土地資源學(xué)53第五章 土地調(diào)查(備課2012),3S技術(shù)

1、土 地 資 源 學(xué) (Land Resource Science) 安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)共七十八頁3.4現(xiàn)代技術(shù)在土地資源(zyun)調(diào)查中的應(yīng)用 “3S”技術(shù)(jsh) 遙感-RS地理信息系統(tǒng)-GIS全球定位系統(tǒng)-GPS 在土地資源調(diào)查中RS和GPS提供大量的數(shù)據(jù)信息源，同時(shí)GPS可以進(jìn)行精確的定位， GIS則對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理。 數(shù)字地球的提出更加快了3S技術(shù)的發(fā)展及其在土地資源調(diào)查中的應(yīng)用。共七十八頁3、3S技術(shù)在土地資源調(diào)查中應(yīng)用有哪些特點(diǎn)？RS： 即遙感技術(shù)。可客觀、全面、立體、實(shí)時(shí)放映地物地貌景觀，可通過遙感成像特征與土地資源自然要素的對(duì)應(yīng)關(guān)系，快速解譯土地類型和土地利用類型及空間分布

2、界線，為土地資源調(diào)查提供了省時(shí)、省力、快速、準(zhǔn)確的技術(shù)手段。GIS：即地理信息系統(tǒng)?？蓪?duì)RS和實(shí)地調(diào)查和相關(guān)資料(zlio)提供信息數(shù)據(jù)處理的平臺(tái)，可對(duì)調(diào)查區(qū)的土地單元建立屬性數(shù)據(jù)庫和空間屬性數(shù)據(jù)庫（圖形），可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、存儲(chǔ)、組織、空間查詢和分析，直接為用戶提供調(diào)查成果。GPS：即全球定位系統(tǒng)。具有全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定定時(shí)功能，可提供實(shí)時(shí)、精密的地理坐標(biāo)，提高RS空間數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，提高制圖的精度，可補(bǔ)充RS信息的不足。共七十八頁 土地資源調(diào)查中現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)(txin)在以下幾個(gè)方面： 利用“3S”技術(shù)快速獲取與處理土地利用信息；航空數(shù)碼遙感新技術(shù)在土地調(diào)

3、查得到應(yīng)用；應(yīng)用地理信息系統(tǒng)建立土地資源調(diào)查數(shù)據(jù)庫，提高土地管理信息化水平，并逐步(zhb)建立和完善土地信息系統(tǒng)（LIS） 共七十八頁一、遙感技術(shù)在土地資源調(diào)查中的應(yīng)用在土地資源調(diào)查中，由于利用航空像片找目標(biāo)、定方位容易、反映地物和景觀清楚，因此逐步受到人們的重視，開始作為底圖使用，航片的諸多優(yōu)點(diǎn)使得其很快成為土地資源調(diào)查的基本工具。20世紀(jì)60年代以來，航片成為現(xiàn)代土地資源調(diào)查的一個(gè)主要(zhyo)方法。進(jìn)入70年代，現(xiàn)代衛(wèi)星遙感技術(shù)產(chǎn)生并迅速發(fā)展，因而多層次、多時(shí)相、多波段高分辨率的遙感信息資料大量涌現(xiàn)，使土地資源調(diào)查的遙感技術(shù)又進(jìn)入了一個(gè)新階段。共七十八頁（一）根據(jù)實(shí)際需要選擇適當(dāng)?shù)男?/p>

4、息源在20世紀(jì)70年代以前，土地資源調(diào)查中使用的主要是航空像片，近些年來衛(wèi)星影像(如美國的陸地衛(wèi)星TM影像)在土地資源調(diào)查中日益得到廣泛的應(yīng)用。目前，世界上許多國家都已經(jīng)發(fā)射了服務(wù)于不同目的的各種遙感衛(wèi)星，其遙感器的空間分辨率和光譜分辨率也都各異(遙感使用的電磁波波段從x光到微波，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了可見光范圍)，遙感信息源有多種多樣，大大“加寬”了人眼所能觀察的光譜范圍，并且可以不受制于晝夜、天氣變化，進(jìn)行全天候的觀測(cè)?？梢杂糜谡{(diào)查從土地利用、農(nóng)作物生長、植被覆蓋狀況到洪水(hngshu)、森林火災(zāi)、污染等現(xiàn)象的信息及其動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)。共七十八頁航空像片的地面分辨率高(空間分辨率可以高達(dá)厘米級(jí)甚至毫米級(jí)

5、)，且可觀察地形的立體模式，所以能為土地資源調(diào)查提供豐富、翔實(shí)的信息。衛(wèi)星影像的地面分辨率較低，且不可對(duì)其作立體觀測(cè)(1986年發(fā)射的法國SP0T衛(wèi)星影像亦可)，所包含(bohn)的信息量比航空像片少得多。然而與航空遙感相比，航天遙感能夠進(jìn)行連續(xù)的、全天候的工作，提供更大范圍的數(shù)據(jù)，其成本更低，是獲取遙感數(shù)據(jù)的主要方式。共七十八頁衛(wèi)星影像因其覆蓋面積大，對(duì)研究區(qū)域的土地分異狀況提供了一個(gè)宏觀格局，且對(duì)地面的綜合程度較高，故有利于識(shí)別和區(qū)分研究區(qū)域土地資源分異趨勢(shì)和規(guī)律。所以在實(shí)際(shj)工作中必須根據(jù)實(shí)際需要選擇適當(dāng)?shù)男畔⒃?，有時(shí)候也需要將多種信息源(包括將航空像片和衛(wèi)星影像的解譯)結(jié)合起來

