數(shù)字地球 - 3S技術(shù)的集成及其應(yīng)用

第六章地理信息技術(shù)的集成應(yīng)用與中國(guó)數(shù)字地球建設(shè)3S技術(shù)的集成及其應(yīng)用中國(guó)數(shù)字地球的建設(shè)導(dǎo)入新課全球定位系統(tǒng)虛擬GISGPS“巧擒”歹徒三月的一個(gè)晚上，某出租車(chē)公司駕駛員老王險(xiǎn)遇劫持，幸而老王情急之下想起了GPS這個(gè)“貼身警衛(wèi)”。在老王踩住腳邊的車(chē)載GPS報(bào)警按鈕后，110以及該轄區(qū)三個(gè)派出所的8位民警接警出動(dòng)，在5分鐘內(nèi)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，擒獲歹徒。此次反搶斗爭(zhēng)的告捷很大部分要?dú)w功于該車(chē)上的GPS（全球定位系統(tǒng)），正是該系統(tǒng)具有的衛(wèi)星定位、汽車(chē)防盜防劫的功能，為像老王這樣的出租車(chē)司機(jī)提供了人車(chē)安全防范保障。不僅如此，如今在成都市200多輛出租車(chē)上安裝的GPS系統(tǒng)還具有信息服務(wù)、電話(huà)預(yù)約叫車(chē)、實(shí)時(shí)位置查詢(xún)、車(chē)載移動(dòng)電話(huà)、黑匣子歷史行駛記錄等功能。鏡頭一：

鏡頭二：

GIS“智能”買(mǎi)房小張最近要買(mǎi)房，在朋友的介紹下，他通過(guò)WWW．FC114．COM房產(chǎn)114上的成都新樓盤(pán)電子地圖，輕點(diǎn)鼠標(biāo)就可以在所選片區(qū)內(nèi)查詢(xún)到新的樓盤(pán)信息以及聯(lián)系電話(huà)，“信息量大，方便快捷，而且目標(biāo)明確”，小張嘖嘖稱(chēng)贊。

你能說(shuō)出上圖應(yīng)用的地理信息技術(shù)嗎？第一節(jié)3S技術(shù)的集成及其應(yīng)用3S技術(shù)互補(bǔ)GIS與RS的集成應(yīng)用GIS與GPS得集成應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：

1．基于地理信息技術(shù)體系的分析，了解3S技術(shù)的綜合應(yīng)用；2．了解3S技術(shù)的各自?xún)?yōu)勢(shì)；

3．實(shí)例說(shuō)明GIS與RS以及GIS與GPS的集成應(yīng)用。能力目標(biāo)：

闡述3S的技術(shù)優(yōu)勢(shì),分析它們之間的互補(bǔ)性,然后總結(jié)3S集成應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和意義,培養(yǎng)綜合分析的能力,同時(shí)培養(yǎng)發(fā)散思維。情感態(tài)度與價(jià)值目標(biāo)：

培養(yǎng)關(guān)注世界地理信息技術(shù)的發(fā)展的意識(shí)，養(yǎng)成動(dòng)腦思考問(wèn)題的良好習(xí)慣;培養(yǎng)科研興趣，體會(huì)研發(fā)高科技產(chǎn)品的樂(lè)趣與成就感。教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：難點(diǎn)：1．GIS與RS以及GIS與GPS的集成應(yīng)用；2．3S技術(shù)的綜合應(yīng)用。闡述3S的技術(shù)優(yōu)勢(shì),分析它們之間的互補(bǔ)性,總結(jié)3S集成應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和意義。一、3S技術(shù)互補(bǔ)1．什么是“3S”技術(shù)？

“3S”技術(shù)是英文遙感技術(shù)（RemoteSensingRS）、地理信息系統(tǒng)（GeographicalinformationSystemGIS）、全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystemGPS）這三種技術(shù)名詞中最后一個(gè)單詞字頭的統(tǒng)稱(chēng)。

人類(lèi)有一個(gè)夢(mèng)想，就是想只用一種方法，就把世間一切事物都管起來(lái)。而遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS），它們具有天然的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)性，因此，它們就自然而然的走到一起來(lái)了。說(shuō)說(shuō)它們的各自?xún)?yōu)勢(shì)？

2．“3S”優(yōu)勢(shì)

