“3S”技术的新发展.ppt

,“3S”技术的最新发 展 中国矿业大学郭 达 志 2010年5月,报 告 内 容 目 录一、卫星导航定位技术的新进展,GPS与GLONASS系统的发展现状与计划中国北斗导航定位系统发展简况欧盟伽利略（Galileo）计划的系统结构与进展重力测量技术概述,二、遥感技术的发展趋势*RS概念的发展RS平台与观测技术的发展RS定位技术的发展RS处理技术的发展RS应用领域的发展RS基础理论的发展,三、GIS技术的若干发展趋势*概念的发展基础数据结构的发展表达技术的发展处理技术的发展网络GIS、联邦数据库和互操作的发展基础理论的发展,四、海洋强国战略与海洋测侩五、从神州五号到嫦娥奔月-月球测绘新使命,一、卫星导航定位系统的新发展 1.1 GPS与 GLONASS系统,以地球质心为坐标原点的地球表层空间点的三维测量，飞行器及运载工具的导航,我国地心坐标系研建的进展：,经多年的研究和资料积累，国家测绘局与总参测绘局共同建议，我国的三维地心大地测量坐标系：CGS2000（1）坐标系的定义应与ITRS协议（国际地球参考框架，International Terrestrial Reference Frame）一致，即坐标原点为整个地球的质心；（2）尺度，为在引力相对论意义下局部地球框架的尺度；,（3）定向，初始值由1984.0时BIH（国际时间局）定向给定，并保证定向的时间演化对相对地壳不产生残余的全球旋转；（4）采用的参考椭球与正常椭球一致。国家大地坐标系是一个涉及面广且十分复杂的问题，既立足本国又要考虑国际（全球），主要涉及与国外重要系统的协同，点位(国内外的)新坐标（值）的获取及提供，与地理信息有关的地图资料的偏差和更新问题等。,GPS与GALILEO计划近期发展动态,GPS的近期发展计划 2005年GPS拟增设第三导航定位信号，形成L1,L2,L3共三个GPS信号新格局。第四代GPS卫星-Block III已开始研制，计划2014年发射首颗星，一旦完成部署，将改变现行六轨道24颗星的结局，而用32颗星(其中,3A 8颗,3B 8颗,3C 16颗)构建高椭圆轨道（HEO）及地球静止轨道（GEO）相结合的新型GPS混合星座。与民用信号可与Galileo系统兼容和互操作。,GPS卫星系统的升级,(1)在BLOCK 2R-M卫星的L2上增加C/A码。这有利于接收机高质量地获取双频伪距和双频载波相位观测值,减小了L2上发生周跳的可能性,缩短了求解整周模糊度的时间,有助于消除多路径效应的影响及电离层延迟改正。(2)2007年加入第三民用频率L5(1176.45MHz),测量时可利用L1,L2和L5的不同线性组合,以减小各种观测误差的影响。(3)在BLOCK 2R-M上增设军用M码,在L1和L2上采用”频谱入。GPS 改进星2F将于2008年后发射,共12颗,然后进入GPS 3的时代。,GPS接收机方面的改进,为适应GPS卫星的现代化,提高测量精度,在接收机改进方面也有不少改进,例如：Trimble GPS R7,R8型机上有R-Track技术,使在L1和L2上能进行低噪声载波相位测量,精度可达1mm;增强了L2上C码的信噪比;进一步减小多路径误差;低高度角跟踪。Leica公司的GPS1200型采用了Smart Track技术,以支持升级后的GPS卫星信号。,其效果主要表现为：（1）强化军用信号功率及抗干扰能力。（2）民用2008年后载波相位测量动态用户可达cm级的实时点位坐标，伪距单点定位精度可达6m。（3）GPS航空/航天摄影与遥感将成为大中小比例尺测图的主要手段。,GLONASS系统,近几年正加速部署,到2008年3月4日在轨运行的卫星总数有16颗,其中7颗是改进型M星,寿命为7年。计划09年可达24颗星，2010年部署完成提供全球不间断导航定位服务,2011年导航精度将达1m,与GPS系统的水平相同。