3S集成技术与数字地球教学63P

3学习目标 掌握 3了解 了解 了解 3掌握数字地球的基本概念 了解数字地球的核心技术及其应用 掌握国家信息基础设施与国家空间数据基础设施基本概念 了解我国国家空间数据基础设施建设内容 一、 3二、数字地球简介 三、国家信息基础设施与国家空间 数据基础设施 第十三章 3 第一节 3虽然 单纯的 确更新的要求。 大面积资源调查、环境监测等方面发挥了重要的作用。遥感技术在空间分辨率光谱分辨率和时间分辨率上都在飞速发展和提高，担负着越来越重要的作用。 为航空、航天、陆地、海洋等方面的用户提供不同精度的在线或离线的空间定位数据。 国际上 “ 3S” 的研究和应用开始向集成化（或一体化）方向发展。在 3速的提供目标的空间位置； 现地球表面上的各种变化，及时的对 成管理和动态存取，作为新的集成系统平台，并为智能化数据采集提供地学知识。 第一节 33第一节 3一、 软件的实现 以有以下三个不同的层次 ： 分离的数据库，通过文件转换工具在不同系统之间传输文件； 两个软件模块具有一致的用户界面和同步的显示； 集成的最高目的是实现单一的、提供了图像处理功能的 第一节 31. 几何纠正和辐射纠正 在遥感图像的实际应用中，需要首先将其转换到某个地理坐标系下，即进行 几何纠正。 几何纠正的方法 是利用采集地面控制点建立多项式拟合公式，它们可以从 后确定每个点在图像上对应的坐标，并建立纠正公式。在纠正完成后，可以将矢量点叠加在图像上，以判断纠正的效果。为了完成上述功能，需要系统能够综合处理栅格和矢量数据。 第一节 3第一节 3校正前 校正后 1. 图像分类 对于遥感图像分类，与 过矢量栅格的综合查询，可以计算多边形区域的图像统计特征，评判分类效果，进而改善分类方法。 此外，在图像分类中，可以将矢量数据栅格化，并作为 “ 遥感影像 ” 参与分类，可以提高分类精度，例如，考虑到植被的垂直分带特性，在进行山区的植被分类时，可以结合 其作为一个分类变量。 第一节 3第一节 3水（河流、湖泊等） 植被 居民点 1、 感兴趣区域的选取 在一些遥感图像处理中，常常需要只对某一区域进行运算，以提取某些特征，这需要栅格数据和矢量数据之间的相交运算。 第一节 3城市热岛研究 2. 遥感数据作为 数据是 遥感提供了廉价的、准确的、实时的数据，目前如何从遥感数据中自动获取地理信息依然是一个重要的研究课题，包括： 线以及其他地物要素的提取 土地利用变化以及地图更新 第一节 3第一节 3使用遥感图像作为栅格图像时应注意的问题： 由于各种因素的影响，使得从遥感数据中提取的信息不是绝对准确的，在通常的土地利用分类中，90的分类精度就是相当可观的结果，因而需要野外实际的考察验证 在这个过程中可以使用 外，还要考虑尺度问题，即遥感影像空间分辨率和 第一节 3第一节 3卫星 1 卫星 2 卫星 3 卫星 4 单差分方式相对动态 基准站 航摄仪 二、 作为实时提供空间定位数据的技术， 实现不同的具体应用目标。 第一节 3市话网市话网市话网市话网市话网深圳市连续运行卫星定位导航服务系统结构及通信网络示意图市电信局监控分析中心卫星定位信号发射台台基准站 1基准站 2基准站 3基准站 4基准站 5进入移动电话系统用户用户全向天线定向天线位 主要在诸如旅游、探险等需要室外动态定位信息的活动中使用。如果不与 用 可以实现空间定位；但是通过将以方便地显示 而可以利用 到定位点周围的信息，从而实现决策支持 第一节 3第一节 3定位演示 2测量 主要应用于土地管理、城市规划等领域，利用 以测量区域的面积或者路径的长度。该过程类似于利用数字化仪进行数据录入，需要跟踪多边形边界或路径，采集抽样后的顶点坐标，并将坐标数据通过 后计算相关的面积或长度数据。 