地球信息获取

地球信息获取第一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日主要内容1遥感技术2全球定位系统3对地观测技术系统4陆地和海洋定位监测技术5统计技术第二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

1遥感技术的基本概念地球信息科学是一门技术先行性学科，地球信息技术在整个学科体系中一直处于核心地位，其发展表现在许多方面，其中地球信息获取技术是形成和发展地球信息科学最基本也是最显著的重要技术之一。是指用于从认识主体的外部世界获得记录地球系统性质、结构和状态的地球数据，主要包括遥感技术、全球定位技术、对地观测技术和统计技术等。第三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

20世纪50年代中期，美国海军研究局地理学家和海洋学家艾弗林·普鲁伊特女士第一次提出“遥感”一词。泛指一切无接触的远距离探测，实际工作中，将对重力、磁力、声波、地震波等的探测划为物探（物理探测）的范畴，只有电磁波探测属于遥感的范畴。（1）遥感与遥感技术1遥感技术的基本概念第四页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

太阳是一个重要的电磁波源，发射的电磁波从无线电波到伽马射线，范围非常广。（1）遥感与遥感技术1遥感技术的基本概念第五页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

太阳辐射穿过大气时，被一些物质散射、反射或吸收。47%被地表吸收、18%被大气吸收、35%被反射回太空。（1）遥感与遥感技术1遥感技术的基本概念第六页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

遥感系统包括五部分：信息获取、传输与记录，信息的处理与应用。（1）遥感与遥感技术1遥感技术的基本概念信息源信息获取信息传输信息记录信息处理信息应用获取技术传输技术记录技术处理技术应用技术第七页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

1.视域辽阔，便于宏观分析。Landsat影像幅宽185km（30m,34000km2）;MODIS影像幅宽2330km，分辨率250m；NOAA影像幅宽2800km，分辨率1.1km，两条轨道可以覆盖我国大部分国土，三条轨道可完全覆盖我国全部国土；气象卫星几乎可以覆盖半个地球。（2）遥感技术的特点1遥感技术的基本概念第八页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

2.观测周期短，便于动态监测。Landsat时间分辨率16天;MODIS卫星一天过境4次，1-2天覆盖全球一次；NOAA轨道周期101分钟，最佳观测范围成像周期6天；极轨气象卫星12小时获得全球数据，同步轨道几分钟可以拍摄一次。（2）遥感技术的特点1.1遥感技术的基本概念第九页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.信息丰富，能进行定性分析、定量分析和专题制图；4.可以用各种波段探测地物，某些波段对雾、水、冰、植被、沙土等具有穿透性，可以加深对目标物的认识。（2）遥感技术的特点1.1遥感技术的基本概念第十页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

根据遥感平台划分:航天遥感：从地球大气层外部空间，以宇宙飞行器和人造卫星等作为平台的探测方法。（3）遥感技术的分类1遥感技术的基本概念第十一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

航空遥感：在地球大气层内部空间，使用航空飞行器（飞机、气球等）作为遥感平台的对地观测方法。（3）遥感技术的分类1遥感技术的基本概念第十二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

地面遥感：在地面上和海上利用汽车、高台或船舶作为平台，或由人直接携带对地面、地下或水下进行的遥感。（3）遥感技术的分类1遥感技术的基本概念第十三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

根据工作方式划分:主动遥感：传感器带有能发射电磁波的辐射源，工作时向目标物发射电磁波并接收目标的后向散射信号。被动遥感：不向目标物发射电磁波，仅被动地直接接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量。（3）遥感技术的分类1遥感技术的基本概念第十四页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

根据使用的波段划分:紫外遥感：探测波段0.05-0.38μm;可见光遥感：探测波段0.38-0.76μm;红外遥感：探测波段0.76-1000μm;微波遥感：探测波段1mm-1m;（3）遥感技术的分类1遥感技术的基本概念第十五页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

根据应用领域划分:从研究领域分：外层空间遥感；大气层遥感；陆地遥感；海洋遥感。从应用领域分：资源遥感；环境遥感；农业遥感；林业遥感；渔业遥感……（3）遥感技术的分类1遥感技术的基本概念第十六页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

根据扫描方式划分:机械扫描；推扫；CCD成像。（3）遥感技术的分类1遥感技术的基本概念第十七页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

