第三章 地理信息技術(shù)運(yùn)用

第三章地理信息技術(shù)運(yùn)用第一節(jié)地理信息系統(tǒng)及其應(yīng)用第二節(jié)遙感技術(shù)及其應(yīng)用第三節(jié)全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用第四節(jié)數(shù)字地球第一節(jié)地理信息系統(tǒng)及其應(yīng)用一、地理信息系統(tǒng)的組成與功能組成功能包括的內(nèi)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(jī)主機(jī)、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(chǔ)基礎(chǔ)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(jìn)行系統(tǒng)組織、管理、維護(hù)和數(shù)據(jù)更新、系統(tǒng)擴(kuò)充完善以及應(yīng)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(yīng)用模型利用這些模型對大量空間數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析解決實(shí)際問題包括人口擴(kuò)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(shù)程序中屬于（）A．?dāng)?shù)據(jù)處理B．信息源C．?dāng)?shù)據(jù)庫D．表達(dá)【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(shù)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(jié)構(gòu)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(gòu)成的地域結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)系。若對當(dāng)?shù)?995年與2010年城市土地利用圖進(jìn)行分析，能夠（）A．計算交通流量的變化B．預(yù)測洪澇災(zāi)害的發(fā)生C．了解城市地域結(jié)構(gòu)變化D．預(yù)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(guān)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(diǎn)選址B．分析建筑設(shè)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(shè)備【解析】(1)人口稠密、交通方便的地區(qū)，商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)密度和規(guī)模要與之相適應(yīng)。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(diǎn)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?！敬鸢浮?1)A(2)B二、地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用

1．GIS在城市建設(shè)和管理中的典型應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用城市規(guī)劃與管理城市規(guī)劃設(shè)計、工程選址、管理和輔助決策基礎(chǔ)設(shè)施管理工程設(shè)計、應(yīng)急搶修、日常維護(hù)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(shè)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(yīng)用【誤區(qū)警示】認(rèn)為所有事物都可運(yùn)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(jī)系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)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(jìn)行研究。如果不能明確這一點(diǎn)，在運(yùn)用GIS時就容易出錯。【例2】下列屬于地理信息系統(tǒng)典型運(yùn)用的是（）①統(tǒng)計分析某區(qū)域的GDP增長情況②預(yù)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(xiàng)來看，具有“地理空間分布”特征的是②③，容易誤選的是①，因?yàn)閱我粎^(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(yùn)用GIS了?！敬鸢浮緽【同類變式2】下列課題中，不能應(yīng)用GIS進(jìn)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(shè)相關(guān)性分析C．浙江省西部地區(qū)土地利用狀況與農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)變化特征分析D．上海市浦東新區(qū)內(nèi)環(huán)線主要道路交叉點(diǎn)交通流量狀況通報及優(yōu)化公交線網(wǎng)、站點(diǎn)分布的方案設(shè)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(shí)體結(jié)構(gòu)及動態(tài)變化規(guī)律的”，而A選項(xiàng)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(yīng)用GIS進(jìn)行研究?！敬鸢浮緼第二節(jié)遙感技術(shù)及其應(yīng)用一、遙感的工作過程、特點(diǎn)及其分類1工作過程：遙感的關(guān)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(diǎn)：與實(shí)地測繪相比，遙感具有探測范圍大（飛得高，探得遠(yuǎn)）、獲得資料速度快、周期短、受地面條件限制少即適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)；與收益相比，遙感還具有成本低、效益大的特點(diǎn)。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(nèi)飛行的各類飛機(jī)、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(diǎn)比例尺最小,覆蓋率最大,概括性強(qiáng),具有宏觀特點(diǎn);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(diǎn)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(yīng)用特點(diǎn)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(jī)動,費(fèi)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(yùn)載工具飛行高度的關(guān)系【例1】關(guān)于遙感技術(shù)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(jī)遙感高D．遙感技術(shù)可對環(huán)境實(shí)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(diǎn)的理解。遙感具有探測范圍大，受地面條件的限制較少，可實(shí)施動態(tài)監(jiān)測的特點(diǎn)。由于衛(wèi)星距離地面較遠(yuǎn)，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?！敬鸢浮緿【同類變式1】東部季風(fēng)氣候區(qū)是我國暴雨、洪澇等自然災(zāi)害的多發(fā)地區(qū)。近年來為了準(zhǔn)確了解災(zāi)害，減輕災(zāi)害造成的損失，國家大量使用地理信息技術(shù)，據(jù)此回答（1）～（2）題。（1）要準(zhǔn)確勘探水災(zāi)淹沒的情況，快捷而準(zhǔn)確檢測河流水位應(yīng)采?。ǎ〢．人工觀測B．遙感技術(shù)C．多媒體技術(shù)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(jī)可見光遙感B．衛(wèi)星可見光遙感C．飛機(jī)微波遙感D．衛(wèi)星微波遙感【解析】（1）遙感技術(shù)具有瞬時成像、實(shí)時傳輸、快速處理，迅速獲取信息和實(shí)施動態(tài)檢測的特點(diǎn)。（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(jī)距地面高度遠(yuǎn)低于衛(wèi)星，故飛機(jī)微波遙感都地物分辨率較高?！敬鸢浮浚?）B（2）C二、遙感技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域具體內(nèi)容應(yīng)用價值資源調(diào)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(yùn)藏區(qū)域；對農(nóng)作物進(jìn)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(wù)應(yīng)用領(lǐng)域具體內(nèi)容應(yīng)用價值災(zāi)害監(jiān)測旱災(zāi)、水災(zāi)、滑坡、泥石流、地震、農(nóng)林病蟲害、森林災(zāi)害等通過遙感監(jiān)測可以預(yù)測災(zāi)害的發(fā)生時間、影響范圍等；災(zāi)情發(fā)生時準(zhǔn)確定位災(zāi)區(qū)并及時動態(tài)地獲知災(zāi)情以指導(dǎo)救災(zāi)，也可為抗災(zāi)、災(zāi)后重建和恢復(fù)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(zhì)量數(shù)據(jù)，能監(jiān)測污染源和污染物的擴(kuò)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(zhì)量提供參考

