第十二章数字地球

1、一、数字地球的含义一、数字地球的含义三、数字地球的应用三、数字地球的应用二、数字地球的技术基础二、数字地球的技术基础四、数字中国与数字城市四、数字中国与数字城市数字地球数字地球按照戈尔提出的时间表按照戈尔提出的时间表,“数字地球数字地球”的基本实现预计在的基本实现预计在2020年年,而而“数字地球数字地球”的初步实现设定在的初步实现设定在2005年左右年左右. 提出提出特点特点 技术技术 基础基础应用应用1998年年1月月31日日,美国副美国副总统阿尔总统阿尔戈尔在加利福戈尔在加利福尼亚科学中心的讲演中尼亚科学中心的讲演中正式提出了正式提出了“数字地数字地球球”(Digital Earth)的

2、的概念概念.他说他说:“我相信我们我相信我们需要一个需要一个数字地球数字地球即一种可以嵌即一种可以嵌入海量入海量地理数地理数据据对我们星对我们星球所做的多分球所做的多分辩率辩率三维的三维的地球描述，即地球描述，即“虚拟地球虚拟地球”遥感技遥感技术、术、地地理信息理信息系统、系统、网络技网络技术、术、虚虚拟现实拟现实技术技术可持续可持续发展、发展、农业、农业、灾害、灾害、资源、资源、教育等教育等方面方面一、数字地球的含义一、数字地球的含义严格地讲严格地讲： 以计算机技术、多媒体技术和大规模以计算机技术、多媒体技术和大规模储存技术为基础，以宽带网络为纽带，运用海量储存技术为基础，以宽带网络为纽带，

3、运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，并利用它来作为工具支持和多种类的三维描述，并利用它来作为工具支持和改善人类的活动和生活质量。和改善人类的活动和生活质量。通俗地讲通俗地讲： 用数字的方法将地球、地球上的活动及用数字的方法将地球、地球上的活动及整个地球环境的时空变化装入电脑中，实现在网络上整个地球环境的时空变化装入电脑中，实现在网络上的流通，并使之最大限度地为人类生存、可持续发展的流通，并使之最大限度地为人类生存、可持续发展和日常的工作、学习、生活、娱乐服务。和日常的工作、学习、生活、娱乐服务。数字地球是信息化的地球数

4、字地球是信息化的地球地球的虚拟对照体地球的虚拟对照体返回返回信息高速公路和高速网络技术信息高速公路和高速网络技术高分辨率卫星遥感技术高分辨率卫星遥感技术空间信息技术与空间数据基础设施空间信息技术与空间数据基础设施 大容量数据存储技术大容量数据存储技术可视化和虚拟现实技术可视化和虚拟现实技术高性能计算能力高性能计算能力二、数字地球的技术基础二、数字地球的技术基础一、全球定位系统一、全球定位系统(GPS)1.1.概念：概念：具有在海、陆、空进行全方位、实时三维具有在海、陆、空进行全方位、实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。通俗地说：通俗地说：

5、利用卫星，利用卫星，在全球范围在全球范围内适时进行内适时进行导航、定位导航、定位的系统的系统 全球定位系统是美国从本世纪全球定位系统是美国从本世纪70年代开始研制，历时年代开始研制，历时20年，年，耗资耗资200亿美元，于亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。目前的全球覆盖率为98%。 在美国在美国,GPS全球卫星定位技术与全球卫星定位技术与“阿波罗阿波罗”飞船登月飞船登月,航天飞机升空航天飞机升空,共同位列为共同位列为20世纪世纪“三大三

6、大航天工程航天工程” 它能够实时测量“四度”：经度、纬度、高度、速度。 2.2.组成：组成：包括三大部分包括三大部分 空间部分、地面控制部分、用户设备部分空间部分、地面控制部分、用户设备部分GPS组成组成系统结构系统结构空间位置空间位置组成和分布组成和分布全全球球定定位位系系统统空间空间由由21颗工作卫星和颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，颗在轨备用卫星组成，24颗卫星均匀分布在颗卫星均匀分布在6个轨道平面内个轨道平面内地面地面由分布在全球的由分布在全球的5个地面站组成（个地面站组成（5个监控站、个监控站、1个主控站和个主控站和3个注入站个注入站）用户用户导航接收机、测地型接收机、授时接收机导

