,需要知道几个值? 3个 3.要精确知道一个人在地球上的 位置,必须知道几个值? 至少需要几颗卫星? 3个 3个
通常应用三颗卫星的数据就可以进行定位,但要保证 对目标实时观测(诸如提供目标运动数据等), 则需 要至少四颗卫星的信号。

3.全球定位系统的工作特点及功能

工 作 特 点 ( 三 全 两 性)

?全能性(陆地、海洋、航空和航天)
?全球性 ?全天候 ?连续性 ?实时性

功能:为用户 提供精密的三 维坐标,速度 和时间

4.全球定位系统的应用
(1)在日常生活中应用——GPS导航

无论是在飞行的飞机上,行驶的 汽车和船舶上,还是徒步在野外考察、 旅行,只要拥有手掌大小的GPS信号 接收机,就能随时知道自己前进的方 向和所处的地理坐标。利用GPS为导

航服务已成为一种新兴的行业。

GPS汽车导航

[思考] 在GPS汽车导航中,信息在汽车、卫星 和服务中心之间是怎样传递的?
汽车中的GPS 用户设备接收 了GPS卫星信 息,解算出本 车的位置、速 度等信息,并 通过无线电信 号传送至服务 中心。服务中 心再根据汽车 所在的位置、 及时通过语言 提示为汽车导 航。

(2)在区域地理环境研究中的应用。

例如:野外调查是区域地理环
境研究常用的方法之一,全球定位 系统可以帮助野外考察人员确定考 察点的地理位置(经度和纬度)、 高程(海拔),从而可在野外调查 中获得更为精准的数据。

北斗导航卫星

三、地理信息系统(GIS)
1 .地理信息系统的概念
专门处理地理空间数据的计算 机系统,称为“地理信息系统”, 简称“GIS”。

2. GIS的简要程序
信息源 数据处理 数据库 空间分析 表达

地图、遥 感图象、 以及野外 考察、室 内实验、 社会统计 等获得的 数据

建立空 间模型 和数字 模型

地物空 间特征 和属性 的各项 数据的 结合

按一定规 划对所研 究的局部 或局部与 相邻部分 或整个区 域进行空 间分析

将系统处 理和分析 的结果形 成可供研 究、规划 和决策人 使用的产 品

3.地理信息系统的应用
地理信息系统可应用的领域相当广泛,凡 是用到地图或需要处理地理空间数据的领域都 可以借助GIS。

(1)在区域地理环境研究中,地理信息 系统可提供反映区域状况的各种空间信息。通 过对有关信息进行分析、加工,建立能反映区 域内各种因素相互关系,揭示区域结构、特征 和发展规律的模型。

(2)利用地理信息系统所提供的查询检 索、空间分析等功能,还可对区域内自然资源 和条件、区位和交通条件、人口和劳动力条件, 以及经济和社会条件进行更精确的分析、评价。 (3)在利用遥感、全球定位系统等提供 的地理信息的基础上,运用地理信息系统,可 以对环境和自然灾害进行动态监测及评估预测。

五类不同适宜性区汇总
分区 颜色 RDLS值 平均海拔(m) 面积(km )
2

不适宜 临界适宜 黄色 淡紫色 大 于 1.5-2.0 2.0 1500m 1300 1966 69312

一般适宜 中度适宜 高度适宜 红色 紫色 绿色 1.0-1.5 0.5-1.0 0-0.5 1000 72324 46.80% 2140118 59.54% 375 8187 67.02% 1519 800 12618 8.17% 600 274 0.18%

占全省总面积比例 1.27% 44.85% 人口(人) 占总人口比例 400174 8031270 0.33% 22.34% 119 2311

6270870 242562 17.45% 607 1627 13.32% 1826 0.67% 885 91 0.74% 3321

人 口 密 度 ( 人 /km2 83 ) GDP(亿元) 占全省GDP比例) 40

0.33% 18.92% 308

经 济 密 度 ( 万 元 204 2 /km )

城市 发展 研究 规划

GIS的海量数据管理功能
每一条路网、交通线 设定与管理

专题地图

虚拟城市模拟

(4)地理信息系统在城市管理中的应 用已得到推广。

灾害监测

如:超市选址

如:120、110抢险

五类不同适宜性区汇总
分区 颜色 RDLS值 平均海拔(m) 面积(km )
2

不适宜 临界适宜 黄色 淡紫色 大 于 1.5-2.0 2.0 1500m 1300 1966 69312

一般适宜 中度适宜 高度适宜 红色 紫色 绿色 1.0-1.5 0.5-1.0 0-0.5 1000 72324 46.80% 2140118 59.54% 375 8187 67.02% 1519 800 12618 8.17% 600 274 0.18%

