第八讲GIS相关技术

地理信息系统及应用云南大学信息学院梁虹,2,第八讲GIS相关技术,3,一、遥感（RS）,4,遥感,遥感(RemoteSensing)，是指通过某种传感器装置，在不与研究对象直接接触的情况下，获得其特征信息，并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门科学技术。1972年美国第一颗地球资源技术卫星(LANDSAT-1)成功发射并获取了大量的卫星图像之后，遥感技术迅速发展并广泛应用。遥感已成为GIS数据的主要来源之一。,5,遥感,遥感技术的基础是地物的电磁波特性，即物体具有的反射或辐射不同波长电磁波的特性。故遥感也可以说是一种利用物体反射或辐射电磁波的固有特性，通过观测电磁波，识别物体以及物体存在环境条件的技术。,6,遥感,几种常见地物的电磁波反射曲线,7,遥感,接收从目标反射或辐射电磁波的装置叫做遥感器（RemoteSensor），而搭载这些遥感器的移动体叫做遥感平台（Platform），包括飞机、人造卫星等。用机载平台的称为航空遥感，而用星载平台的称为航天遥感。,8,遥感,航空遥感主要应用于临时性的、紧急的观测任务以获得高精度数据。航天遥感能够进行连续的、全天候的工作，提供更大范围的数据，其成本更低，是获取遥感数据的主要方式。,9,遥感原理图,10,遥感分为被动式遥感（如MSS、TM）和主动式遥感（如合成孔径雷达）两种。,遥感,11,12,遥感,通过传感器装置得到的数据，在被使用之前，需经过特殊的处理过程，主要包括影像纠正、增强、变换、滤波、分类等，其目的主要是提取各种专题信息，如土地建设情况、植被覆盖率、农作物产量和水深等。遥感图像处理可以采取光学处理和数字处理两种方式，数字图像处理由于其可重复性好、便于与GIS结合等特点，目前被广泛采用。,13,遥感数据处理,遥感数据获取到应用过程,14,遥感数据处理,图像纠正指消除遥感图像畸变的过程，包括辐射纠正和几何纠正。辐射畸变通常由于太阳位置，大气的吸收、散射引起；而几何畸变的原因则包括遥感平台的速度、姿态变化，传感器，地形起伏等。,15,遥感数据处理,图像纠正,遥感图像的几何畸变,16,遥感数据处理,增强通过亮度、对比度变化以及直方图变换等，改善图像的视觉效果。图像增强并没有增加信息量。滤波分为低通滤波、高通滤波和带通滤波等，低通滤波可以去除图像中的噪声，而高通滤波则用于提取一些线性信息，如道路，区域边界等。,17,遥感数据处理,分类根据遥感图像各象元灰度特征之间的相似和相异程度进行合并和区分，按照一定的准则，形成不同的类别。,18,遥感数据处理,武汉东湖的TM合成遥感图像,19,遥感数据处理,滇池北岸遥感图像,20,遥感数据处理,昆明市城区遥感图像,21,遥感数据处理,昆明城区遥感图像,22,遥感,遥感技术扩展了人类对于其生存环境的认识能力；提供大范围的瞬间静态图像，用于监测动态变化的现象；进行大范围、大面积重复观测，即使是人类难以到达的偏远地区；大大“加宽”了的人眼所能观察的光谱范围，遥感使用的电磁波波段从X光到微波，远远超出了可见光范围；空间详细程度高，航空遥感的空间分辨率可以高达厘米级甚至毫米级。,23,遥感卫星,目前，世界上许多国家都已经发射了服务于不同目的的各种遥感卫星;遥感器的空间分辨率和光谱分辨率各异，形成从粗到细的对地观测数据源系列;用于监测从土地利用、农作物生长、植被覆盖到洪水、森林火灾、污染等现象的信息及其动态变化。,24,常用遥感卫星及其遥感参数,25,遥感卫星,IKONOS由美国SpaceImaging公司于1999年发射的世界第一颗商用高分辨率成像卫星,空间分辨率分为1m（米）和4m(米)两种。每景像幅宽为11km11km，每日环绕地球飞行14圈，重复周期为3天。,26,IKONOS获取的天安门广场图像,27,遥感卫星,QUICKBIRD由美国DigitalGlobe公司发射的高分辨率成像卫星,空间分辨率可达0.61米。,28,遥感卫星,LandSat由美国发射的中分辨率成像卫星,空间分辨率分为30m。SPOT-HRV由法国发射的中分辨率成像卫星,空间分辨率分为10m。风云1号、风云2号气象卫星中国发射的低分辨率成像卫星,空间分辨率分为1.25km。,29,遥感应用,水问题研究（水污染监测、水环境监测）植被与林业调查土地利用与覆盖水土流失洪涝灾害测绘军事考古,30,遥感应用,31,遥感应用,填海与河道整治,32,遥感应用,33,遥感与GIS的集成应用,数据是GIS中最为重要的成分，而遥感为GIS提供了廉价的、准确的、实时的基础数据；利用遥感数据更新空间数据库，最直接的方式就是将遥感图像作为背景底图，并根据其进行矢量数据的编辑修改;如何从遥感数据中自动获取地理信息是目前GIS领域的热点研究课题；同时，GIS也为遥感图像的解译提供了强有力的辅助工具和处理平台。,34,二、全球定位系统（GPS）,35,GPS,GPS（GlobalPositioningSystem）是美国国防部于1973年批准陆海空三军联合研制的一种新的军用卫星导航系统。简称为GPS全球定位系统。