地理信息技术及其应用

第六讲地理信息技术及其应用要点一遥感及其应用1.遥感的概念指人们在航空器(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。遥感在广义上可以理解成不直接同观察对象接触而获得对象信息的方法。遥感在狭义上可以理解为应用相关仪器，从远处获得观察对象信息的综合技术。2．遥感技术的装备遥感技术主要由遥感平台、传感器和遥感信息的接收与处理三部分组成。遥感平台是装载传感器的设备，如卫星、飞机等，其作用是稳定地运载传感器。传感器是接收、记录目标物反射或发射电磁波的仪器，如照相机、扫描仪等。3．遥感的分类采用不同的分类标准，可以把遥感分为不同的类型。如下表所示：分类依据分类含义按遥感传感器的位置(遥感平台高度的不同)近地面遥感(地面遥感)地面遥感指传感器放在测量车上航空遥感航空遥感指传感器装在飞机等航空器上；成像特点：比例尺有大、中、小之分，图像清晰，分辨率高，可以对垂直地物清晰成像，也可以反映单一目标信息；应用特点：周期性差，适合长时间、动态变化慢(数月或更长)的观察航天遥感航天遥感指传感器搭载在人造卫星等航天器上；成像特点：比例尺比较小，覆盖率最大，空间性明显，具有宏观的特点；应用特点：周期性重复成像，适合对某地区连续观察，便于动态分析传感器接收信息的种类可见光遥感传感器接收物体反射或发射的可见光红外遥感传感器接收物体反射或发射的红外线微波遥感传感器接收物体反射或发射的微波传感器获得信息的方式(传感器工作方式的不同)主动式遥感传感器主动向目标物发射电磁波，然后接收目标物反射回来或发射的电磁波，如微波遥感中的雷达遥感被动式遥感传感器不向目标物发射电磁波，仅接收目标物反射的其他来源的电磁波和目标物发射的电磁波，如照相机航空遥感(被动地接收物体辐射的电磁波的遥感方式)遥感资料获取方式成像遥感将探测到的目标物电磁波转换成可视图像，如航空影像、卫星影像等非成像遥感将接收到的目标物电磁波以数据方式记录和输出应用领域环境遥感、资源遥感、农业遥感、林业遥感、海洋遥感、地质遥感、气象遥感、军事遥感、城市遥感……应用空间尺度全球遥感、区域遥感、外层空间遥感(宇宙遥感)4.遥感工作过程及主要环节特别提醒电磁波包括紫外线、可见光、红外线、微波和其他无线电波等。地球表面上的任何物体，如大气、土地、水体、植被和建筑物等，都具有吸收、反射和发射电磁波的特性。不同物体的电磁波特性是不同的。遥感正是通过探测各种地物反射或发射的不同电磁波，从而对物体进行识别和分类，这就是遥感的基本工作原理。5．遥感的功能遥感是人眼的延伸，它的功能主要表现在以下三个方面：(1)遥感能够精确地观测到距离更遥远、范围更广阔的现象。例如，我国的气象卫星可以获得整个地球的影像。(2)遥感能够更及时、更持久地监测事物的发展变化。例如，卫星可以对台风、沙尘暴的发生、发展和消亡进行动态监测等。(3)遥感能够观察到可见光之外人眼看不见的光线，这些看不见的光线包括紫外线、红外线、微波等，它们往往包含了物体重要的信息，例如，红外线常含有物体温度的信息。6．遥感的的应用遥感现已广广泛应用于于陆地水资资源调查、、土地资源源调查、植植被调查、、地质调查查、城市遥遥感调查、、海洋资源源调查、测测绘、考古古调查、环环境监测、、规划管理理等活动，，并为地理理信息系统统提供大量量的数据和和图像。遥遥感主要应应用于以下下一些领域域，如下表表所示：领域应用测绘制图目前，大比例尺地图大多是利用航空摄影测量方法编制的，中小比例尺地图可用卫星遥感影像编制自然资源调查遥感用于土地资源调查，土地利用调查，土壤干旱、盐碱化、沙化调查及监测，农作物长势监测与估产，森林、草场资源调查，水资源调查和地质矿产调查等环境与灾害监测评价遥感可用于大气污染、水污染、土地污染等的监测，对旱情、洪水、滑坡、泥石流、地震、森林火灾与病虫害等进行监测和灾情评价区域分析规划遥感可为城市土地利用现状、城市环境监测及评价、城镇布局结构分析、城市道路交通分析、城镇生态分析等城市发展提供基础信息，为城市建设规划及决策服务全球宏观研究全球宏观研究旨在解决世界人口、资源和环境等全球性问题。遥感为全球宏观研究提供了信息和技术支持。