高分辨率衛(wèi)星遙感技術-課件

1、第三章第四節(jié)數字地球一、數字地球的含義1 數字地球的概念數字地球是：信息化的地球 地球的虛擬對照體。數字地球將有關地球上每一點的信息，按地球的地理坐標加以整理，然后構成一個全球的信息模型。人們可以快速、形象地了解地球上的任何一點、任何方面的信息，從而實現“信息就在指尖上”的夢想。通俗地講，就是用數字的方法將地球、地球上的活動及整個地球環(huán)境的時空變化裝入電腦中，實現在網絡上的流通，并使之最大限度地為人類的生存、可持續(xù)發(fā)展和日常的工作、學習、生活、娛樂服務。嚴格地講，數字地球是以計算機技術、多媒體技術和大規(guī)模存儲技術為基礎，以寬帶網絡為紐帶，運用海量地球信息對地球進行多分辨率、多尺度、多時空和多種

2、類的三維描述，并利用它作為工具來支持和改善人類的活動和生活質量?！?背景知識 】 數字地球的核心思想 數字地球的核心思想：是用數字化的手段來處理整個地球的自然和社會等方面的問題，最大限度地利用資源，并使普通百姓能夠通過一定方式，方便地獲得他們所想了解的有關地球的信息。 數字地球的特點：數字地球的特點是嵌入海量地理數據，實現多分辨率、三維的地球的描述，即“虛擬地球”?！?閱讀指導 】 “數字地球”的提出“數字地球”的提出特點技術基礎應用時間人物著作1998 年 1 月 31 日時任美國副總統(tǒng)的阿爾戈爾 數字地球：展望21世紀我們這顆行星 是一種可以嵌入海量地理數據的、多分辯率的和三維的地球的表示

3、，可以在其上添加許多與我們所處星球有關的數據。遙感技術、地理信息系統(tǒng)、網絡技術、虛擬現實技術可持續(xù)發(fā)展，農業(yè)、災害、資源、教育等方面2 數字地球的技術基礎 要在電子計算機上實現數字地球不是一件簡單的事，它需要諸多學科，特別是信息科學技術的支撐。這其中主要包括：信息高速公路與高速網絡技術、高分辨率衛(wèi)星遙感技術、空間信息技術與空間數據基礎設施、大容量數據存儲技術、可視化和虛擬現實技術、高性能計算能力。（1）信息高速公路與高速網絡技術一個數字地球所需要的數據已不能通過單一的數據庫來存貯，而需要由成千上萬的不同組織來維護。這意味著參與數字地球的服務器將需要由高速網絡來連接。為此，早在 1993 年 2

4、 月美國前總統(tǒng)克林頓就提出實施美國國家信息基礎設施（ Nll ) , 通俗形象地稱為“信息高速公路”，它主要由計算機服務器、網絡和計算機終端組成。美國為此計劃投入 4000 億美元，耗時 20 年。到 2000 年的目標是提高生產率 20 一 40 % ，獲取 35 000 億美元的效益。 在 Internet 流量爆發(fā)性增長的驅動下，遠程通信載體已經嘗試使用 10G / S 的網絡，而每秒 1 015 byte 的因特網正在研究中。相信在 21 世紀將會有更加優(yōu)秀的寬帶高速網供人們使用。信息高速公路 是一個集電話、電腦、電視等功能于一體，能夠綜合傳輸和處理圖、文、聲、像等各種信息的一個全社會

5、的立體化通信網。國際互聯(lián)網 是當前信息領域發(fā)展最快、作用最大、影響最廣、公眾關注程度最高的通信網絡，它是信息高速公路的具體體現。（2）高分辨率衛(wèi)星遙感技術 20 世紀的遙感衛(wèi)星影像，在衛(wèi)星遙感問世的 20 多年分辨率已經有了飛快的提高，這里所說的分辨率指空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率?？臻g分辨率指影像上所能看到的地面最小目標尺寸，用像元在地面的大小來表示。 從遙感形成之初的 80 米，已提高到 30 米， 10 米， 5 . 8 米，乃至 2 米軍用甚至可達到 10 厘米。在 21 世紀獲取 1 米或優(yōu)于 1 米的空間分辨率影像將會十分方便。光譜分辨率指成像的波段范圍，處得愈細，波段愈多，

6、光譜分辨率就愈高，現在的技術可以達到 5 一 6 nm （納米）量級， 400 多個波段。細分光譜可以提高自動區(qū)分和識別目標性質和組成成分的能力。時間分辨率指重訪周期的長短，目前一般對地觀測衛(wèi)星為 15 一 25 天的重訪周期。通過發(fā)射合理分布的衛(wèi)星星座可以 3 一 5 天觀測地球一次。 高分辨率衛(wèi)星遙感圖像在 21 世紀將可以優(yōu)于 1 米的空間分辨率，每隔 3 一 5 天為人類提供反映地表動態(tài)變化的翔實數據，從而實現“秀才不出門，能觀天下事”的理想。（3）空間信息技術與空間數據基礎設施 空間信息是指與空間和地理分布有關的信息，據統(tǒng)計，世界上的事情有 80 與空間分布有關空間信息用于地球研究即

