遥感与地理信息系统期末复习重点

数据：是一种未经加工的原始资料，包括数字、文字、符号和图像。信息：用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件，事物，现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。地理信息：有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。三要素：①空间位置：用数据描述地物的位置；②属性数据：非空间数据，属于一定地物，描述其特征的定性或定量指标；③时域特征：地理信息采集或地理现象发生的时刻/时段。特征：①空间分布性：其具有空间定位的特点，先定位后定性，并在区域上表现出分布式特点，其属性表现为多层次。②数据量大：地理信息既有空间特征，又有属性特征，其随着时间的变化而变化，具有时间特征。③信息载体的多样性：第一载体是地理实体的物质和能量本身，还有地理实体的文字、影像等符号信息，载体及纸质，磁带，光盘等物理介质载体。信息系统：具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统。地理信息系统：由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统。设计来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。组成：计算机硬件系统、计算机软件系统、空间数据、系统使用管理的维护人员。子午面：通过地球自转轴，与赤道面垂直的载面。大地坐标系：以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用大地经纬度和大地高度表示。平面坐标系：在“二维”平面内两条互相垂直的且有公共原点的数轴构成坐标系。地图投影：用投影的方法来表示各地面景物的形状、大小和互相关系，这种投影方法叫做地图投影。高斯-克吕格投影：是等角模切圆柱投影，它假设一个椭圆柱面横切在椭球面的一条子午线上，椭圆来的中心轴通过地球的中心，然后按等角条件将中央经线两侧一定正负经差范围内的区域投影到椭圆柱面上，再将其平展而得到的投影。地图：遵循一定的数学法则，将地理信息通过科学的概括和总结，运用符号系统表示在一定的载体上的图形，以传递它们的数量、质量在时间空间上的分布规律和发展变化。功能：（1）认识功能：全局概念，对象定性与定量特征，对象之间空间关系等。（2）模拟功能：物质模型，概念模型。（3）信息的负载和传递。构成要素：①图形要素：各种图形符号，文字注记；②数学要素：比例尺，坐标，控制点；③辅助要素：地图编号，出版信息；④补充说明：主要图件在内容与形式补充。计算北京1:10万地图分幅编号，6°带中央经线及3°带中央经线。数据编码：是空间数据结构的组织和实现。它实质上反映了一种转换过程。也就是说，它是在数据结构的指导下，把空间的图形数据和属性数据，经过分类、量化和组织转化成计算机所能接收的形式，以便进行各种处理分析。拓扑关系：是明确定义空间关系的一种数学方法，在地里信息系统中用它来描述并确定空间的点线面之间关系及属性，并可实现相关的查询和检索。表达：（1）全显式表达：多边形→弧段→点，同时还明显表达点→弧度→多边形的关系（2）半隐式表达：给出点线多边形之间的关系，推导出其余的拓扑关系。栅格数据：是地理信息系统中空间数据的表示方法之一，它是以规则的阵列表示空间地物或现象分布的一种数据组织方法。特点：①用离散的量化栅格值表示空间实体②描述区域位置隐含属性明显③数据结构简单，易于遥感结合④难以建立地物间的拓扑关系⑤图形质量低且数据量大.取值：①面积占优法：把栅格中占有最大面积的属性值定为栅格元素的值②中心点法：将栅格中心点的值作为本栅格元素的值③长度占优法④重要性法。矢量数据：是地理信息系统中空间数据的另一种常用表示方法，它是基于矢量描述方法来表达和处理空间地物特征的一种数据组织方法。特点：①用离散的线或点来描述地理现象及特征②用拓扑关系来描述矢量数据之间的关系③面向目标操作④数据结构复杂且难以同遥感数据相结合⑤难于处理位置关系。