3S集成技術(shù)與數(shù)字地球教學(xué)63P

第十三章 3S集成技術(shù)與數(shù)字地球 學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握 3S的基本概念 了解 GIS與 RS集成的形式和應(yīng)用 了解 GIS與 GPS集成的應(yīng)用 了解 3S集成技術(shù) 掌握數(shù)字地球的基本概念 了解數(shù)字地球的核心技術(shù)及其應(yīng)用 掌握國家信息基礎(chǔ)設(shè)施與國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施基本概念 了解我國國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)內(nèi)容 一、 3S集成技術(shù) 二、數(shù)字地球簡介 三、國家信息基礎(chǔ)設(shè)施與國家空間 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施 第十三章 3S集成技術(shù)與數(shù)字地球 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 雖然 GIS在理論和應(yīng)用技術(shù)上已經(jīng)有了很大發(fā)展，但單純的 GIS并不能滿足目前社會對信息快速、準(zhǔn)確更新的要求。 RS目前已經(jīng)成為 GIS最重要的數(shù)據(jù)源，在大面積資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測等方面發(fā)揮了重要的作用。遙感技術(shù)在空間分辨率光譜分辨率和時間分辨率上都在飛速發(fā)展和提高，擔(dān)負(fù)著越來越重要的作用。 GPS是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電測時定位和導(dǎo)航系統(tǒng)，可為航空、航天、陸地、海洋等方面的用戶提供不同精度的在線或離線的空間定位數(shù)據(jù)。 國際上 “ 3S” 的研究和應(yīng)用開始向集成化（或一體化）方向發(fā)展。在 3S集成應(yīng)用中， GPS主要用于實時、快速的提供目標(biāo)的空間位置； RS用于實時或準(zhǔn)實時的提供目標(biāo)及其環(huán)境的語義或非語義信息，發(fā)現(xiàn)地球表面上的各種變化，及時的對 GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)更新；GIS則是對多種來源的時空數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、集成管理和動態(tài)存取，作為新的集成系統(tǒng)平臺，并為智能化數(shù)據(jù)采集提供地學(xué)知識。 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 3S技術(shù)相結(jié)合的土地利用管理信息系統(tǒng) 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 一、 GIS與遙感的集成 軟件的實現(xiàn) GIS與遙感的集成，可以有以下三個不同的層次 ： 分離的數(shù)據(jù)庫，通過文件轉(zhuǎn)換工具在不同系統(tǒng)之間傳輸文件； 兩個軟件模塊具有一致的用戶界面和同步的顯示； 集成的最高目的是實現(xiàn)單一的、提供了圖像處理功能的 GIS軟件系統(tǒng)。 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 1. GIS作為圖像處理工具 幾何糾正和輻射糾正 在遙感圖像的實際應(yīng)用中，需要首先將其轉(zhuǎn)換到某個地理坐標(biāo)系下，即進(jìn)行 幾何糾正。 幾何糾正的方法 是利用采集地面控制點建立多項式擬合公式，它們可以從 GIS的矢量數(shù)據(jù)庫中抽取出來，然后確定每個點在圖像上對應(yīng)的坐標(biāo)，并建立糾正公式。在糾正完成后，可以將矢量點疊加在圖像上，以判斷糾正的效果。為了完成上述功能，需要系統(tǒng)能夠綜合處理柵格和矢量數(shù)據(jù)。 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 校正前 校正后 1. GIS作為圖像處理工具 圖像分類 對于遙感圖像分類，與 GIS集成最明顯的好處是訓(xùn)練區(qū)的選擇，通過矢量柵格的綜合查詢，可以計算多邊形區(qū)域的圖像統(tǒng)計特征，評判分類效果，進(jìn)而改善分類方法。 此外，在圖像分類中，可以將矢量數(shù)據(jù)柵格化，并作為 “ 遙感影像 ” 參與分類，可以提高分類精度，例如，考慮到植被的垂直分帶特性，在進(jìn)行山區(qū)的植被分類時，可以結(jié)合 DEM，將其作為一個分類變量。 