第三章 地理信息技術運用

第三章地理信息技術運用第一節(jié)地理信息系統(tǒng)及其應用第二節(jié)遙感技術及其應用第三節(jié)全球定位系統(tǒng)及其應用第四節(jié)數(shù)字地球第一節(jié)地理信息系統(tǒng)及其應用一、地理信息系統(tǒng)的組成與功能組成功能包括的內容硬件用于數(shù)據(jù)和信息的采集、處理、加工、分析和輸出計算機主機、數(shù)據(jù)輸入設備、數(shù)據(jù)輸出設備、數(shù)據(jù)傳輸設備、儲存設備軟件提供儲存、分析、顯示地理數(shù)據(jù)的功能數(shù)據(jù)輸入與編輯、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)操作以及數(shù)據(jù)顯示和輸出等數(shù)據(jù)是GIS建立的基礎基礎數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)人員GIS是一個動態(tài)的地理模型,需要人員進行系統(tǒng)組織、管理、維護和數(shù)據(jù)更新、系統(tǒng)擴充完善以及應用程序并采用空間分析模型提取多種信息GIS系統(tǒng)開發(fā)的專業(yè)人員和采用GIS完成工作的用戶應用模型利用這些模型對大量空間數(shù)據(jù)進行綜合分析解決實際問題包括人口擴散模型、商業(yè)選址模型、路徑分析模型等【例1】地理信息系統(tǒng)，簡稱GIS。具有圖像處理、建立數(shù)據(jù)庫和空間分析這三大功能。據(jù)此回答（1）～（2）題。（1）通過地圖、遙感圖像、野外考察獲取的數(shù)據(jù)在GIS技術程序中屬于（）A．數(shù)據(jù)處理B．信息源C．數(shù)據(jù)庫D．表達【方法技巧】圖解地理信息系統(tǒng)的工作程序：【解析】本題主要考查對GIS技術的功能和工作程序和原理的理解。第（1）題，通過地圖、遙感圖像、野外考察獲取的數(shù)據(jù)輸入GIS系統(tǒng)，屬于信息源。第（2）題，城市地域結構是指各功能區(qū)的分布、組合，而由住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)等構成的地域結構的變化首先表現(xiàn)為土地利用的變化，因此分析不同時期的土地利用圖層，可以了解城市地域結構的變化?！敬鸢浮浚?）B（2）C（2）GIS中，不同類型的地理空間信息存儲在不同的“圖層”上，疊加不同的圖層可以分析不同要素間的相互關系。若對當?shù)?995年與2010年城市土地利用圖進行分析，能夠（）A．計算交通流量的變化B．預測洪澇災害的發(fā)生C．了解城市地域結構變化D．預測城市降水變化趨勢【同類變式1】在GIS中，不同類型的地理空間信息儲存在不同的圖層上。疊加不同的圖層可以分析不同要素間的相互關系。據(jù)此回答（1）～（2）題。（1）城市交通圖與城市人口分布圖的疊加，可以（）A．為商業(yè)網(wǎng)點選址B．分析建筑設計的合理性C．計算城市水域面積D．估算工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值（2）一套完整的地理信息系統(tǒng)，其查詢、分析、模擬等操作主要基于（）A．優(yōu)異的硬件支持B．海量的數(shù)據(jù)C．熟練的操作人員D．良好的顯示設備【解析】(1)人口稠密、交通方便的地區(qū)，商業(yè)網(wǎng)點密度和規(guī)模要與之相適應。這樣，城市交通圖與人口分布圖的疊加可以為商業(yè)網(wǎng)點選址提供參考資料。(2)一套完整的地理信息系統(tǒng)，必須存儲大量的地理空間數(shù)據(jù)，以供查詢、分析、模擬等操作。【答案】(1)A(2)B二、地理信息系統(tǒng)的應用

