2019学年高中地理第三章地理信息技术应用第一节地理信息系统及其

第一节 地理信息系统及其应用

[学习目标] 1.了解地理信息系统的概念及其发展。2.掌握地理信息系统的基本组成，理解地理信息系统在城市管理中的作用。

一、地理信息系统

概念 它是一种以采集、存储、管理、分析和描述地球表面与地理分布有关数据的空间信息系统，简称GIS 除了一般的存储、管理数据外，还能显示数据的空间分布，并具有强大的空间查询、分析、模拟、统计和预测等功能 开拓期→巩固发展期→大发展期→用户时代 GIS人员、GIS软件、硬件设备、地理数据、应用模型 计算机主机、数据输入设备、数据输出设备、数据传输设备、存储设备 地理数据的输入：将收集好的各种数据资料，经主要包括地理数据的输工作过程 入、存储，地理数据的操作和分析，以及地理信息输出等环节 过分类和格式转换后，就可输入到计算机中。其中对图形数据的输入，常用的方法是扫描纸质地图后进行数字化处理 GIS数据存储：采用“分层”技术，将地图中的不同地理要素，存储在不同的“图层”中。将不同的图层进行重叠，就形成了不同主题的地图 地图数字 化过程 纸质地图→扫描→图像处理→图像拼接→图像剪裁→图像配准→矢量化→编辑与修改。GIS可输出地形图、专题图和剖面图，也可以输出三维地图 功能 发展阶段 组成 硬件设备

1.“GIS地图”和“普通地图”的区别是什么？

答案 普通地图是用比例尺、方向、图例、注记及等值线来表示地理事物的有关内容，而GIS地图则是地图的延伸，它通过采集、处理数据，建立模型来表示地理事物的有关内容。 2.如果将GIS用来监测森林火灾，可以做哪些方面的工作？

答案 GIS是处理地理空间数据的计算机系统，它可以将最新的资料经过处理后及时提供给研究、规划和决策等人员使用，因此，在监测森林火灾时可以及时知道火灾地点、范围，分析火势蔓延方向，制定灭火方案等。 知识点拨 地理信息系统的工作过程

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城市规划是地理信息系统的重要工作。GIS数据存储采用“分层”技术，即将地图中的不同要素，存储在不同的“层”中。将不同的“层”要素进行重叠，就形成不同主题的地图。GIS中，不同类型的地理空间信息储存在不同的图层上，叠加不同的图层可以分析不同要素间的相互关系。据此完成1～2题。

1.城市交通图层与城市人口分布图层的叠加可以( ) A.为商业网点选址提供依据 B.分析建筑设计的合理性 C.计算城市水域面积 D.估算工农业生产总值

2.对1985年与2010年城市土地利用图层进行分析，能够( ) A.计算交通流量的变化 B.预测洪涝灾害的发生 C.了解城市地域结构的变化 D.预测城市降水变化的趋势 答案 1.A 2.C

解析 第1题，GIS是地理信息系统的缩写。它能对地理空间数据进行输入、管理、分析和表达。商业活动与交通区位和人口分布关系十分密切，故交通图层与人口图层叠加可以为商业网点选址提供依据。第2题，城市土地利用类型的变化能够反映城市地域结构的变化，土地利用变化不能反映出交通流量的状况，洪涝是天气与地形共同作用的结果，降水变化与天气状况有关。

方法技巧 GIS图层叠加示意图的判读方法

(1)首先要明确GIS图层叠加示意图是由哪些专题图层组成的，由于这些专题图层是由许多具有空间属性的数据在计算机中生成的，所以它们分别反映了某种专题地理事物的空间分布特征。

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(2)其次要明确不同的专题图层反映的地理事物之间的空间联系。例如从水系图层中可以找到河流的上游地带，而河流的上游从地形上看往往是山地，其在地形图层中则反映为等高线较为密集，有一定的坡度等特征；在水系图层中也可以找到河流的下游，而河流的下游在地形图层上常表现为等高线稀疏且数值较小，该地区在土壤分布图层上则常表现为土层深厚、肥沃，在区域城市分布图层上则常表现为聚落或城市密集的特点。