例如，用气象卫星等提供的遥感信息进行全球性气象研究和灾情预报，监测地球表面冰川活动以及厄尔尼诺现象等其他应用如无人侦察机、间谍卫星等军事应用7.遥感的的特点与实地测绘绘相比，遥遥感具有探探测范围大大(“飞得得高，探得得远”)，，获得资料料速度快、、周期短(探测范围围大，自然然速度快、、周期短)，受地面面条件限制制小(适应应性强)。。在有些方方面，遥感感还是目前前取得所需需资料的唯唯一手段，，特别是人人员难以进进入区域的的调查。因因此，具有有成本低、、效益大的的特点，可可节省大量量的人力和和物力。8．遥感探探测的范围围、获取资资料的速度度和周期、、对地物的的分辨率与与运载工具具飞行高度度的关系要点二GPS及其其应用1.GPS的概念全球定位系系统(GPS)是指指利用卫星星在全球范范围内实时时进行导航航和定位的的系统。2．GPS系统的组组成系统结构空间位置组成和分布全球定位系统GPS卫星星座空间由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，24颗卫星均匀分布在六个轨道平面内地面监控系统地面由分布在全球5个地面站(包括5个监控站、1个主控站和3个注入站，主控站和注入站都位于监控站里)组成GPS信号接收机用户注意：空间间部分由分分布在距地地面20200千千米高空、、互成60度角的6个轨道面面上的24颗GPS卫星组成成，每个轨轨道上有4颗卫星。。这些卫星星不间断地地发送各自自与定位相相关的参数数、时间等等信号，为为用户提供供高精度、、全天候、、连续实时时的三维定定位和导航航信息。3．GPS的特点GPS的问问世标志着着定位、导导航技术进进入了一个个崭新的时时代，GPS的主要要特点是：：特点含义覆盖全球表面，可全天候作业GPS卫星数目较多且分布合理，在全球任何地点、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，从而保障了全球全天候、连续实时定位和导航的需要，且不受云、雾、雨、雪等天气的影响功能多，应用广泛GPS不仅可用于定位、导航，还可用于测绘测量、测速、测时，应用领域不断扩大观测时间短，定位精度高目前，GPS接收机的一次定位和测速工作可在1秒钟甚至更短的时间内完成。随着GPS的不断完善，GPS差分定位技术已能使定位精度提高到厘米级操作简单，便于携带GPS的操作已基本实现了自动化。GPS接收机的体积越来越小，重量越来越轻，便于携带和野外观测抗干扰性能好，保密性强GPS卫星所发送的信号具有良好的抗干扰性和保密性4.全球定定位系统(GPS)的应用(1)全球球定位系统统在区域地地理环境研研究中的应应用较为广广泛(2)利用用GPS为为导航服务务已成为一一种新兴的的行业。要点三GIS及其其应用1.GIS的概念地理信息系系统是以数数据库为基基础，在计计算机软硬硬件支持下下，对地理理数据进行行输入、存存储、管理理、处理、、分析和输输出的计算算机技术系系统。2．GIS的基本工工作原理人们借助一一定的设备备，将地理理事物的空空间位置信信息和属性性信息以数数字形式输输入计算机机，利用数数据库和计计算机图形形技术进行行编辑、组组织和管理理，并编制制、显示出出地图。同同时，还能能按使用者者的要求，，通过特定定的软件程程序，对地地理信息进进行检索查查询、分析析处理，再再将结果以以数字、图图表、地图图等多种形形式准确、、直观地输输出，它既既有电子地地图的功能能，又具备备空间信息息分析功能能，是地理理研究和辅辅助决策的的工具。3．GIS技术的简简要程序(即地理信信息系统的的工作流程程)地理信息系系统由硬件件、软件、、数据、人人员等组成成，其工作作流程由地地理空间数数据的输入入、管理、、分析和表表达等过程程构成。其其简要程序序如下图所所示。4．利用GIS可以以解决的基基本问题作为地理信信息的处理理与分析系系统，GIS的功能能遍及从数数据采集、、分析到应应用的全部部过程。利利用GIS可以解决决以下基本本问题：问题解决方法与位置、分布有关的问题利用GIS可以回答与“地点”“状况”有关的简单定位问题，还可以解决查询特定条件下地物的位置及状况等问题趋势分析在GIS中利用多时段的数据获得地理事物时空变化的信息，可分析其相应的发展趋势模拟问题利用GIS，可以将已掌握的地理规律用数学方法表达出来，即建立模型，以模拟其中某些因素变化后将产生的结果5.GIS的应用由于地理信信息系统具具有地理信信息获取、、分析、模模拟、图形形表达等功功能，在现现代生产和和生活中具具有广泛的的应用价值值。