在研的新一代K卫星重星比M星少一半,寿命延长到10年,性能也大有提高。计划09年一箭首发2颗K卫星,且未来10年左右逐步换代完成部署。此外,GLONASS用户接收机也在加快商品化,从俄国内向国外销售。,1.2 中国北斗导航定位系统,北斗系统是我国自主建立的卫星导航定位系统,其建立是我国在该领域发展进程中的一个重要里程碑,虽然目前还是区域性的,其架构体制和精度也还比不上GPS。系统的服务范围覆盖中国陆地及周边地区、台湾、南沙群岛、东南亚大部分国家、中国海、日本海、太平洋部分海域。“北斗一号”(第一代)俗称双星定位系统,整个系统由通信导航卫星、地面测控系统和用户设备组成。其卫星部分是利用两颗位于赤道上空的地球同步静止轨道卫星实现区域性的导航定位,并兼有简短报文通信功能.2000年10月31日和12月21日发射了第一、二两颗工作卫星(定位于东经80o和140o),2003年5月25月发射第三颗备用卫星(定位于东经110.5o)。轨道高度约36000km。,*地面控制系统包括设在北京的主控站(含计算中心)、测轨站、气压测高站和校准站。主控站的主要任务：接收卫星的信号,向卫星发送遥控指令,检控测轨站的工作状态,实现与用户间的双向通信及用户精确定位,收集来自测高站的高程数据和校准站的误差校正数据,对用户进行识别、监控。测轨站设置在位置坐标精确已知的地点,用于测定卫星的空间位置，站点应不少于三个且彼此间距尽可能大,现设在：佳木斯、喀什和湛江。测高站分布在系统的覆盖区内,用气压测高法测定站点区域的海拔高程,一般可粗略代表周围100200km内的高程。并将数据发至主控站。校准站分布在覆盖区域内,其位置坐标精确已知。由主控站对其进行定位,其坐标值与校准站的实际坐标的差值被用于用户定位的修正值。一个修正值一般可用于100200km范围内。,用户设备：带有全向收发天线的接收及转发器,用于接收卫星发射的波段信号,提取出主控站传送来的数字信息。特点：开机快速定位.仅开机几秒钟即可定位.位置报告功能(独有).用户间、用户与地面中心及管理部门均可实行双向报文通讯,传递位置等信息.双向授时功能(独有).定位精度：平面20m(不设标校站区域为100m),高程10m.,北斗系统的主要优点：投资少,性价比高,具有位置报告功能。其主要缺点：由于采用有源定位机制,使系统在用户容量、定位精度、隐蔽性及定位频度等方面均受到一定限制,并且无测速功能,不能满足远程武器精确打击的高精度制导要求。,北斗二代卫星导航定位系统(COMPASS系统),该系统将在第一代的基础上逐步建设成为包括5颗静止轨道卫星+30颗非静止轨道卫星的空间段,提供开放式服务及授权服务.定位精度10m,授时精度50ns,测速精度0.2m/s。系统的第一期星座由12颗COMPASS卫星组成区域性覆盖星座：5颗36000km高度的地球同步卫星(GEO);4颗21500km高度的中轨卫星(MEO)和3颗在三个36000km高度的轨道上运行的斜轨卫星(IGO)。该系统在服务区内任何时间、地点均能精确定位,并提供双向短报文通信和授时服务,即不仅能精确测定自已的点位坐标,还能告诉别人自己所处点位,特别适用于交通运输、搜救时的导航与移动通信服务。,研建进展情况及近期目标：,2007年2月发射了首颗Compass试验卫星;2007年4月14日发射了第一颗中轨工作卫星Compass-M1。2008 年建成一个区域性的系统。2010年前,建成可覆盖我国及周边地区、印度洋、西太平洋地区的区域卫星导航定位系统，其定位、测速、授时性能与GPS、GLONASS系统相当,并具有双向报文通信能力。2010年后 逐步建成一个北斗全球导航定位卫星系统。并且,还要研建针对国内外多个卫星导航系统的GNSS(全球卫星导航系统)的中国区域多模卫星导航增强系统。