6、。共七十八頁(二)研究遙感成像特點(diǎn)，準(zhǔn)確(zhnqu)解譯遙感圖像 無論應(yīng)用哪種遙感信息源，都需要應(yīng)用者通過認(rèn)真分析研究，從遙感影像提取所需的地物信息。從遙感影像能否成功地提取土地資源信息，除了取決于影像的質(zhì)量、研究區(qū)的復(fù)雜程度和解譯深度(層次)之外，在很大程度上還取決于研究人員對(duì)有關(guān)土地各組成要素之間相互聯(lián)系、相互作用方面的知識(shí)。共七十八頁1加強(qiáng)土地的光學(xué)特征(tzhng)研究 對(duì)土地的光學(xué)特征研究，即分析太陽輻射與地球表面不同地段的相互作用規(guī)律。地球表面不同地段的光學(xué)特征是各不相同的，同一地段的光學(xué)特征在不同時(shí)間(春、夏、秋、冬，上、下午等)也是各不相同的。土地的光學(xué)特征決定于構(gòu)成該土地各

7、成分的相互關(guān)系和動(dòng)態(tài)變化，其中特別決定于地貌起伏、土被特征(腐殖質(zhì)含量、濕度、礦物和機(jī)械組成、外貌等)、植被特征(顏色組成、群叢構(gòu)造等)、太陽高度角、天氣條件、水文特征等的相互關(guān)系。共七十八頁土地光學(xué)特征的動(dòng)態(tài)變化則取決于構(gòu)成該土地各成分的數(shù)年、年、季節(jié)、日的變化周期所具有的不同的相互關(guān)系的表現(xiàn)。任何影像的光學(xué)特征，必須在一定的土地光學(xué)條件研究下加以解譯，土地光學(xué)研究將有助于遙感(yogn)圖像的解譯，有助于遙感(yogn)資料處理的自動(dòng)化。 共七十八頁2區(qū)域土地特征與解譯關(guān)系研究 遙感解譯必須具備足夠的區(qū)域土地知識(shí)，衛(wèi)星影像牽涉的范圍(fnwi)比航空像片大得多，更需要有關(guān)區(qū)域的全面知識(shí)，包

8、括山脈、水系、湖泊的分布狀況，地質(zhì)巖性和構(gòu)造特征，氣候?qū)ν寥篮椭脖环植加绊?，交通和城市建設(shè)面貌，農(nóng)業(yè)開墾等區(qū)域特征。共七十八頁通過對(duì)遙感資料的初步研究以及對(duì)有關(guān)圖件和資料的分析便可大致辨別出研究區(qū)的地形、地表組成物質(zhì)、地表覆蓋物(包括土地利用)和水體等。地表覆蓋物類型如森林、草地、耕地等主要依靠(yko)影像的灰階或色調(diào)的變化加以識(shí)別。（灰階）即若干大小不同并按順序排列的一系列灰度組合。是遙感影像目視判讀的一種工具，用來幫助人眼辨別影像的灰度變化。如陸地衛(wèi)星影像的像片產(chǎn)品均在影像下方附有一條灰階，概略表示衛(wèi)星影像的灰度等級(jí)，并給出影像灰度水準(zhǔn)與使原始影像曝光的電子束強(qiáng)度之間的關(guān)系。共七十八頁對(duì)

9、于陸地衛(wèi)星多波段掃描（MSS）影像和專題制圖儀（TM）影像，均為15級(jí)。第一級(jí)相當(dāng)于各通道最大亮度，在正片上為白色；第十五級(jí)相應(yīng)于零亮度，正片上為黑色。由于不同地物的電磁輻射（反射或發(fā)射）強(qiáng)度不同，因此在感光材料上感光的程度亦不相同，形成黑白(hibi)之間的色調(diào)變化，構(gòu)成了灰階的等級(jí)。一般在目視判讀時(shí)，其灰階可粗略地劃分成七級(jí)，即白、灰白、淺灰、灰、深灰、淺黑、與黑?；译A是像片判讀中的重要判讀標(biāo)志和基礎(chǔ)。共七十八頁在一定程度廣，地表覆蓋物類型也有賴于地形的起伏變化，因?yàn)榈匦纹鸱c地表覆蓋物的分市有一定聯(lián)系，故地形起伏往往可作為地表覆蓋物類型的指示。地形特征則主要通過地形起伏予以判別，但是它與

10、影像的灰階或色調(diào)也有一定聯(lián)系，尤其是由地形的陰影作用造成影像灰階或色調(diào)的變化，對(duì)地形特征的判別有明顯的作用。至于地表組成物質(zhì)的性質(zhì)，如果是在無植被或極少植被覆蓋的地區(qū)(dq)(如荒漠地區(qū))，也可依據(jù)影像灰階或色調(diào)的變化大致予以判別。共七十八頁為了更有效地利用遙感資料，必須研究(ynji)各土地組成要素之間的關(guān)系。例如從影像的灰階或色調(diào)的變化可容易地推知地表的植被狀況和地表水體，一定程度上也可推斷地表組成物質(zhì)。據(jù)影像的灰階或色調(diào)不易直接判別地形特征和地表組成物質(zhì)，在這種情況下，要更多地參考有關(guān)的專業(yè)圖件和資料。具備這些區(qū)域知識(shí)，衛(wèi)星影像涉及的區(qū)域輪廓，影像解譯基本上解決了一半以上的問題。共七十八