【拓展延伸】遙感圖像解讀【例2】在遙感技術(shù)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(shù)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(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)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(diǎn)，向橫坐標(biāo)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(jié)合下面的光譜波段圖，很容易確定為①③選項(xiàng)；第（2）題，【同類變式2】2008年10月20日中國科學(xué)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(shí)現(xiàn)了高質(zhì)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(shù)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(yùn)動情況④監(jiān)測草場退化情況具體考查遙感技術(shù)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(shù)來判斷。糧食作物的產(chǎn)量高低也與作物的健康狀況有關(guān)；【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(shù)。列車的運(yùn)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(yīng)用于資源普查、災(zāi)害監(jiān)測、環(huán)境保護(hù)等各領(lǐng)域?！敬鸢浮浚?）B（2）DA．①②③B．①②④C．①③④D.②③④（2）RADARSAT—2衛(wèi)星的應(yīng)用領(lǐng)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(zāi)害監(jiān)測④地質(zhì)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(yīng)用一、全球定位系統(tǒng)的特點(diǎn)和組成1.特點(diǎn)：（1）全球，全天候工作。（2）能為用戶提供連續(xù)、實(shí)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(dá)厘米級和毫米級。（4）功能多，應(yīng)用廣：隨著人們對GPS認(rèn)識的加深，GPS不僅在測量、導(dǎo)航、測速、測時等方面取得更廣泛的應(yīng)用，而且其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。2．組成類型應(yīng)用特點(diǎn)導(dǎo)航型接收機(jī)用于運(yùn)動載體的導(dǎo)航，分為車載型、航海型、航空型和星載型能夠?qū)崟r給出載體的位置和速度，價格便宜，應(yīng)用廣泛類型應(yīng)用特點(diǎn)測地型接收機(jī)用于精密大地測量和精密工程測量定位精度高，儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴授時接收機(jī)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(jī)如果收到3顆衛(wèi)星的信息就可以知道所處的二維坐標(biāo)，要精確進(jìn)行三維坐標(biāo)或位移導(dǎo)航就需要4顆衛(wèi)星協(xié)調(diào)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(diǎn)位置需要確定的地面接收機(jī)的位置。衛(wèi)星發(fā)射信息，接收機(jī)便可以測量出衛(wèi)星信號到接收機(jī)的傳播時間，分別計算出三顆衛(wèi)星到接收機(jī)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(diǎn)只有一個，那就是A點(diǎn)，即接收機(jī)所在的位置，但要注意，此時得出的是二維坐標(biāo)?！纠?】關(guān)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(diǎn)的經(jīng)緯度，不能確定其高程B．GPS由3個相對獨(dú)立的部分組成，即空間部分、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶設(shè)備部分C．GPS具有高精度和自動測量的特點(diǎn)，但受地形、天氣等自然因素影響較大D．目前GPS主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域【解析】全球定位系統(tǒng)即GPS，它是利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)來獲得地面某點(diǎn)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(dú)立的部分組成，即空間部分、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶設(shè)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(diǎn)，因此它作為先進(jìn)的測量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展的各個應(yīng)用領(lǐng)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(zhǔn)確位置，通常確定地球上任何一點(diǎn)的地理位置應(yīng)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(jī)只能利用機(jī)器中已存在的數(shù)據(jù)B．GPS手持機(jī)中的數(shù)據(jù)只能從GPS衛(wèi)星獲得C．GPS手持機(jī)可確定某事物的具體位置D．GPS手持機(jī)可在室內(nèi)使用【答案】（1）B（2）C【解析】(1)三維坐標(biāo)是指經(jīng)度、緯度位置和海拔高度。(2)GPS手持機(jī)既可利用機(jī)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(jī)可對某事物進(jìn)行精確定位；GPS手持機(jī)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(shí)現(xiàn)精確定位?！敬鸢浮浚?）B（2）C二、全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，就目前而言，主要表現(xiàn)在定位導(dǎo)航和測量監(jiān)控兩大方面。1．GPS在航海、航空導(dǎo)航中的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域主要功能應(yīng)用價值航海應(yīng)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(yīng)用空域航路、著陸、機(jī)場監(jiān)視和管理實(shí)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(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域主要功能應(yīng)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(zhǔn)面，提供高精度的地心坐標(biāo)，提供高精度的平面和高程坐標(biāo)工程測量利用GPS靜態(tài)相對定位技術(shù)，布設(shè)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(yīng)用GPS實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)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(dǎo)航機(jī)載GPS航測等應(yīng)用領(lǐng)域主要功能應(yīng)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(xué)用于全球板塊運(yùn)動監(jiān)測和區(qū)域板塊運(yùn)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(yùn)動、三峽庫區(qū)形變等【方法技巧】圖解車載GPS導(dǎo)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(wù)中心；②服務(wù)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(dǎo)下到達(dá)目的地?！纠?】閱讀下列材料，回答問題。中國國家GPS技術(shù)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(jìn)行“體檢”。測定結(jié)果表明，青藏高原地殼整體上在向北、向東運(yùn)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(yùn)動，隆升的平均速度為每年8～12毫米。（1）請你運(yùn)用板塊構(gòu)造學(xué)說解釋一下青藏高原是如何形成的。______________________________________________________________________________________________________________________________________________