第三章地理信息技术运用

1、第三章第三章 地理信息技术运用地理信息技术运用 第一节第一节 地理信息系统及其应用地理信息系统及其应用 第二节第二节 遥感技术及其应用遥感技术及其应用 第三节第三节 全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用 第四节第四节 数字地球数字地球 一、地理信息系统的组成与功能 组成功能包括的内容 硬件 用于数据和信息的采集、 处理、加工、分析和输 出 计算机主机、数据输入设备、数 据输出设备、数据传输设备、储 存设备 软件 提供储存、分析、显示 地理数据的功能 数据输入与编辑、数据管理、数 据操作以及数据显示和输出等 数据是GIS建立的基础基础数据和专题数据 人员 GIS是一个动态的地理模型,需要人员

2、 进行系统组织、管理、维护和数据更 新、系统扩充完善以及应用程序并采 用空间分析模型提取多种信息 GIS系统开发的专业 人员和采用GIS完成 工作的用户 应用 模型 利用这些模型对大量空间数据进行综 合分析解决实际问题 包括人口扩散模型、 商业选址模型、路径 分析模型等 【例【例1 1】地理信息系统，简称GIS。具有图像处理、建立数据库和空间分 析这三大功能。据此回答（1）（2）题。 （1）通过地图、遥感图像、野外考察获取的数据在GIS技术程序中属于 （ ） A数据处理B信息源C数据库D表达 【方法技巧】 图解地理信息系统的工作程序： 【解析】【解析】本题主要考查对GIS技术的功能和工作程序和

3、原理的理解。 第（1）题，通过地图、遥感图像、野外考察获取的数据输入GIS系统， 属于信息源。第（2）题，城市地域结构是指各功能区的分布、组合， 而由住宅区、商业区、工业区等构成的地域结构的变化首先表现为土 地利用的变化，因此分析不同时期的土地利用图层，可以了解城市地 域结构的变化。 【答案】【答案】（1）B（2）C （2）GIS中，不同类型的地理空间信息存储在不同的“图层”上，叠加 不同的图层可以分析不同要素间的相互关系。若对当地1995年与2010年 城市土地利用图进行分析，能够（ ） A计算交通流量的变化B预测洪涝灾害的发生 C了解城市地域结构变化D预测城市降水变化趋势 【同类变式【同类

4、变式1 1】在GIS中，不同类型的地理空间信息储存在不同的图层 上。叠加不同的图层可以分析不同要素间的相互关系。据此回答 （1）（2）题。 （1）城市交通图与城市人口分布图的叠加，可以（ ） A为商业网点选址B分析建筑设计的合理性 C计算城市水域面积D估算工农业生产总值 （2）一套完整的地理信息系统，其查询、分析、模拟等操作主要基 于（ ） A优异的硬件支持B海量的数据 C熟练的操作人员D良好的显示设备 【解析】【解析】(1)人口稠密、交通方便的地区，商业网点密度和规模要与 之相适应。这样，城市交通图与人口分布图的叠加可以为商业网点 选址提供参考资料。 (2)一套完整的地理信息系统，必须存储大

5、量的地理空间数据，以供 查询、分析、模拟等操作。 【答案】【答案】(1)A(2)B 二、地理信息系统的应用 1GIS在城市建设和管理中的典型应用 应用领域应用 城市规划与管理城市规划设计、工程选址、管理和辅助决策 基础设施管理工程设计、应急抢修、日常维护 土地利用管理 土地利用状况的监控和管理 生态环境管理 城市生态规划、环境评价、环境与区域可持续 发展的决策分析、环保设施管理 2.地理信息系统在区域地理环境研究中的应用 【误区警示】 认为所有事物都可运用地理信息系统研究 地理信息系统(GIS)是专门处理地理空间数据的计算机系统，强调的是 GIS所采集的信息必须具有“地理空间分布特征”，否则就

6、不能用GIS进 行研究。如果不能明确这一点，在运用GIS时就容易出错。 【例【例2 2】下列属于地理信息系统典型运用的是（ ） 统计分析某区域的GDP增长情况预测某区域的水体污染范围统 计分析我国近年来人口迁移情况绘制某城市的人口性别比例直方图 ABCD 【解析】【解析】从题目四个选项来看，具有“地理空间分布”特征的是， 容易误选的是，因为单一区域的GDP增长不涉及到GDP增长的地域 差异和地域分布问题，但如果将改成“统计分析我国各省区的 GDP增长差异”，就能体现出“地理空间分布”特征了，也就可以 运用GIS了。 【答案】【答案】 B 【同类变式【同类变式2】下列课题中，不能应用GIS进行研