占全省总面积比例 1.27% 44.85% 人口(人) 占总人口比例 400174 8031270 0.33% 22.34% 119 2311

6270870 242562 17.45% 607 1627 13.32% 1826 0.67% 885 91 0.74% 3321

人 口 密 度 ( 人 /km2 83 ) GDP(亿元) 占全省GDP比例) 40

0.33% 18.92% 308

经 济 密 度 ( 万 元 204 2 /km )

跟踪练习:导学练5、6、、11、12、14

[合作探究]

城市110指挥中心在接到报警电话后,能在最短的时间 内指挥警车到达出事地点。为提高出警效率,许多城市配 备了巡誓车。应用地理信息技术可大大提高出警效率。 (1)110指挥中心要随时掌握每辆巡警车在城市中的位置, 可以利用哪一种地理信息技术? (2)110指挥中心要确定哪一辆巡警车离出事地点最近, 可以利用哪一种地理信息技术? (3)110指挥中心要判定最近的警车至出事地点的道路是 否畅通,还需要利用哪些技术?如果存在严重交通堵塞, 110指挥中心又该怎么办? (4)假如你是110指挥中心的调度员,描述在接到报警电 话到指挥警车前往出事地点的工作程序。 (5)由此例推想,地理信息技术还可以应用于城市管理 的哪些部门中?

[参考答案] (1)可以利用全球定位系统 (2)可以利用地理信息系统 (3)还要用到摄像和视频传输技术。如果存在严重交 通堵塞,需要另外找较近的且有条件较快赶到出事地 点的巡警车(需要综合运用上述技术)。 (4)接警→确认出事地点的位置→(在显示各巡警车 的地理信息系统中)了解其周围巡警车的位置→分析 确定最近(或能最快到达)的巡警车→通知该巡警车。 (5)城市交通组织和管理、商业组织和管理、城市规 划、卫生救护、物流等部门,都可利用地理信息技术。

2 .“3S”的关系

(1)联系: 既互为独立发展又

相互促进。

(2)区别: ①遥感主要用于地理信息数据的获取;

②全球定位系统主要用于地理信息的空
间定位;

③地理信息系统主要用来对地理信息数
据进行管理、查询、更新、空间分析和

应用评价。

3S技术之间有什么关系?
GIS
分析信息

GPS

信息定位

RS

获取信息

1.数字地球 (1)数字地球的概念
数字地球是指数字化的地球,即把整个
地球信息进行数字化后,由计算机网络来管理

的技术系统。

(2)数字地球的 原理和应用
数字地球是将不同空 间、时间的自然、人文的 大量信息,按地理坐标, 从区域到全球进行整合, 并进行立体的、动态的显 示,能为复杂的生产、研 究活动提供实验条件和试 验基地。

三维可视化 浏览界面

快速增长的网络化 地理空间信息世界

多源信息的集成 和显示机制

科学计算 海量存储 技术 支持

基本组成 实现层 次

卫星影像 宽 带 网
互 操 作

数字地球

全球层 国家层 区域层 应用领域

元 数 据
指 导 虚 拟 外 交 打 击 犯 罪 活 动 适 居 社 区 建 设 增 加 农 业 生 产 灾 害 快 速 反 应

?

数字地球 的 内容

数字地球与3S
3S为数字地球奠定了基础。 数字地球最主要的任务是提供信息服务。

例如 (1)数字地球为可持续发展提供依据 在计算机中利用数字地球可以对全球变化的过程、 规律、影响以及对策进行各种模拟和仿真,从而提高 人类应付全球变化的能力。 数字地球可以广泛地应用于对全球气候变化,海 平面变化,荒漠化,生态与环境变化,土地利用变化 的监测。与此同时,利用数字地球,还可以对社会可 持续发展的许多问题进行综合分析与预测,如:自然 资源与经济发展,人口增长与社会发展,灾害预测与 防御等。

(2)便利人们的生活

房地产公司可以将房地产信息链接到数字地 球上;旅游公司可以将酒店、旅游景点,包括它们 的风景照片和录象放入这个公用的数字地球上;世 界著名的博物馆和图书馆可以将其收藏以图像、声 音、文字形式放入数字地球中;甚至商店也可以将 货架上的商店制作成多媒体或虚拟产品放入数字地 球中,让用户任意挑选。另外在相关技术研究和基 础设施方面也将会起推动作用。因此,数字地球进 程的推进必将对社会经济发展与人民生活产生巨大 的影响。

如:淘宝、百度地图、外卖、电子旅游

3、数字地球与精细农业
下一世纪农业要走节约化的道路,实现节水农业、 优质高产无污染农业。这就要依托数字地球,每隔 3~5天给农民送去他们的庄稼地的高分辨率卫星影 像,农民在计算机网络终端上可以从影像图中获得 他的农田的长势征兆,通过GIS作分析,制定出行 动计划,然后在车载GPS和电子地图指引下,实施 农田作业,及时地预防病虫害,把杀虫剂、化肥和 水用到必须用的地方,而不致使化学残留物污染土 地、粮食和种子,实现真正的绿色农业。这样一来, 农民也成了电脑的重要用户,数字地球就这样飞入 了农民家。到那时农民也需要有组织,有文化,掌 握高科技。

