3S技术复习材料(新修改)解析

1、1第一章绪论地球信息科学： 地球信息科学（Geo in formatics或Geomatics）,又译为地理信息科学，是测绘学、摄影测量与遥 感学、地图学、地理科学、计算机科学、卫星定位技术、专家系统技术与现代通讯技术等的有机集成，即多种学 科的综合。是用各种现代化方法采集、量测、分析、存储、管理、显示、传播和应用与地理和空间分布有关数据 的一门综合的计算机信息科学、技术和产业实体。特点：动态性、系统化、实时性、空间特征、信息科学组成：1、GIS:多种学科集成的基础平台，用来搜索、存储、管理和分析空间信息数据。2、RS、DPS（摄影测量）、GPS：快速获取和更新地理信息的主要技术手段。3、 地

2、图学与图像图形学：用作地理信息的表示、分析和处理，以及地理信息成果的表达和显示。4、 人工智能：如专家系统（ES）和人工神经网络，使数据采集、更新、分析和应用更加自动化和智能化，达到 决策层次的应用。5、现代通讯技术：为地理信息在各部门的传播和应用提供保证。RS（抽象）：安装在平台上的传感器，借助于某种信息传播媒介来感测遥远事物的过程。RS技术（具体）：从不同高度的平台（如飞机、人造卫星等）使用传感器收集地物的电磁波信息，再将这些信息 传输到地面并加以处理，从而达到对地物的识别与监测的全过程的综合技术。遥感类型:（四）按传感器工作方式分：1、被动遥感2、主动遥感2、非成象方式（六）按应用领域分

3、：农业遥感、林业遥感、地质遥感、大气遥感等等。被动遥感：传感器本身不发射任何人工探测信号，只能被动地接受来自对象的信息。如不用闪光灯的摄影。主动遥感：传感器本身带有电磁波的辐射源，工作时向目标发射信号，接收目标物反射这种辐射波的强度。如使 用闪光灯的摄影和侧视雷达。遥感特性：空间特性、时间特性、光谱特性这三大特性构成了遥感信息地学评价的三个基本标准：空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率。优势:1、信息量大。2、受地面条件限制少：可用于自然条件恶劣，地面工作困难的地区。3、经济效益好：降低成本，特别是灾害预报、资源探测、资源清查等。4、用途广。5、发展迅速。全球定位系统（GPS）：以卫星为基础的无

4、线电授时、定位、测距导航系统。GPS组成：由GPS卫星组成的空间星座部分、由若干地面站组成的地面监控系统、以接收机为主体的广大用户部分地面监控部分由一个主控站，三个注入站和五个监控站组成。卫星由分布在6根轨道上的24颗工作卫星和若干备用卫星所组成。用户部分主要由GPS接收机构成。GPS定位系统的特性：1、定位精度高2、适应性强3、自动化程度高4、经济效益高5、保密性好地理信息系统（GIS）：在计算机软件和硬件的支持下，以一定的格式输入、存贮、检索、显示和综合分析现实 世界的各类空间数据及属性特征的技术系统。地理信息系统（GIS）的分类：（一）从提供的性能角度看GIS分类1空间管理型GIS大众型

5、2、空间分析型GIS传统型3、空间决策型GIS决策型（一）按遥感对象分（二）按遥感平台分1、宇宙遥感2、地球遥感1、航天遥感2、航空遥感1、电磁波遥感2、声波遥感3、地面遥感3、力场遥感4、地震波遥感（五）按资料获取方式分:1、成象方式：（1）光学摄影（2）扫描成象2（二）从系统开发角度看GIS的分类1最终用户用GIS 2、专业人士用GIS 3、软件开发者/系统集成者用GIS（三）从系统结构角度看GIS的分类1、单机GIS 2、网络GIS（四）从数据结构角度看GIS的分类1矢量数据结构GIS 2、栅格数据结构GIS 3、混合型数据结构（五）按应用类型分类1专题性GIS 2、区域性GIS 3、综

