1、地理信息技術(shù)應(yīng)用,第三章,地理（必修）,3.1地理信息系統(tǒng)及其應(yīng)用,第一節(jié) 地理信息系統(tǒng)及其應(yīng)用,一、地理信息系統(tǒng),二、地理信息系統(tǒng)與城市管理,(一)地理信息系統(tǒng)的概念,(二)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展,(四)地理信息系統(tǒng)的工作過程,(三)地理信息系統(tǒng)的組成,(一) 地理信息系統(tǒng)(GIS)的概念,是一種以采集、儲存、管理、分析和描述地球表面與地理分布有關(guān)數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)。 與一般信息系統(tǒng)的差別是，它采集的信息是按地理空間分布特征來反映地理實體結(jié)構(gòu)及其動態(tài)變化規(guī)律的。 從學(xué)科的角度，GIS是在地理學(xué)、地圖學(xué)、測量學(xué)和計算機科學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門學(xué)科，具有獨立的學(xué)科體系； 從功能上，GIS具有空

2、間數(shù)據(jù)的獲取、存儲、顯示、編輯、處理、分析、輸出和應(yīng)用等功能,地理信息系統(tǒng)與地圖的區(qū)別,(1)不僅有平面信息,還有三維立體的信息 (2)有很多的檢索功能和大容量的信息庫 (3)隨時進行信息的切換縮放補充測算等,獲得更新的信息 (4)不僅有空間數(shù)據(jù)信息,還有景觀照片和動態(tài)的影像信息 (5)查詢方式不同,地理信息系統(tǒng)通過計算機進行查詢和數(shù)據(jù)更新,而地圖通過肉眼進行判讀,獲得地理信息。地理信息系統(tǒng)的信息更有針對性,速度也更快.,（二） 地理信息系統(tǒng)的發(fā)展,地理信息系統(tǒng)發(fā)展 （二十世紀）,1、60年代：開拓期,2、70年代：鞏固發(fā)展期,4、90年代：用戶時代,3、80年代：大發(fā)展期,（三）地理信息系統(tǒng)

3、的組成,數(shù)字化儀,解析測圖儀,掃描儀,測繪儀器,光筆手寫筆,計算機,輸出設(shè)備,噴墨打印機,磁帶機,噴墨繪圖儀,光盤刻錄機,儲存設(shè)備,光盤機,激光打印機,活動硬盤,主頁,返回,包括計算機主機、數(shù)據(jù)輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、儲存設(shè)備,（四）地理信息系統(tǒng)的工作過程,信息源 （地圖、遙感圖象、實驗數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)）,數(shù)據(jù)處理 （即建立空間模型和數(shù)據(jù)模型）,數(shù)據(jù)庫 （關(guān)于某一研究區(qū)域的若干圖層的總和）,數(shù)據(jù)分析 （使各類數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，以直觀的形式表現(xiàn)出來，如圖形、地圖或表格）,表達 （將系統(tǒng)分析的結(jié)果形成地圖、圖象、圖表、數(shù)字等產(chǎn)品）,采集,儲存,分析,輸出,返回,表達,信息源:地圖、遙感

4、圖象、野外考察、室內(nèi)實驗、社會經(jīng)濟統(tǒng)計獲得。 數(shù)據(jù)處理：建立空間模型和數(shù)據(jù)模型。空間模型是用點、線、面來表示地物的空間特征（如位置、形狀）和屬性特征（如種類、大?。?。數(shù)據(jù)模型是通過一定的方式將所要表達的內(nèi)容轉(zhuǎn)變成數(shù)據(jù)，這是GIS與地圖最基本的差異。 數(shù)據(jù)庫：地物空間特征和屬性的各項數(shù)據(jù)的結(jié)合，構(gòu)成某一主題的圖層，如地貌圖層、土壤圖層、土地利用圖層等。關(guān)于某一研究區(qū)域的若干圖層就組成GIS數(shù)據(jù)庫。 空間分析：按一定規(guī)劃對所研究的局部進行空間分析，也可對局部及其相鄰的部分，以至整個區(qū)域進行綜合分析。數(shù)據(jù)庫中各圖層上有關(guān)的數(shù)據(jù)，都可供分析。 表達：將系統(tǒng)處理，分析的結(jié)果，形成可供研究、規(guī)劃和決策人員