7、究的有（ ） A近50年来世界粮食总产量与人均产量变化趋势分析 B近10年来，上海市区人口分布变化特征与城市建设相关性分析 C浙江省西部地区土地利用状况与农业结构变化特征分析 D上海市浦东新区内环线主要道路交叉点交通流量状况通报及优化公 交线网、站点分布的方案设计 【解析】【解析】注意“GIS所采集的信息是按地理空间分布特征。来反映地 理实体结构及动态变化规律的”，而A选项中世界粮食总产量与人均 产量变化不是地理空间分布特征，因此不能应用GIS进行研究。 【答案】【答案】A 一、遥感的工作过程、特点及其分类 1工作过程： 遥感的关键装置是传感器，其在航空或航天器上接受地面物体反射 或辐射的电磁

8、波信息，并以图像胶片或数据磁带记录下来，传送到地面 接收站。遥感的具体工作环节如下所示： 2.遥感的主要特点： 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、受地面条件限制少即适应性强等特点；与收 益相比，遥感还具有成本低、效益大的特点。 3航天遥感、航空遥感和近地遥感的对比： 航天遥感航空遥感近地遥感 遥感平 台及高 度 位于大气层外的卫 星、宇宙飞船等,高 度80千米 大气层内飞行的各类飞 机、飞艇,高度20千米 三角架、遥感塔、 遥感车(船)建筑物 的顶部等 成像 特点 比例尺最小,覆盖率 最大,概括性强,具有 宏观特点;多为多波 段成像 比例尺中等,画

9、面清晰, 分辨率高,可以对垂直点 地物清晰成像;多为单一 波段成像 比例尺最大,覆盖率 最小,画面最清晰, 多为单一波段成像 航天遥感航空遥感近地遥感 应用 特点 动态性好,适合对 某地区连续观察, 周期性 动态性差,适合做长周期 （几个月或更长）观察 灵活机动,费用较低, 适合小范围探测 【方法技巧】 图解遥感探测与传感器 运载工具飞行高度的关系 【例【例1 1】关于遥感技术系统的叙述，正确的是（ ） A遥感探测范围大，受地面条件的限制多 B遥感是地图的延伸 C卫星遥感对地物的分辨率比飞机遥感高 D遥感技术可对环境实施动态监测 【解析】【解析】本题主要考查遥感的概念和不同类型遥感特点的理解。

10、遥 感具有探测范围大，受地面条件的限制较少，可实施动态监测的特 点。由于卫星距离地面较远，因此卫星遥感对地物的分辨率一般较 低；GIS是地图的延伸，遥感是人的视力的延伸。 【答案】【答案】D 【同类变式【同类变式1 1】东部季风气候区是我国暴雨、洪涝等自然灾害的多发地 区。近年来为了准确了解灾害，减轻灾害造成的损失，国家大量使用地 理信息技术，据此回答（1）（2）题。 （1）要准确勘探水灾淹没的情况，快捷而准确检测河流水位应采取 （ ） A人工观测B遥感技术 C多媒体技术D全球定位系统 （2）阴雨天气中，对地物的分辨的分辨率较高的是（ ） A飞机可见光遥感B卫星可见光遥感 C飞机微波遥感D卫星

11、微波遥感 【解析】【解析】（1）遥感技术具有瞬时成像、实时传输、快速处理，迅速 获取信息和实施动态检测的特点。 （2）阴雨天气时，云层可阻隔可见光遥感，难以获得地面的清晰影 像。微波遥感不受云雨干扰，且飞机距地面高度远低于卫星，故飞 机微波遥感都地物分辨率较高。 【答案】【答案】（1）B （2）C 二、遥感技术的应用 应用领域具体内容应用价值 资源调查 矿产资源、水资源、土 地资源、森林草场资源、 野生动物资源等 “发现”矿产的存在，划定大致 的蕴藏区域；对农作物进行估 产、为农业、林业、牧业、城 市绿化、环保等部门提供服务 应用 领域 具体内容应用价值 灾害 监测 旱灾、水灾、滑坡、 泥石流