(3)最后要明确图层叠加之后会形成一个可以反映多个地理要素分布特征的新图层，在新图层中的某个位置上，我们就可以综合考虑各个要素，进行人类生产、生活活动场所的选择或评价。

二、地理信息系统与城市管理

1.应用领域：资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通信、交通运输、公安、水利、公共设施、商业金融等。

2.在城市建设和管理中的典型应用：城市规划和管理、基础设施管理、土地利用与管理、生态环境管理。 知识点拨

1.地理信息系统可以解决的四类基本问题 (1)与分布、位置有关的基本问题。

GIS可以方便地查询地物的位置、地物的相关属性。也可以用地物属性来查询地物位置。显示了GIS对信息空间表达的功能，它实际是回答了以下两个问题： ①“地点”：对象(地物)在哪里？

②“状况”：哪些地方符合特定的条件，对象(地物)的属性。 (2)趋势分析

GIS能够了解地物随时间变化的过程，分析该地物发展趋势，即回答“从何时起发生了哪些变化？” (3)模式问题

对象的分布存在何种空间模式，即揭示各种地物之间的空间关系。通过GIS建立地物分布及其组合的空间模式，进而分析模式各要素间的空间关系。 (4)模拟问题

利用数据及已掌握的规律建立模型，就可以模拟某个地方如果具备某种条件时将出现的结果，即回答“如果……将如何”。

例如，高程与被淹没地区的关系、温室效应与海平面上升的关系。 2.地理信息系统在城市管理中的应用

应用 可解决的基本问题 举例说明 3

城市信息管理与服务 向城市居民提供日常工作与生活所需的各种信息 是城市规划管理的重要工具，进行城市规划设计、工程选址等 GIS可将有关道路的路况、交通流量、沿线环境等空间和属性信息如提供旅游景点分布及详情；提供商业网点的布局及各自特色 如规划部门可以把用地资料记录到数据库里随时查询和统计，并用三维影像显示市貌，以分析城市现状 如查询空间信息：某个加油站的坐标位置；查询时间信息：某辆车某一时刻处于什么位置及某时间某路段的车流量等 如为提高火灾防救工作的针对性，可建立各防火区的火灾信息系统，并建立相应的救护路线模型和灾后损失评估模型等 如对城市大气、水、土地、植被、噪声等方面的信息进行综合管理和处理，可以实现环境信息的共享等 城市规划 城市道路交通 显示出来，使管理者对道路信息一目了然；提供多种类型的查询等 可以实时跟踪灾害的发生、发展城市抗灾防灾 过程，对灾害进行快速分析、评价和模拟，并辅助开展灾后的应急和恢复工作 广泛应用于城市环境管理工作的各个方面 城市环境管理

GIS是用于空间分析的计算机系统，某中学地理小组将它作为课题研究。据此完成1～2题。 1.下列四图，是同学们为家乡所作的自然、社会经济方面的资料分析图，其中只适宜用GIS数据库软件制作的是( )

2.同学们拟分析家乡人口分布与自然条件的关系，在GIS数据库中，须调用的专题图层有下

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列中的( )

①地形图层 ②土壤图层 ③气候图层 ④人口图层 ⑤商业网点图层 ⑥农业图层 ⑦工业图层 ⑧城市图层 ⑨交通图层 A.①②③④ C.⑤⑥⑦⑧ 答案 1.C 2.A

解析 第1题，解题关键是首先要掌握GIS的相关知识，空间分析能力是GIS的主要功能，也是GIS与计算机制图软件相区别的主要特征。空间分析要求地理事物有明确的地理位置。贫困人口分布的分析是空间性的数据分析，可以用GIS软件处理和分析，故C项正确；A、B、D三项只具有时间性，没有空间性，不需要用GIS软件处理分析。第2题，要调用图中的人口要素和自然要素图层。