1．GIS在城市建設和管理中的典型應用應用領域應用城市規(guī)劃與管理城市規(guī)劃設計、工程選址、管理和輔助決策基礎設施管理工程設計、應急搶修、日常維護土地利用管理土地利用狀況的監(jiān)控和管理生態(tài)環(huán)境管理城市生態(tài)規(guī)劃、環(huán)境評價、環(huán)境與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的決策分析、環(huán)保設施管理2.地理信息系統(tǒng)在區(qū)域地理環(huán)境研究中的應用【誤區(qū)警示】認為所有事物都可運用地理信息系統(tǒng)研究地理信息系統(tǒng)(GIS)是專門處理地理空間數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，強調的是GIS所采集的信息必須具有“地理空間分布特征”，否則就不能用GIS進行研究。如果不能明確這一點，在運用GIS時就容易出錯?！纠?】下列屬于地理信息系統(tǒng)典型運用的是（）①統(tǒng)計分析某區(qū)域的GDP增長情況②預測某區(qū)域的水體污染范圍③統(tǒng)計分析我國近年來人口遷移情況④繪制某城市的人口性別比例直方圖A．①②B．②③C．①③D．②④【解析】從題目四個選項來看，具有“地理空間分布”特征的是②③，容易誤選的是①，因為單一區(qū)域的GDP增長不涉及到GDP增長的地域差異和地域分布問題，但如果將①改成“統(tǒng)計分析我國各省區(qū)的GDP增長差異”，就能體現(xiàn)出“地理空間分布”特征了，也就可以運用GIS了?！敬鸢浮緽【同類變式2】下列課題中，不能應用GIS進行研究的有（）A．近50年來．世界糧食總產(chǎn)量與人均產(chǎn)量變化趨勢分析B．近10年來，上海市區(qū)人口分布變化特征與城市建設相關性分析C．浙江省西部地區(qū)土地利用狀況與農(nóng)業(yè)結構變化特征分析D．上海市浦東新區(qū)內環(huán)線主要道路交叉點交通流量狀況通報及優(yōu)化公交線網(wǎng)、站點分布的方案設計【解析】注意“GIS所采集的信息是按地理空間分布特征。來反映地理實體結構及動態(tài)變化規(guī)律的”，而A選項中世界糧食總產(chǎn)量與人均產(chǎn)量變化不是地理空間分布特征，因此不能應用GIS進行研究。【答案】A第二節(jié)遙感技術及其應用一、遙感的工作過程、特點及其分類1工作過程：遙感的關鍵裝置是傳感器，其在航空或航天器上接受地面物體反射或輻射的電磁波信息，并以圖像膠片或數(shù)據(jù)磁帶記錄下來，傳送到地面接收站。遙感的具體工作環(huán)節(jié)如下所示：2.遙感的主要特點：與實地測繪相比，遙感具有探測范圍大（飛得高，探得遠）、獲得資料速度快、周期短、受地面條件限制少即適應性強等特點；與收益相比，遙感還具有成本低、效益大的特點。3．航天遙感、航空遙感和近地遙感的對比：航天遙感航空遙感近地遙感遙感平臺及高度位于大氣層外的衛(wèi)星、宇宙飛船等,高度>80千米大氣層內飛行的各類飛機、飛艇,高度<20千米三角架、遙感塔、遙感車(船)建筑物的頂部等成像特點比例尺最小,覆蓋率最大,概括性強,具有宏觀特點;多為多波段成像比例尺中等,畫面清晰,分辨率高,可以對垂直點地物清晰成像;多為單一波段成像比例尺最大,覆蓋率最小,畫面最清晰,多為單一波段成像航天遙感航空遙感近地遙感應用特點動態(tài)性好,適合對某地區(qū)連續(xù)觀察,周期性動態(tài)性差,適合做長周期（幾個月或更長）觀察靈活機動,費用較低,適合小范圍探測【方法技巧】圖解遙感探測與傳感器運載工具飛行高度的關系【例1】關于遙感技術系統(tǒng)的敘述，正確的是（）A．