第十一章地圖的形成與發展第5篇地圖和數字地圖第三節地圖的應用1.閱讀地圖1.1普通地圖的閱讀1.2專題地圖的閱讀2.地圖閱讀方式方法2.1一般閱讀2.2量算閱讀2.3綜合閱讀2.4推理閱讀1.閱讀地圖1.1普通地圖的閱讀普通地圖閱讀內容主要包括：輔助要素，如圖名、圖號、圖例、坡度尺等；數學要素，如地圖投影、比例尺、三北方向偏角圖等；圖形要素，如水系、地貌、土質、植被、境界線、獨立地物等。··首都省級行政中心一般城鎮洲界國界未定國省,自治區,直轄市界地區界鐵路公路長城運河河流,湖泊時令河,湖水庫,渠道等高線山峰關隘沙漠沼澤常見圖例地圖的基本要素小結1.讀圖名2.讀比例尺和方向3.讀圖例和注記4.讀地圖內容

讀地圖的基本方法和步驟地圖投影在普通地圖（尤其是地形圖）上，有關地圖投影的閱讀主要是識別經緯網及有關的坐標網、控制點。地圖比例尺圖上方里網間隔/cm相應實地距離/km1:100001011:25000411:50000211:10000022計算：如比例尺為1:10000，表示1厘米代表100米，弱圖上方里網格為10cm，則10厘米則表示1000米，即1km。比例尺同一地區，比例尺愈大，則地圖圖形愈大，圖上量測精度愈高，地圖內容越詳細，反之，則相反。三北方向偏角真北方向坐標北方向磁北方向線水系水系是地理環境中起重要作用的組成部分首先閱讀水陸界線，搞清河流性質，是長流河還是時令河；其次閱讀各河段的情況，如河寬、河深等；再次了解渡河的方法，如橋梁、渡口等。地貌地貌的閱讀主要是為了了解一個區域的地勢和起伏狀況，在大中比例尺地圖上，一般采用等高線法表示。等高線圖的高度注記為“海拔高度”（即某個地點高出海平面的垂直距離，我國的海拔是高出黃海海平面的距離。）等高線的基本知識（識圖關鍵）①同線等高；②等高距全圖一致；③等高線是封閉的曲線；④兩條等高（深）線決不能相交（峭壁懸崖處重合）；⑤等高線疏密反映坡度緩陡；

⑥等高線與山脊線或山谷線垂直相交；⑦兩對等高線凸側互相對稱時，為山岳的鞍部；

⑧示坡線表示降坡方向；

⑨幾條特殊的等高線：0米線表示海平面，也是海岸線；200米線區分平原和低丘；500米、1000米線顯示低山丘陵或高原；2000米、3000米線反映中山和高原；4000米反映青藏高原和高山的特征。

