GIS在水土保持监测中的应用.ppt

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1、地理信息系统与全球定位系统,在水土保持监测中的应用,水利部水土保持监测中心 监 测 处,严慕绥,电话：010 63204529,Y,GIS是地理信息系统Geographical Information System的英文缩写。中文翻译有时也译成“土地资源 与环境信息系统”和“土地资源信息系统”。,GPS全球定位系统英文全称Global Positioning System，是美国从本世纪70年代开始研制，于1994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。,第一节 地理信息系统基本概念,一、地理实体,二、地理数据,三、地理信息系统,四、地理信息

2、系统常用软件,一、地理实体,地理实体描述的是分布于地球表面的自然现象。 地理实体的空间特性十分明显，这里“地理”二字是 指地理坐标参照系统，是广义的，是一个空间概念。 地理实体是一种综合体，按其内容可以分为自然要 素和社会要素。,第一节 地理信息系统基本概念,经济,人文,人,土,生态,工业,农业,商业,人口,家庭,地理实体构成层次图,地理实体,自然要素,社会要素,人口,基础,家庭,环境,资源,生态,人文,经济,农业,商业,土,工业,人,二、地理数据,地理数据有两个要素，即空间数据和属性数据。 地理要素的数据表示 ：按其空间分布特征可抽象归 结为点、线、面三种数据表示 。 空间数据 ：空间数据是

3、地理信息系统的数据基础，是 关联地理特征的各种信息纽带。空间数据可分为图形数 据和关系数据。 属性数据 ：属性数据是人类在生活和生产实践中产 生的各种复杂的信息，表达方式是字符串、各种代码或 统计数值等。,第一节 地理信息系统基本概念,三、地理信息系统,地理信息系统是在公共的地理基础、标准化的数据管理和多维信息结构的基础上建立的。它具有信息共享、区域综合分析、及时反应、辅助决策、动态预测的基本特点。它与其它管理信息系统的最大差别在于，这种系统的处理对象为空间实体，它的工作过程主要是通过空间实体的空间位置与空间关系来进行的，当然也可以通过它们的属性来实现。它除对空间数据管理、检索外，还必须进行各

4、种运算和分析。输出成果除了数据、表格、文字外，主要形式是图形即各类专题图。而其它管理信息系统则没有空间概念。,第一节 地理信息系统基本概念,第二节 地理信息系统原理,一、地理信息系统的基本组成,二、空间数据结构,三、空间数据的基本特征及拓扑结构,四、空间分析基本操作,一、地理信息系统的基本组成 （一）基础部,组织管理机制：组织机构、人员分工、管理方法和 规章制度等； 计算机硬件系统：中央处理机、数据的输入和输出 设备、数据存储设备、网络传输设备等； 计算机软件系统：软件系统是地理信息系统的重要 组成部分。除具备基本的操作系统、数据库管理系统、 高级语言编译系统软件外，还应具有丰富的能满足地理

5、信息系统基本功能需求的应用软件。,第二节 地理信息系统原理,（二）功能部分,数据采集：对多种形式、多种来源的信息，实现多 种方式的数据录入。 数据编辑：修改、增加、删除、更新数据。 数据存储管理：以某种格式将数据记录在计算机内 部或外部存储介质上。 数据查询与空间分析：基本的查询与空间分析操作 主要包括缓冲区分析，拓扑叠加分析、拓扑空间查询等； 操作运算与应用分析 ：数据格式变换、多边形叠合、 拼接、切割等操作 ；算术运算、关系运算、逻辑运算、 函数运算等。 应用分析功能可实现空间信息量测分析、统计分析、 多要素综合分析等。 数据显示与成果输出：结果以地图、报表、统计图 表等形式显示和输出。,

6、1173,二、空间数据结构 （一）栅格数据结构,栅格数据结构实际就是象元阵列，象元的位置由所 在行列号来定义，且具有每个象元记录相应空间实体的 属性值。所以栅格数据又称为“属性明显，位置隐含”的 空间数据表达方式。每个象元是最基本的信息存储单元 和处理单元。 点实体表示为一个象元；线实体则表示为在一定方 向上连接成串的相邻象元集合；面实体由聚集在一起的 相邻象元集合表示。 减少栅格数据存储量的栅格数据压缩编码方式有， 费尔曼链式编码、游程长度编码、块式编码、四叉树编 码等。,第二节 地理信息系统原理,（二）矢量数据结构,矢量数据结构适合于描述地理实体的空间属性，它 直接以取样点坐标为基础，通过

