信息系統(tǒng)工程概論

信息系統(tǒng)工程概論課件第1頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月第11章數(shù)字地球與“3S”技術(shù)

1998年1月31日，美國副總統(tǒng)戈爾率先提出了“數(shù)字地球”（DigitalEarth）概念。即一種可以嵌入海量地理數(shù)據(jù)的、多分辨率的和三維的地球的表示。其核心思想：一是用數(shù)字化手段統(tǒng)一性地處理地球問題，另一點是最大限度地利用信息資源。

一石激起千層浪，戈爾的演講引起了各國各界的積極反響，數(shù)字地球一詞迅速風靡全球。1998年6月1日時任中國國家主席江澤民在接見兩院院士時曾提到這個概念，他說：“前幾年提出了‘信息高速公路’，隨后又提出‘知識經(jīng)濟’、‘數(shù)字地球’的概念，真是日新月異??！”隨后他就提出了“數(shù)字中國”的概念。

第2頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字地球的概念

數(shù)字地球概念的形成基于人類已經(jīng)掌握或?qū)⒁獡碛械男录夹g(shù)以及多種高新技術(shù)的綜合集成，其核心思想有兩點，一是用數(shù)字化手段統(tǒng)一性地處理地球問題，另一點是最大限度地利用信息資源。包含兩個層次：①將地球表面每一點上的固有信息，如地形、地貌、地質(zhì)、礦藏、植被、動物種群、建筑、海洋、河流、湖泊、水文等數(shù)字化，按地球的地理坐標加以整理，然后構(gòu)成一個全球的三維數(shù)字信息模型。②在三維數(shù)字地球的基礎(chǔ)上再嵌入與空間位置有關(guān)的相對變動的信息，如人文、經(jīng)濟、政治、軍事、科技乃至歷史等，組成一個意義更加廣泛的多維的數(shù)字地球。人們可以快速、全面、形象地了解地球上任何一點的信息，從而實現(xiàn)“信息就在指尖上”的夢想。

數(shù)字地球?qū)⒉煌臻g、時間、物質(zhì)和能量的多種分辨的有關(guān)資源、環(huán)境、社會、經(jīng)濟和人口等海量數(shù)據(jù)或信息，按地理坐標，從局部到整體，從區(qū)域到全球進行整合、融合及多維顯示，并能為解決復雜生產(chǎn)實踐和知識創(chuàng)新、技術(shù)開發(fā)與理論研究提供實驗條件和試驗基地（包括仿真和虛擬實驗）。這是一個大的技術(shù)革命，無論是叫數(shù)字地球還是別的什么名稱，它的意義在于它代表了當今科技的發(fā)展戰(zhàn)略目標和方向。第3頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字地球體系的內(nèi)容

數(shù)字地球的提出一方面將給地球系統(tǒng)科學帶來研究方法、手段的革命性變化；另一方面也要看到它是全球信息化的產(chǎn)物，它的一項長期的戰(zhàn)略目標，需要經(jīng)過全人類的共同努力才能實現(xiàn)。目前，數(shù)字地球研究體系的內(nèi)容主要包括以下十四個方面：（1）數(shù)據(jù)獲取與更新體系（2）數(shù)據(jù)處理與儲存體系（3）信息提取與分析體系（4）數(shù)據(jù)與信息傳播體系（5）數(shù)據(jù)庫體系（6）網(wǎng)絡(luò)與計算機硬件體系（7）應用體系（8）專用軟件體系（9）咨詢服務體系（10）專業(yè)人員體系（11）用戶體系（12）教育體系（13）標準與互操作體系（14）法規(guī)和財經(jīng)體系第4頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字地球的意義

數(shù)字地球是對真實地球及其相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一的數(shù)字化的認識，是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以空間數(shù)據(jù)為依托，以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為特征，具有三維界面和多種分辨率瀏覽器的面向公眾開放的系統(tǒng)。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，人們可對地球上的任何地方作虛擬旅行。正如戈爾在他的文章描繪的一個小女孩在一個地方博物館參觀數(shù)字地球的場景：當她戴上頭盔時，她便可以看到與從太空看到的一樣的地球。然后，通過數(shù)據(jù)手套她可以對所看到的影像進行放大，這樣通過越來越高的分辨率她便可以看到各大洲以及不同的地區(qū)、國家、城市等內(nèi)容，甚至最后還可以看到具體的房屋、樹木以及其他的自然或人造的對象。

