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digital_Earth数字地球导论复习纲要.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.07M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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     Digital Earth will be a virtual representation of our planet that enables a person to explore and interact with the vast amounts of natural and cultural information gathered about the Earth  数字地球就是用数字的手法将地球、地球上的活动及整个地球环境的时空变化装入 电脑中，实现网上流通，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。  美国航空航天局（NASA）等提出：  数字地球是关于我们地球的数字化表达，它使得人们能够体验（experience） 和利用大量的、集中的（gathered）、有关地球的自然、文化、历史等数据。 数字地球的关键技术  计算科学 大规模存储 卫星图象 宽带网络 互操作性 元数据 数字地球的应用  虚拟外交 现代化战争 打击罪犯 保护生态多样性 预报气候变化 增加农业的生产 力  为灾害的预测预报提供依据。对灾害造成的损失、 灾害发展的态势以及灾害对生 态环境和社会发展造成的影响进行评估。数字地球为我们提供的数据平 台和技术 系统,可以帮助灾害管理部门的决策者迅速获知险情发生的地点和程度,制定科学合 理的抢险措施和人员物资撒离方案,最大可能地避免人员伤亡和社会财富的损失。在 灾害事 件结束以后,数字地球又可以帮助我们针对灾区的区域自然环境特点和社会 经济发展状况,制定和实施科学合理的灾后重建方案,以及长远的减灾规划,实现区域 可持续发展  “数字地球”与政府决策  元数据的概念 关于数据的数据  数字地球的未来  结合专业谈数字地球的应用 什么是数字地球 专业及其数字化的意义 数字地球的核心思想及其在专业数字化建设中的作用  数字地球的核心思想有两点，一是用数字化手段统一性地处理地球问题，另一点是 最大限度地利用信息资源。它可从两个层次进行构建：  1．将地球表面每一点上的固有信息（即与空间位置直接有关的相对固定的 信息，如地形、地貌、植被、建筑、水文等）数字化，按地理坐标组织一个 三维的数字地球，全面、详尽地描述我们居住的这个星球。  2．在三维数字地球的基础上再嵌入与空间位置有关的相对变动的信息，如 人文、经济、政治、军事、科技乃至历史等，组成一个意义更加广泛的多维 的数字地球，全方位地为人类服务。 “谷歌地球”是一款谷歌公司开发的虚拟地球仪软件，2005 年向全球推出，它把卫星照 片、航空照相和地理信息系统（Geographic Information System：GIS）布置在一个地 球的三维模型上。 Google Earth 功能简介  1. 结合卫星图片，地图，以及强大的 Gogole 搜索技术；全球地理信息就在眼前。  2. 从太空漫游到邻居一瞥；  3. 目的地输入，直接放大；  4. 搜索学校，公园，餐馆，酒店；
     5. 获取驾车指南；  6. 提供 3D 地形和建筑物，其浏览视角支持倾斜或旋转；  7. 保存和共享搜索和收藏夹；  8. 添加自己的注释。 GPS 是 Global Positioning System 的缩写，意思为全球定位系统，它是由美国政府历经 30 多年，耗资 120 亿美金而实施的一项庞大的宇宙及航天工程。该系统可以在全球范 围内全天候地为地面目标提供信息，从而确定该目标在地面上的精确位置、速度、运行 方面等参数  GPS 系统的组成 空间部分：提供星历和时间信息 发射伪距和载表信号 提供其它辅助信息 用户部分：接收并测卫星信号 记录处理数据 提供导航定位信息 地面控制部分：中心控制系统 实现时间同步 跟踪卫星进行定轨  GPS 定位原理 GPS 是一种高精度卫星定位导航系统 ，它是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时 间等观测量以及用户钟差来进行定位的。由于伪距的引入，要获得地面点的三维坐标， 必须对 4 颗卫星进行测量。 