达到14m的定位精度。,1.3 欧洲全球卫星导航定位系统 Galileo计划实施的重大意义,（一）系统启动背景与特点1990年，ESA提出GNSS 1-21999年2月，EC公布GALILEO计划 2002年3月26日，EC 15国交通部长理事会一致决定正式启动GALILEO项目,GALILEO系统的特点,全天候和全球覆盖；独立的、欧洲人控制的、以卫星为基础的民用导航和定位系统；独立于GPS，但能与GPS兼容，并对其进行补充；功能与未来的GPS相似，但导航定位服务可分为全球性、区域性和局域性等不同精度等级；核心星座为中轨(MEO)；提供加强的搜索和救援(Search And Rescue-SAR)以及有限的与导航相关的通讯能力；对其他合作伙伴开放。,系统构成,星座；地面控制部分；用户部分。,星座,每轨道卫星个数：10(9颗工作，1颗备用)卫星分布轨道面数:3轨道倾斜角:56度轨道高度:23616km运行周期:14小时4分卫星寿命:20年,星座,卫星重量:625Kg电量供应:1.5Kw射电频率:1202.025MHz1278.750MHz1561.098MHz1589.742MHz,卫 星,卫星整体:650 Kg/1.5 kW class发射:Ariane,Proton,Soyuz,尺寸:2.7 x 1.2 x 1.1 m3,导航荷载:70-80 Kg/850 WSAR 转发器:约 20 kg,信号频率,GPS,GLONASS,1216,1240,1256,E3,E4,GPS,GLONASS,1563,1587,1591,1610 MHz,1559,E1,E2,1260,1300 MHz,E6,1215,1164,1188,E5B,L5,C1,5030 MHz,5000,5010,L2,G2,G1,L1,Uplinkonly,Cordination with Radar,Coordination with ARNS and GPS,Coordination with GPS,GALILEO,GALILEO,GALILEO,GPS/GALILEO,Coord with Radioastro,E5A,on board processor,Navigation transmit antenna,有效荷载,Navigation P/L:70-80 Kg/850 W,Rubidium AtomicFrequency Standard 3.5 Kg mass 30 W power,星载原子钟,铷钟价格便宜，体积小短期稳定性高(5.0*10-14 at 10000 sec)易受环境条件影响，导致较大的频率漂移氢钟出色的短期和长期稳定性(10-15)频率抖动铯钟较好的长期稳定性(10-14)寿命短Galileo系统不使用,Passive Hydrogen Maser 15 Kg mass 70 W power,地面控制部分,连接空间段和用户段的中间环节。主要功能：导航控制和星座管理-对于空间段完好性数据检测和分发-对于用户段,地面控制部分结构图,G/S：地面段GCC：GALILEO控制中心NEIDS：非欧洲完好性确 定系统UTC：世界协调时SLR：激光测卫TT&C：遥测跟踪与命令GSS：GALILEO观测站ULS：注入站,地面系统监测网(候选),（二）中国的参与及对我国 空间信息技术的影响,多星系统综合的定位技术的出现。与GPS一起，1+1 2摆脱战略上对GPS的单一依赖，进一步促进卫星定位技术在测绘中的应用增加了一种空间基准，对于大地测量参考框架的建立和维护有十分重要的作用工程测量：与GPS一起，缩短RTK初始化时间，提高其可用性、可靠性，使RTK技术真正实用化定位信号的增加，精度提高，作业时间短，从而提高作业效率改变传统的测量方式的又一次契机,根据我驻法大使馆提供的信息，2001年6月，前总理朱镕基在北京接见欧盟副主席De Palicio女士率领的欧盟访华团，表达了中国希望参与Galileo计划的意愿，提出“平等参与、承担必要的义务、享有应有的权利”的原则。