7、记录坐标的方式，体现 地理实体的空间位置。 点实体：用一对坐标（X，Y）来定位； 线实体：用坐标对的集合（X1，Y1)，(X2，Y2)， （Xn，Yn） 来记录； 面实体：通过记录面状地物的边界来实现。 数据的存储采用隐式关系以最小的空间存储复杂的 数据。,（三）栅格和矢量数据结构的数据比较,三、空间数据的基本特征及拓扑结构 （一）空间数据的基本特征,1 空间分布特征：地理信息系统的数据内容涉及 到分布于地球表面的自然现象，并跟其空间位置有关。 2属性特征：由于地理特征存在着内在本质差异， 因而具有不同的属性。 3时间特征 ：地理实体的时间特征是人们所收集 和存储的有关地理实体的某些属性记录具

8、有着在某一时 间范围内的特征，不同的时间特征可以反映出地理实体 的动态变化。地理实体的这种时间特征一般是通过属性 码来表示的。,第二节 地理信息系统原理,（二）拓扑结构,1面积定义：由一个或 多个弧段围成的闭合区域来 确定多边形面积的。 2邻接性：邻接性是确 定多边形相互之间的邻接关 系。如果两个多边形共用一 条弧，那么它们是相邻关系。 3连通性 ：连通性指 的是对弧段连接的判别，是 由弧段 结点拓扑来表示 的，如果多个弧段共用一个 结点，那么它们是连通的。,（三）空间数据的组织,对于地理信息系统来说，需要考虑一个非常重要的 问题，即数据的组织。层Coverage的定义是地理特征以 及用于描述

9、这些特征的属性在逻辑意义上的集合。 构造层的典型做法是将点、线和多边形分别存放在 不同的层上。,四、空间分析基本操作 （一）拓扑叠加,拓扑叠加是将两个地理特征专题数据层相叠加，并 产生一个新的空间操作。 拓扑叠加产生的新的数据关系属性表包含有每个新 特征的信息，该属性表也包括两个原始专题层中的属性 数据。 拓扑叠加操作每次只能进行两个专题层叠加，但对 专题层的叠加次数没有限制。,第二节 地理信息系统原理,（二）建立缓冲区,缓冲区是通过建立围绕特征（点、线、面）的区域 执行邻近度分析，是空间操作中一种非常重要的操作。 任何一种特征（点、线、面）的周围都可以建立缓 冲区。缓冲区距离，可根据需要而定

10、。,点,面,线,（三）特征提取和特征合并,1 特征提取：是对一个专题数据层根据一个确定 的空间关系选取一些特征，并将这些特征存贮起来，建 立一个新的输出关系，即一个只包含被选特征子集的新 专题层。,2特征合并：是把专题数据层中某项属性值相同的相邻多边形合并为一个多边形，并生成一个新的专题数据层。,（四）关系操作,1 相关：是利用一个公共项，在两个表的相对应 的记录之间建立起联系，当一个表中的每一个记录与另 一个表中每一个记录二者的公共项具有相同的值时，这 两记录就被联系起来，它允许你存取附加的特征属性。 2联接：就是利用公共项将这两个属性在物理上组 合在一起的相关操作。任何两个表，只要它们共享

11、一个 公共的属性，就可以“联接”在一起。,第三节,常用地理信息系统软件介绍,一、ARC/INFO概述 二、ARC/INF的特点 三、ARC/INFO的子系统（模块） 四、ARC/INFO数据结构及操作模式 五、地理信息系统软件ArvView3.X介绍,一、ARC/INFO概述 ARC/INFO是一个适用 于地理信息分析与制图的 软件系统。 为地理数据和相关数 据的自动化采集、管理、 显示提供完整的解决方案， 可供任何处理空间数据的 组织使用。,二、ARC/INF的特点 数据输入和编辑； 数据转换和集成； 完整的数据查询和显示工具； 地理数据管理； 用户界面； 系统二次开发能力； 数据输出；,第

12、三节 地理信息系统软件介绍,三、ARC/INFO的子系统（模块） 1、主模块,ARC ：ARC/INFO的主程序环境，是GIS总体管理工具。 ArcTools：由一系列图标和按钮组成，可实现数据生 成、显示、查询及处理等ARC/INFO基本操作和功能。 TABLES：是对INFO文件进行操作的表格管理系统。 LIBRARIAN：是对地理数据进行管理的模块。 ARCPLOT：是进行图形显示、查询和交互式制图输出 的工具。 ARCEDIT：是交互式图像输入和编辑系统，。 ARC宏语言（AML）：AML软件提供完整的编程能力和 创作用户应用界面的一套工具。,第三节 地理信息系统软件介绍,2、扩展模块

