第40講 地理信息系統(tǒng)與數(shù)字地球
【考點整合】

【要點熱點探究】
探究點一 地理信息系統(tǒng)（GIS）在城市管理中的功能
1.概念及工作流程：地理信息系統(tǒng)簡稱GIS，是以采集、存儲、管理、分析和描述地球表面關(guān)于與地理分布有關(guān)數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)。我們可以可從以下三個層面理解：（1）它是一個空間信息系統(tǒng)；（2）它是一個與地理分布有關(guān)數(shù)據(jù)的空間系統(tǒng)；（3）它負責這些數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理、分析、描述。如一個城市管理的地理信息系統(tǒng)：首先它存儲的是該城市的各類信息；其次這些信息是按照城市的空間分布特征存儲的，需要哪一空間的信息，直接點擊相應的位置即可；第三，地理信息系統(tǒng)要將所收集的城市資料輸入到計算機中，由計算機進行管理、分析，形成產(chǎn)品，進行存儲，以方便人們查詢。地理信息系統(tǒng)的工作流程大致是：信息源→數(shù)據(jù)采集→數(shù)據(jù)處理→數(shù)據(jù)庫→數(shù)據(jù)分析→信息輸出→模擬結(jié)果與決策方案。
2.GIS在城市管理中的應用：⑴城市規(guī)劃與管理：進行城市規(guī)劃的設(shè)計、工程選址等，也可進行城市城市管理和輔助決策。⑵基礎(chǔ)設(shè)施管理：如道路、電力、電信、自來水、排污管道等，具有明顯的地域性，借助GIS能夠完成工程設(shè)計、應急搶修、日常維護等工作，提高效率。⑶土地利用與管理：GIS系統(tǒng)可有效地完成對城市土地利用狀況的監(jiān)控和管理，提高工作質(zhì)量與效率。⑷生態(tài)環(huán)境管理：應用GIS可以實現(xiàn)生態(tài)規(guī)劃、環(huán)境評價、環(huán)境與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的決策分析、環(huán)保設(shè)施的管理等。⑸GIS通過對城市信息的監(jiān)測、分析、修改、補充、規(guī)劃，從而為城市管理提供方便。
3.地理信息系統(tǒng)的其他應用領(lǐng)域：⑴資源清查：資源清查是地理信息系統(tǒng)最基本的功能。這時系統(tǒng)的主要任務是將各種來源的數(shù)據(jù)匯集在一起，并通過系統(tǒng)的統(tǒng)計和覆蓋分析功能，按多種邊界和屬性條件，提供區(qū)域多種條件組合形式的資源統(tǒng)計和進行原始數(shù)據(jù)的快速再現(xiàn)。以土地利用類型為例，可以輸出不同土地利用類型的分布和面積，按不同高程帶劃分的土地利用類型，不同坡度區(qū)內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀，以及不同時期的土地利用變化等，為資源的合理利用、開發(fā)和科學管理提供依據(jù)。⑵災害監(jiān)測：借助遙感數(shù)據(jù)的搜集，利用地理信息系統(tǒng)，可以有效地用于森林火災的預測預報、洪水災情監(jiān)測和洪水淹沒損失的估算，為救災搶險和防洪決策提供及時準確的信息。⑶環(huán)境管理：一個地方的環(huán)境管理信息系統(tǒng)的功能有:為環(huán)境管理部門提供數(shù)據(jù)和信息存儲方法??基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng);提供環(huán)境管理的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表和圖形編制方法;建立環(huán)境污染的若干模型，為環(huán)境管理決策提供支持;提供環(huán)保部門辦公軟件;提供信息傳輸?shù)姆椒ê褪侄蔚�。