B.③④⑤⑥ D.⑥⑦⑧⑨

专项提能12 GIS图层叠加示意图的判读

(1)找图层：GIS图层由许多专题图层组成，它们分别反映了某专题的空间分布特征，如上图分别有水系、土地利用、居民点、地形、土壤图层。

(2)找主题：不同的图层叠加可形成一个主题特征的新地图。如示意图中图层没有，还要找哪些图层，往往某一主题地图需要叠加几种专题地图。

(1)析图层：各个专题地图的叠加，能反映某一主题地图所包含的各地理要素，分析图层信息，判断出主题地图。

(2)析构成：某一主题地图涉及多个图层，综合分析其相关性，分析哪些关系密切，哪些关系不密切，得出构成其的主要图层。

首先要明确GIS图层叠加示意图是由哪些专题图层组成的，其次要明确不同的专题图层反映的地理事物之间的空间联系，最后要明确图层叠加之后反映的地理要素特征。

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叠加图层 人口密度、交通线路及城市规划 河流分布、坡度分布、土石分布 水系、土地利用、居民点、地形、土壤 水系、土地利用、居民点、地形、土壤、水文地质、区域规划 人口密度、行政区划、行政区人口基数 坡向分布、岩石倾斜

新生(应用)主体 新建商业中心选址 泥石流易发区 耕地的分类和评价 深埋垃圾场选址 各行政区人口增长率 滑坡易发区 下图示意某专题研究建立的地理信息系统(GIS)图层。据此完成(1)～(2)题。

(1)该专题研究可能是( ) A.耕地分类和评价 B.工业分布与交通的关系 C.商业分布和规划 D.学校分布

(2)若利用该地理信息系统进行深埋垃圾场的选址，在下列图层中应增加( ) ①大气污染 ②区域规划 ③造纸厂、印刷厂分布 ④水文地质

A.①② B.①③ C.②③ D.②④ 答案 (1)A (2)D

解析 第(1)题，地理信息系统图层涉及到土壤、水系、地形、土地利用及居民点分布，综合分析各选项可知工业分布与交通的关系与上述图层相关性不明显，商业分布和规划、学校布局等应该与交通运输、人口数量有更密切的联系，故BCD与该图层相关性不密切，只有耕地分类和评价与上述图层联系密切。第(2)题，垃圾深埋易对地下水造成污染，并且会对某些地表功能区的布局产生影响。深埋垃圾场选址应考虑水文地质和区域规划，而大气污染，造纸厂、印刷厂分布与深埋垃圾无关。

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教材P77 活动探究

提示 1.“GIS”一词的出现，要追溯到20世纪50年代。那个时期，由于计算机科学的兴起及其在测量学、地图制图学中的应用，人们开始用计算机来收集、存储和处理各种空间数据，并尝试通过计算机对数据进行分析，为管理和决策提供依据。

1963年，加拿大测量学家R.F.Tomlinson首先提出“GIS”这一概念，并建立了世界上第一个地理信息系统——“加拿大地理信息系统”，用于自然资源的管理与规划。

1965年，美国哈佛大学土地测量专业的一名学生J.Danggermond在其毕业论文中，设计一个简单的GIS系统，并在毕业后于1969年成立了ESRI公司，成为推动GIS发展的重要里程碑。 2.面向数据处理过程的定义：认为地理信息系统由地理数据的输入、存储、查询、分析、输出等子系统组成。

面向专题应用的定义：在面向过程定义的基础上，按其分析的信息类型来定义地理信息系统，如土地利用信息系统、矿产资源管理信息系统等。

工具箱定义：这种定义基于软件系统分析的观点，认为地理信息系统包括各种复杂的处理空间数据的计算机程序和各种算法。

数据库定义：在工具箱定义的基础上，更加强调分析工具和数据库间的连接。

3.进入21世纪，我国有一大批高等院校设立了与GIS相关的专业或学科。如北京大学的地球与空间科学学院设有地理信息系统系，下设地图学与地理信息系统、摄影测量与遥感。 教材P81～82 活动探究

提示 国外GIS软件，如哈佛大学开发的SYMAP系统软件等。国内下列GIS软件在解决实际工程能力和技术创新等方面表现突出，如MapGIS6.6、SuperMapGIS2003、地网V5.0、CitoMap等。

