第5讲-对地观测与空间信息集成技术

主讲：李光强Ligq168,第5讲对地观测与空间信息集成技术,第5讲对地观测与空间信息集成技术,5.1摄影测量技术5.2遥感技术5.3多源空间数据的集成,3,5.1摄影测量技术,摄影测量与遥感的定义从非接触成像和其他传感器系统，通过记录、量测、分析与表达等处理，获取地球及其环境和其他物体可靠信息的工艺、科学与技术。摄影测量侧重于提取几何信息，遥感侧重于提取物理信息。,4,5.1摄影测量技术,摄影测量的定义从非接触成像系统，通过记录、量测、分析与表达等处理，获取地球及其环境和其他物体的几何、属性等可靠信息的工艺、科学与技术。,5,5.1摄影测量技术,按照成像距离不同分类航天摄影测量(spacephotography)航空摄影测量(aerialphotography)近景摄影测量(closerangephotogrammetry)显微摄影测量(photomicrography)按照应用对象不同而分类地形摄影测量(terrainphotography)非地形摄影测量(non-terrainphotography),6,5.1摄影测量技术,摄影测量的基本原理利用影像上的“同名”像点确定空间坐标，其过程主要包括：摄影机检定确定影像的方位元素建立数字高程模型制作正射影像三维数字测图等,7,5.1摄影测量技术,8,航测矢量图（DLG）,5.1摄影测量技术,9,5.1摄影测量技术,立体影像对,10,5.1摄影测量技术,航测DEM图,11,5.1摄影测量技术,摄影测量发展阶段模拟摄影测量(analogphotogrammetry)解析摄影测量(analyticalphotogrammetry)数字摄影测量(digitalphotogrammetry),12,(1)模拟摄影测量,60-70年代，这种类型的仪器发展到了顶峰。由于这些仪器均采用光学投影器或机械投影器或光学机械投影器“模拟”摄影过程，用它们交会被摄物体的空间位置，所以称其为“模拟摄影测量仪器”。利用光学机械模拟装置，实现了复杂的摄影测量解算。但是，它并不意味着不需要人工的立体观测，而真的实现“自动测图”。,13,(2)解析摄影测量,解析测图仪与模拟测图仪的主要区别在于：前者使用的是数字投影方式，后者使用的是模拟的物理投影方式。由此导致仪器设计和结构上的不同：前者是由计算机控制的坐标量测系统；后者使用纯光学、机械型的模拟测图装置。实质上，解析测图仪是将计算机所完成的共线方程的运算（即“数字导杆”）替代模拟测图仪的“机械导杆”。它们的操作无本质区别，都是由作业员通过“双眼、双手、双脚”实现定向、测图。,14,(3)数字摄影测量,随着计算机技术及其应用的发展以及数字图像处理、模式识别、人工智能、专家系统以及计算机视觉等学科的不断发展，数字摄影测量的内涵已远远超过了传统摄影测量的范围，现已被公认为摄影测量的第三个发展阶段。,15,(3)数字摄影测量,数字摄影测量与其它的最大区别它处理的原始信息不仅可以是像片，更主要的是数字影像(如SPOT影像)或数字化影像；它最终是以计算机视觉代替人眼的立体观测，因而它所使用的仪器最终将只是通用计算机及其相应外部设备，特别是当代，工作站的发展为数字摄影测量的发展提供了广阔的前景；其产品是数字形式的，传统的产品只是该数字产品的模拟输出。,第5讲对地观测与空间信息集成技术,5.1摄影测量技术5.2遥感技术5.3多源空间数据的集成,(1)遥感的概念与分类遥感简单的说，它的含义就是遥远的感知，即通过非直接接触目标的方式，而能获取被探测目标的信息，并能通过识别与分类，了解该目标的质量、数量、空间分布及其动态变化的有关特征。遥感技术是指从地面到高空对地球和天体进行观测的各种综合技术总称，由遥感平台、传感仪器、信息接收、处理、应用等部分组成。,5.2遥感技术,遥感的原理与流程,（2）卫星影像图和卫星影像地图利用卫星影像编图，根据它的技术条件和线划的地理要素，可分为：卫星影像镶嵌图不另外进行影像的几何纠正，将多幅影响依像幅边框显示的经纬度位置，镶辑拼贴而成的影像图卫星影像图影像平面位置的几何纠正和影像增强，图上绘制出较全面的地理要素卫星影像地图依据数字地面模型，进行共线方程纠正，有详细的地理要素的影像图,5.2遥感技术,(3)卫星影像图的编制过程卫星数据的几何纠正像元亮度的重采样影像镶嵌彩色合成多种信息复合矢量数据的符号化图像的输出产品，其主要形式是喷墨彩图、像纸图像和印刷品,5.2遥感技术,(4)目视解释的专题地图影像预处理：包括遥感数据的图像校正、图像增强，有时还需要实验室提供监督或非监督分类的图像。目视解译：经过建立影像判读标志，野外判读，室内解译，得到绘有图斑的专题解译原图。