5、使用的產(chǎn)品，主要形式有：地圖、圖象、統(tǒng)計圖表、數(shù)字等。,二、地理信息系統(tǒng)與城市管理,地理信息系統(tǒng)在道路交通中的應(yīng)用,GIS能夠回答的問題? 1位置問題。即“在某個特定位置有什么”的問題。位置可以用多種方式描述，如名稱，郵編，地理參照物等。2條件問題。即“在哪里”的問題。這個問題與上述相反，并且需要依靠空間分析來回答。這個問題要求找到滿足某個條件的地點。（比如要找到一塊無林地，要求是面積為2000平方米，距離公路100米以內(nèi)，土壤可以支撐建筑物）。3趨勢問題。即“自從以來發(fā)生了哪些變化？”的問題。可以觀察某地區(qū)隨時間的變化。4格局問題。這個問題較為復(fù)雜。比如要確定核電站附近的居民，其死亡是否主要

6、由癌癥所致。5模型問題。即“如果，會發(fā)生什么？”的問題。例如如果一條新道路加入網(wǎng)絡(luò)，或一種有毒物質(zhì)滲漏至當(dāng)?shù)厮垂?yīng)的地方時，會發(fā)生什么事情。回答這些問題需要有關(guān)地理學(xué)以及其他的信息,虛擬洛杉磯,浦東新區(qū)從業(yè)人員密度圖,人口GIS,上海市舊房改造（應(yīng)用GIS和RS技術(shù)）,2000年彩紅外航空遙感調(diào)查的舊區(qū),2002年已改造舊區(qū)的綠地遙感特征,電磁波的熱紅外波段(更亮的淺色調(diào)),第二節(jié) 遙感(RS)技術(shù)及其應(yīng)用,一、遙感技術(shù),三、遙感與環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測,二、遙感與資源普查,（一）遙感的概念與發(fā)展,（二）遙感技術(shù)系統(tǒng)與遙感類型,輻射能力J/(cm.min.um),波長,（um）,紫外線,可見光,紅外線

7、,0.76,0.4,不同的物體對電磁波 發(fā)射、反射和吸收的特征不同,（一）遙感的概念 與發(fā)展,可見光,紅外光,返回,色調(diào)較淺，多為灰白色 植物越鮮嫩則顏色越淺,2.遙感技術(shù)的主要環(huán)節(jié) 遙感平臺傳感器傳輸與接受數(shù)字 圖像處理設(shè)備 3.遙感的特點: 探測的范圍廣、獲得資料的速度快、周期短，受地面條件限制少、成本低、效益大等,1.遙感(RS)”千里眼” 遙感：人們利用一定的技術(shù)裝備，在航空器或航天器上 ，在不與探測目標接觸情況下,記錄目標物對電磁波的輻射、反射、散射等信息。并通過分析，揭示目標物的特征、性質(zhì)及其變化的綜合探測技術(shù)。,（二）遙感技術(shù)系統(tǒng)與遙感類型A,航天遙感、航空遙感、近地遙感,紫外遙

8、感、可見光遙感、紅外遙感 微波遙感、多譜段遙感,主動式、被動式,（二）遙感技術(shù)系統(tǒng)與遙感類型B,（二）遙感技術(shù)系統(tǒng)與遙感類型C,二、遙感與資源普查,通過遙感圖象解譯或圖象處理技術(shù)，提取植被的分布、類型、結(jié)構(gòu)、健康狀況、產(chǎn)量等數(shù)據(jù),荒漠化、土壤鹽漬化、海洋生態(tài)、植被變化、水體變化污染、大氣污染、海上冰山、全球氣候變化,思考:重度病害植物反射率高于健康植物反射率的波段是,地物的不同狀況,有不同的反射率,根據(jù)這一原理,可以利用遙感的工作領(lǐng)域有:判斷水體污染,分析城市大氣污染,監(jiān)測災(zāi)害,糧食作物的產(chǎn)量等.,在特定的衛(wèi)星圖上,健康的植被往往呈鮮紅色,長勢弱的植被顏色較淺，由此可以判斷植被生長的狀況。,D