7、航接收机、测地型接收机、授时接收机实时计算出三维实时计算出三维坐标坐标速度速度以及以及时间时间GPS卫卫星星座星星座地面监地面监控系统控系统GPS信信号接收机号接收机空间部分各轨道平面相对于赤道平面的倾角为各轨道平面相对于赤道平面的倾角为55，轨道平面间距，轨道平面间距60。在每一轨道平面内，各卫星升交角距差在每一轨道平面内，各卫星升交角距差90 为了减少误差，一般要求为了减少误差，一般要求4颗卫星，颗卫星，用于定位的用于定位的4颗卫星称为定位星座。颗卫星称为定位星座。地面监控部分主控站主控站位于美国科罗拉多的斯平士（位于美国科罗拉多的斯平士（Colorado Springs）的联合空间执行）

8、的联合空间执行中心（中心（CSOC），三个），三个注入注入站分别设在大西洋、印度洋和太平洋的三个美站分别设在大西洋、印度洋和太平洋的三个美国军事基地上，即大西洋的阿松森（国军事基地上，即大西洋的阿松森（Ascension）岛、印度洋的狄哥）岛、印度洋的狄哥伽西伽西亚亚(Diego Garcia)和太平洋的卡瓦加兰和太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein),五个监测站设在五个监测站设在主控站主控站和和三个注入站三个注入站以及以及夏威夷岛夏威夷岛。返回返回卫星上各种设备是否正常工作卫星上各种设备是否正常工作,是否一直是否一直沿预定轨道运行沿预定轨道运行,要由地面设备监控要由地面设备监控主控站收集各监

9、控站提供的主控站收集各监控站提供的GPS卫星观测数据、卫星卫星观测数据、卫星工作状态数据、各监测站和注入站自身的工作状态数工作状态数据、各监测站和注入站自身的工作状态数据。根据这些数据，完成各项工作：据。根据这些数据，完成各项工作：(1)如及时编算每颗卫星的导航电文并传送给注入站如及时编算每颗卫星的导航电文并传送给注入站；(2)控制和协调监测站间、注入站间的工作控制和协调监测站间、注入站间的工作，检验注，检验注入卫星的导航电文是否正确以及卫星是否将导航电文入卫星的导航电文是否正确以及卫星是否将导航电文发给了发给了gps用户系统用户系统(3)诊断卫星工作状态诊断卫星工作状态，改变偏离轨道的卫星位

10、置及，改变偏离轨道的卫星位置及姿态，调整备用卫星取代失效卫星。姿态，调整备用卫星取代失效卫星。 注入站注入站:在每颗卫星运行到上空时在每颗卫星运行到上空时,将导航数据及主控站的指令将导航数据及主控站的指令注入到卫星注入到卫星.用户设备类型类型应用应用用于用于运动载体运动载体的导航，分为车的导航，分为车载型、航海型、航空型和星载载型、航海型、航空型和星载型型能够实时给出载体的能够实时给出载体的位置位置和和速度速度，价格便宜，应用，价格便宜，应用广泛广泛测地接收机测地接收机定位精度高，仪器结构复定位精度高，仪器结构复杂，价格较贵杂，价格较贵授时接收机授时接收机用于天文台及无线电通讯用于天文台及无线

11、电通讯利用利用GPS卫星提供的高精卫星提供的高精度时间进行授时度时间进行授时用于精密大地测量用于精密大地测量 导航接收机导航接收机应用领域应用领域性能性能优点优点功能功能手持型手持型GPS接受机多为接受机多为导航使用导航使用液晶显示，导液晶显示，导航画面清晰，航画面清晰，配有背景灯，配有背景灯，方便夜间操作，方便夜间操作，功能齐全功能齐全不需要地面不需要地面设备，只要设备，只要收到卫星信收到卫星信号，就能快号，就能快速定位，不速定位，不受天气、行受天气、行政区域的限政区域的限制制能够计算当地的国能够计算当地的国际标准时间，处于际标准时间，处于运动状态还能指出运动状态还能指出正北方，并将经过正北

12、方，并将经过的地点、路线记录的地点、路线记录下来，方便返回时下来，方便返回时用；计算两点的距用；计算两点的距离，实现坐标系之离，实现坐标系之间的相互转换；计间的相互转换；计算日出、日落时间算日出、日落时间手持型手持型GPS接收机接收机3 3、特点和特点和用途用途 全能性、全球性、全天候、连续性、实时性全能性、全球性、全天候、连续性、实时性 提供精密的三维坐标，三项速度和时间信息提供精密的三维坐标，三项速度和时间信息GPS特点 (1)全球全球,全天候工作全天候工作 (2)实时性实时性,能提供连续、实时的三能提供连续、实时的三 维位置、速度和精密时间，不受维位置、速度和精密时间，不受 天气的影响。