4、数字地球与智能化交通 而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的, 实时、准确、高效的综合运输和管理系统,实现运输工 具在道路上的运行功能智能化。 具体地说,该系统将采集到的各种道路交通及服务 信息经交通管理中心集中处理后,传输到公路运输系统 的各个用户(驾驶员、居民、警察局、停车场、运输公 司、医院、救护排障等部门),出行者可实时选择交通 方式和交通路线;交通管理部门可自动进行合理的交通 疏导、控制和事故处理;运输部门可随时掌握车辆的运 行情况,进行合理调度。从而,使路网上的交通流运行 处于最佳状态,改善交通拥挤和阻塞,最大限度地提高 路网的通行能力,提高整个公路运输系统的机动性、安 全性和生产效率。

5、数字地球与Cybercity

基于高分辨率正射影像、城市地理信息系统、建 筑CAD,建立虚拟城市和数字化城市,实现真三维 和多时相的城市漫游(天气)、查询分析和可视化。 数字地球服务于城市规划、市政管理、城市环境、 城市通讯与交通、公安消防、保险与银行、旅游与 娱乐等,为城市的可持续发展和提高市民的生活质 量等。

7、数字地球与现代化战争

在美国眼里数字地球的另一种提法是星球大战,是美 国全球战略的继续和发展。 显然,在现代化战争和国防建设中,数字地球具有 十分重大意义。建立服务于战略、战术和战役的各种军事 地理信息系统,并运用虚拟现实技术建立数字化战场,这 是数字地球在国防建设中的应用。这其中包括了地形地貌 侦察、军事目标跟踪监视、飞行器定位、导航、武器制导、 打击效果侦察、战场仿真、作战指挥等等方面,对空间信 息的采集、处理、更新提出了极高的要求。 在战争开始之前需要建立战区及其周围地区的军事地 理信息系统;战时利用GPS、RS和GIS进行战场侦察, 信息的更新,军事指挥与调度,武器精确制导;战时与战 后的军事打击效果评估等等。

课堂小结
数 字 地



地 理 信 息 技 术

全球定位系统

地理信息空间定位

为遥感信息提供三维坐标

遥 感 技 术

地理信息数据获取

地理信息、数据来源

地理信息系统

地理信息管理、分析等

总之,随着"三S"技术及相关技术的发展, 数字地球将对社会生活的各个方面产生巨大的 影响。其中有些影响我们可以想象,有些影响 也许我们今日还无法想象。

遥感技术 概念 利用一定的技术装备在 航空器或航天器上对地 物进行遥远的感知 RS 人的视力的延伸 遥感平台、传感器、遥 感信息的传输与处理

地理信息系统

全球定位系统

专门处理地理空间数据的 利用卫星在全球范 计算机系统 围内适时进行导航、 定位的系统 GIS 地图的延伸 计算机硬件、软件 GPS卫星星座、 地面监控系统、 GPS信号接收机 GPS

代号 别名 技术 装备

技术 环节
特征

电磁波--收集--传输--处 理--分析---成果
范围大、速度快、周期 短、限制少、应用广

信息源数据处理数据库空 间分析表达
①采集、管理、分析、输 全能性、全球性、 出地理空间信息②空间分 全天候、连续性、 析多要素、综合动态预测 实时性 ③计算机系统支持 能对地理空间数据进行输 为各类用户提供精 入、管理、分析和表达 密的三维坐标、速 度和时间

作用

段时间内获得全面资料 以便及时安排防灾、救 灾

应用 领域

农业、林业、国土资源、地矿、军事、交通、测绘、水利、通讯、交通、 公安、教育、能源等各行业

?应用功能
资源调查
以土地利用类型为例: ? 不同土地利用类型的分布和面积 ? 按不同高程带划分的土地利用类型 ? 不同坡度区内的土地利用现状 ? 不同时期的土地利用变化 从而为资源的合理利用、开发和 科学管理提供依据。

城乡规划
? 城镇总体规划 ? 城市建设用地适宜性评价

? 环境质量评价
? 道路交通规划

? 公共设施配置,以及城市环境的 动态监测

灾害监测
?森林火灾的预测预报 ?洪水灾情监测和洪水淹没损失的估 算

?为救灾抢险和防洪决策提供及时准
确的信息

环境管理
?

?
? ? ?

为环境管理部门提供基础数据库系统 提供数据统计、报表和图形编制方法 建立环境污染的若干模型 提供环保部门办公软件 提供信息传输的方法和手段

宏观决策
? ?

系统支持下的土地承载力的研究,以解决土地资 源与人口容量的矛盾 三峡地区研究,提供了建库前后环境变化的数量 、速度和演变趋势等可靠的数据


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