9、遙感衛(wèi)星的科學(xué)實驗功能,返回,利用遙感技術(shù)可以及時探知森林火災(zāi)發(fā)生的地點和范圍,可分析大火蔓延的方向,為滅火總指揮制定滅火計劃提供科學(xué)依據(jù).,電磁波的熱紅外波段(更亮的淺色調(diào)),葛洲壩與三峽工地遙感圖片,3.3全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用,一、全球定位系統(tǒng),二、全球定位系統(tǒng)與定位導(dǎo)航,（1）全球定位系統(tǒng)的組成,（2）全球定位系統(tǒng)的的基本原理,一、全球定位系統(tǒng)(GPS),1.概念：具有在海、陸、空進行全方位、實時三維導(dǎo)航與定位功能的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。,通俗地說：利用衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)適時進行導(dǎo)航、定位的系統(tǒng),全球定位系統(tǒng)是美國從本世紀70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全

10、面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。目前的全球覆蓋率為98%。 在美國,GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)與“阿波羅”飛船登月,航天飛機升空,共同位列為20世紀“三大航天工程”,它能夠?qū)崟r測量“四度”：經(jīng)度、緯度、高度、速度。,2.組成：包括三大部分 空間部分、地面控制部分、用戶設(shè)備部分,GPS組成,GPS衛(wèi)星星座,地面監(jiān)控系統(tǒng),GPS信 號接收機,空間部分,各軌道平面相對于赤道平面的傾角為55，軌道平面間距60。在每一軌道平面內(nèi)，各衛(wèi)星升交角距差90,為了減少誤差，一般要求4顆衛(wèi)星，用于定位的4顆衛(wèi)星稱為定位星座。,地面監(jiān)控部分,主控站位于美國科羅拉多的斯

11、平士（Colorado Springs）的聯(lián)合空間執(zhí)行中心（CSOC），三個注入站分別設(shè)在大西洋、印度洋和太平洋的三個美國軍事基地上，即大西洋的阿松森（Ascension）島、印度洋的狄哥伽西亞(Diego Garcia)和太平洋的卡瓦加蘭(Kwajalein),五個監(jiān)測站設(shè)在主控站和三個注入站以及夏威夷島。,返回,衛(wèi)星上各種設(shè)備是否正常工作,是否一直沿預(yù)定軌道運行,要由地面設(shè)備監(jiān)控,主控站收集各監(jiān)控站提供的GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、各監(jiān)測站和注入站自身的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，完成各項工作： (1)如及時編算每顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文并傳送給注入站； (2)控制和協(xié)調(diào)監(jiān)測站間、注入站

12、間的工作，檢驗注入衛(wèi)星的導(dǎo)航電文是否正確以及衛(wèi)星是否將導(dǎo)航電文發(fā)給了gps用戶系統(tǒng) (3)診斷衛(wèi)星工作狀態(tài)，改變偏離軌道的衛(wèi)星位置及姿態(tài)，調(diào)整備用衛(wèi)星取代失效衛(wèi)星。,注入站:在每顆衛(wèi)星運行到上空時,將導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站的指令注入到衛(wèi)星.,用戶設(shè)備,用于精密大地測量,導(dǎo)航接收機,手持型GPS接收機,3、特點和用途 全能性、全球性、全天候、連續(xù)性、實時性 提供精密的三維坐標，三項速度和時間信息,GPS特點,(1)全球,全天候工作 (2)實時性,能提供連續(xù)、實時的三 維位置、速度和精密時間，不受 天氣的影響。 （3）高精度 （4）自動測量,它能夠?qū)崟r測量“四度”：經(jīng)度、緯度、高度、速度,GPS功能,1

