GIS空间信息技术复习

1、PART 2 空间信息基本知识1、 数据与信息数据1、 定义：数据是对客观事物的符号表示，是指那些未经加工的事实或是着重对一种特定现象的客观描述，它是客观事物的性质、属性、位置以及相互关系的抽象表示，是指某一目标定性、定量描述的原始资料， 包括数值、文字、符号、图形、图像以及它们能转换的数据等形式。 字母、数字、图像、声音、味道 、其他符号2、数据的自然属性和社会属性 自然属性:可感知、可存储、可加工、可传递、可再生、可压缩等特性。 社会属性:数据是信息的重要载体，是社会上各行各业不可缺少的资源。对于计算机而言，数据是指输入到计算机并能被计算机处理的一切现象，都必须转换成二进制数值的方式才能被

2、计算机处理和储存。3、数据管理的发展人工管理阶段 文件系统阶段 数据库系统阶段 高级数据库技术阶段信息1、 定义：信息是人们或机器提供的关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体的物理形式的改变而改变。2、信息的特性普遍性：信息是事物运动的状态和状态变化的方式，所以信息是普遍存在的。无限性：信息是无限的。事物无限多样，事物发展变化更是无限的，因而信息是无限的。相对性：对于同一个事物，不同的观察者所能获得的信息量可能不同。传递性：信息可以在时间上或在空间中从一点传递到另一点。变换性：信息是可变换的，它可以有不同载体用不同的方法来载荷。有序性：是指世界的稳定性、规则性、必然

3、性、确定性与其组成事物之间的相关性和统一性动态性：信息具有动态性质，一切活的信息都随时间而变化，因此，信息也是有时效的。无损耗性：信息不同于能量，信息在传输过程中不会发生损耗。数据与信息的关系 信息与数据是不可分离的。数据是描述客观事实、概念的一组文字、数字或符号等（是对现实世界状况的数字符号记录），它是信息的素材；而信息是有用的、经过加工的数据（是经过重新组织的，能揭示现实世界内在机理的并有利于研究工作的数据），信息是数据的内涵，数据是信息的载体。数据是信息的载体，并不就是信息，只有理解了数据的意义，对数据作出解释，才能提取数据中所包含的信息，但是不同知识水平、技能水平的人从同一数据中得到的

4、信息是不同的。 数据是，信世界上绝大多数的信息都以数字化的形式进行保存，各种信息无不包含在各种各样的数据之中，在这种条件下，人们在日常应用中常常将数据与信息等同起来，即数据就是信息。人们对数据进行分析、检索、传输、共享，从而达到信息的获取、传输和共享的目的。因此，在数字世界中，人们通常认为信息和数据是等同的两个概念。2、 空间数据与空间信息 1.相关概念：*地理空间，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交换作用的区域，是我们所生活的现实世界所在的空间。*地理数据，是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。*地理信息是指与所

5、研究对象的空间地理分布有关的信息，它表示地表物体及环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律。*空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字表格和数字等 ，它所表达的信息就是空间信息，反映了空间实体的位置及其各种相关附加属性的性质、关系、变化趋势和传播特性等的总和。 *空间数据的特点 :空间数据描述的是所有呈现二维、三维甚至多维分布的关于区域的现象，它不仅包含表示实体本身的空间位置及形态信息，还包括表示实体属性和空间关系的信息。空间性（区域性） 时间性（动态性） 非语义性 多维结构特性对地球表面建立几何模型，确定地理空间的坐标系，实现对地理空间数据

6、的量度和表达，地理信息属于空间信息，其位置的识别是与数据联系在一起的，它具有区域性。地理信息又具有多维结构的特征，即在同一XY位置上具有多个专题和属性的信息结构。而且，地理信息有明显的时序特征，即动态变化的特征，这就要求及时采集和更新它们，并根据多时相的数据和信息来寻找随时间变化的分布规律，进而对未来作出预测或预报.收集数据，然后对数据进行处理，即对数据进行运算、排序、转换、分类、增强等，其目的就是为了得到数据中包含的信息。3、 现实世界与数字世界现实世界与地理空间世界的联系 :现实世界到数字世界的转换模型1、 场模型对于具有一定空间内连续分布特点的现象来说，适合用基于场的模型进行转换与表达。

7、 用场模型对空间信息进行转换首先要将空间分成多个结构化表达的区域，然后根据所要表达的信息将每个区域赋以不同的值。这一过程实际上就是将一定范围内连续的信息进行离散化表达的过程。 通常将空间划分的过程称为采样，采样间隔，是对空间现象表达精度的重要参数指标。间隔大，表达的离散程度就大，精度就低；间隔小，离散程度就小，精度也就高。对划分出来的每个小单元空间赋值的过程也称为量化，量化精度代表了对单元属性表达的精细程度2、 要素模型基于要素的空间模型主要针对个体空间对象的信息获取，该对象必须以独立的方式或者以与其他现象之间的关联的方式存在。在这一模型中，任何现象，无论大小，都可以被确定为一个对象，并假设它