13、,ARC NETWORK线性建模。 ARC GRID需要基于栅格的应用分析。 ARC TIN表面建模。 ARC/ COGO需要精确几何坐标的应用。 ArcScan 扫描数字化。 ArcStorm面向特征的地理关系数据库管理。 ArcPress绘图文件栅格化。,四、ARC/INFO数据结构及操作模式,1、ARC/INFO的工作空间 工作空间是ARC/INFO进程所用的工作区域，它提供 工作组织的结构。 2、COVERAGE概念 COVERAGE是ARC/INFO软件的基本存贮单元，代表地 理数据的单一分类或主题。存储于工作空间的下一层。 3、INFO文件目录 INFO目录也位于工作空间的下一层，

14、每个工作空间 只有一个INFO目录。 4、地理数据库 地理数据库是GIS的核心，它是位于同一现实世界空 间的特征数据集合。,第三节 地理信息系统软件介绍,2182,5、ARC/INFO操作模式,命令：在ARC:提示符下用ARC/INFO命令来完成某 一任务，命令行是由命令名和其必选参数来定义的。 AML程序：AML是一种解释语言，又称ARC宏语言，是 在ARC环境中用于编程和创建应用的语言。AML提供完整 的编程能力和一套工具来创建应用的用户界面。 ArcTools：ArcTools是用AML语言写成的一组工具。 这些工具通过使用菜单界面使ARC/INFO命令更容易使用。 ArcTools可执

15、行常用的ARC/INFO操作和功能。,五、ArvView3.X介绍 1、ArvView3.X基本概述,ArcView和ARC/INFO一样同属美国环境系统研究所 （ESRI）研究的地理信息系统软件之一，是一个适用于 地理信息分析与制图的软件系统。 用ArcView的绘图及编辑工具，可以生成数据并编辑 其空间及属性特征。ArcView中的地图是动态的，所以数 据的改变能自动反应到地图中，并能用质量上乘的地图 展现其结果。,第三节 地理信息系统软件介绍,2、ArvView3.X主要特点,图形用户界面： 在图形用户界面中用户可以通过下 拉式菜单、按钮、工具，快速方便地进行各种操作。 数据分析及编辑功

16、能：ArcView可生成、编辑空间 数据、属性数据，也可进行空间分析、地址匹配，并将 结果显示到地图上。 专题制图功能： ArcView能生成高质量的地图，远 远超出了传统的桌面制图系统。 编辑语言Avenue：利用Avenue用户可以根据具体 应用定制ArcView的菜单、按钮及工具。 外部数据库访问： 用ArcView的SQL连接控制，可 以连到关系数据库管理系统如ORACLE、SYBASE等。 ArcView的扩展功能：扩展模块是添加的高级GIS 功能模块。,3、ArcView3.X主要操作对象,特征（Feature）：地图上表达的自然或人工的目 标称为地图特征，每一特征都有位置、形状及

17、表示某一 种或多种特点的符号。 属性（Attribute）：GIS把地图特征的信息存贮在 数据库中，并把信息与地图特征关联起来，这些信息称 为属性信息或属性。 主题层（theme）：是一组地理特征及其属性的集 合，分为点、线和面图层，主题层的后缀是SHP。层是 图形输入、输出、编辑操作的唯一平台。 工程（Project）：一个地理区域的一组主题组合 起来则形成工程管理文件。,3184,第四节 基于ARC/INFO的空间数据处理与分析,一、COVERAGE概述 二、空间数据输入 三、编辑空间数据 四、属性数据的输入与处理 五、数据拼接 六、数据显示与查询统计 七、空间数据分析,一、COVERAG

18、E概述 （一）COVERAGE要素类型,ARC/INFO COVERAGE是用来存贮一张地图的数字模拟 信息基本单元，COVERAGE要素的主要类型有： 1节点要素: Node节点要素是弧的端点。 2标识点要素：Label表示点状地物或多边形的用 户标识。 3弧段要素：Arc表示线状地物和面状地物的边界。 4多边形要素：polygon多边形要素表示面状地物。 5控制点要素：Tic是一个COVERAGE的定位或地理 控制点。 6注记要素：Annotation用来标注文字信息的。,第四节 基于ARC/INFO的空间数据处理与分析,4184,（二）COVERAGE数据结构,COVERAGE特征即为现

