地理信息技术应用——my.ppt

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1、地理信息技术应用,华池一中 谷昕茂,地理信息技术应用,地理信息系统及其应用,遥感及其应用,全球定位系统及其应用,数字地球,3S技术,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,二、地理信息系统应用,(一)地理信息系统的概念,(二)地理信息系统的发展,(四)地理信息系统的工作过程,(三)地理信息系统的组成,(一) 地理信息系统(GIS)的概念,地理信息系统是对地理空间数据进行采集、编辑、存储、分析和输出的计算机信息系统。 地理信息系统的处理对象是地理空间数据，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等。 定义明确提出了地理信息系统的基本功能。 地理信息系统是计算机信息

2、系统。 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来反映地理实体结构及其动态变化规律的。,地理数据： 地理数据是各种地理特征和现象间 关系的符号化表达。,从学科的角度，GIS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，具有独立的学科体系； 从功能上，GIS具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能,地理信息系统与地图的区别,(1)不仅有平面信息,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 (3)随时进行信息的切换缩放补充测算等，获得更新的信息 (4)不仅有空间数据信息，还有景观照片和动态的影像信息 (5)查询方式不

3、同，地理信息系统通过计算机进行查询和数据更新，而地图通过肉眼进行判读，获得地理信息。地理信息系统的信息更有针对性，速度也更快。,特点： 研究对象有地理分布特征。 强调空间分析的能力。 对图形操作，且图形和属性一体化管理。 是一项工程不但取决于技术体系，还取决于工程组织体系。,（二） 地理信息系统的发展,地理信息系统发展 （二十世纪）,1、60年代：开拓期,2、70年代：巩固发展期,4、90年代：用户时代,3、80年代：大发展期,（三） GIS的类型、结构与功能,地理信息系统按其内容分为三大类： 专题地理信息系统（Thematic GIS）：是指以某一专业、任务或现象为主要内容的系统。为特定的专

4、门的目的服务，如水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统、环境管理信息系统等。 区域地理信息系统（Regional GIS）：主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。如国家级、地区级、市级或县级等。 工具地理信息系统 (GISTools）：它是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。,1、GIS的类型,1.计算机硬件系统 2.计算机软件系统 3.空间数据 4.系统使用管理和维护人员,2、GIS的组成,包括计算机主机、数据输入设备、数据输出设备、数据传输设备、储存设备,（四）地理信息系统

5、的工作过程,信息源 （地图、遥感图象、实验数据、GPS数据）,数据处理 （即建立空间模型和数据模型）,数据库 （关于某一研究区域的若干图层的总和）,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）,表达 （将系统分析的结果形成地图、图象、图表、数字等产品）,采集,储存,分析,输出,表达,信息源:地图、遥感图象、野外考察、室内实验、社会经济统计获得。 数据处理：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（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GIS与地图最基本的差异。 数据库：地物空间

6、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。关于某一研究区域的若干图层就组成GIS数据库。 空间分析：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。数据库中各图层上有关的数据，都可供分析。 表达：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、统计图表、数字等。,二、地理信息系统应用,GIS应用范畴,地理信息系统在道路交通中的应用,浦东新区从业人员密度图,人口GIS,上海市旧房改造（应用GIS和RS技术）,2000年彩红外航空遥感调查的旧区,2002年已改造旧区的绿地遥

7、感特征,32,国家统计局人口统计系统 该系统是利用国家统计局关于全国第五次人口普查的结果，在GIS平台系统的基础上进行的二次开发。实时作出统计分析、动态制作统计图表，通过该系统用户可以在客户端实现对某年,某省的总人口、人口密度、出生率、死亡率、自然增长率等指标的查询，方便快捷而直观。,33,北京数字绿化带信息系统 该系统是北京市十五计划重点工程之一。该系统解决了大数据量卫星图像在网上传输，分级管理，矢量栅格叠加等关键技术问题。属国际领先，国内首创。,34,环保空间信息共享与服务示范系统 该系统是国家环保局以江苏省环保信息为数据所做的一个示范系统，它又包括了十二个子系统。该系统采用了栅格式与矢量