8、可以从概念上与其邻域现象相分离。要素可以由不同的对象所组成，而且它们可以与其他的相分离的对象有特殊的关系。基于要素的转换模型适合于空间中存在实际或逻辑上的边界的事物。3、 层次模型： 四个世界与三个模型的关系概念模型是现实世界到数字世界的第一层抽象，是一个面向用户的模型。只是用比较有效的、自然的方式来描述现实世界的数据及其联系。逻辑模型的作用就是把概念世界中的数据转换成信息世界支持的数据类型，还要设计子模式并对模式进行评价优化，同时还要考虑数据转换过程中的一致性、完整性问题。逻辑模型在整个转换过程中起到了承上启下的作用。 物理模型解决了实体数据的存储问题，包括数据类型，索引，约束等方面的定义

9、.(信息加工转换为计算机支持的)PRAT3空间数据的地理基础 1、 空间参照系*地球表面的几何模型 ：1：大地面、大地水准面；2：3：地球椭球： 长半轴a 短半轴b a-b/b= *坐标系地理坐标： 我国的大地原点：陕西泾阳县永乐镇洪流村北洪流村*高程系：高程基准：推算国家统一高程控制网中所有水准高程的起算依据，包括 个水准基面和一个永久性水准原点。（青岛观象山：水准原点）水准基面：通常理论上采用大地水准面，它是一个延伸到全球的静止海水面。实际上确定水准基面是取验潮站的长期观测结果计算出来的平均海水面。1985年前，我国采用“1956年黄海高程系”，1985年开始启用“1985国家高程基准”。

10、2、 地图投影*地图投影，转换三维地球表面到二维地图平面的数学处理方法称之为地图投影，这种将地球椭球面上的点映射到平面上的方法就称为地图投影，是一种透视投影。1、按投影性质划分：2、按投影过度面性质划分 ：圆锥投影（正轴、斜轴、横轴；相切、相割） 、圆柱投影、圆柱投影（正轴、斜轴、横轴；相切、相割）根据投影过度面中心轴的性质、平面（方位）投影（正轴、斜轴、横轴；相切、相割）3、根据投影过度面中心轴的性质竖轴投影：又称正轴投影，过度面中心轴与地球自转轴相重合时的投影。横轴投影：过度面中心轴与地球赤道面相重合时的投影。斜轴投影：过度面中心轴处于除了地球自转轴和赤道面以外的某一位置时的投影。 3、*

11、我国地图投影情况(1) 、我国比例尺地形图均采用高斯克吕格投影为地理基础；（等角横切椭圆柱投影）高斯投影特点:(2)、我国1：100万地形图采用了Lambert投影。*分带投影 分带投影:就是指为了控制投影变形把椭球面投影时按一定的经差用经线分带，每带单独进行投影称为分带投影。带的宽度一般有6、3、1.5等，我国12.5万150万比例尺地形图按经差6分带，11万比例尺地形图按经差3。 分带原则 即要控制长度变形，使其不超过测图误差，又要不使分带过多，以减少换带计算工作。在赤道上原离中央子午线3处，长度变形为1.38，我国大陆上最大变形为1.19，可满足12.5万150万比例尺地形图的精度要求，

12、故采用6分带。6带分带方法 6带起算从本初子午线起，自西向东每隔6分一带，全球共分60带，各带带号分别以阿拉伯数字1、2、3、460编号，06为第一带、612为第二带中央子午线在每带的中央，其经度为：LO=6n-3 n为6带带号，我国在13带23带中间。3带分带方法 3带起算东经130起，自西向东每隔3分一带，全球共分120带，各带带号分别以阿拉伯数字1、2、3、4120编号，130430为第一带、430730为第二带依次类推，中央子午线在每带的中央，其经度为：LO=3n n为3带带号。(3) 高斯平面、经纬网、方里网(4) 地图投影的选择主要指中小比例尺地图投影，基本比例尺地图投影类型有国家

13、相关部门规定。考虑因素： A、范围；B、形状；C、地理位置；D用途；E、出版方式。以减少图上变形为目的，最好使等变形线与制图区域的轮廓形状基本一致。3、 比例尺比例尺与分辨率1、比例尺定义： 地形图图纸上某段直线段与地面上相应直线段实际的水平长度之比。对于此定义应注意以下两个问题： A. 上述的实际的水平长度不等同于实地距离，而是指直线段在水平面上的投影直线段长度。B. 上述定义只适合大比例尺地形图，对小比例尺地形图而言则不确切。*标准点、线 ：投影无变形的点、线。（2）主比例尺：在标准线上（3）局部比例尺：不在标准线上。 1/M= dl/ dL。（地图上、投影参考面上）*形式：（1）数字比例

14、尺 （2）文字比例尺 （3）直线比例尺 （4）复式比例尺*比例尺精度： 把图上0.1毫米对应于实地的水平长度称为比例尺精度 （1：2.5万：2.5m） *大比例尺 ：1：500、1000、2000、5000 中：1：0000、25000、50000、100000 小：1：50000、500000、1000000*大、一定（10万和5万）、小范围内详细研究和评价地形：不同比例尺地形图适用*分幅、编号：采用正方形或矩形，其规格为50 cm50 cm或40cm40cm。图号以图廓西南角坐标公里数为单位编号，X在前Y在后，中间用短线连接，如：1:2 000，10.0-21.0；1:1 000，10.5