遙感探測范圍大，受地面條件的限制多B．遙感是地圖的延伸C．衛(wèi)星遙感對地物的分辨率比飛機遙感高D．遙感技術可對環(huán)境實施動態(tài)監(jiān)測【解析】本題主要考查遙感的概念和不同類型遙感特點的理解。遙感具有探測范圍大，受地面條件的限制較少，可實施動態(tài)監(jiān)測的特點。由于衛(wèi)星距離地面較遠，因此衛(wèi)星遙感對地物的分辨率一般較低；GIS是地圖的延伸，遙感是人的視力的延伸。【答案】D【同類變式1】東部季風氣候區(qū)是我國暴雨、洪澇等自然災害的多發(fā)地區(qū)。近年來為了準確了解災害，減輕災害造成的損失，國家大量使用地理信息技術，據(jù)此回答（1）～（2）題。（1）要準確勘探水災淹沒的情況，快捷而準確檢測河流水位應采取（）A．人工觀測B．遙感技術C．多媒體技術D．全球定位系統(tǒng)（2）陰雨天氣中，對地物的分辨的分辨率較高的是（）A．飛機可見光遙感B．衛(wèi)星可見光遙感C．飛機微波遙感D．衛(wèi)星微波遙感【解析】（1）遙感技術具有瞬時成像、實時傳輸、快速處理，迅速獲取信息和實施動態(tài)檢測的特點。（2）陰雨天氣時，云層可阻隔可見光遙感，難以獲得地面的清晰影像。微波遙感不受云雨干擾，且飛機距地面高度遠低于衛(wèi)星，故飛機微波遙感都地物分辨率較高?！敬鸢浮浚?）B（2）C二、遙感技術的應用應用領域具體內容應用價值資源調查礦產(chǎn)資源、水資源、土地資源、森林草場資源、野生動物資源等“發(fā)現(xiàn)”礦產(chǎn)的存在，劃定大致的蘊藏區(qū)域；對農(nóng)作物進行估產(chǎn)、為農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、城市綠化、環(huán)保等部門提供服務應用領域具體內容應用價值災害監(jiān)測旱災、水災、滑坡、泥石流、地震、農(nóng)林病蟲害、森林災害等通過遙感監(jiān)測可以預測災害的發(fā)生時間、影響范圍等；災情發(fā)生時準確定位災區(qū)并及時動態(tài)地獲知災情以指導救災，也可為抗災、災后重建和恢復生產(chǎn)提供決策依據(jù)環(huán)境監(jiān)測荒漠化、土地鹽堿化、環(huán)境污染、海洋生態(tài)、植被變化、海上冰清、全球氣候變暖及其影響等及時了解環(huán)境質量數(shù)據(jù)，能監(jiān)測污染源和污染物的擴散情況，也能動態(tài)了解全球或區(qū)域性的生態(tài)系統(tǒng)狀況，為防治污染和改善環(huán)境質量提供參考

【拓展延伸】遙感圖像解讀【例2】在遙感技術中，可以根據(jù)植物的反射波譜特征判斷植物的生長狀況。讀右圖回答（1）～（2）題。（1）圖中重度病害植物反射率高于健康植物反射率的波段是（）①紅外線②X光③可見光④紫外線A．①②B．①③C．②③D．②④（2）根據(jù)圖中的原理，可利用遙感技術直接（）①劃分植物類型②判讀植物生長的土壤類型③監(jiān)測樹木的生長狀況④估計糧食作物的產(chǎn)量A．①②B．①③C．②③D.③④【解析】此題主要考查遙感技術在現(xiàn)實生活中的應用。第（1）題，可直接從圖中找出健康植物與重度病害植物反射波率曲線的交點，向橫坐標作垂線，可以看出重度病害植物反射率高的波段大致是0.55～0.80微米，結合下面的光譜波段圖，很容易確定為①③選項；第（2）題，【同類變式2】2008年10月20日中國科學院首次成功接收了加拿大RADARSAT—2衛(wèi)星向中國發(fā)送的第一軌遙感數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)了高質量的成像處理，以滿足中國廣大遙感用戶對該衛(wèi)星數(shù)據(jù)的需求。據(jù)此回答（1）～（2）題。