數(shù)字地球是世界進入信息時代的最重要標志之一。數(shù)字地球中包含有高分辨率的衛(wèi)星圖像、數(shù)字化地圖以及有關(guān)資源、環(huán)境、社會、經(jīng)濟和人口等海量數(shù)據(jù)或信息，按地理坐標，從局部到整體，從區(qū)域到全球進行整合、融合及多維顯示，因而具有極高的應用價值，能為解決復雜生產(chǎn)實踐和知識創(chuàng)新、技術(shù)開發(fā)與理論研究提供實驗條件和試驗基地（包括仿真和虛擬實驗）。這是一個大的技術(shù)革命，它的意義在于它代表了當今科技的發(fā)展戰(zhàn)略目標和方向。第5頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字地球的技術(shù)基礎(chǔ)

（1）空間信息技術(shù)和國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施世界上的事情有80%與空間分布有關(guān)。數(shù)字地球的核心是地球空間信息科學，而地球空間信息科學的技術(shù)體系中最基礎(chǔ)和基本的技術(shù)核心是“3S”技術(shù)及其集成。（3）巨量存儲技術(shù)要將數(shù)字地球上所有信息都存儲起來，需要存儲器容量達到1000萬億字節(jié)級?？刹捎梅植即鎯Φ姆绞?，分散在成千上萬個的數(shù)據(jù)庫里。（4）高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)字地球涉及到大量圖形、影像、視頻等多媒體數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量非常巨大，眾多參與數(shù)字地球的服務器將需要由高速網(wǎng)絡(luò)來連接，（5）衛(wèi)星遙感技術(shù)通過大地資源衛(wèi)星的遙感遙測，對整個地球進行完整的掃描，將地球上任何地點的自然、人造景觀都“疏而不漏”地拍攝下來。（6）可視化和虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用視覺、聽覺、嗅覺、觸覺感官與人體的自然技能感受逼真的虛擬環(huán)境，身臨其境地與虛擬世界進行交互作用，完成各種虛擬過程。（7）互操作技術(shù)地理信息互操作技術(shù)、空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準、轉(zhuǎn)換格式及相關(guān)軟件。（8）元數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)用于描述地理數(shù)據(jù)集的內(nèi)容、表示方式、空間參考、管理公式以及數(shù)據(jù)集的其它特征第6頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字地球?qū)崿F(xiàn)國家目標的影響

數(shù)字地球并非是一個孤立的科技項目或技術(shù)目標，而是一個整體性的、導向性的戰(zhàn)略思想。（1）可持續(xù)發(fā)展數(shù)字化表示的地球為我們研究這一問題提供了非常有利的條件。地球科學對國家發(fā)展的重要意義是通過資源問題、環(huán)境問題、自然災害問題、地球信息問題的解決得以實現(xiàn)的，數(shù)字地球可以廣泛地應用于對全球氣候變化，海平面變化，荒漠化，生態(tài)與環(huán)境變化，土地利用變化的監(jiān)測。（2）保持和平安定的國際環(huán)境在現(xiàn)代化立體戰(zhàn)爭和國防建設(shè)中，數(shù)字地球具有十分重大意義。在軍事上具有明顯的應用價值，維護國家利益和國家安全的需要使得數(shù)字地球的發(fā)展具有高度的緊迫性。（3）自主創(chuàng)新能力的形成發(fā)展數(shù)字地球的過程將極大地促進信息科學技術(shù)、空間科學技術(shù)、環(huán)境科學技術(shù)和地球科學的發(fā)展。數(shù)字地球所提供的巨大市場在經(jīng)濟發(fā)展中具有重要意義。第7頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字地球在社會經(jīng)濟和生活中的應用