11、頁3土地要素相關(guān)與解譯關(guān)系研究地表的不同區(qū)域和不同土地的各組成要素(地質(zhì)地貌、氣候、水文、植被、土質(zhì)土壤、動(dòng)物界等)之間存在著一定的相互制約和相互適應(yīng)性。在從遙感影像提取信息時(shí)，要仔細(xì)分析地貌形態(tài)與地表組成物質(zhì)之間的關(guān)系，因?yàn)樗鼈兪亲R(shí)別和劃分土地資源的重要依據(jù)。同時(shí)，也要重視分析地貌、水文與土壤之間，植被與地表水文狀況(zhungkung)之間，以及植被與地表組成物質(zhì)之間(尤其在地球化學(xué)異常的礦區(qū))的關(guān)系，它們對(duì)于闡明土地的分異規(guī)律也具有重要意義。如熱帶多雨氣候地帶分布著相應(yīng)的雨林植被；若為花崗巖分布地區(qū)而又有植被保護(hù)則發(fā)育成很厚的磚紅壤風(fēng)化殼；若為石灰?guī)r分布地區(qū)則發(fā)育著巖溶蜂林奇觀。共七十八

12、頁4加強(qiáng)地物在不同比例尺航空像片和衛(wèi)星影像上的成像綜合研究 從航空像片過渡到衛(wèi)星影像實(shí)質(zhì)上是一種地面影像的成像綜合，航空像片上的一組有規(guī)律影像結(jié)構(gòu)，在衛(wèi)星影像上成為單一灰差的影像，天然界線的曲折變化也有一定的綜合概括。在典型(dinxng)區(qū)研究這兩種概括的關(guān)系不僅有利于衛(wèi)星影像的外推解譯，而且有利于圖像概括的綜合表現(xiàn)能力和觀察分析效果。共七十八頁 (三)野外實(shí)地考察與室內(nèi)解譯分析相結(jié)合，提高遙感影像解譯質(zhì)量 必須指出的是，無論在哪一層次上進(jìn)行解譯，均不能脫離對(duì)研究區(qū)的實(shí)地考察和對(duì)有關(guān)圖件、資料的分析研究實(shí)地考察可在解譯之前進(jìn)行，這屬預(yù)察性質(zhì)；也可結(jié)合解譯過程進(jìn)行。在解譯結(jié)束之后，也需進(jìn)行考察

13、，以便對(duì)成果進(jìn)行驗(yàn)證。由于各種因素的影響，使得(sh de)從遙感數(shù)據(jù)中提取的信息不是絕對(duì)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)客觀的結(jié)果，因而需要野外實(shí)際的考察驗(yàn)證。 共七十八頁二、地理信息系統(tǒng)在土地資源調(diào)查中的應(yīng)用(yngyng) 地理信息系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶組成的，通過對(duì)地理數(shù)據(jù)的集成、存儲(chǔ)、檢索、操作和分析，生成并輸出各種地理信息，從而為土地利用、資源管理、城市規(guī)劃等提供新的知識(shí)。地理信息系統(tǒng)萌芽于20世紀(jì)60年代初，70年代進(jìn)入鞏固發(fā)展期，80年代為地理信息系統(tǒng)的大發(fā)展時(shí)期，而90年代則成為地理信息系統(tǒng)的用戶時(shí)代。地理信息系統(tǒng)將發(fā)展成為現(xiàn)代社會(huì)最基本的服

14、務(wù)系統(tǒng)。共七十八頁 1數(shù)據(jù)獲取與編輯 地理信息系統(tǒng)的核心是一個(gè)地理信息數(shù)據(jù)庫，就是將地面上的實(shí)體圖形數(shù)據(jù)和描述它的屬性數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)庫中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯，同時(shí)可以隨時(shí)變動(dòng)已有數(shù)據(jù)。 2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與組織 這是建立地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵步驟，涉及到空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的組織。柵格模型、矢量模型或柵格矢量(shling)混合模型是常用的空間數(shù)據(jù)組織方法。 共七十八頁 3空間查詢與分析 用戶可以就某個(gè)地物本身的直接信息進(jìn)行雙向查詢，即根據(jù)圖形查詢相應(yīng)的屬性信息，以及按照屬性特點(diǎn)查找對(duì)應(yīng)的地理目標(biāo)。土地資源調(diào)查是針對(duì)土地的各種資源、各種自然(zrn)屬性進(jìn)行調(diào)查，地理信息系統(tǒng)建立各種自然屬性的空間和統(tǒng)計(jì)數(shù)

15、據(jù)庫，信息來源有土壤圖、氣候圖、土地利用現(xiàn)狀圖、自然災(zāi)害圖等。地理信息系統(tǒng)通過對(duì)這些圖的疊加建立起土地資源調(diào)查數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)大量的土地資源及其背景信息，為土地資源的自動(dòng)化管理服務(wù)。 共七十八頁三、全球定位系統(tǒng)在土地資源調(diào)查中的應(yīng)用（一）全球定位系統(tǒng)簡介 全球定位系統(tǒng)(GPS)是利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點(diǎn)位測(cè)量導(dǎo)航技術(shù)的一種，是1973年12月美國國防部批準(zhǔn)的陸?？杖娐?lián)合研制的以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性(陸地、海洋(hiyng)、航空和航天)、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位、定時(shí)的功能，能為各類用戶提供實(shí)時(shí)、精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間數(shù)據(jù)。GPS，由美國軍方組織研制建立

