地理信息技術

地理信息系統（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有時又稱為“地學信息系統”或“資源與環境信息系統”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統。它是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分佈數據進行採集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。地理信息系統處理、管理的對象是多種地理空間實體數據及其關係，包括空間定位數據、圖形數據、遙感圖像數據、屬性數據等，用於分析和處理在一定地理區域內分佈的各種現象和過程，解決複雜的規劃、決策和管理問題。

通過上述的分析與定義可提出GIS的如下基本概念：

1、GIS的物理外殼是計算機化的技術系統，它又由若干個相互關聯的子系統構成，如數據採集子系統、數據管理子系統、數據處理和分析子系統、圖像處理子系統、數據產品輸出子系統等，這些子系統的優劣、結構直接影響着GIS的硬件平台、功能、效率、數據處理的方式和產品輸出的類型。

2、GIS的操作對象是空間數據，即點、線、面、體這類有三維要素的地理實體。空間數據的最根本特點是每一個數據都按統一的地理座標進行編碼，實現對其定位、定性和定量的描述、這是GIS區別於其它類型信息系統的根本標誌，也是其技術難點之所在。

3、GIS的技術優勢在於它的數據綜合、模擬與分析評價能力，可以得到常規方法或普通信息系統難以得到的重要信息，實現地理空間過程演化的模擬和預測。

4、GIS與測繪學和地理學有着密切的關係。大地測量、工程測量、礦山測量、地籍測量、航空攝影測量和遙感技術為GIS中的空間實體提供各種不同比例尺和精度的定位數；電子速測儀、GPS全球定位技術、解析或數字攝影測量工作站、遙感圖像處理系統等現代測繪技術的使用，可直接、快速和自動地獲取空間目標的數字信息產品，為GIS提供豐富和更為實時的信息源，並促使GIS向更高層次發展。地理學是GIS的理論依託。有的學者斷言，“地理信息系統和信息地理學是地理科學第二次革命的主要工具和手段。如果説GIS的興起和發展是地理科學信息革命的一把鑰匙，那麼，信息地理學的興起和發展將是打開地理科學信息革命的一扇大門，必將為地理科學的發展和提高開闢一個嶄新的天地”。GIS被譽為地學的第三代語言——用數字形式來描述空間實體。

近日，第三屆地質信息技術發展論壇在深圳成功召開。本屆論壇的主題是地質大數據體系建設實施與進展，分兩部分進行。首先邀請國內知名專家介紹國土資源信息化、大數據、雲計算、企業級信息化等有關情況，開闊與會者視野、拓展思路；接着以地質大數據與信息服務工程所屬二級項目為依託，交流研討在地質雲（地質大數據）建設方面的工作進展及下一步工作計劃。研討會後，與會人員參觀考察了深圳市空間信息技術產業園、華為深圳總部基地，實地瞭解了MapGIS10.2雲GIS產品及地礦行業應用，華為ICT解決方案、模塊化數據中心、軟件定義網絡SDN、雲計算、物聯網等相關技術最新進展。本次論壇的成功舉辦，分享了外系統信息化建設的經驗體會，以及雲計算、大數據、空間分析挖掘等技術的發展現狀，對地質調查信息化、地質雲（地質大數據）建設起到了很好的借鑑參考意義；同時向與會專家展示了地質調查信息化建設成果，交流了地質大數據與信息服務工程的建設進展，明晰了下一步工作，會推動地質大數據工程的實施。 ^[1] 

遙感是以航空攝影技術為基礎，在上個世紀60年代初發展起來的一門新興技術。開始為航空遙感，自1972年美國發射了第一顆陸地衞星後，標誌着航天遙感時代的開始。經過幾十年的發展，遙感技術已廣泛應用於資源環境、水文、氣象，地質地理等領域，成為一門實用的，先進的空間探測技術。

遙感是利用遙感器從空中來探測地面物體性質的，它根據不同物體對波譜產生不同響應的原理，識別地面上各類地物，具有遙遠感知事物的意思。也就是利用地面上空的飛機、飛船、衞星等飛行物上的遙感器收集地面數據資料，並從中獲取信息，經記錄、傳送、分析和判讀來識別地物。

1、可獲取大範圍數據資料。遙感用航攝飛機飛行高度為10km左右，陸地衞星的衞星軌道高度達910km左右，從而，可及時獲取大範圍的信息。

2、獲取信息的速度快，週期短。由於衞星圍繞地球運轉，從而能及時獲取所經地區的各種自然現象的最新資料，以便更新原有資料，或根據新舊資料變化進行動態監測，這是人工實地測量和航空攝影測量無法比擬的。

3、獲取信息受條件限制少。在地球上有很多地方，自然條件極為惡劣，人類難以到達，如沙漠、沼澤、高山峻嶺等。採用不受地面條件限制的遙感技術，特別是航天遙感可方便及時地獲取各種寶貴資料。

4、獲取信息的手段多，信息量大。根據不同的任務，遙感技術可選用不同波段和遙感儀器來獲取信息。例如可採用可見光探測物體，也可採用紫外線，紅外線和微波探測物體。利用不同波段對物體不同的穿透性，還可獲取地物內部信息。例如，地面深層、水的下層，冰層下的水體，沙漠下面的地物特性等，微波波段還可以全天候的工作。