數(shù)字地球?qū)ι鐣?jīng)濟和生活各個方面所要產(chǎn)生的巨大影響，其中有些影響我們可以想象，有些影響也許我們今日還無法想象。數(shù)字地球?qū)⑷菁{大量政府部門、各行各業(yè)和私人添加的信息，為用戶提供公用信息和商業(yè)信息，并為各類網(wǎng)絡(luò)用戶開辟了一個沒有圍墻的實驗室，進行大量數(shù)據(jù)在空間和時間分布上的研究和分析，例如國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的規(guī)劃，全國鐵路、交通運輸?shù)囊?guī)劃，城市發(fā)展的規(guī)劃，海岸帶開發(fā)，西部開發(fā)等。數(shù)字地球進程的推進將對社會經(jīng)濟發(fā)展與人民生活產(chǎn)生巨大的影響。其應用主要有以下幾方面：（1）全球變化研究（2）城市規(guī)劃和管理（3）城市公共設(shè)施管理（4）土地資源管理（5）水利資源管理（6）森林資源管理（7）精細農(nóng)業(yè)的運作（8）突發(fā)事件的處理（9）智能化交通管理（10）數(shù)字交通導航（11）網(wǎng)上遠程教育（12）社會治安管理第8頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字地球中的“3S”技術(shù)

數(shù)字地球中的“3S”是指全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和遙感（RS）系統(tǒng)的統(tǒng)稱，是以處理地球表面信息為主要特征的空間信息技術(shù)。它們是數(shù)字地球的核心關(guān)鍵技術(shù)，兩者的關(guān)系是一種相輔相成、相互促進的辯證關(guān)系，一方面數(shù)字地球概念的提出、研究和建設(shè)為“3S”技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，“3S”作為數(shù)字地球的技術(shù)基礎(chǔ)和核心將得到迅速發(fā)展，另一方面“3S”技術(shù)的發(fā)展為數(shù)字地球的建設(shè)提供了技術(shù)支持，可以說，沒有“3S”技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)實變化中的地球是不可能以數(shù)字的方式進入計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的。

第9頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月全球定位系統(tǒng)（GPS）

GPS是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導航定位系統(tǒng)，具有全球性、全天候、連續(xù)性和實時性導航、定位和定時功能。由24顆沿距地球12000公里高度的軌道運行的GPS衛(wèi)星組成，每天24小時不停地發(fā)送回精確的時間及其位置，在地球上的GPS接收器同時接收3～12顆衛(wèi)星的信號，根據(jù)衛(wèi)星位置求出地面上或接近地面的物體的位置、移動速度和方向等。

①為飛機、船舶、車輛等活動的運載物體提供定位和導航信息②布設(shè)城市、礦山、海洋等各類控制網(wǎng)點，不需造標觀測，因為GPS測量提供的攝站坐標完全可以取代地面控制點，既靈活方便又廉價地滿足經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)的需要③布設(shè)地面監(jiān)測網(wǎng)，監(jiān)測地殼形變、板塊運動、海潮、海面升降等地球動力學現(xiàn)象④可用于標定國界、海疆和聯(lián)測沿海島嶼⑤用于建立以地球質(zhì)心為坐標系原點的地心坐標系，為建立大地測量框架提供資料⑥利用GPS和水準測量資料精化大地水準面⑦應用在已知點上的GPS觀測資料，可反求大氣對流層的氣象元素等⑧在勘測方面的應用有：結(jié)構(gòu)和工程勘測、道路測量和地質(zhì)研究第10頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月常用的GPS接收器

（1）汽車導航儀汽車導航儀是集計算機、通信導航、地圖信息為一體的高科技產(chǎn)品，通常它都具備筆記本電腦的基本功能，可以方便地駁接網(wǎng)絡(luò)、發(fā)送傳真和數(shù)據(jù)通信；并且內(nèi)置GPS接收器，提供GPS天線接口，裝載定位導航軟件，利用接收到的GPS衛(wèi)星信號為車輛提供全天候、全時域位置信息，并可以在屏幕上顯示出當時車輛運行情況。用戶可以預先自定義行進路線、路旁標記和航路點，保存預先設(shè)定的路線或已走過的路線，以便再次查詢。通過查詢電子地圖，用戶能了解某地區(qū)的地理環(huán)境和交通狀況。（2）GPS手持機