6、合性GIS第二章空间信息技术基础铅垂线：地理空间中任意一点的重力作用线。水准面：自由静止的水面。大地水准面：与平均海水面重合，并向大陆、岛屿延伸所形成的封闭曲面。参考椭球体是建立空间参考系统的基础。我国在1952年以前使用的是海福特（Hayford）椭球体;从1953年起采用前苏联建立的克拉索夫斯基椭球，建立了我国的1954年北京坐标系；20世纪70年代末，根据大地测量观测资料，使用1975年IUGG第十六届大会推荐椭球参数,建立了1980年国家大地坐标系；在GPS中，美国使用1984年WGS-84坐标系统。黄道面：地球绕地轴（地球旋转轴）自转，同时绕太阳公转，地球绕太阳公转的平面。黄道：黄道

7、面与天球相交的大圆称为黄道。天球直角坐标系：以地球质心0为原点，0点至天北极PN的方向为Z轴，0点至春分点y的方向为X轴，由X轴、y轴、Z轴按右手坐标系法则，在天球赤道面内定义出y轴。O-XYZ空间直角坐标系称为地心天球直角坐标系，简称天球直角坐标系。地球直角坐标系： 原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极（地球旋转轴与地球表面或地球椭球面的交点），X轴为O点指向过英国格林尼治的起始子午面与地球椭球赤道的交点E，y轴垂直于XOY平面且X、y、Z轴构成右手坐标系。绝对高程：地面点沿铅垂线至大地水准面的距离，亦称为海拔。假定高程：以某假定水准面作为起算面，则地面点沿铅垂线至假定水准面的距离，亦称为

8、相对高程。地图投影：由于球面的不可展示性，为了用平面坐标来表示球面上目标的空间位置，必须进行球面坐标到平面坐标的转换，这就是地图的投影变换。地球曲面转换成地图平面，不仅仅存在着比例尺变换，而且还存在着投影转换的问题。将椭球面上各点的大地坐标，按着一定的数学法则，变换为平面上相应点的平面直角坐标，称之为 地图投影。转换解算方法主要可归为正解变换和反解变换正解变换：一般地把由地理坐标求出地图平面直角坐标的形式称为正算式，称正解变换，也称直接变换法。反解变换：把由地图直角坐标求出地理坐标的形式称为反算式，称反解变换，也称间接变换法。高斯一克吕格投影（简称高斯投影）：高斯一克吕格投影是横轴等角切椭圆柱

9、投影。从几何上看，它用一个椭圆柱套在地球椭球体外面，并与某一子午线相切（此子午线称做中央经线），使椭圆柱的中心轴位于椭球体的赤道面上。经纬线的投影是首先将中央经线向东和向西按一定经差范围，将经纬线交点投影到椭圆柱面上，再将此椭圆柱面展为平面。高斯一克吕格投影不仅在我国而且在东欧一些国家也采用其作为地形图数学基础，美国、加拿大、法国等国家也有局部地区采用该投影作为大比例尺地图的数学基础。高斯投影特征：（1）中央经线和赤道投影后为互相垂直的直线，且为投影的对称轴；（2）投影具有等角的性质（投影后经纬线相垂直）；（3）中央经线投影后保持长度不变。地形图的分幅与编号：我国，基本地形图的分幅和编号按国际

10、规定的在1:100万地形图基础上，按经纬度讲行。（一） 1:100万地形图的分幅和编号：按纬差4度，经差6度分,J-50;（二） 1:50万、1:20万、1:10万地形图的分幅和编号，这三种图在1:100万地形图基础上，按经纬度划分；1:50万按纬差2o,经差3o,分4幅图,J-50-D；31:25万按纬差1度，经差1o30,分16幅图,J-50-16;1:20万按纬差40，经差1o,分36幅图,J-50-（36）;1:10万按纬差20,经差30,分144幅图,J-50-144。（三） 1:5、1:2.5万、1:1万地形图的分幅和编号，这三种图在1:10万地形图基础上，按经纬度划分。1:5万按