遥感技术的应用是多方面的，除军事侦查外，还广泛渗透到农业、林业、地质、地理、海洋、水文以及环境保护等国民经济的各个领域，对推动经济建设、社会进步、环境的改善和国防建设起到重要作用。（4）遥感技术的应用1.1遥感技术的基本概念第十八页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

①资源遥感水、矿、森林、地热等资源调查；农作物长势、病虫害、水污染等的监测；

河床演变、海岸变化、海水运动、洋流、洪水等监测；

……（4）遥感技术的应用1遥感技术的基本概念第十九页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

②环境遥感（利用其动态监测特长）城市化、沙漠化、土地退化、盐渍化、环境污染；旱涝预测、蝗虫迁移；

水灾、火灾、震灾等的预测与评估；

……（4）遥感技术的应用1遥感技术的基本概念第二十页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

③地图测绘遥感技术为地图测绘工作开辟了更广阔的天地，极大地提高了制图的效率和质量；立体成像，提取地形信息，更加直观、准确；（4）遥感技术的应用1遥感技术的基本概念第二十一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

④区域分析航空航天遥感获得的同一套图像和数据，比较全面的反映了一个区域的自然条件和资源的内在联系，加以综合分析，经过整理，可以获得所需要的一系列图件，如地形、地质、土地利用、土壤等。（4）遥感技术的应用1遥感技术的基本概念第二十二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

⑤全球研究遥感为直观地研究全球性的宏观规律和变化提供了前所未有的便利。遥感为全球性的变化，如地壳断裂、板块运动、地球演变、大陆漂移等提供直观数据。（4）遥感技术的应用1遥感技术的基本概念第二十三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日主要内容1遥感技术2全球定位系统3对地观测技术系统4陆地和海洋定位监测技术5统计技术第二十四页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

2全球定位系统全球定位系统是一种卫星导航技术系统，利用这种技术在地球表面任何地方、任何空间、任何天气条件下、任何时间都可以连续地知道自己所在的全球坐标系统中的准确位置，准确的时间以及移动物体的准确航向、航速。第二十五页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

2全球定位系统静态GPS定位精度可达“毫米级”。第二十六页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

2全球定位系统动态GPS定位精度可达“米级”。第二十七页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

2全球定位系统手持GPS定位精度可达“10米级”。第二十八页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

2全球定位系统定时精度：7万年内不超过1秒。目前全球定位系统主要有：美国GPS；原苏联GLONASS系统；欧空局伽利略系统；中国北斗定位系统（一代，二代）。2.1全球导航、定位系统第二十九页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

北斗一代：两颗地球静止卫星+一颗在轨备份卫星；覆盖范围东经约70-140°，北纬约5°-55°；定位精度：50米以上；属于覆盖我国的区域定位系统；（1）空间部分-北斗定位系统2.2全球定位系统的组成第三十页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

北斗二代：

4静止星＋12中轨星（20000KM）＋9高轨道星（36000KM）；覆盖全球范围；定位精度超过美国现有GPS，满足精确导航定位；2.2全球定位系统的组成第三十一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

全球定位系统包含三个主要部分：空间部分、地面控制部分以及用户设备部分。2.2全球定位系统的组成2全球定位系统第三十二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

24颗卫星；

6个轨道平面（4颗/轨道平面）；（1）空间部分-美国GPS系统2.2全球定位系统的组成卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度,这就提供了在时间上连续的全球导航能力。第三十三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

特点：

24颗星中至少有21颗具有98%的可操作时间；

6个轨道平面，55度倾角；轨道高度20200km；运行周期11h58min;

在地平线上可视时间大约为5h。2.2全球定位系统的组成第三十四页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

地面部分有1个主控站、3个注入站和5个监测站组成。主控站：处理本站及监测站发来的全部数据，经过大型计算机处理并将这些预测数据送往注入站，同时还负责纠正偏离轨道的工作卫星；注入站：将主控站传送来的数据和命令通过发射装置发送到GPS工作卫星上，以便工作卫星按更新的数据和指令工作；监测站：监测GPS工作卫星的工作是否正常，并详细的收集气象资料及工作卫星的轨道观测数据，提供给主控站分析处理。（2）地面部分-美国GPS系统2.2全球定位系统的组成第三十五页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

包括一个可以对从卫星上传送的信号进行解码的接收机，从而实现定位、测速以及定时的功能。（3）用户设备部分2.2全球定位系统的组成第三十六页，共八十六页，编辑于2023年，星期日·