在进行 注意以下一些问题，首先，要确定 对宅基地的测量，精度需要达到厘米级，而要在野外测量一个较大区域的面积，米级甚至几十米级的精度就可以满足要求；其次，对不规则区域或者路径的测量，需要确定采样原则，采样点选取的不同，会影响到最后的测量结果。 第一节 3第一节 3基准站 （坐标已知） 基准站 （坐标已知） 可测量两站之间的位置 3监控导航 用于车辆、船只的动态监控，在接收到车辆、船只发回的位置数据后，监控中心可以确定车船的运行轨迹，进而利用 断其运行是否正常，如是否偏离预定的路线，速度是否异常 (静止 )等等，在出现异常时，监控中心可以提出相应的处理措施，其中包括向车船发布导航指令。 第一节 3地理信息系统 显示 数据记录 定位 测量 监控导航 数据接口 数据处理 汽车监控导航系统 第一节 3三 、 3 构成为整体的 、实时的和动态的对地观测 、 分析和应用的运行系统 ，提高了 第一节 3S 第一节 3一、数字地球的基本概念 数字地球是指数字化三维显示的虚拟地球，是信息化的地球，它是包括数字化、网络化、智能化与可视化的技术系统； 实施数字地球计划，需要政府、企业和学术界共同协力参加。实施数字地球计划是社会行为，需全社会来关心和支持。 数字地球是一次新的技术革命，将改变人类的生产和生活方式，进一步促进科学技术的发展和推动社会经济的进步 第二节 数字地球简介 第二节 数字地球简介 一、数字地球的基本概念 数字地球将不同空间、时间、物质和能量的多种分辨率的有关资源、环境、社会、经济和人口等海量数据或信息，按地理坐标从局部到整体，从区域到全球进行整合、融合、显示，并能为解决复杂生产实践和知识创新、技术开发与理论研究提供实验条件和试验基地 (包括仿真和虚拟实验 )，其意义在于它代表了当前科技的发展战略目标和方向。 第二节 数字地球简介 数字地球代表了当前科技的发展战略目标和方向。 二 、 数字地球的核心技术 为了解决数字地球中的数字化 、 信息化以及应用问题 ， 需要研究以下关键技术： 科学计算 、 海量存储 、 宽带网 、 卫星数据获取 、 元数据 、 互操作 等等 。下面对这些相关关键技术进行简单的描述 。 第二节 数字地球简介 1信息高速公路和计算机宽带高速网 一个数字地球所需要的数据已不能通过单一的数据库来存贮，而需要由成千上万的不同组织来维护。这意味着参与数字地球的服务器将需要由高速网络来连接。 第二节 数字地球简介 2高分辨率卫星遥感数据的快速获取技术 卫星遥感是数字地球获取数据的主要手段，包括不同高度、不同分辨率的陆地卫星系列、海洋卫星系列、气象卫星系列以及小卫星系列，其分辨率从 感数据的处理包括辐射纠正、几何纠正、增强、特征提取、自动分类、自动成图、数据压缩等等，高分辨率卫星每天都要产生大量的数据，对这些数据的自动的、快速的处理以实时、准确地提取信息是实现数字地球信息获取的关键。 第二节 数字地球简介 第二节 数字地球简介 美国快鸟计划（ 2002）： 3地球空间数据的存储和处理 为了能够将地球上的信息进行数字化，除了要存储和处理大量的遥感数据之外，还包括图形数据，属性数据等等。实现对这些数据的查询检索，需要海量数据存储管理以及快速处理技术。目前分布式数据存储是海量数据管理的趋势，可以避免集中式系统带来的管理困难以及网络拥塞；而通常采用超大型计算机或者并行计算以实现快速处理 。 第二节 数字地球简介 第二节 数字地球简介 据流 4超媒体空间信息系统 数字地球的主要任务之一是通过因特网实现信息的共享和发布，主要通过 外，数字地球应用中包含大量多媒体数据，也需要在因特网上发布，形成超媒体空间信息系统。大量的数据在网络上传输，造成网络拥塞，这需要高带宽网络解决该问题 。 