13、天气的影响。（3）高精度）高精度（4）自动测量）自动测量它能够实时测量它能够实时测量“四度四度”：经度、纬度、高度、速：经度、纬度、高度、速度度GPS功能1、定位、定位:2、导航、导航:我现在在哪里？我要去哪里？如何去？我要去哪里？如何去？3、跟踪、跟踪:跟踪跟踪-监视人或物体的运动。监视人或物体的运动。4、绘图、绘图:用于绘制世界地图。用于绘制世界地图。5、定时、定时:提供精确的时间。提供精确的时间。二、GPS与定位导航GPS应用军事军事:导弹的飞行、飞机的导航、精确打击的实现导弹的飞行、飞机的导航、精确打击的实现测绘：有哪些优势？有哪些具体应用领域？测绘：有哪些优势？有哪些具体应用领域？交

14、通：关键是交通：关键是导航导航救援：关键是救援：关键是定位定位农业：什么是精准农业耕作？其优势在哪里？农业：什么是精准农业耕作？其优势在哪里？娱乐旅游娱乐旅游GPS应用应用领域领域主要功能主要功能在林业管在林业管理方面的理方面的应用应用GPS技术在确定林区面积，估算木材量，技术在确定林区面积，估算木材量，计算可采伐木材面积，确定原始森林、道计算可采伐木材面积，确定原始森林、道路位置，对森林火灾周边测量，寻找水源路位置，对森林火灾周边测量，寻找水源和测定地区边界方面可以发挥独特的重要和测定地区边界方面可以发挥独特的重要作用作用在合理施在合理施肥，精确肥，精确农业管理农业管理方面的应方面的应用用依

15、据农田土壤养分含量分布图，设置有依据农田土壤养分含量分布图，设置有GPS接收机的接收机的“受受控应用控应用”的喷施器，在的喷施器，在GPS的控制下，依据土壤养分含量的控制下，依据土壤养分含量分布图，能够精确地给田地各点施肥。分布图，能够精确地给田地各点施肥。(1)可以监测作物产量可以监测作物产量(计算机计算机产量监视器产量监视器GPS接收机接收机)(2)帮助合理施肥帮助合理施肥(3)应用于土壤养分的分布调查应用于土壤养分的分布调查(GPS接收机把接收机把样品的位置样品的位置)在精确定时在精确定时方面的应用方面的应用每颗每颗GPS卫星上都有精密的原子钟，所卫星上都有精密的原子钟，所以以GPS接受

16、器可以接收到精确的时间信接受器可以接收到精确的时间信息息信息接收信息接收信息发射信息发射应用领域应用领域通过车载通过车载GPS可以在屏幕上可以在屏幕上及时查看车辆及时查看车辆所在的经纬度、所在的经纬度、运行轨迹、速运行轨迹、速度、行进方向度、行进方向车载电台把定车载电台把定位信息发给监位信息发给监控中心，在电控中心，在电子地图上显示子地图上显示出来，可对车出来，可对车辆进行调度指辆进行调度指挥挥城市公共汽车城市公共汽车调度管理，旅调度管理，旅游区车辆报警游区车辆报警与调度，海关、与调度，海关、公安、海防等公安、海防等部门对车辆的部门对车辆的调度与监控调度与监控1、车载、车载GPS的功用的功用P

17、100使装有使装有GPS的出租车配备合理，能最大程度的满足乘客的的出租车配备合理，能最大程度的满足乘客的要求，从而减少了空载率，降低能源消耗，节省运行成本，要求，从而减少了空载率，降低能源消耗，节省运行成本，并使行车、乘车安全系数大大提高等功能。并使行车、乘车安全系数大大提高等功能。应用类型应用类型应用领域应用领域应用作用应用作用向用户提供船舶的向用户提供船舶的位置位置、航速航速、航向航向、时间信息、时间信息、海图、海迹显示海图、海迹显示避免船只冲撞，确保避免船只冲撞，确保航行安全现在很难想航行安全现在很难想象那艘船舶不装备象那艘船舶不装备GPS导航系统和设备导航系统和设备 把自己的位置和航向

18、发把自己的位置和航向发送到航海管理中心送到航海管理中心便于中心的跟踪、搜便于中心的跟踪、搜寻和救援寻和救援3、航、航空应用空应用p100空域航路、着陆、机场空域航路、着陆、机场监视和管理监视和管理实现空域划分、空中实现空域划分、空中交通流量管理、飞行交通流量管理、飞行路径管理路径管理2、航、航海应用海应用P1004GPS系统的应用范例系统的应用范例 (1) 当奔驰的车辆行驶在车流熙攘的高速公路上时，司机启动当奔驰的车辆行驶在车流熙攘的高速公路上时，司机启动自动驾驶系统，就可悠然自得地读书看报。车辆能自动与前车自动驾驶系统，就可悠然自得地读书看报。车辆能自动与前车保持距离，自动刹车或超车，自动驾

