第5章 GPS和GIS技术

1、第5章GPS和GIS技术，5.1GIS技术5.1.1GIS概述1。地理信息系统开发过程1)综合地理信息系统开发，可以将地理信息系统开发分为下一步。地理信息系统开发期(60年代)1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出了地理信息系统这个术语，并将其用于世界上第一个实用的地理信息系统加拿大地理信息系统(cGIS)、自然资源管理和规划。国家信息系统国家协会(URISA)，国际地理联盟(1GU)，1969年美国证券交易协会成立这些组织和机构的建立对普及地理信息系统的知识和开发地理信息系统的技术起到了重要的指导作用。地理信息系统的集成开发期间(70年代)，由于计算机技术及其在自然资源

2、和环境数据处理方面的应用，促进了地理信息系统的快速发展。地理信息系统技术的大发展时期(80年代):大规模和超大型集成电路的出现导致了第四代计算机的问世，特别是小型计算机和远程通信传输设备的出现为计算机的普及应用创造了条件，随着计算机网络的建立，地理信息的传输时效大大提高。地理信息系统的应用领域迅速扩大，从资源管理、环境规划、应急响应、商业服务区域划分到政治选举部门等，涉及到很多领域和领域。地理信息系统的应用大众化时代(90年代)国家级，甚至全球地理信息系统被列入美国政府制定的“信息高速公路”计划中，美国副总统阿尔戈尔提出的“数字地球”战略也包括地理信息系统。毫无疑问地理信息系统将发展成为现代社

3、会最基本的服务系统，2)国内地理信息系统开发，中国地理信息系统研究和应用标志着20世纪70年代末80年代初，中国科学院遥感应用研究所成立国家第一个地理信息系统研究室。中国地理信息系统的研究和应用主要分为三个阶段。从第一阶段19781980年的准备阶段开始，主要准备了舆论，组建了团队，开始了GIS的启蒙研究。第二阶段，从19811985年开始，主要进行GIS的理论探索和区域实验研究，开发国家GIS规范，进行信息收集，数据库模型设计。1985年成立了国家资源和环境信息系统研究所。第三阶段，从1986年到现在，GIS的综合开发阶段地理信息系统研究包含在我国“七五”研究课题中，作为一个全国性的研究领域

4、，逐步与国民经济建设相适应，取得了重要进展和实效。地理信息系统从20世纪90年代开始进入了快速发展阶段。强调地理信息系统和遥感联合科学技术研究项目的执行、地理信息系统的实用化、集成和工程，为地理信息系统早期开发期间的研究实验、区域应用到实用化和生产化等国家经济重大问题提供分析和决策基础。2 .地理信息系统的基本概念，(1)地理信息的概念和特性地理信息是关于地理实体的特性、特性和运动状态的表达以及所有有用的知识，是表示地理特性和地理现象关系的地理数据的解释。地理数据是各种地理特征和现象之间关系的符号表示，包括空间位置、属性特征(以下称为属性)及时域要素的三个部分。除了信息的常规特性外，地理信息还

5、具有以下独特特性：(1)空间分布性。地理信息还必须分布或更新地理数据库，因为空间定位、定位后特性、区域中分布的特性以及其属性以多个级别表示。(2)数据量大。地理信息既有空间特性，又有属性特性，地理信息随时间变化，有时间特性，数据量大。(3)信息载体的多样性。地理信息的第一载体是地理实体的物质和能量本身，除此之外，还具有描述地理实体的文字、数字、地图、图像等符号信息载体，以及纸张、磁带、光盘等物理媒体载体。在地图上，它不仅是信息的载体，还是信息的载体。(2)地理信息系统的概念和特性以及地理信息系统(GeographicalInformationSystem或GeoInformationsyste

6、m、GIS、GIS)是具有信息系统不同特征的决策支持系统。也称为地球科学信息系统或资源和环境信息系统。非常重要的特定空间信息系统。在计算机硬、软件系统的支持下，收集、存储、管理、计算、分析、显示和描述地球表面(包括大气)空间全部或部分的地理分布数据的技术系统。地理信息系统有三个特点：第一，收集、管理、分析和输出各种地理信息的能力、空间和动态性；第二，计算机系统支持空间地理数据管理，计算机程序作用于空间数据，生成有用的信息，模拟执行人类难以完成的任务的一般或专门的地理分析方法。第三，计算机系统支持是地理信息系统的重要特征，可以快速、准确、全面地动态分析复杂地理系统的空间位置和过程。3 .地理信息

7、系统类型，1)基于工具的地理信息系统基于工具的地理信息系统也称为地理信息系统开发平台或外壳，是具有其他系统调用或用户二次开发的基本地理信息系统功能的操作平台。基于通用工具的地理信息系统、2)基于应用的地理信息系统是一种地理信息系统，旨在根据用户的需要和应用目的解决一个或多个实际应用问题，除了地理信息系统的基本功能外，还具有解决地理空间对象和空间信息的分布规则、分布特性和相互依赖的应用模型和方法。5.1.2GIS配置和功能，1。GIS配置类似于由四部分组成的一般信息系统：计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据(或空间数据)和系统管理操作员。核心部分是反映GIS地理内容的计算机系统(软件和硬件)

