城市建設(shè)3S(RSGISGPS)技術(shù)基礎(chǔ)

（IntroductionTo“3S”

Technology）城市建設(shè)系

第一章緒論第一節(jié)地球信息科學(xué)第一節(jié)地球信息科學(xué)第一節(jié)地球信息科學(xué)圖1聯(lián)合收割機(jī)外貌圖3作物產(chǎn)量傳感圖2監(jiān)視器和控制面板GPS和GIS設(shè)備裝載于聯(lián)合收割機(jī)上上圖（1，2，3）顯示了GPS和GIS設(shè)備裝載于聯(lián)合收割機(jī)上的情景，可以通過GPS隨時提供收割機(jī)當(dāng)前的精確位置，通過作物產(chǎn)量傳感器給出當(dāng)前時段的收割作物流量，通過GIS搜集和存儲這些信息，以提供查詢、分析和制圖之用。3S應(yīng)用實例：3S集成用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)3S應(yīng)用實例：

3S與數(shù)字城市3S應(yīng)用實例：

3S在耕地保護(hù)中的應(yīng)用第三節(jié)全球定位系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用

一、全球定位系統(tǒng)（GPS）的概念：

全球定位系統(tǒng)GPS：NavigationSatelliteTimingandRangingGlobalPositioningSystem（NAVSTARGPS）,以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電授時、定位、測距導(dǎo)航系統(tǒng)。（GPS——GlobalPositioningSystem）第三節(jié)全球定位系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用

二、GPS定位系統(tǒng)的組成：GPS定位系統(tǒng)由三部分組成，即由GPS衛(wèi)星組成的空間星座部分、由若干地面站組成的地面監(jiān)控系統(tǒng)、以接收機(jī)為主體的廣大用戶部分，三者有各自獨立的功能和作用，但又是有機(jī)地配合而缺一不可的整體系統(tǒng)。地面監(jiān)控部分由一個主控站，三個注入站和五個監(jiān)控站組成衛(wèi)星由分布在6根軌道上的24顆工作衛(wèi)星和若干備用衛(wèi)星所組成。用戶部分主要由GPS接收機(jī)構(gòu)成GPS衛(wèi)星組成的衛(wèi)星網(wǎng)GPS衛(wèi)星組成的衛(wèi)星網(wǎng)GPS衛(wèi)星工作示意圖GPS衛(wèi)星二、GPS定位系統(tǒng)的組成：GPS接收機(jī)只要可以同時接收到3個衛(wèi)星的信號，就可以間接推算出觀測者的位置（經(jīng)緯度、高程），同時可以利用第4顆衛(wèi)星進(jìn)行糾正。從而實現(xiàn)了可以實時、連續(xù)的提供地球表面任意一點的經(jīng)緯度和高程。第三節(jié)全球定位系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用

GPS接收機(jī)便攜式GPS車載GPS第三節(jié)全球定位系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用三、GPS定位系統(tǒng)的特性（1）：

定位精度高：相對定位精度：<50km的基線已達(dá)到2ppm

。

適應(yīng)性強(qiáng)：目前有24顆GPS衛(wèi)星均勻分布天空，故該系統(tǒng)具有全天候、全球性、實時連續(xù)的精密三維導(dǎo)航和定位能力，適應(yīng)性強(qiáng)。

自動化程度高：GPS接收機(jī)已制造成傻瓜型，儀器安置好后，僅僅按一下電源開關(guān)健，儀器即啟動開始工作，當(dāng)約定時間一到或信號量批示燈閃爍時，關(guān)閉電源即可。第三節(jié)全球定位系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用第三節(jié)全球定位系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

(1)格魯納斯——GLONASS

俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，簡稱為GLONASS或格魯納斯，亦為全球?qū)Ш脚c定位的系統(tǒng)。 該系統(tǒng)的空間衛(wèi)星部分與美國的GPS原理基本相同，由24顆衛(wèi)星組成，分布在3個軌道平面上．每個軌道平面有8顆衛(wèi)星。 衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方、任何時間都可觀測到4顆以上的衛(wèi)星，由此獲得高精度的三維定位數(shù)據(jù)。據(jù)消息稱，到2011年，俄羅斯Glonass衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量將會增加至30個。第三節(jié)全球定位系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)

GLONASS系統(tǒng)俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)