11、纬差10,经差15，分4幅图,J-50-144-D;1:2.5万按纬差5，经差7.5,分4*4幅图,J-50-144-D-4;1:1万按纬差2.5,经差3.75，分64幅图,J-50-144-（64）。（四）1:5000地形图的分幅和编号，在1:1万地形图基础上，按纬差1.25，经差1.875，分4幅图,J-50-144-（64）-d。公里网：大于1:10万的地形图上绘有高斯一克吕格投影平面直角坐标网，其方格为正方形，以公里为单位，故 又称公里网。公里网在地图上间隔，随地图比例尺大小不同而不同。 表2-1地形图的公里网与地图比例尺1:1万地形图公里网间隔10 cm实地距离1km1:2.5万地形

12、图公里网间隔4 cm实地距离1km1:5万地形图公里网间隔2 cm实地距离1km1:10万地形图公里网间隔2 cm实地距离2km第三章GPS 的构成GPS定位系统由三部分组成，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。GPS卫星星座的构成：GPS卫星星座由24颗卫星构成（其中3颗备用卫星）。轨道面相对赤道面倾角为55度，卫星轨道为圆形，平均高度20200km，运行周期11小时58分，每颗卫星对地球可见面积为地表面积的37.92%, 且发射信号达到地表较平均。每颗卫星每天约有5小时在地平线以上， 而且位于地平线以上的卫星数目是随时间和地点而异，最少为4颗、最多可达11颗。3颗备用卫星可在必要时

13、根据指令代替发生故障的卫星，以保证GPS空间部分正常高效地工作。地面监控部分：一个主控站（监控站）；三个注入站（监控站）；一个监控站。监测站有5个，前面的主控站、注入站同时又是监测站，并在夏威夷还设有一个监测站。GPS定位的特点：1、 全球地面连续覆盖，24颗均匀分布的卫星保证地面上任何地点，任何时刻最少可以接收4颗以上的卫星，最 多可以接收11颗卫星，从而保障全球、全天候连续、实时、动态导航、定位。2、功能多，精度高，可为各类用户连续提供动态目标的三维位置、三维航速和时间信息。目前，单点实时定位精度为土15100m,静态相对定位为10-610-8，测速0.1m/s,授时3、实时定位速度快，可

14、在1秒内完成。4、抗干扰性能好，保密性强。5、操作简单。6、 两观测点间不需通视，对于等级大地点节省了造标费用，此项费用可占总测量费用的30%50%。7、可同时提供三维坐标。8、全天候作业。GPS定位原理基本概念1高电平：在数字逻辑电路中，将电路输出电压在5V并维持一个单元时间称之，定义为“1”。2、 低电平：在数字逻辑电路中，将电路输出电压在0.350.00V并维持一个单元时间称之，定义为“0”。3、 码元（也称比特，即bit）:二进制数字码序列中的一个电平二进制数称之。4、 调制：将低频信号（不仅是二进制数字码序列信号，也可以是不规则的人的声音信号、音乐信号）“装载”到 高频电磁波的过程。

15、45、解调：从带有高频电磁波载波信号中解译释放出原信号的过程。6、随机码：凡是具有3个特点的二进制数字码序列的码称之。7、伪随机码：凡是具有周期性的而又有良好自相关特性的数字码称之。8伪距（Pseudo range）：将接收机中GPS复制码对准所接收的GPS码所需要的时间偏移并乘以光速化算的距离。 此时间偏移是信号接收时刻（接收机时间系列）和信号发射时刻（卫星时间系列）之间的差值。GPS定位原理：这里主要说明单点定位原理。设有i=1,2,3,4四颗卫星，在某一时刻tj的瞬时坐标为i（Xi,Yi,Zi），欲确定地面上某点P的三维坐标（Xp,Yp,Zp），通过GPS接收机测得P点到各卫星的空间距离

16、Si（i=1,2,3,4），由于接收机钟为质量较低的石英钟，故其测时误差cT不可忽略，至于卫星钟，均配有原子钟，其测时精度较高，在阐述单点定位原理时可忽略，另外，对流层、电离层对测距的影响，卫星星历等误差对测距的影响可以忽略，因而，S = (Xp- Xi2+(Yp-Y 2+(Zp- Zi21/2+C XT（i=1,2,3,4）式中有Xp、Yp、Zp、T共计4个未知数，4颗卫星测距恰好能确定，解上式4个四元二次方程可得之，当多于4颗卫星或观测历元tj更多时，可用最小二乘原理解之。上式中C为光速。第四章全球定位系统定位方法和测量定位方法按照定位分为：1单点定位2、静态相对定位3、差分定位差分定位：