GIS技术是地地图的延伸伸，凡是用用到地图或或需要处理理地理空间间数据的领领域，都可可以借助GIS技术术，其应用用十分广泛泛，应用领领域如下表表：领域应用价值资源清查与管理建立资源数据库及相应的地理信息系统，为资源的可持续开发、合理调配和有效利用提供科学依据，实现资源的现代化科学管理农业信息化建立农业信息系统，对大量农业数据实行有效的存储、组织和管理，为各级政府制定农业生产规划、服务计划等提供科学依据城市管理与规划建立城市规划管理自动化地理信息系统，实现对人口、交通、市政设施、公共设施、地下管线、环境保护等诸多信息的自动化、智能化管理灾害监测、防灾减灾与灾情评估对各种灾害建立监测与预报信息系统全球变化研究建立有关环境演变的时空模型，研究气候与地表覆盖变化、海平面及海岸线变迁等社会经济可持续发展规划根据各地区资源、人口、环境的特点和经济、社会基础，建立相应的数据库与各具特色的指标体系，为协调人地关系和制定社会经济发展规划提供科学决策依据环境监测与保护建立环境与生态监测信息系统，为环境与生态保护规划及整治对策的制定提供科学依据要点四数字地球1.数字地地球的含义义把地球上每每个确定点点(点的范范围因需要要可大可小小)的相关关信息和数数据组织起起来，然后后进一步组组合地球上上所有这样样的点，构构造一个能能包容自然然和人类大大多数数据据和信息的的虚拟地球球，这就是是数字地球球，数字地地球的核心心思想有两两点：一是是用数字化化手段统一一处理地球球问题；二二是最大限限度地利用用信息资源源，并使普普通百姓能能够通过一一定方式方方便地获得得人们想了了解的有关关地球的信信息。2．数字地地球的应用用前景应用前景具体表现可持续发展应用空间分析与虚拟现实技术，建立数字化空间实验室，从全球角度研究可持续发展问题政府决策为国家大型工程决策提供重要参考数据，为政府对城市的管理提供依据百姓生活接受远程教育，网上购物，交互娱乐项目，游览风景名胜特别提醒地理信息技技术为构建建数字地球球奠定了基基础。数字字地球是以以遥感技术术、遥测技技术、数据据库与地理理信息技术术、高速计计算机网络络技术和虚虚拟技术为为核心的信信息技术系系统。数字字地球是地地球科学与与信息学技技术的综合合，是一门门综合性的的科学技术术。3．“3S”技术术与与数数字字地地球球的的关关系系特别别提提醒醒3S技技术术手手段段的的选选取取：：由由于于3S技技术术既既相相互互区区别别又又相相互互联联系系，，因因此此在在选选取取某某一一技技术术时时应应认认清清三三者者的的概概念念及及相相互互关关系系。。具体体选选择择时时应应把把握握其其本本质质区区别别：：遥遥感感(RS)是是人人的的视视力力的的延延伸伸，，它它是是侧侧重重于于收收集集信信息息的的感感知知手手段段，，通通过过飞飞机机或或卫卫星星上上携携带带的的传传感感器器接接收收地地物物辐辐射射或或反反射射的的电电磁磁波波来来获获得得信信息息，，并并经经过过简简单单处处理理后后获获得得资资料料，，如如航航片片、、卫卫星星云云图图等等，，因因此此遥遥感感本本质质上上是是“看”的过过程程。。而地地理理信信息息系系统统(GIS)是是在在一一定定的的数数据据源源的的基基础础上上进进行行分分析析、、对对比比、、计计算算，，得得出出有有益益于于人人类类生生产产生生活活的的结结论论，，它它侧侧重重于于““分分析析、、计计算算””，，相相当当于于“想、、算算”的人人的的活活动动。。例例如如，，气气象象卫卫星星在在高高空空收收集集到到云云系系等等信信息息情情况况并并传传输输到到地地面面，，这这是是RS技技术术的的应应用用；；而而将将卫卫星星云云图图与与地地面面上上实实测测到到的的气气温温、、湿湿度度、、风风向向等等信信息息(统统称称为为数数据据源源)经经过过计计算算、、分分析析、、处处理理，，得得出出天天气气情情况况的的预预测测则则是是GIS技技术术的的应应用用。。