一.等高線的概念

地面上高程相同的相鄰各點連成的閉合曲線，稱為等高線。如雨后地面上靜止的積水，積水面與地面的交線就是一條等高線。

將這些等高線沿鉛垂方向投影到水平面H上，并用規定的比例尺縮繪在圖紙上，這就將小山用等高線表示在地形圖上了。二.等高距和等高線平距

相鄰等高線之間的高差稱為等高距，也稱為等高線間隔，用h表示。

相鄰等高線之間的水平距離稱為等高線平距，用d表示。式中

M——比例尺分母。

地面坡度i與等高線平距d成反比。

地面坡度較緩，其等高線平距較小大，等高線顯得稀疏；

地面坡度較陡，其等高線平距較小，等高線十分密集。三.幾種基本地貌的等高線

1．山頭和洼地的等高線山頭和洼地（又稱盆地）的等高線都是一組閉合曲線。山頭的等高線洼地的等高線

山頭內圈等高線高程大于外圈等高線的高程，洼地則相反。

示坡線是垂直于等高線并指示坡度降落方向的短線。

示坡線往外標注是山頭，往內標注的則是洼地。2．山脊與山谷的等高線

沿著一個方向延伸的高地稱為山脊，山脊上最高點的連線稱為山脊線或分水線。

山脊的等高線是一組凸向低處的曲線。

在兩山脊間沿著一個方向延伸的洼地稱為山谷，山谷中最低點的連線稱為山谷線。

山谷的等高線是一組凸向高處的曲線。山脊線、山谷線與等高線正交。山脊的等高線

山谷的等高線3．鞍部的等高線相鄰兩山頭之間呈馬鞍形的低凹部分稱為鞍部，鞍部是兩個山脊和兩個山谷會合的地方。鞍部的等高線由兩組相對的山脊和山谷的等高線組成，即在一圈大的閉合曲線內，套有兩組小的閉合曲線。鞍部的等高線4．陡崖和懸崖的表示方法

坡度在70°以上或為90°的陡峭崖壁稱為陡崖。

陡崖處的等高線非常密集，甚至會重疊，因此，在陡崖處不再繪制等高線，改用陡崖符號表示。

上部向外突出，中間凹進的陡崖稱為懸崖。

上部的等高線投影到水平面時與下部的等高線相交，下部凹進的等高線用虛線表示。石質陡崖土質陡崖懸崖的等高線四.等高線的分類為了更詳盡地表示地貌的特征，地形圖上常用下面四種類型的等高線。四種類型等高線地貌符號的閱讀地貌除用等高線圖形表示外，有些特殊的地貌是不能用等高線表示的，而用特殊的地貌符號表示。主要有：土堆、滑坡、陡崖、梯田、沖溝、干湖等。其它圖形要素土質、植被居民地交通網境界線獨立地物符號1.2專題地圖閱讀專題地圖內容的閱讀類似于普通地圖，只是在表示上比普通地圖更為簡單。1.2.1閱讀專題地圖圖例1.2.2閱讀專題內容（1）類型圖（2）區劃圖（3）分布圖（4）運動線圖（5）等值線圖（6）統計地圖（7）綜合圖統計圖2.閱讀地圖方式方法2.1直接閱讀2.2量算閱讀2.3綜合閱讀2.4推理閱讀第十三章數字地球的核心—3S技術第十三章數字地球的核心—3S技術數字地球（DigitalEarth）就是信息化的地球。從兩方面來理解數字地球：一是將地球上每一點上的固有信息數字化，按地理坐標組成一個三維的數字地球；二是在此基礎上在嵌入所有相關變動信息，組成一個意義更廣泛的多維的數字地球。數字地球的核心是：地球空間信息科學，技術核心是3S，即全球定位系統GPS、遙感RS、地理信息系統GIS。課程主要內容了解GPS技術的發展與現狀GPS技術的發展、GPS系統的建立、GPS系統的組成熟悉GPS的基礎概念坐標系統、時間系統、GPS衛星星歷、導航電文和衛星信號、GPS接收機的類型與工作原理掌握GPS導航與定位的原理

偽距測量、載波相位測量、絕對定位和相對定位、SA和AS政策、導航原理與方法熟悉GPS技術的作用和應用領域

GPS在日常生活、生產應用、科學研究中的作用和應用領域衛星定位技術發展的回顧

1957年世界上第一顆人造地球衛星發射成功，40年來，人造地球衛星技術在通信、氣象、資源勘察、導航、遙感、大地測量、地球動力學、天文學和軍事科學等眾多領域，得到了極廣泛應用。