遙感——快速采集地理數(shù)據(jù)，為GIS提供地理信息源，使GIS實(shí)現(xiàn)資源與環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)更新。

全球定位系統(tǒng)——快速、精密定位地理事物和現(xiàn)象，為遙感和地理信息的快速定位提供保證。

GIS——信息查詢(xún)和智能空間分析，為GPS定位導(dǎo)航提供信息。

3．“一個(gè)大腦，兩只眼睛”RS和GPS向GIS提供或更新區(qū)域信息以及空間定位，GIS提供相應(yīng)的信息查詢(xún)和智能化空間分析等重要功能。

遙感技術(shù)是信息采集（提?。┑闹髁?；全球定位系統(tǒng)是對(duì)遙感圖像（像片）及從中提取的信息進(jìn)行定位，賦予坐標(biāo)，使其能和“電子地圖”進(jìn)行套合；地理信息系統(tǒng)是信息的“大管家”。GISGPSRS分析工具影像數(shù)據(jù)定位與導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)定位依據(jù)遙感技術(shù)地理信息系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)概念利用一定的技術(shù)裝備在航空器或航天器上對(duì)地物進(jìn)行遙遠(yuǎn)的感知專(zhuān)門(mén)處理地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)利用衛(wèi)星在全球范圍內(nèi)適時(shí)進(jìn)行導(dǎo)航、定位的系統(tǒng)代號(hào)RSGISGPS別名人的視力的延伸地圖的延伸技術(shù)裝備遙感平臺(tái)、傳感器、遙感信息的傳輸與處理計(jì)算機(jī)硬件、軟件GPS衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)、GPS信號(hào)接收機(jī)技術(shù)電磁波--收集--傳輸--處理--分析---成果信息源數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫(kù)空間分析表達(dá)特征范圍大、速度快、周期短、限制少、應(yīng)用廣①采集、管理、分析、輸出地理空間信息②空間分析多要素、綜合動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)③計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持全能性、全球性、全天候、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性作用短時(shí)間內(nèi)獲得全面資料以便即使安排防災(zāi)、救災(zāi)能對(duì)地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、管理、分析和表達(dá)為各類(lèi)用戶(hù)提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間應(yīng)用農(nóng)業(yè)、林業(yè)、國(guó)土資源、地礦、軍事、交通、測(cè)繪、水利、通訊、交通、公安、教育、能源等各行業(yè)

遙感數(shù)據(jù)是GIS的重要信息來(lái)源，GIS則可作為遙感圖像解譯的強(qiáng)有力的輔助工具。GIS作為圖像處理工具，可以進(jìn)行幾何糾正和輻射糾正，圖像分類(lèi)和感興趣區(qū)域的選?。贿b感數(shù)據(jù)作為GIS的重要信息來(lái)源，可以進(jìn)行線(xiàn)和其他地物要素的提取，DEM數(shù)據(jù)的生成，以及土地利用變化和地圖更新。二、GIS與RS的集成應(yīng)用1．GIS和RS的集成在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

RS系統(tǒng)能快速、準(zhǔn)確地獲取農(nóng)業(yè)資源的遙感圖像，提供大量常規(guī)手段難得到的資源信息，經(jīng)判讀解釋、圖像分類(lèi)處理提取專(zhuān)題信息，數(shù)字化轉(zhuǎn)入GIS系統(tǒng)。中國(guó)農(nóng)業(yè)植被分布圖2．GIS和RS的集成在城市規(guī)劃的應(yīng)用

以RS、GIS為支撐，開(kāi)發(fā)基于高分辨率衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)或航空遙感影像數(shù)據(jù)和城市規(guī)劃建設(shè)空間與屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的空間信息管理系統(tǒng)，為規(guī)劃行政主管部門(mén)提供及時(shí)、準(zhǔn)確、有效和權(quán)威信息的城市規(guī)劃監(jiān)測(cè)管理和決策支持，同時(shí)也可為社會(huì)和公眾提供必要的信息服務(wù)。安康中心城市規(guī)劃

RIS可為重點(diǎn)地震監(jiān)視防御區(qū)綜合信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集提供技術(shù)支持，GIS可為建立先進(jìn)適用的綜合信息系統(tǒng)提供技術(shù)支持。為各級(jí)政府制定抗震救災(zāi)方案和震后恢復(fù)重建規(guī)劃、實(shí)施各項(xiàng)救災(zāi)措施提依據(jù)。3．GIS和RS的集成在抗震救災(zāi)中的應(yīng)用4．GIS和RS的集成在水資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