GPS相相对对应应用用途途径径单单一一，，即即定定位位并并通通过过多多次次定定位位计计算算速速度度等等，，它它的的最最大大特特点点是是工工作作对对象象是是一一个个“点”或“多个个点点”，明明显显区区别别于于RS与与GIS技技术术的的工工作作对对象象————“面”。在做做3S技技术术中中选选取取适适当当手手段段之之类类的的题题目目时时，，首首先先看看其其工工作作对对象象是是““点点”还是是“面”，是是“点”则选选用用GPS，，如如导导航航、、珠珠峰峰高高度度测测量量等等，，如如果果是是“面”则需需看看突突出出监监测测方方面面还还是是需需处处理理计计算算才才能能得得出出结结果果，，如如要要监监测测森森林林火火灾灾则则应应选选用用RS技技术术，，要要在在某某城城市市选选取取大大型型商商业业中中心心区区位位应应选选用用GIS技技术术。。同时时，，一一项项工工作作往往往往可可能能在在某某次次使使用用的的是是一一种种技技术术，，而而另另一一次次则则使使用用了了另另一一种种技技术术，，甚甚至至是是同同时时使使用用了了多多种种技技术术，，因因此此，，要要认认真真审审清清题题目目，，提提炼炼题题目目中中提提供供的的信信息息，，如如““某某山山区区森森林林火火灾灾发发生生后后，，扑扑救救工工作作动动用用了了卫卫星星监监测测定定位位，，并并运运用用计计算算机机软软件件对对火火势势情情况况进进行行了了分分析析和和预预报报””这这一一事事件件中中，，使使用用卫卫星星监监测测是是RS技技术术的的应应用用，，卫卫星星定定位位则则是是GPS技技术术的的应应用用，，计计算算机机处处理理预预报报信信息息则则是是GIS技技术术的的应应用用。。典例例1(2010··天天津津河河东东区区二二模模)中中国国海海军军两两艘艘驱驱逐逐舰舰和和一一艘艘大大型型补补给给舰舰组组成成的的舰舰队队，，于于2008年年12月月26日日，，从从三三亚亚出出发发前前往往亚亚丁丁湾湾、、索索马马里里海海域域实实施施护护航航。。2009年年1月月6日日开开始始第第一一次次护护航航，，到到2月月6日日为为止止，，已已护护航航15批批次次。。下下图图为为中中国国军军舰舰赴赴索索马马里里海海域域护护航航路路线线图图，，回答答(1)～～(2)题题。。(1)关关于于中中国国海海军军舰舰队队赴赴索索马马里里海海域域护护航航过过程程中中的的叙叙述述，，比比较较合合理理的的是是()A．．三三亚亚日日出出的的时时间间越越来来越越晚晚B．．天天津津某某学学校校正正午午的的旗旗杆杆影影子子逐逐渐渐变变长长C．．经经过过马马六六甲甲海海峡峡风风急急浪浪高高D．．在在北北印印度度洋洋航航行行顺顺风风顺顺水水(2)中中国国军军舰舰若若要要去去解解救救一一艘艘被被海海盗盗追追踪踪的的船船只只，，需需要要利利用用的的地地理理信信息息技技术术主主要要是是()A．．RSGISB．．GPSGISC．．GISSOSD．．SOSGPS【剖剖析析】】第(1)题题，，中中国国海海军军舰舰队队赴赴索索马马里里海海域域护护航航的的时时间间是是在在北北半半球球的的冬冬半半年年，，北北印印度度洋洋受受冬冬季季风风的的影影响响，，海海水水由由东东向向西西流流，，故故船船队队航航行行时时顺顺风风顺顺水水。。第第(2)题题中中国国军军舰舰若若要要去去解解救救一一艘艘被被海海盗盗追追踪踪的的船船，，用用全全球球定定位位系系统统定定位位，，用用地地理理信信息息系系统统来来分分析析其其可可能能的的去去向向，，因因此此选选择择B项项。。【答答案案】】(1)D(2)B典例例2(2009··山山东东潍潍坊坊)2008年年9月月6日日上上午午11时时25分分，，中中国国在在太太原原卫卫星星发发射射中中心心成成功功的的以以““一一箭箭双双星星””方方式式将将环环境境与与灾灾害害监监测测预预报报小小卫卫星星(简简称称““环环境境减减灾灾””)A、、B卫卫星星送送入入太太空空。。据据此此回回答答(1)～～(2)题题。。(1)““环境减减灾”卫卫星对生生态环境境和灾害害进行动动态监测测，直接接应用的的地理信信息技术术是()A．遥感感B．地理理信息系系统C．全球球定位系系统D．．数字地地球(2)““环境减减灾”卫卫星不能能直接监监测的自自然灾害害是()A．