15、-21.5；1:500，10.50-21.75。带状或小面积测区的图幅，按测区统一顺序进行图幅编号 。Part 4 GIS基础理论4.1 GIS的基本概念 *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。通过上述的分析和定义可提出GIS的如下基本概念：1、 GIS的物理外壳是计算机

16、化的技术系统。2、 GIS的操作对象是空间数据。 3、 GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力。4、 GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。4.2 地理信息系统的构成 *完整的GIS主要由四个部分构成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据和系统管理操作人员，其核心部分是计算机软硬系统，空间数据库反映了GIS的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。*计算机硬件系统：*计算机软件系统：指GIS运行所必需的各种程序*地理空间数据：指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文景观数据。是图形、图像、文字、表格和数字等，是系统程序作用的对象，是GIS所表达

17、的现实世界经过模型抽象的实质性内容。不同用途的GIS其地理空间数据的种类、精度都是不同的，包括三种互相联系的数据类型：1、某个已知坐标系中的位置（即几何坐标） 2、实体间的空间相关性（拓扑关系）3、与几何位置无关的属性（非几何属性或简称属性、属性分为定性和定量的两种）*系统开发、管理和使用人员：人是GIS中的重要构成因素4.3 GIS基本功能（1）数据输入：将系统外部的原始数据(多种来源、多种形式的信息)传输给系统内部，并将这些数据从外部格式转换为便于系统处理的内部格式的过程。数据输入方式与使用的设备密切相关，常有三种形式：手扶跟踪数字化仪的矢量跟踪数字化。它是通过人工选点或跟踪线段进行数字化

18、，主要输入有关图形点、线、面的位置坐标。扫描数字化仪的光栅扫描数字化，主要输入有关图像的网格数据。键盘输入。（2） 数据存贮与管理：数据存储和数据库管理涉及地理元素（表示地表物体的点、线、面）的位置、连接关系及属性数据如何构造和组织等。用于组织数据库的计算机系统称为数据库管理系统（DBMS）。（3） 数据分析与处理 （4）数据输出与表示模块（4） 用户接口模块：该模块用于接收用户的指令、程序或数据，是用户和系统交互的工具，主要包括用户界面、程序接口与数据接口。（5） 4.4 GIS与相关学科与技术的关系GIS明显地具有多学科交叉的特征，它既要吸取诸多相关学科的精华和营养，并逐步形成独立的边缘学

19、科，又将被多个相关学科所运用，并推动它们的发展。遥感技术可以为资源检测和环境检测提供丰富、实时的宏观信息，并为计算机制图系统和GIS的数据更新提供可靠、快速的数据源。但遥感无力获取社会经济统计数据，人类活动的大量信息。却计算机制图技术也无区域综合、分析和决策的功能。GPS技术、数字摄影测量和遥感技术可成为GIS数据采集和及时更新的主要技术手段和有力支撑；而GIS既能提供信息查询、检索服务，又能提供综合分析评价，它在资源和技术方面的博才与运筹帷幄的优势，是遥感、GPS和自动制图技术所不及的。4.5 地理信息系统应用 一、测绘与地图制图 二、资源管理 三、城乡规划 四、灾害监测 五、环境保护6、

20、国防 七、宏观决策支持PART 5 GPS基础理论 基于GPS的数据采集技术1. GPS特点(1) 全球连续覆盖，随时随地可以观测到4颗GPS卫星。(2) 高精度的定位、测速和定时功能。(3) 抗干扰性强，保密性好。(4) 被动式全天候导航。 （5）不必考虑通视问题，没有测量等级之分2.GPS的组成整个GPS系统由三部分组成：空间部分、地面控制部分和用户部分。 地面控制部分包括主控站（管理和协调整地面控制系统的工作）、注入站（向卫星注入导航电文和其他命令）、检测站（自动收集中心）、辅助通讯系统（前三者的通讯）等部分。用户部分：观测量（伪距测量，积分多普勒测量、载波相位测量、干涉法测量等）3.

21、GPS接收机 GPS接收机按照用途可以划分为： 导航型接收机，主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度； 测地型接收机，主要用于精密大地测量和精密工程测量，这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高，仪器结构复杂，价格较贵； 授时型接收机，主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步。4. GPS卫星信号GPS卫星网向地面的广大用户发送的用于导航定位的调制波，它包含有：载波、测距码和数据码。GPS信号的信息包括所谓的C/A码和P码，可复合成的Y码。5、GPS坐标系 GPS单点定位的坐标以及相对定位中解算的基线向量属于WGS-84大

22、地坐标系，因为GPS卫星星历是以WGS-84坐标系为根据而建立的。WGS-84大地坐标系的几何定义是：原点在质心，Z轴指向BIH协议地球极方向，X轴指向零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z，X轴构成右手坐标系。6、GPS定位的基本原理GPS的定位原理也是利用测距交会的原理确定点位。只要我们能测出地面点到两颗卫星的距离，就要求出地面点的水平位置（x，y），但是我们要求同时求出高程(H)，也就意味着有三个待求值（x，y，H），则需至少观测三个距离值才能解求出该地面点的（x，y，H），这实际是空间距离交会法原理。 7、依据测距的原理，GPS定位原理与方法有：伪距法定位伪距法定位是由GPS接收机在某一