8、格式，用户通过客户端不但能进行一般的地理信息查询，还可进行统计、专题图制作、缓冲区分析、图形的分级放大与缩小等功能。,环保空间信息共享与服务示范系统,遥感及其应用,遥感(RS)技术及其应用,一、遥感技术,三、遥感与环境灾害监测,二、遥感与资源普查,（一）遥感的概念与发展,（二）遥感技术系统与遥感类型,辐射能力J/(cm.min.um),波长,（um）,紫外线,可见光,红外线,0.76,0.4,不同的物体对电磁波 发射、反射和吸收的特征不同,（一）遥感的概念 与发展,可见光,红外光,返回,色调较浅，多为灰白色 植物越鲜嫩则颜色越浅,2.遥感技术的主要环节 遥感平台传感器传输与接受数字 图像处理设

9、备 3.遥感的特点: 探测的范围广、获得资料的速度快、周期短，受地面条件限制少、成本低、效益大等,1.遥感(RS)”千里眼” 遥感：人们利用一定的技术装备，在航空器或航天器上 ，在不与探测目标接触情况下,记录目标物对电磁波的辐射、反射、散射等信息。并通过分析，揭示目标物的特征、性质及其变化的综合探测技术。,（二）遥感技术系统与遥感类型A,航天遥感、航空遥感、近地遥感,紫外遥感、可见光遥感、红外遥感 微波遥感、多谱段遥感,主动式、被动式,（二）遥感技术系统与遥感类型B,（二）遥感技术系统与遥感类型C,遥感的应用领域,林业：清查森林资源、监测森林火灾和病虫害。 农业：作物估产、作物长势及病虫害预报

10、。 水文与海洋：水资源调查、水资源动态研究、冰雪监控、海洋渔业。 国土资源：国土资源调查、规划和政府决策。 气象：天气预报、气候预报、全球气候演变研究。,遥感的应用领域,环境监测：水污染、海洋油污染、大气污染、固体垃圾等及其预报。 测绘：航空摄影测量测绘地形图、编制各种类型的专题地图和影像地图。 城市：城市综合调查、规划及发展。 考古：遗址调查、预报。 地理信息系统：基础数据、更新数据。,二、遥感与资源普查,通过遥感图象解译或图象处理技术，提取植被的分布、类型、结构、健康状况、产量等数据,荒漠化、土壤盐渍化、海洋生态、植被变化、水体变化污染、大气污染、海上冰山、全球气候变化,思考:重度病害植物

11、反射率高于健康植物反射率的波段是,地物的不同状况,有不同的反射率,根据这一原理,可以利用遥感的工作领域有:判断水体污染,分析城市大气污染,监测灾害,粮食作物的产量等.,在特定的卫星图上,健康的植被往往呈鲜红色,长势弱的植被颜色较浅，由此可以判断植被生长的状况。,D遥感卫星的科学实验功能,返回,利用遥感技术可以及时探知森林火灾发生的地点和范围,可分析大火蔓延的方向,为灭火总指挥制定灭火计划提供科学依据.,电磁波的热红外波段(更亮的浅色调),葛洲坝与三峡工地遥感图片,62,植被监测,农作物、森林等植被的叶片对太阳光的红光有强烈的吸收作用，对红外光有强烈的反射作用,63,洪涝监测,从气象卫星多通道彩

12、色合成产品就可以清晰看到地表水体、植被、山体、海洋等地物，所以，利用发生水灾前后监测到的同一区域的水体，尤其是植被变化（因为，受灾后被淹区域地表光谱反射率发生明显变化），通过图象合成和模式计算，可以获得受灾区域分布及面积,火灾监测,1987年利用气象卫星监测到的大兴安岭火灾发生时的情况 当温度升高时，辐射峰值波长移向短波方向 。 当地表处于常温时，辐射锋值在传感器的4、5通道的波长范围，而当地面出现火点等高温目标时，其峰值就移向通道3，使通道3的辐射率增大数百倍，利用这一原理，通过连续不断地观测，就可以及时发现火点,65,沙尘暴监测 目前，利用可见光和红外多光谱卫星通道信息判别沙尘暴仍是较好的

13、方法之一,扬沙区,66,水污染监测 水污染主要是由于工业和生活废水排入城市周围的水体中，使水质发生变化，从而引起水的温度、密度、色度、透明度等物理性质的变化，以及化学组成和生物组成的改变，而导致水体发射波谱能量的变化，污水排放入江后的扩散特征，在遥感图像上极易识别,这些变化可以通过遥感手段监测到。,应用遥感数据调查水体的污染时，主要通过假彩色合成图像中水体的颜色、色调以及相关位置进行解译,常见的遥感系统,NOAA Landsat Spot EO-1 Terra/Modis Ikonos QuickBird 风云系列,Landsat TM,Landsat TM,Landsat TM,Spot,I

