地理信息技术学
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地理信息技术学范文第1篇
地理课程资源的开发与利用是地理课程计划的重要组成部分。在现代教学中，教师需要充分考虑信息技术的影响，为学生自主学习意识和能力的发展创造适宜的环境[1]。因此，充分利用地理信息技术，开发适合课堂教学的课程资源具有其现实可行性和实际应用价值。地理教学资源应具有趣味性、互动性、适应性、探究性和时代性[2]。鉴于此，本文利用2001年至2012年全球海水温度和盐度数据产品，在Matlab环境下开发适用于海水运动（人教版高中地理必修1第三章第二节，中图版高中地理必修1第二章第二节）及海洋地理（高中地理选修2）章节的课堂教学演示、学生实验探索和考试出题的教学辅助软件。根据新课标的教学思想和对上述章节的具体要求，本教学辅助软件对制图内容进行了筛选，确定制作表层海水温度/盐度分布图、沿某经线/纬线的温度/盐度变化图、表层海水温度/盐度时间变化图和具置温度/盐度沿深度分布图四类图形，以辅助相应章节的课堂教学、学生实验和考试测验。
一、数据
本文采用的数据是日本海洋科技中心（JAMSTEC）制作的全球海洋网格化月均温盐数据产品MOAAGPV。该数据产品基于三种数据来源即Argo浮标、三角浮动观测网络（TRION）和传导率温度深度转换数据（CTD），利用相同压强面二维最优插值方法制作而成，以NETCDF（后缀名为.nc）的格式存储，并可通过网络免费下载使用[3]。本文用到的数据是从2001年1月到2012年12月的月平均海水温度和盐度数据，其覆盖范围是60.5°S～70.5°N，水平分辨率为1°×1°，垂直方向上从海洋表面到2000m深度分为25层。
二、软件开发
Matlab由美国Mathworks公司研发，主要用于科学计算、可视化以及交互式程序设计，大部分海洋温盐数据有关的研究都利用该平台进行数据处理和结果可视化[4][5]。本教学辅助软件需要读取NETCDF格式文件并计算全球范围多个时间段的数据，计算量比较大，且涉及大量时空数据的可视化，Matlab在数据处理和可视化方面的功能可以满足此需求，根据制图种类分为四个部分。每个制图部分都可根据教学和考试需要灵活设置制图的内容、空间范围、时间等参数。平面分布图以大陆轮廓为底图，用不同的颜色表示海水温度或盐度的高低，如图1所示。沿纬线或经线分布图绘制指定的经线或纬线在设定时间的温度/盐度分布，如图2所示。时间变化图展示选定区域在设定时间段内的平均温度/盐度变化情况，如图3所示。沿深度分布图绘制指定经纬度位置上的海水温度/盐度性质随着深度的变化规律，如图4所示。
本文在Matlab平台R2010b版本中完成软件的搭建和代码编写，通过Matlab自带的工具完成软件。软件为开源软件，提供详细的程序代码和安装包，可供中学地理教师在课堂教学和考试检测中绘制需要的图形。用户亦可根据自己需要，修改相应的代码段，以使用最新的观测数据或对软件功能进行调整。
三、教学应用
图1～图4展现了本教学辅助软件得到的四类图形的示例。图1所示的海水温盐性质平面分布图可帮助学生理解全球的温度/盐度分布，探索寒暖流经过地区与周围海水在温盐性质上的不同，观察特殊气候现象出现的时间段海水温盐性质异常等。目前教学上常使用“世界洋流分布图”来体现海水运动规律，用箭头直接表达世界各洋流的运动方向，用文字阐述洋流性质的差异。图1的“全球海洋年平均表层温度图”表达方式更加直观，更具有科学依据。图2所示的海水温盐性质沿某纬线/经线分布规律可帮助学生理解海水温度/盐度的空间分布特征。与“全球降雨的纬度分布曲线”等地图结合做综合分析，探究影响海水温度和盐度的因素，观察洋流经过区域的海水性质的变化。图3所示的时间变化图可辅助学生理解海水温盐性质的季节变化和年际变化，对全球气候变暖等理论进行佐证。如图4所示的海水性质随着深度的变化引导学生探究随深度变化海水性质的变化规律和影响因素。
图1全球海洋2001～2012年平均表层温度分布图
图2 2001～2012年间沿20°W平均表层海水盐度
分布图
本教学辅助软件相对于已有教学资源的优势在于可以根据具体需要从数据直接成图，便于学生进行互动探索，也给教师出题提供了材料。例如，学生如果对指定区域感兴趣，则可直接绘制对应区域海水性质的平面分布图、深度变化图、时间变化图等，为学生自主探索学习提供了很好的素材，与高中新课程改革的理念做到很好的契合。教师可根据课堂教学内容和近期的地理热点出题，减少考题所用材料的重复率。
地理信息技术给地理课堂教学提供了丰富的数据来源和制图开发工具。本文利用近十二年来的海洋温度盐度数据产品，在Matlab平台上搭建了教学辅助软件。该软件根据具体需要，由数据直接制作需要的图形，辅助课堂教学、学生实验和考试出题。该软件的应用，丰富了相应章节的教学资源，使课堂教学更加具有时效性、探究性和互动感。
参考文献
[1] 常学勤，季禾.地理课程资源及其开发和利用.教学与管理，2004（16）.
[2] 王瑶，地理课程资源开发利用的创新.现代教育科学，2010（3）.
[3] Hosoda，S.，Ohira，T.，Nakamura T.A monthly mean dataset of global oceanic temperature and salinity derived from Argo float observations.JAMSTEC Rep.Res.Dev.，2008（8）.