19、驶系统能够精确到厘米。保持距离，自动刹车或超车，自动驾驶系统能够精确到厘米。在不打搅车内乘客读书看报的情况下，它能自动选择一条能避在不打搅车内乘客读书看报的情况下，它能自动选择一条能避免堵塞的道路前进。到达目的地后它会自动报告：免堵塞的道路前进。到达目的地后它会自动报告：“您已到您已到达。达。”这些听起来犹如神话，其实它都依赖于来自太空的信号。这些听起来犹如神话，其实它都依赖于来自太空的信号。这种高度精确的太空信号就是由比这种高度精确的太空信号就是由比GPS更先进的欧洲更先进的欧洲“伽利略伽利略”卫星导航系统提供的。卫星导航系统提供的。(2)汽车安装上汽车安装上GPS接收机，不仅能利用电子地图

20、知道自己的方接收机，不仅能利用电子地图知道自己的方位和其他街区的车辆行驶状况，从而绕开堵车地区，选择最便位和其他街区的车辆行驶状况，从而绕开堵车地区，选择最便利的路线行驶，还能在遇到劫匪报警时向警方提供自己精确的利的路线行驶，还能在遇到劫匪报警时向警方提供自己精确的所在位置，使警方尽快赶所在位置，使警方尽快赶+到据介绍：日本到据介绍：日本90的机动车都的机动车都安装有安装有GPS接收机接收机 。(3)GPS电子站牌现身上海街头电子站牌现身上海街头:下一辆车离本站还有下一辆车离本站还有1.2千米千米,约约3分钟内到达分钟内到达.上海的许多上海的许多 出租出租车上装备了车上装备了GPS系统系统.公

21、司可以根据公司可以根据GPS对出租车定位对出租车定位,并提供无并提供无线电联系以及电子地图线电联系以及电子地图第二节第二节 遥感遥感(RS)技术及其应用技术及其应用数字图像处理 数字图像处理时使用电子计算机对图像进行信息处理的一门技术。 图像的恢复 数据的压缩 影像的增强 信息的提取地物地物类型类型吸收和反射电磁波的特征吸收和反射电磁波的特征彩色航空片彩色航空片黑白近红外黑白近红外遥感片遥感片彩色近红彩色近红外遥感片外遥感片红外遥红外遥感片感片水体水体对蓝绿光难以吸收对蓝绿光难以吸收对近红外波段吸收能力很强对近红外波段吸收能力很强水体中杂质对吸收能力会造水体中杂质对吸收能力会造成影响成影响呈蓝

22、绿色的呈蓝绿色的封闭区域封闭区域有时会有白有时会有白点和黑色的点和黑色的污染物污染物呈深色以深呈深色以深灰和黑色为灰和黑色为主主污水颜色会污水颜色会相对较浅相对较浅呈深色以呈深色以黑色和蓝黑色和蓝灰色为主灰色为主污水多呈污水多呈青色甚至青色甚至黄色黄色早晨为早晨为浅色浅色夜晚为夜晚为深色深色植被植被对可见光吸收强烈对可见光吸收强烈，反射绿，反射绿光光对近红外反射强烈对近红外反射强烈不同植物的反射能力与叶绿不同植物的反射能力与叶绿素含量有关素含量有关不同季节植物因叶绿素含量不同季节植物因叶绿素含量的变化使反射能力也发生变的变化使反射能力也发生变化化多为多为绿色绿色成成片分布片分布颜色随季节颜色随

23、季节变化很大变化很大色调多为色调多为浅色，多浅色，多呈黄色甚呈黄色甚至红色至红色植物越鲜植物越鲜嫩则颜色嫩则颜色越深如粉越深如粉红色红色颜色较颜色较深深城市城市居民居民区区由于城市居民区多为混泥土由于城市居民区多为混泥土结构，而混泥土吸收能力极结构，而混泥土吸收能力极差，反射能力强差，反射能力强混泥土比热容量很小，白天混泥土比热容量很小，白天和晚上的温度差异很大和晚上的温度差异很大灰白色甚至灰白色甚至白色白色颜色很浅颜色很浅白色和灰色白色和灰色白色白色浅灰色浅灰色深色深色色调较浅，色调较浅，多为灰白多为灰白色色植物越鲜植物越鲜嫩则颜色嫩则颜色越浅越浅实用的资源卫星系统 遥感只是一种获取信息的手

