遥感技术与地理信息系统的基本理论和实践.doc

资源与环境信息技术-遥感技术与地理信息系统的基本理论和实践 学院:资环学院 班级：农资1001 姓名：张渴望 学号：A03100191 日期：2012.12.11 指导老师：谷思玉摘要遥感是一门年轻的学科，但却戏曲性地增强了人类在区域乃至全球尺度上开发资源、动态监测地表信息变化的能力。和传统的对地观测手段相比，它的优势表现在：提供了全球或大区域精确定位的高频度宏观影象，从而揭示了岩石圈、水圈、气圈和生物圈的相互作用和相互关系，促进了地球系统科学的诞生；扩大了人的视野，从可见光发展到红外、微波等波谱范围，加深了人类对地球的了解；同时，还实现了空间和时间的转移：空间上野外部分工作转移到实验室；时间上从过去、现在的研究发展到在三维空间上定量地预测未来。遥感技术正在改变着地球学研究的进程。环境与资源是地球科学的主要应用研究领域，也是以遥感技术为核心的对地观测技术最具有应用潜力的领域之一。我国正面临着日益严重的环境与资源问题，本世纪末到下世纪初，将是我国环境与资源问题最为尖锐的时期，如果处理不好，必将影响到国民经济的持续发展。因此，遥感技术已被列为国家90年代国民经济发展的35项关键技术之一。遥感、全感定位系统和地理信息系统的一体化 。地理信息系统需要应用遥感资料更新其数据库中的数据；而遥感影像的识别需要在地理信息系统支持下改善其精度并在数学模型中得到应用。两者之间存在着密切的相互依存关系。但在目前的技术水平下，这种关系受到制约，主要有两方面的原因：一是受卫星分辨率和识别技术所限，遥感图像计算机识别的精度还不能满足更新较大比例尺专题图的要求；二是遥感图像与常用的地理信息系统的不同的数据结构妨碍了数据间的传输。关键字：遥感、地理信息系统、资源与环境、一体化目录1、摘要-（2）2、引言-（4）3、遥感技术-（4） 3.1遥感技术简述-（4） 3.2遥感技术 - 基本原理-（5）3.3、遥感技术的发展趋势-（5）4、地理信息系统的概述-（5）4.1地理信息系统概念- （5）4.1.1地理信息系统定义-(5)4.1.2地理信息系统组成-(5)4.2地理信息系统的研究内容-(6)5、 地理信息系统与遥感一体化-(6)6、地理信息系统的实践应用-(7)7、总结-(7)8、参考文献-（8）遥感技术与地理信息系统的基本理论和实践引言遥感技术应用实践表明，服务于资源与环境监测的对地观测系统是由航天、航空、地面观测台站网络等系统组成的，具有提供定位、定性、定量数据能力的综合性技术系统。同时，这个系统应当是一个全天候、全方位的综合系统，这样才有可能对地球物理场、生物、地理、化学过程进行比较全面的调查研究，从而为资源开发、环境保护、区域经济协调和持续发展提供系统的科学数据和信息服务。 对地观测空间卫星子系统应是由大型极轨组合平台与小卫星系列、多高度、多种轨道卫星组合的观测体系。从资源与环境监测的需求出发，卫星发展的重点包括：连续地提供高质量的观测数据、长寿命化的观测技术；以定量化为目标的超多波段成像光谱技术；不受云层影响的微波传感器技术；以海洋和大气为主要对象的探测器技术和全球空间、全天候、全时域、连续、快速、高精导航定位的全球定位系统技术。 展望今后十年，新一代卫星影像的分辨力将有大幅度提高；在专家系统支持下，计算机识别精度也将有明显的改善；同时，从遥感图像具有的棚格数据结构向地理信息系统常用的矢量数据结构的转换已取得明显进展，新的数据结构不断出现，有的达到实用化水平。因此，遥感与地理信息系统一体化已是可以看到的前景。那时，再也不需要重复遥感图像一目视解译一编图一数字化进入地理信息系统的模式，整个过程将为计算机处理所代替，应用实时遥感数据的数学模型将得以运行。一、 遥感技术（一）、遥感技术简述遥感技术是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线结目标进行探测和识别的技术。例如航空摄影就是一种遥感技术。人造地球卫星发射成功,大大推动了遥 感技术的发展。现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理等环节。完成上述功能的全套系统称为遥感系统,其核心组成部分是获取信息的遥感器。