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．遥感的应用•遥感现已广泛应用于陆地水资源调查、土地资源调查、植被调查、地质调查、城市遥感调查、海洋资源调查、测绘、考古调查、环境监测、规划管理等活动，并为地理信息系统提供大量的数据和图像。遥感主要应用于以下一些领域，如下表所示：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.遥感的特点•与实地测绘相比，遥感具有探测范围大(“飞得高，探得远”)，获得资料速度快、周期短(探测范围大，自然速度快、周期短)，受地面条件限制小(适应性强)。在有些方面，遥感还是目前取得所需资料的唯一手段，特别是人员难以进入区域的调查。因此，具有成本低、效益大的特点，可节省大量的人力和物力。•8．遥感探测的范围、获取资料的速度和周期、对地物的分辨率与运载工具飞行高度的关系•要点二GPS及其应用•1.GPS的概念•全球定位系统(GPS)是指利用卫星在全球范围内实时进行导航和定位的系统。•2．GPS系统的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：空间部分由分布在距地面20200千米高空、互成60度角的6个轨道面上的24颗GPS卫星组成，每个轨道上有4颗卫星。这些卫星不间断地发送各自与定位相关的参数、时间等信号，为用户提供高精度、全天候、连续实时的三维定位和导航信息。•3．GPS的特点•GPS的问世标志着定位、导航技术进入了一个崭新的时代，GPS的主要特点是：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.全球定位系统(GPS)的应用•(1)全球定位系统在区域地理环境研究中的应用较为广泛•(2)利用GPS为导航服务已成为一种新兴的行业。•要点三GIS及其应用•1.GIS的概念•地理信息系统是以数据库为基础，在计算机软硬件支持下，对地理数据进行输入、存储、管理、处理、分析和输出的计算机技术系统。•2．GIS的基本工作原理•人们借助一定的设备，将地理事物的空间位置信息和属性信息以数字形式输入计算机，利用数据库和计算机图形技术进行编辑、组织和管理，并编制、显示出地图。同时，还能按使用者的要求，通过特定的软件程序，对地理信息进行检索查询、分析处理，再将结果以数字、图表、地图等多种形式准确、直观地输出，它既有电子地图的功能，又具备空间信息分析功能，是地理研究和辅助决策的工具。•3．GIS技术的简要程序(即地理信息系统的工作流程)•地理信息系统由硬件、软件、数据、人员等组成，其工作流程由地理空间数据的输入、管理、分析和表达等过程构成。其简要程序如下图所示。•4．利用GIS可以解决的基本问题•作为地理信息的处理与分析系统，GIS的功能遍及从数据采集、分析到应用的全部过程。利用GIS可以解决以下基本问题：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•由于地理信息系统具有地理信息获取、分析、模拟、图形表达等功能，在现代生产和生活中具有广泛的应用价值。GIS技术是地图的延伸，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技术，其应用十分广泛，应用领域如下表：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.数字地球的含义•把地球上每个确定点(点的范围因需要可大可小)的相关信息和数据组织起来，然后进一步组合地球上所有这样的点，构造一个能包容自然和人类大多数数据和信息的虚拟地球，这就是数字地球，数字地球的核心思想有两点：一是用数字化手段统一处理地球问题；二是最大限度地利用信息资源，并使普通百姓能够通过一定方式方便地获得人们想了解的有关地球的信息。•2．数字地球的应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•地理信息技术为构建数字地球奠定了基础。数字地球是以遥感技术、遥测技术、数据库与地理信息技术、高速计算机网络技术和虚拟技术为核心的信息技术系统。数字地球是地球科学与信息学技术的综合，是一门综合性的科学技术。•3．“3S”技术与数字地球的关系•特别提醒•3S技术手段的选取：由于3S技术既相互区别又相互联系，因此在选取某一技术时应认清三者的概念及相互关系。•具体选择时应把握其本质区别：遥感(RS)是人的视力的延伸，它是侧重于收集信息的感知手段，通过飞机或卫星上携带的传感器接收地物辐射或反射的电磁波来获得信息，并经过简单处理后获得资料，如航片、卫星云图等，因此遥感本质上是“看”的过程。•而地理信息系统(GIS)是在一定的数据源的基础上进行分析、对比、计算，得出有益于人类生产生活的结论，它侧重于“分析、计算”，相当于“想、算”的人的活动。例如，气象卫星在高空收集到云系等信息情况并传输到地面，这是RS技术的应用；而将卫星云图与地面上实测到的气温、湿度、风向等信息(统称为数据源)经过计算、分析、处理，得出天气情况的预测则是GIS技术的应用。GPS相对应用途径单一，即定位并通过多次定位计算速度等，它的最大特点是工作对象是一个“点”或“多个点”，明显区别于RS与GIS技术的工作对象——“面”。•在做3S技术中选取适当手段之类的题目时，首先看其工作对象是“点”还是“面”，是“点”则选用GPS，如导航、珠峰高度测量等，如果是“面”则需看突出监测方面还是需处理计算才能得出结果，如要监测森林火灾则应选用RS技术，要在某城市选取大型商业中心区位应选用GIS技术。•同时，一项工作往往可能在某次使用的是一种技术，而另一次则使用了另一种技术，甚至是同时使用了多种技术，因此，要认真审清题目，提炼题目中提供的信息，如“某山区森林火灾发生后，扑救工作动用了卫星监测定位，并运用计算机软件对火势情况进行了分析和预报”这一事件中，使用卫星监测是RS技术的应用，卫星定位则是GPS技术的应