24、段。它是人们认识自然、改造自然过程中信息传递的一个环节。现在，遥感应用越来越多的服务于生产，直接解决生产上提出的问题。二、遥感与资源普查二、遥感与资源普查A应用领域应用领域具体内容具体内容备注备注矿产资源矿产资源 蕴藏矿产的地方有许蕴藏矿产的地方有许多是多是地质断裂地质断裂或环行或环行构造带，较容易借助构造带，较容易借助遥感技术遥感技术发现矿产发现矿产人们只需要分析人们只需要分析遥感图像就可以遥感图像就可以划定蕴藏矿产的划定蕴藏矿产的大致区域大致区域生物资源生物资源为农业、林业、为农业、林业、城市绿化、环境城市绿化、环境保护等部门服务保护等部门服务通过通过遥感图象解译遥感图象解译或图象处理技术

25、或图象处理技术，提取植被的分布、提取植被的分布、类型、结构、健康类型、结构、健康状况、产量等数据状况、产量等数据B应用领域应用领域具体内容具体内容备注备注环境监测环境监测有利于人们了解有利于人们了解环境变化，使环环境变化，使环境得到保护和改境得到保护和改善善灾害监测灾害监测旱情、水灾、滑坡、旱情、水灾、滑坡、泥石流、地震、农林泥石流、地震、农林病虫害、森林火灾病虫害、森林火灾有利于防灾减灾有利于防灾减灾荒漠化、土壤盐渍化、荒漠化、土壤盐渍化、海洋生态、植被变化、海洋生态、植被变化、水体变化污染、大气水体变化污染、大气污染、海上冰山、全污染、海上冰山、全球气候变化球气候变化C部门部门应用应用主要

26、原理主要原理林业林业清查森林资源、监测清查森林资源、监测火灾和病虫害火灾和病虫害着火树木、病害着火树木、病害树木与正常树木树木与正常树木反射光谱不同反射光谱不同农业农业识别农作物、估算产识别农作物、估算产量、灾情预报量、灾情预报植物生长情况不植物生长情况不同，其反射波谱同，其反射波谱特征不同特征不同遥感在林业和农业方面的应用遥感在林业和农业方面的应用部门部门应用应用主要原理主要原理林业林业 清查森林资源、检清查森林资源、检测火灾和病虫害测火灾和病虫害着火树木，病害树木着火树木，病害树木与正常树木反射光谱与正常树木反射光谱不同不同农业农业 识别农作物、估算识别农作物、估算产量、灾情预报产量、灾情

27、预报植物生长情况不同，植物生长情况不同，其反射波谱特征不同其反射波谱特征不同思考思考:重度病害植物反射率高于健康植物反射率的波段是重度病害植物反射率高于健康植物反射率的波段是地物的不同状况地物的不同状况,有不同的反射率有不同的反射率,根据这一原理根据这一原理,可以利可以利用遥感的工作领域有用遥感的工作领域有:判断水体污染判断水体污染,分析城市大气污染分析城市大气污染,监测灾害监测灾害,粮食作物的产量等粮食作物的产量等. 在特定的卫星图上在特定的卫星图上,健康的植被往往呈鲜红色健康的植被往往呈鲜红色,长势弱的长势弱的植被颜色较浅，由此可以判断植被生长的状况。植被颜色较浅，由此可以判断植被生长的状

28、况。遥感与环境灾害监测遥感与环境灾害监测 随着遥感技术的发展，遥感将不仅为人们提供随着遥感技术的发展，遥感将不仅为人们提供信息资源，改变人们的生产、生活与交往方式，信息资源，改变人们的生产、生活与交往方式，而且在而且在环境监测、灾害预警环境监测、灾害预警等方面发挥巨大作等方面发挥巨大作用，有助于灾害的预防、环境的治理和保护。用，有助于灾害的预防、环境的治理和保护。返回返回 利用遥感技术可以及时探知森林火灾发生的地点利用遥感技术可以及时探知森林火灾发生的地点和范围和范围,可分析大火蔓延的方向可分析大火蔓延的方向,为灭火总指挥制定灭为灭火总指挥制定灭火计划提供科学依据火计划提供科学依据.电磁波的热