16、，從1973年開始實(shí)施，到90年代初完成。其他的衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)有俄羅斯的GIONASS，歐洲空間局的NAVSAT，國際移動(dòng)衛(wèi)星組織的NMARSAT等等。共七十八頁 1GPS系統(tǒng)(xtng)組成 GPS系統(tǒng)由三大部分組成，空間部分GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分GPS信號(hào)接收機(jī)。 (1)GPS衛(wèi)星及其星座。GPS由21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，它們均勻分布在6個(gè)相互夾角為60度的軌道平面內(nèi)，即每個(gè)軌道上有四顆衛(wèi)星。衛(wèi)星高度離地面約20000km，一天繞地球兩周。GPS衛(wèi)星向用戶發(fā)射導(dǎo)航定位信號(hào)，同時(shí)接收地面發(fā)射的導(dǎo)航電文以及調(diào)度命令。 共七十八頁(2)地面控制系統(tǒng)。對(duì)

17、于導(dǎo)航定位而言，GPS衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)，而衛(wèi)星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的參數(shù)(cnsh)計(jì)算得到的。每顆GPS衛(wèi)星播發(fā)的星歷是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的，同時(shí)衛(wèi)星設(shè)備的工作監(jiān)測(cè)以及衛(wèi)星軌道的控制，都由地面控制系統(tǒng)完成。 GPS衛(wèi)星的地面控制站系統(tǒng)包括位于美國科羅拉多的主控站以及分布全球的3個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)GP5衛(wèi)星運(yùn)行的監(jiān)控。 共七十八頁(3) GPS信號(hào)接收機(jī)。GPS信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是，接收衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)以獲取所需定位(dngwi)信息，觀測(cè)值，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理完成精確定位(dngwi)。捕獲GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，并進(jìn)行處理，根據(jù)信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間，確定接收

18、機(jī)到衛(wèi)星的距離。如果計(jì)算出四顆或者更多衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，再參照衛(wèi)星的位置，就可以確定GPS接收機(jī)在三維空間中的位置。 共七十八頁2、 GPS定位基本原理 GPS定位基本原理是利用測(cè)距交會(huì)確定點(diǎn)位。一顆衛(wèi)星信號(hào)傳播到接收機(jī)的時(shí)間只能決定該衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，但并不能確定接收機(jī)相對(duì)于衛(wèi)星的方向(fngxing)，在三維空間中，GPS接收機(jī)的可能位置構(gòu)成一個(gè)球面；當(dāng)測(cè)到兩顆衛(wèi)星的距離時(shí)，接收饑的可能位置被確定于兩個(gè)球面相交構(gòu)成的圓上；當(dāng)?shù)玫降谌w衛(wèi)星的距離后，球面與回相交得到兩個(gè)可能的點(diǎn)；第四顆衛(wèi)星用于確定接收機(jī)的準(zhǔn)確位置。因此，如果接收機(jī)能夠得到四顆GFS衛(wèi)星的信號(hào)，就可以進(jìn)行定位；當(dāng)接收到信號(hào)

19、的衛(wèi)星數(shù)目多于四個(gè)時(shí)，可以優(yōu)選四顆衛(wèi)星計(jì)算位置。共七十八頁GPS定位方法可分為絕對(duì)定位和相對(duì)定位。目前靜態(tài)(jngti)絕對(duì)定位的精度可達(dá)米級(jí)，而動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位的精度為10一40m。GPS相對(duì)定位也叫差分定位，工作組由一臺(tái)基準(zhǔn)站GPS和一臺(tái)或多臺(tái)移動(dòng)站GPS組成，基準(zhǔn)站是已知準(zhǔn)確大地坐標(biāo)的點(diǎn)，在此點(diǎn)架設(shè)GPS天線與移動(dòng)站GPS同時(shí)接收衛(wèi)星觀測(cè)量，并由基準(zhǔn)站計(jì)算出誤差改正數(shù)，傳遞給移動(dòng)站GP5并對(duì)移動(dòng)站GPS觀測(cè)量進(jìn)行差分修正，獲得移動(dòng)站GPS的定位數(shù)據(jù)。 共七十八頁3GPS誤差和糾正 造成GPS定位誤差的因素有很多，如由于衛(wèi)星軌道變化(binhu)以及衛(wèi)星電子鐘不準(zhǔn)確以及定位信號(hào)穿越電離層和地表

20、對(duì)流層時(shí)速度的變化(binhu)等引起的誤差，但是GPS定位中最為嚴(yán)重的誤差則是由于美國軍方人為降低信號(hào)質(zhì)量造成的，這種誤差可高達(dá)100m。 共七十八頁 美國為了防止未經(jīng)許可的用戶把GPS用于軍事目的，實(shí)施了各種技術(shù)。首先GPS衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號(hào)包括兩種不同的測(cè)距碼，即P碼(也稱精碼)和CA碼(也稱粗碼)，相應(yīng)兩種測(cè)距碼GPS提供兩種定位服務(wù)方式，即精密定位服務(wù)(PPS)和標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(SPS)，前者的服務(wù)對(duì)象主要是美國軍事部門和其他特許(t x)部門，后者則服務(wù)于廣大民間用戶。此外，通過使用選擇可用性技術(shù)，CA碼的定位精度從20m降低至100m（美國2000年5月取消了此政策，使得單點(diǎn)定位