23、时刻测出得到四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置，采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标。载波相位测量定位原理是：其中，是载波信号传播的整周数。载波信号是一个单纯的余弦波，同电磁波测距中的相位测距原理一样，接收机无法判定所量测信号的整周数，但可精确测定其不足一周期的相位差（某一瞬间载波相位测量的观测值是指该瞬间接收机发出的其初相与频率都与载波信号相同、相位与接收到的来自卫星的载波信号的相位之差）。 差分GPS定位DGPS原理 GP5定位中，存在着三部分误差：一是多台接收机公有的误差，如卫星钟误差、星历误差；二是传播延迟误差，如电离层误差、对流层误差；三是接收机固有的误差，如内部

24、噪声、通道延迟、多路径效应。差分GPS分为两大类：伪距差分和载波相位差分:（1） 伪距差分原理，这是应用最广的一种差分。在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离，再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至用户接收机，提高定位精度，这种差分，能得到米级定位精度。（2）载波相位差分原理，载波相位差分技术又称（Real Time Kinematic）技术，是实时RTK处理两个测站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。载波相位差分可使定位精度达到厘米级，大量应用于动态需要高精度位置的领域。8、GP

25、S测量的实施 GPS测量根据不同的测量目的和要求不同，外业操作要求以及采集流程也不同。9、其他卫星定位系统 除了美国的GPS之外，世界上现有卫星导航系统还有俄罗斯的全球导航卫星系统欧洲正在建设中的伽利略卫星系统我国的北斗导航定位系统。 1、全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，简称GLONASS）由俄罗斯空间局管理。GLONASS系统也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。卫星星座由24颗卫星组成，均匀分布在3个近圆形的轨道平面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度19100 km，运行周期11h15min，轨道倾角64.8。该系统可提供全

26、天候、全天时、高精度的三维导航定位和授时服务，其定位精度比GPS系统的定位精度略低。2、“伽利略”（GALILEO）系统“伽利略”（GALILEO）系统是欧洲。其中包括27颗卫星为中高度圆轨道工作卫星和3颗候补卫星，卫星高度为24126 km，位于3个倾角为56的轨道平面内。，可以向全球任何地点提供实时的高精度定位信号，其定位精度可以达到1 m，而GPS只能达到10 m。3、北斗导航定位系统北斗导航定位系统由北斗导航定位卫星、地面控制中心为主的地面部分、北斗用户终端三部分组成。“北斗一号”导航系统其定位原理与GPS等不同，“北斗一号”是用户先应发射需要定位的信号，通过卫星转发至地面控制中心，地

27、面控制中心解算出位置后再通过卫星转发给用户。北斗系统三大功能。 快速定位 短报文通信 精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns100ns时间同步精度。据介绍，正在建设的北斗卫星导航系统空间段由颗静止轨道卫星和颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为米，授时精度为纳秒，测速精度为米秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务信息。10、GPS的应用：GPS的应用按照其作用分为导航授时高精度测量或专业测量11、GPS的应用领域1、GPS应用于测量利用载波相位差分技术（RTK），在实时处

28、理两个观测站的载波相位的基础上，可以达到厘米级的精度当前，GPS技术已广泛应用于大地测量、资源勘查、地壳运动、地籍测量等领域。 2、GPS应用于交通3、GPS应用于救援利用GPS定位技术，可对火警、救护、警察进行应急调遣，提高紧急事件处理部门对火灾、犯罪现场、交通事故、交通堵塞等紧急事件的响应效率。4、GPS应用于农业5、GPS应用于娱乐消遣6、GPS在现代军事中的作用美国提出GPS现代化的基本目的是,在军事行动的，或有危险的，或有威胁的环境下，要求GPS能对作战成员的战斗力提供更好的支持，对他们的生命提供更安全的保障，能有助于各类武器发挥更有效的作用。7、GPS在农业领域的应用举例节约费用、

29、降低成本，达到增加产量提高效益的目的。 （1）收集农田地理信息，包括农田的地理位置（经度、纬度及高度）、农田的分布及每块田块的形状、面积等。（2）土壤成分分布调查，GPS采集各土壤采样点的位置信息，和土壤理化一起采集的土壤理化数据集成在一起形成土壤理化特征分布图。)（3）监测作物产量（4）合理施肥，精确农业管理，依据农田土壤养分含量分布图形成土壤施肥决策图， PART 6 RS理论知识1、 遥感的基本概念与原理1、遥感概述(20世纪60年代、一门综合性空间数据采集技术。)遥感（Remote Sensing，简称RS）就是从远处在不直接接触地表目标物和现象的情况下获取其信息的科学和技术。遥感通过

30、安装在飞机、飞船、卫星等平台上可见光、红外、微波等光学或电子探测仪器（称为传感器），对目标物进行摄影或扫描，接受地面物体反射或发射的电磁波信号，并保存为光学或数字图像，经过信息的传输及其处理、判读解译及分析、信息提取和野外实地验证，最后生成用于辅助决策的信息。2、遥感的物理基础不同地物具有不同的反射和辐射的电磁辐射特性，表现在遥感图像上就具有不同的图像特征，电磁波与电磁波谱，太阳辐射与大气影响及地物的光谱特性等基础知识：（1）电磁波谱与大气窗口*电磁波（Electro Magnetic Spectrum）是由振源发出的由交变的电场和磁场相互激发在空气中传播的电磁振荡，如光波、热辐射、微波、无线