12、、地震、农林 病虫害、森林灾害等 通过遥感监测可以预测灾害的发生时 间、影响范围等；灾情发生时准确定 位灾区并及时动态地获知灾情以指导 救灾，也可为抗灾、灾后重建和恢复 生产提供决策依据 环境 监测 荒漠化、土地盐碱化、 环境污染、海洋生态、 植被变化、海上冰清、 全球气候变暖及其影 响等 及时了解环境质量数据，能监测污染 源和污染物的扩散情况，也能动态了 解全球或区域性的生态系统状况，为 防治污染和改善环境质量提供参考 【拓展延伸】遥感图像解读 【例【例2 2】在遥感技术中，可以根据 植物的反射波谱特征判断植物的生 长状况。读右图回答（1）（2） 题。 （1）图中重度病害植物反射率高于健康植

13、物反射率的波段是（ ） 红外线X光可见光紫外线 ABCD （2）根据图中的原理，可利用遥感技术直接（ ） 划分植物类型判读植物生长的土壤类型监测树木的生长状况 估计粮食作物的产量 ABCD. 【解析】【解析】此题主要考查遥感技术在现实生活中的应用。第（1）题，可 直接从图中找出健康植物与重度病害植物反射波率曲线的交点，向横 坐标作垂线，可以看出重度病害植物反射率高的波段大致是0.550.80 微米，结合下面的光谱波段图，很容易确定为选项；第（2）题， 【同类变式【同类变式2 2】2008年10月20日中国科学院首次成功接收了加拿大 RADARSAT2卫星向中国发送的第一轨遥感数据，并实现了高质

14、量 的成像处理，以满足中国广大遥感用户对该卫星数据的需求。据此回 答（1）（2）题。 （1）遥感图像是地物反射波谱特征在图像上的反映，据此原理，可用 遥感技术直接（ ） 区分阔叶林和针叶林监测植物病害情况列车的运动情况 监测草场退化情况 具体考查遥感技术对植物生长状况的监测功能，图中反映的原理是植 物的健康状况可通过遥感技术来判断。粮食作物的产量高低也与作物 的健康状况有关； 【答案】【答案】（1）B （2）D 【解析】【解析】(1)不同的地物、同一地物的不同状况反射波谱特征不同的 都可以直接利用遥感技术。列车的运动情况反射波谱特征相同。 (2)由题干可知RADARSAT2卫星属于遥感卫星，因

15、此可广泛应用于 资源普查、灾害监测、环境保护等各领域。 【答案】【答案】（1）B （2）D ABCD. （2）RADARSAT2卫星的应用领域有（ ） 海上冰山漂流监测海上石油污染监测近海赤潮灾害监测 地质勘探农林资源普查 ABCD. 一、全球定位系统的特点和组成 1.特点： （1）全球，全天候工作。 （2）能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间， 不受天气的影响。 （3）定位精度高：精度可达厘米级和毫米级。 （4）功能多，应用广：随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测 量、导航、测速、测时等方面取得更广泛的应用，而且其应用领域不 断扩大。 2组成 类型应用特点 导航型 接收

16、机 用于运动载体的导航，分为 车载型、航海型、航空型和 星载型 能够实时给出载体的位置 和速度，价格便宜，应用 广泛 类型应用特点 测地型 接收机 用于精密大地测量和精密工程测 量 定位精度高，仪器结构复杂， 价格较贵 授时接 收机 用于天文台和无线电通讯利用GPS卫星提供的高精度时 间标准进行授时 【拓展延伸】空间星座是如何定位的？ 空间星座的24颗卫星以近圆形轨道均匀分布在 距地面几万千米的六个轨道面上（每轨道面四 颗），这种分布使得在全球的任何地方、任何 时间都可观测到四颗及四颗以上的卫星。接收 机如果收到3颗卫星的信息就可以知道所处的 二维坐标，要精确进行三维坐标或位移导航就 需要4颗

17、卫星协调工作。图解法： 卫星是依据三球定位原理来定位的，如上图所示，已知三颗卫星的位 置分别在C1、C2、C3处，A点位置需要确定的地面接收机的位置。卫 星发射信息，接收机便可以测量出卫星信号到接收机的传播时间，分 别计算出三颗卫星到接收机的距离R1、R2、R3，已知球心C1、C2、C3 和半径R1、R2、R3，可以确定三个球面，这三个球面与地球表面的交 点只有一个，那就是A点，即接收机所在的位置，但要注意，此时得 出的是二维坐标。 【例【例1 1】关于全球定位系统的说法，正确的是（ ） A全球定位系统只能获得地面某点的经纬度，不能确定其高程 BGPS由3个相对独立的部分组成，即空间部分、地面