全球衞星定位系統(Global Positioning System) 是一種結合衞星及通訊發展的技術，利用導航衞星進行測時和測距。全球衞星定位系統(簡稱GPS) 是美國從上世紀70 年代開始研製，歷時20 餘年，耗資200 億美元,於1994 年全面建成。具有海陸空全方位實時三維導航與定位能力的新一代衞星導航與定位系統。經過近十年我國測繪等部門的使用表明，全球衞星定位系統以全天候、高精度、自動化、高效益等特點,成功地應用於大地測量、工程測量、航空攝影、運載工具導航和管制、地殼運動測量、工程變形測量、資源勘察、地球動力學等多種學科，取得了好的經濟效益和社會效益。

GPS衞星星座由21顆工作衞星和3顆在軌備用衞星組成。分佈在六個軌道平面內。任何地點，任何時刻地平面上空都有四顆GPS衞星。

GPS全球衞星定位系統由三部分組成:空間部分—GPS星座(GPS星座是由24顆衞星組成的星座，其中21顆是工作衞星，3顆是備份衞星);地面控制部分—地面監控系統；用户設備部分—GPS 信號接收機。

GPS的空間部分是由24 顆工作衞星組成,它位於距地表20 200km的上空,均勻分佈在6 個軌道面上(每個軌道面4 顆) ,軌道傾角為55°。此外,還有4 顆有源備份衞星在軌運行。衞星的分佈使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衞星,並能保持良好定位解算精度的幾何圖象。這就提供了在時間上連續的全球導航能力。GPS 衞星產生兩組電碼, 一組稱為C/ A 碼( Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ;一組稱為P 碼(Procise Code 10123MHz) ,P 碼因頻率較高,不易受干擾,定位精度高,因此受美國軍方管制,並設有密碼,一般民間無法解讀,主要為美國軍方服務。C/ A 碼人為採取措施而刻意降低精度後,主要開放給民間使用。

地面控制部分由一個主控站,5 個全球監測站和3 個地面控制站組成。監測站均配裝有精密的銫鐘和能夠連續測量到所有可見衞星的接受機。監測站將取得的衞星觀測數據,包括電離層和氣象數據,經過初步處理後,傳送到主控站。主控站從各監測站收集跟蹤數據,計算出衞星的軌道和時鐘參數,然後將結果送到3 個地面控制站。地面控制站在每顆衞星運行至上空時,把這些導航數據及主控站指令注入到衞星。這種注入對每顆GPS 衞星每天一次,並在衞星離開注入站作用範圍之前進行最後的注入。如果某地面站發生故障,那麼在衞星中預存的導航信息還可用一段時間,但導航精度會逐漸降低。對於導航定位來説，GPS衞星是一動態已知點。星的位置是依據衞星發射的星曆—描述衞星運動及其軌道的 的參數算得的。每顆GPS衞星所播發的星曆，是由地面監控系統提供的。衞星上的各種設備是否正常 工作，以及衞星是否一直沿着預定軌道運行，都要由地面設備進行監測和控制。地面監控系統 另一重要作用是保持各顆衞星處於同一時間標準—GPS時間系統。這就需要地面站監測各顆衞星的時間，求出鐘差。然後由地面注入站發給衞星，衞星再由導航電文發給用户設備。 GPS工作衞星的地面監控系統包括一個主控站、三個注入站和五個監測站。

用户設備部分即GPS 信號接收機。其主要功能是能夠捕獲到按一定衞星截止角所選擇的待測衞星,並跟蹤這些衞星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衞星信號後,即可測量出接收天線至衞星的偽距離和距離的變化率,解調出衞星軌道參數等數據。根據這些數據,接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算,計算出用户所在地理位置的經緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內軟件以及GPS 數據的後處理軟件包構成完整的GPS 用户設備。GPS 接收機的結構分為天線單元和接收單元兩部分。接收機一般採用機內和機外兩種直流電源。設置機內電源的目的在於更換外電源時不中斷連續觀測。在用機外電源時機內電池自動充電。關機後,機內電池為RAM存儲器供電,以防止數據丟失。各種類型的接受機體積越來越小,重量越來越輕,便於野外觀測使用。

全球定位系統具有六大特點：第一，全天候，不受任何天氣的影響；第二，全球覆蓋（高達98%）；第三，七維定點定速定時高精度；第四，快速、省時、高效率；第五，應用廣泛、多功能；第六，可移動定位。

我國的衞星導航系統——北斗一號研製成功。在漁業等方面起到重要作用。

概念：數字化的地球，即把整個地球信息進行數字化後由計算機網絡來管理的技術系統。

通俗地講，就是用數字的方法將地球、地球上的活動及整個地球環境的時空變化裝入電腦中，實現在網絡上的流通，並使之最大限度地為人類的生存、可持續發展和日常的工作、學習、生活、娛樂服務。

嚴格地講，數字地球是以計算機技術、多媒體技術和大規模存儲技術為基礎，以寬帶網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，並利用它作為工具來支持和改善人類活動和生活質量。

數字地球是對真實地球及其相關現象統一的數字化重現和認識。其核心思想是用數字化的手段來處理整個地球的自然和社會活動諸方面的問題，最大限度地利用資源，並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地球的信息，其特點是嵌入海量地理數據，實現多分辨率、三維對地球的描述，即"虛擬地球".

地理信息技術的核心是3S技術，但是並不侷限於3S技術，還包括虛擬環境，網絡GIS等其他技術。

現在是地理信息技術與IT其它技術集成的時代：

1、GIS+RS+GPS=3S

2、GIS+多媒體技術

3、GIS+數據庫技術

4、GIS+辦公自動化技術

5、GIS+移動通信技術

6、GIS+Internet技術

可見，地理信息技術的核心是3S技術，但不限於三大技術。