（1）遙感圖像是地物反射波譜特征在圖像上的反映，據(jù)此原理，可用遙感技術直接（）①區(qū)分闊葉林和針葉林②監(jiān)測植物病害情況③列車的運動情況④監(jiān)測草場退化情況具體考查遙感技術對植物生長狀況的監(jiān)測功能，圖中反映的原理是植物的健康狀況可通過遙感技術來判斷。糧食作物的產(chǎn)量高低也與作物的健康狀況有關；【答案】（1）B（2）D【解析】(1)不同的地物、同一地物的不同狀況反射波譜特征不同的都可以直接利用遙感技術。列車的運動情況反射波譜特征相同。(2)由題干可知RADARSAT—2衛(wèi)星屬于遙感衛(wèi)星，因此可廣泛應用于資源普查、災害監(jiān)測、環(huán)境保護等各領域?！敬鸢浮浚?）B（2）DA．①②③B．①②④C．①③④D.②③④（2）RADARSAT—2衛(wèi)星的應用領域有（）①海上冰山漂流監(jiān)測②海上石油污染監(jiān)測③近海赤潮災害監(jiān)測④地質勘探⑤農(nóng)林資源普查A．①②③B．②③⑤C．①③④⑤D.①②③④⑤第三節(jié)全球定位系統(tǒng)及其應用一、全球定位系統(tǒng)的特點和組成1.特點：（1）全球，全天候工作。（2）能為用戶提供連續(xù)、實時的三維位置、三維速度和精密時間，不受天氣的影響。（3）定位精度高：精度可達厘米級和毫米級。（4）功能多，應用廣：隨著人們對GPS認識的加深，GPS不僅在測量、導航、測速、測時等方面取得更廣泛的應用，而且其應用領域不斷擴大。2．組成類型應用特點導航型接收機用于運動載體的導航，分為車載型、航海型、航空型和星載型能夠實時給出載體的位置和速度，價格便宜，應用廣泛類型應用特點測地型接收機用于精密大地測量和精密工程測量定位精度高，儀器結構復雜，價格較貴授時接收機用于天文臺和無線電通訊利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間標準進行授時【拓展延伸】空間星座是如何定位的？空間星座的24顆衛(wèi)星以近圓形軌道均勻分布在距地面幾萬千米的六個軌道面上（每軌道面四顆），這種分布使得在全球的任何地方、任何時間都可觀測到四顆及四顆以上的衛(wèi)星。接收機如果收到3顆衛(wèi)星的信息就可以知道所處的二維坐標，要精確進行三維坐標或位移導航就需要4顆衛(wèi)星協(xié)調工作。圖解法：衛(wèi)星是依據(jù)三球定位原理來定位的，如上圖所示，已知三顆衛(wèi)星的位置分別在C1、C2、C3處，A點位置需要確定的地面接收機的位置。衛(wèi)星發(fā)射信息，接收機便可以測量出衛(wèi)星信號到接收機的傳播時間，分別計算出三顆衛(wèi)星到接收機的距離R1、R2、R3，已知球心C1、C2、C3和半徑R1、R2、R3，可以確定三個球面，這三個球面與地球表面的交點只有一個，那就是A點，即接收機所在的位置，但要注意，此時得出的是二維坐標?！纠?】關于全球定位系統(tǒng)的說法，正確的是（）A．全球定位系統(tǒng)只能獲得地面某點的經(jīng)緯度，不能確定其高程B．GPS由3個相對獨立的部分組成，即空間部分、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶設備部分C．GPS具有高精度和自動測量的特點，但受地形、天氣等自然因素影響較大D．目前GPS主要應用于軍事領域【解析】全球定位系統(tǒng)即GPS，它是利用衛(wèi)星網(wǎng)絡來獲得地面某點的經(jīng)緯度和高程的系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)由3個相對獨立的部分組成，即空間部分、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶設備部分。