⑷宏觀決策：地理信息系統(tǒng)利用擁有的數(shù)據(jù)庫，通過一系列決策模型的構(gòu)建和比較分析，為國家宏觀決策提供依據(jù)。例如系統(tǒng)支持下的土地承載力的研究，可以解決土地資源與人口容量的規(guī)劃。我國在三峽地區(qū)研究中，通過利用地理信息系統(tǒng)和計算機輔助制圖的方法，建立環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，為三峽宏觀決策提供了建庫前后環(huán)境變化的數(shù)量、速度和演變趨勢等可靠的數(shù)據(jù)。
例3 下圖示意為某專題研究建立的地理信息系統(tǒng)（GIS）圖層。據(jù)此完成⑴～⑵題。

⑴該專題研究可能是
A.耕地分類和評價 B.工業(yè)分布與交通的關(guān)系
C.商業(yè)分布和規(guī)劃 D.學校分布
⑵若利用該地理信息系統(tǒng)進行深埋垃圾場的選址，在下列圖層中應增加
①大氣污染 ②區(qū)域規(guī)劃 ③造紙廠、印刷廠分布 ④水文地質(zhì)
A.①② B.①③ C.②③ D.②④
命題意圖：本題考查了地理信息系統(tǒng)的原理及其應用，通過該圖讓學生更進一步的理解地理信息系統(tǒng)的信息是按照圖層分布的特點。
解析：⑴地理信息系統(tǒng)圖層涉及到土壤、水系、地形、土地利用及居民點分布，該專題研究可能是耕地分類和評價。工業(yè)分布與交通的關(guān)系、商業(yè)分布和規(guī)劃、學校布局等與自然因素關(guān)系不大。
⑵深埋垃圾場選址考慮水文地質(zhì)和區(qū)域規(guī)劃，而大氣污染、造紙廠、印刷廠分布與深埋垃圾無關(guān)。
答案：⑴A ⑵D
【變式訓練】目前對地球形狀的精確研究主要是基于
A.遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng) B.全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)
C.遙感技術(shù)和全球定位系統(tǒng) D.數(shù)字地球
命題意圖：本題考查現(xiàn)代化技術(shù)的應用，需要對3S技術(shù)的應用領(lǐng)域熟練掌握的基礎(chǔ)上才可以作答。
解析：遙感技術(shù)可以選用不同的波段和不同的遙感儀器，對遙遠的地物進行感知，具有探測范圍大、獲得資料快、受地面條件限制少等優(yōu)點；地理信息系統(tǒng)是專門處理地理空間數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，可以及時將遙感等獲得的信息加以處理，從而有廣泛的應用領(lǐng)域。目前對地球形狀的精確研究主要是基于遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)主要是在全球范圍內(nèi)適時進行導航、定位，數(shù)字地球是以計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲技術(shù)為基礎(chǔ)，以寬帶網(wǎng)絡為紐帶運用海量地球信息對地球進行多分辨率、多尺度、多時空和多種類的三維描述，并利用它作為工具來支持和改善人類活動和生活質(zhì)量。
答案：A
探究點二 數(shù)字地球的含義
1.通俗地講，就是用數(shù)字的方法將地球、地球上的活動及整個地球環(huán)境的時空變化裝入電腦中，實現(xiàn)在網(wǎng)絡上的流通，并使之最大限度地為人類的生存、可持續(xù)發(fā)展和日常的工作、學習、生活、娛樂服務。
2.嚴格地講，數(shù)字地球是以計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲技術(shù)為基礎(chǔ)，以寬帶網(wǎng)絡為紐帶，運用海量地球信息對地球進行多分辨率、多尺度、多時空和多種類的三維描述，并利用它作為工具來支持和改善人類的活動和生活質(zhì)量。