GLONASS系統(tǒng)GLONASS系統(tǒng)，最高分辨率可以達(dá)到1.5m；該系統(tǒng)將在2010年正式投入使用?，F(xiàn)階段GLONASS系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)射了16顆衛(wèi)星，其中13顆運作正常，另外3顆處于維修狀態(tài)。2006年，俄羅斯投入GLONASS系統(tǒng)的資金數(shù)額為47億盧布(約合2億美元)，2007年為99億盧布(4.2億美元)。俄羅斯計劃2009年前完成全部24顆衛(wèi)星的部署工作。

第三節(jié)全球定位系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用第三節(jié)全球定位系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)

(2)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)----BDNS

我國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，英文名稱為BeidouNavigationSystem，簡稱為BDNS。 該系統(tǒng)為局域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，是世界上除美、俄外第三個建成的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可全天候、全天時服務(wù)于我國及周邊地區(qū)，定位精度預(yù)計可達(dá)數(shù)十米。 系統(tǒng)空間衛(wèi)星部分由2000年10月31日、12月21日和2003年5月25日分別發(fā)射的三顆“北斗一號”導(dǎo)航定位衛(wèi)星組成，其中，兩顆為工作衛(wèi)星，一顆為備用衛(wèi)星。 我國目前正在研究第二代導(dǎo)航定位衛(wèi)星，有望5-10年后，成為衛(wèi)星導(dǎo)航定位強(qiáng)國。(2)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)----BDNS北斗衛(wèi)星發(fā)射現(xiàn)場第三節(jié)全球定位系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(3)伽利略系統(tǒng)——GNS

歐盟正在啟動的伽利略系統(tǒng)，簡稱GNS。該系統(tǒng)為全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，空間部分由30顆衛(wèi)星組成，擬定于2008年投入使用，屬于純民用系統(tǒng)，我國為該系統(tǒng)的合作成員國家。隨著科技發(fā)展和一些國家經(jīng)濟(jì)實力增強(qiáng)，出于經(jīng)濟(jì)、戰(zhàn)略和政治等因素，將會有更多的國家建立自己的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

(3)伽利略系統(tǒng)——GNS歐洲伽利略計劃是中高度圓軌道(MEO)方案，該系統(tǒng)將由30顆中高度圓軌道衛(wèi)星和2個地面控制中心組成，其中27顆衛(wèi)星為工作衛(wèi)星，3顆為候補。衛(wèi)星高度為24126公里，位于3個傾角為56度的軌道平面內(nèi)。到目前為止，“伽利略計劃”僅發(fā)射了一顆“GIOVE-A”實驗衛(wèi)星第三節(jié)全球定位系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用四、全球定位系統(tǒng)（GPS）的發(fā)展：

GPS整個發(fā)展計劃分三個階段實施：

1973年～1978年為原理可行性驗證階段，組織海陸空三軍開始策劃、研制；1978年2月2日-1989年間發(fā)射了11顆GPS衛(wèi)星進(jìn)行系統(tǒng)實驗，稱為BlockⅠ。1989年2月14日-1994年3月9日為工程發(fā)展與完成階段，共發(fā)射了24顆正式工作的GPS衛(wèi)星?？傊?，24顆正式工作的GPS衛(wèi)星的成功發(fā)射，標(biāo)志著GPS已配置完畢。整個計劃歷時20年，耗資130多億美元。這是繼阿波羅計劃、航天飛機(jī)計劃之后的又一龐大的空間計劃。第三節(jié)全球定位系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用五、全球定位系統(tǒng)（GPS）的應(yīng)用（1）：

建立或改善各種規(guī)模、等級的大地控制網(wǎng)；

在地球動力學(xué)研究方面，精確測定地球板塊間的相對滑動、俯沖、變形及構(gòu)造活動情況；

監(jiān)測地球極移現(xiàn)象；

對海島、海洋、海面地形圖測繪變得十分方便；第三節(jié)全球定位系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用五、全球定位系統(tǒng)（GPS）的應(yīng)用（2）：

在工程勘測、放樣、變形監(jiān)測等方面應(yīng)用廣泛；

GPS與RS(遙感)、GIS(地理信息系統(tǒng))DPS：(航測數(shù)字化成圖系統(tǒng))、DS(專家系統(tǒng))集成，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛；

在生物科學(xué)、導(dǎo)游、人們?nèi)粘Ｉ畹确矫嬉矐?yīng)用廣泛；

國土資源調(diào)查；

車輛交通管理。第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用

什么是遙感RS—定義

什么是遙感RS—簡單直觀認(rèn)識什么是遙感RS—簡單直觀認(rèn)識什么是遙感RS—簡單直觀認(rèn)識偵察衛(wèi)星拍攝的美國五角大樓遙感專業(yè)軟件:ENVI遙感專業(yè)軟件:ERDAS第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用三、遙感類型按傳播媒介分：