8、，管理员和用户决定系统的工作方式以及如何显示信息。1)由于操作的复杂性和特殊性，计算机硬件系统、GIS必须由计算机设备支持。构成计算机硬件系统的基本组件包括输入/输出设备、中央处理设备、存储(包括主存储、辅助存储硬件)，这些硬件组件协同工作，为计算机系统提供完成任务所需的信息。保存数据以供当前或将来使用。向用户提供处理后的结果或信息。2)计算机软件系统、计算机软件系统是指需要的各种程序。对于GIS应用程序，通常为(1)计算机系统软件：由计算机制造商提供，提供便于用户使用计算机的程序系统。GIS日常任务通常需要操作系统、汇编程序、编译器、诊断、库程序和各种维护用户指南、程序说明等。(2)地理信息

9、系统软件和其他支持软件：可以包括通用GIS软件包，也可以包括支持空间数据的输入、存储、转换、输出和用户界面的数据库管理系统、计算机图形软件包、计算机图像处理系统、CAD等。(3)应用程序分析程序：系统开发人员或用户根据地理主题或区域分析模型为特定应用程序任务准备的程序，是系统功能的扩展和扩展。3)系统开发、管理和使用人员、人员是GIS的重要组成部分，GIS是动态地理模型，与一张地图不同。具有配置、管理、维护和数据更新、系统扩展、应用程序开发、研究和决策服务采用地理分析模型的灵活性，完整的地理信息系统目前还不能仅由系统硬件和数据构成。4)空间数据、地理空间数据是以地球表面空间位置为参考的自然、社

10、会和人文景观数据，可以是图形、图像、字符、表和数字等，是系统构建者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他通信系统输入GIS的系统程序角色的对象，是GIS表示的真实世界通过模型抽象出来的实际内容。2 .GIS功能，1)数据收集、监控和编辑；2)数据处理；3)数据存储和组织；4)空间查询和分析；5)图形和交互式显示。5.2GPS技术，5.2.1GPS概述全球定位系统(GPS)是美国陆海空军20世纪70年代共同开发的新一代宇宙卫星导航和定位系统。为陆地、海洋、空军三大地区提供实时、全天候及全球导航服务，为信息收集、核爆炸监测及紧急通信等部分军事目的，是美国垄断全球战略的重要组成部分。1 .卫星导航

11、技术开发，1)GPS的开发主要是在卫星定位系统出现之前进行远程导航和定位。(1)无线导航系统(2)卫星定位系统(3)GPS开发过程2)俄罗斯全球导航卫星系统GLONASS3)欧洲伽利略计划4)中国卫星导航系统开发，2 .GPS的特性和用途；(1)GPS的主要特征；(1)高位置精度；(2)短观察时间；(3)工作站之间的无视觉操作；(4)提供三维坐标；(5)操作简便；(6)24小时操作；(7)多用途(2)海洋应用，包括确定海洋船舶的最佳航行路径、船舶实时调度和导航、海洋结构、海洋勘探宝藏、水文地质测量和海洋平台定位、海平面上升监测等；(3)航空航天应用，包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星轨道

12、确定、导弹制导、航空结构和载人飞船防护检测。5.2.2GPS系统的配置和原理，1 .由GPS系统组成1)空间部分GPS的空间部分由24个工作卫星组成，平均分布在6个轨道面(每个轨道面4个)上，轨道倾角为55。另外，有4个活动备份卫星在轨道上运行。卫星的分布使您可以在世界上任何地方随时观测4个以上的卫星，并保持位置解释精度好的几何图像。2)地面控制部分地面控制部分由5个全球监测站和3个地面控制站组成的一个主控站组成。3)用户设备部分用户设备，即GPS信号接收器。主要功能是捕获选定为特定卫星截止角度的试验对象卫星，并跟踪这些卫星的运行。如果接收器捕捉到追踪的卫星信号，就可以测量从接收天线到卫星的伪

13、距离和距离的变化率，并解调卫星轨道参数等数据。接收器的微处理计算机可以根据这些数据，根据位置解释方法执行定位计算，从而计算地理位置的纬度和经度、高度、速度、时间等信息。2.GPS原理，1)定位原理24颗GPS卫星以12小时为周期围绕地球运行，在离地面1万2千公里的上空，可以在任何时刻从地面上的任何位置同时观测到4颗以上的卫星。由于卫星的精确位置，从GPS观测，我们可以用卫星和接收器的距离、三维坐标的距离公式、三个卫星来建立三个方程，以确定观察点的位置(x，y，z)。考虑到卫星上的时钟和接收器时钟之间的误差，实际上未知的4个x，y，z，时钟不好，需要引入第四个卫星，以获得观察点的纬度和海拔。2)定位方法，(1)观察定位，(2)伪距离定位，(3)载波相位定位，(4)基于模式定位绝对定位相对定位，(