18、监控系统和用户 设备部分 CGPS具有高精度和自动测量的特点，但受地形、天气等自然因素影 响较大 D目前GPS主要应用于军事领域 【解析】【解析】全球定位系统即GPS，它是利用卫星网络来获得地面某点 的经纬度和高程的系统。全球定位系统由3个相对独立的部分组成， 即空间部分、地面监控系统和用户设备部分。全球定位系统具有全 天候、高精度和自动测量的特点，因此它作为先进的测量手段和新 的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个 应用领域。 【答案】【答案】B 【同类变式【同类变式1 1】(1)全球定位系统可以确定自己的准确位置，通常确定 地球上任何一点的地理位置应该具备以下三个数据（

19、 ） A经度、距离、海拔 B经度、纬度、海拔 C纬度、相对高度、距离 D到两极、赤道的距离和等高线 (2)下列叙述正确的是（ ） AGPS手持机只能利用机器中已存在的数据 BGPS手持机中的数据只能从GPS卫星获得 CGPS手持机可确定某事物的具体位置 DGPS手持机可在室内使用 【解析】【解析】(1)三维坐标是指经度、纬度位置和海拔高度。 (2)GPS手持机既可利用机器中已存在的数据，也可利用输入的数据， 数据来源有多种途径；利用GPS手持机可对某事物进行精确定位； GPS手持机的使用必须在开阔的地方，才能同时收到4颗及其以上的 卫星信息，实现精确定位。 【答案】【答案】（1）B （2）C

20、二、全球定位系统的应用 全球定位系统的应用领域非常广阔，就目前而言，主要表现在 定位导航和测量监控两大方面。 1GPS在航海、航空导航中的应用 应用领域主要功能应用价值 航海应用 向用户提供船舶位置、航速、 航向信息、海图、海迹显示 避免船只冲撞，确保 航行安全 把自己的位置和航向发送到航 海管理中心 便于中心的跟踪、搜 寻和救援 航空应用 空域航路、着陆、机场监视和 管理 实现空域划分、空中 交通流量管理、飞行 路径管理 2GPS在测绘中的应用 应用领域主要功能应用价值 大地测量 利用GPS开展国际联测，建 立全球性大地控制网和各级 测量控制网 测定大地水准面，提供高 精度的地心坐标，提供高

21、 精度的平面和高程坐标 工程测量 利用GPS静态相对定位技术， 布设精密工程控制网 城市和矿区地面沉降监测、 高层建筑变形监测、隧道 贯通测量等 应用GPS实时动态定位技术测绘各种比例尺地形图、 施工放样等 航空测量 航空摄影测绘，飞行导航机载GPS航测等 应用领域主要功能应用价值 海洋测绘 海上定位、海洋测量、 水下地形测量 海洋划界、航道测量、海洋 资源勘探、海面变化等 地球动力学 用于全球板块运动监测 和区域板块运动监测 建立中国地壳形变观测网， 如监测青藏高原地壳运动、 三峡库区形变等 【方法技巧】 图解车载GPS导航中信息的传递过程 驾驶员输入出发地和目的地，通过车载电台传递到服务中

22、心；服 务中心为其确定可行路线，传输给GPS卫星；GPS卫星把路线等 信息传输给汽车，汽车在GPS卫星信号引导下到达目的地。 【例【例2 2】阅读下列材料，回答问题。 中国国家GPS技术研究中心首次借助GPS高科技手段为目前正处于 地壳活跃期的青藏高原进行“体检”。测定结果表明，青藏高原地壳 整体上在向北、向东运动。喜马拉雅山块体以每年大约3.4厘米的速度 相对亚欧板块北偏东的方向运动，隆升的平均速度为每年812毫米。 （1）请你运用板块构造学说解释一下青藏高原是如何形成的。 _ _ _ （2）请你大体说说科学家是如何利用GPS来研究喜马拉雅山块体的运 动方向和运动速度的。 _ _ _ 【解析