29、红外波段电磁波的热红外波段(更亮的浅色调更亮的浅色调)葛洲坝与三峡工地遥感图片葛洲坝与三峡工地遥感图片 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一、地理信息系统一、地理信息系统二、地理信息系统与城市管理二、地理信息系统与城市管理(一一)地理信息系统的概念地理信息系统的概念(二二)地理信息系统的发展地理信息系统的发展(四四)地理信息系统的工作过程地理信息系统的工作过程(三三)地理信息系统的组成地理信息系统的组成(一一) 地理信息系统地理信息系统(GIS)的概念的概念 是一种以采集、储存、管理、分析和描述是一种以采集、储存、管理、分析和描述地球地球表面表面与与地理分布地理分布有关数据

30、的有关数据的空间信息系统空间信息系统。 与一般信息系统的差别是，它采集的信息是按与一般信息系统的差别是，它采集的信息是按地理空间分布特征地理空间分布特征来反映地理实体结构及其动态变化来反映地理实体结构及其动态变化规律的。规律的。 从学科的角度，从学科的角度，GIS是在地理学、地图学、测量是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科，学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科，具有独立的学科体系；具有独立的学科体系； 从功能上，从功能上，GIS具有空间数据具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能用等

31、功能地理信息系统与地图的区别地理信息系统与地图的区别(1)不仅有平面信息不仅有平面信息,还有三维立体的信息还有三维立体的信息(2)有很多的检索功能和大容量的信息库有很多的检索功能和大容量的信息库(3)随时进行信息的切换随时进行信息的切换缩放缩放补充测算等补充测算等,获得更新获得更新的信息的信息(4)不仅有空间数据信息不仅有空间数据信息,还有景观照片和动态的影像还有景观照片和动态的影像信息信息(5)查询方式不同查询方式不同,地理信息系统通过计算机进行查询地理信息系统通过计算机进行查询和数据更新和数据更新,而地图通过肉眼进行判读而地图通过肉眼进行判读,获得地理信息。获得地理信息。地理信息系统的信息

32、更有针对性地理信息系统的信息更有针对性,速度也更快速度也更快.（二）（二） 地理信息系统的发展地理信息系统的发展地理信息系统发展地理信息系统发展（二十世纪）（二十世纪）1、60年代：开拓期年代：开拓期2、70年代：巩固发展期年代：巩固发展期4、90年代：用户时代年代：用户时代3、80年代：大发展期年代：大发展期组成组成功能功能包括的内容包括的内容硬件硬件用于数据和信息的采集、处理、加工、用于数据和信息的采集、处理、加工、分析和输出分析和输出软件软件提供储存分析、显示地理数据的功能提供储存分析、显示地理数据的功能包括数据输入与编辑、数据包括数据输入与编辑、数据管理、数据操作以及数据显管理、数据操

33、作以及数据显示和输出等示和输出等地理数据地理数据是是GIS建立的基础建立的基础包括基础数据和专题数据包括基础数据和专题数据人员人员GIS是一个动态的地理模型，仅有系是一个动态的地理模型，仅有系统的软硬件和数据，还不能构成完整统的软硬件和数据，还不能构成完整的地理信息系统，需要人员进行系统的地理信息系统，需要人员进行系统组织、管理、维护和数据更新组织、管理、维护和数据更新包括包括GIS系统开发的专业人系统开发的专业人员和采用员和采用GIS完成工作的用完成工作的用户户应用模型应用模型应用模型是在对专业领域的具体对象应用模型是在对专业领域的具体对象过程进行大量研究的基础上总结出的过程进行大量研究的基

34、础上总结出的规律表示，规律表示，GIS应用就是利用这些模应用就是利用这些模型对大量空间数据进行综合分析解决型对大量空间数据进行综合分析解决实际问题实际问题包括人口扩散模型、商业选包括人口扩散模型、商业选址模型、路径分析模型址模型、路径分析模型包括包括计算机主机计算机主机、数据输数据输入设备入设备、数据输出设备数据输出设备、数据传输设备、储存设备数据传输设备、储存设备（三）地理信息系统的组成（三）地理信息系统的组成（四）地理信息系统的工作过程（四）地理信息系统的工作过程信息源信息源（地图、遥感图象、实验数据、（地图、遥感图象、实验数据、GPS数据）数据）数据处理数据处理（即建立空间模型和数据模型

35、）（即建立空间模型和数据模型）数据库数据库（关于某一研究区域的若干图层的总和）（关于某一研究区域的若干图层的总和）数据分析数据分析（使各类数据之间的关系，以直观的形式表现出来，如图形、地图或表格）（使各类数据之间的关系，以直观的形式表现出来，如图形、地图或表格）表达表达（将系统分析的结果形成地图、图象、图表、数字等产品）（将系统分析的结果形成地图、图象、图表、数字等产品）采集采集储存储存分析分析输出输出返回返回信息源信息源数据处理数据处理数据库数据库空间分析空间分析表达表达 信息源信息源:地图、遥感图象、野外考察、室内实验、社会经地图、遥感图象、野外考察、室内实验、社会经济统计获得。济统计获得