精确定时：广泛应用在天文台、通信系统基站、电视台中·

工程施工：道路、桥梁、隧道的施工中大量采用GPS设备·

勘探测绘：野外勘探及城区规划中都有用到·

导航：武器导航：精确制导导弹、巡航导弹车辆导航：车辆调度、监控系统船舶导航：远洋导航、港口/内河引水飞机导航：航线导航、进场着陆控制星际导航：卫星轨道定位个人导航：个人旅游及野外探险·

定位：

车辆防盗系统手机，PDA等通信移动设备，电子地图，定位系统儿童及特殊人群的防走失系统农业勘测GPS的功能第三十七页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

随着卫星导航接收机的集成微型化，出现各种融通信、计算机、GPS于一体的个人信息终端，使卫星导航技术从专业应用走向大众应用，成为继通信、互联网之后的IT第三个新的增长点。2.2全球定位系统的组成第三十八页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

以GPS为代表的卫星导航定位应用产业越来越吸引众多人的关注。有关专家预测，我国的卫星导航定位应用市场的总产值将超过100亿元，导航定位运营服务产值超过30亿元。卫星导航定位产业在国内是一个具有巨大发展空间的朝阳产业。2.2全球定位系统的组成第三十九页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

差分全球定位系统；后处理差分全球定位系统；反转差分全球定位系统；2.3全球定位系统研究进展第四十页，共八十六页，编辑于2023年，星期日主要内容1遥感技术2全球定位系统3对地观测技术系统4陆地和海洋定位监测技术5统计技术第四十一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

1957年第一颗人造卫星升空，标志着人类进入了太空时代，从此，人类以崭新的角度开始重新认识自己赖以生存的地球。遥感技术、全球定位技术和地理信息系统技术的融合、渗透和统一，形成了新型的对地观测技术系统，为地球科学研究提供了全新的科学方法和技术手段，标志着地球科学信息获取和分析处理方法的一场革命。3对地观测系统第四十二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

21世纪，地球科学将以全球性、统一性的整体观、系统观和多时空尺度，研究地球系统的整体行为。其中对地观测技术系统作为一个全天候、全方位、动态的综合系统，能够提供全球重复、连续的地球表面数据，用于对地球系统作为一个整体的理解以及对地球过程进行比较全面的调查研究。因此在地球系统研究中，对地观测技术将发挥不可替代的作用。3对地观测系统3.1对地观测技术系统简介第四十三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

对地观测技术系统是为了获取地球数据而建立的地球信息过程，由航天、航空、地面观测台站网络等子系统组成，具有提供定位、定性、定量数据能力的综合性技术系统。目前已经形成覆盖全球的多层次、立体对此观测系统，是快速获取和更新地球数据的主要工程设施。3对地观测系统3.2对地观测技术系统组成第四十四页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

全球定位系统技术与遥感技术和地理信息系统技术的不断融合、渗透和统一，逐渐形成了一种新型的功能强大的对地观测技术系统。遥感的定量观测精度要靠全球定位系统的定位精度的保证。3.2对地观测技术系统组成（1）全球定位系统第四十五页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

遥感器置于飞机、直升机、飞艇、气球等航空平台上。按飞行高度分为：超低空（500m以下）、低空（600-3000m）、中空（3000-10000m）、高空（10000m以上）、超高空（20000m以上）。3.2对地观测技术系统组成（2）机载对地观测技术系统第四十六页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