23、】【解析】该题主要考查GPS在区域板块运动监测的实际运用。第（1） 题，根据板块构造学说，青藏高原位于印度洋板块和亚欧板块的相 撞挤压处，属于板块的消亡边界；第（2）题，运用GPS定位的工作 原理结合题目所给的材料来分析。 【答案】【答案】（1）青藏高原是由印度洋板块和亚欧板块的相撞挤压而形 成的；第（2）题，方法大致为：把测地型GPS接收机固定在适当地 点的岩石上（一般在位于断层的两侧选择三点，构成三角形监测 网），GPS卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，地面接收 机收到这些信息，并测得接受到的卫星每个信号的时间，便可自动 计算出接收机所在地点的纬度、经度和高程。经过长时间地监测，

24、便可精确计算出喜马拉雅山块体的运动方向和运动速度。 【同类变式【同类变式2 2】(1)在沙漠中迷路，可用哪种方式获知自己所处的具体 位置信息（ ） A指南针BGPS设备 C遥感图像D地形图 【解析】【解析】在沙漠中迷路时，由于沙丘随时随风移动，所以能获知自 己所处的具体位置信息的只有GPS设备。GPS设备是不受地形影响， 它的数据来自高空的GPS卫星。 【答案】【答案】 B 一、数字地球的含义 1数字地球的概念 概念 数字地球是信息化的地球地球的虚拟对照体。数字地球将地球上的每 一点信息，按地球的地理坐标加以整理，然后构成一个全球的信息模型。 对概 念的 理解 通俗地说，就是用数字的方法将地球

25、、地球上的活动及整个地 球环境的时空变化装入电脑，实现网络上的流通，并使之最大 限度地为人类的生存、可持续发展和日常的工作、学习、生活、 娱乐服务。 简单地说，数字地球是指实现地球数字化或信息化的技术系统。 2关键技术 关键技术应用价值 信息高速公路与 高速网络技术 能迅速调集大量所需的数据，实现数据的高速传输 高分辨率卫 星遥感技术 能提供动态的、详实数据，形成数字地球最基本的空间 数据 空间信息技术与 空间数据基础设施 GIS、GPS和网络结合构成数字地球的空间核心技术，空 间数据基础设施则提供管理系统、交换网和交换标准等 大容量数据 存储技术 能集中或分散存储大量的空间数据 可视化和虚

26、拟现实技术 是实现数字地球与人交互的窗口和工具 高性能计算能力能处理大量复杂数据，更好地认识和分析地理现象 【误区警示】认为“3S”技术就是数字地球 数字地球是指信息化、数字化的地球，是把整个地球信息数字化后， 由计算机网络来管理的技术系统。“3S”技术是RS、GPS和GIS系统 的合称，是构建数字地球的技术基础，而数字地球则是RS、GPS、 GIS以及网络技术等各种技术的综合应用。“3S”技术与数字地球的 关系如下图所示： 【例【例1 1】“数字地球”将使人类实现“信息就在指尖上”的梦想，下 列叙述正确的是（ ） A.“数字地球”就是因特网 B.“数字地球”就是信息高速公路 C.“数字地球”

27、是用数据通信技术使地球上信息的表达方式日益 “数字化” D.“数字地球”只能方便人们的生活，并不能创造实实在在的财富 【解析】【解析】信息高速公路是一个集电话、电脑、电视等功能于一体， 能够综合传输和处理图、文、声、像各种信息的一个全社会的立体 通信网。它和因特网都只是数字地球的技术基础，并不能代表数字 地球。而在这个信息化的“数字地球”上包含着海量的信息，人们 可 以快速、形象地了解地球上的任何一点、任何方面的信息，从而实 现“信息就在指尖上”的梦想。它能为人类的生存、可持续发展和 日常的工作、学习、生活、娱乐服务，创造了巨大的财富。 【答案】【答案】C 【同类变式【同类变式1 1】(1)信息高速公路与高速网络技术在构建数字地球系 统中的作用有（ ） A传输分散在众多数据库中的数据 B把卫星收集到的各种数据输送到地球 C传输计算机网络中的抽象化数据 D传输和模拟地球上图像的数据信息 (2)数字地球的空间核心技术是（ ） A高速网络技术B“3S”技术 C虚拟现实技术D海量数据存储技术 【解析】【解析】(1)数字地球所需的数据分散在数以万计的数据库中，利用 这些数据时，要能把所需数据迅速从四面八方调来，这只有通过高 速网络才能实现。 (2)“3S”技术作为“数字地球”的核心技术，一方面“数字地球”的 研究和建设为“3S”技术的发展创造了条