21、精度達(dá)到20-30m。共七十八頁上述的人為誤差給GPS的民用造成了障礙，但是可以通過差分糾正來消除。差分糾正是通過兩個(gè)或者更多的GPS接收機(jī)完成的，其方法是在某一已知位置，安置(nzh)一臺(tái)接收機(jī)作為基準(zhǔn)站接收衛(wèi)星信號(hào)，然后在其他位置用另一臺(tái)接收機(jī)接收信號(hào)，由前者可以確定衛(wèi)星信號(hào)中包含的人為干擾信號(hào)，而在后者接收到的信號(hào)中減去這些干擾，即可以大大降低GPS的定位誤差。 共七十八頁(二)全球定位系統(tǒng)在土地資源調(diào)查中的應(yīng)用 隨著GPS技術(shù)的發(fā)展和接收機(jī)價(jià)格的進(jìn)一步降低，GPS已被廣泛應(yīng)用于包括土地資源調(diào)查在內(nèi)的資源調(diào)查各個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)在GPS在實(shí)時(shí)狀態(tài)下，精度已經(jīng)能夠達(dá)到厘米級(jí)。這種被稱之為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)

22、量(RTK)技術(shù)，已被新西蘭規(guī)范權(quán)威機(jī)構(gòu)確定為地籍測(cè)量的一種適合方法。事實(shí)上，GPS作為(zuwi)一種成熟的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，無論是在采集精度、作業(yè)速度適應(yīng)性還是在數(shù)據(jù)質(zhì)量等方面，都能夠滿足土地資源調(diào)查中數(shù)據(jù)采集的要求。共七十八頁在進(jìn)行GPS測(cè)量時(shí)，要注意以下一些問題：要確定GPS的定位精度是否滿足測(cè)量的精度要求，如對(duì)宅基地的測(cè)量，精度需要達(dá)到厘米級(jí)，而要在野外測(cè)量一個(gè)較大區(qū)域的面積，米級(jí)甚至幾十米級(jí)的精度就可以滿足要求。對(duì)不規(guī)則區(qū)域或者路徑的測(cè)量、需要確定采樣(ci yn)原則，采樣(ci yn)點(diǎn)選取的不同，會(huì)影響到最后的測(cè)量結(jié)果。 共七十八頁 (三)提高制圖精度 用遙感技術(shù)發(fā)現(xiàn)區(qū)域動(dòng)態(tài)變化

23、之后，對(duì)區(qū)域變化的定量確定僅靠遙感判度圖上的區(qū)域界線進(jìn)行測(cè)量是不夠的。遙感圖像的成像機(jī)理、圖像分類方法所固有的誤差和其他(qt)誤差(如繪圖誤差)，使得遙感判讀上的區(qū)域界線僅僅是具有示意性的和相當(dāng)模糊度的界線。對(duì)大比例尺圖件，源于衛(wèi)片的變化區(qū)域界線精度太低。因此，在用遙感手段基本確定土地利用類型變化區(qū)域之后用GPS準(zhǔn)確測(cè)定變化區(qū)域的界線是非常必要的。 共七十八頁(四)供數(shù)據(jù)源 GPS具有簡單、易用、全天候、不受通視條件限制等優(yōu)點(diǎn)，它被廣泛應(yīng)用于野外數(shù)據(jù)采集。GPS數(shù)據(jù)對(duì)遙感信息還是一個(gè)必要的、有益的補(bǔ)充，它可以和遙感一樣成為土地信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源。遙感手段對(duì)積累性的變化經(jīng)過一段時(shí)間后反映比較明顯

24、。對(duì)于一個(gè)市縣級(jí)行政區(qū)的土地變化監(jiān)測(cè)(jin c)來說，明顯的、大面積的變化區(qū)域可以通過衛(wèi)片大致確定。而對(duì)于小面積的或突然發(fā)生的有較大影響的變化，衛(wèi)片上或反映不出來，或沒有必要用遙感手段來確定。這樣就可以利用GPS接收機(jī)，在野外很方便地獲取變化區(qū)域的數(shù)據(jù)，并對(duì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新。這一點(diǎn)在地籍測(cè)量及其數(shù)據(jù)更新中尤其重要。 共七十八頁目前，在地籍管理信息系統(tǒng)建設(shè)中，GPS數(shù)據(jù)已經(jīng)成為一種獨(dú)立的信息源。另外GPS測(cè)量結(jié)果經(jīng)坐標(biāo)變換(binhun)和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后可直接輸入地理信息系統(tǒng)中，可與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)合分析、制圖。 共七十八頁四、3S集成在土地資源調(diào)查中的應(yīng)用 (一)3S集成概述(i s

25、h) 遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)是目前對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)中空間信息獲取、存貯管理、更新、分析和應(yīng)用的三大支撐技術(shù)，3S集成是指三種技術(shù)與其他相關(guān)技術(shù)有機(jī)地集成在一起，是一種有機(jī)的結(jié)合、在線的連接、實(shí)時(shí)的處理和系統(tǒng)的整體性。共七十八頁GPS提供實(shí)對(duì)而準(zhǔn)確的定位信息，對(duì)于空間數(shù)據(jù)的確定有特殊意義；RS技術(shù)利用某些儀器設(shè)備，在不與被研究對(duì)象(duxing)直接接觸的情況下，收集其數(shù)據(jù)，通過處理分析最后提取和應(yīng)用有關(guān)對(duì)象(duxing)信息，是一種高效的信息采集手段，具有極高的空間時(shí)間分辨率；共七十八頁GIS是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形和數(shù)據(jù)庫技術(shù)來輸入、存貯、編輯、查詢、分析、決策和輸出空間圖形及屬性數(shù)據(jù)的