13、、定位: 2、導(dǎo)航:,我現(xiàn)在在哪里？,我要去哪里？如何去？,3、跟蹤:跟蹤-監(jiān)視人或物體的運動。 4、繪圖:用于繪制世界地圖。 5、定時:提供精確的時間。,二、GPS與定位導(dǎo)航,GPS應(yīng)用,軍事:導(dǎo)彈的飛行、飛機的導(dǎo)航、精確打擊的實現(xiàn),測繪：有哪些優(yōu)勢？有哪些具體應(yīng)用領(lǐng)域？,交通：關(guān)鍵是導(dǎo)航,救援：關(guān)鍵是定位,農(nóng)業(yè)：什么是精準農(nóng)業(yè)耕作？其優(yōu)勢在哪里？,娛樂旅游,1、車載GPS的功用P100,使裝有GPS的出租車配備合理，能最大程度的滿足乘客的要求，從而減少了空載率，降低能源消耗，節(jié)省運行成本，并使行車、乘車安全系數(shù)大大提高等功能。,2、航海應(yīng)用 P100,4GPS系統(tǒng)的應(yīng)用范例 (1) 當(dāng)奔馳

14、的車輛行駛在車流熙攘的高速公路上時，司機啟動自動駕駛系統(tǒng)，就可悠然自得地讀書看報。車輛能自動與前車保持距離，自動剎車或超車，自動駕駛系統(tǒng)能夠精確到厘米。在不打攪車內(nèi)乘客讀書看報的情況下，它能自動選擇一條能避免堵塞的道路前進。到達目的地后它會自動報告：“您已到達?！边@些聽起來猶如神話，其實它都依賴于來自太空的信號。這種高度精確的太空信號就是由比GPS更先進的歐洲“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的。 (2)汽車安裝上GPS接收機，不僅能利用電子地圖知道自己的方位和其他街區(qū)的車輛行駛狀況，從而繞開堵車地區(qū)，選擇最便利的路線行駛，還能在遇到劫匪報警時向警方提供自己精確的所在位置，使警方盡快趕+到據(jù)介紹：日本

15、90的機動車都安裝有GPS接收機 。 (3)GPS電子站牌現(xiàn)身上海街頭: 下一輛車離本站還有1.2千米,約3分鐘內(nèi)到達.上海的許多 出租車上裝備了GPS系統(tǒng).公司可以根據(jù)GPS對出租車定位,并提供無線電聯(lián)系以及電子地圖,一、數(shù)字地球的含義,三、數(shù)字地球的應(yīng)用,二、數(shù)字地球的技術(shù)基礎(chǔ),四、數(shù)字中國與數(shù)字城市,第四節(jié) 數(shù)字地球,按照戈爾提出的時間表,“數(shù)字地球”的基本實現(xiàn)預(yù)計在2020年,而“數(shù)字地球”的初步實現(xiàn)設(shè)定在2005年左右.,一、數(shù)字地球的含義,嚴格地講： 以計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模儲存技術(shù)為基礎(chǔ)，以寬帶網(wǎng)絡(luò)為紐帶，運用海量地球信息對地球進行多分辨率、多尺度、多時空和多種類的三維描

16、述，并利用它來作為工具支持和改善人類的活動和生活質(zhì)量。,通俗地講： 用數(shù)字的方法將地球、地球上的活動及整個地球環(huán)境的時空變化裝入電腦中，實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的流通，并使之最大限度地為人類生存、可持續(xù)發(fā)展和日常的工作、學(xué)習(xí)、生活、娛樂服務(wù)。,數(shù)字地球是信息化的地球地球的虛擬對照體,返回,信息高速公路和高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù),高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù),空間信息技術(shù)與空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施,大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù),可視化和虛擬現(xiàn)實技術(shù),高性能計算能力,二、數(shù)字地球的技術(shù)基礎(chǔ),“信息高速公路”的含義 “國家信息基礎(chǔ)設(shè)施”（美國-1993年） “信息高速公路”是一個集電話、電視、電腦等功能于一體，能夠綜合處理圖、文、聲、像等各種信息的