3.數(shù)字地球的核心思想：是用數(shù)字化的手段來處理整個地球的自然和社會等方面的問題，最大限度地利用資源，并使普通百姓能夠通過一定方式，方便地獲得他們所想了解的有關(guān)地球的信息。
例2 “數(shù)字地球”需要許多現(xiàn)代技術(shù)支持，下列對其關(guān)鍵技術(shù)的說法錯誤的是（ ）
A．高速公路與高速網(wǎng)絡技術(shù) B．3S技術(shù)
C．可視化與虛擬現(xiàn)實技術(shù) D．大容量數(shù)據(jù)儲存技術(shù)與高性能計算能力
命題意圖：本題考查了對“數(shù)字地球”概念及其原理的理解。
解析：數(shù)字地球是將地球信息數(shù)字化后儲存在計算機中的虛擬地球，其信息傳輸需信息高速公路的支持，與高速公路無關(guān)。
答案：A
【課時作業(yè)】
一、單項選擇題
GIS是用于空間分析的計算機系統(tǒng)，某中學地學小組將它用于課題研究。據(jù)此回答1～2題。
1．下列四圖，是同學們?yōu)榧亦l(xiāng)所作的自然、社會經(jīng)濟方面的資料分析圖，其中只適宜用GIS數(shù)據(jù)庫軟件制作的是 （ ）

2．同學們擬分析家鄉(xiāng)人口分布與自然條件的關(guān)系，在GIS數(shù)據(jù)庫中，須調(diào)用的專題圖層有下列中的（ ）
①地形圖層 ②土壤圖層 ③氣候圖層 ④人口圖層 ⑤商業(yè)網(wǎng)點圖層 ⑥農(nóng)業(yè)圖層⑦工業(yè)圖層 ⑧城市圖層 ⑨交通圖層
A．①②③④ B．③④⑤⑥ C．⑥⑦⑧⑨ D．⑤⑥⑦⑧
GIS在國民經(jīng)濟各部門得到了廣泛的應用，讀圖，完成3-4題。
3．下列研究內(nèi)容中，主要應用GIS進行的有（ ）
①近50年某省糧食總產(chǎn)量與人均產(chǎn)量變化特征分析
②近20年來，某市市區(qū)人口分布變化特征與城市建設(shè)相關(guān)性分析
③某市郊區(qū)土地利用狀況與農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)變化特征分析
④某市市區(qū)主要道路交叉點交通流量狀況分析及公交線路、站點分布的方案設(shè)計
A．①②③ B．①③④ C．②③④ D．①②④
4．圖中所示數(shù)據(jù)庫最有可能用來進行（ ）
A．農(nóng)業(yè)布局規(guī)劃 B．工業(yè)布局規(guī)劃 C．商場選址規(guī)劃 D．學校選址規(guī)劃
疊加分析就是將同一地區(qū)的兩層或多層地圖要素重疊在一起進行圖層和屬性運算，產(chǎn)生新的圖層和屬性的過程。右圖中甲、乙分別為同一地區(qū)兩種要素分布圖。據(jù)此判斷5～6題。
5．若將甲、乙兩圖層進行疊加，得到的新圖層是（ ）
6．若甲、乙分別為城市交通網(wǎng)和地租等值線圖層，疊加后生成新圖層的圖形信息是（ ）
A．城市道路網(wǎng)類型 B．交通線與地租等值線分布
C．城市功能分區(qū)結(jié)構(gòu) D．城市商業(yè)網(wǎng)點分布
7．GIS被稱為“地圖的延伸”。GIS技術(shù)制作的電子地圖與普通地圖最基本的差異是（ ）
A．數(shù)據(jù)分析能力 B．數(shù)據(jù)模型 C．空間模型 D．表示范圍
2006年9月5日至6日，由中科院主辦的2006年中國科學院地理信息技術(shù)自主創(chuàng)新論壇在北京隆重舉行。本次論壇以“創(chuàng)新 發(fā)展 超越”為主題，全面展示了我國在地理信息技術(shù)自主創(chuàng)新所取得的成果和經(jīng)驗。據(jù)此回答8-9題。
8．地理信息技術(shù)包括 （ ）
①RS ②GPS ③GIS ④GDP ⑤GNP
A．①②③ B．②③④ C．③④⑤ D.①③⑤
9．運用現(xiàn)代化技術(shù)可減少海洋風暴對航行的影響，下列說法正確的是（ ）
A．運用GPS可及時獲取風暴發(fā)展過程的數(shù)據(jù)