36、。 数据处理：数据处理：建立空间模型和数据模型。空间模型是用点、建立空间模型和数据模型。空间模型是用点、线、面来表示地物的空间特征（如位置、形状）和属性特征线、面来表示地物的空间特征（如位置、形状）和属性特征（如种类、大小）。数据模型是通过一定的方式将所要表达（如种类、大小）。数据模型是通过一定的方式将所要表达的内容转变成数据，这是的内容转变成数据，这是GIS与地图最基本的差异。与地图最基本的差异。 数据库：数据库：地物空间特征和属性的各项数据的结合，构成地物空间特征和属性的各项数据的结合，构成某一主题的图层，如地貌图层、土壤图层、土地利用图层等。某一主题的图层，如地貌图层、土壤图层、土地利用

37、图层等。关于某一研究区域的若干图层就组成关于某一研究区域的若干图层就组成GIS数据库。数据库。 空间分析：空间分析：按一定规划对所研究的局部进行空间分析，也按一定规划对所研究的局部进行空间分析，也可对局部及其相邻的部分，以至整个区域进行综合分析。数可对局部及其相邻的部分，以至整个区域进行综合分析。数据库中各图层上有关的数据，都可供分析。据库中各图层上有关的数据，都可供分析。 表达：表达：将系统处理，分析的结果，形成可供研究、规划将系统处理，分析的结果，形成可供研究、规划和决策人员使用的产品，主要形式有：地图、图象、统计图和决策人员使用的产品，主要形式有：地图、图象、统计图表、数字等。表、数字等

38、。GISGIS与CADCAD GISGIS与与CADCAD共同点共同点 GISGIS与与CADCAD 不同点不同点都有空间坐标系统；都有空间坐标系统；都能将目标和参考系联系都能将目标和参考系联系起来；起来；都能描述图形数据的拓扑都能描述图形数据的拓扑关系；关系；都能处理属性和空间数据都能处理属性和空间数据CADCAD研究对象为人造研究对象为人造对象对象规则几何图形规则几何图形及组合；及组合；图形功能特别是三图形功能特别是三维图形功能强，属性维图形功能强，属性库功能相对较弱；库功能相对较弱；CADCAD中的拓扑关系较中的拓扑关系较为简单；为简单；一般采用几何坐标一般采用几何坐标系系 。GIS处理

39、的数据处理的数据大多来自于现实世大多来自于现实世界，较之人造对象界，较之人造对象更复杂，数据量更更复杂，数据量更大；数据采集的方大；数据采集的方式多样化；式多样化；GIS的属性库结的属性库结构复杂，功能强大；构复杂，功能强大；强调对空间数据强调对空间数据的分析，的分析，图形属性图形属性交互使用频繁；交互使用频繁；GIS采用地理坐采用地理坐标系标系 。应用领域应用领域应用应用城市规划与管理城市规划与管理城市规划的设计、工程选城市规划的设计、工程选址、城市管理和辅助决策址、城市管理和辅助决策基础设施管理基础设施管理（道路交通、电力、电信、燃（道路交通、电力、电信、燃气、自来水、排污）气、自来水、排

40、污）工程设计、应急抢修、日工程设计、应急抢修、日常维护常维护土地利用管理土地利用管理（土地使用性质变化，地块轮（土地使用性质变化，地块轮廓变化、土地权属关系变更）廓变化、土地权属关系变更）土地利用状况的监控和管土地利用状况的监控和管理理生态环境管理生态环境管理城市生态规划、环境评价、城市生态规划、环境评价、环境与区域可持续发展的环境与区域可持续发展的决策分析、环保设施管理决策分析、环保设施管理二、地理信息系统与城市管理二、地理信息系统与城市管理应用领域应用领域应用应用道路交通管理道路交通管理道路的通行状况道路的通行状况,定位事故地点定位事故地点,提提供交通疏散供交通疏散道路设计道路设计最佳路径

41、分析、最小造价分析最佳路径分析、最小造价分析道路建设道路建设工程进度、工程质量工程进度、工程质量道路管理道路管理路况信息、道路养护路况信息、道路养护地理信息系统在道路交通中的应用地理信息系统在道路交通中的应用GIS能够回答的问题能够回答的问题?1位置问题。位置问题。即即“在某个特定位置有什么在某个特定位置有什么”的问题。位置的问题。位置可以用多种方式描述，如名称，邮编，地理参照物等。可以用多种方式描述，如名称，邮编，地理参照物等。2条件问题。条件问题。即即“在哪里在哪里”的问题。这个问题与上述相反，的问题。这个问题与上述相反，并且需要依靠空间分析来回答。这个问题要求找到满足某并且需要依靠空间分