電磁波遙感：以可見光、紅外、微波、紫外線較為常見（利用不同的工作波段）。

聲波遙感：適于探測海水和海底情況，一般用超聲波。

力場遙感：重力場、磁力場、電力場等，適用于物理探礦。

地震波遙感：探測地層構(gòu)造和探礦。第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用三、遙感類型按傳感器工作方式分：

被動遙感：傳感器本身不發(fā)射任何人工探測信號，只能被動地接受來自對象的信息。如不用閃光燈的攝影。主動遙感：傳感器本身帶有電磁波的輻射源，工作時向目標(biāo)發(fā)射信號，接收目標(biāo)物反射這種輻射波的強(qiáng)度。如使用閃光燈的攝影和側(cè)視雷達(dá)。

按應(yīng)用領(lǐng)域分：農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、地質(zhì)遙感、大氣遙感等等。第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用三、遙感類型按資料獲取方式分：

成像方式：把所探測的地物輻射的電磁波強(qiáng)度用不同的色調(diào)構(gòu)成圖像，如航片、衛(wèi)片等。光學(xué)攝影：將探測到的地物的電磁波信息以深淺不同的色調(diào)直接記錄在感光膠片上。以照相機(jī)或攝影機(jī)進(jìn)行。第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用三、遙感類型成像方式：掃描成像：將所探測視場分為若干象元，傳感器按順序接收每個象元的電磁波強(qiáng)度，并將其轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)傳輸、處理再顯示成圖像。如電視攝像、雷達(dá)成像等。非成像方式：獲取數(shù)據(jù)、曲線等形式的資料。如不掃描的輻射計。第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用四、遙感特性

空間特性：感測距離遠(yuǎn)，視域范圍大。某些波段的遙感對冰雪、云霧、水體和陸地等有一定的穿透力。因此RS具有宏觀性和直觀性。如LandsatTM每幅圖象（一景）所表示的地面區(qū)域為185

185km2。

時間特性：平臺運行快，周期短，能夠周期成象。且能獲得多時相、準(zhǔn)同步的影象和數(shù)字資料。通過不同時間成象資料的對比，可以研究地面物體的動態(tài)變化，為環(huán)境監(jiān)測、病蟲害等地物發(fā)展變化規(guī)律的研究提供條件。第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用四、遙感特性

光譜特性：探測波段從可見光向兩側(cè)延伸?，F(xiàn)在，已用于遙感的電磁波段有

射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、微波以及波長更長的無線電波等。各波段間性質(zhì)差異很大，用途也各不相同。可以用于地物分類、制圖、遙感定量分析和應(yīng)用等等。這三大特性構(gòu)成了遙感信息地學(xué)評價的三個基本標(biāo)準(zhǔn)（空間分辨率、時間分辨率和光譜分辨率）。第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用五、優(yōu)勢信息量大。受地面條件限制少：可用于自然條件惡劣，地面工作困難的地區(qū)。經(jīng)濟(jì)效益好：降低成本，特別是災(zāi)害預(yù)報、資源探測、資源清查等。用途廣。發(fā)展迅速。第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用3、發(fā)展趨勢：從應(yīng)用角度遙感分析由單一遙感資料到多時相、多數(shù)據(jù)源（含非RS數(shù)據(jù)）的信息復(fù)合與綜合分析；從資源環(huán)境靜態(tài)分布研究到動態(tài)過程監(jiān)測；從動態(tài)監(jiān)測到預(yù)測預(yù)報；從定性調(diào)查、系列制圖到計算機(jī)輔助的數(shù)字圖象處理、定量自動制圖；從對各種事物表面現(xiàn)象描述到內(nèi)在規(guī)律分析、計量探求

定量遙感。第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用第四節(jié)遙感的概念、發(fā)展及應(yīng)用七、遙感應(yīng)用

地質(zhì)礦產(chǎn)：減小野外工作量，節(jié)省人力、物力、財力，加快速度，提高精度。如：進(jìn)行成礦條件的地質(zhì)分析；查明地質(zhì)構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)隱伏構(gòu)造；大型堤壩、廠礦等的選址和道路選線；地震、暴雨等造成的災(zāi)害性地質(zhì)過程的預(yù)測。水文和水資源研究：水資源調(diào)查、水文情報預(yù)報和區(qū)域水文研究等等。第五節(jié)地理信息系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用