由于航空遥感图像比例尺较大，地面分辨率高，且平台较遥感卫星灵活，可以进行各种遥感模拟试验、地理信息系统建库、大比例尺系列制图、校对航天遥感资料等，还多用于城乡森林资源、草场资源和区域矿产的普查和工程规划设计等。因此即使在卫星遥感技术发达的国家，航空遥感仍不可或缺。3.2对地观测技术系统组成第四十七页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.2对地观测技术系统组成（3）星载对地观测技术系统星载对地观测技术系统由于具有探测范围广，成像快，实现对目标的动态研究且不受区域自然条件和国界限制等多方面的优越性，目前，在对地观测系统中已占主导地位。第四十八页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.2对地观测技术系统组成目前星载对地观测系统发展的重点技术包括：①连续地提供高质量的观测数据、长寿命化的观测技术；②以定量化为目标的超多波段成像光谱技术；③不受云层影响的微波传感器技术；④分别以海洋、陆地和大气为主要对象的探测器技术和面向全球空间提供全天候、全时域、连续、高精度导航定位的全球定位系统技术。第四十九页，共八十六页，编辑于2023年，星期日对地观测空间卫星子系统是由大型极轨组合平台与小卫星系列，多高度、多种轨道组合的观测体系。对地观测卫星是活动的主体。包括气象卫星、资源（陆地）卫星、海洋卫星和雷达卫星，又统称环境卫星系列。3.2对地观测技术系统组成第五十页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.2对地观测技术系统组成常见遥感卫星：CBERS-1；2.SPOT；3.ERS;4.JERS;5.RADARSAT;6.Landsat;7.IKONOS;8.QuickBird;9.MODIS……第五十一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.3对地观测内容（1）大气观测主要是利用遥感监测大气结构、状态及其变化，主要包括大气温度、压力、风、气溶胶类型及其含量分布、云的结构及其分布、水汽含量、大气微量气体的铅垂分布及三维降雨观测。大气遥感对于灾害性天气气候以及全球环境变化的监测和预测具有及其重要的意义。对地观测的内容十分广泛，包括大气观测、海洋观测和陆地观测三大领域第五十二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.3对地观测内容常见的主要传感器：欧空局ERS-2的GOME和ATSR-2；日本ADEOS的ILAS和IMG;欧空局ENVISAT的MERIS；日美热带降雨量测计划（TRMM）的微波成像仪；……第五十三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.3对地观测内容在灾害性天气气候的监测与预测方面，气象卫星遥感发挥了极为显著的作用，对台风、暴雨、龙卷风等灾害性天气的监测效率提高到100%。已发射升空的地球环境卫星提供大气圈、水圈、岩石圈及其相互作用的探测资料，为长期数值天气预报提供坚实的基础。第五十四页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.3对地观测内容（2）海洋观测海洋观测的重要性：海洋控制着大气环流和自然界的水循环，改变热量的地理分布格局，对全球气候变化有重大影响。此外，海洋在稳定大气化学成分方面也起到重大作用，海平面上升会对全球沿海地区人类的生存带来严重威胁。第五十五页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.3对地观测内容海洋观测的主要内容：物理海洋学观测（海水温度、海风矢量、海浪谱、全球海平面变化等）；生物海洋学和化学海洋学观测（海水水色、叶绿素浓度、黄色物质等）；海冰监测（海冰类型、分布范围和变化）；第五十六页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.3对地观测内容海洋观测的主要遥感波段：红外波段最早应用物理海洋学研究；微波遥感的全天候监测能力；通过雷达高度计、散射计和成像雷达技术测量海面高度、海面风、海底地形等，为海洋循环、海洋-大气-海冰的交换过程及其在气候变化中的作用的研究奠定基础。此外用于水色遥感的SEASTAR、MODIS、MERIS等。第五十七页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.3对地观测内容（3）陆地观测陆地观测的目标范畴：生物圈；人文圈；岩石圈；水文圈；……第五十八页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.3对地观测内容生物圈及生态监测：生态监测是全球变化研究的主要内容之一，不仅研究全球生态的变化、全球生物量对大气中CO2、甲烷等气体的收支问题、全球生物量变化导致的气候变化；同时，在土地利用/土地覆盖监测、作物估产、森林蓄积量调查等应用方面具有重要意义。第五十九页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.3对地观测内容水文圈：水圈是全球能量与水循环的重要组成部分。陆地表面过程在全球水文循环中起着重要作用。土壤湿度是研究全球生态环境及大气圈相互作用的重要参数，也是作物估产、旱灾监测等应用领域的监测对象。全球积雪范围、厚度、雪水当量是全球气候变化的敏感因子，也是径流预报、洪水预测的关键因素。第六十页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.4国际对地观测计划（1）美国的地球观测计划（EOS）美国宇航局(NASA)已制订了一个循序渐进的观测和数据管理战略，以向科学家提供与地球系统科学有关的观测数据。