人造地球衛星的出現，首先引起了各國軍事部門的高度重視。1958年底，美國海軍武器實驗室，開始著手建立為美國海軍艦艇導航的衛星系統，即“海軍導航衛星系統”（NavyNavigationSatelliteSystem——NNSS）。由于該系統衛星都通過地極，也稱“子午(Transit)衛星系統”。1964年該系統建成，并在美國軍方啟用。1967年美國政府批準該系統解密，提供民用。該系統不受氣象條件的限制，自動化程度高，具有良好的定位精度。盡管NNSS在導航技術的發展中具有劃時代的意義，但由于該系統衛星數目少（5-6顆），運行軌道低（1000km）,觀測時間長（1.5小時），無法提供連續實時三維導航，同時獲得一次導航解的時間長，難以滿足軍事要求，尤其是高動態目標（飛機、導彈等）導航要求。而從大地測量看，定位速度慢，一個測站一般平均觀測1-2天；精度低，單點定位精度3-5m，相對定位精度1m，使得在大地測量和地球動力學研究方面的應用，也受到很大限制。為滿足軍事和民用對連續實時和三維導航的迫切要求，1973年美國國防部開始組織陸海空三軍，共同研究建立新一代衛星導航系統的計劃，這就是目前所稱的“導航衛星授時測距/全球定位系統”（NavigationSatelliteTimingandranging/GlobalPositioningSystem）簡稱全球定位系統（GPS）。為使GPS具有高精度連續實時三維導航和定位能力，以及良好的抗干擾性能，在設計上采取了若干改善措施。GPS系統的特點全球性連續覆蓋，全天候工作定位精度高觀測時間短測站間無需通視可提供三維坐標操作簡便功能多，用途廣1.GPS的組成

GPS定位技術是利用高空中的GPS衛星，向地面發射L波段的載頻無線電測距信號，由地面上用戶接收機實時地連續接收，并計算出接收機天線所在的位置。因此，GPS定位系統是由以下三個部分組成：（1）GPS衛星星座（空間部分）（2）地面監控系統（地面控制部分）（3）GPS信號接收機（用戶設備部分）。這三部分有各自獨立的功能和作用，對于整個全球定位系統來說，它們都是不可缺少的。1.1GPS衛星星座組成

共24顆衛星，其中3顆備用，分布在6個軌道面上。軌道面相對地球赤道面的傾角為55°，衛星平均高度約20200km，運行周期11h58m。因此，同一測站上每天出現衛星分布圖形相同，只是每天提前約4分鐘。每顆衛星每天約有5小時在地平線以上，同時位于地平線以上的衛星數目，隨時間地點而異，最少4顆，最多達11顆。GPS系統的空間部分由GPS衛星組成，稱為衛星星座。衛星星座的分布設置要保證地球上任何地點，任何時刻至少可以同時觀測到四顆衛星。1.1GPS衛星星座組成銫原子鐘計算機2塊7m2的太陽能翼板無線電收發兩用機導航荷載（接收數據，發射測距和導航數據）姿態控制和太陽能板指向系統GPS衛星GPS衛星結構雙葉對日定向太陽能電池帆板，全長5.33m，接受日光面積7.2m2。多波束定向天線，這是一種由12個單元構成的成形波束螺旋天線陣，能發射L1和L2波段的信號，其波束方向圖能覆蓋約半個地球。在星體兩端面上裝有全向遙測遙控天線，用于與地面監控網通信。GPS衛星結構采用鋁蜂巢結構、主體呈柱形，直徑為1.5m1.2GPS星座參數衛星：24顆軌道：面6個長半軸：26609km偏心率：0.01軌道面相對赤道面的傾角：55°各軌道面升交點赤經相差：60°相鄰軌道衛星升交距角相差：30°衛星高度：20200km衛星運行周期：11小時58分鐘1.2GPS地面監控部分GPS的地面監控部分由分布在全球的5個地面站組成，其中包括衛星監測站（5個）、主控站（1個）和注入站（3個）。1.監測站：是主控站直接控制下的數據自動采集中心。站內設有雙頻GPS接收機、高精度原子鐘、計算機1臺和若干臺環境數據傳感器。觀測資料由計算機進行初步處理，存儲并傳輸到主控站，以確定衛星軌道。控制站的分布夏威夷卡瓦加蘭狄哥