GPS手持機的特點是體積小巧、攜帶方便、靈敏度高，存貯量大，外部接口齊全。按用途可分為陸用型、空用型、海用型。陸用型一般沒有內(nèi)置地圖，主要利用航路點記錄，選擇相應航路點可自動生成路線，內(nèi)置天線使得機型小巧，它是應用最廣的GPS設(shè)備；空用型提供全球空域圖和地域圖，靈敏度極高，適用于在高速行進的飛機中定位；海用型內(nèi)置全球海圖，超大屏幕，提供可固定在船體上的配套支架和天線。第11頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月GPS接收器的知識（1）

（1）坐標描述GPS接收器位置的一組數(shù)值，一般有緯度（北或南）和經(jīng)度（東或西）。坐標系以米為單位測量GPS接收器離赤道（北或南）和本初子午線（東或西）的距離。（2）二維和三維坐標物體的平面位置，例如經(jīng)度和緯度，稱做二維坐標，定位GPS接收器位置的二維坐標至少需要3顆GPS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。緯度、經(jīng)度和速度稱為三維坐標。（3）路旁標記和航路點使用GPS接收器時可以把一個位置存儲為路旁標記（landmark）或航路點（waypoint）。該位置可以是行進途中定位的一個位置，也可以是輸入的一個坐標或其他位置，例如目的地。GPS設(shè)備會自動給它一個名稱，用戶也可以用一個容易記住的名稱重新命名。（4）位置

當GPS接收器根據(jù)GPS衛(wèi)星的信息標出了坐標后，它會確定其位置。有許多GPS設(shè)備允許用戶選擇標記或存儲現(xiàn)在位置作為路旁標記或航路點。還有一些甚至允許用戶為位置命名或添加一個圖標。第12頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月GPS接收器的知識（2）

（5）路線路線包括開始位置、目的地和途徑的地點。一條路線上的兩點之間稱為航段。一條路線可由一個或若干個航段組成。如果用戶是徒步旅行，可以輸入一條路線，其中包括方向、計劃休息的地點、宿營地和目的地。有一些GPS設(shè)備允許你反向跟蹤路線或設(shè)置逆向路線。（6）高度

如果有足夠的GPS衛(wèi)星可見，有不少的GPS設(shè)備可提供海拔高度信息。由于GPS系統(tǒng)本身的特點，高度不如平面坐標那么精確。（7）航向航向反映GPS接收器沿水平面移動的方向，并不需要用戶把GPS接收器確切地指向這個方向。航向的值是按0～359度順時針方向分布的，和指南針的值相對應。（8）方位角

如果用戶選定了一個路旁標志或航路點，想知道從當時所處的位置到它的方向，就需要知道方位角的值。方位角是從北方向算起沿順時針分布的值。如果到目的地的方位角是270度，而移動方向是240度，那么航線就和目的地有30度的偏差。第13頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月GPS接收器的知識（3）

（9）常見功能大多數(shù)GPS設(shè)備的面板上都有一些按鈕表示不同的操作選項，最主要的功能就是顯示位置，包括當前坐標、海拔和時間，如果選定了目的地或路線，它還指示通往目的地的方向。其他常用的功能有導航、菜單、衛(wèi)星狀態(tài)、路旁標志或航路點清單、路線清單等。（10）操作要點大部分GPS接收器是很容易安裝和使用的，向GPS接收器中輸入數(shù)據(jù)的方式因設(shè)備而異，有些是用菜單結(jié)合上、下箭頭選擇的，有些設(shè)備則像使用電話機的鍵盤一樣簡單。當用戶在一個新的地點首次開啟GPS接收器時，如果輸入一個估計的大概位置，例如鄰近的大城市的坐標，將有助于GPS接收器快速得出衛(wèi)星所在位置，從而快速定位。第14頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月GPS接收器的性能指標（1）（1）衛(wèi)星軌跡GPS有24顆衛(wèi)星沿六條軌道繞地球運行，每四顆一組，一般不會有超過12個衛(wèi)星在地球的同一邊，大多數(shù)GPS接收器可以追蹤8～12顆衛(wèi)星。計算二維坐標至少需要3顆衛(wèi)星，再加一顆就可以計算三維坐標。（2）并行通道市面上公開銷售的GPS接收器大多數(shù)是12并行通道型，可連續(xù)追蹤每一顆衛(wèi)星的信息，12通道接收器的優(yōu)點包括快速冷啟動和初始化衛(wèi)星的信息，而且在森林地區(qū)可以有更好的接收效果。如果不是安裝在船艙、車廂等封閉的空間環(huán)境中，一般12通道接收器不需要外置天線。（3）定位時間