地理信息技术学范文第2篇
[关键词]地理信息技术 综合图解 存储和显示 编制 评判
地理信息技术的内涵主要包括三个方面:地理信息系统(GIS )、遥感(RS)、全球定位系统(GPS )，三者有机结合，即被称为“3S”。
地理信息技术是研究地理教学的一种现代化技术工具。GIS可以使呆板、静止的数据、图形变得形象生动，直观可视；可以使运动的场景，变化的数据，统计图、分析表灵活转换；可以使教育教学资源得到盘活共享，方便检索，分析查寻；这一切都便于教师去创设情景，开展教学，学生的学习兴趣当然非常浓厚。地理信息技术所展示的科技含量高的RS遥感图片，GIS不同图层的对比分析，GPS的准确定位，对学生来说吸引力也是非常大的。具体探究一下地理信息技术在地理教学中的应用主要表现在以下几方面。
一、用于综合图解地理分布现象
地理教学能力培养的第一个方面就是培养学生阅读、填绘、分析地图的能力，而且地理教学问题中有关地理分布的知识随处可见。以往的教学手段是运用教学挂图、课本附图以及复合投影片来讲授地理分布知识。教学挂图在一定程度上可以深化教学目的，但是在使用上会占用一定的空间，给教师板书带来不便。复合投影片的使用较教学挂图方式稍方便一些，但教师需要在课前花费大量时间制作和维护投影片。而运用地理信息系统制作的针对性非常强的课件，通过计算机与大屏幕投影来讲解，效果就好得多。
用地理信息系统技术制作的相应课件具有以下优点：
1.图形比投影片更准确，比挂图更清晰。特别是地图注记和符号规范、清晰、易读。
2.可以复合叠加呈现，并可以灵活地动态显示。既可以像复合投影片一样一张张显示，还可以用几个圈层分绘组成一张综合的地理事物的分布图。
3.易于存储。计算机以数字方式存储信息，不会损坏。教师能够节省出更多时间更好地设计课堂教学过程。
4.可以把分布图与信息数字结合起来，给学生以量的概念。
例如，世界洋流分布与世界四大渔场。洋流可以用红、蓝两色分别表示暖流和寒流，并可实现动态演示。在流动的寒、暖流汇合处形成渔场，同时通过标注与其相关的文字、数字信息。学生既可以形象直观的理解渔场的形成、渔场的位置，又可以获得丰富的资料。
二、用于地理数据的存储和图形化显示
地理教学中常涉及到很多地理的数字信息，如世界主要国家小麦产量、世界七大储油区的石油产量等。以往采用绘制投影片或挂图，以柱状图、折线图的方式进行表示。使用地理信息系统处理、显示地理数据具备简便、准确、多样化等特点。
1.简便。减轻教师工作量。无论是制作投影片还是画板图都可减轻教师的工作负担。
2.准确。计算机处理数据准确，显示图形标准，给学生以正确的量的对比。
3.多样化。不仅可以以柱状图、折线图的方式显示，还可以以饼状图、三维立体图等多种方式显示地理数据，而且可以实现各种显示图的相互转化，使学生可以更多的掌握地理基本技能。并且地理数据可以与地理分布图相结合创建相应的专题地图，把单调、空洞的数据空间化。
三、用于示意图的动态演示和模拟动画演示
这一部分功能主要体现在自然地理的教学中，如地球的运动、地球的水循环、褶皱与断层、大陆漂移与板块构造、大气环流、锋面与大气、气旋与反气旋等。这些知识反映了空间现象的基本原理，用一般方法和平面静止图进行教学对学生的理解有一定难度。而地理信息系统动态演示功能则可以实现地理现象的模拟演示，使学生获得更形象化的认识，起到突破难点的作用。如大气环流：三圈环流的位置、流向、强弱、带来的天气等，都可以用地理信息系统的动态演示功能，形象地为学生讲解。
四、用于课堂练习题的编制和成绩的评判
用地理信息系统将课堂练习穿插于讲课之中，随讲随练，起到辅助教学的作用。尤其是一些人机交互性较强的地理信息系统软件，对提高学生学习兴趣更有很大帮助。用计算机评判学习成绩公平、快速，没有人为因素的干扰。并可根据成绩循序渐进安排学习，达到教与学双向沟通的目的。
例如，讲授中国行政区划时，用地理信息系统技术编制一套练习，让学生随堂进行，检测课堂教学效果。让学生填注行政区划的名称、简称、省会等，起到巩固课堂教学的作用。可以增强人机交互性，还可配以相应的画面、窗口或声音提示填注是否正确。同时，可以通过计算机对成绩进行评判，使教师很快得到反馈。用计算机配以大屏幕投影设备可以代替板书。教师备课直接用计算机进行，对教学中涉及到的知识内容进行合理设计、巧妙安排。在课堂上，教师可以根据需要直接使用，可以根据实际情况调节字体、字号、设置背景图案、调节明暗程度等，以适合学生具体情况，并可为学生营造更好的学习环境。
五、用于丰富和深化课堂教学内容，扩大学生知识面
地理信息技术学范文第3篇
在进行高中地理信息技术的教学时，首要的培养目标就是加深学生对于地理信息技术的基本认识。基本的教学目标就是让学生对于地理信息技术的概念以及相关的核心技术、遥感技术的概念以及实际应用；地理信息系统的构成以及应用领域；全球定位系统的构成及其应用、电子地图的概念及生活中的运用；基于地理信息技术的数字地球的概念等一些基本的有关地理信息技术概念的学习和掌握。在教学的过程中，教师要抓住教学的重点，帮助学生进一步理解有关地理信息技术相关概念的含义，对于一些超出当前学生认知水平的难点只需进行简单的介绍，让学生适当的了解即可。
2实践目标——运用能力的培养
地理信息技术教学过程离不开教学实践，因此教学实践环节的培养目标，就是培养学生应用地理信息技术来解决实际问题的能力，主要有以下几个方面：
2.1初步掌握遥感图像的读图技巧
遥感技术是地理信息技术中的一个重要的组成部分，因此学习遥感图像的判读是地理信息技术教学中的一个重要内容。读图的基础就是对于一些地物的形状、颜色等遥感图像的特征要十分熟悉。例如，遥感图像上人工建筑物的颜色往往会呈现浅蓝色或者是灰白色；天然湖泊的边界往往比较圆滑。同时，还要学会借助已知的地物来推断未知地物。例如，与村庄或者城市相连的线状地物往往是小路，而与湖泊相连的往往是河流等。在教学过程中，教师要注意为学生展示相关的遥感图像，培养学生的读图能力。
2.2GPS手持机定位导航的实践
当前GPS在生活中的应用越来越多，其强大的导航功能更是受到了越来越多的青睐。目前，GPS手持机的人机界面更加人性化，操作也更加简单方便，使得GPS实际运用的教学难度也进一步降低。在地理信息技术教学的过程中，教师要安排相关的实践活动来让学生掌握GPS手持机的操作和使用。例如，教师可以开展野外拉练等活动，让学生利用GPS手持机的导航功能来指导学生向着目标地前进，在实际应用的过程中让学生掌握GPS的导航定位功能的应用。
2.3掌握一些简单的GIS软件的操作运用
目前有很多GIS软件，其功能也是多种多样。常用的GIS软件有SuperMap、MapGIS等。在地理信息技术教学过程中，要使学生对至少一种相关的GIS软件的操作能够基本的掌握，同时能利用相关的软件来实现一些数据的处理和加工。在GIS软件学习的过程中主要培养以下能力：数据表的建立、简单的数据查询和数据分析方法的掌握、GIS窗口一些主要的快捷键的使用、通过网络GIS地图查询相关的地理信息、利用GIS软件制作一些专题地图等，进一步提高学生对GIS软件的实际应用能力。
3发展目标——思想认识的加深
3.1认识到地理信息技术的重要性
地理信息技术强大的数据获取以及分析和处理能力在社会上的各个领域有着广泛的应用。在实际的教学过程中，教师要让学生对于地理信息技术在中国国民经济发展过程中发挥的作用有更加深刻的认识，让其感受到地理信息技术在国家进行建设决策过程中起到的支持作用。同时，它在生活中实际应用也进一步拓展了人们的生活空间，使人们的生活更加便利舒适，进而让学生在对于地理信息技术的重要性有着充分认识的基础上加强学生对于地理信息技术应用的意识。