自上而下的合并算法：首先根据栅格阵列的行列值转换成最大位数的位置码，然后对上述编码进行排序，依次检查4个相邻位置码的属性值是否相同。若相同将其进行合并，并除去一位最低位置码，这样不断循环直到没有可合并子块为止。空间数据的拓扑关系：（1）拓扑关联性：不同类型元素之间，如点线面之间的关系（2）拓扑邻接性：同类元素之间的邻接关系（3）拓扑包含性：空间图形中，面状实体中所包含的其他面状实体或线状点状关系。常规四叉树的特点：①降列图2N*2N的栅格阵列，最大深度N，层次为0,1,2,……N②每层栅格的宽度，即每层边上包含的最大栅格束，反映所在叶结点，表示的正方形集合的大小，其值为2N-n。自下而上的分割法：对一个2N*2N的栅格阵列，根据不同类型元素分割，第一次分割得第一层，第二次分割得第二层，依此类推。其中位置码的位数决定分割层数，图形越复杂，分割层数越多。DIME编码：又称双重独立地图编码，是用于人口分析制图的数据结构①以线段为主的记录方式②是一种具有拓扑功能的编码方法。矢量数据结构和栅格数据结构的比较栅格数据结构矢量数据结构优点1.数据结构简单1.数据结构紧凑，冗余变小2.便于空间分析及地理现象的模拟2.便于网络分析3.易于遥感数据结合3.图形显示质量好，精度高且便于制图4.便于面向对象的数据表示缺点1.图形数据量大1.数据结构复杂2.图形投影转换比较难2.缺乏同遥感数据及数字地形模型结合的能力3.图形显示质量差3.信息复合难度大4.不易表示空间的拓扑关系4.对硬件软件技术要求高计算1.游程长度编码，游程终止编码2.块码3.四进制的线性四叉树编码4.基于深度和层次的编码5.基于十进制的线性四叉树编码数据库：以特定结构存储的相关数据的集合，独立于应用程序存在，是数据库管理系统的核心和管理对象。数据库系统：是处理数据库存取的各种管理控制的软件，它不仅面向用户还面向系统。空间数据库：操作空间数据和属性数据，实现空间数据和属性数据的完全统一管理。DBA：是一个负责管理和维护数据库服务器的人。空间数据处理：指地理信息系统对空间数据本身所提供的编辑处理、交换处理、编码与压缩处理、插值以及数据类型转换与操作手段。空间数据分析：指地理信息系统用户提供的解决问题的方法，如查询检索，形态分析，地形分析，叠置分析，领域分析，网络分析等，从而为用户提供有用的信息。空间数据复合分析：将同一空间上两个或两个以上不同含义的地理要素的重合点之间进行分析处理。等值线分析：用来表示那些具有连接分布特征的自然现象，从图形学角度，等值线是指X-Y平面上f（x，y）=c的轨迹分布线。网络分析：网络分析的典型应用是求最短路径问题，即求图数据结构中，从一个顶点出发到其它各顶点之间的最短路径。领域分析：是通过空间点周围的邻点，或某特定位置及方向范围内的某种性质的邻点，对其进行分析的一种方法，这种方法涉及数据及其邻点之间的相互关系。空间数据处理的内容：①编辑处理：图形数据的编辑，属性数据的编辑；图形的拼接和分割等。②交换处理：投影变换，坐标变换，比例尺变换，几何校正等。③编码和压缩处理：栅格数据的编码、矢量数据的编码、栅格数据的压缩、多余点的除去等。④数据的插值：点的插值，区域的内插等。⑤数据类型的转换：矢量向栅格的转换，栅格向矢量的转换，系统间数据格式的转换等。空间数据分析的内容：①查询检索：拓扑查询，位置查询，属性查询，区域查询等②形态分析：面积量算，距离量算，质心计算，周长量算等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，剖面分析等④叠置分析：视觉信息复合，条件叠置，无条件叠置等。⑤邻域分析：缓冲器分析，泰森多边形分析，拟合分析等6.网络分析：最短或最佳路径公开，空间规划等⑦图像分析：图像增强，图像分割，图像细化等⑧应用模型分析：数学模型，统计模型，逻辑模型等。△X=（XMAX-YMIN）/I△△X=（XMAX-YMIN）/I△Y=（YMAX-YMIN）/I式中：△X，△Y分别表示每个栅格单元的边长Xmax，Xmin分别表示矢量坐标中X的最大值和最小值Ymax，Ymin分别表示矢量数据中Y的最大值和最小值I,J分别表示栅格的列数与行数（2）点的转换行i=i+Int（YMAX-Y）/行i=i+Int（YMAX-Y）/△Y列j=Int（X-XMIN）/△X式中：X,Y为所求点在矢量坐标下的坐标值△Y，△X分别为每个栅格单元对应边长Ymax，Xmin分别为矢量数据中Y的最大值和X的最小值I，j为所求点在栅格坐标中的行列值。