26、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它能夠把現(xiàn)實(shí)生活中的種種信息有機(jī)地與反映地理位置的圖形信息結(jié)合在一起，可根據(jù)查詢與分析將信息真實(shí)、直觀地展現(xiàn)在用戶面前，也可將分析決策模型處理結(jié)果提交各級(jí)管理部門決策參考。即RS發(fā)現(xiàn)變化，GPS測(cè)量變化區(qū)域(qy)，GIS統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)。共七十八頁 3S技術(shù)為科學(xué)研究、政府管理、社會(huì)生產(chǎn)提供了新一代的觀測(cè)手段、描述語言和思維工具。3S的結(jié)合應(yīng)用，取長補(bǔ)短，是一個(gè)(y )自然的發(fā)展趨勢(shì)，三者之間的相互作用形成了“一個(gè)大腦，兩只眼暗”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新區(qū)域信息以及空間定位，G1S進(jìn)行相應(yīng)的空間分析(如下圖)，以從RS和GPS提供的浩如煙海的數(shù)據(jù)中提取有用信息，并進(jìn)行

27、綜合集成，使之成為決策的科學(xué)依據(jù)。 共七十八頁共七十八頁 RS是進(jìn)行土地資源調(diào)查的第一步，必須肯定RS具有周期性、現(xiàn)實(shí)性的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際的操作過程中，對(duì)于一些基層部門很難獲取周期性的、準(zhǔn)實(shí)時(shí)的航片、高分辯率衛(wèi)片，我們一般是對(duì)圖像的幾個(gè)波段進(jìn)行處理，通過運(yùn)算和變換，使圖像在亮度、反差、彩色等方面適應(yīng)人眼視覺和生理習(xí)慣，便于在計(jì)算機(jī)屏幕上提取空間信息。對(duì)變化區(qū)域的具體位置要在野外用GPS進(jìn)行定位，GPS要提供變化區(qū)的封閉記錄，數(shù)據(jù)處理后要由GIS的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的編輯、管理?？梢姡?S技術(shù)進(jìn)行土地資源調(diào)查有著(yu zhe)以下特點(diǎn)：共七十八頁1. 加快了土地資源調(diào)查與制圖速度：2. 精簡了費(fèi)用：3

28、. 制圖精度大為提高：4. 可以將一般的土地資源調(diào)查轉(zhuǎn)入為土地資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè). 除了3S技術(shù)外，其它諸如數(shù)據(jù)庫等高新技術(shù)(o xn j sh)已經(jīng)逐步應(yīng)用于土地資源調(diào)查，隨著計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，土地資源調(diào)查自動(dòng)化程度將逐步加快。共七十八頁GIS、RS和GPS三者集成利用，構(gòu)成為整體的、實(shí)時(shí)的和動(dòng)態(tài)的對(duì)地觀測(cè)、分析和應(yīng)用的運(yùn)行系統(tǒng)，提高了GIS的應(yīng)用效率。在實(shí)際的應(yīng)用中，較為常見的是3S兩兩之間的集成，如GISRS集成，GISGPS集成或者RS GPS集成等，但是同時(shí)集成并使用(shyng)3S技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例則較少。共七十八頁RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技術(shù)水平上實(shí)現(xiàn)，最簡單的辦法是

29、三種系統(tǒng)分開而由用戶綜合使用，進(jìn)一步是三者有共同的界面，做到表面上無縫的集成，數(shù)據(jù)傳輸則在內(nèi)部通過特征碼相結(jié)合，最好的辦法是整體的集成，成為統(tǒng)一的系統(tǒng)。 由于3S技術(shù)自身的優(yōu)勢(shì)(yush)，己成為土地資源調(diào)查愈來愈有效的工具和手段，主要是在土地資源信息的獲取、更新、處理以及資料與實(shí)地的準(zhǔn)確性等方面有著不可替代的作用。3S技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于土地資源調(diào)查的整個(gè)環(huán)節(jié)(上圖)。 共七十八頁 （二)地理信息系統(tǒng)與遙感的集成 地理信息系統(tǒng)是用于分析和顯示空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，而遙感影像是空間數(shù)據(jù)的一種形式，類似于GIS中的柵格數(shù)據(jù)。因而，很容易在數(shù)據(jù)層次上實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)與遙感的集成，但是實(shí)際上，遙感圖像的處理和G

30、IS中冊(cè)格數(shù)據(jù)的分析具有較大的差異，遙感圖像處理的目的是為了提取各種專題信息，其中的一些處理功能，如圖像增強(qiáng)、濾波、分類，以及一些特定的變換處理等（ERDASimagine 軟件等），并不適用于GIS中的柵格空間分析，目前大多數(shù)GIS軟件也沒有提供(tgng)完善的遙感數(shù)據(jù)處理功能，而遙感圖像處理軟件又不能很好地處理GIS數(shù)據(jù)，這需要實(shí)現(xiàn)集成的GIS。共七十八頁另外，由于土地利用是社會(huì)的活動(dòng)，遙感不能提供有關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的數(shù)據(jù)，也不能像各種地面觀測(cè)臺(tái)站一樣，提供有關(guān)地球客體的觀測(cè)數(shù)據(jù)。因此在應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行土地資源調(diào)查時(shí)，必須實(shí)現(xiàn)同GIS的結(jié)合(jih)。 在一個(gè)遙感和地理信息系統(tǒng)的集成系統(tǒng)中

31、，遙感數(shù)據(jù)是GIS的重要信息來源，而GIS則可以作為遙感圖像解譯的強(qiáng)有力的輔助工具，具體而言，有以下的應(yīng)用方面： 共七十八頁 1GIS作為圖像處理工具 將GIS作為遙感圖像的處理工具，可以(ky)在以下幾個(gè)方面增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的圖像處理功能： (1)幾何糾正和輻射糾正。在遙感圖像的實(shí)際應(yīng)用中，需要首先將其轉(zhuǎn)換到某個(gè)地理坐標(biāo)系下，即進(jìn)行幾何糾正。通常幾何糾正的方法是利用采集地面控制點(diǎn)建立多項(xiàng)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(gè)點(diǎn)在圖像上對(duì)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(diǎn)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)。 共