3.2注重地理信息安全的保护
在地理信息技术教学的过程中，还要注重学生的地理信息安全意识的培养。目前信息安全是网络安全中一个极为重要的组成部分，一些不合法的地理信息的应用可能会给他人带来重大的损失甚至有可能触及法律。在地理信息获取和使用的过程中，要提高学生的地理信息安全保护意识，不将一些重要的地理信息外泄，不一些虚假的地理信息，不因个人利益而随意篡改地理信息，不窃取个人使用权限之外的地理信息等，加强学生对于地理信息安全的保护意识，进一步规范地理信息技术的使用。
4结语
地理信息技术学范文第4篇
最新出台的高中新课程标准明确提出将地理信息技术应用到高中地理教学中的规定，较之以前的地理课程学习内容有较大的区别，同时由于之前对地理信息技术的没有接触，学生对此是陌生的，而教师由于缺乏教学经验，在教学过程中为学生需要了解和掌握的地理信息技术积累一定的教学经验。所以，将地理信息技术应用到高中地理教学中无论对学生还是教师都值得探讨，尤其是作为一门对信息技术要求很高的学问，它能促进学生对高中地理及信息技术的掌握。因此，在高中地理教学上学校应重视这方面的问题，为配合教学建设一支专业的师资队伍，同时配备专业的设备设施，强调师生都重视地理信息技术应用到高中地理教学的这一举措，更好地运用现代化高科技技术，为更好地透彻地了解地理知识及将来从事相关类工作打下坚实的基础。
二、地理信息技术的概述
地理信息技术，即“3S”技术，包括GPS（全球定位系统）、RS（遥感技术）及GIS（地理信息系统）。三者虽然相互独立，但是通常在应用过程当中又互相之间有联系，需要同时派上用场，一般情况下GPS负责定位，RS负责对数据或者信息进行采集，GIS负责对采集的数据进行分析和处理。现阶段，3S技术应用在我国交通、农业、环保等各个领域当中，并且作出巨大贡献，它对测量的高精度和高效率的特点在工作中解决许多难题，取得极大的成就，在全球都得到极高的重视及关注，是现如今的一个炙手可热的一门技术。GPS（全球定位系统），具有全球、实时及全能的特点，完全不受天气的干扰，能连续不断地进行高精度的测量、测速及定位等，目前应用于全球的各个范畴。RS（遥感技术），能通过传感器将在远距离的电磁波信息通过处理成可供人类适用的图像或者其他计算机信息，具有感应距离远、感测范围大的特点，目前被广泛推崇和关注。GIS（地理信息系统），采用现代高科技计算机技术将采集的数据和信息进行分析和处理，使收集到的数据和信息呈现出为人类所用的状态。
三、地理信息技术高中地理教学中的应用
1.RS（遥感技术）在高中地理教学中的应用。
首先，通过遥感技术，能够监测到土壤土质、土地利用现状、河流情况及农作物的生长状况，使学生更细致透彻地领悟到在土地农作物生长环节的变化，如果配合遥感图像，学习也会更具有趣味性。其次，天气预报正是通过遥感技术监测得到的，通过监测感应天气变化信息及数据，并通过全球定位系统和地理信息系统将其转化为可以读取的图像和信息；同时它还能监测出自然灾害的变化，时刻预警自然灾害的发生，并且及时采取措施尽量降低对人类生命财产安全的损失。通过RS技术的应用，学生更熟练地掌握知识原理，更形象化地将知识点展现在学生面前，增强教学效果。
2.GPS（全球定位系统）在高中地理教学中的应用。
GPS（全球定位系统），相对RS及GIS，学生相对比较熟悉一点，因为它较多应用在生活当中最多的应该各种地图导航及应用在交通工具上的智能导航等，在高中地理教学过程中，可应用GPS的相关原理进行模拟教学。例如，从世界地图的一点到另外一点，通过GPS技术让其自行导航多条路线路线、直线、最合适的路线、最省时的路线等，然后通过遥感技术将整个路途中的环境及天气变化监测出来并通过图像呈现出来。这有利于激发学生学习地理知识及地理信息技术的兴趣，从而使学生在轻松愉悦的学习氛围中获取知识。
3.GIS（地理信息系统）在高中地理教学中的应用。
GIS（地理信息系统）在日常生活中占据重要的地位，但是高中生可能没有很明确的意识。在地理教学中，教师可以有意地将其引导到那上面。例如，在地理教材上会出现一些立体的或者三维的景象图、气象变化图等，告诉学生这些图都是通过地理信息系统加工处理而产生的，学生自然而然会对地理信息系统产生认知，并且激发学习兴趣。在教学过程中，要让学生体会这些图像是如何形成的，并且是如何转化而来的。同时，通过上机实验操作，让学生感受地理信息系统的强大。采用这些教学方法，从根本上刺激学生积极主动学习地理知识及地理信息技术，促使学生对各个地理知识点的理解及掌握。
四、将地理信息技术应用到高中地理教学中的意义
就现阶段而言，地理信息技术是我国乃至全世界探讨地理问题的重要的手段之一，因此，将地理信息技术应用到高中地理教学中是大势所趋。
1.提高教学质量。
在地理教学过程中，教师要不断要求自身进步，提高教学质量，将地理信息技术应用到高中地理教学中，增强学生对知识的认知与理解能力，打破“死记硬背”的传统结构，使学生感受到地理信息系统强大的吸引力，从而使学生积极自主地展开学习，在提高学习效率的同时促进教学质量的提高。
2.丰富教学内容，使课堂更活跃。
将地理信息技术应用到地理教学中，并且将计算机上级实验操作运用到其中，丰富课堂学习内容，同时创新教学授课方式，不再是传统单一无聊教师口传，有利于课堂气氛更活跃，学生学习兴趣也得到一定的提升。与此同时，使学生更细致全面地掌握地理信息技术及地理知识点，从而达到教学效果。
3.培养学生利用探索思维思考问题的能力。
地理信息技术是一门深奥有趣的技术，学生在学习过程中会不断拓展自己的思维能力，从而熟练地掌握地理知识并且灵活运用地理信息技术，并且增强学生的动手能力，在掌握知识的同时开阔视野，并且通过知识掌握体验到成就感。
五、结语
地理信息技术学范文第5篇
【关键词】遥感技术；GIS地理信息技术
引言
水利水电工程大多建设征地涉及面广，移民数量大，移民数据信息量巨大，对于移民数据信息管理的要求很高，既需要即时数据，又需要动态数据；既需要属性数据，又需要空间数据。因此，采用常规的技术手段和工作方式，难以有效做好水利水电工程移民数据信息的采集和管理工作，需要在水利水电工程移民工作中，应用遥感解译技术和基于GIS地理信息的移民管理信息技术等新技术。
1 遥感和GIS地理信息技术应用的必要性和可行性
1.1 遥感和GIS地理信息技术应用的必要性
（1）应用遥感和GIS地理信息技术是加强移民信息处理、提高工作效率的有效手段
国务院471号令移民条例和移民规划设计规范颁布实施后，移民规划设计工作体现出两个特点：一是，增加和细化了移民工作程序。二是，移民工程项目设计深度加深，设计阶段前移。应用遥感和GIS地理信息技术，能够通过电脑辅助处理移民信息，提高工作效率。
（2）应用遥感和GIS地理信息技术是在移民工作领域进行信息化建设的需要
在以往移民安置管理过程中，计算机应用率普遍不高，移民档案大多使用纸质介质进行存储，对移民数据的查询、分析、计算、汇总多采用手工操作，各类报表也往往是人工填写，既繁琐，又影响报表时间，还极易出错，不易于修改。尤其在数据分散、管理各自为政的情况下，很难对移民安置各环节实施有效监控。这种移民安置管理效率已远远不能适应现代信息技术发展和新条例对移民安置管理的要求，有必要在移民工作领域进行信息化建设。