定位時間指當用戶重啟動GPS接收器時確定位置所需的時間。對于12通道GPS接收器，如果位于最后一次定位位置的附近，冷啟動時的定位時間一般為3～5分鐘，熱啟動時為15～30秒；而對于2通道接收器，冷啟動時大多超過15分鐘，熱啟動時為2～5分鐘。第15頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月GPS接收器的性能指標（2）

（4）定位精度GPS接收器工作時是依靠GPS衛(wèi)星信號到達GPS接收器的時間來定位的，即距離等于光速與時間的乘積（距離=時間×光速）。目前，大多數(shù)民用GPS接收器的水平位置定位精度在20m～30m左右，從統(tǒng)計的角度講，這意味著平面定位的位置距離實際位置在30m范圍之內(nèi)的概率是95%。對于高度讀數(shù)，幾乎所有的GPS設(shè)備對于“高度”的精度都很難保證，因為在4顆GPS衛(wèi)星可見的情況下，高度定位的偏差可能達到3倍。（5）DGPS功能為了將大氣層折射帶來的影響降為最低，有一種叫做DGPS發(fā)送機的設(shè)備。它是一個固定設(shè)置在勘探現(xiàn)場100km～200km半徑內(nèi)的GPS接收器，它確切地知道理論上衛(wèi)星信號傳送到的精確時間是多少，然后將它接收到衛(wèi)星信號所用的實際傳送時間與理論值相比較，計算出兩者的相差值，該相差值十分接近于大氣層折射的影響，它將這個差值發(fā)送出去，其他GPS接收器就可以利用它得到一個更精確的位置讀數(shù)，可達5m～10m或者更少的誤差。許多GPS設(shè)備提供商在一些地區(qū)設(shè)置了DGPS發(fā)送機，供它的客戶免費使用。第16頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月GPS接收器的性能指標（3）

（6）信號干擾當用戶需要比較精確的定位時，基本條件是其GPS接收器需要至少3～5顆衛(wèi)星是可見的。因此如果用戶的位置正好處于峽谷中或者兩邊高樓林立的街道上，就有可能聯(lián)系不到足夠的GPS衛(wèi)星，從而無法定位或者只能得到二維坐標。為了克服因位置封閉而產(chǎn)生的信號干擾的問題，有一些GPS接收器附帶有單獨的外置天線，可以貼在車輛的擋風玻璃上，或安放在車頂上，有助于GPS接收器得到更多的衛(wèi)星信號。（7）物理指標選購GPS設(shè)備時，其大小、重量、顯示畫面、防水、防震、防塵性能、耐高溫、耗電量等物理指標都要考慮在內(nèi)。第17頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月地理信息系統(tǒng)（GIS）

GIS是以地理現(xiàn)象為研究對象，以地理空間信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，適時提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務的計算機技術(shù)系統(tǒng)1．地理信息系統(tǒng)（GIS）的由來和發(fā)展

（1）地理信息系統(tǒng)開拓期：二十世紀六十年代（2）地理信息系統(tǒng)的鞏固發(fā)展期：二十世紀七十年代（3）地理信息系統(tǒng)大發(fā)展時期：二十世紀八十年代（4）地理信息系統(tǒng)的用戶時代：自二十世紀八十年代以來2．地理信息系統(tǒng)（GIS）的分類

（1）專題信息系統(tǒng)（2）區(qū)域地理信息系統(tǒng)（3）全國性綜合系統(tǒng)

3．地理信息系統(tǒng)的工具4．電子地圖第18頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月地理信息系統(tǒng)（GIS）