17、动态相对定位的基本原理是在两个测站上安置接收机同步观测，其中一个测站的空间位置是已知点，通过对已知点的观测得到已知数据与观测数据之间的差值，然后用此差值对未知点的观测数据进行改正。差分定位主要有伪距差分、位置差分、载波相位差分等基本定位模式。由于全球定位系统在军事上有重要作用，因此，美国政府决定采用SA（Selective Availability选择可用性）技术和AS（AntiSpoofing反电子诱骗）技术，把未经美国军方许可的广大用户的实时定位精度降低到它所允许的水平100m，以保护美国国家利益。SA技术主要包括下列两个内容：1有意识地在广播星历中加入误差，在（1-1）式中起始计算数据X

18、i,Yi,Zi中加入误差，使星历精度降低，称之为 技术。2有意识地在卫星钟的钟频信号中加入误差，使钟频相对于标准频率10.20MHz产生2Hz的抖动，变化周期约10分钟，从而使（1）式中Si有误差，即降低观测值精度，称之为$技术。AS技术：所谓AS技术指的就是对P码（精码）的码结构进行保密，以防敌对方进行电子干扰和电子诱骗。具体措施是将P码与保密的W码相加，形成更为保密的Y码，只有美军、美军盟军及经美国政府特许的用户才可使用之。全世界范围内展开了对抗SA和AS的研究，主要对策有：（一）差分定位系统的建立；（二）建立独立的卫星测轨系统；（三）建立独立自主的卫星导航定位系统和不同卫星定位系统的联合

19、定位；（四）对AS实施解密。差分定位按时间状态可分为实时差分和后处理差分：在资源和环境中，通常采用RTD（Real Time differential GPSfor code-以码相位为观测值的实时差分GPS定位技术)和RTK(Real Time Kinematic differential GPS for carrierphase以载波相位为观测值的实时动态差分技术）。依据差分改正的方法和数学模型的不同，DGPS为以基准站坐标差（dx,dy,dz或dl,dB,dH）改正未知点的坐标差分和以伪距差（dpi）改正未知点伪距差分。(1)5第五章遥感系统和遥感技术的物理基础遥感技术系统的四个组成部分

20、：（一）遥感试验（二）遥感信息获取（三）遥感信息处理（四）遥感信息应用电磁波：光波、热辐射、微波、无线电波等都是由振源发出的电磁振荡在空间的传播，这些波叫做电磁波。 电磁波谱：按照波长的长短顺序将各种电磁波排列制成的一张图表叫做电磁波谱。遥感中常用的电磁波段：可见光、红外线、微波是RS中常用的三大波段。太阳辐射：太阳辐射是地球上生物、大气运动的能源，也是被动式遥感系统中重要的自然辐射源。根据辐射的波长与散射微粒的大小之间的关系，散射作用可分为三种：瑞利散射_大气窗口：电磁波在大气中传输时，通过大气层未被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段范围，称为大气窗 口。地物的反射光谱特性：1.反射率大小

21、与入射光的波长、入射角大小及地物表面粗糙度等有关。2.地物的反射率随入射波长变化的规律是地物反射光谱特性的主要反映。3.一般地，反射率大，传感器记录的亮度值大，在象片上呈现的色调浅；反之，反射率小，传感器记录的亮度 值小，在象片上呈现的色调深。水：一般水的反射率很低，小于10%。纯净水反射率在蓝光谱段最高。雪：在可见光的大部分区域（0.380.70 m）内，雪的反射率都很高。云：与雪接近（在可见光到近红外短波段）。在近红外中波段（1.551.75 m）和长波段（2.102.35卩m）,云的反射率远远大于雪的反射率。+ 植物：在蓝光波段（0.380.50 m）反射率低，绿光波段（0.500.60