全球定位系統(tǒng)具有全天候、高精度和自動測量的特點，因此它作為先進的測量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟建設、國防建設和社會發(fā)展的各個應用領域?！敬鸢浮緽【同類變式1】(1)全球定位系統(tǒng)可以確定自己的準確位置，通常確定地球上任何一點的地理位置應該具備以下三個數(shù)據(jù)（）A．經(jīng)度、距離、海拔B．經(jīng)度、緯度、海拔C．緯度、相對高度、距離D．到兩極、赤道的距離和等高線(2)下列敘述正確的是（）A．GPS手持機只能利用機器中已存在的數(shù)據(jù)B．GPS手持機中的數(shù)據(jù)只能從GPS衛(wèi)星獲得C．GPS手持機可確定某事物的具體位置D．GPS手持機可在室內使用【答案】（1）B（2）C【解析】(1)三維坐標是指經(jīng)度、緯度位置和海拔高度。(2)GPS手持機既可利用機器中已存在的數(shù)據(jù)，也可利用輸入的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源有多種途徑；利用GPS手持機可對某事物進行精確定位；GPS手持機的使用必須在開闊的地方，才能同時收到4顆及其以上的衛(wèi)星信息，實現(xiàn)精確定位。【答案】（1）B（2）C二、全球定位系統(tǒng)的應用全球定位系統(tǒng)的應用領域非常廣闊，就目前而言，主要表現(xiàn)在定位導航和測量監(jiān)控兩大方面。1．GPS在航海、航空導航中的應用應用領域主要功能應用價值航海應用向用戶提供船舶位置、航速、航向信息、海圖、海跡顯示避免船只沖撞，確保航行安全把自己的位置和航向發(fā)送到航海管理中心便于中心的跟蹤、搜尋和救援航空應用空域航路、著陸、機場監(jiān)視和管理實現(xiàn)空域劃分、空中交通流量管理、飛行路徑管理2．GPS在測繪中的應用應用領域主要功能應用價值大地測量利用GPS開展國際聯(lián)測，建立全球性大地控制網(wǎng)和各級測量控制網(wǎng)測定大地水準面，提供高精度的地心坐標，提供高精度的平面和高程坐標工程測量利用GPS靜態(tài)相對定位技術，布設精密工程控制網(wǎng)城市和礦區(qū)地面沉降監(jiān)測、高層建筑變形監(jiān)測、隧道貫通測量等應用GPS實時動態(tài)定位技術測繪各種比例尺地形圖、施工放樣等航空測量航空攝影測繪，飛行導航機載GPS航測等應用領域主要功能應用價值海洋測繪海上定位、海洋測量、水下地形測量海洋劃界、航道測量、海洋資源勘探、海面變化等地球動力學用于全球板塊運動監(jiān)測和區(qū)域板塊運動監(jiān)測建立中國地殼形變觀測網(wǎng)，如監(jiān)測青藏高原地殼運動、三峽庫區(qū)形變等【方法技巧】圖解車載GPS導航中信息的傳遞過程①駕駛員輸入出發(fā)地和目的地，通過車載電臺傳遞到服務中心；②服務中心為其確定可行路線，傳輸給GPS衛(wèi)星；③GPS衛(wèi)星把路線等信息傳輸給汽車，汽車在GPS衛(wèi)星信號引導下到達目的地?！纠?】閱讀下列材料，回答問題。中國國家GPS技術研究中心首次借助GPS高科技手段為目前正處于地殼活躍期的青藏高原進行“體檢”。測定結果表明，青藏高原地殼整體上在向北、向東運動。喜馬拉雅山塊體以每年大約3.4厘米的速度相對亞歐板塊北偏東的方向運動，隆升的平均速度為每年8～12毫米。（1）請你運用板塊構造學說解釋一下青藏高原是如何形成的。______________________________________________________________________________________________________________________________________________