地理信息是指表征地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、相互聯(lián)系和變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形的總稱。地理信息屬于空間信息，具有多維結(jié)構(gòu)特征和時序特征。地理信息系統(tǒng)（GIS）的定義是以地理現(xiàn)象為研究對象，以地理空間信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，適時提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務的計算機技術(shù)系統(tǒng)。其特征有：

①具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力，具有空間性和動態(tài)性；②以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有區(qū)域空間分析、多要素綜合分析和動態(tài)預測能力，產(chǎn)生高層次的地理信息；③由計算機系統(tǒng)支持進行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計算機程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息，完成人類難以完成的任務。

第19頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月地理信息系統(tǒng)（GIS）的由來和發(fā)展

（1）地理信息系統(tǒng)開拓期二十世紀六十年代是地理信息系統(tǒng)的開拓期，主要注重于空間數(shù)據(jù)的地學處理。（2）地理信息系統(tǒng)的鞏固發(fā)展期地理信息系統(tǒng)的真正發(fā)展是在二十世紀七十年代，主要注重于空間地理信息的管理。（3）地理信息系統(tǒng)大發(fā)展時期二十世紀八十年代是地理信息系統(tǒng)大發(fā)展時期，主要注重于空間決策支持分析。地理信息系統(tǒng)的商業(yè)化實用系統(tǒng)進入市場。應用領(lǐng)域迅速擴大，從資源管理、環(huán)境規(guī)劃到應急反應，從商業(yè)服務區(qū)域劃分到政治選舉分區(qū)等，涉及到了許多的學科與領(lǐng)域，如古人類學、景觀生態(tài)規(guī)劃、森林管理、土木工程以及計算機科學等。（4）地理信息系統(tǒng)的用戶時代自二十世紀八十年代以來，地理信息系統(tǒng)已成為許多機構(gòu)必備的工作系統(tǒng)。世界各國對地理信息系統(tǒng)的認識普遍提高，需求大幅度增加，從而導致地理信息系統(tǒng)應用的擴大與深化，成為現(xiàn)代社會最基本的服務系統(tǒng)，國家級的地理信息系統(tǒng)已成為公眾關(guān)注的問題。第20頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月地理信息系統(tǒng)（GIS）的分類

（1）專題信息系統(tǒng)專題信息系統(tǒng)是具有有限目標和專業(yè)特點的地理信息系統(tǒng)，它以某個專業(yè)、問題或?qū)ο鬄橹饕獌?nèi)容，為特定的專門目的服務。專題信息系統(tǒng)也是發(fā)展最多、最為普遍的系統(tǒng)，如森林動態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)、水資源管理信息系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)、農(nóng)作物估產(chǎn)信息系統(tǒng)、草場資源管理信息系統(tǒng)、水土流失信息系統(tǒng)等。（2）區(qū)域地理信息系統(tǒng)區(qū)域地理信息系統(tǒng)主要以區(qū)域綜合研究和全面信息服務為目標，以某個地區(qū)為其研究和分析對象的系統(tǒng)?？梢杂胁煌?guī)模，如國家級的、地區(qū)或省級的、市級或縣級等為各不同級別行政區(qū)服務的區(qū)域信息系統(tǒng)，也可以按自然分區(qū)或流域為單位的區(qū)域信息系統(tǒng)，如黃河流域信息系統(tǒng)等。（3）全國性綜合系統(tǒng)全國性綜合系統(tǒng)是以一個國家為其研究和分析對象的系統(tǒng)，如日本的“國土信息系統(tǒng)”、加拿大的“國家地理信息系統(tǒng)”等，都是按全國統(tǒng)一標準、存貯包括自然地理和社會經(jīng)濟要素的全面信息，為全國提供咨詢服務。

第21頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月地理信息系統(tǒng)的工具

地理信息系統(tǒng)的工具是一組具有圖形圖像數(shù)字化、存貯管理、查詢檢索、分析運算和多種輸出等基本功能的軟件。它可以是專門設(shè)計研制的，也可以是從實用地理信息系統(tǒng)中抽取掉具體區(qū)域或?qū)ｎ}的地理空間數(shù)據(jù)后得到的。它具有對計算機硬件適應性強，數(shù)據(jù)管理和操作效率高、功能強，且具有普遍性并易于擴展、操作簡便、容易掌握等特點。