由于卫星的位置精确可知，在 GPS 观测中，我们可得到卫 星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用 3 颗卫星，就可以组成 3 个方程 式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上 有 4 个未知数，X、Y、Z 和钟差，因而需要引入第 4 颗卫星，形成 4 个方程式进行求 解，从而得到观测点的经纬度和高程  GPS 特点 定位精度高 观测时间短 测站间无须通视 4 、可提供三维坐标 操作简便 全天候作业 7、功能多、应用广 GPS 在农业领域有哪些作用  GPS 是精细农业主要支持技术之一  土壤理化性状分布调查  作物生长监测  作物产量图  精细作业，作物处方图（耕作、施肥、喷药、播种、灌溉等） 降低生产成本:GPS 合理地布设航线和准确地引导飞机。可以大大节省飞机作业的费用; 控制化肥数量 在品种资源研究中的应用 土壤养分分布调查 测定森林分布区域 GPS 在军事领域有哪些作用  导航 目标定位 救援搜索 武器制导 GPS 在城市管理领域有哪些作用  车辆的运营管理、调度管理和安全管理  城市、矿区地形图  地籍和房地产图  房地产面积量算  土地利用图  土地利用动态监测 数字地球中的空间信息获取技术  定位技术； 野外测量技术 数字化技术 遥感（RS）技术 全球定位系统（GPS） 遥感的概念 遥感（Remote Sensing)：从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身， 从远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体的信息，经过信息的传输及其处理分析，
    来识别物体的属性及其分布等特征的综合技术。  RS 技术的特点是什么 宏观性、综合性 多波段性 多时相性 遥感的高分辨率特点  遥感的分类  按照遥感的工作平台分类：  地面遥感、航空遥感、航天遥感。  按照探测电磁波的工作波段分类：  可见光遥感、红外遥感、微波遥感等。  按照遥感应用的目的分类：  环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感等  按照资料的记录方式：  成像方式、非成像方式  按照传感器工作方式分类：  主动遥感、被动遥感 遥感技术应用领域  土地资源、土地利用及其动态监测  主要农作物的遥感估产  重要自然灾害的遥感监测与评估  城市发展的遥感监测  天气与海洋  其他领域如军事、突发事件等 在农业、林业方面的应用：农、林土地资源调查、病虫害、土壤干旱、盐化沙化的调查 “三北”防护林遥感综合调查 及监测。 土地利用类型调查 精细农业 作物估产 地理信息系统（Geographic Information System，简称 GIS） 简单地说，是一种采集、存储、管理、分析、显示，为应用地理信息服务的计算机系统。 GIS 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系统的根本标志，也是其技术难点之所在。 GIS 与 MIS  对属性数据进行管理和处理  对图形数据进行存储  GIS 对图形和属性数据共同管理、分析和应用；  MIS 一般只处理属性数据，对图形数据以文件形式进行管理，图形要素不能分解、 查询，图形与数据之间没有联系；  管理地图和地理信息的 MIS 不一定就是 GIS，MIS 在概念上更接近 DBMS。 GIS 由哪几个部分组成？各部分的作用是什么？  其基本组成一般包括硬件系统、软件系统(执行 GIS 功能的数据采集、存储、管理、 处理、分析、建模和输出等操作)应用人员、空间数据和应用模型。 GIS 中空间对象的抽象：点、线、面 空间关系主要有哪些？举例说明 点点关系、点线关系、点面关系、线线关系、线面关系、面面关系 GIS 有哪些基本功能  数据采集与编辑 数据存储与管理 数据处理和变换 空间分析和统计 产品制 作与显示 二次开发和编程