遥感器的种类很多,主要有照相机、电视摄像机、多光谱扫描仪、成象光谱仪、微波辐射计、合成孔径雷达等。传输设备用于将遥感信息从远距离平台(如卫星)传回地面站。信息处理设备包括彩色合成仪、图像判读仪和数字图像处理机等。 （二）、遥感技术 - 基本原理任何物体都具有光谱特性，具体地说，它们都具有不同的吸收、反射、辐射光谱的性能。在同一光谱区各种物体反映的情况不同，同一物体对不同光谱的反映也有明显差别。即使是同一物体，在不同的时间和地点，由于太阳光照射角度不同，它们反射和吸收的光谱也各不相同。遥感技术就是根 据这些原理，对物体作出判断。 遥感技术通常是使用绿光、红光和红外光三种光谱波段进行探测。绿光段一般用来探测地下水、岩石和土壤的特性；红光段探测植物生长、变化及水污染等；红外段探测土地、矿产及资源。此外，还有微波段，用来探测气象云层及海底鱼群的游弋。（三）、遥感技术的发展趋势1 进行地面,航空,航天多层次遥感,建立地球环境卫星观测网络.2 传感器向电磁波谱全波段覆盖.3 图象信息处理实现光学-电子计算机混合处理,因入其他技术理论方法,实现自动分类和模式识别.4 实现遥感分析解译的定量话与精确化.5 与GIS和GPS形成一体化的技术系统.二、地理信息系统的概述（一）地理信息系统概念1、地理信息系统定义：地理信息系统（Geographic Information System或 GeoInformation system，GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。2、地理信息系统组成：从系统论和应用的角度出发，地理信息系统被分为四个子系统，即计算机硬件和系统软件，数据库系统，数据库管理系统，应用人员和组织机构。 (1)计算机硬件和系统软件：这是开发、应用地理信息系统的基础。其中，硬件主要包括计算机、打印机、绘图仪、数字化仪、扫描仪；系统软件主要指操作系统。 (2)数据库系统：系统的功能是完成对数据的存储，它又包括几何（图形）数据和属性数据库。几何和属性数据库也可以合二为一，即属性数据存在于几何数据中。 (3)数据库管理系统：这是地理信息系统的核心。通过数据库管理系统，可以完成对地理数据的输入、处理、管理、分析和输出。 (4)应用人员和组织机构：专业人员，特别是那些复合人才（既懂专业又熟悉地理信息系统）是地理信息系统成功应用的关键，而强有力的组织是系统运行的保障。（二）、地理信息系统的研究内容1.地理信息系统基本理论研究：包括研究地理信息系统的概念、定义和内涵；地理信息系统的信息论研究；建立地理信息系统的理论体系；研究地理信息系统的构成、功能、特点和任务；总结地理信息系统的发展历史，探讨地理信息系统发展方向等理论问题。2.地理信息系统技术系统设计：包括地理信息系统硬件设计与配置；地理空间数据结构及表示；输入与输出系统；空间数据库管理系统；用户界面与用户工具设计；地理信息系统工具软件研制；微机地理信息系统的开发等。3.地理信息系统应用方法论研究 ：包括应用系统设计和实现方法；数据采集与校验；空间分析函数与专题分析模型；地理信息系统与遥感技术结合方法；地学专家系统研究等。三、地理信息系统与遥感一体化地理信息系统 (Geographieal Information System),缩 称 G IS它是60年代发展起 来的新兴科学技术是建立在地球科学和信息科学基础上的边缘科学。所以可谓是现代科技的新领域,即该技术是以系统论、信息论与控制论等现代科学理论方法为 指导,针对当今社 会面临 的人口、资 源与环境的 重大问题,促进理论、技术 与应 用相结合,发展形成的新兴综合性科学技术领 域。目前它 已发 展成 为一门全方位的新兴服务行业。世界 上第一个地理信息系统 产生 于加拿大,握太华是 G IS的故 乡。在加拿大,地理信息系 统称 为“土地信 息系统”(Land Information System)由此 可见,加 拿 大为 当今 G IS 的 发展奠定了重要基础。地理信息系统是对地理 环境信息在地理座标控制下 进行 采集、储存、管理、查询、分析、显示 和制 图的 计算机软硬件的综合性技术系统。它有机地将自然、人文科学综合为一体,实现空间信息与其它种类信息间的综合,具有系统 综合分 析和预测预报的能力。