（3）应用遥感和GIS地理信息技术是移民工作流程、成果形式标准化的需要
水利水电工程建设征地大多涉及多个行政区域，各地自然、社会经济情况有所不同，影响涉及的实物指标对象不尽相同。通过应用遥感和GIS地理信息技术，开发移民管理信息系统，能够规范工作流程、工作内容和成果形式，使不同的操作者实现标准化的移民工作，有利于提高移民工作的管理水平。
1.2 遥感和GIS地理信息技术应用的可行性
（1）遥感和GIS地理信息技术较为成熟、已经产业化
遥感和GIS地理信息技术在国内外多个工程领域已得到广泛应用，包括土地调查、环境监测、地质灾害评估等，技术成熟。
（2）基础数据翔实，为遥感和GIS地理信息技术应用提供了强力支撑
支撑遥感和GIS地理信息技术的基础数据种类多、数据翔实、丰富。高精度的基础数据，为在移民工作中应用遥感和GIS地理信息技术，用以辅助开展移民安置规划设计、加强数据处理和管理创造了良好的条件。
（3）遥感和GIS地理信息技术已逐步在一些项目上得到应用，效果较好
华东勘测设计研究院开发了基于GIS地理信息的移民管理信息系统，逐步应用到金沙江龙开口、澜沧江苗尾、雅砻江杨房沟、金沙江白鹤滩水电站等多个项目的可行性研究工作，用以辅助开展移民安置规划设计，提高了工作效率，丰富了工作手段。
2 遥感技术和GIS地理信息技术应用的内容
2.1 建设征地实物指标调查
遥感技术一般在建设征地实物指标现场调查前应用。通过航片解译等工作，获取建设征地区的地形、地类等数据信息，并分析获得宏观的房屋面积、分类土地数量、零星树木数量等，用以辅助开展建设征地实物指标调查工作。
2.2 建设征地移民安置规划设计
遥感技术在建设征地移民安置规划设计中的应用，主要体现在通过航片解译工作，获得移民安置区的土地信息和分地类的土地汇总数据，用以分析移民环境容量，为科学合理编制移民安置规划方案提供基础依据。GIS地理信息技术能够很好地辅助开展建设征地移民安置规划设计工作。
2.3 建设征地移民补偿费用概算
建设征地移民补偿费用概算工作内容主要为数据的计算与处理，因此遥感技术应用不多。GIS地理信息技术的应用内容主要为数据的处理，建立属性数据和空间数据的关系。
2.4 移民安置实施管理
对于设计单位，移民安置实施管理阶段应用的内容为设计变更和处理；对于地方政府，移民安置实施管理阶段应用的内容为移民实施的相关数据处理，通过采用遥感和GIS地理信息技术，能够反映不同时间节点的属性数据和空间数据情况，以及数据的变化情况，有助于移民安置实施阶段的管理。
2.5 移民安置评估
移民安置评估注重的是移民搬迁完成后的生产生活水平变化过程，需要对样本户的相关信息、数据进行有效管理和动态监测。
3 如何应用遥感和GIS地理信息技术
3.1 开发遥感解译系统和GIS地理信息系统
应用遥感和GIS地理信息技术最直接、最有效的方法是开发遥感解译系统和GIS地理信息系统，建立信息系统工作平台，通过移民数据信息的录入和数据库的建立，按照不同需求查询、汇总、分析属性数据与空间数据。华东勘测设计研究院于2010年开发完成的移民管理信息系统，是在水利水电工程中应用GIS地理信息技术的实践。
3.2 现场工作前利用遥感系统宏观判断，工作中利用GIS地理信息系统辅助移民安置规划设计，移民安置实施时利用GIS地理信息系统加强管理
遥感系统是利用遥感技术，对现有的卫片或航片等基础数据信息进行处理、分析，根据用户需求获得相应资料。遥感解译的成果可以是宏观数据，也可以是微观数据。因此，一般在现场工作前利用遥感系统先期获得汇总数据，用以宏观判断该区域的受影响对象规模、数量，合理安排工作计划。
3.3 现场打印调查表格，改变传统实物指标调查工作方式
传统的实物指标调查工作方式是，现场登记人口、丈量房屋、填写实物指标调查登记表。调查表填写完成后，由调查者和被调查者签字认可。外业调查结束后，在室内对原始调查表进行计算、汇总，录入数据库或数据处理文件。传统的实物指标调查工作方式最大的弊端是，增加了内业数据处理和录入的过程，在这过程中因为人为的因素可能会造成数据处理错误，而且由于内业资料处理是在室内进行的，移民无法参与，因此移民对内业数据处理的过程和成果可能会产生不信任，造成移民工作的被动。
地理信息技术学范文第6篇
一、信息技术引发了地理学的革命
信息技术的发展引发了地理学的革命，促进了研究地理事象、时空分布与变化规律的理论与方法的革新，推动了地球科学研究的发展，已经实现了全球化、网络化和智能化。现代地理学研究充分运用了遥感、电子地图、全球定位系统等信息技术，推动了地理学研究的革新，取得了人类历史上前所未有的成果。
遥感技术基于高分辨率正射影像、城市地理信息系统、建筑CAD，建立虚拟城市和数字化城市，实现了三维和多时相的城市漫游、查询分析和可视化，增强了人们获取高分辨率和近实时数据的能力。地理信息系统提高了人们处理、分析和再现地理数据的能力，让我们能够迅速、精确地捕捉到人类赖以生存的地球发生的细微变化，进一步重视人类活动与地球的相互关系，极大地提高了地理研究的效率和质量。同时，地理学家通过对地球监测获得地理信息进行数据分析，开拓了地理学研究领域，刷新了人们对地理环境变化的重新认识。
GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变化。全球定位系统工具和在线地图等地理信息系统已成为人们日常生活的一部分，广泛用于城市规划建设、商业、交通、旅游、汽车导航等行业。
大数据、云计算、模型构建、信息管理与信息分析等信息技术的使用，为地理学研究提供了强大支持和动力。信息技术的应用为获得、储存、分析海量信息提供了保证，对海量信息的量化分析，对地理过程和地理事象的模型分析，为研究者和决策者提供了能够反映客观事实的科学依据。
二、信息技术拓展了地理学的领域
现代地理学诞生于信息时代的大背景下，不同学科领域的研究者、科学家的跨学科研究为地理学的发展做出了贡献。对于人与自然关系的研究，对于不断塑造地球变化的环境的物质流、能量流、人口流、资金流和信息流等的分析，是由经济学家、生物学家、流行病学家、地质学家、计算机科学家和其他领域的科学家共同努力完成的。
系统论、方法论、信息论等基础理论与方法为地理学的综合性研究提供了新的理论和方法，现代地理学的理论和方法被应用于许多领域。在人类学、生态学、地缘政治学、环境科学、流行病学、保育生态学、区域经济学、城乡规划、区域经济学和国际关系等领域，都得到了广泛的应用和发展。
现代地理学与相关学科交叉渗透与相互融合，超越了传统地理学的界限，推动了地球系统科学的发展。地理信息管理系统与相关学科的结合不但提高了研究能力，提升了研究水平，也拓宽了学科研究领域的广度与深度，形成了“地球信息科学”“数字地球”等新的边缘学科。
跨学科的研究群体运用现代地理学的理论、方法、工具和技术，全面深入地研究环境变化、可持续发展、全球化和人口动态等课题，现代地理学的思想和方法在宏观规划、环境治理、政策制定以及科学研究等方面日益发挥着中心作用。
地理学正在逐步向信息技术的地理学转变，信息技术的地理学对社会和经济发展的支持越来越重要，其贡献也越来越大，地理学的观点与方法也越来越受到重视。美国已经制定了地理扫盲计划，指出其他行业和学科有必要借鉴地理学成果，以提高其他方法无法取得的科学洞察力。
三、信息技术推动地理学的应用