②分别求矢量数据中各点对应的栅格数据中的行列值并在栅格坐标中标注。栅格数据向矢量数据转换的过程栅格数据向矢量数据转换的前处理，把栅格图形预处理成近似线划图的二值图形，使每条线只有一个象元宽度。矢量化。将线划图从栅格数据转换变成直角坐标数据，并通过边界线搜索生成拓扑关系，建立边界弧度与栅格图上各多边形的空间关系，并建立与属性数据的联系。栅格数据矢量化后的后处理，一方面除去逐个栅格矢量化产生的多余点，减少数据的冗余；另一方面用插补算法对曲线光滑处理，光滑矢量化的曲线。等值线分析过程：等值线是地图上最广泛使用的表示方法之一，用来表示那些具有连续分布特征的自然现象。从图形学角度来看，等值线是指X-Y平面上f（X,Y）=C的轨迹分布线。等值线绘制散点网格化：由绘制值线的精度选取网格大小，使得误差最小，曲线光滑。②等值线的自动绘制：A.求等值线与网格边界的交点。a.判断等值线和网络边界是否有交点：当网格步长取得足够小时，在矩形网络上，曲面C=f（X,Y）视为一线性函数；因此，网格的棱边AB是否同等值线相交，通过判断：f（A）≥Ck≥f（B）或f（A）≤Ck≤f（B）或当【f（A）-Ck】*【f（B）-Ck】≤0表示等值线与棱边AB相交。b.求出交点（当确定网格棱边同等值线相交时），如图对于水平边：【f（B）-f（A）】/（Xb-Xa）=【Ck-f（A）】/（X-Xa），得交点坐标X=Xa+【Ck-f（A）】/【f（B）-f（A）】*（Xb-Xa），Y=Ya=Yb。对于垂直边【f（B）-f（A）】/（Yb-Ya）=【Ck-f（A）】/（Y-Ya），得交点坐标X=Xa=Xb，Y=Ya+【Ck-f（A）】/【f（B）-f（A）】*（Yb-Ya）。B.起始点的搜索：先搜索左右上下的边界，看其上有无等于Ck的点，若有即为起点；否则从左到右，从下而上的逐步检查等于Ck的点，作为起点。C.等值线的跟踪：可以得到一系列顺序排列的等值线点。D.重点的确定①等值线为开曲线时，终点在整个矩形区域的边界上，相应的起点亦在边界上②等值线为闭曲线时，终点即为起点，所以在跟踪等值线期间不断判断新的交点是否为起点，从而确定等值线终止。空间数据的复合分析的方法：（1）逻辑关系分析①逻辑交运算C’=A∩B（C’∈A且C’∈B）②逻辑并运算C’=A∪B（A∈C’且B∈C’）③逻辑非运算C’=A-B（C’∈A且C’∈B）。算术关系分析：常用的为加减乘除、乘方和开方。统计关系分析：用统计分析方法来获取各点之间非几何特值，从而得到新的复合层，以表示不同属性之间关系或按统计值划分区域。常用的运算有求最大值、最小值、均值、方差以及各种统计模型组成的分析运算表达式。遥感：是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。构成要素：1对象:被探测、被感知的事物和现象；2传感器：能感测事物并能感测的结果传递给使用者的仪器；3信息传播媒介：在目标与传感器之间起信息传递作用的介质；4遥感平台：搭载传感器并使之正常工作的装置。5信息处理与分析系统：光学设备和计算机硬件软件设备，主要对遥感图像等数据进行处理分析和应用。遥感的分类：1按遥感对象分（1）宇宙遥感，以外太空其它星体为感测对象（2）对地遥感地球表层环境—环境遥感；在环境遥感中若地球表层资源为对象称为资源遥感2按遥感平台分（1）航天遥感平台H>80km火箭、人造卫星、飞船、航天飞机等（2）航空遥感平台H<80km普通飞机、气球、飞艇等（3）地面遥感遥感车、遥感塔、“远洋测量船”3按遥感媒介分（1）电磁波遥感常用的电磁波波段是紫外、可见光、红外和微波等（2）声波遥感潜水艇的声纳技术、探测珍贵鱼群的回游路线和迁徙规律（3）重力场遥感地质探矿，通过”g”值的变化来推断地层中是否有某种元素富积（4）地震波遥感4按遥感器的工作方式分：（1）被动遥感：遥感本身并不发射任何人工探测信号，只是被动接收来自于目标的信号，从而实现对目标性质、数量、空间位置等特征进行识别的遥感方式。