17、一個全社會的立體化通信網(wǎng)。 國際互聯(lián)網(wǎng)（Internet），又叫因特網(wǎng) 是信息高速公路的具體體現(xiàn)。,意為一個大容量、高速度的信息傳遞網(wǎng)絡(luò)。它的正式名稱是“國家信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)”，簡稱NII,返回,1.計算科學(xué)技術(shù): 隨著高速計算機的使用,才能模擬那些不容易 觀察到的現(xiàn)象,并能更好地理解已經(jīng)觀察到的數(shù)據(jù). 2.大規(guī)模存儲技術(shù): 數(shù)字化地球?qū)⒁蟠鎯?015字節(jié)的信息. 3.高分辨率衛(wèi)星圖象技術(shù): 衛(wèi)星圖象分辨率達1米的商業(yè)衛(wèi)星系已于1999年投入運營. 4.寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù): 當(dāng)前,電訊營運者已經(jīng)在試驗每秒10億信息單位的網(wǎng)絡(luò), 1015信息單位的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是因特網(wǎng)下一代的技術(shù)目標之一. 5.互操作性:

18、因特網(wǎng)和萬維網(wǎng)之所以能夠取得成功,關(guān)鍵在于達成統(tǒng)一的協(xié)議.這樣,有關(guān)的地理信息就能被共享. 6.元數(shù)據(jù): 元數(shù)據(jù)是指“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”以了解信息的名稱 位置作者或信息來源數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)形式分辨率等有助于建立其他的地理坐標信息系統(tǒng).,三、數(shù)字中國與數(shù)字城市,（一）概況： “數(shù)字地球”不僅僅在于超越空間和時間的界限,更在于它能幫助人類緩解環(huán)境危機、預(yù)防自然災(zāi)害、打擊犯罪和持續(xù)發(fā)展.中國政府和學(xué)術(shù)界在“數(shù)字地球”的基礎(chǔ)上提出“數(shù)字中國”的構(gòu)想. 在數(shù)字城市的建設(shè)中,“數(shù)字北京”是一個由基礎(chǔ)層應(yīng)用層和決策層組成的完整體系.在“基礎(chǔ)層”,北京市要加快首都公用信息平臺的建設(shè);在“應(yīng)用層”,要加快建設(shè)環(huán)境與生態(tài)、

19、資源管網(wǎng)、城市建設(shè)規(guī)劃、交通管理、社區(qū)服務(wù)、電子政務(wù)、電子商務(wù)、遠程教育、遠程醫(yī)療等核心子系統(tǒng). 雖然,我國“數(shù)字城市”建設(shè)的軟件硬件及整體解決方案與國際相比還有距離,像北京、上海、廣州等“數(shù)字城市”榜樣的推廣還有待探索;但像南海市、東莞市石龍鎮(zhèn)這樣信息化發(fā)達的城市,15年內(nèi)就能完全實現(xiàn)現(xiàn)代化.看來,“數(shù)字城市”已經(jīng)不再是一個遙遠的夢想.,（二）數(shù)字城市,1、數(shù)字城市的定義 數(shù)字城市是指城市規(guī)劃建設(shè)與運營管理以及城市生產(chǎn)與生活活動中，利用數(shù)字化信息處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將城市的各種數(shù)字信息及各種信息資源加以整合并充分利用。 我們認為數(shù)字城市是以地理信息系統(tǒng)（GIS）為核心技術(shù)，運用全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感系統(tǒng)（RS）等關(guān)鍵技術(shù)，深入開發(fā)和應(yīng)用空間信息資源，建設(shè)服務(wù)與城市規(guī)劃、建設(shè)和管理，服務(wù)于政府、企業(yè)、公眾，服務(wù)于人口、資源環(huán)境、經(jīng)濟社會的可持續(xù)