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 水（河流、湖泊等） 植被 居民點 1、 GIS作為圖像處理工具 感興趣區(qū)域的選取 在一些遙感圖像處理中，常常需要只對某一區(qū)域進(jìn)行運算，以提取某些特征，這需要柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)之間的相交運算。 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 城市熱島研究 2. 遙感數(shù)據(jù)作為 GIS的信息來源 數(shù)據(jù)是 GIS中最為重要的成分，而遙感提供了廉價的、準(zhǔn)確的、實時的數(shù)據(jù)，目前如何從遙感數(shù)據(jù)中自動獲取地理信息依然是一個重要的研究課題，包括： 線以及其他地物要素的提取 DEM數(shù)據(jù)的生成 土地利用變化以及地圖更新 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 使用遙感圖像作為柵格圖像時應(yīng)注意的問題： 由于各種因素的影響，使得從遙感數(shù)據(jù)中提取的信息不是絕對準(zhǔn)確的，在通常的土地利用分類中，90的分類精度就是相當(dāng)可觀的結(jié)果，因而需要野外實際的考察驗證 在這個過程中可以使用 GPS進(jìn)行定位。此外，還要考慮尺度問題，即遙感影像空間分辨率和 GIS數(shù)據(jù)比例尺的對應(yīng)關(guān)系。 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 衛(wèi)星 1 衛(wèi)星 2 衛(wèi)星 3 衛(wèi)星 4 單差分方式相對動態(tài) GPS定位示意圖 基準(zhǔn)站 航攝儀 二、 GIS與全球定位系統(tǒng)的集成 作為實時提供空間定位數(shù)據(jù)的技術(shù)， GPS可以與地理信息系統(tǒng)進(jìn)行集成，以實現(xiàn)不同的具體應(yīng)用目標(biāo)。 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 市話網(wǎng)市話網(wǎng)市話網(wǎng)市話網(wǎng)市話網(wǎng)深圳市連續(xù)運行衛(wèi)星定位導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及通信網(wǎng)絡(luò)示意圖市電信局監(jiān)控分析中心衛(wèi)星定位信號發(fā)射臺FM 電臺基準(zhǔn)站 1基準(zhǔn)站 2基準(zhǔn)站 3基準(zhǔn)站 4基準(zhǔn)站 5進(jìn)入移動電話系統(tǒng)用戶用戶全向天線定向天線Modem1定位 主要在諸如旅游、探險等需要室外動態(tài)定位信息的活動中使用。如果不與 GIS集成，利用 GPS接收機和紙質(zhì)地形圖，也可以實現(xiàn)空間定位；但是通過將GPS接收機連接在安裝 GIS軟件和該地區(qū)空間數(shù)據(jù)的便攜式計算機上，可以方便地顯示 GPS接收機所在位置并實時顯示其運動軌跡，進(jìn)而可以利用 GIS提供的空間檢索功能，得到定位點周圍的信息，從而實現(xiàn)決策支持 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 第一節(jié) 3S集成技術(shù) GPS衛(wèi)星 定位演示 2測量 主要應(yīng)用于土地管理、城市規(guī)劃等領(lǐng)域，利用 GPS和 GIS的集成，可以測量區(qū)域的面積或者路徑的長度。該過程類似于利用數(shù)字化儀進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，需要跟蹤多邊形邊界或路徑，采集抽樣后的頂點坐標(biāo)，并將坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過 GIS記錄，然后計算相關(guān)的面積或長度數(shù)據(jù)。 在進(jìn)行 GPS測量時，要注意以下一些問題，首先，要確定 GPS的定位精度是否滿足測量的精度要求，如對宅基地的測量，精度需要達(dá)到厘米級，而要在野外測量一個較大區(qū)域的面積，米級甚至幾十米級的精度就可以滿足要求；其次，對不規(guī)則區(qū)域或者路徑的測量，需要確定采樣原則，采樣點選取的不同，會影響到最后的測量結(jié)果。 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 第一節(jié) 3S集成技術(shù) 基準(zhǔn)站 （坐標(biāo)已知） GPS衛(wèi)星 基準(zhǔn)站 （坐標(biāo)已知） 可測量兩站之間的位置 3監(jiān)控導(dǎo)航 用于車輛、船只的動態(tài)監(jiān)控，在接收到車輛、船只發(fā)回的位置數(shù)據(jù)后，監(jiān)控中心可以確定車船的運行軌跡，進(jìn)而利用 GIS空間分析工具，判斷其運行是否正常，如是