31、电波等，电磁振荡是沿着各个不同方向传播的。这种电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射等）称为电磁辐射。无线电波（km或m）、微波（cm或mm）、红外线（m）、可见光（nm或m）、紫外线（nm或m）、射线等都是电磁波，只是波源不同，波长（或频率）也各不同。将各种电磁波在真空中的波长按其长短依次排列而成的图表称为电磁波谱。波长最长的是无线电波（按波长可细分为长波、中波、短波和微波）波长最短的是射线。*遥感常用的各光谱段的主要特性 紫外谱段(Uitrauilet ，UV)：波长范围为0.010.4m，位于可见光谱段紫色以外。太阳辐射含有紫外线，通过大气层时，由于大气中臭氧吸收作用，只有0.3

32、0.4m波长的紫外线部分能穿过大气层到达地面，且能量很少。可适用于紫外摄影，能监测气体污染、海面油膜污染以及探测碳酸盐岩分布。 可见光谱段(Visible light)：波长为0.40.7m，是电磁波谱中人眼能唯一能见到的谱区， 它由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色光组成，可用胶片和光电探测器收集和记录，是鉴别物质特征、进行自然资源与环境调查的主要谱段。可采用摄影成像。 红外谱段(Infrared ，IR)：波长为0.71000m，位于可见光谱段红端以外。为了实际应用方便，又将其按波长划分为：近红外（0.763.0m），中红外（3.06.0m），远红外（6.015.0m）和超远红外（151000m

33、）。其中波长0.71.3m波长范围的辐射可以用于摄影(胶片)方式探测，也可用扫描方式，采用光谱仪和扫描仪记录地物的电磁波信息，对探测植被和水体有特殊效果。中红外、远红外和超远红外是产生热感的原因，可以探测物体的热辐射，所以也叫热红外，自然界中任何物体，当温度高于绝对温度（273.15）时，均能向外辐射红外线。热红外辐射不能用摄影方式探测，须用光学机械扫描方式获取信息。在热红外中目前主要应用35m和814m两个谱段。热红外可以夜间成像，能进行全天时遥感。除用于军事侦察外，还可以用于调查浅层地下水、城市热岛、水污染、森林探火和区分岩石类型等，有广泛的微波(Microwave )微波的波长范围1mm

34、1m， 0.11.0 cm称毫米波；110 cm称为厘米波；10100 cm称为分米波微波的特点是能穿透云雾、云盖和沙漠成像，不受天气影响，能进行全天候全天时的遥感探测，可以采用主动或被动方式成像。对于测绘制图、自然资源凋查和环境监测有很好的应用效果 （2）辐射传递理论*地表事物与电磁波的相互作用，电磁辐射的传输与接收是贯穿于遥感的主线。遥感中的辐射源有两类：自然辐射源：自然辐射源包括太阳辐射和地球的电磁辐射。人工辐射源：人工辐射源主要指主动式遥感的辐射源，人工发射一定波长、一定功率的波束，然后再接收该波束被地物散射后返回的后向反射信号，从而探知地物和测距，称为雷达(Radar)。雷达又可分为

35、微波雷达、激光雷达(Lidar)和声雷达。*传感器所接收到的辐亮度 我们从遥感上区分不同的地物是通过其在遥感图像上的密度和形状、纹理等区分和识别的，而影像的密度则与像的照度有关，像的照度又与地物的反射辐射或者发射辐射成正比，因此地物的辐亮度直接关系到其影像密度：?（3）地物的光谱特性 自然界中任何地物都具有其自身的电磁辐射规律，物体反射和辐射电磁波的能力的大小主要取决于物体本身的理化性质，也与来自周围的电磁波辐射强度有关，我们将地物的这种反射、发射、吸收、透射电磁波以及反射和辐射强度随波长的改变而改变的特性称为地物的光谱特性。地物的发射能力越强，传感器接收到的关于该地物的信号就越强，在影像上就

36、越明显。地物的反射波谱特性地物的反射率随入射波长变化的规律，叫做地物反射光谱。按地物反射率与波长之间关系绘成的曲线（横坐标为波长值，纵坐标为反射率）称为地物反射光谱曲线。地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理，影响地物反射率大小的因素包括：入射电磁波的波长、入射角的大小、地表颜色与粗糙度。A.不同地物在不同波段反射率存在着差异,在不同波段的遥感图像上即呈现出不同的色调，这就是判读识别各种地物的基础和依据。B.同类地物的反射光谱是相似的，但随着该地物的内在差异而有所变化。这种变化是由于多种因素造成的，如物质成分、内部结构、表面光滑程度、颗粒大小、几何形状、风化程度、表面含水量及色泽