第五節(jié)地理信息系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用

從系統(tǒng)開發(fā)角度看GIS的分類

1）最終用戶用GIS2）專業(yè)人士用GIS3）軟件開發(fā)者/系統(tǒng)集成者用GIS

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度看GIS的分類

1）單機(jī)GIS2）網(wǎng)絡(luò)GIS

從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)角度看GIS的分類

1）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS2）柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)GIS3）混合型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第五節(jié)地理信息系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用

按應(yīng)用類型分類

1)專題性GIS以特定專題、任務(wù)或現(xiàn)象為主要內(nèi)容所建立的地理信息系統(tǒng)。系統(tǒng)具有明顯的專業(yè)特點，數(shù)據(jù)項選擇和操作功能設(shè)計均為特定目的服務(wù)，如森林動態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)、城市管網(wǎng)信息系統(tǒng)等。

2)區(qū)域性GIS

以自然區(qū)、行政區(qū)或任意區(qū)等區(qū)域的若干指定目標(biāo)、任務(wù)或現(xiàn)象為主要內(nèi)容所建立的地理信息系統(tǒng)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)項選擇和操作功能設(shè)計主要考慮為區(qū)域研究、管理和規(guī)劃提供信息，具有數(shù)據(jù)項較多、功能較齊全、開放性較強(qiáng)等特點。如國家、省或地區(qū)、市或縣等行政區(qū)域信息系統(tǒng)，自然分區(qū)或以流域為單位的區(qū)域信息系統(tǒng)等。

第五節(jié)地理信息系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用

按應(yīng)用類型分類

3)綜合性GIS

在一定范圍內(nèi)，依據(jù)國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，包含有該范圍的各種基礎(chǔ)信息、自然和社會經(jīng)濟(jì)要素的地理信息系統(tǒng)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)項選擇和操作功能設(shè)計要考慮政府、部門決策、規(guī)劃和管理需要，考慮專業(yè)設(shè)計部門需要，還要顧及公眾和人民生活需要。具有數(shù)據(jù)項多、功能齊全、開放性強(qiáng)等特點。行政區(qū)基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)，如廣東省基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)；大、中、小城市、城鎮(zhèn)信息系統(tǒng)，上海、深圳城市地理信息系統(tǒng)。第五節(jié)地理信息系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用三、GIS發(fā)展回顧和前景

GIS的發(fā)展----國外GIS發(fā)展回顧(起源于實際應(yīng)用)

60年代是搖籃時期；70年代是GIS迅速發(fā)展時期；80年代是GIS普及應(yīng)用推廣時期；90年代產(chǎn)業(yè)化時期第五節(jié)地理信息系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用三、GIS發(fā)展回顧和前景

GIS的發(fā)展----國內(nèi)GIS發(fā)展回顧(起步晚、發(fā)展快)70年代是GIS起步年代；80年代是GIS應(yīng)用試驗?zāi)甏?0年代出現(xiàn)國產(chǎn)GIS商品?？傊?，目前標(biāo)志著我國GIS產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段。集中表現(xiàn)在：商業(yè)GIS軟件的大量出現(xiàn)；GIS專業(yè)機(jī)構(gòu)及其活動十分活躍；高校中GIS專業(yè)的迅速發(fā)展。第五節(jié)地理信息系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用第五節(jié)地理信息系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用第五節(jié)地理信息系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用四、GIS的應(yīng)用：

2、GIS的派生應(yīng)用系統(tǒng)近年來，數(shù)字地球、數(shù)字中國和數(shù)字城市受到了廣泛的關(guān)注。無論是數(shù)字地球、數(shù)字中國還是數(shù)字城市，其核心都是數(shù)據(jù)和基于數(shù)據(jù)的服務(wù)。這里的數(shù)據(jù)不僅包括數(shù)據(jù)的管理與分發(fā)、數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和更新等。它涉及的信息系統(tǒng)主要包括GIS（地理信息系統(tǒng)）、MIS（管理信息系統(tǒng)）、OA（辦公自動化）、AM/FM（自動設(shè)備管理）、CAD（計算機(jī)輔助設(shè)計）和網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)、集成與實施的方方面面。第五節(jié)地理信息系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用第五節(jié)地理信息系統(tǒng)的概念、發(fā)展和應(yīng)用區(qū)域政府資源信息管理與服務(wù)政府地理信息系統(tǒng)實例

國土資源管理應(yīng)用軟件和系統(tǒng)平臺基于北京一號衛(wèi)星數(shù)據(jù)的國土資源管理應(yīng)用軟件和系統(tǒng)平臺政府地理信息系統(tǒng)實例第五節(jié)地理信息系統(tǒng)的概念、