14、KONOS卫星图像,IKONOS 图像,地区： 上海浦东,分辨率： 1 m,采集时间： 2000年 3月26日,EO-1,FY-2E拍摄印度洋两个气旋,应用实例：,遥感影像下的汶川地震,全球定位系统及其应用,一、全球定位系统,二、全球定位系统与定位导航,（1）全球定位系统的组成,（2）全球定位系统的的基本原理,现有的全球卫星导航系统,GPS卫星导航系统 GLONASS全球卫星导航系统 伽利略卫星导航系统 北斗卫星导航定位系统,北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），是继美全球定位系统（GPS）和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端

15、组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度优于20m，授时精度优于100ns。2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。,一、全球定位系统(GPS),1.概念：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。,通俗地说：利用卫星，在全球范围内适时进行导航、定位的系统,全球定位系统是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空

16、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。目前的全球覆盖率为98%。 在美国,GPS全球卫星定位技术与“阿波罗”飞船登月,航天飞机升空,共同位列为20世纪“三大航天工程”,它能够实时测量“四度”：经度、纬度、高度、速度。,2.组成：包括三大部分 空间部分、地面控制部分、用户设备部分,GPS组成,GPS卫星星座,地面监控系统,GPS信 号接收机,空间部分,各轨道平面相对于赤道平面的倾角为55，轨道平面间距60。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4颗卫星，用于定位的4颗卫星称为定位星座。,地面监控部分,主控站位于美国科罗拉多的斯平士（Colorado

17、Springs）的联合空间执行中心（CSOC），三个注入站分别设在大西洋、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（Ascension）岛、印度洋的狄哥伽西亚(Diego Garcia)和太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein),五个监测站设在主控站和三个注入站以及夏威夷岛。,卫星上各种设备是否正常工作,是否一直沿预定轨道运行,要由地面设备监控,主控站收集各监控站提供的GPS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； (2)控制和协调监测站间、注入站间的工作，检验注入卫星的导航电

18、文是否正确以及卫星是否将导航电文发给了gps用户系统 (3)诊断卫星工作状态，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。,注入站:在每颗卫星运行到上空时,将导航数据及主控站的指令注入到卫星.,用户设备,用于精密大地测量,导航接收机,手持型GPS接收机,3、特点和用途 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,GPS特点,(1)全球,全天候工作 (2)实时性,能提供连续、实时的三 维位置、速度和精密时间，不受 天气的影响。 （3）高精度 （4）自动测量,它能够实时测量“四度”：经度、纬度、高度、速度,GPS功能,1、定位: 2、导航:,我现在在

19、哪里？,我要去哪里？如何去？,3、跟踪:跟踪-监视人或物体的运动。 4、绘图:用于绘制世界地图。 5、定时:提供精确的时间。,二、GPS与定位导航,GPS应用,军事:导弹的飞行、飞机的导航、精确打击的实现,测绘：大地测量，地球地理学的研究，地区性测量的控制网的联测，海洋测量，精密工程测量，工程变形监测和低级测量等。,交通：关键是导航,救援：关键是定位,农业：什么是精准农业耕作？其优势在哪里？,娱乐旅游,1、车载GPS的功用,使装有GPS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，并使行车、乘车安全系数大大提高等功能。,2、航海应用,4GPS系统的

20、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免堵塞的道路前进。到达目的地后它会自动报告：“您已到达。”这些听起来犹如神话，其实它都依赖于来自太空的信号。这种高度精确的太空信号就是由比GPS更先进的欧洲“伽利略”卫星导航系统提供的。 (2)汽车安装上GPS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

21、方尽快赶+到据介绍：日本90的机动车都安装有GPS接收机 。 (3)GPS电子站牌现身上海街头: 下一辆车离本站还有1.2千米,约3分钟内到达.上海的许多 出租车上装备了GPS系统.公司可以根据GPS对出租车定位,并提供无线电联系以及电子地图,一、数字地球的含义,三、数字地球的应用,二、数字地球的技术基础,四、数字中国与数字城市,数字地球,按照戈尔提出的时间表,“数字地球”的基本实现预计在2020年,而“数字地球”的初步实现设定在2005年左右.,一、数字地球的含义,严格地讲： 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，运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空