第二节 数字地球简介 第二节 数字地球简介 局域网 终端 缆 线接入 终端 远程局域网 终端 终端 地理信息的分布式计算 地理信息的特征是分布的，并且具有基础性、共享性和综合性，分布式计算可以使得地理信息应用于社会各个领域 。包括以下几种： 地理信息的共享领域服务 空间查询服务 空间分析服务 空间制图服务 地理信息的特定任务服务 第二节 数字地球简介 6无比例尺数据库 无比例尺数据库是指以一个大比例尺数据库为基础数据源，在一定区域内空间对象的信息量随比例尺变化自动增减，即可以由大比例尺空间数据自动生成较小比例尺的数据。 第二节 数字地球简介 基于 1： 5万图 25米水平分辨率） 基于 1： 1万图 5米水平分辨率） 基于 1： 1万图 7空间数据仓库 空间数据仓库是指支持管理和决策过程的、面向主题的、集成的和随时间变化的、持久的和具有空间坐标的地理数据的集合。数据仓库的主要任务是将来源、结构、格式不同的原始数据，首先对其进行标准化、过滤与匹配、精化、标明时间戳和确认数据质量的处理，即求精过程；然后再根据任务的需要，进行数据的集成与分割、概括与聚集、预测与推导、翻译与格式化、转换与再映象处理；最后进行数据仓库的建模、概括、聚集、调整与确认及建立结构化查询等等。 第二节 数字地球简介 8空间数据融合 (空间数据融合是指多种数据合成后，不再保存原来的数据，而产生了一种新的综合数据，如假彩色合成影像。数字地球的多种数据融合，包括多种分辨率数据，多维数据以及不同类型数据的融合，并且需要将融合得到的数据进行可视化表现，通常是将数据叠加在数字高程模型上，形成三维立体景观影像。 第二节 数字地球简介 9虚拟现实 (术 虚拟现实技术，是指运用计算机技术生成一个逼真的，具有视觉、听觉、触觉等效果的可交互、动态的 “ 世界 ” ，人们可以对该虚拟世界中的虚拟实体进行操纵和考察，用户与虚拟现实系统的交互利用数据手套、数据头盔、数据衣等进行，而 觉描绘器，触觉描绘器使用户产生身临其境的感觉。 第二节 数字地球简介 第二节 数字地球简介 第二节 数字地球简介 10元数据 (在创建数字地球的过程中，全球范围内对数字地理信息的需求越来越大，许多单位和个人开始生产、处理和修改地理数据；另外，在计算机信息系统中，在采用模型对地理实体进行研究时，为了保证信息不被误用，需要通过 样不仅数据生产者能够充分描述数据集，用户也可以估计数据集对其应用目的的适用性。 第二节 数字地球简介 数字地球技术概括 海量数据 获取 存储管理 处理和信息 提取 信息共享 信息表达 信息传输 信息高速公路和宽带高速网 高分辨率卫星遥感 地球空间数据存储和处理 超媒体空间信息系统 地理信息的分布式计算 无比例尺数据库 空间数据仓库 空间数据融合 虚拟现实技术 元数据 第二节 数字地球简介 三、数字地球的应用 在人类所接触到的信息中有 80%与地理位置和空间分布有关，地球空间信息是信息高速公路上的货和车。数字地球不仅包括高分辨率的地球卫星图像，还包括数字地图，以及经济、社会和人口等方面的信息，它的应用正如戈尔副总统在报告中提到的有时会因为我们的想象力而受到限制，换句话说，数字地球的应用在很大程度上超出我们的想象，可以乐观地说下一世纪中，数字地球将进入千家万户和各行各业。这里只能就我们的理解提出一些现实的应用。 第二节 数字地球简介 1数字地球对全球变化与社会可持续发展的作用 全球变化与社会可持续发展已成为当今世界人们关注的重要问题，数字化表示的地球为我们研究这一问题提供了非常有利的条件。在计算机中利用数字地球可以对全球变化的过程、规律、影响以及对策进行各种模拟和仿真，从而提高人类应付全球变化的能力。 