台风风B．．洪涝C．地地震D．森林林病虫害害【剖析】】第(1)题，遥遥感技术术是“人的视力力的延伸伸”，对某项项事物的的观测要要利用的的就是遥遥感技术术。第(2)题题，地震震是长期期内应力力作用下下岩层断断裂、能能量释放放产生的的，遥感感是对地地理事物物的感知知，却无无法对一一种作用用力进行行监测。。【答案】】(1)A(2)C典例3(2009··辽宁鞍鞍山)自自然地理理环境对对现代城城市规划划产生深深刻的影影响。据此回答答(1)～(2)题。。(1)巴巴黎计划划在其北北部建一一卫星城城，其城城市规划划布局将将采用上上图D区区域的布布局模式式，主要要考虑的的环境要要素是()A．河流流的流向向B．地形形的起伏伏C．人们们的审美美观念D．主主导风向向(2)该该卫星城城建好后后，某出出租车公公司要在在中心调调度系统统中快速速查询本本公司出出租车的的位置信信息，所所采用的的技术是是()A．RS技术B．．GIS技术C．无线线电呼叫叫技术D．GPS技技术和GIS技技术【剖析】】第(1)题，为为减少工工业区对对居民区区的污染染，在布布局中依依据城市市盛行风风向，把把工业区区放在盛盛行风的的下风向向，并用用绿化带带隔离。。巴黎地地处温带带海洋性性气候区区，全年年盛行西西南风。。第(2)题，，出租车车的具体体位置需需要利用用GPS进行定定位，而而查询需需利用GIS。。【答案】】(1)D(2)D典例4(2008··广东珠珠海)读读GPS手机界界面图，，界面上上的时间间为北京京时间。。读图回答答(1)～(2)题。。(1)此此时，持持有GPS手持持机者所所在的地地形区为为()A．江汉汉平原B．．江淮平平原C．华北北平原D．．江南丘丘陵(2)如如果此日日全球昼昼夜平分分，那么么此地离离日落还还约有()A．56分钟B．．1小时时C．1小小时1分分钟D．1小时5分钟【剖析】】从手机界界面图上上可以看看到的信信息有：：海拔17米，，纬度：：32°°03′′23.2″N，经度度：118°45′54.6″E，，北京时时间：16时59分11秒。。根据经经纬度很很容易判判断该地地位于江江淮平原原。如果果此日全全球昼夜夜平分，，那么该该地应该该地方时时18时时日落，，根据该该地与北北京时间间的120°相相差1°°14′′5.4″，该该地地方方时比北北京时间间晚大约约5分钟钟，所以以此地离离日落还还约有1小时5分钟。。【答案】】(1)B(2)D例1(2010·浙浙江文综综)某市市泥石流流易发生生在下列列三项条条件都同同时具备备的地方方：(1)河道道；(2)陡坡坡；(3)大量量松散土土石分布布。该市市的地理理信息经经数字化化后，处处理分析析得出表表4，如如图甲。。读图，，完成(1)～～(2)题。(1)图图乙中，，符合该该市河流流流向的的选项是是()A．aB．bC．cD．d(2)该该市易发发生泥石石流的区区域是()A．甲、、庚B．丙、、庚C．乙、、丁D．戊、、辛【剖析】】第(1)题，由由表2和和表3数数字判断断河流流流向。表表2数字字1处为为河流所所在位置置，由表表3数字字可确定定河流干干流由西西南流向向东北，，选A。。第(2)题，，由泥石石流发生生的三个个条件及及表格说说明可知知，泥石石流易发发程度由由前三个个表格中中数字之之和决定定，把每每个区域域三个数数字相加加，其和和越大表表明该处处越易发发生泥石石流，对对比各区区域可知知D项正正确。【答案】】(1)A(2)D例2(2008·海海南地理理)下图图示意为为某专题题研究建建立的地地理信息息系统(GIS)图层层。据此完成成(1)～(2)题。。(1)该该专题研研究可能能是()A．耕地地分类和和评价B．工业业分布与与交通的的关系C．商业业分布和和规划D．学校校布局(2)若若利用该该地理信信息系统统进行深深埋垃圾圾场选址址，在下下列图层层中应增增加()①大气污污染②②区域规规划③③造纸厂厂、印刷刷厂分布布④水水文地质质A．①②②B．．①③C．②③③D．②②④【剖析】】题干地理理信息图图层涉及及有水系系、地形形、土壤壤、居民民点以及及土地利利用，综综合分析析各选项项可知工工业分布布与交通通的关系系与它们们的相关关性不明明显，商商业分布布和规划划、学校校布局应应该与交