32、七十八頁 一些遙感影像，會(huì)因?yàn)榈匦蔚挠绊懚a(chǎn)生幾何畸變，如側(cè)視雷達(dá)圖像(t xin)的疊掩、陰影等等，進(jìn)行糾正、解譯時(shí)需要使用DEM數(shù)據(jù)以消除畸變。此外，由于地形起伏引起光照的變化，也會(huì)在遙感圖像上表現(xiàn)出來，如陰坡和陽坡的亮度差別，可以利用DEM進(jìn)行輻射糾正，提高圖像分類的精度。 共七十八頁 (2)圖像分類對(duì)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(jì)算多邊形區(qū)域的圖像統(tǒng)計(jì)特征，評(píng)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(zhbi)的垂直分帶特性，在進(jìn)行山區(qū)

33、的植被(zhbi)分類時(shí)，可以結(jié)合DEM ，將其作為一個(gè)分類變量。 共七十八頁 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(jià)的、準(zhǔn)確的、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，目前如何(rh)從遙感數(shù)據(jù)中自動(dòng)獲取地理信息依然是一個(gè)重要的研究課題，包括： (1)線以及其他地物要素的提取。在圖像處理中，有許多邊緣檢測(cè)濾波算子，可以用于提取區(qū)域的邊界(如水陸邊界以及線形地物(如道路、斷層等)，其結(jié)果可以用于更新現(xiàn)有的GIS數(shù)據(jù)庫，該過程類似于掃描圖像的矢量化。 共七十八頁(2)DEM數(shù)據(jù)的生成。利用航中立體像對(duì)以及雷達(dá)影像，可以生較高精度的DEM數(shù)據(jù)。 (3)土地利用變化以及地圖更新。利用遙感

34、數(shù)據(jù)更新空間數(shù)據(jù)庫，最直接的方式就是將糾正后遙感圖像作為背景底圖，并根據(jù)其進(jìn)行矢量數(shù)據(jù)的編輯修改。而對(duì)遙感圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，得到的結(jié)果可以添加到GIS數(shù)據(jù)庫中。因?yàn)閳D像分類結(jié)果是柵格數(shù)據(jù)，所以通常要進(jìn)行柵格轉(zhuǎn)矢量運(yùn)算(yn sun)；如果不進(jìn)行轉(zhuǎn)換可以直接利用柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析，則需要系統(tǒng)提供柵格矢量相交檢索功能。 共七十八頁上述工作中，一個(gè)非常重要的問題是認(rèn)真考慮尺度問題，即遙感影像空間分辨率和GIS數(shù)據(jù)比例尺的對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如在實(shí)踐中一個(gè)常見的問題是：地表分辨率為30m的TM數(shù)據(jù)，進(jìn)行集合糾正時(shí)需要多大比例尺的地形圖以采集地面控制點(diǎn)坐標(biāo)(zubio)，而其分類結(jié)果可以用來更新多大比例尺

35、的土地利用數(shù)據(jù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，合適的比例尺為1：5萬到1：10萬，太大則遙感數(shù)據(jù)精度不夠，過小則是對(duì)遙感數(shù)據(jù)的浪費(fèi)。共七十八頁 （三)地理信息系統(tǒng)與全球定位系統(tǒng)的集成 作為實(shí)時(shí)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。為了實(shí)現(xiàn)(shxin)與GPS的集成，GIS系統(tǒng)必須能夠接收GPS接收機(jī)發(fā)送的GPS數(shù)據(jù)(一般是通過串口通信)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如通過投影變換將經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)所采用的參照系中的坐標(biāo)，最后進(jìn)行各種分析運(yùn)算，其中坐標(biāo)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是其基本功能。共七十八頁通過GIS與GPS的集成，可以實(shí)現(xiàn)不同的具體應(yīng)用目標(biāo)： 1定位 主要在諸如野外考察、旅游、探

36、險(xiǎn)等需要(xyo)室外動(dòng)態(tài)定位信息的活動(dòng)中使用。如果不與G1S集成，利用GPS接收機(jī)和紙質(zhì)地形圖，也可以實(shí)現(xiàn)空間定位；但是通過將GPS接收機(jī)連接在安裝GIS軟件和該地區(qū)空間數(shù)據(jù)的便攜式計(jì)算機(jī)上，可以方便地顯示GPS接收機(jī)所在位置并實(shí)時(shí)顯示其運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而可以利用GIS提供的空間檢索功能，得到定位點(diǎn)周圍的信息，從而實(shí)現(xiàn)決策支持。 共七十八頁 2測(cè)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(cè)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(diǎn)坐標(biāo)，并將坐標(biāo)數(shù)據(jù)(shj)通過GIS記錄，然后計(jì)算相關(guān)的面積或長度數(shù)據(jù)。共

37、七十八頁 3監(jiān)控導(dǎo)航 用于車輛、船只的動(dòng)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)控中心可以確定車胎的運(yùn)行(ynxng)軌跡，進(jìn)而利用GIS空間分析工具，判斷其運(yùn)行是否正常，如是否偏離預(yù)定的路線，速度是否異常(靜止)等等，在出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)控中心可以提出相應(yīng)的處理措施，其中包括向車船發(fā)布導(dǎo)航指令 。共七十八頁（四）全球定位系統(tǒng)與遙感的集成 1遙感圖像系統(tǒng)(xtng)幾何校正過程與全球定位系統(tǒng)(xtng)的集成 遙感器成像過程中，衛(wèi)星的軌道和姿態(tài)，遙感器的成像過程，地球的自轉(zhuǎn)及地形的影響等方而都會(huì)使圖像產(chǎn)生幾何變形。衛(wèi)星圖像的系統(tǒng)幾何校正就是要根據(jù)已知的衛(wèi)星的軌道和姿態(tài)的參數(shù)，遙感器的各種參數(shù)