第二节 数字地球简介 2数字地球对社会经济和生活的影响 数字地球将容纳大量行业部门、企业和私人添加的信息，进行大量数据在空间和时间分布上的研究和分析。 第二节 数字地球简介 3数字地球与精细农业 21世纪农业要走节约化的道路，实现节水农业、优质高产无污染农业。这就要依托数字地球，每隔 35天给农民送去他们的庄稼地的高分辨率卫星影像，农民在计算机网络终端上可以从影像图中获得他的农田的长势征兆，通过 定出行动计划，然后在车载 施农田作业，及时地预防病虫害，把杀虫剂、化肥和水用到必须用的地方，而不致使化学残留物污染土地、粮食和种子，实现真正的绿色农业。 第二节 数字地球简介 第二节 数字地球简介 4数字地球与智能化交通 （ 提高公路交通的安全性。 降低能源消耗，减少汽车运输对环境的影响。 提高公路网络的通行能力。 提高汽车运输生产率和经济效益，并对社会经济发展的各方面都将产生积极的影响。 通过系统的研究、开发和普及，创造出新的市场。 第二节 数字地球简介 第二节 数字地球简介 5数字地球与 基于高分辨率正射影像、城市地理信息系统、建筑 立虚拟城市和数字化城市，实现真三维和多时相的城市漫游、查询分析和可视化。数字地球服务于城市规划、市政管理、城市环境、城市通讯与交通、公安消防、保险与银行、旅游与娱乐等，为城市的可持续发展和提高市民的生活质量等提供基础保障。 第二节 数字地球简介 数字城市举例 6数字地球为专家服务 顾名思义，数字地球是用数字方式为研究地球及其环境的科学家尤其是地学家服务的重要手段。地壳运动、地质现象、地震预报、气象预报、土地动态监测、资源调查、灾害预测和防治、环境保护等无不需要利用数字地球。而且数据的不断积累，最终将有可能使人类能够更好地认识和了解我们生存和生活的这个星球，运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多时空和多种类的三维描述将不再是幻想。 第二节 数字地球简介 第二节 数字地球简介 7数字地球与现代化战争 而且，数字地球是一个典型的平战结合，军民结合的系统工程，建设中国的数字地球工程符合我国国防建设的发展方向。 第二节 数字地球简介 数字化战场举例 第三节 国家信息基础设施与国家空间数据基础设施 一、国家信息基础设施 国家信息基础设施是一个能够给用户随时提供大容量信息的，由通信网络、计算机、数据库以及日用电子产品组成的完备的网络系统。 二、空间数据基础设施 国家空间数据基础设施是继国家信息基础设施之后的又一个国家级信息基础设施，其目的是为了协调基础地理空间数据的收集、管理、分布和共享的基础设施。空间数据基础设施主要由四个部分组成：数据交互网络体系、基础数据集、法规与标准、机构体系。从技术的角度来看，其内容主要有：空间数据标准，基础空间数据框架，空间数据交换网络以及元数据等。 第三节 国家信息基础设施与国家空间数据基础设施 第三节 国家信息基础设施与国家空间数据基础设施 信息基础设施 数字空间数据基础设施 应用系统和应用软件 用户界面 政府部门 商业部门 个人用户 数字地球总体框架图 系统总体设计与技术创新 数据标准规范 第三节 国家信息基础设施与国家空间数据基础设施 建立方法如下： 1）空间信息的收集、管理、协调和分发的体系和结构 ： 制定国家空间信息设施的规划、政策、标准和法规，建立层次化的机构体系，协调各个部门的协作和权益，研究相关技术，进行项目管理等。 2）空间数据收集系统：包括一系列遥感卫星或小卫星组成的遥感卫星体系。 3）地理空间数据集 括国家基础地理信息中心等许多单位已经开展了是还需同国际上相关工作的接轨。空间信息交换网络主要利用了国家信息基础设施，包括中国公用分组交换数据网（ ,中国互联网，金桥网（ ,教育科研网等。 第三节 国家信息基础设施与国家空间数据基础设