37、等差别。C.地物的光谱特性还有时间特性和空间特性的变化。地物的发射光谱特性 任何地物当温度高于绝对零度时，组成物质的原子、分子等微粒，在不停地做热运动，都有向周围空间辐射红外线和微波的能力。通常地物发射电磁辐射的能力是以发射率作为衡量标准，发射率(Emissivity )是地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）W与同温下的黑体辐射出射度W黑的比值。它也是遥感探测的基础和出发点。A.影响地物发射率的因素：地物的性质、表面状况、温度（比热、热惯量），具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。B.地物的发射率随波长变化的规律，称为地物的发射光谱。按地物发射率与波长间的关系绘成的曲线（

38、横坐标为波长，纵坐标为发射率）称为地物发射光谱曲线。地物的透射光谱特性有些地物（如水体和冰），具有透射一定波长的电磁波能力，通常把这些地物叫做透明地物。地物的透射能力一般用透射率表示。透射率就是入射光透射过地物的能量与入射总能量的百分比，用表示。红外线只对具有半导体特征的地物，才有一定的透射能力。微波对地物具有明显的透射能力，这种透射能力主要由入射波的波长而定。2、遥感平台与传感器1、 遥感平台：遥感数据获取是在由遥感平台和传感器构成的数据获取技术系统的支持下实现的。遥感技术使用的放置遥感传感器的负载工具称为遥感平台，不仅仅是卫星，还可以是航天飞机、飞机、气球、航模飞机、汽车、照相机的三角架等

39、，按高度及载体的不同可分为:（1） 地面或近地平台：地面或近地平台指遥感平台距离地面高度在800m以下，包括系留气球（ 500 800m ）、 50500m的牵引与无线遥控飞机滑翔机、遥感铁塔（ 30m 400m ）、遥感吊车（ 5 50m ）、地面遥感测量车、三角架（0.752.0m）、遥感塔（6m左右）和遥感船（从空中对水面进行遥感以及对海底进行遥感）等与地面接触的平台称为地面平台或近地面平台。（2） 航空平台：航空平台指传感器搭载的遥感平台为航空器，主要包括飞机和气球，其中飞机按高度可以分为低空平台、中空平台和高空平台，它包括距离地面高度小于2000m对流层下层中的航空摄影测量， 200

40、0 20000m对流层中层的中空飞机遥感、 20000m对流层以上的高空飞机遥感。气球包括低空气球（对流）和高空气球（平流）。（3） 航天平台：航天平台是指传感器搭载的遥感平台为航天器，包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。2、遥感平台的选择选择遥感平台的主要依据是遥感图像空间分辨率。一般说来，近地遥感地面分辨率高，但观测范围小；航空遥感地面分辨率中等，其观测范围较广；航天遥感地面分辨率低，但覆盖范围广。一般来讲遥感平台与遥感影像存在着一定的联系：其一，平台的运行高度影响着遥感影像的空间分辨率；其二，遥感平台的运行周期决定着遥感影像的时间分辨率；其三，遥感平台的运行时刻（或卫星星下点的地方时）决

41、定着探测区域的太阳高度（入射角），从而间接决定着遥感影像的色调及阴影；其四，遥感平台运行稳定状况决定着所获取遥感影像的质量。因此数字工程遥感数据采集是应该根据任务和数据需求慎重选择遥感平台 3、遥感传感器传感器一般由采集单元、分光单元、探测与信号转化单元、记录或通信单元组成。4、传感器分类 A.各种卫星通过不同的遥感技术实现不同的用途，如：气象卫星是用于气象的观测预报；海洋水色卫星用于海洋观测；陆地资源卫星用于资源调查；雷达卫星是以全天候、全天时以及能穿透一些地物为特点的对地观测遥感卫星。数字工程中常用的遥感数据有美国陆地卫星（Landsat）TM和MSS遥感数据、法国SPOT卫星遥感数据、加

42、拿大Radarsat雷达遥感数据以及我国资源卫星数据和高分辨率卫星遥感数据。 B.传感器按照工作方式分类:主动式：人工辐射源向目标地物发射电磁波，然后接收从目标地物反射回来的能量。如：侧视雷达、激光雷达、微波散射计等被动式：接受自然界地物所辐射的能量。如：摄相机、多波段扫描仪、微波辐射计、红外辐射计等C.传感器按照成像原理分类摄影机：框幅式、全景式 扫描仪：光机扫描仪、推帚扫描仪雷达：真实孔径雷达、合成孔径雷达D.传感器按照记录方式分类非成像方式：探测到地物辐射强度按照数字或者曲线图形表示。如：辐射计、雷达高度计、散射计、激光高度计等。成像方式： 地物辐射（反射、发射或两个兼有）能量的强度用图

43、象方式表示。如：摄影机、扫描仪、成像雷达。5、气象卫星系列气象卫星是对地球及其大气层进行气象观测的人造地球卫星，具有空间覆盖范围大、时间取样资料迅速、连续完整以及综合参数观测的特点，气象卫星所携带的气象传感器能够接收和测量地球及其大气的可见光、红外与微波辐射，并将它们转换成电信号传送到地面。地面接收站再把电信号复原绘出各种云层、地表和洋面图片，进一步处理后就可以发现天气变化的趋势。*气象卫星按照卫星的运行轨道可以划分为极轨卫星：极地轨道卫星是指卫星轨道面经两极上空环绕地球运行建成极轨卫星；地球同步卫星：地球同步卫星是指卫星的运行方向与地球自转方向相同，运行轨道为圆形，运行周期与地球自转一周的时

