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1、最新中图版地理选修5地理信息技术与防灾减灾教学参考3.3地理信息技术与防灾减灾相关素材地理信息系统地理信息系统（Geographic Information System或 Geo Information system,GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下, 对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系, 包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等, 用于分析和处理在
2、一定地理区域内分布的各种现象和过程, 解决复杂的规划、决策和管理问题。通过上述的分析和定义可提出GIS 的如下基本概念：1、 GIS 的物理外壳是计算机化的技术系统, 它又由若干个相互关联的子系统构成,如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等, 这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS 的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。2、 GI S 的操作对象是空间数据, 即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码, 实现对其定位、定性和定量的描述、这是GIS 区别于其它类型信息
3、系统的根本标志, 也是其技术难点之所在。3、 GIS 的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力, 可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息, 实现地理空间过程演化的模拟和预测。4、 GIS 与测绘学和地理学有着密切的关系。大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为GIS 中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数；电子速测仪、GPS全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用, 可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品, 为 GIS提供丰富和更为实时的信息源, 并促使GIS 向更高层次发展。地理学是GIS 的理论依托。
4、有的学者断言 , “地理信息系统和信息地理学是地理科学第二次革命的主要工具和手段。如果说GIS 的兴起和发展是地理科学信息革命的一把钥匙, 那么 , 信息地理学的兴起和发展将是打开地理科学信息革命的一扇大门, 必将为地理科学的发展和提高开辟一个崭新的天地”。GIS 被誉为地学的第三代语言用数字形式来描述空间实体。遥感1 / 4遥感是以航空摄影技术为基础, 在本世纪60 年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航空遥感, 自 1972 年美国发射了第一颗陆地卫星后 , 标志着航天遥感时代的开始。经过几十年的发展, 目前遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象, 地质地理等领域,成为一门实用的, 先进
5、的空间探测技术。遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的, 它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理, 识别地面上各类地物, 具有遥远感知事物的意思。也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料, 并从中获取信息, 经记录、传送、分析和判读来识别地物。遥感技术主要特点：1、可获取大范围数据资料。遥感用航摄飞机飞行高度为10km 左右 , 陆地卫星的卫星轨道高度达910km 左右 , 从而 , 可及时获取大范围的信息。2、获取信息的速度快, 周期短。由于卫星围绕地球运转, 从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料, 以便更新原有资料, 或根据新旧资料变化进行动态监
6、测, 这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的3、获取信息受条件限制少。在地球上有很多地方, 自然条件极为恶劣, 人类难以到达 , 如沙漠、沼泽、高山峻岭等。采用不受地面条件限制的遥感技术, 特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。4、获取信息的手段多, 信息量大。根据不同的任务, 遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。例如可采用可见光探测物体, 也可采用紫外线, 红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性, 还可获取地物内部信息。例如, 地面深层、水的下层 , 冰层下的水体, 沙漠下面的地物特性等, 微波波段还可以全天候的工作。全球定位系统全球卫星定位系统(Globle
7、Positioning System)是一种结合卫星及通讯发展的技术 , 利用导航卫星进行测时和测距。全球卫星定位系统( 简称 GPS) 是美国从本世纪70 年代开始研制, 历时 20 余年 , 耗资 200亿美元 , 于 1994年全面建成。具有海陆空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。经过近十年我国测绘等部门的使用表明, 全球卫星定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点, 成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘察、地球动力学等多种学科, 取得了好的经济效益和社会效益GPS全球卫星定位系统由三部分组成: 空间
8、部分GPS星座 (GPS 星座是由24 颗卫星组成的星座, 其中 21 颗是工作卫星,3 颗是备份卫星); 地面控制部分地面监控系统；用户设备部分GPS 信号接收机。1、空间部分GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成, 它位于距地表20 200km 的上空 , 均匀分布在 6 个轨道面上( 每个轨道面4 颗 ) ,轨道倾角为55。此外, 还有 4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,2 / 4并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS 卫星产生两组电码,一组称为C/ A码 ( Coarse/ Acqu
9、isition Code11023MHz) ;一组称为P 码 (Procise Code 10123MHz) ,P码因频率较高, 不易受干扰, 定位精度高, 因此受美国军方管制, 并设有密码, 一般民间无法解读, 主要为美国军方服务。C/ A码人为采取措施而刻意降低精度后, 主要开放给民间使用。2、地面控制部分地面控制部分由一个主控站,5个全球监测站和3 个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据 , 包括电离层和气象数据 , 经过初步处理后 , 传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据 , 计算出卫星的轨道和时钟参数, 然后将
10、结果送到 3 个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时, 把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS 卫星每天一次, 并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障 , 那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间, 但导航精度会逐渐降低。对于导航定位来说,GPS 卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历 , 是由地面监控系统提供的。卫 星上的各种设备是否正常工作 , 以及卫星是否一直沿着预定轨道运行, 都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准
11、 GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间, 求出钟差。然后由地面注入站发给卫星 , 卫星再由导航电文发给用户设备。GPS 工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。3、用户设备部分用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星, 并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后, 即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率, 解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据 , 接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算, 计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据
12、的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后, 机内电池为RAM存储器供电 , 以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小, 重量越来越轻, 便于野外观测使用。全球定位系统具有六大特点：第一, 全天候 , 不受任何天气的影响；第二, 全球覆盖（高达98%）；第三 , 七维定点定速定时高精度；第四, 快速、省时、高效率；第五, 应用广泛、多功能；第六, 可移动定位。数字地球3 / 4数字地球是对真实地球及其相关现象统一
13、的数字化重现和认识。其核心思想是用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动诸方面的问题, 最大限度地利用资源, 并使普通百姓能够通过一定方式方便地获得他们所想了解的有关地球的信息, 其特点是嵌入海量地理数据, 实现多分辨率、三维对地球的描述, 即 虚拟地球 。通俗地讲, 就是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。严格地讲 , 数字地球是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础, 以宽带网络为纽带运用海量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 , 并利用它作为工具来支持和改善人类活动和生活质量。4 / 4