伽西亞阿松森島科羅拉多1.2GPS地面監控部分2.主控站除協調和管理地面監控系統外，主要任務：1）根據本站和其它監測站的觀測資料，推算編制各衛星的星歷、衛星鐘差和大氣修正參數，并將數據傳送到注入站。2）提供全球定位系統的時間基準。各監測站和GPS衛星的原子鐘，均應與主控站的原子鐘同步，測出其間的鐘差，將鐘差信息編入導航電文，送入注入站。3）調整偏離軌道的衛星，使之沿預定軌道運行。4）啟用備用衛星代替失效工作衛星。3.注入站：主要設備為1臺直徑3.6m的天線、1臺c波段發射機和1臺計算機。主要任務是在主控站的控制下，將主控站推算和編制的衛星星歷、鐘差、導航電文和其它控制指令等，注入到相應衛星的存儲系統，并監測注入信息的正確性。整個GPS系統的地面監控部分，除主控站外均無人值守。各站間用現代化通訊網絡聯系，在原子鐘和計算機的驅動和控制下，實現高度的自動化標準化。1.2GPS地面監控部分接收機調制解調器銫鐘氣象傳感器監測站觀測星歷與時鐘主控站計算誤差編算注入導航電文調制解調器高功率放大器指令發生器數據存儲器和外部設備注入站數據處理機數據處理機L1L2S波段GPS衛星GPS衛星地面監控系統流程圖GPS地面控制部分的作用負責監控全球定位系統的工作：監測衛星是否正常工作，是否沿預定的軌道運行跟蹤計算衛星的軌道參數并發送給衛星，由衛星通過導航電文發送給用戶保持各顆衛星的時間同步必要時對衛星進行調度1.3GPS用戶設備部分用戶部分組成GPS信號接收機及相關設備GPS接收機接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的無線電設備GPS接收機的組成天線、接收機、處理器、控制顯示單元、電源GPS接收機的作用接收GPS衛星發射的無線電信號，以獲得必要的定位信息和觀測量，并經過數據處理而完成定位工作GPS接收機1接收和存儲由地面監控站發來的導航信息，接收并執行監控站的控制指令。2利用衛星上的微處理機，對部分必要的數據進行處理。3通過星載的原子鐘提供精密的時間標準。4向用戶發送定位信息。5在地面監控站的指令下，通過推進器調整衛星姿態和啟用備用衛星。2.GPS衛星的基本功能SPS與PPSSPS–標準定位服務，使用C/A碼，民用PPS–精密定位服務，可使用P碼，軍用美國政府的GPS政策3.GPS定位的誤差源3.1與GPS衛星有關的因素

3.1.1SA（已于2000年5月1日取消）SelectiveAvailability–選擇可用性：人為降低普通用戶的測量精度。方法ε技術：軌道加繞（長周期，慢變化）δ技術：星鐘加繞（高頻抖動，短周期，快變化）衛星星歷是描述衛星運動軌道的信息，是一組對應某一時刻的軌道根數及其變率。根據衛星星歷可以計算出任一時刻的衛星位置及其速度，GPS衛星星歷分為預報星歷和后處理星歷。。

無論采用哪種類型的星歷，所計算出來的衛星位置都會與其真實位置有所差異，這就是所謂的星歷誤差。3.1.2GPS衛星星歷誤差3.1.3衛星鐘差衛星鐘差是GPS衛星上所安裝的原子鐘的鐘面時與GPS標準時間之間的誤差。關于GPS衛星信號GPS衛星所發射的信號包括載波信號、P碼（或Y碼）、C/A碼和數據碼（或D碼）等多種信號分量，而其中P碼和C/A碼統稱為測距碼。衛星信號發射天線相位中心偏差。3.1.4衛星信號發射天線相位中心偏差3.2與傳播途徑有關的因素3.2.1電離層延遲由于地球周圍的電離層對電磁波的折射效應，使得GPS信號的傳播速度發生變化，這種變化稱為電離層延遲。3.2.2對流層延遲由于地球周圍的對流層對電磁波的折射效應，使得GPS信號的傳播速度發生變化，這種變化稱為對流層延遲。3.2.3多路徑效應由于接收機周圍環境的影響，使得接收機所收到的衛星信號中還包含各種反射和折射信號的影響，這就是所謂的多路徑效應。3.3接收機有關的因素