全球地理信息系统、全球卫星定位系统、遥感技术和计算机网络相结合，成为现代地理学的技术基础。现代地理学具备了信息化的显著特征，有助于现代地理学从宏观和微观两个角度，对人与地球关系及其规律的深入研究。更加致力于研究解决全球问题，更加注重研究成果在实际中的应用。
运用遥感技术进行实时动态监测，关注全球气候变化、生态与环境变化、土地利用变化;综合分析和预测社会可持续发展的许多问题，如：自然资源与经济发展，人口增长与社会发展，灾害预测与防御等。
2015年5月，中央电视台新闻联播栏目播放了《江西全面启动生态示范区建设》的报道，江西省上饶市国土资源局使用的“一张图”管理系统引起广泛关注。地理信息系统叠加了该地区的高清影像遥感数据、土地报批数据和卫星执法疑似斑图，可准确、快速地判断土地是否存在违法建设问题。
这一科学判断的实现依靠的是MapGIS提供的数据和技术支撑。MapGIS提供了一站式行业资源地理信息服务，实现了信息的互联互通、协同决策，广泛应用于国土、地矿、市政、气象、公安、地灾、水利、通信、农业、林业等多个行业。
利用现代地理信息技术打造智慧农业，把农业发展成为节水、优质、高产的绿色产业。农民在网络终端的影像图中查看农作物生长状态，通过GIS作技术分析，在车载GPS和电子地图指引下，实施农田作业，精确地使用农药、化肥和水，避免土地、粮食和种子的污染，实现真正的绿色农业。
现代地理信息技术将容纳海量信息，进行大量数据在空间和时间分布上的研究和分析，制定基础设施规划和方案，并为之提供后续的服务。用于一带一路、两洋铁路的规划、交通运输网络布局、城市与港口的开发，并为城市规划、市政管理、智能交通、公共安全、金融保险、旅游出行、生活娱乐等提供服务，保障了城市的可持续发展，提高了城市居民的生活质量。例如，济南水务集团在全国供水行业率先为供水管网巡检员配置手持PDA终端，实现了地下供水管网设施“了如指掌”，将管网相关的卫星地图截取、绘制，制成了这个图片集。
地理信息技术学范文第7篇
一、考题例析
例1 （2014年高考广东文综卷第10题）热红外遥感影像亮度可反映地物表面温度，地物的表面温度越高，在影像中就越亮。晴天正午时刻，下列地物在同一幅热红外遥感影像中最亮的是（ ）
A.公路
B.菜园
C.鱼塘
D.果园
【解析】由题干可知，晴天正午时刻，公路表面温度最高，所以热红外遥感影像也是最亮的。
【答案】A
例2 （2014年高考福建文综卷，1～2题）图1示意新一代信息技术支撑下的智慧城市。读图回答（1）～（2）题。
（1）地理信息系统为智慧城市建设提供（ ）
A.分析、管理空间信息
B.跟踪动态定位信息
C.整合、集成网络信息
D.获取实时通信信息
（2）智慧城市建设对城市发展最重要的作用是（ ）
A.调整地域结构
B.加速人口集聚
C.扩大空间规模
D.提升服务功能
【解析】第（1）题，地理信息系统的主要功能是数据采集与输入、数据编辑与更新、数据存储与管理、空间查询与分析、空间决策支持、数据显示与输出。因此地理信息系统能为智慧城市建设提供分析、管理空间信息，故A项正确。跟踪动态定位信息要依靠全球定位系统，故B项错误。整合集成网络信息和获取实时通信信息主要依靠移动互联网技术进行，故C、D项错误。
第（2）题，从图1中可以看出，智慧城市建设是在新一代信息技术支撑下，通过物联网、云计算等新一代信息技术的应用，使信息技术与社区、政务、交通等资源要素优化配置并共同发生作用，促使城市更加智慧，从而提升城市的服务功能，故D项正确。智慧城市建设只是应用新一代信息技术对城市实行管理，并不能调整城市地域结构，城市空间规模也没有扩大，更不能加速人口集聚，故A、B、C项错误。
【答案】（1）A
（2）D
例3 （2013年高考江苏地理卷第3题）2013年4月20日，四川雅安芦山县发生7.0级地震。在震后救灾中，北斗卫星导航系统（BDS）发挥了重要作用。BDS是我国自行研制的全球卫星定位与短文通信系统，是继美国全球定位系统（GPS）和俄罗斯格洛纳斯（GLO～NASS）之后的第三个成熟的卫星导航系统。据此回答：BDS在抗震救灾中发挥的主要作用有（ ）
①提供灾区的影像②统计灾区的经济损失③确定救灾人员的位置④提供短文联络
A.①②
B.①③
C.②③
D.③④
【解析】根据试题文字材料关键信息“全球卫星定位”和“短文通信系统”，可确定③④正确，故选D。①是遥感（RS）的功能，②是地理信息系统（GIS）的功能。
【答案】D
二、考点归纳
1.RS的应用
遥感是人的视力的延伸，它是侧重于收集信息的感知手段，尤其对于大范围、大面积、人力不易观测的地物信息的获取，本质上是“看”的过程。目前，遥感技术在资源调查、环境和灾害监测等方面运用广泛，具体应用分析如表1所示。
2.GIS的应用
地理信息系统（GIS）是在一定数据源的基础上进行分析、对比、计算，相当于“想、算”等人的活动，常用于模拟、预测、调度等。而遥感（RS）获取的信息往往是地理信息系统（GIS）的数据源基础。
一项工作往往可能同时使用多种技术，因此，学生要认真审清题目，提炼题目中提供的信息，如“某山区森林火灾发生后，扑救工作动用了卫星监测定位，并运用计算机软件对火势情况进行了分析和预报”这一事件中，使用卫星监测是遥感（RS）的应用，卫星定位则是全球定位系统（GPS）的应用，计算机处理预报信息则是地理信息系统（GIS）的应用。在实际的做题过程中，假如选项中出现了两种及以上的技术，一般都有地理信息系统（GIS）技术。但无论试题如何变化，地理信息系统（GIS）的核心功能不变，那就是数据的分析。
3.“3S”（包括RS、GPS、GIS，以下简称“3S”）技术的相互联系
“3S”技术既独立发展又相互促进。遥感技术（RS）主要用于地理信息数据的获取，全球定位系统（GPS）主要用于地理事物的空间定位，地理信息系统（GIS）主要用于对地理信息数据的管理、更新、分析等。三者的关系可用图2表示。
图2中①②表示遥感（RS）提供影像信息功能，③④表示地理信息系统（GIS）反馈影像信息处理结果，⑤⑥表示全球定位系统（GPS）提供空间定位信息功能。
4.“3S”技术的区别
遥感（RS）是一种侧重于收集信息的感知手段，其本质是“看”的过程。而地理信息系统（GIS）侧重于“分析、计算”，相当于“想、算”等人的活动。全球定位系统（GPS）的最大特点是工作对象是一个“点”或“多个点”，明显区别于RS与GIS的工作对象――“面”。三者之间的区别具体见表2。
5.“3S”技术的应用解题技巧
（1）利用“点”与“面”判断全球定位系统（GPS）。
全球定位系统（GPS）的主要功能是定位和导航，它的最大特点是工作对象是一个“点”或“多个点”，明显区别于遥感系统（RS）和地理信息系统（GIS）的工作对象――“面”。在“3S”技术中选取适当手段时，要看其工作对象是“点”还是“面”，如果是“点”则选用全球定位系统（GPS），如果是“面”则选用遥感（RS）或地理信息系统（GIS）。
（2）利用“想”与“看”区分遥感（RS）、地理信息系统（GIS）。
地理信息系统（GIS）是地图的延伸，其主要功能是进行空间数据的分析和处理。对“事象”的发展变化进行预测、评估，需要计算、思考，即“想”，凡是需要“想”的选地理信息系统（GIS）。遥感（RS）是人的视力的延伸，主要功能是收集信息，即“看”，只“看”不用“想”的选用遥感（RS）。在实际的做题过程中，当题干中出现“监测”“面状地物空间信息的获取”时，一般用到的技术就是遥感（RS）。