B．利用GIS可對海洋風暴的數(shù)據(jù)進行分析
C．利用RS可判斷海洋風暴的風力大小
D．RS可提供海洋風暴的三維坐標
專家認為，“數(shù)字地球”是地圖測繪、航空衛(wèi)星遙感、探空和深鉆的深化，是對地圖測繪系統(tǒng)(EOS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)與地理信息系統(tǒng)(GIS)的綜合，實現(xiàn)地球圈層間物質(zhì)流、能量流與信息流數(shù)據(jù)的集成，從而對全球化問題進行廣泛研究。據(jù)此回答10～13題。
10．“數(shù)字地球”即 ( )
A．數(shù)字化、信息化的虛擬地球 B．用數(shù)字度量半徑、體積、質(zhì)量等的地球
C．用經(jīng)緯網(wǎng)絡描述的地球 D．“數(shù)字城市”和“數(shù)字校園”
11．“數(shù)字地球”的出現(xiàn)是科技創(chuàng)新的又一典范。這意味著 ( )
A．科技創(chuàng)新日益全球化 B．科學技術(shù)是先進生產(chǎn)力的集中體現(xiàn)
C．科技的發(fā)展離不開雄厚的經(jīng)濟實力 D．任何科技必然為政治服務
12．“數(shù)字地球”的核心技術(shù)包括 ( )
①遙感技術(shù) ②全球定位系統(tǒng) ③地理信息系統(tǒng) ④現(xiàn)代通信技術(shù)
A．①②③ B．②③④ C．①②④ D．①③④
13．“數(shù)字地球”的應用領(lǐng)域包括 ( )
①可持續(xù)發(fā)展 ②政府決策 ③百姓生活 ④科學研究
A．①② B．③④ C．①②③ D．①②③④
二、綜合題
14.當今，3S（RS?遙感，GPS?全球定位系統(tǒng)，GIS?地理信息系統(tǒng)）技術(shù)在生產(chǎn)，生活和科研中的作用越來越突出。運用有關(guān)3S知識回答下列問題。


（1）GIS具有強大的查詢功能，根據(jù)圖1顯示的查詢半徑，圖中以北京為查詢中心的地圖比例尺為 。根據(jù)圖中顯示的經(jīng)緯度可知，地圖中代表呼和浩特、濟南的字母分別是 、 。
（2）城市道路建設(shè)速度越來越快，地圖測繪部分為了及時更新城市道路變化信息，需要利用 技術(shù)。圖2所示的交通監(jiān)控與救援管理系統(tǒng)，根據(jù)交通事故發(fā)生地點，利用 技術(shù)，快速設(shè)計出警車、救護車趕往出事地的最佳行車路線，而交通事故發(fā)生地與警車、救護車的精確位置是利用 技術(shù)獲取的。
15．閱讀下列材料，回答問題。
材料一 1993年美國政府首先提出了“國家信息基礎(chǔ)設(shè)施”建設(shè)計劃，這一計劃被形象地稱為“信息高速公路”計劃。
材料二 1998年美國副總統(tǒng)戈爾提出“數(shù)字地球”概念，一般認為“數(shù)字地球”是對真實地球及其相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一的數(shù)字化和信息化，它是以因特網(wǎng)為基礎(chǔ)，以空間數(shù)據(jù)為依托，以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為特征，具有三維界面和多種分辨率瀏覽器的面向公眾開放的系統(tǒng)。
材料三 現(xiàn)代戰(zhàn)爭是數(shù)字技術(shù)之間的較量，誰占據(jù)信息，誰就更富有和安全，誰失去信息，誰就會貧窮挨打。1991年海灣戰(zhàn)爭中，多國部隊向中東地區(qū)所投的炸彈中精確制導炸彈占全部炸彈的7．6％，2003年的伊拉克戰(zhàn)爭中關(guān)軍精確制導炸彈比重達到了80％～90％。
(1)美軍精確制導炸彈的關(guān)鍵技術(shù)是 。
(2)簡述“數(shù)字地球”產(chǎn)生的科學技術(shù)背景。
(3)美國提出建設(shè)“數(shù)字地球”這一戰(zhàn)略舉措有何重大意義?