19、实世界的地理现象的抽象表示， 一般特征包括点、弧段、结点及多边形。 1点：可抽象为单一位置或事件的地理特征可用点 特征表示。点属性表为*.PAT，它共含有四列标准的属性 数据项。 2弧段：线性地理特征用弧段特征表示。弧段属性 表为*.AAT，它共含有七列标准的属性数据项。,弧段与结点关系图,结点属性表Y-L.NAT,3结点：结点是独特的特征类型，除作为弧段的端点 外，还用来表示弧段的交叉点。结点属性表为*.NAT共含有三列标准的属性数据项。,多边形属性表Y-p.PAT,4多边形：多边形表示具有封闭边界的同质区域地理特征。多边形属性表为*.PAT，共包含四列标准的属性数据项。,二、空间数据的输入

20、 （一）数据源及主控COVERAGE的创建,1空间信息数据源 ：现有图件 、现有数字地图、 野外实测数字图、影像数据 、调查统计数据等。 2创建主控COVERAGE ：为完成多个数据层的空 间分析，需把所有COVERAGE都转换成真实世界坐标系。 (1)坐标变换：在创建一个主控COVERAGE时首先要考 虑控制点（TIC点）的选择， TIC点是地图上那些能找到 的正好同地面上位置所对应的点。 (2)投影转换：投影是地球的平面表示，在二维坐标 平面中表达出了一个三维表面。,第四节 基于ARC/INFO的空间数据处理与分析,5188,（二）空间数据获取,1现有图件：一般采用的处理方式有两种：手扶

21、数字化、扫描数字化。 2现有数字地图：需要依靠相应的数据处理软件， 根据不同的需求进行投影、数据格式等转换处理。 3野外实测数字图：采用全站仪在研究区进行实地 测量或用 GPS（全球定位系统）进行定位测量。数据可 直接转入计算机进行处理。 4影像数据：信息采集主要依托专业图象处理软件 进行分类提取地理要素信息。通常还采用目视解译、 屏幕数字化等方法进行信息采集。 5调查统计数据：包括：社会、经济数据以及专业 数据文件、数据库等。可通过直接拷贝和键盘录入完成 数据获取。,（三）创建拓扑关系,创建新的COVERAGE，或者一个存在的COVERAGE的空 间信息被修改（添加、删除或移动），都必须建立

22、拓扑 关系。建立拓扑后，记录COVERAGE特征的空间关系信息 的特征属性表被建立或更新。 创建拓扑关系有两种操作，即BUILD和CLEAN。虽然 CLEAN和BUILD都可创建拓扑关系，但CLEAN在操作时有一 些选项可以由用户来指定，BUILD就没有可选项，完全为 系统缺省值。 第一次建拓扑时最好用CLEAN创建，并为FUZZY容限 值指定一个值，最好不用系统指定的缺省值。,6190,三、编辑空间数据,空间数据编辑是利用地理信息系统软件工具，对现 有的已采集到的空间数据进行处理和再加工的过程。 （一）拓扑关系和错误检测 1弧段错误：弧通过共享的结点（NODE）连接。 不相连的弧意味着各种类

23、型的问题。 2多边形错误：包围一个多边形的弧段不闭合， 那么多边形不存在。 3LABEL点错误：多边形没有LABEL点，USER-ID 值将为0。如果一个多边形包含多个LABEL点，也只有一 个Label作为多边形的ID。 4属性码错误：经常出现的属性码错误有：具有 同样编码的相邻多边形 、非逻辑性的相邻多边形 、非 逻辑性的相邻ARCS和多边形等。,第四节 基于ARC/INFO的空间数据处理与分析,（二）识别和改正错误,1识别错误：通过特定的符号体系，可以识别潜在 的错误。 2改正错误： （1）编辑出头 （2）编辑欠头 （3）编辑LABEL错误 （4）编辑属性错误 3OOPS命令：ARC/I

24、NFO对每一个编辑都分配一个处 理号。可使用OOPS命令取消最近处理操作。OOPS可连 续多次使用，直到返回上一次保存编辑的地方为止。 4重建拓扑关系：因为添加、删除和移动特征改变 了它们的相对关系，所以在错误被改正之后，必须重建 COVERAGE的拓扑关系。,四、属性数据的输入与处理 （一）INFO属性文件,地理特征具有描述性属性，编码方案一经确定，属 性数据值便可输入计算机并存贮为INFO数据文件。 1INFO的文件构成：建立一个INFO数据文件需要两 步：首先确定表结构（.NIT结构文件），然后添加数据 （.DAT数据文件）。 2定义数据文件的数据项：在构建Coverage拓扑关 系时要