“无源遥感”，如中午拍照。（2）主动遥感，遥感器发射人工探测信号，到达目标后信号反射回来被传感器接收从而对目标性质、数量、空间位置进行识别的遥感方式。如，夜晚拍照通常要在相机上装闪光灯。主要是“微波遥感5按遥感所获资料的形式分（1）成像方式遥感a摄影方式b扫描方式（2）非成像方式（不能获得目标物的图像，常是一些曲线，如气象中温度辐射计6按应用领域分:地质、农业、林业、草原、水文、测绘、环境、灾害、城市、海洋、大气、军事等.主动遥感：又称有源遥感或遥测，指从遥感台上的人工辐射源向目标物发射一定形式的电磁波，再由传感器接收记录其发射波的遥感系统。被动遥感：遥感本身并不发射任何人工探测信号，只是被动接收来自目标的信号，从而实现对目标性质，数量，空间位置等特征进行识别的遥感方式。遥感过程:是指遥感信息的获取、传输、处理分析判读和应用的全过程.1遥感实验:地物光谱特性的测定、遥感平台和传感器的研制及测试.2遥感数据获取:研究各种传感器的空间特性，航空像片的几何特征，3遥感数据处理（1）预处理:几何校正,辐射校正（2）增强处理:点操作（线性、对数、指数、高斯等）邻域操作（平滑、锐化)图像变换.电磁波:交变的电场和交变的磁场交替激发，相互套环向远方传播的运动形式.电磁波谱:按照波长的长短顺序将各种电磁波依次排列而制成的一张图表.从左到右按波长增加排列为：宇宙射线—r射线—X射线—紫外线—可见光—红外—微波—无线电波和工业用波.大气窗口:是指在大气中传播受到衰减作用较轻因而透射率较高的电磁波段.大气效应：又称大气保温效应，因地球大气对太阳短波辐射最基本透明，而对地表长波辐射具有强烈的选择吸收，大气吸收了长波辐射，同时又放射长波辐射，其中一部分逸向太空，另一部分又返回地表和低层大气，从而使大气存在的地表的实际温度高于无大气存在的地表的平均温度，大气层的这种增温作用即为大气效应。散射效应：（1）瑞利散射—分子散射。发生条件：当微粒直径D≤电磁波磁长λ；散射效应：散射系数r∝（1/λ4）短波强于长波。（2）米式散射：主要大气中固态、微粒引起。发生条件：当微粒直径D≈电磁波波长，散射效应：散射系数r∝（1/λ2）.（3）无选择性散射。发生条件：当微粒直径D≥电磁波波长，散射效应：散射系数r与波长无关。中心投影：所有的投影光线都交于一点所形成的投影。垂直投影：所有投影光想相互平行且垂直于投影面。投影差：因地形起伏引起的像点位移。像点位移：航空像片上地面的中心投影，根据中心投影的原理，无论是带有起伏状态的地形，还是高出地面的几何物体，反应到航空像片上的像点与其平面位置相比，一般都会产生位置的移动，这种像点位置的移动，叫做像点位移。中心投影的性质：（1）空间点在投影面上的中心投影仍为一个点（2）空间直线在投影面上的中心投影一般为直线，但通过投影中心的空间直线其中心，投影为一个点（3）空间曲线在投影面上的投影一般仍为曲线，但若空间曲线在一个平面上，而该平面又通过投影中心，其投影仍为直线。两种投影的比较条件垂直投影中心投影当投影距离发生改变时比例尺保持不变比例尺发生改变当投影面倾斜时同一张照片内比例尺保持不变；相对于未倾斜的投影面，此时比例尺变大了同一张照片内比例尺发生改变，且发生像点位移当地形起伏不平时同一张照片内比例尺保持不变且不发生像点位移同一张照片内比例尺发生改变，且发生像点位移投影差的性质：1）投影差的大小与像点到像主点的距离成正比，即距像主点越远，投影差越大，像片中心部分投影差小，像底点无投影差。（2）投影差的大小与高差成正比，高差为正时投影差为正，影像离开中心点向外移动；高差为负时，投影差为负，影像向着中心点移动。（3）投影差位于以像主点为中心的辐射线上（4）投影差与航高成反比，即航高越高则投影差越小。投影差的一般公式推导：ΔSaa0∽ΔSA’0A0就有：ΔSao∽ΔAA’0A0就有：同理可得：由于aa0,bb0为像点位移，以表示；ao、bo为像点到像主点的距离，以r表示；ha、hb为高差，以h表示，则写出投影差的一般公式：。陆地卫星：美国Landsat，法国spot卫星，中国中巴资源卫星；气象卫星：美国NOAAA卫星，中国风云卫星；对地观测卫星：美国Terra。