(4)我國目前正在積極建設(shè)“數(shù)字中國”�！皵�(shù)字中國”對我國國土整治有何重要意義?



參考答案與試題詳細解析
1．C GIS中存儲和處理的數(shù)據(jù)，可分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，坐標圖、柱狀圖用傳統(tǒng)作圖和GIS數(shù)據(jù)庫軟件都可以制作，但C選項是一幅矢量圖形，只適宜用GIS數(shù)據(jù)庫軟件制作。
2．A 題設(shè)中要求分析人口分布與自然條件的關(guān)系，而自然條件主要指地形、氣候、土壤、河湖等，所以只有A選項符合題意。
3. C 本題考查GIS的應用。地理信息系統(tǒng)存儲和處理的數(shù)據(jù)，可分為兩類：一類是反映事物地理空間位置的信息，稱為空間數(shù)據(jù)；另一類是與地理位置有關(guān)的反映事物其他特征的信息，稱為屬性數(shù)據(jù)。近50年某省糧食總產(chǎn)量與人均產(chǎn)量變化特征分不具備空間數(shù)據(jù)特點，因此無法應用GIS解決。
4. A 各選項中只有農(nóng)業(yè)布局規(guī)劃與水系、地形、土壤條件等有關(guān)，其他選項與這些要素關(guān)系不大，因此只有A符合題意。
5．A 本題考查對圖示細節(jié)上的把握程度，仔細看甲乙兩圖，甲乙疊加后即可得到新圖A。
6．B 根據(jù)上題的原理，城市交通網(wǎng)和地租等值線圖層，疊加后生成新圖層的圖形信息是交通線與地租等值線分布。
7.B GIS技術(shù)制作的電子地圖與普通地圖最基本的差異是數(shù)據(jù)模型。
8．A 地理信息技術(shù)主要包括地理信息系統(tǒng)(簡稱GIS)、遙感技術(shù)(簡稱RS)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(簡稱GPS),統(tǒng)稱3S。
9．B 本題主要對3S的各自功能進行掌握。RS遙遠的感知，GIS信息數(shù)據(jù)的采集分析，GPS全球定位導航。
10．A 11．B 12．A 13．D 解析：社會的發(fā)展是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展而發(fā)展的，而科學技術(shù)是生產(chǎn)力的集中體現(xiàn)。 “3S'’技術(shù)作為“數(shù)字地球”的核心技術(shù)，一方面“數(shù)字地球”的研究和建設(shè)為“3S”技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，另一方面“3S”技術(shù)的發(fā)展為“數(shù)字地球”的建設(shè)提供了技術(shù)支持。
14．解析：⑴由圖可知北京至A地的圖上距離為1厘米，實際距離為500千米，可求得該地圖的比例尺為1∶50000000。根據(jù)四個城市的經(jīng)緯度，可以北京為中心求得其他三城市與北京的相對位置。⑵本題是3S技術(shù)在實際生活、生產(chǎn)中應用實例，較易。
答案：（1）1∶50000000 AD （2）RS GIS GPS
15.解析：本題考查數(shù)字地球的相關(guān)知識。
答案：（1)全球定位系統(tǒng)(GPS)
(2)遙感、遙測技術(shù)、全球定位系統(tǒng)及地理信息系統(tǒng)等空間科學技術(shù)已成為研究地球現(xiàn)象的重要手段；信息傳輸技術(shù)，尤其是信息高速公路的建設(shè)迅速發(fā)展，這些為“數(shù)字地球”的誕生奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
(3)通過繼續(xù)把持信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)的制高點，推動經(jīng)濟的發(fā)展；“數(shù)字地球”是信息高速公路的自然延伸，為信息高速公路提供更豐富、多樣、重要的信息資源維持全球戰(zhàn)略的需要，“數(shù)字地球”將進一步增強美國國力，增強其對全球事務的快速反應能力和國際熱點地區(qū)的發(fā)言權(quán)。

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