教材P85 活动实践

提示 制作GIS专题简报，可按教材提供的参考步骤进行。 知识小结

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下图是利用地理信息技术制作的“某城市中心城区月交通事故次数示意图”。读图，完成1～2题。

1.该图的制作与应用借助于( )

A.遥感技术获取道路网信息，测定监测点分布 B.全球定位系统确定事故的位置，预测交通流量 C.地理信息系统查询事故频次，分析出警最优路径 D.数字地球技术，实现道路与监测点的互换 2.根据图中交通网络，可以推断该城区( ) A.甲地是城市中心商务区所在地 B.乙地适宜建大型地面停车场 C.对外联系主要通道在西北方向 D.商业网点密度东部大于西部 答案 1.C 2.D

解析 第1题，遥感技术只能显示瞬时交通状况，全球定位系统只能做到对事故地点的准确定位，二者属于数据的采集系统。根据题干可知，该图为“某城市中心城区月交通事故次数示意图”，事故次数的统计只能是地理信息系统工作的范畴。第2题，甲地位于环线，非市中心，也非中心商务区，排除A项；乙地为市中心，地价昂贵，不适宜建大型停车场，排除B项；对外联系的通道呈放射状，东、西较密集，而不是单独集中于西北，排除C项；根据监测点的分布，东部较密集，说明车流量大，商业较发达，商业网点密度应该是东部大于西部。

3.阅读材料，回答下列问题。

济南的张先生打算开一家连锁店，可济南市里已经有十几家这样的分店了，在什么地段开店才能实现利润最大化呢？他从网上调出城市电子地图，对主要商业区、居住区、城市繁华地段进行快速查询统计，各种数据、指标一目了然。他输入自己的期望值，系统很快筛选出5个最具价值的热点区域，并根据人流量、交通状况、周边地段未来发展预测等情况仿真计算出店面经营状况。张先生很快就从中选定了自己最满意的店址。

(1)材料中，张先生在进行店面选址时运用了地理信息系统的______________、

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______________、______________功能。

(2)试说明张先生从网上进行店面选址与人工选址相比有什么优势？

(3)你所在的城市在城市管理中是否出现过运用GIS帮助改善管理状况的情况？你能否借鉴材料中的经验谈一下改进意见？ 答案 (1)查询 分析 模拟

(2)省时省力、方便迅速，能对各备选店址进行模拟，选址更科学有效。

(3)略。(该题的设计主要要求学生要关心社会，要善于把所学知识与实际生产、生活相联系。关于改进意见，只要符合当地实际情况，有道理即可)。

解析 通过认真阅读材料中张先生操作过程中的关键词语，如“快速查询统计”、“系统很快筛选”、“预测”等，就可确定其应用GIS的功能类型。与传统调查分析方法相比，GIS分析需要时间少，节省经费，且科学合理。

40分钟课时作业

GIS即地理信息系统，具有地图处理、数据库和空间分析等功能。GIS可以像传统纸质地图一样，解决“地点”、“状况”等有关查询，且GIS还能进行趋势分析，复杂的“模式”分析，还可以用“虚拟模拟”进行预测性分析。据此完成1～2题。

1.通过地图、遥感图像、野外考察等获得数据的GIS技术程序是( ) A.数据处理 C.数据分析

B.数据采集 D.信息输出

2.GIS与传统地图的最基本差异是( ) A.GIS用点、线、面来表示地物的空间特征和属性 B.GIS用符号表示地物的属性 C.GIS用色彩来表示地物的差异 D.GIS用数值表示地物的空间数据 答案 1.B 2.D

解析 第1题，获得数据的过程是数据采集。第2题，传统地图通过不同的符号、色彩组成的点、线、面来表现地理事物的空间分布，而GIS在建立数据库时，首先要对纸质地图、文字及非数字形式的资料进行数字化处理。

下图是某地山体滑坡后堵塞河道形成堰塞湖的影像。读图，完成3～4题。

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3.图中堰塞体垮塌后可能会淹没下游沿岸居民点，可快速确定需要转移人口区域的技术是( ) A.遥感(RS)