3.3.1接收機鐘差接收機鐘差是GPS接收機所用的鐘的鐘面時與GPS標準時之間的差異。3.3.2接收機天線相位中心偏差3.3.3接收機軟件和硬件造成的誤差3.4其他GPS控制部分人為或計算機造成的影響。｛｝GPS誤差造成GPS定位誤差的因素：由于衛星軌道變化以及衛星電子鐘不準確以及定位信號穿越電離層和地表對流層時速度的變化最為嚴重的誤差則是由于美國軍方人為降低信號質量造成的，這種誤差可高達100米。4.GPS定位方法4.1根據定位所采用的觀測值4.2根據定位的模式4.3根據獲取定位結果的時間4.4根據定位時接收的運動狀態5.GPS應用5.1GPS在智能車輛導航定位中的應用車輛定位行車路線設計路徑引導服務綜合信息服務無線通信功能5.2GPS在測繪中的應用GPS定位技術已完全可以取代常規測角、測距手段來建立大地控制網。GPS在航空攝影測量和遙感中的應用。5.3GPS在地球動力學及地震研究中的應用GPS在動力學中的應用，主要是用GPS來監測全球和區域板塊運動，監測區域和局部地殼運動，從而進行地球成因及動力機制的研究。根據測定的板塊運動和速度和方向，測定的地殼運動變形量，分析地傾斜地應變積累，研究地下斷層活動模式、應力場變化，開展地震危害性估計，做地震預報。6.GPS技術的最新進展GPS在高精度定位、精密測時、連續性等方面有突出優勢，這使GPS已經成為“空間數據基礎設施”中的一個重要組成部分。SPS與PPSSPS–標準定位服務，使用C/A碼，民用PPS–精密定位服務，可使用P碼，軍用SA（已于2000年5月1日取消）SelectiveAvailability–選擇可用性：人為降低普通用戶的測量精度。方法ε技術：軌道加繞（長周期，慢變化）δ技術：星鐘加繞（高頻抖動，短周期，快變化）AS–Anti-Spoofing反電子欺騙–P碼加密，P+W->Y美國政府的GPS政策非特許用戶對美國限制性政策的措施GLONASS全球導航衛星系統Galileo系統北斗系統：我國的第一代衛星導航系統1.GLONASS類似于GPS，是俄羅斯以空間為基礎的無線電導航系統；其前身CICADA與子午系統同期，于1965年設計，有12顆衛星；20世紀70年代中期開始啟動GLONASS計劃1982年10月12日發射第一顆GLONASS衛星1996年1月18日，完成24顆衛星的布局，衛星具備完全工作能力由于經濟原因，現在天空上的GLONASS衛星僅為8顆。2.Galileo背景：GLONASS在軌衛星缺失，GPS獨霸市場

GLONASS、GPS均由軍方控制歐盟：要建立國際民間控制的或歐盟自己的民用導航系統特點：共享的獨立于GPS的無增強條件下的適于海陸空的系統。參股共建，收費。階段：（一）2000年前，可行性評估或定義（二）2001~2005，開發和檢測（三）2006~2007，部署（四）2008，商業運行歐盟為何重視伽利略計劃首先，打破美國在這方面的壟斷地位，為歐盟贏得可觀的市場份額。權威部門預計：伽利略計劃將為歐盟創造１５萬個高技術含量的就業崗位；每年經濟收益有１００億歐元之多；僅出售航空和航海終端設備一項就可在２００８年至２０２０年將獲得１５０億歐元收入。第二，歐盟開發此項目可為歐盟現在極力提倡的歐洲共同安全防御政策服務。第三，歐盟認為，沒有科技上的領先地位，歐盟在將來許多事務中就沒有主導權。Galileo計劃概況伽利略計劃的資金預計為32億到36億歐元系統由30顆高軌道衛星組成，分布在軌道高度為2.4萬千米、傾角為56度的3個軌道面上。基礎設施包括天基和地基兩部分。衛星將為用戶提供精確的時間和誤差不超過一米的全球精確定位服務，與美國GPS和俄羅斯的GLONASS爭奪市場。