图像解译：根据遥感图像所提供的影像特征及其对应目标的特点进行推理和判断将目标识别出来，并进行定性、定量分析的工作就称为遥感图像解译（判读）.目视解译：借助人眼的观察和人的智能，结合一些量测工具（测微尺、放大镜、立体镜等）来识别图像中的目标。特点：解译者的学识和经验在判读中起主要作用，精度高，但难以对海量空间信息的定量化分析。计算机图像理解：以计算机软硬件为支撑，利用模式识别技术和人工智能技术，建立图像解译专家系统从而让计算机模拟人工解译过程，“读取遥感图像上的特征”，进而确定图像上的目标。特点：速度快，处理方式灵活多样，整个处理过程通常是以人机交互方式进行，对计算机技术和算法要求较高，识别的精度通常不及目视解译解译标志：形状：目标物的外形、轮廓；大小：指地物长、宽、高、面积、体积等在影像上的记录阴影：指因倾斜照射，地物自身遮挡光源而造成影像上的暗色调阴影分为本影和投落阴影；纹理：是指具有不同色调和形状的细微影像按某种规则排列组合的集合，这种细微影像称为纹理基元；色调：指地物反射、辐射电磁波的性质和能量强弱在影像上的表现；位置：地理位置，它反映地物所处的地点与环境，地物与周边的关系；图案：即图型结构，是指多个人工目标重复排列的空间形式，它反映地物目标的空间分布特征。图像：是人们对客观景象、事物以及人们的思维、想象的真实记载和表达。1模拟图像：是人眼或光学相机所探测到的灰度或色彩连续变化的景象，因此连续是其基本特点，计算机无法直接读取和处理。2数字图像：是将连续的模拟图像沿x、y方向分别以Δx、Δy的间隔进行分割（离散化采样）得到同样大小的栅格（称为像元），然后对每一像元点进行亮度赋值（量化），这样就得到了一幅离散的数字图像，计算机就能方便的读取并进行处理。遥感图像处理种类1光学处理—借助光学、电子元件实现对图像的加工，改善图像的目视效果。这种方法成本高，可重复性较差，通常在设备齐备的物理实验室进行，如常用的密度分割、相关掩膜、彩色合成等2计算机图像处理（数字图像处理）—借助计算机硬件和软件对输入图像进行试探性改造。这种方法成本低廉（PC机、相关图像处理软件、相关外设即可）、可反复进行、处理方法灵活、精度高、技术综合性强、数据量大.目前的遥感图像处理主要是指—计算机图像处理（数字图像处理）辐射误差：传感器观测目标的反射或辐射能量时，所得到的测量值与目标的光谱放射率或光谱辐射亮度等物理量之间的差值。辐射校正:是指消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声的技术过程.原因:由遥感成像过程的复杂性可知，传感器接收到的电磁波能量包含3部分：a太阳辐射经大气衰减后照射到地表，经地面反射后又经大气第二衰减进入传感器的能量(1)太阳位置引起的辐射误差；(2)地形起伏引起的辐射误差。b地面本身辐射的能量经大气后进入传感器的能量c大气散射、反射和辐射的能量辐射校正的方法：1.光学镜头的非均匀性引起的边缘减光现象的改正Sinθ=sinφ*sinδ±cosφ*cosδ*cost(φ对应地理纬度；δ太阳赤纬；t时角；θ斜射角)F（x）=g（x，y）/sinθ2.光电变换系统的特性引起的辐射误差校正,已建立探测器的已知辐射值与作为量化结果输出的DN值之间的关系：DN=GL+B..[DN—传感器记录下的数字化值G—响应函数的斜率（通道增益）L—实测的光谱辐射量（整个通道的光谱带宽）B—响应函数的截距（通道偏移量）]3、太阳高度引起的辐射误差校正4、地形坡度引起的辐射误差校正:F（x）=g(x,y)/cosα5、大气校正几何校正：指采用特定的数字变换方法消除图像中的几何变形，产生一幅符合某种地形投影或图像表达要求的新图像的技术过程。原因：系统性畸变和非系统性（前者是有规律的，是可以预测的，由此可以在传感器内部利用数学公式或模型预测）1遥感平台位置和运动状态变化的影响；2、地形起伏的影响；3、地球表面曲率的影响4.大地折射的影响；5、地球自转的影响。过程和方法：1、准备工作；2、原始数据影像的输入；3、建立纠正变换函数；4、确定输入影响范围；5、像元几何位置变换；6、像元灰度重采集。图像配准：同一区域里一幅图像对另一幅