C.全球定位系统(GPS)

B.地理信息系统(GIS) D.北斗导航系统(BDS)

4.图中甲、乙、丙、丁四处海拔由高到低的排序是( ) A.甲>乙>丙>丁 C.乙>丁>丙>甲 答案 3.B 4.D

解析 第3题，地理信息系统(GIS)可以利用数据模拟预测自然灾害影响的区域范围、危害程度，给受灾人员、财产的安全有效转移提供依据，故选B项。第4题，从图中可以看出，乙接近于山上的雪线，海拔最高，丙高于堰塞湖湖面，甲位置与堰塞湖湖面高度相当，丁位于堰塞湖下游，海拔最低，所以海拔高度乙>丙>甲>丁。

随着计算机和网络技术的不断发展，传统的纸质地图越来越不能满足人们的需要，电子地图作为一个新兴产品，已经备受人们的青睐。读图，完成5～6题。

B.甲>丙>丁>乙 D.乙>丙>甲>丁

5.根据你对地图的理解和对这两种地理图像的了解，选择正确的选项( ) A.甲属于地图，乙不属于地图 B.甲不属于地图，乙属于地图 C.甲、乙均属于地图 D.甲、乙均不属于地图

6.若你是一位对南京陌生的北京游客，准备到南京游览长江大桥、中山陵和雨花台，下列对地图的使用，最恰当的一项是( )

A.在北京市上网查询南京电子地图，了解旅游景点的分布，确定旅游线路；到南京购买南京市旅游地图，使用南京旅游地图进行旅游活动

B.在北京市上网查询Google Earth，了解旅游景点的分布，确定旅游线路；到南京购买南京市旅游地图，使用南京旅游地图进行旅游活动

C.到南京上网查询Google Earth，了解旅游景点的分布，确定旅游线路 D.在北京市购买南京地图，了解旅游景点的分布，确定旅游线路 答案 5.A 6.A

解析 第5题，甲属于GIS的表达方式之一——电子地图，可以在计算机屏幕上查看，也可

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以打印成纸质地图；而乙则是一种高空俯视景观照片，不属于地图。第6题，我们可以利用网络GIS调出所在或准备到达的一个陌生城市的电子地图，查询目标地点状况以及确定合理的行走路线。

叠加分析就是将同一地区的两层或多层地图要素重叠在一起进行图层和属性运算，产生新的图层和属性的过程。图中甲、乙分别为同一地区两种要素分布图。据此完成7～8题。

7.若将甲、乙两图层进行叠加，得到的新图是( )

8.若甲、乙分别为城市交通网和地租等值线图层，叠加后生成新图层的图形信息是( ) A.城市道路网类型 B.污染工业布局规划 C.城市功能分区结构 D.城市商业网点分布 答案 7.A 8.D

解析 第7题，本题考查学生对图层叠加的把握程度，甲、乙叠加后可得到新图A。第8题，根据上题的原理，城市交通网和地租等值线图层叠加后生成新图层的图形信息是交通线与地租等值线分布，即城市商业网点的分布。

下图示意某地理专题研究建立的地理信息系统图层。读图，回答9～10题。

9.叠加丙与丁图层可以研究( )

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A.河流分布 C.商店布局

B.地形特征 D.客货流量

10.为了较合理地得出丙图，需要叠加的图层有( ) A.甲与乙 C.乙与丁 答案 9.C 10.D

解析 第9题，影响商业布局的主要因素是交通条件和市场因素。第10题，公路建设受自然条件和社会经济条件的综合影响。

利用GIS技术可监控一定地区生态系统的变化情况。以下三幅简图是人们根据GIS技术监控某地区历时多年的某一生态系统演变的卫星图像绘制而成的。据此完成11～12题。

B.甲与丁 D.甲、乙、丁

11.图中不同形状的点代表不同的物种，请分析比较三幅图的信息，该生态系统变化的趋势是( )