三、命题预测
地理信息技术的应用在历年高考中都是命题的热点，出现频次高，预计在2015年的高考试题中也将是热点之一。地理信息技术在国土整治、资源调查、生态环境监测、灾害监测与救援等方面的应用日趋广泛，此方面命题趋势较强，应予以关注。此外，由于对“3S”技术的考查更加细化，这就要求学生不能死记硬背，而是要弄清其具体原理，只有这样，才能以不变应万变。
四、强化训练
（原创）最新研究显示，2014年3月北极的海冰范围仅为平均1480万千米2，这一数据比近30年来同期的平均水平少了73万千米2。因此，照这种趋势发展下去，北极冰盖可能在未来几十年的某个夏天有完全融化的风险。据此完成1～2题。
1.要监测北极冰川面积的变化，应用的主要技术手段为（ ）
A.RS
B.GPS
C.GIS
D.数字地球
2.要想动态显示北极冰川面积近30年的变化状况，并预测其变化趋势，需要应用的技术手段为（ ）
A.RS
B.GPS
C.GIS
D.数字地球
3.（改编）科技人员开发了一种随身携带的伴行包，以便家人能及时找到迷路的老人，图3反映了寻找老人的过程。图3中伴行包和服务商采用的技术分别是（ ）
A.GPS和RS
B.RS和GPS
C.GPS和GIS
D.RS和GIS
（原创）图4示意某地理专题研究小组绘制的地理信息系统图层，读图完成4～5题。
4.叠加丙图层与丁图层可以研究（ ）
A.河流分布
B.地形特征
C.商店布局
D.客货流量
5.在公路建设确定走向过程中，需要叠加的图层有（ ）
A.甲与乙
B.甲与丁
C.乙与丁
D.甲、乙、丁
（改编）读车载GPS导航监控原理示意图（图5），完成6～7题。
6.图5中M表示（ ）
A.制作GPS接收机
B.分析交通状况
C.生成电子地图
D.计算三维坐标
7.车载GPS通过公共电信网络传给交通监控中心的信息是（ ）
A.车载GPS所在道路的拥堵状况
B.车载GPS所在地的地理坐标
C.车载GPS所在车辆的违章信息
D.车载GPS规划的导航路线
（原创）截至2014年1月，我国321个地级市开展了数字城市建设，其中已有190个完成建设并投入使用。全国累计开发涉及国土、房产、公安、环保等几十个领域的2500多个应用系统，有力促进了城市管理水平的提升。据此完成8～9题。
8.有关“数字城市”的叙述，正确的是（ ）
A.“数字城市”就是指因特网
B.“数字城市”就是“信息高速公路”
C.“数字城市”是用数据通信技术使城市信息的表达方式日益“数字化”
D.“数字城市”只能方便人们的生活，并不能创造实实在在的财富
9.“数字城市”应用的技术有（ ）
①高速网络技术②RS技术③GIS技术④虚拟现实技术⑤GPS技术
A.①②④
B.②③⑤
C.①②③⑤
D.①②③④⑤
10.（原创）阅读材料，回答下列问题。
材料一 2013年11月7日，中国南极科考队乘“雪龙”号从上海起航，开始了中国第30次南极科考。此次科考任务艰巨、意义重大，除了建立中国第四个南极科学考察站――泰山站之外，还要首次执行环南极考察航行任务。
材料二 2014年5月，美国航空航天局（NASA）一项研究结果称：南极西部巨大冰川“冰盖”的融化已无法控制，冰川融化速度进一步加快。该研究小组利用人造卫星的雷达等设备对过去40年的观测记录进行了详细分析，结果显示南极西部的冰盖融化后流入大海的速度加快，冰盖的厚度也日趋减小。
（1）我国极地科学考察和研究持续开展了近30年，采集了大量极地科学数据，对这些数据的管理可利用地理信息技术中的_________。对这一技术的利用，叙述错误的是（ ）
A.方便查阅南极地区的三维地图及地图信息
B.可以对南极附近地区冰川、海岸线的变化进行观察分析
C.对防止极冰融化提供治理的技术
D.对地物相关信息的分析采用数字化处理
（2）这支南极科考队在前进过程中想要随时知道自己前进的方向和所处的地理坐标，需要用到的地理信息技术是什么？利用了该项地理信息技术的哪些特点？
（3）全球气候变暖导致南极冰川不断融化，动态监测南极冰川和海岸线变化要利用到的地理信息技术为_____；冰川的融化会导致海平面不断上升，监测海平面上升需要的地理信息技术为__________。
（4）试说明地理信息系统在南极科考中的具体应用。
【参考答案与解析】
1.A人们在航空器或航天器（如人造卫星）上利用一定的技术装备从高空“看”冰川变化应用的是遥感技术，是人的视力的延伸。
2.C预测冰川变化趋势是对空间数据的分析、处理，应用的是GIS技术。
3.C老人的伴行包内配有GPS手持机，它可以随时向服务商发出无线信号，家人通过GPS信号接收机，获得服务商发回的信息；服务商再利用地理信息系统（GIS）分析老人的去向，从而获得老人的位置。
4.C丙图层是交通分布，丁图层是人口分布，与人口和交通密切相关的是商业布局。商业布局有两大原则，即市场最优与交通最优。
5.D交通建设首先要考虑尽可能多地连接居民点，以获得经济效益；在具体选线上，要考虑到地形和河流等自然条件，以降低建设成本。
6.C车载GPS导航监控原理示意图中，M表示将纸质地图信息、地名坐标信息，通过M方式提供给车载GPS，由此可以判断M表示生成电子地图的过程。
7.BGPS的功能是空间定位和导航，车载GPS给驾驶员提供车子的位置、行进速度和方向；通过公共电信网络传递给交通监控中心的是车载GPS所在地的地理坐标。
8.C“因特网”“信息高速公路”只是“数字城市”的一部分。“数字城市”不仅能方便人们的生活，还能创造财富。
9.D“数字城市”是“数字地球”的一部分，凡是“数字地球”用到的技术，同样适用于“数字城市”。
10.（1）GIS C
（2）GPS。全球性、全天候、连续性和实时性等特点。
地理信息技术学范文第8篇
地理信息技术是以现代信息技术为技术基础,以全球卫星定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)等空间信息技术为手段,以计算机、现代网络和通讯技术为技术支撑,为实现快速、高保真、大容量地获取、处理、分析、应用、传输、存储和管理与空间位置有关的数据而建立起的一个技术体系。地理信息技术的快速发展为农业数字化建设和自动化、智能化管理提供坚实的技术基础,并逐渐成为以可持续发展为目标的精准农业技术体系的核心技术。然而,国内外关于地理信息技术应用于精准农业的研究基本上仍是集中于面向大田作物生产的精准农作中的3S技术应用,而没有较全面地研究地理信息技术在整个精准农业体系中的地位和作用。本文旨在探讨地理信息技术在精准农业中的应用前景和问题,为3S技术在精准农业中应用提供思路。
2地理信息技术发展现状