38、和地球模型的參數(shù)來消除它們引起的圖像幾何變形。 共七十八頁 圖像校正是消除圖像畸變的過程。包括輻射校正和幾何校正。輻射畸變通常由于太陽位置、大氣的吸收、散射引起；幾何畸變的原因則包括遙感平臺(tái)的速度、姿態(tài)變化，傳感器，地形起伏(qf)等。幾何校正包括粗校正和精校正兩種，前者根據(jù)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行校正；而后者通過采集地面控制點(diǎn)，建立校正多項(xiàng)式，進(jìn)行校正。 共七十八頁 圖像系統(tǒng)幾何校正過程是從經(jīng)過相對(duì)輻射校正后的圖像開始，經(jīng)過坐標(biāo)變換和像元數(shù)字值（ DN）的調(diào)整，生成符合(fh)某種投影要求或圖像表示的，消除了圖像由上述原因引起的幾何變形的新的圖像。具體流程為： 共七十八頁系統(tǒng)幾何校正是在做完相對(duì)輻射校正

39、之后進(jìn)行的。建立系統(tǒng)幾何校正的變換函數(shù)是將圖像從焦平面坐標(biāo)系開始，經(jīng)過遙感(yogn)器坐標(biāo)系、衛(wèi)星平臺(tái)坐標(biāo)系、軌道坐標(biāo)系、地球中心旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、大地測(cè)量坐標(biāo)系，一直到地圖投影坐標(biāo)系和產(chǎn)品坐標(biāo)系等一系列的轉(zhuǎn)換，將焦平面上的圖像像元位置最終變換到所需的產(chǎn)品坐標(biāo)系的相應(yīng)位置上，從而達(dá)到了對(duì)圖像進(jìn)行系統(tǒng)幾何校正的目的。共七十八頁 在像元的位置確定后，就要確定像元的DN值。因?yàn)橄裨奈恢冒l(fā)生了變化后，其相應(yīng)的DN值也會(huì)發(fā)生變化。這要通過對(duì)像元DN值的重采樣來實(shí)現(xiàn)。 由以上可以看出，遙感圖像系統(tǒng)(xtng)幾何校正與空間位置關(guān)系十分密切。因此，在圖像系統(tǒng)(xtng)幾何校正過程，將GPS有機(jī)集成，可以大大

40、提高圖像處理的精度和速度，即提高遙感圖像處理的質(zhì)量。共七十八頁 2遙感圖像分類過程與全球定位系統(tǒng)的集成 利用遙感圖像的主要目的是為了提取各種信息，一些特定的變換可以用于提取信息，但是最主要的手段則是通過遙感圖像分類。計(jì)算(j sun)機(jī)分類的基本原理是計(jì)算(j sun)圖像上每個(gè)像元的灰度特征，根據(jù)不同的準(zhǔn)則，進(jìn)行分類。遙感圖像分類有兩類方法，即監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類，前者需要事先確定各個(gè)類別及其訓(xùn)練區(qū)，并計(jì)算訓(xùn)練區(qū)像元灰度統(tǒng)計(jì)特征，然后將其他像元?dú)w并到不同類別；后者則直接根據(jù)像元灰度特征之間的相似和相異程度進(jìn)行合并和區(qū)分。形成不同的類別。 共七十八頁監(jiān)督分類法根據(jù)人們事先指定的已知的訓(xùn)練場地所

41、提供(tgng)的樣本，通過選擇光譜特征參數(shù)、建立判別函數(shù)，對(duì)未知類別的像元進(jìn)行分類處理。計(jì)算機(jī)對(duì)訓(xùn)練場地內(nèi)的已知像元的光譜特征進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，提煉出這些類別的光譜特征參數(shù)，或建立相應(yīng)的判別函數(shù)，作為區(qū)分其他未知類別的像元的依據(jù)。共七十八頁利用訓(xùn)練場地的己知像元訓(xùn)練計(jì)算機(jī)或估計(jì)參數(shù)，從而形成判別函數(shù)的過程，是監(jiān)督分類的學(xué)習(xí)(xux)過程；利用判別函數(shù)對(duì)來知類別的像元進(jìn)行識(shí)別分類的過程，稱為監(jiān)督分類的識(shí)別分類過程。由于提供的訓(xùn)練場地所包含的已知像元總是少量的，來知像元總是大量的，故要求訓(xùn)練場地中的已知像元具有代表性，以保證分類結(jié)果具有足夠的精度。共七十八頁 在利用遙感技術(shù)進(jìn)行土地資源調(diào)查過程中，包括訓(xùn)練場的選擇、不同地物信息(土地利用類型、土壤類型、地貌類型、植被類型等)的確切位置、區(qū)域范圍等工作內(nèi)容，都需要精確的定位和測(cè)量。實(shí)際工作中，通常(tngchng)利用GPS精度高、速度快、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將遙感技術(shù)與GPS結(jié)合，快速、準(zhǔn)確建立訓(xùn)練場地內(nèi)己知像元的光譜特征與相應(yīng)地物類型的相關(guān)關(guān)系或建立相應(yīng)的