44、间相等，即24小时，又称地球静止卫星。太阳同步卫星：太阳同步卫星是指卫星的轨道平面绕地球自转轴的旋转方向、角速度与地球绕太阳公转的方向和角速度相同。 1960年4月美国发射了第一颗气象卫星泰罗斯-1(Tiros-1) 1966年美国发射第一颗业务气象卫星艾萨(ESSA)*气象卫星的特点:轨道：低轨和高轨。成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。短周期重复观测：静止气象卫星30分钟一次；极轨卫星半天一次。利于动态监测。资料来源连续、实时性强、成本低。*气象卫星观测的优势和特点: （1）空间覆盖优势（2）时间取样优势（3）资料一致性优势（4）综合参数观测优势*气象卫星的应用领域:天气

45、分析与气象预报气候研究与气候变迁的研究资源环境领域FY-1CD通道编号、波长范围及其主要用途*通道1、2的探测波段分别处于植被反射的低谷和高峰区，利用二者的差值可以计算各种植被指数，植被指数能反映作物、森林、草场的生长情况，病虫害及作物缺水状况，并能进行作物估产，这个通道还可以做判识水陆边界，河口泥沙海冰等。*通道3处在红外短波窗区，它对检测地面高温热源，比如，森林和草场的火灾特别有效。*通道4、5处于红外窗区，用以测量地面温度，这两个通道相结合的目的在于对海面温度反演中对大气削弱进行订正，计算的地表和海表温度在农业、渔业、洋流、城市热岛等方面有广泛的应用。*通道6对雪的反射率较低，与其它通道

46、结合有助于云、雪的判识，同时此通道对土壤湿度比较敏感，有助于干旱监测。*通道7-9是海洋水色通道，海洋水色反映海洋中叶绿素的含量，他还可以反映海洋浑浊度和海洋污染以及赤潮等情况。*通道 10是低层水汽通道，用于大气修正和大气透过率的计算。6、地球资源卫星地球资源遥感卫星始于1972年，美国发射首颗地球资源遥感卫星，发回MSS图像信息. 利用地球资源卫星寻找、开发、利用和管理地球资源是一种非常有效的手段。 （1）陆地卫星系列Landsat:美国的陆地卫星是世界上最早发射的地球资源卫星，已经成为当前主要的地球资源卫星。（2）陆地卫星系列SPOT卫星：SPOT对地观测卫星系统是由法国空间研究中心发展

47、的，参与的国家还有比利时和瑞典。SPOT数据由于其较高的地面分辨率、可侧视观测并生成立体像对和在短时间内可重复获取同一地区数据等有别于其他卫星遥感数据的特点.（3）CBERS中巴资源卫星CBERS-1星上有三种有效载荷：CCD相机、红外相机、宽视场CCD图像仪。CBERS-1、CBERS-2星都是中国第一代传输型地球资源遥感卫星，太阳同步轨道，星上包括分辨率为20m的5波段CCD相机、分辨率为78m的4波段红外多光谱扫描仪和分辨率为256m的2波段宽视场成像仪三种相机可昼夜观测地球.CBERS-3CBERS-4星是我国第二代资源卫星，除继续保持20m的中分辨率CCD相机外，将增加空间分辨率5m

48、全色谱段和10m多光谱的高分辨率CCD相机。红外多光谱扫描仪和宽视场成像仪空间分辨率将提高一倍以上。 （4）EOS卫星EOS（Earth Observation System）卫星是美国对地球进行连续综合观测计划中一系列低轨道卫星的简称，第一颗EOS的上午轨道卫星于1999年12月18日发射升空。EOS系列卫星上的最主要的仪器是中分辨率成像光谱仪（MODIS），MODIS是美国宇航局研制的新一代“图谱合一”的大型光学空间遥感仪器.MODIS主要获取陆地和海洋温度、初级生产力、陆地表面覆盖、云、汽溶胶、水汽和火情等目标的图像。可用于对陆表、生物圈、固态地球、大气和海洋进行长期全球观测。7、海洋卫

49、星系列海洋卫星是用来勘测和研究海洋资源的卫星，其主要用途是海洋监测和海洋监视。前者主要进行海面风、海流、波浪和水色参数等海洋环境参数的探测，这些皆为自然环境参数；后者主要进行海洋污染源、海上走私、海洋捕捞和军事活动等海上人为状态的监视。*海洋卫星包括三大类：A.海洋水色卫星的测量对象是离水辐射率，用来进行海水叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、可溶有机物和污染物等海洋水色要素的探测，以获取海洋初级生产力、水体混浊度和有机/无机污染等信息。B.主要是通过卫星上装载的雷达高度计测量海面高度，对海洋地形进行探测，也可获得海面风速和有效波高的信息。通过海面高度的测量可获得大地水准面、海洋重力场、海底地形和地层结