以GPS/GLONASS,以及欧盟即将通过“伽利略”计划建立起的导航卫星系统为代表的全球卫星定位技术具有快速、方便地获取高精度位置信息的优势。目前,差分定位(DifferentialGPS,简称DGPS)系统的定位精度可达到亚米级水平,实时动态差分(RealTimeKine-matic,简称RTK)技术能够在野外实时得到厘米级的定位精度,特别是美国政府取消GPS数据精度选用政策(SA),GPS的民间用户将能够使定位精度提高10倍。因此,全球卫星定位技术将在很多领域逐渐取代常规的光学和电子测量定位仪器。卫星定位技术与现代通讯技术的结合,使空间定位技术发生巨大变革,为信息化农业获取高精度定位信息提供了技术保障。遥感技术蓬勃发展,能够获取多传感器、多时相、高分辨率(空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率)的直接或间接反映地球表层地物光谱特征的遥感数据。极高分辨率的卫星遥感影像(如0.61m分辨率QuickBird)民用化和商业化,能够满足大比例尺的农业、资源环境等领域的应用,将成为信息获取的重要数据源。高光谱遥感的发展,展现出遥感在农业中应用的蓬勃生机。在遥感影像处理方面,引入多源信息融合技术和智能专家系统使遥感信息提取迈上一个新的台阶[9]。地理信息系统正向网络化、组件化发展[10],GIS逐步融入IT主流,其应用正走向企业化和社会化。GIS传统功能日臻完善,如查询统计、空间分析、编辑、地理数据可视化、制图等;系统分析和设计全面采用面向对象技术(OOA&OOD),以及空间数据库技术的发展等都为GIS在农业中应用提供很强的理论和技术基础[11]。所有这些核心地理信息技术的发展为精准农业田间信息获取、分析、管理和决策,以及系统集成研究与实践提供了技术基础。
3精准农业技术思想
3.1精准农业的技术思想
上世纪80年代初期,根据农田内以米为单位的小区作物产量、生长环境条件等具有明显的时空差异性,国外学者产生了对农作物实施定位管理(Site-specificManagement)、根据实际需要进行变量投入(VariableRateTechnology)等农业生产的精准管理思想,进而提出了精准农业(PrecisionAgriculture)的概念。精准农业的思想实质就是通过各种技术手段来获取农田内不同单元小区的农作物具体生产环境信息,并根据这些信息确定各个小区内的最为经济和科学合理的农业生产投入,达到获得经济、环境等方面最高回报的目的,从而实现农业生产的精准管理[2,3]。
3.2精准农业技术体系
精准农业强调经济、生态和社会效益的统一,实现定位、定量、定时的最优化生产管理,由此可见,精准农业是一种基于空间信息管理和变异分析的现代农业管理策略和农业操作技术体系,以地理信息技术为主体的信息技术是精准农业的技术核心,基于知识和先进技术的现代农田精准农业技术体系至少包括以下方面:地理信息技术(GIS、RS、GPS)、生物技术、农业专家系统(ES)、决策支持系统(DSS)、工程装备技术等[13]。通常所说的精准农业的核心是强调减少种植管理过程中的农业投入,因此研究将精准农业分为田间信息获取、信息分析处理、决策分析、精准实施4个过程[12]。精准农业的目标不单是尽量减少投入,更重要的是要获得经济、环境等方面的最高回报,因此笔者认为整个精准农业种植循环过程应该经过产前规划、产中种植管理、产后分析、产后加工和产后销售等5个环节。其中产中种植管理是体现精准农业核心思想的重要环节,几乎涉及精准农业技术体系中的所有技术。目前,国内外研究的核心在于种植管理中的时空变异信息获取与提取(传感器、遥感软硬件研制)技术、信息处理与分析方法、决策分析集成系统,以及携带DGPS的智能农机系统,这些正是精准农业实施和推广必须解决的关键技术。
3.3精准农业发展现状
20世纪90年代以来,发达国家许多学者着力于研究运用高新技术提高农业劳动生产率和农资利用率,以达到经济效益、生态效益和社会效益的最大统一,最终实现农业生产可持续发展。他们的研究取得了令人瞩目的成果,并建立了若干支持精细农业技术的示范应用系统[1,4～7],如美国CaseIH公司的AFS(AdvancedFarm-ingSystem)、英国MasseyFerguson的FieldStar、美国JohnDeree公司的GreenStar等。在实践过程中,也已经获得较好的效果,精准农业在大农场生产中已得到较广泛的应用,并且许多成熟的技术已经形成。据统计,到1995年,美国约有5%的作物面积上不同程度地应用了精准农业技术[12],在西方发达国家,精准农业技术思想也逐渐被农场管理人员了解和接受,并且成立了许多以精准农业为基础的服务机构。近年来不仅西方发达国家对精准农业的技术实践引起重视,在日本、韩国、巴西、马来西亚等国亦已开始了试验示范研究[8]。在我国,从事农业研究的人员首先开始了精准农业研究,随后生物技术、信息技术、地理科学和生态学研究人员对此表示了浓厚的兴趣,并且先后开展了关于技术体系、发展策略等方面的研究[14～23]。但从总体上我国对精准农业的研究还处在引进和消化吸收阶段,还没有形成较为系统的学术思想和技术体系。目前已经在北京和上海建成两个精准农业示范区。
4地理信息技术在精准农业中应用
精准农业实施的前提是及时采集分析土壤肥力和作物生长状况的空间差异信息,生成田间管理处方,以实现精准的定位和定量的田间管理,因此,地理信息技术应在精准农业中扮演重要的角色。国外关于精准农业的研究基本上仍是集中于利用3S空间信息技术和作物生产管理决策支持技术(DSS)为基础的、面向大田作物生产的精准农作技术,而没有较全面地研究地理信息技术在整个精准农业体系中的应用。
4.1全球定位系统应用
GPS技术为土壤类型、土壤肥力特性、水分、作物生长发育状况、病虫草害及农作物产量等田间信息采样和决策方案的田间实施提供准确的空间位置信息。在精准农业中,GPS作用主要有三点:控制测量、农田信息采集定位(采样定位和遥感信息定位)和控制导航。目前,GPS应用研究主要在研制基于移动电脑或掌上电脑的农田信息采集系统和携带GPS接收机的智能农机系统两个方面。如美国FieldWorker公司的基于掌上电脑的信息采集软件FieldWorker能很好地满足精准农业农田信息采集的需要;美国Trimble公司的AgGPS160PortableComputer能实现田间成图、各种作物及其生长环境属性信息记录、获取来自各种田间环境传感器的信息。智能农业机械在田间进行农作生产时通过GPS获取的精确定位信息实施导航监控,同时能够实时获得农作物生长状态信息和与之相关的空间位置信息。目前智能农机应用研究最为成功的是带有GPS定位系统的能够获取田间作物产量信息的联合收割机[24]。变量施用机具是精准农业的田间实现,国内外的研究均很多,如变量施肥机、变量播种机、变量灌溉和喷药机等,其中变量施肥是精准农业变量施用技术的第一项内容,也是研究最多的项目,但无论如何,单纯用于农田信息采集的软件系统将随着遥感在农田信息获取应用的不断深入而被淘汰,取代它的将是集成GPS的遥感系统与智能农机系统。可以预见,集成GPS的遥感成像系统将在获取田间“空间差异”信息方面发挥巨大作用。
4.2遥感应用