7、為地理信息系統(tǒng)。為了滿足數字地球的要求，將影像數據庫、矢量圖形庫和數字高程模型 (DEM)三庫一體化管理的 GlS 軟件和網絡 GPS ，將在 21 世紀十分成熟和普及。從而可實現不同層次的互操作，一個 GIS 應用軟件產生的地理信息將被另一個軟件讀取。 當人們在數字地球上，進行處理、發(fā)布和查詢信息時，將會發(fā)現大量的信息都與地理空間位置有關。例如，查詢兩城市之間的交通連接，查詢旅游景點和路線，購房時選擇價廉而又環(huán)境適宜的住宅等都需要有地理空間參考。由于尚未建立空間數據參考框架，致使目前在萬維網上制作主頁時還不能輕易將有關的信息連接到地理空間參考上。因此，國家空間數據基礎設施是數字地球的基礎。(

8、4) 大容量數據存儲技術 數字地球將需要存貯 10 1 5 字節(jié)的（ Quadrillions ）信息。美國 NASA 的行星地球計劃 EOS 一 AMI 1999 年上天，每天將產生 1 000 GB （即 1 TB ）的數據和信息， 1 米分辨率影像覆蓋廣東省，大約有 1 TB 的數據，而廣東才是中國的 1 / 53 。所以要建立起中國的數字地球，僅僅影像數據就有 53TB ，這還只是一個時刻的多時相的動態(tài)數據，其容量就更大了。目前美國的 NASA 和 NOAA 已著手建立用原型并行機管理的可存貯 1 800TM 的數據中心，數據盤帶的查找由機器手自動而快速地完成，相信在 21 世紀，還會

9、有新的突飛猛進。(5) 可視化和虛擬現實技術 可視化是實現數字地球與人交互的窗口和工具，沒有可視化技術，計算機中的一堆數字是無任何意義的。數字地球的一個顯著的技術特點是虛擬現實技術。建立了數字地球以后，用戶戴上顯示頭盔，就可以看見地球從太空中出現。 人造虛擬現實技術在攝影測量中早已是成熟的技術，近幾年的數字攝影測量的發(fā)展，已經能夠在計算機上建立可供量測的數字虛擬技術。當然，當前的技術是對同一實體拍攝照片，產生視差，構造立體模型，通常是當模型處理。進一步的發(fā)展是對整個地球進行無縫拼接，任意漫游和放大，由三維數據通過人造視差的方法，構造虛擬立體。(6) 高性能計算能力 地球是一個復雜的巨系統(tǒng)，地球

10、上發(fā)生的許多事件、變化和過程又十分復雜而呈非線性特征，時間和空間的跨度變化大小不等，差別很大，只有利用高速計算機，我們今日和跨世紀的未來，才有能力來模擬一些不能觀測到的現象。利用數據挖掘（ Data Mining ）技術，我們將能夠更好地認識和分析所觀測到的海量數據，從中找出規(guī)律和知識。例 1 “數字地球”的出現是科技創(chuàng)新的又一典范。這意味著（ ）A 科技創(chuàng)新日益全球化 B 科學技術是先進生產力的集中體現 C 科技的發(fā)展離不開雄厚的經濟實力 D 任何科技必然為政治服務B例 2 “數字地球”的核心技術包括（ ） 遙感技術 全球定位系統(tǒng) 地理信息系統(tǒng) 現代通信技術 A B C D ， A【 閱讀指

11、導 】 一次虛擬旅行工具應用戴上頭盔顯示器使用“數據手套”乘上“魔毯”使用語音識別裝置使用虛擬技術看到出現在太空中蔚藍色的、美麗的地球會看到大洲、國家、城市，最后是房屋、樹木以及其他各種自然和人造物體深入查看細節(jié)可以詢問所在地區(qū)的土地利用，動植物種類，實時的氣候道路，以及人口等方面的文本、圖像、視頻信息能夠跨越時空，返回到數日、數年、數世紀以前的環(huán)境，甚至可以與恐龍接觸例 3 “數字地球”的組成除了地圖測繪系統(tǒng)（ EOS ）、全球定位系統(tǒng)（ GPS ）外，還包括（ ） A航空遙感 B . WPS C 地理信息系統(tǒng) D 漢字處理系統(tǒng)C解析：“數字地球”是地圖測繪、航空衛(wèi)星遙感、探空和深鉆技術的深

12、化，是對地圖測繪系統(tǒng)（ EOS ）、全球定位系統(tǒng)（ GPS ）與地理信息系統(tǒng)（ GIS ）的綜合，實現地球圖層間物質流、能量流與信息流數據的集成，便于對全球化問題進行廣泛研究。（二）數字地球與我們的生活“數字城市”：從廣義上說，是通過寬帶多媒體信息網絡、地理信息系統(tǒng)等基礎設施平臺，整合城市信息資源并加以充分利用，建立電子商務、電子政務、科技信息系統(tǒng)、勞動和社會保障信息系統(tǒng)等子系統(tǒng)，通過發(fā)展信息家電、網上教育、遠程醫(yī)療，建設信息化社區(qū)，最終實現城市國民經濟和社會發(fā)展的全面信息化?！皵底只鐓^(qū)”：顧名思義，就是通過數字技術將管理、服務的提供者與每個住戶相聯(lián)結的社區(qū)。這種數字化的網絡系統(tǒng) 使社區(qū)的管理者與住戶之間可以實時地進行各種形式的信息交互，由于現代網絡瀏覽器的先進性以及多態(tài)的表現性，加上各種網絡多媒體技術的應用，從而營造出了一個豐富多彩的虛擬社區(qū)?！暗厍虼濉保盒畔⒏咚俟返某霈F，國際互聯(lián)網的使用，“數字地球”的產生，“縮小”了