地图概括：按比例尺及分类的要求，进行专题解译原图的概括。专题地图需要正规的地理底图，所以地图概括的同时也进行图斑向地理底图的转绘。地图整饰：在转绘完专题图斑的地理底图上进行专题地图的整饰工作。,5.2遥感技术,（5）数字图像处理的专题制图影像预处理：同目视解译类似，影响经过图像校正、图像增强，得到供计算机分类用的遥感影像数据。按专题要求进行影像分类。专题类别的地图概括：包括在预处理中消除影像的孤立点，依成图比例尺对图斑尺寸的限制进行栅格影像的概括。图斑的栅格/矢量变换。与地理底图叠加，生成专题地图。,5.2遥感技术,5.2遥感技术,(6)遥感技术在数字城市中的应用遥感技术所获取的信息具有宏观性、综合性、动态性和多源性等特性。城市土地利用现状、城市演变、城市及区域的自然状况、城市人门及其分布情况、城市道路与交通状况、城市热岛、通讯受地理限制的因素等。,(6)遥感技术在数字城市中的应用遥感技术也是获取和更新城市地理信息的一种重要手段。,5.2遥感技术,(6)遥感技术在数字城市中的应用城市遥感调查的主要技术流程,5.2遥感技术,5.2遥感技术,(6)遥感技术在数字城市中的应用城市扩张遥感监测利用卫星遥感影像数据通过数字图像处理的方法获取城镇用地信息，从而揭示城市扩张的动态变化是监测城市扩张的有效方法，与统计数据分析方法相比更具实时性和可靠性。,(6)遥感技术在数字城市中的应用城镇用地指数的统计,5.2遥感技术,5.2遥感技术,(6)遥感技术在数字城市中的应用城市人口密度遥感监测利用遥感监测城市人口密度主要有：居住单元法、土地利用密度法、建成区面积法、耗能法及地物光谱法。,5.2遥感技术,典型城市地物的反射率光谱。显示不同城市地物的差别,(6)遥感在数字城市中的应用城市地物的分类识别,城市应用：城市地物的分类识别,中：北京沙河地区MAIS图像右：根据光谱特征初步实现对城市地物的识别和材料属性的探测下：反演的典型城市地物光谱,第5讲对地观测与空间信息集成技术,5.1摄影测量技术5.2遥感技术5.3多源空间数据的集成,（1）3S集成（3SIntegration）,RS与GIS的集成GPS与GIS的集成3S的集成3S集成应用领域,5.3多源空间数据的集成,3S技术为科学研究、政府管理、社会生成提供了新的观测手段、描述语言和思维工具。3S结合应用，三者相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新区域信息及空间定位，GIS进行相应的空间分析，提取有用的信息，进行综合集成，为决策提供科学的依据。,5.3多源空间数据的集成,3S集成（3SIntegration）GPS与GIS的集成,GPS与GIS的集成主要是利用GPS的实时空间定位数据以及GIS的地图数据和空间分析技术，来实现不同的具体应用目标：定位：如Location-BasedService测量：记录GPS测量轨迹，通过GIS计算距离、面积等监控与导航：车辆、船只、飞机等移动物体的动态监控、调度与导航,5.3多源空间数据的集成,5.3多源空间数据的集成,(2)多源空间数据的集成模式数据格式转换模式数据互操作模式直接数据访问模式,(2)多源空间数据的集成模式,多源空间数据集成的迫切性地理信息要真正实现共享，必须解决地理信息数据多格式、多数据库集成等瓶颈问题空间数据作为数据类型的一种，同普通数据一样需要走过从分散到统一的过程由于地理信息系统的图形数据格式各异，给信息共享带来了极大的不便，解决多格式数据源集成一直是近年来GIS应用系统开发中需要解决的重要问题。目前，实现多源数据集成的方式大致有三种，即：数据格式转换模式、数据互操作模式、直接数据访问模式。,(2)多源空间数据的集成模式,数据格式转换模式,转换模式的存在的问题描述空间对象的数据模型不同，转换后不能完全准确表达源数据的信息。转换过程需要中间过程，转换较为复杂，一般需要将数据转换为交换格式。如果数据需要不断更新，为保证不同系统之间数据的一致性，需要频繁进行数据格式转换。转换需要将数据统一起来，违背和分布管理的原则转换过程涉及所有权的转让过程,(2)多源空间数据的集成模式,数据互操作模式互操作是指在异构数据库和分布式计算的情况下，GIS用户在相互理解的基础上，能透明地获取所需的信息。数据互操作为多源数据集成提供了崭新的思路和规范，它将GIS带入了开放式的时代，从而为空间数据集中式管理和分布式存储与共享提供了操作的依据。互操作模式的局限性：宿主软件都必须按数据规范管理数据，实现数据访问接口一个软件访问其他软件的数据是通过数据服务器实现，数据服务是通过宿主软件实现的，所以互操作必须需要有两种GIS软件,(