22、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。,通俗地讲： 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生存、可持续发展和日常的工作、学习、生活、娱乐服务。,数字地球是信息化的地球地球的虚拟对照体,信息高速公路和高速网络技术,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,大容量数据存储技术,可视化和虚拟现实技术,高性能计算能力,二、数字地球的技术基础,“信息高速公路”的含义 “国家信息基础设施”（美国-1993年） “信息高速公路”是一个集电话、电视、电脑等功能于一体，能够综合处理图、文、声、像等

23、各种信息的一个全社会的立体化通信网。 国际互联网（Internet），又叫因特网 是信息高速公路的具体体现。,意为一个大容量、高速度的信息传递网络。它的正式名称是“国家信息基础结构”，简称NII,1.计算科学技术: 随着高速计算机的使用,才能模拟那些不容易 观察到的现象,并能更好地理解已经观察到的数据. 2.大规模存储技术: 数字化地球将要求存储1015字节的信息. 3.高分辨率卫星图象技术: 卫星图象分辨率达1米的商业卫星系已于1999年投入运营. 4.宽带网络技术: 当前,电讯营运者已经在试验每秒10亿信息单位的网络, 1015信息单位的网络技术是因特网下一代的技术目标之一. 5.互操作性

24、: 因特网和万维网之所以能够取得成功,关键在于达成统一的协议.这样,有关的地理信息就能被共享. 6.元数据: 元数据是指“关于数据的数据”以了解信息的名称 位置作者或信息来源数据数据形式分辨率等有助于建立其他的地理坐标信息系统.,三、数字中国与数字城市,（一）概况： “数字地球”不仅仅在于超越空间和时间的界限,更在于它能帮助人类缓解环境危机、预防自然灾害、打击犯罪和持续发展.中国政府和学术界在“数字地球”的基础上提出“数字中国”的构想. 在数字城市的建设中,“数字北京”是一个由基础层应用层和决策层组成的完整体系.在“基础层”,北京市要加快首都公用信息平台的建设;在“应用层”,要加快建设环境与生

25、态、资源管网、城市建设规划、交通管理、社区服务、电子政务、电子商务、远程教育、远程医疗等核心子系统. 虽然,我国“数字城市”建设的软件硬件及整体解决方案与国际相比还有距离,像北京、上海、广州等“数字城市”榜样的推广还有待探索;但像南海市、东莞市石龙镇这样信息化发达的城市,15年内就能完全实现现代化.看来,“数字城市”已经不再是一个遥远的梦想.,（二）数字城市,1、数字城市的定义 数字城市是指城市规划建设与运营管理以及城市生产与生活活动中，利用数字化信息处理技术和网络通信技术，将城市的各种数字信息及各种信息资源加以整合并充分利用。 我们认为数字城市是以地理信息系统（GIS）为核心技术，运用全球定

26、位系统（GPS）、遥感系统（RS）等关键技术，深入开发和应用空间信息资源，建设服务与城市规划、建设和管理，服务于政府、企业、公众，服务于人口、资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施和利用体系。,2、数字地球与数字城市的关系 数字城市源于数字地球，城市作为信息产生、应用、辐射最重要的枢纽，又是维系数字地球框架的重要节点。数字城市是一个不断发展和演绎的理念，广义的数字城市是指城市信息化，它涉及城市信息化的方方面面；狭义的数字城市是指空间信息为基础的城市地理信息系统。,（三）数字上海,1、广义上讲，“数字上海”即上海城市信息化，涉及到城市信息化建设的方方面面，不仅包括各种信息化基础设施的建设，

27、还将涉及信息化过程中所产生的社会经济关系和文化伦理观念的变化与调整。如整合城市信息资源，实现城市经济信息化，建立城市电子政府、电子商务企业、电子社区，发展信息家电、远程教育、网上医疗等。都可以作为“数字城市”的组成部分。广义上的“数字城市”着眼于描绘城市信息化的未来。,2、狭义上讲，“数字上海”就是以信息高速公路为基础，采用地理信息系统、遥感、全球定位系统、海量数据存储、虚拟现实、网络、多媒体等技术、对上海市广泛而丰富的信息资源进行统一、有效地管理和整合，通过所提供的虚拟现实界面、便捷的交互、共享以及丰富的辅助决策和管理功能，逐步达到上海现实社会的虚拟再现。,世界夜间灯光分布图,由美国军用气象卫星图像镶嵌而成。显示城市、人口密集于沿海地带；北美、欧洲、东南亚最为密集；陆地上尚有20%以上属荒芜地区。,再见,