RS結(jié)合GIS可以提取河流、湖泊等地表水體，還可以尋找地下水。遙感圖像可查明與地貌、巖溶地貌、第四紀(jì)地質(zhì)和新構(gòu)造有密切聯(lián)系的水文地質(zhì)條件，可較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)地下水資源。近幾年，多個(gè)省市建成或正在建設(shè)以GIS技術(shù)為支撐的水資源信息管理系統(tǒng)。中國(guó)地下水咸淡水分布圖5．GIS和RS的集成在海洋資源與環(huán)境中的應(yīng)用

應(yīng)用3S等空間信息技術(shù),將促進(jìn)人類(lèi)合理利用漁業(yè)資源,降低成本,提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量,改善生態(tài)環(huán)境。作為“數(shù)字地球”的一部分,“數(shù)字海洋”、“數(shù)字港灣”等名稱(chēng)已被相應(yīng)地提出,建立了一些行業(yè)性、地區(qū)性地理信息系統(tǒng)(如漁業(yè)GIS、黃河口GIS)。數(shù)字海洋驗(yàn)潮站

一是受衛(wèi)星分辨率和識(shí)別技術(shù)所限，遙感圖像計(jì)算機(jī)識(shí)別的精度還不能滿(mǎn)足更新較大比例尺專(zhuān)題圖的要求；二是遙感圖像與常用的地理信息系統(tǒng)的不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)妨礙了數(shù)據(jù)間的傳輸。6．GIS和RS的集成缺陷三、GIS與GPS的集成應(yīng)用

GPS與GIS結(jié)合的關(guān)鍵在軟件，GPS作為GIS的數(shù)據(jù)源用于尋找目標(biāo)，幫助GIS定位以及數(shù)據(jù)的更新。二者的集成可利用地面與空間的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行載波相位差分測(cè)量以滿(mǎn)足GIS不同比例尺數(shù)據(jù)庫(kù)的要求。二者集成的最成功的應(yīng)用是車(chē)輛導(dǎo)航與監(jiān)控。1．GIS和GPS的集成結(jié)構(gòu)

2．GIS和GPS結(jié)合的形式

（1）單臺(tái)移動(dòng)式

在用戶(hù)設(shè)備上直接配備GIS工具軟件，把接收機(jī)天線(xiàn)接收的定位數(shù)字信號(hào)直接饋入GIS系統(tǒng)，由GIS系統(tǒng)對(duì)接收機(jī)定位信息進(jìn)行處理并與其數(shù)字地圖匹配，這樣即可全世界實(shí)時(shí)顯示接收機(jī)天線(xiàn)位置；這種情況對(duì)于接收機(jī)是獨(dú)立運(yùn)作時(shí)可采用，定位精度要求不高。

（2）集中監(jiān)控式

當(dāng)定位精度要求高，移動(dòng)區(qū)域廣，需要集中顯示流動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)行狀況時(shí)，便需要采取本方式。它的組成往往有多臺(tái)接收機(jī)，控制中心和基站組成。其工作流程為各接收站把接收到的本機(jī)位置信號(hào)、通過(guò)電臺(tái)發(fā)送給基站，基站接收信號(hào)后無(wú)線(xiàn)發(fā)送給控制中心，中心把收到的定位信號(hào)通過(guò)處理并與GIS的電子地圖相匹配，顯示該接收機(jī)位置。3．GIS與GPS在運(yùn)鈔車(chē)監(jiān)控中的應(yīng)用

在定位應(yīng)用中，GPS利用GIS的數(shù)據(jù)庫(kù)及其提供的空間查詢(xún)功能，可以快速獲得定位點(diǎn)及其周?chē)膶傩詳?shù)據(jù)。如下圖，在運(yùn)鈔車(chē)運(yùn)行中，可以確定其軌跡及安全。系統(tǒng)工作示意圖四、3S技術(shù)的應(yīng)用1．軍隊(duì)現(xiàn)代化

“沙漠風(fēng)暴”戰(zhàn)役的成功：GPS提供全天侯三維坐標(biāo)，三維速度和時(shí)間信息；RS應(yīng)用的主要工具是一組位于橢圓形低地軌道的KH-11衛(wèi)星，提供海灣地區(qū)的重疊覆蓋和高清晰度的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)影像；基于GIS技術(shù)的“聯(lián)動(dòng)戰(zhàn)略系統(tǒng)（JOTS）”