25、创建特征属性表，在特征属性表的创建过程中系 统自动生成了特有的标准属性数据项。这些标准属性数 据项，一般来说是不够用的，还要根据不同的需求定义 一些新的数据项（表5-11）。 3添加数据值：向一个INFO表中添加数据可以用人 工方式，一次一个值。或用文本文件进行数据的自动地 添加。,第四节 基于ARC/INFO的空间数据处理与分析,7195,（二）表的联接与关联,1联接与关联概述： （1）联接：一个关系联接是将两个有联系的文件合 并成一个新文件。 （2）关联：关联是基于两个文件中的公共数据项临 时建立的联系。 （3）联接与关联的对比：联接的优点是在小范围小 规模的项目中，文件的合并是简单而实用

26、的。关联的优 点是使得数据的更新过程更快更容易。 2联接INFO表：联接表是以公共项为基础，将两个 INFO表永久地联接成一个表。用命令Joinitem操作可实 现两个INFO表地联接。 3关联表：关联提供对存贮在INFO表中属性的访问。 ARC/INFO中关联的操作比较复杂，使用起来也比较麻烦， 而在ArcView中实现关联操作相对简单得多。,（三）INFO表的操作,1增减数据项：用Additem命令可以实现为现存 INFO表增加一个数据项的操作。为新数据项赋值，可以 逐条记录进行，也可以选取一组记录或用一个逻辑表达 式进行赋值。 2删除数据项：当从特征属性表中删除数据项时， 必须覆盖原表，

27、否则ARC/INFO不会承认这种改变。 3提取数据项：提取数据项存入一个非特征属性 表中，并且关联这个表，以确保这个关联的有效性，这 样可以不受拓扑关系如何重新构件的影响。 4选取特征和记录：有许多方法选取INFO表中的 记录。Edit Tools可以建立新的选择集，增加，删除， 或是建立当前选择集的子集，并在选择集与未选集之间 进行切换。,五、数据拼接 (一)提取特征,提取基于空间数据的特征可以通过删除所有已建边 界之外的数据来进行。有三个命令CLIP、ERASE和SPLIT 可实现该操作。 在使用CLIP，ERASE或是SPLIT命令的时候，输入 Coverage特征可以是点、线、多边形。

28、但所使用CLIP、 ERASE、SPLIT的Coverage特征必须是多边形。输出特征 与输入Coverage特征的类型是相同的。输出Coverage的 特征属性表与输入Coverage的特征属性表包含同样的数 据项。,第四节 基于ARC/INFO的空间数据处理与分析,8200,（二）合并特征,有许多方法可以实现Coverage的合并。 1Mapjoin命令 Mapjoin将两个或更多的多边形联接成一个Coverage。 联接操作后新生成的COVERAGE拓扑结构自动重建。新生 成Coverage的Pat表中，所有面积和周长已经从新计算过； 赋予了新Coverage新的内部号；所有位于Cove

29、r-ID之后 的属性保持原样。 2Append命令 Append操作可以将两个或是多个具有多种特征类型 的Coverage联接成一个Coverage。 Append操作后可以合 并空间数据，但不能重建拓扑结构。所有输入Coverage 特征属性都被送入输出COVERAGE特征属性表中。,六、数据显示与查询统计 （一）数据的显示,1可以显示的通用数据类型 ARC/INFO软件支持许多类型数据的显示。其中三种 主要数据类型是：矢量、栅格以及表格。 2用符号显示Coverage特征 符号体系是地图设计的主要内容。ARC/INFO提供的 符号类型有： SHAKE符号用于填充多边形或者区域； LINE符

30、号用于显示弧段或者生成图廓线； MARDER符号用于显示点、结点等； TEXT符号用于显示Coverage注记或者说明文本。,第四节 基于ARC/INFO的空间数据处理与分析,（二）查询统计,1查询单个特征：特征选择可以通过点击图型显示 屏或通过给定x，y坐标来完成。 2空间检索：通过选择特征，可以精确地控制哪些 特征显示，什么时候显示和怎样显示。 3属性检索：常用的查询是将具有某些特点（满足 一定条件）的所有特征定位。 4对选择集进行操作：从当前选择集中选定一个子 集；将记录加到选择集中；将记录从选择集中移去。 5测量：用Area，Length和Where操作可以获取面 积、长度和点的位置。

