3S集成技術與數(shù)字地球教學63P

第十三章 3S集成技術與數(shù)字地球 學習目標 掌握 3S的基本概念 了解 GIS與 RS集成的形式和應用 了解 GIS與 GPS集成的應用 了解 3S集成技術 掌握數(shù)字地球的基本概念 了解數(shù)字地球的核心技術及其應用 掌握國家信息基礎設施與國家空間數(shù)據(jù)基礎設施基本概念 了解我國國家空間數(shù)據(jù)基礎設施建設內容 一、 3S集成技術 二、數(shù)字地球簡介 三、國家信息基礎設施與國家空間 數(shù)據(jù)基礎設施 第十三章 3S集成技術與數(shù)字地球 第一節(jié) 3S集成技術 雖然 GIS在理論和應用技術上已經(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，在大面積資源調查、環(huán)境監(jiān)測等方面發(fā)揮了重要的作用。遙感技術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，擔負著越來越重要的作用。 GPS是以衛(wèi)星為基礎的無線電測時定位和導航系統(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” 的研究和應用開始向集成化（或一體化）方向發(fā)展。在 3S集成應用中， GPS主要用于實時、快速的提供目標的空間位置； RS用于實時或準實時的提供目標及其環(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進行數(shù)據(jù)更新；GIS則是對多種來源的時空數(shù)據(jù)進行綜合處理、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)采集提供地學知識。 第一節(jié) 3S集成技術 3S技術相結合的土地利用管理信息系統(tǒng) 第一節(jié) 3S集成技術 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 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用中，需要首先將其轉換到某個地理坐標系下，即進行 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的坐標，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 第一節(jié) 3S集成技術 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，在進行山區(qū)的植被分類時，可以結合 DEM，將其作為一個分類變量。 第一節(jié) 3S集成技術 第一節(jié) 3S集成技術 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 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 第一節(jié) 3S集成技術 使用遙感圖像作為柵格圖像時應注意的問題： 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確的，在通常的土地利用分類中，90的分類精度就是相當可觀的結果，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)比例尺的對應關系。 第一節(jié) 3S集成技術 第一節(jié) 3S集成技術 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， GPS可以與地理信息系統(tǒng)進行集成，以實現(xiàn)不同的具體應用目標。 第一節(jié) 3S集成技術 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)星定位導航服務系統(tǒng)結構及通信網(wǎng)絡示意圖市電信局監(jiān)控分析中心衛(wèi)星定位信號發(fā)射臺FM 電臺基準站 1基準站 2基準站 3基準站 4基準站 5進入移動電話系統(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 第一節(jié) 3S集成技術 GPS衛(wèi)星 定位演示 2測量 主要應用于土地管理、城市規(guī)劃等領域，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，并將坐標數(shù)據(jù)通過 GIS記錄，然后計算相關的面積或長度數(shù)據(jù)。 在進行 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果。 第一節(jié) 3S集成技術 第一節(jié) 3S集成技術 基準站 （坐標已知） GPS衛(wèi)星 基準站 （坐標已知） 可測量兩站之間的位置 3監(jiān)控導航 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，進而利用 GIS空間分析工具，判斷其運行是否正常，如是