A.某一物种的个体数量增加 B.少数物种的个体数量减少 C.部分物种消失，生态环境脆弱 D.生物新物种不断替代原有物种

12.如果图中反映的是某个候鸟栖息地，不同形状的点代表不同的物种，请分析比较三幅图的信息，该生态系统变化的趋势是( ) A.更多的候鸟种群适应该地生态环境 B.相同的候鸟种群适应该地生态环境

C.只有较少的种群、较少的个体能够适应该地生态环境 D.生态环境能够不断地为更多的候鸟种群提供栖息条件 答案 11.C 12.C

解析 比较三幅图中代表不同物种点的数量的变化，在此基础上进行正确的趋势分析。 13.阅读材料，完成下列各题。

《基于GIS的供水运营管理信息系统分析与设计》一文中写到：针对供水管网GIS的特点和应用现状，提出建立基于GIS的供水运营管理信息系统。整个系统通过GIS平台上的信息共享与集成，能够实现各类信息的综合、分析和决策，从而深化GIS在供水行业中的应用，有效提高企业的工作效率和管理水平。 在该系统的工作过程中，如果：

(1)让你来对现有的相关纸质地图进行数字化，你将如何进行？请完成操作流程简图。

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(2)在相关数据的存储过程中，可采用“________”技术，在确定交通线路时一般涉及哪些不同的图层？(答3条即可)

(3)如果让你来向公众演示该系统中各类数据之间的关系，你可以为公众提供哪几种表现形式？这些形式可以通过哪几种输出形式输出？

(4)你需要查询某项地理要素，该系统可以向你提供哪几类地图？ 答案 (1)

(2)分层 地形地质、土地利用类型、聚落、交通线路等。 (3)表现形式：图形、地图或表格。

输出形式：计算机的显示器屏幕、绘图仪、打印机。 (4)地形图、专题图、剖面图、三维地图。

解析 第(1)题，地图数字化过程可根据教材P79图3－8绘制。第(2)题，在相关数据的存储过程中，可采用“分层”技术；确定交通线路一般涉及地形地质、土地利用类型、聚落、交通线路等信息的图层。第(3)题，系统中各类数据之间的关系具有图形、地图或表格等表现形式；GIS信息的输出可通过显示器的屏幕、绘图仪、打印机等设备。第(4)题，有地形图、专题图、剖面图和三维地图等类型。 14.结合下面材料，回答下列问题。

万安县地处赣中偏南，是著名的优质早稻和脐橙产区。本县根据气候、地形和土地利用等因素，采用地理信息系统和气候区划方法，对早稻和脐橙种植区进行综合气候区划，使农业走上了可持续发展道路。

(1)材料中，万安县脐橙种植区划运用了地理信息系统的哪些功能？ (2)除气候要素外，你认为该农业区划数据库的建立还需要哪些地理图层？ (3)根据材料，试分析赣南成为“中国脐橙之乡”的优越自然条件。 答案 (1)分析、模拟与统计功能。

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(2)地形图层、水文图层、土地利用和土壤图层。

(3)气候温暖湿润，光热丰富，雨热同期；地形坡度平缓、土层深厚、土壤肥沃、灌溉水源充足。

解析 材料中万安县脐橙种植区的区划体现了GIS在农业生产中的应用，包含了GIS的分析、模拟、统计等功能。从影响脐橙生产的条件分析，农业区划应包括地形、水文、土壤等地理要素。赣南地处亚热带，水热充足，光照丰富，加之地形、土壤适宜，成为“中国脐橙之乡”。

分，小共题（读阅本文类述论）一念理活生范规和导指助辅为涵内化定特了入融渐逐后以段阶级初验经累积炼提中从这知官感界然自于源来多更识认前之成形会社在。程过史展发明文是也，究研的彩色对类人成形渐逐中程过展发明文俗追衷热各又落部代同不统传教宗境环理于后此四共通白天有具壳贝骨兽加再黄壤大黑化碳由红里液、粉矿铁赤单简来得按直界然自从限局只所民初始原的时那但等志标腾困动彩器陶量力求祈体身抹血鲜或土赭以；面场猎狩和物猜绘涂上壁岩窟洞如。了色颜用使地能本就前之纪世河冰在类人，实证究研古考据 14

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