第三章 地理信息技术运用

第三章地理信息技术运用第一节地理信息系统及其应用第二节遥感技术及其应用第三节全球定位系统及其应用第四节数字地球第一节地理信息系统及其应用一、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】本题主要考查对GIS技术的功能和工作程序和原理的理解。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】（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】(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，必须存储大量的地理空间数据，以供查询、分析、模拟等操作。【答案】(1)A(2)B二、地理信息系统的应用

1．GIS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2】下列属于地理信息系统典型运用的是（）①统计分析某区域的GDP增长情况②预测某区域的水体污染范围③统计分析我国近年来人口迁移情况④绘制某城市的人口性别比例直方图A．①②B．②③C．①③D．②④【解析】从题目四个选项来看，具有“地理空间分布”特征的是②③，容易误选的是①，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①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】B【同类变式2】下列课题中，不能应用GIS进行研究的有（）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】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】A第二节遥感技术及其应用一、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】本题主要考查遥感的概念和不同类型遥感特点的理解。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】D【同类变式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．卫星微波遥感【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】（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、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物反射率的波段是（）①红外线②X光③可见光④紫外线A．①②B．①③C．②③D．②④（2）根据图中的原理，可利用遥感技术直接（）①划分植物类型②判读植物生长的土壤类型③监测树木的生长状况④估计粮食作物的产量A．①②B．①③C．②③D.③④【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0.55～0.80微米，结合下面的光谱波段图，很容易确定为①③选项；第（2）题，【同类变式2】2008年10月20日中国科学院首次成功接收了加拿大RADARSAT—2卫星向中国发送的第一轨遥感数据，并实现了高质量的成像处理，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（）①区分阔叶林和针叶林②监测植物病害情况③列车的运动情况④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】（1）B（2）D【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RADARSAT—2卫星属于遥感卫星，因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】（1）B（2）DA．①②③B．①②④C．①③④D.②③④（2）RADARSAT—2卫星的应用领域有（）①海上冰山漂流监测②海上石油污染监测③近海赤潮灾害监测④地质勘探⑤农林资源普查A．①②③B．②③⑤C．①③④⑤D.①②③④⑤第三节全球定位系统及其应用一、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B．GPS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C．GPS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】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】B【同类变式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（）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（）A．GPS手持机只能利用机器中已存在的数据B．GPS手持机中的数据只能从GPS卫星获得C．GPS手持机可确定某事物的具体位置D．GPS手持机可在室内使用【答案】（1）B（2）C【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】（1）B（2）C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。1．GPS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2．GPS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①驾驶员输入出发地和目的地，通过车载电台传递到服务中心；②服务中心为其确定可行路线，传输给GPS卫星；③GPS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8～12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。______________________________________________________________________________________________________________________________________________