EOS计划的基本设计要求是提供足够长时间的数据记录序列，以帮组科学家区分人类活动和自然力对地球系统的各种影响。第六十一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.4国际对地观测计划主要卫星系列：上午经过系列（EOSAM）；彩色卫星（EOS-COLOR）；气溶胶计划（EOS-AERO）；下午经过系列（EOSPM）；测高计划（EOS-ALT）；化学计划（EOS-CHEM）；……第六十二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.4国际对地观测计划（2）美国的商用小卫星计划小卫星正以其成本低廉、机动灵活、便于更新和应用广泛等优点，受到世界许多国家的关注。目前在轨的小卫星272颗左右。纳米卫星（1～20kg）、微型星（2～100kg）、小卫星（100～250kg）和小型卫星（250～500kg）。第六十三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.4国际对地观测计划1991年，美国战略防御倡议组（SDIS）发射了第一颗遥感军用小卫星，重75kg的LOSAT－X，装有有效载荷多光谱成像仪。1994年，SDIS改为弹道导弹防御组织（BMDO），发射了第二颗“小型化敏感器技术集成卫星（MSTI－2），成功地跟踪了“民兵”洲际导弹和2枚小火箭的发射试验。1997年，重212kg的MSTI－3发射成功，它可以对导弹发射进行红外探测和制导跟踪。第六十四页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.4国际对地观测计划（3）欧空局（ESA）ERS-1和ERS-2使用全天候观测的微波技术，为太阳同步的极地轨道卫星系统，观测领域包括海况、海洋风、海洋循环及冰层等。ENVISAT于2002年升空，用于获取陆地表面性质、大气化学、气溶胶分布和海洋生物学等方面的观测值。第六十五页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.4国际对地观测计划（4）日本1992年发射了日本地球资源卫星一号（JERS1）,携带SAR和光学传感器，用于冰川、土地利用、环境和灾害等监测。TRMM，主要用于测量热带降雨，并由此衍生出水文循环和大气动态。第六十六页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.4国际对地观测计划（5）法国SPOT太阳同步极轨卫星系列，首颗卫星发射于1986年。主要用于土地利用、农林业、地质、制图与区域规划等。其中，SPOT-3携带了极地臭氧与气溶胶测量仪。所携带的VEGETATION植被探测仪主要用于对植被、叶绿素等的观测。第六十七页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.4国际对地观测计划（6）加拿大1995年11月发射RADARSAT雷达卫星，携带合成孔径雷达（SAR）。主要用于资源管理、冰、海洋和环境监测及北极和近海勘测，也可以用于支持渔业、航海业、海洋研究等。第六十八页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.4国际对地观测计划（6）俄罗斯粗制钻石（ALMAZ-1B），主要用于收集有关制图、陆地表面观测、地质观测渔业观测等。PRIRODA-1和RESURS-O，主要用于地球生态、海洋循环、地质、大气、农作物状态，森林及污染监测等。第六十九页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.5中国对地观测系统发展返回式遥感卫星系列；风云卫星系列；中巴资源卫星系列；提供20米-256米分辨率的11个波段不同幅宽的遥感数据；小卫星系列；军用卫星系列（尖兵1-7）；（1）对地观测卫星的发展第七十页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.5中国对地观测系统发展利用航空遥感技术测制地形图已形成了完备的教学、科研和生产体系。高空机载遥感系统；洪水监测遥感系统；（2）机载对地观测系统第七十一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

3.5中国对地观测系统发展中国遥感卫星地面接收站成立于1986年，广泛接收美国的Landsat、欧空局的ERS1-2、日本的JERS、法国的SPOT、加拿大的Radarsat等卫星数据。（3）对地观测数据接收系统第七十二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日主要内容1遥感技术2全球定位系统3对地观测技术系统4陆地和海洋定位监测技术5统计技术第七十三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

4陆地和海洋定位监测技术上世纪后半期，板块学说的创立导致地学的革命性进展，其重大意义在于地球科学从此确立了“活动论”的科学观。为支持“活动论”的深入研究，需要对陆地和海洋进行定位监测，实现对地球在一定时间尺度上的长期监测，更广泛地获取地球活动的信息，从而进一步推动地球科学的深入发展，同时也为研究当代地球科学面临的重大问题提供更丰富准确的信息。第七十四页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

大地网变化监测；地球自转轴位置和转速监测；地壳运动监测；环境监测；自然灾害监测；地面沉降监测；地球形状和地球外部重力场精细结构及其随时间的变化。（1）陆地与海洋定位监测的主要内容4陆地和海洋定位监测技术第七十五页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

目前正在发展或将要发展的空间大地测量技术主要包括六类：全球定位系统（GPS）；卫星激光测距（SLR）和射电源甚长基线干涉测量（VLBI）；用以进行地心系统大地定位、测量地球自转参数和全球板块运动（2）陆地与海洋定位监测的主要技术4陆地和海洋定位监测技术第七十六页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

卫星测高；对海洋面的雷达测高，是现今全球海洋