對于地理信息系統(tǒng)軟件的研究應用，歸納概括起來有二種情況。一是利用GIS來處理用戶的數(shù)據(jù)；二是在GIS的基礎(chǔ)上，利用它的開發(fā)函數(shù)庫二次開發(fā)出用戶的專用地理信息系統(tǒng)軟件，現(xiàn)已成功地應用到了包括資源管理、自動制圖、設(shè)施管理、城市和區(qū)域的規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類別的一百多個領(lǐng)域。

地理信息系統(tǒng)的主要基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)比例尺為1:400萬、1:100萬、1:25萬、1:5萬、1:1萬、1:2000、1:1000和1:500等；基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)種類為數(shù)字線劃圖（DLG）、數(shù)字柵格圖（DRG）、數(shù)字正射影象圖（DOQ）和數(shù)字高程模型（DEM）等。第22頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月電子地圖

電子地圖是將紙質(zhì)模擬地圖進行矢量化和數(shù)字化，以數(shù)字形式存在的地圖。傳統(tǒng)模擬化地圖制作手段主要是：勘測--記錄數(shù)據(jù)--手工繪制--樣圖--排版--印刷--成品地圖，傳統(tǒng)制作人力物力耗費很大。電子地圖制作手段主要是：衛(wèi)星航片--掃描入計算機-工作站--成品地圖，節(jié)省人力物力。電子地圖的分類①數(shù)字柵格地圖（DRG）：地圖被劃分為若干個小刪格，每一個柵格代表一組數(shù)據(jù)，通過對著一柵格的數(shù)字分析，就能得出科學的結(jié)果。②數(shù)字高程模型（DEM）：將地圖做成有長、寬、高顯示的三維地圖，地圖上每一個點都有自己的高程數(shù)據(jù)，可以了解到地形、地貌。③數(shù)字正射影像（DOM）：通過航拍直接得到圖象結(jié)果，直觀。④數(shù)字線劃圖（DLG）：依據(jù)《測量規(guī)范》和地形圖圖式進行測繪的全要素圖。第23頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月地理信息系統(tǒng)的應用（1）

（1）在地理空間數(shù)據(jù)管理中的應用GIS在地理空間數(shù)據(jù)管理中的應用主要以多種方式錄入的地理數(shù)據(jù)，以有效的數(shù)據(jù)組織形式進行數(shù)據(jù)庫管理、更新、維護、進行快速查詢檢索，并以多種方式輸出決策所需的地理空間信息。（2）在綜合分析評價與模擬預測中的應用GIS不僅可以對地理空間數(shù)據(jù)進行編碼、存儲和提取，而且還是現(xiàn)實世界模型，可以將對現(xiàn)實世界各個側(cè)面的思維評價結(jié)果作用其上，得到綜合分析評價結(jié)果。（3）在空間查詢和空間分析功能方面的應用GIS為了便于管理和開發(fā)地理空間信息，在建立數(shù)據(jù)庫時是分層處理的，以原始圖為輸入，而查詢和分析結(jié)果則是以原始圖經(jīng)過空間操作后生成的新圖件來表示，在空間定位上仍與原始圖一致。（4）GIS的輸出功能在地圖制圖中的應用GIS的主要功能之一用于地圖制圖，建立地圖數(shù)據(jù)庫。它所制作的圖也能夠反映一種空間關(guān)系，可以制作多種立體圖形，而制作立體圖形的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)就是數(shù)字高程模型。第24頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月地理信息系統(tǒng)的應用（2）