3.北斗系統目的：快速定位、實時導航，簡短通訊，精密授時由兩顆地球同步軌道衛星組成星座，衛星結構簡單

定位工作主要在中心站完成，屬于主動式導航定位系統。二維導航和定位，高程結果需要由其他途徑獲得主要的優勢在于軍用：通訊、集團用戶的調度和派遣。北斗系統定位的特點地面中心站用戶S1S2DS1DS2D1D2第二節遙感（RS）遙感（Remotesensing）——通常是指通過某種傳感器裝置，在不與研究對象直接接觸的情況下，獲得其特征信息，并對這些信息進行提取、加工、表達和應用的一門科學技術。航天遙感----人造衛星（地球資源衛星）航空遙感----航空攝影地面遙感----測地雷達、照相機

因為地球上所有物體都在不停地發射、反射、吸收電磁波，而且不同物體對電磁波的發射、反射、吸收的特性不同。

例如，植物的葉子看起來是綠色的，是因為葉子中的葉綠素對太陽光中藍色和紅色波長的光強烈反射的緣故。

物體的這種對電磁波固有的特性叫做光譜特性遙感影像的表現形式——SPOT多光譜合成結果近紅外波段——紅色紅色波段——綠色綠色波段——藍色亮青色：裸露土地暗青色：成熟作物或葉子干枯的植物紅色：生長期的植物黑色：水

第一架照相機拍攝的第一張風景照片就可以稱為遙感，是利用近地面平臺成像遙感，利用氣球作為遙感平臺是對近地面遙感的進一步發展；

20世紀初第一架飛機誕生、1915年世界上第一臺航空攝影專用相機產生，標志著航空遙感技術產生，但航空遙感最早被廣泛應用于軍事偵察領域，直到1920年以后航空遙感才開始在民用領域得到應用；

1957年，原蘇聯第一顆人造衛星的升空標志著人類進入太空時代，隨后美國阿波羅宇宙飛行器發回第一張地球影像圖，標志著太空遙感（航天遙感）時代到來。

可見，遙感技術是隨著工作平臺、傳感器和探測器的發展而發展的。遙感的特點：一張比例尺為1：35000的23cm×23cm的航空圖片，可反映出60多平方千米的地理景觀實況；一幅陸地衛星TM（專題制圖儀）圖像，其覆蓋面積可達34255平方千米。=>視域廣闊，監測范圍大以下文字材料反映了現遙感技術的哪些特點？陸地衛星Ⅴ、Ⅵ的運行周期為16天，即每16天可以對全球陸地表面成像一遍；

NOAA氣象衛星每天能接收兩次覆蓋全球的圖像。=>

獲取資料的速度快、周期短這種特點有利于及時發現病蟲害、洪水及森林火災等自然災害，為抗災、減災工作提供可靠的科學依據。現代遙感技術的構成（1）遙感的技術組成及工作環節遙感技術—從傳感器接收信息到遙感信息應用的全過程

目標物傳感器物體輻射或反射電磁波收集傳輸遙感平臺信息處理信息分析成果專業圖件統計數字遙感平臺遙感平臺高度目的·用途其它靜止衛星36,000km定點地球觀測氣象衛星圓軌道衛星（地球觀測衛星）500km—1,000km定期地球觀測LandsatSPOTMOS等小衛星400km左右各種調查

航天飛機240km—350km不定期地球觀測空間實驗

天線探空儀100m—100km各種調查（氣象等）

高高度噴氣機10,000—12