这对于自然资源与环境的管理、规划和 决策等应 用有着 深远的科学实践意义和重要的作 用。G IS具有反映地理实体空间与时间分布特征的功能。在此,“地理”是 指空 间含义,故其属空间信息系统。它通常以资源与环境为主要研究和服务对象,因此,在我国亦将其称作为“资源与环境信息。 1 9 8 5年筹建的中国科学院资源与环境信息系统国家重点实验室,就是基于以资源与环境为主要研究和服务对象而开展工作的。GIS使资源开发和环境整治实现了从定性到定量、定位分析,从静态到动态监测,从单一要素到多元多层次的分析,所以,它也是对地理空间信息进行综合分析处理的技术系统。GIS类型众多,可按性质、用途和功能等予以分类:按性质可分为静态、动态的非空间模式地理信息系统和静态、动态的空间模式地理信息系,它们 均以动态空间数据模式为核心。按用途可分为资源与统环境监测信息系统;城市规划与管 理信息系统以及空 间信息分析评价信。因此，最近十几年来，在遥感与GIP的一体化问题上，人们愈来愈认识到开发遥感数据的重要性及GIP对其管理的开发前景和实用价值。这里不难看出，遥感与GIP两者之间，关键技术是栅格和矢量数据格式转换的接口问题：遥感系统普遍采用栅格格式，其信息是依像元存储的;而GIP主要是采用图形矢量格式，其是按点、线、面存储的，他们的差别是影像数据和制图数据用不同的空间概念表示客观世界的相同的信息而产生的。为此，其实质是需解决两种系统之间的直接关联的标准问题。国内外都为就解决这个问题而努力探索。为此，Ehlers等探讨了实现遥感与GIP一体化的策略，提出三个阶段：第一阶段：只用数据交换格式把两个软件模式连结起来：第二阶段：两个软件模式具有共同的用户的接口，且同时显示；第三阶段，具有复合处理功能的软件体。可见，要实现遥感与GIP完全一体化是一个长远的研究目标。它具有十分广泛应用的前景。四，地理信息系统的实践应用 地理信息系统在最近的30多年内取得了惊人的发展，广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。 (加测绘、应急、石油石化等国民经济各个领域。) 以下地理信息系统的应用领域分别回答了在各自领域内的作用资源管理 (Resource Management) 主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源(如土地、森林、草场)分布、分级、统计、制图等问题。主要回答“定位”和“模式”两类问题。 资源配置 (Resource Configuration) 在城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能源保障、粮食供应等到机构的在各地的配置等都是资源配置问题。GIS在这类应用中的目标是保证资源的最合理配置和发挥最大效益。 城市规划和管理 (Urban Planning and Management) 空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布、如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面(城市资源配置问题)等。 土地信息系统和地籍管理 (Land Information System and Cadastral Applicaiton) 土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作。 生态、环境管理与模拟 (Environmental Management and Modeling) 区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。 应急响应 (Emergency Response) 解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施的问题。 地学研究与应用 (Application in GeoScience) 地形分析、流域分析、土地利用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间统计分析、制图等都可以借助地理信息系统工具完成。5、 总结参考