42、析来回答。这个问题要求找到满足某个条件的地点。（比如要找到一块无林地，要求是面积为个条件的地点。（比如要找到一块无林地，要求是面积为2000平方米，距离公路平方米，距离公路100米以内，土壤可以支撑建筑物）。米以内，土壤可以支撑建筑物）。3趋势问题。趋势问题。即即“自从自从以来发生了哪些变化？以来发生了哪些变化？”的问的问题。可以观察某地区随时间的变化。题。可以观察某地区随时间的变化。4格局问题。格局问题。这个问题较为复杂。比如要确定核电站附近这个问题较为复杂。比如要确定核电站附近的居民，其死亡是否主要由癌症所致。的居民，其死亡是否主要由癌症所致。5模型问题。模型问题。即即“如果如果，会发生什

43、么？，会发生什么？”的问题。例的问题。例如如果一条新道路加入网络，或一种有毒物质渗漏至当地如如果一条新道路加入网络，或一种有毒物质渗漏至当地水源供应的地方时，会发生什么事情。回答这些问题需要水源供应的地方时，会发生什么事情。回答这些问题需要有关地理学以及其他的信息有关地理学以及其他的信息虚拟洛杉矶浦东新区从业人员密度图 人口GIS4. 地理信息系统在国内外应用现状 4.1 国内外常用的地理信息系统软件 4.2 地理信息系统在国内外研究应用 一是利用GIS系统来处理用户的数据； 二是在GIS的基础上，二次开发用户的专用地理信息系统软件。3S集成（集成（3S Integration）q RS与GI

44、S的集成q GPS与GIS的集成q 3S的集成q 3S集成应用领域第四节第四节 GPS、RS与与GIS集成集成3S集成综述集成综述 GPS是空间是空间实体快速、精密定位实体快速、精密定位的现代化工具；的现代化工具； GIS是空间信息是空间信息集成、分析、处理集成、分析、处理的有力武器；的有力武器； RS是空间信息覆盖面是空间信息覆盖面最大最迅速最大最迅速的的采集手段采集手段， 三者的结合三者的结合简称简称3S集成。集成。3S集成（集成（3S Integration）RS与与GIS的集成的集成 GIS是分析、处理和显示空间数据的系统，而遥感影像则是空间数据的一种形式，类似于GIS中的栅格数据。因

45、此，GIS和RS很容易在数据的功能上进行集成：q GIS作为遥感图像的处理工具 基于GIS数据的几何纠正和辐射纠正 图像分类 感兴趣区域的选取q RS作为GIS的数据来源 地物要素的提取 DEM数据生成 土地利用变化以及地图数据更新GISGIS与与RSRS结合的必要性结合的必要性两者操作对象都是空间实体，相互联系支持、补充关系，两者的结合，是技术上的必两者操作对象都是空间实体，相互联系支持、补充关系，两者的结合，是技术上的必须。须。1 1、遥感是、遥感是GISGIS重要的数据源，有效的数据更新手段重要的数据源，有效的数据更新手段遥感手段能够迅速、准确、综合性地大范围地采集环境和资料数据，同时，

46、遥感数据遥感手段能够迅速、准确、综合性地大范围地采集环境和资料数据，同时，遥感数据具有具有多光谱多光谱和的和的动态多时相动态多时相特点，它为特点，它为GISGIS数据更新提供了全方位的手段和动态数据源。数据更新提供了全方位的手段和动态数据源。2 2、GISGIS可为遥感分析提供有用的辅助信息和手段可为遥感分析提供有用的辅助信息和手段 GISGIS有助于提高遥感数据自动分类的精度，为遥感有助于提高遥感数据自动分类的精度，为遥感应用分析提供一个良好的环境，从而大大提高遥感应用分析提供一个良好的环境，从而大大提高遥感信息识别的精度和效率。信息识别的精度和效率。 图片图片摘自摘自张超张超GISGIS与与RSRS结合的途径结合的途径 (a) (a) 发展一个能综合处理矢量和栅格数据的矢栅一体的发展一个能综合处理矢量和栅格数据的矢栅一体的GISGIS(b) (b) 通过国际标准的空间数据交换格式作中间媒介、相互转换通过国际标准的空间数据交换格式