（5）運用GIS系統(tǒng)，建立起專題信息系統(tǒng)和區(qū)域信息系統(tǒng)專題信息系統(tǒng)具有有限目標和專業(yè)特點，區(qū)域信息系統(tǒng)主要以區(qū)域綜合研究和全面的信息服務為目標，可以有不同的規(guī)模，其特點是數(shù)據(jù)項多，功能齊全，通常具有較強的開放性。這兩種信息系統(tǒng)與上述四種GIS應用或多或少有重疊處，但這里強調(diào)的是系統(tǒng)的完整性、全面性和系統(tǒng)性。（6）應用GIS一些二次開發(fā)函數(shù)庫開發(fā)出具有特定功能軟件系統(tǒng)如國家九五攻關(guān)項目“緊缺金屬資源快速勘察評價系統(tǒng)”，這個系統(tǒng)中，分為地質(zhì)變量信息提取模塊、數(shù)據(jù)挖掘模塊、物探數(shù)據(jù)處理模塊、圖像處理模塊、綜合預測模塊等，并使用了GIS中的基本輸入函數(shù)、空間功能分析函數(shù)，目前這個系統(tǒng)已初具皺形。（7）地理信息系統(tǒng)與遙感圖像處理系統(tǒng)的結(jié)合的應用遙感數(shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)重要信息源。其實目前大多數(shù)GIS系統(tǒng)已揉進圖像處理功能，并把它作為其一個子模塊。（8）GIS中屬性數(shù)據(jù)的綜合及融合在GIS眾多項的屬性數(shù)據(jù)中，有時將幾個屬性項的屬性數(shù)值加以綜合，構(gòu)成一個具有某領(lǐng)域特定意義的新屬性項新屬性值，這種綜合不是綜合前屬性數(shù)據(jù)值的簡單反映，也不是它們的孤立集合。

第25頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月遙感系統(tǒng)（RS）

遙感泛指各種非接觸的、遠距離的探測技術(shù)1、遙感技術(shù)發(fā)展的特點

（1）多傳感器（2）高分辨率（3）多時相（4）其他特點2、遙感技術(shù)分類

（1）被動式遙感技術(shù)（2）主動式遙感技術(shù)（3）遙感技術(shù)的其他分類方法第26頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月遙感系統(tǒng)（RS）

遙感，顧名思義，就是從遙遠處感知，泛指各種非接觸的、遠距離的探測技術(shù)。遙感是一門新興的科學技術(shù)，其科學的定義是指在近地面到外太空的各種平臺上，運用傳感器主動或被動地接收被監(jiān)測物體所輻射或反射的電磁波信號，再經(jīng)過加工處理，變?yōu)槿搜劭梢灾苯幼R別的圖像，從而揭示出所探測物體的性質(zhì)及其變化規(guī)律，為科研、社會、政府部門及國防等提供決策服務。

遙感是在航空攝影測量的基礎(chǔ)上，隨著空間技術(shù)、電子技術(shù)和地球科學的發(fā)展而發(fā)展起來的，它的主要特點是：已從以飛機為主要運載工具的航空遙感發(fā)展到以人造衛(wèi)星為主要運載工具的航天遙感；它超越了人眼所能感受到的可見光的限制，延伸了人的感官；它能快速、及時地監(jiān)測環(huán)境的動態(tài)變化；它涉及天文、地學、生物學等科學領(lǐng)域，廣泛吸取了電子、激光、全息、測繪等多項技術(shù)的先進成果；它為資源勘測、環(huán)境監(jiān)測、軍事偵察等提供了現(xiàn)代化技術(shù)手段。遙感是運用物理手段、數(shù)學方法和地學規(guī)律的綜合性探測技術(shù)。第27頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月遙感技術(shù)發(fā)展的特點

（1）多傳感器光學遙感可包含可見光、近紅外和短波紅外區(qū)域。熱紅外遙感的波長可從8～14mm，微波遙感觀測目標物電磁波的輻射和散射，分被動微波遙感和主動微波遙感，波長范圍為1mm～100cm。（2）高分辨率當代遙感技術(shù)的高分辯率全面體現(xiàn)在空間分辨率、光譜分辨率和溫度分辨率3個方面。空間分辨率指影像上所能看到的地面最小目標尺寸，現(xiàn)代先進的成像掃描儀可以達到1～2m的空間分辨率；光譜分辨率指成像的波段范圍，分得愈細，波段愈多，光譜分辨率就愈高，現(xiàn)在的成像光譜儀的光譜細分可以達到5～6nm的水平；溫度分辨率指探測熱紅外輻射溫度的靈敏度，現(xiàn)在最靈敏的熱紅外輻射計的溫度分辨率可從0.5K提高到0.1K。（3）多時相