1995年4月美国国防部正式宣布GPS具备全部运作能力，即全球任何地方、任何时刻都可以实现全天候的导航、定位和定时。,36,GPS,GPS计划历时23年，耗资130多亿美元。GPS是第二代的导航系统，为测绘和定位领域带来了深刻的技术革命。1991年，在海湾战争中，GPS首次大规模应用于实战。,37,GPS卫星定位系统的组成,卫星部分（空间）监控部分（地面）接收部分（用户）,38,39,GPS的组成空间部分,GPS由25颗卫星组成，其中1颗实验卫星，21颗工作卫星，3颗备用卫星。发送用于导航定位的信号。主要设备为原子钟。,40,GPS卫星示意图,GPS的组成空间部分,41,GPS卫星结构图,GPS的组成空间部分,42,GPS的组成空间部分,GPS卫星,43,GPS的组成地面监控部分,由1个主控站、5个跟踪站和3个注入站组成。主控站位于美国克罗拉多州法乐孔空军基地，用于监控卫星状态、编制导航电文、收集跟踪站数据、向卫星发送控制命令。跟踪站位于夏威夷、主控站及3个注入站，用于接收卫星数据、采集气象信息，并将收集到的数据传送给主控站。注入站分别位于太平洋、大西洋和印度洋，用于将导航电文注入GPS卫星。,44,GPS的组成地面监控部分,GPS地面监控系统分布图,45,GPS的组成用户接收部分,也称为GPS信号接收机。接收、跟踪、变换和测量GPS信号并计算当前位置。,46,GPS的特点,全球地面连续覆盖，卫星数目多且分布合理，在地球任何地方可连续同步观测到至少4颗卫星，保障全球、全天候连续实时导航与定位。功能多、精度高（20米），连续提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息。实时定位速度快，1秒钟即可完成定位。属无源定位系统（用户不发射信号），保密性强。用户数据不受限。,47,GPS的应用,48,GPS的定位原理,GPS定位基本原理是利用测距交会确定点位。一颗卫星信号传播到接收机的时间，可决定该卫星到接收机的距离，但并不能确定接收机相对于卫星的方向，在三维空间中，GPS接收机的可能位置构成一个球面；当测到两颗卫星的距离时，接收机的可能位置被确定于两个球面相交构成的圆上；,49,GPS的定位原理,当得到第三颗卫星的距离后，第三个球面与圆相交得到两个可能的点；第四颗卫星用于确定接收机的准确位置。因此，如果接收机能够得到四颗GPS卫星的信号，就可以进行定位；当接收到信号的卫星数目多于四个时，可以优选四颗卫星计算位置。,50,GPS的定位原理,51,GPS与GIS的集成应用,定位：用于旅游、探险等需要室外动态定位信息的活动中。GPS接收机提供所在位置信息，通过GIS实时显示其位置及运动轨迹，并利用GIS的空间检索功能，得到定位点周围的地理信息，从而实现决策支持。,52,GPS与GIS的集成应用,测量主要应用于土地管理、城市规划等领域，利用GPS和GIS的集成，可以位置抽样数据，测量区域的面积或者路径的长度。,53,GPS与GIS的集成应用,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GIS空间分析工具，判断其运行是否正常，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。,54,GPS与GIS的集成应用,GPS与GIS集成应用示意图,55,3S集成,3S（RS、GPS、GIS）的集成应用，形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架；RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS进行相应的空间分析，从RS和GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。3S集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地理要素进行观测、分析和应用的运行系统，为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。,56,3S集成,57,三、数字地球,58,数字地球的概念,数字地球（DE，TheDigitalEarth）的概念由戈尔1998年在加利福尼亚科学中心发表的演讲“展望21世纪我们这颗行星”中正式提出来。数字地球的提出是建立在人类科学技术发展成果的基础上，有其深刻的社会、经济背景。,59,数字地球的概念,与地球信息科学、地理信息科学、Geomatics等一系列学科概念以及遥感、GPS、因特网等技术名词相比，数字地球更象是一项技术政策，在一定程度上涵盖了上述的领域，“更加通俗易懂，是一个面向社会的号召，实质地说，数字地球就是要求地球上的信息全部实现数字化”陈述彭。,60,数字地球的概念,数字地球是指数字化三维显示的虚拟地球，或指信息化的地球，包括数字化、网络化、智能化和可视化的地球技术系统；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