31、返回的面积、长度和坐标值以当 前的单位表示。 6统计：统计可从INFO数据文件的数据项中产生概 括性的统计结果，并把结果存到一个新的数据文件中。,9201,七、空间数据分析 （一）子集,选定空间数据的一个子集，可通过一个选择文件或 者基于特征属性的一组逻辑表达式来完成。 1Reselect Reselect命令从一个输入Coverage ，抽取选定的地 理特征，并将它们存入一个Coverage中输出。 2Eliminate 该命令是将选定的地理特征子集从新的Coverage中 删除。输出Coverage重新建立拓扑关系，输出属性与输 入Coverage相同。,第四节 基于ARC/INFO的空间

32、数据处理与分析,10203,（二）使用BUFFER进行距离分析,使用Buffer操作输出的Coverage总是多边形，并在 输出Coverage的Pat文件附加一个数据项Inside。缓冲区 大小的定义有三种。 1对所有的缓冲区指定一个单一的尺寸 当仅指定一个缓冲距离时，在所输入的Coverage的 地理特征周围生成等宽的缓冲区。 2个缓冲数据项产生多个不同的缓冲距离 当指定一个缓冲数据项时，该缓冲数据项值将确定 生成围绕输入Coverage地理特征缓冲区的宽度。 3一个缓冲表可生成多个不同的缓冲距离 一个Buffer缓冲表（查找表的一种）可以根据数据 项值的不同为每一特征设置不同的缓冲距离。

33、,（三）拓扑叠加,1拓扑叠加和图形叠绘的区别 （1）图形叠绘：图形叠绘只是一个视觉工具，存在 于数据库中的不同Coverage的特征之间没有联系。 （2）拓扑叠加：通过合并两个Coverage产生新的信 息，同时生成新的地理特征及特征之间的关系。 2三种拓扑叠加操作 （1）线和多边形叠加：是实现将线Coverage与多边 形Coverage叠加生成新的线Coverage的空间操作。弧段 同时具有了它们所处多边形的特征。 （2）点与多边形叠加：是实现将点Coverage与多边 形Coverage叠加生成新的点Coverage的空间操作。点同 它们所落入的多边形特征属性相结合。 （3）多边形与多边

34、形叠加：ARC/INFO中有三个命令 可实现多边形与多边形的叠加，Union，Intersect和 Identity。,（四）边界消除,就像COVERAGE中的地理特征可以根据属性值进行提 取一样，它们也可根据属性值进行合并。 DESSOLVE命令可以实现删除某一数据项值相等的两 相邻多边形之间的弧，也能实现某一数据项值相等的相 邻两弧段的合并。,第五节 全球定位系统基本概念及原理,一、GPS的基本概述,二、GPS定位系统原理,三、GPS在水土保持中的应用,四、GPS接收机的基本操作,一、 GPS的基本概述,第五节 全球定位系统基本概念及原理,（一）空间部分GPS卫星 （二）地面控制部分地面监

35、控系统 （三）用户设备部分GPS信号接收机,（一）空间部分GPS卫星,1、,2、,3、,（二）地面控制部分地面监控系统,（三）用户设备部分GPS信号接收机,二、 全球定位系统原理,第五节 全球定位系统基本概念及原理,（一）单点定位方法 单点定位也叫绝对定位，就是独立确立待定点在坐标系统中的绝对位置，其定位实质即是空间距离后方交会。 （二）相对定位方法 相对定位方法也叫差分定位，是用不同地点的接收机同步跟踪相同的GPS卫星信号，根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法。,三、 GPS在水土保持中的应用,第五节 全球定位系统基本概念及原理,大范围的水土流失动态监测 为遥感影象校

36、正提供精确的几何校正数据。确定自然环境条件和遥感图象的影象特征。 典型样区水土流失状况调查 野外直接获取定位数据、植被种类、植被生长现状、植被覆盖度及各因子土壤侵蚀分级等数据。 土地利用现状的调查评价 图斑实地定位复核，图斑线划分，面积精确测定。 开发建设项目水土保持监测 施工期地表扰动面及竣工后地表植被恢复的定点监测、调查和评价。 除此之外，GPS定位技术在水土保持生态工程方案设计、水保生态建设工程竣工验收等方面也有广泛的应用前景。,四、 GPS接收机的使用方法,第五节 全球定位系统基本概念及原理,（一）初始化设置：测量工作计划一旦确定，在实地定位观测前。首先要根据测区的位置及范围、测量成果