。安裝了3S集成系統(tǒng)的導(dǎo)彈

2．野外作業(yè)

在遙感平臺(tái)上安裝GPS可以記錄傳感器在獲取信息瞬間的空間位置數(shù)據(jù)，直接用于空三平差加密，可以大大減少野外控制測(cè)量的工作量?？稍谧詣?dòng)定時(shí)數(shù)據(jù)采集、環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)測(cè)等方面發(fā)揮著重要作用。課堂小結(jié)3S技術(shù)的集成及其應(yīng)用GIS與RS的集成應(yīng)用3S技術(shù)互補(bǔ)GIS與GPS得集成應(yīng)用地理信息技術(shù)體系

3S是全球定位系統(tǒng)GPS（GlobalPositioningSystem）；遙感RS（RemoteSensing）和地理信息系統(tǒng)GIS（GeographicInformationSystem）的簡(jiǎn)稱(chēng)。

人類(lèi)從航空攝影測(cè)量轉(zhuǎn)向基于遙感的航空航天數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量，從單一的地圖制圖轉(zhuǎn)向電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)、地理信息系統(tǒng)的建設(shè)，技術(shù)結(jié)構(gòu)也從單一技術(shù)向“3S”集成技術(shù)、基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的“3S”運(yùn)行體系發(fā)展，已是一個(gè)歷史發(fā)展的必然。高考鏈接

（2004年廣東）在遙感技術(shù)中，可以根據(jù)植物的反射波譜特征判斷植物的生長(zhǎng)狀況。讀圖回答(雙項(xiàng)選擇)。

1．圖中，重度病害植物反射率高于健康植物反射率的波段是（

）

A．紅外線(xiàn)

B．X光

C．可見(jiàn)光

D．紫外線(xiàn)AC

2．根據(jù)原理，可用遙感技術(shù)直接

（

）A．劃分植物類(lèi)型

B．判讀植物生長(zhǎng)的土壤類(lèi)型C．監(jiān)測(cè)樹(shù)木的生長(zhǎng)狀況

D．估計(jì)糧食作物的產(chǎn)量CD

1．中央電視臺(tái)每天新聞節(jié)目中提供的衛(wèi)星云圖主要使用了()①遙感技術(shù)②地理信息系統(tǒng)技術(shù)③全球定位技術(shù)A.①②B.②③C.①③D.①②③A鞏固訓(xùn)練一、選擇：

2．讀材料回答問(wèn)題：從1999年3月24日起，以美國(guó)為首的北約以南聯(lián)盟科索沃省自治問(wèn)題為借口，對(duì)南斯拉夫進(jìn)行了大規(guī)?？找u，給南斯拉夫人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成了巨大的損失。讀后回答:

（1）對(duì)南斯拉夫大規(guī)模轟炸的信息資料主要應(yīng)用了（） ①全球定位技術(shù)②遙感技術(shù)③地理信息技術(shù)A．①②③ B．①② C．②③ D．①③B

（2）在南斯拉夫，盡管美國(guó)空軍飛行員多次飛低，但由于地面目標(biāo)確認(rèn)不好導(dǎo)致最初的轟炸效果不好。造成這種情況的原因不是（） A．南斯拉夫地形復(fù)雜，便于地面目標(biāo)的隱蔽 B．地中海式氣候，冬半年天氣多為陰雨天 C．飛行員技術(shù)水平和傳感器的質(zhì)量不高 D．南斯拉夫地下軍事防御工事多C

1．圖中反映了雪地、沙漠、小麥、濕地的反射光譜曲線(xiàn)，回答:二、解答：

（1）四種地物中反射率最高的是______，最低的是________。

（2）從圖中可看出，不同的地物在同一波段其反射率不同。同一地物在不同的波段其反射率也不同，這是在照片上判讀各種地物的基礎(chǔ)，例如，利用0.4—0.5微米波段的照片,可以把_______與其他地物區(qū)分開(kāi)，利用0.5—0.6微米波段的照片可以把沙漠與小麥和濕地分開(kāi),利用0.7—0.9微米波段的照片可以把_______與________區(qū)分開(kāi)。雪地濕地雪地小麥濕地2．右圖為遙感直觀