田间时空变异信息获取方式有传统田间采样测试、GPS田间信息采集、智能农机系统作业采集和多平台遥感信息采集系统。然而遥感能够以“无损测试”方式方便、及时、准确地获取反映较大面积内的“面状”地物性质与状态信息。而其它方式获取的“点状”信息显然不足以了解全局,而且人工采样都会对作物造成不同程度上破坏。因此遥感将在实现大面积情况下作物长势与营养实时诊断中发挥不可替代的作用。目前遥感应用研究主要集中在对地面光谱测量数据和采样测试相关数据的分析,建立遥感数据与土壤状况或作物生物物理化学参数(如叶面积指数、叶绿素含量、土壤特性等)之间的相关关系,结合作物生态生理过程间接获取作物农学特性(作物冠层营养水平、籽粒与生物质产量、质量等信息)。在大面积农作物宏观长势监测、农作物宏观估产、农情宏观预报、农业资源调查等方面,遥感已经发挥其应有的作用,而且研制出了可行的技术路线[28,29],如东北玉米、华北小麦和南方水稻估产精度达到90%以上。高光谱遥感是遥感发展的一个重要趋势,光谱分辨率达到纳米级的高光谱遥感数据可以很好地描述作物的“红边”特性(红边位置、红边斜率、“红移”、“蓝移”),区分作物叶片生化成分、含量及其变化[27],还可以用来减弱土壤对作物光谱的影响,作物具有一些明显的、独特的吸收特征。作物生物物理和生物化学信息是研究理解植被生态系统过程和生理机制的重要参数,是诊断植物营养状况的重要依据,国内外许多学者已经涉足高光谱遥感在植被生物物理信息和生物化学信息提取方面的研究[25,26]。高光谱遥感以其高光谱分辨率特性所携带的丰富光谱信息为遥感应用带来了强大的活力,通过分析高光谱植被指数与农作物特征的关系,选择表征农作物特征的特定波段和光谱参量可以较好地反演作物生物物理和生物化学信息。在精准农业体系中,遥感(特别是高光谱遥感)将为精准农业实施提供大量的田间时空变化信息,遥感技术将成为监测土壤和作物养分变化、水分胁迫和病虫害等的主要数据源。由于航空、航天遥感成本较高,而且受信息获取的滞后性、信息分析处理方法等因素的限制,目前许多学者开始研制基于地物光谱特征,并用于田间低成本间接测定作物养分和生化参数的仪器和工具,如NDVI测量仪、LAI测量仪、谷物品质测量仪等,这在卫星和航空遥感技术进一步发展和成熟前,正在被发展为高密度获取农田信息的技术手段。
4.3地理信息系统应用
GIS在精准农业技术体系中的地位举足轻重,其作用不仅在于从田间信息采集、信息处理与管理、信息分析,到田间决策方案实施的整个种植管理过程,而且贯穿规划、种植管理、产后分析、产后加工及销售的整个种植循环过程。这要归功于精准农业实施对空间信息的依赖性。在精准农业体系中,GIS不再是一个孤立的系统,而是围绕精准农业核心思想而提供较全面的地理信息服务的平台,而且该平台与其它系统或用户之间通过信息交换而紧密联系。概括来说,这种地理信息服务主要包括信息管理服务、信息交换与更新服务、信息决策分析服务和信息服务等4项,如图2所示。
4.3.1农田信息管理
农田信息具有多源性,具体表现在存储格式多样性、多尺度性、获取方式多样性,另外还包括系统或数据库数据组织的复杂性。通过GIS平台,在融合多源数据的基础上建立农田管理系统,实现对多源、多时相农田信息的有序管理和分析,这是精准农业实施的基础,其作用表现在数据组织和集成管理、空间分析查询、空间数据更新与综合处理、可视化分析与表达。GIS为田间信息采集提供基础信息,也为田间变量实施决策分析提供信息源,因此农田地理信息系统是精准农业实施的信息管理员。目前GIS在国外精准农业应用中还处在农田边界图管理、土壤肥力管理、产量分布图管理分析和GIS制图阶段,并没有充分发挥GIS应有的作用,相应的管理软件也不成熟。虽然经过几十年的发展,国外许多GIS产商开发了诸如ArcGIS产品系列、MapInfo系列等通用GIS软件,但这些软件与农业生产有关的功能只是很小一部分,而且它们价格昂贵。然而,应用于精准农业的GIS应用系统应该是小型廉价且适用的农场信息系统FIS(FarmInformationSystem)。因此根据农业信息采集、存储和处理分析的特点,研发功能针对性强的FIS是农业GIS发展的一个方向。
4.3.2信息更新与交换
信息更新与交换服务是服务平台的重要组成部分。数据是系统的血液,平台的生命力在于信息的现势性及可更新性。信息更新一般分为两个层次:一是不定期的局部数据更新;二是周期性的全局数据更新。信息交换是信息进出服务平台的通道,解决服务平台与各种数据采集系统、应用系统之间的数据交换问题。遥感信息的特点决定了它必将成为农田信息获取的主要手段,然而从遥感获取的不是直接用于精准农业的信息,如土壤水分、作物冠层生化参数等,而需要通过分析建立遥感信息与土壤和作物生长状态相关的参数之间的关系,这是限制遥感信息应用与农业信息获取的“瓶颈”。GIS的参与将为遥感信息提取提供新的思路,提供背景数据和分析方法。遥感和地理信息集成研究,脱离庞大昂贵的遥感影像处理系统,开发服务于具体应用的遥感和GIS集成系统,是GIS应用于农业的又一个重要方向。
4.3.3决策分析
决策分析服务是整个地理信息服务平台的核心部分,利用已有的信息,根据不同应用目的,集成相应的知识和模型,分析生成供决策服务的知识,这是地理信息技术在精准农业应用中的首要目的。信息分析服务是一个知识挖掘的过程,其关键是GIS与专家系统、模型库系统集成,其集成程度决定分析效率和分析结果的可靠性。决策分析可以归纳为产前规划评价分析、产中监测与控制分析,以及产后分析与销售管理。规划评价主要利用区域自然要素、社会经济要素、产量历史数据、作物品种特性等进行农业区的规划、种植区划、作物种植适宜性评价和作物品质区划,这方面的GIS应用研究取得了一定的进展[32,33]。实现以高产、高效、优质和实时管理为目标,为农业生产提供一个合理、详细、完整的农田作业规划,它是精准农业实施的基础。如通过分析产量数据、肥力水平和作物生长的适宜性,选择合适的品种、肥料和农业机械设备,制定合理的耕作计划。监测与控制分析是信息分析决策服务的一个重要内容,是最能体现精准农业核心思想的内容。将GIS作为决策分析的平台为精准农业实施提供决策和控制的依据是其在精准农业中的另一个发展方向。通过GIS集成作物栽培管理辅助决策支持系统与作物生产管理与长势预测模拟模型、投入产出模拟模型和智能化农作专家系统,根据作物长势和其背景状况做出诊断,提出科学处方,调控操作。将不同类型的地理数据,如土壤、作物、气象和土地历史等,与水分运动、溶质运移、农药渗漏、作物生长、土壤侵蚀等各种模拟模型和专家知识和推理机整合,产生支持定位实施的“农作处方”,这一切都需要集成模拟模型和专家系统的GIS应用服务平台的支持。也正是GIS的这一功能才使得用于变量作业的农艺处方生成得以实现,同时也能够通过专家系统实现精准农业实施中的自动控制。国内有学者开始研究采用GIS进行施肥推荐处方生成[30,31]。
4.3.4产后分析与销售管理
从精准农业实施的经济效益和产业化角度考虑,GIS在精准农业中的应用并没有随着精准农业田间实施全过程的结束而终止,它还在后续工作中起着重要作用。利用产后产量分析为下一种植循环的规划提供决策信息,这是当前国外精准农业体系中注意得比较多的一项内容,但仅此而已,它们并没有从市场销售角度考虑GIS的应用。目前,作物生产已开始由单纯追求高产模式向优质、专用和高效的方向转变,利用品质监测信息可用于指导粮食分类加工,大幅度提高加工品质和附加值,这是产后基于GIS分析的又一个内容。市场分析是根据作物产量和品质,以及社会经济要素进行分析,用于指导粮食销售价格和销售方向,从而提高粮食生产的经济效益。销售管理主要对客户和粮食配送的管理,分为客户关系管理和物流管理,它是提高粮食销售管理效率的必要前提。因此研发为精准农业服务的产后市场分析和销售管理的应用软件是GIS应用于精准农业中的一个重要补充,具有较大应用前景。
4.3.5空间信息
利用GIS进行空间信息服务是精准农业体系中“空间变异信息”的重要消费者,它通过Internet或无线(有线)通讯向公众原始和分析结果信息。的空间信息可以包括农田作物长势监测信息、作物产量及品质监测和预测信息、产品供需分布信息等,空间信息将使地理信息技术在精准农业中的应用走向社会化,这是产业化发展的重要方向。
5应用前景与产业化发展