37、要求、测量精度等级等任务要求，对GPS接收机进行初始化设置。 （二）实地定位观测：在观测点位置选择好后，即可用GPS接收机（初始化后）进行实地定位观测，对观测内容进行详细记录。 （三）数据处理：不同型号GPS接收机对数据的存储格式有所不同，所以在数据导出后，我们必须根据不同的用途和需求对数据进行必要的格式转换。,11208,第六节 “3S ”在土壤侵蚀调查中的应用,一、土壤侵蚀因子分析与信息提取 二、空间数据分析 三、成果显示和输出,（一）地形坡度,1地形坡度与土壤侵蚀的关系：侵蚀量随着地形坡度的 增加而增加。坡度越大，冲蚀越强，尤其是当坡度增加到15% 以上时，冲蚀量迅速增加。平缓地面上侵蚀

38、是较弱的。 2地形坡度信息提取及专题图制作：地形坡度因子的提 取，可以利用DEM经计算机处理直接生成，但对于工作区没有 相应比例尺的DEM时，可采用对相应比例尺地形图进行人工勾 绘或人机交互数字化方法成图。 （1）DEM经计算机处理直接生成 （2）人工勾绘 （3）人机交互数字化,第六节 “3S ”在土壤侵蚀调查中的应用,一、土壤侵蚀因子分析与信息提取,（二）沟谷密度,1沟谷密度与土壤侵蚀的关系：经专家在不同的侵 蚀类型区导出的侵蚀强度与沟谷密度的经验公式（表5- 16）表明，侵蚀强度与沟谷密度的关系是正相关关系。 2沟谷分布图数字化：可以利用DEM经计算机处理 直接生成(AVswat2000)

39、，对于工作区没有相应比例尺的 DEM时，可采用对相应比例尺地形图进行人工勾绘或人机 交互数字化方法成图。 3沟谷密度专题图生成：数字化后的沟谷图经计算 机编程计算后生成沟谷密度分布图。沟谷密度按每平方 公里沟谷长度（km/km2）进行量化计算。,（三）地表物质,1地表物质与土壤侵蚀的关系：土壤的抗蚀性是根 据地表物质不同的组成，有机质含量、土壤结构及渗透 性等抗侵蚀的能力来分析的。地表物质通过自然和社会 影响因素的共同作用，使它的结构和理化性质发生变化。 受降水和径流冲刷，再由河流搬运，这是水力侵蚀土壤 的基本过程。 2地表物质信息提取及专题图制作：地表物质因子 综合了地质图、土壤图和遥感图像

40、等资料有关地表岩性、 地表物质的组成、土壤的结构、等信息和要素。这种来 源于多种信息源的信息采集不适宜人机交互数字化方式， 一般以人工勾绘为主。,（四）降雨因子,1降雨与土壤侵蚀的关系：降雨是产生侵蚀的主要 动力因素，它与下垫面抗蚀因素构成一对矛盾，且只有 当侵蚀力大于抗蚀力时才会产生侵蚀。降雨与侵蚀的关 系是极其复杂的，研究的空间规模不同，则表现出不同 的关系。也就是说，并不都是降雨侵蚀力越大，侵蚀量 就越大。 2降雨因子量化指标确定及降雨等值线图编制：利 用地理信息系统的空间插值方法可以获取降水的空间布。 或利用遥感影象的云顶可见光和红外信息进行云系分类、 计算云覆盖率和观测云的演变过程等

41、，最后反演出降雨 强度。并以加权降雨量800mm为分级标准，编制加权降 雨量等值线图，即降雨因子专题图。,（五）植被盖度,1植被盖度与土壤侵蚀量的关系 无论植被类型如何，或者降雨条件及其它下垫面条件如 何，当植被盖度大于70%时，地表的侵蚀极其微弱，侵蚀量 还不足裸地的1%。当植被盖度10%时，它的减蚀作用基本上 没有反映，当盖度在10%70%之间时，植被与侵蚀的关系比 较复杂，植被盖度的递增率与侵蚀量的递减率不是同一个数 量级。 2卫星影象的植被盖度信息提取 （1）图像类型与时相选择； （2）图像处理； （3）植被盖度信息提取的计算机自动分类； （4）按 0150%、15%30%、30%45

42、%、45%60%、 60%75%、70%进行植被盖度分级; （5）专题图生成。,（六）其它土壤侵蚀因子的信息提取,1土地利用状况 土地利用状况综合反映了人为因素对土壤侵蚀的作 用，包括区域内部人口密度、分布、经营管理和现有的 生产力水平等。该指标在很大程度上影响了植被类型及 其覆盖度、地表物质组成和小的地形状况。 土地利用状况也是土壤侵蚀研究中主要因子之一 , 信息源主要以遥感信息提取为主。其特点是分类调查具 有现势性，分类周期短，更新资源信息快，从而达到以 最快的速度动态监测土地资源利用及环境变化情况。,2基于GPS技术的信息提取 GPS（全球定位系统）定位测量，指在任何时候、任 何地点、任