    应用功能  资源管理 城乡规划 灾害监测 环境管理 辅助决策 GIS 主要解决哪五个方面的问题？举例说明  1、位置问题 某个特定位置有什么？几何查属性 例：国家属性查询  2、条件问题 满足给定条件的地理对象分布 属性查位置 例：客户分布  3、趋势问题 地理对象随时间的变化 例：人口变化趋势  4、模式问题空间对象的分布模式问题 揭示空间对象的空间关系 例商业服务竞争  5、模型问题 解决问题方案 基于模型的公园选址 什么是空间分析？要求举例说明各种空间分析主要解决的问题 空间分析是分析空间数据的技术的通称 缓冲区分析 基于点、线、面等地理空间目标，按指定条件，在其周围建立一定空间区域作 为分析对象，该区域称为缓冲区。  点缓冲 例如，某地区有危险品仓库，要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围，这就需 要进行点缓冲区分析；  线缓冲 如果要分析因道路拓宽而需拆除的建筑物和需搬迁的居民，则需进行线缓冲区分析；  面缓冲 而在对野生动物栖息地的评价中，动物的活动区域往往是在距它们生存所需的水源或栖 息地一定距离的范围内，为此可用面缓冲区进行分析，等等。 叠加分析 为确定空间实体之间的空间关系，可以将不同数据层的特征进行叠加，从而产 生具有新特征的数据层。 应用：土地适宜性评价 1）目的：找出适宜耕种的地区 2）标准：道路沿线 300m 范围内不能种值；河流沿线 500m 范围内不能种植。 3） 准备数据：道路分布图 河流分布图 森林分布图 网络分析 确定最佳路径 确定最近设施 确定服务范围 爆管分析 管网中某一点出现故障后，分析应关闭和阀门和影响的管段、用户区域等。水、 油、气等物质网络上管道或点设备（法门、仪表等）发生故障的分析问题。 例 1：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算  目的  计算拆迁建筑物面积和房产价值  约束  道路从原有 20m 拓宽至 60m  拓宽道路应尽量保持直线  部分位于拆迁区内的 10 层以上建筑不拆除 解决方案  准备进行分析的数据  现状道路图  分析区域内建筑物分布图及相关信息  空间操作  根据拓宽半径建立缓冲区  与建筑物层进行叠加，得到部分或全部位于拓宽区内的建筑物信息  统计分析  选中上述所有建筑物，去掉部分位于建筑物中且 10 层以上建筑物，对拓宽
    边界进行局部调整  对剩下的建筑物进行迁移指标计算。  打印输出结果 例 2：辅助建设项目选址  目的  为一个轻度污染工厂选址  约束  地块建设用地面积不小于 10,000M2  地价不超过 10000 元/M2  周围不能有幼儿园、学校等公共设施 解决方案  1）建立分析的目的和标准  目的：确定一些具体的地块，作为一个轻度污染工厂的可能建设位置。  2）从数据库中提取用于选址的数据  A、全市所有地块信息的数据层；  B、全市公共设施的分布图。  3）进行特征提取和空间拓扑叠加  从地块图中提取满足条件的地块，并与公共设施层数据进行叠加。  4）进行邻域分析  对叠加结果进行邻域分析和特征提取，去掉周围有幼儿园、学校等公共设施 的地块，选择满足要求的地块。  5）将选择的地块及相关信息以地图和表格的形式打印输出。 例 3: 植物潜在生存环境的选择  条件:在高度带 2 之内，据河流不超过 200 米  数据:  高度带地图（grid）、河流地图（grid）  方法:  距离量测: Find Distance  地图查询: Map query  输出 例 4：土地适宜性评价  通常用于适宜性分析和脆弱性分析  例一、森林保护区土地利用研究  参数确定  土壤条件、陡坡、洪涝  靠近水体、湿地等非点源污染  公路和开发区  野生动物栖息地  美学影响  过程  对每个参数按环境成本/开发约束从 1 到 5 排序  对每个参数制作格网并进行叠加  取出每个参数的最大值作为输出值  从输出格网中选择低值区作为保护区域
    虚拟现实（Virtual Reality，VR） 由 计 算 机 及 其 他 软 、 硬 件 技 术 生 成 的 ， 给 人 多 种 感 官 刺 激 的 虚 拟 境 界 （Virtual Environment，VE，又称之为虚拟环境），是一种高级的自然人机交互系统 什么是虚拟现实技术？ 就是人们利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境，通过自然技能使用传感设备与之相互 作用的新技术。 虚拟现实技术的主要特征  1、新型的人机交互接口 2、多感知性(Multi-Sensory)  4、交互性（Interaction）  5、想象性（ Imagination ）  虚拟现实的应用领域 医疗领域 虚拟装配维修 生产工艺流程 文物古迹复原  油田仿真项目 航天领域 对象可视化领域 军事领域 飞行仿真 3、浸没感（Immersion）
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