22、卩m）的中点0.55卩m左右，形成 一个反射率小峰，这就是植物叶子呈绿光的原因。在红光波段（0.600.76卩m）,起先反射率甚低，在0.65卩m附近达到一个低谷，随后又上升，在0.700.80卩m反射率陡峭上升， 到0.80卩m附近达到最高峰。但在0.71.3卩m的近红外波段，由于叶肉海绵组织结构中有许多空腔，具有很大的反射表面，反射 率较高。影响植物反射率的主要因素包括 叶绿素、细胞结构和含水量等。叶堀电构造1控制叶子反射率的主累EBK第六章遥感技术体系第一节航空遥感航空摄影的种类6（一）按象片倾斜角分类 ：象片倾斜角：是航空摄影机主光轴与通过镜头中心的铅垂线间的夹角:-。1垂直摄影：:(

23、8,e) )(7,7X8 k(03)(8,8) (0,4) (M p(0,5)8)利4瘫长度绢码中PgkS&TE素的届性值 氐雪的连续长度.心 表示(gklk)心(0,1)(仙5(4,5) (7,3)仪(4,4) (8,2)两 亠(0,2) (4,1) (83) (7,2) 3(0,2) (8,4) (7,1) (SJ)心(03) (8,5)仪(0,4)(8,fl心(0,5) (8,3)-044f/7 744444 7f f44441 70047 7007 Q00000000000 04444-7 I|77j1?7 |?4144448X77770 0G 04Kg 88 87 |x00Q

24、 iooo00088$SSg8K00 I|o132、形态分析：面积量算，距离量算，质心计算，周长量算；3、地形分析：等值线分析，坡度、坡向分析，分水岭分析，视域分析，剖面分析;4、叠置分析：视觉信息复合，条件叠置，无条件叠置；5、邻域分析：缓冲器分析，泰森多边形分析，插值拟合分析6、网络分析：最短或最佳路经分析，空间规划；7、图像分析：图像增强，图像分割，图像细化；8、应用模型分析：数学模型，统计模型，逻辑模型。 欧拉定理的公式： 欧拉数=（孔数）（碎片数1）长度计算：Nd -水平和垂直方向的栅格数Ni-对角方向的栅格数D -每个栅格的长度面积的计算空间数据的自动量算是GIS的重要功能，也是进

25、行空间分析的定量化基础。面积的量算（辛普森（公式）1）矢量格式下面积的量算通常用辛普森公式Si =1yJ（Xi 1-K）2）栅格数据面积的计算 统计相同属性的格网数目。3） 辛普森公式的用处（1）编程时自动计算面积的公式（2）判断多边形闭合坐标链走向计算出面积为正，坐标链走向顺时针；计算出面积为负，坐标链走向逆时针。（3）判断线段（矢量）和空间的关系计算ABPA的面积，如为正，坐标链走向顺时针，P在右面。计算ABPA的面积，如为负，坐标链走向逆时针,P在左面。叠置分析同前面所说视觉信息复合的主要区别在于：欧氏距离通常用于计算两点的直线距离:d =J(XiXj* 2Yj2用8邻域方向累加地物骨架

26、线通过的栅格数目:I =(Nd-2NJ DAx0By0Cn丄n比=xS=：Z S +(yn+yj(x1-Xn)/2 s = 1/2送yi(x-Xni=1i=1乂佔=X1Simposi on)14第十一章3S 技术的应用1、视觉信息复合后，参加复合的各图均不改变数据结构，也不形成新的数据，只给用户带来视觉效果。叠置的 结果不仅产生视觉效果，更主要形成一新的目标。其中，对空间数据的区域进行了重新划分，属性数据中包含了 参加叠置的多种数据项。2、从叠置条件看，叠置分析分条件叠置和无条件叠置。无条件叠置也称全叠置，适用于叠置要素较少的场合。 条件叠置是指以特定的逻辑、算术表达式为条件，对两组或两组以上图件中相关要素进行叠置。3、从数据结构的角度看，叠置分析有栅格叠置分析和矢量叠置分析。路径分析：从网络模型的角度看最佳路经问题是求解网络中任意两点之间阻抗强度最小的路经。定位与配置分析： 定位与配置分析是根据中心地理论框架，通过对供给系统和