43、何气候下均可用GPS接受的信号进行导航定位 测量。它的特点是野外直接测量获得数据，包括定位数 据、植被种类、植被生长现状及植被覆盖度等数据。数 据可直接转入计算机进行处理。 GPS的信息提取主要是将野外记录的数据录入计算机，然后进行图形编辑、属性数据编辑、拓扑关系建立等操作，完成专题图制作*。,12218,（一）土壤侵蚀因子拓扑叠加,1拓扑叠加：拓扑叠加就是我们常说的信息复合的过程， 首先将任意两个因子专题层进行叠加，生成一个新的数据层， 再将新生成的数据层与另一个因子专题层叠加，以此类推直 至完成所有因子的叠加，最后进行属性数据的整编。 2数据冗余处理：土壤侵蚀调查至少要有5个因子专题 层，

44、而拓扑叠加一次只能进行两个专题层的叠加，至少要进 行4次拓扑叠加操作，才能完成土壤侵蚀的信息复合。每次操 作后产生的新属性表包含有每个新特征的信息，这样会产生 大量的数据冗余。所以，每次拓扑叠加操作后应进行筛选， 选择在土壤侵蚀强度分级中起作用的数据项，剔除不起作用 的数据项，尽量减少存储数据的冗余，以免影响下一个操作 的运算速度。,第六节 “3S ”在土壤侵蚀调查中的应用,二、空间数据分析,（二）土壤侵蚀强度分析,1土壤侵蚀分类标准：遵照国家行业标准SL190 96土壤侵蚀分类分级标准的规定及要求，侵蚀类型 应采用两级划分法。一级类型主要根据起主导作用的侵 蚀外营利类型与性质来划分，二级类型

45、采用侵蚀强度为 指标划分。 2土壤侵蚀强度分级标准：考虑到一些地区难以获 取土壤侵蚀模数，全国土壤侵蚀强度分级主要通过植被 覆盖度、坡度、沟谷密度、土壤类型、降雨等因子及土 地利用、植被机构、地表组成物质、海拔高度、地貌类 型等间接指标进行综合分析而实现。 3土壤侵蚀强度分析：根据土壤侵蚀强度分级标准， 对经过信息复合，新生成的各因子空间分布数据层，进行 综合分析。土壤侵蚀强度分级各因子的关系组合可用一选 择文件或基于特征属性的一组逻辑表达式来完成。,13221,（一）基础地理信息,基础地理信息包括工作区内行政区划界、流域界、 水系、公路、铁路、水文站、地形高程（DEM）、居民点 分布信息等。

46、基础地理信息主要来源各种现有图件和不 同比例尺的数字地图。 现有图件：地形图、工程设计图、各类专题图(行政 区划图、流域界线图、河流水系图、铁路及公路图等）。 数字地图：现有的以数字形式存储的可由计算机直 接处理的地理信息和其他专题信息。全国已有1：100万 和1：25万全要素数字地图，全国1：5万数字高程DEM等。,第六节 “3S ”在土壤侵蚀调查中的应用,三、成果显示和输出,（二）成果显示和输出,1、符号系统 符号系统是地理信息系统可视化的重要组成部分，一 般的地理信息系统都提供默认的符号库，并且可以对这些 符号库进行（编程）增加和修改，以满足不同应用的需要。 2、地图显示 我们通常称屏幕

47、显示的地图为电子地图，Arc/Info和 ArcView地理信息系统软件为电子地图的显示和浏览提供 了即灵活又方便的可视化显示环境。 现在三维可视化表示，已成为地理信息系统研究和开 发的热点，它是地理空间数据最富有直观性、最容易理解 和接受的表示方法。,3、地图输出 电子地图设计制作： （1）确定地图的范围、比例尺等； （2）确定地图投影； （3）选择和确定地图上要表示的地理数据内容； （4）选择和确定信息表示方式、设计符号和颜色； （5）地图整饰、配置图名、图例、比例尺、指北针等； （6）确定是否硬拷贝或绘图输出。 电子地图输出途径： （1）利用Arc View将矢量数据直接输出。 （2）利用Windows，或者支持绘图语言输出。 （3）输出为图像文件。 4、统计数据的表示 通过不同的表示方式（表格、图形、直方图等），将研究区域范围内的土壤侵蚀进行分级分类，并分析其现状，找出它们发展和变化的规律。,14222,谢 谢,