50、构等信息.C.海洋动力环境卫星除了装载雷达高度计外，还装载了微波散射计、红外辐射计和合成孔径雷达，分别用于测量海面风速和风向，测量海面温度，以及对海冰、波浪、中尺度过程、内波、浅海地形及溢油污染等监测。8、高分辨率卫星所谓高分辨率，通常的意义是指它的空间分辨率达到4m或更高，这里讲的高分辨率指的是高空间分辨率、高光谱分辨率和高时间分辨率的统称。高分辨率卫星的传感器，一般采用大型线列阵CCD探测器，按照推帚式扫描原理成像，获取地面高分辨率陆地遥感图像数据，一般都设置一个高分辨率的全色（P）波段（通道），地面分辨率在4m以内范围；通过分光，同时还设置34个多光谱波段（通道），光谱范围0.41.1m

51、，波段宽度0.1m，地面分辨率410m。 3、 遥感增值服务纠正：使影像能够与用户使用的其他矢量数据（如地形图）套合使用镶嵌：不同时相，不同分辨率（相近分辨率）数据拼接融合：不同波段组合形式挂图制作：遥感卫星影像挂图，具有视觉直观、信息丰富，现势性强的优势。非常适合省、市、县领导和各级政府部门办公场所悬挂。 PART77.1 RS、GIS与GPS集成概述1.是现代社会持续发展、资源合理规划利用、城乡规划与管理、自然灾害动态监测与防治等的重要技术手段，也是地学研究走向定量化的科学方法之一。2.集成是英语Integration的中译义，它指的是一种有机的结合，在线的连接、实时的处理和系统的整体性。

52、3.GPS主要被用于实时、快速地提供目标，包括各类传感器和运载平台(车、船、飞机、卫星等)的空间位置;RS用于实时地或准实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息，发现地球表面上的各种变化，及时地对GIS进行数据更新；GIS则是对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理、动态存取、作为新的集成系统的基础平台，并为智能化数据采集提供地学知识。4.三者之间的相互作用形成了“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以及空间定位，GIS进行相应的空间分析，以从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集成技术而言，最重要的是在

53、应用中综合使用遥感以及全球定位系统，利用其实时、准确获取数据的能力，降低应用成本或者实现一些新的应用.7.2 3S集成中的理论问题和关键技术1、“3S”集成系统的实时空间定位研究“3S”集成系统的传感器实时空间定位、系统行进过程中快速确定相关地面目标的方法和实现技术。2、“3S”集成系统的一体化数据管理研究“3S”数据的集成管理模式、数据模型，设计和发展相应的数据管理系统，以实现图形、图像、属性、GPS定位数据等的一体化管理，为“3S”的集成处理和综合应用提供基础平台。3、语义和非语义信息的自动提取理论方法4、基于GIS的航空、航天遥感影像的全数字化智能系统及对GIS数据库快速更新的方法5、“

54、3S”集成系统中的数据通讯与交换6、“3S”集成系统中的可视化技术理论与方法 “3S”集成系统中将有不同分辨率、不同时相的大量图形和影像数据，需要研究它们的多级分辨率和多尺度表示在各种介质和终端上的可视化问题。7“3S”集成系统的设计方法及CASE工具研究主要研究基于计算机辅助软件工程(CASE)技术的“3S”集成系统的设计方法和软件开发、维护的自动化技术，设计和发展专用于“3S”集成系统设计的CASE工具.8“3S”集成系统中基于客户机服务器的分布式网络集成环境 该项研究应根据“3S”集成系统研究的特点与特殊要求，为“3S”集成研究设计提供一个多种空间信息数据获取方式与地理信息管理系统融为一

55、体的基础研究环境。这种集成化环境的研究完成，可以将多种数据集中在一起实现共享，特别是网络化的数据传送方式可以快速有效地将数据传送到各用户，为“3S”集成的深入研究提供条件。7.3 3S集成系统的研究思路空间信息系统集成的研究是一项涉及到多专业、多数据的综合性研究课题，我们已经从两个方面系统地开展了这项工作：一方面就GIS与RS、GPS与RS、GPS与GIS两两的集成理论与关键技术进行了深入的研究；另一方面从GPS+RS+GIS、GPS+GIS+CCD(或其它测绘传感器)整体集成的角度开展了理论与实际工作。同时，形成了如图3.2的研究思路。第一部分，涉及将GPS动态相位差分技术用于航空航天摄影测

56、量进行无地面空中三角测量，并称为GPS摄影测量。第二部分，涉及GIS与RS的集成。包括三个主要的技术过程：(1)多传感器、多分辨率、多时相遥感数据融合；(2)利用RS数据和GIS数据快速发现空间对象的变化，同时，对GIS数据库进行快速更新；(3)从GIS数据中发现知识用以辅助遥感数据处理。第三部分，涉及车辆定位与自动导航。主要是在GPS与GIS的支持下，为控制人员或当事人提供实时的车辆位置和导航信息，减少路途时间。此外，还包括道路信息和其它环境信息的采集。第四部分，涉及以空间定位技术、遥感技术和地理信息系统技术为基础的集成数据库技术。主要指GPS数据、RS数据和GIS数据的一体化存贮与管理，也包括利用遥感数据制作导航数字影像地图以及基于数据集成的3D可视化模型。第五部分，涉及车载GPS、GIS与CCD(包括其它测绘传感器)集成系统。GIS系统安装在车内，GPS为CCD摄像机提供外方位元素，影像处理可求出点、线、面地面目标的实时参数。