随后，组成了以徐冠华部长为组长的领导小组（由航科技集团、航天科工集团、总装部、信息部、国防科工委、交通部、科学院、国测局、地震局领导组成）和相关行业专家组成的谈判技术工作组，进行谈判准备。2002年成立了“中欧卫星增强系统EGNOS在华测试、“我国参加伽利略计划的战略研究”。,在863计划中设立“伽利略系统计划合作演示验证系统”项目，进行实施参与可行性、投融资方案等的谈判准备。2003年9月18日在北京中欧签署了。10月在京的中欧峰会上温总理代表中方正式签字。2004年进入实质启动阶段，20062008年为系统项目实施阶段，发射卫星等。近获知，欧洲不允许中国参与关键技术项目开发及使用公共特许服务(PRS)信号。,2004年10月9曰中国科技部与欧盟委员会在北京正式签署伽利略计划技术合作协议，使中欧伽利略计划的合作进入实质性操作阶段，中国由此成为伽利略联合执行体中与欧盟成员国享有大体相同权利和义务的第一个非欧盟成员国。Galileo计划总投资约35亿欧元（中国出 2亿）。它具有比GPS更佳的覆盖率、更高的精度和可靠性。Galileo计划的进展：第一阶段，地面段研发测试（GSTB-V1）任务于2004年12月完成，建成由全球34个采集高质量GPS数据的监测站网络，,建成精确授时站和信息处理中心平台，用于：（1）试验Galileo系统时间与世界时/国际原子钟时间（UTC/TAI）的比对；（2）轨道测定、时间同步和空间信号精度；（3）完好性计算。第二阶段（GSTB-V2）任务：空间段验证,2005.12.28.发射了一颗试验卫星，计划2006年发射二颗，但由于技术和管理协调上的难题,直至08年将发射。主要测试星钟在内的导航有效载荷，MEO轨道空间环境和空间信号精度测试。之后，交付4颗在轨验证卫星，部署一系列地面设施。2010年完成部署。,关于促进、提供和使用伽利略与GPS星基导航系统及其相关应用的协议。欧美历经3年多艰苦谈判，于04年6月26目签署了该协议，包括正本20条，机密附件至少5个。这份相互妥协达成的协议，对欧盟来说实现了在这一领域打破美国的垄断，可独立自主和经济上与共美共享全球市场份额；双方不得不达成实现两个系统相互兼容与互操作。但欧盟被迫同意将Galileo系统纳入美国导航战的轨道，并严防Galileo系统的敏感技术、产品和PRS服务（有安全保障的政府服务）转移到第三方。,可见，美国不仅对欧盟处处设防，更对包括中国在内的第三方国家严加防范，使中国很难得到如PRS等敏感技术服务。,1.4 卫星重力测量技术,动态相对重力测量,航空重力测量,地面相对重力测量,卫星重力梯度（SGG）测量,低低卫星跟踪卫星（SST-ll）,高低卫星跟踪卫星（SST-hl）,卫星重力测量,德国的CHAMP 2001年实施，工作时间为5年。CHAMP利用GPS卫星进行高-低卫星跟踪卫星，通过分析精确的GPS轨道改善重力场的中长波信息。,高低卫星跟踪卫星（SST-hl）测量地球重力场,高低卫星跟踪卫星（SST-hl）测量地球重力场,低低卫星跟踪卫星（SST-ll）测量地球重力场,GRACE：美国宇航局 NASA最近公布了 GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)，于2002年发射，工作时间设计为5年。GRACE同时采用高-低和低-低卫星跟踪卫星技术，由GPS确定轨道精度（厘米量级），并测量两颗低轨卫星之间的距离和距离的变化率。GRACE可精确求定重力场的中短波部分，并可监测重力场长波部分的月变化和年际变化。,低低卫星跟踪卫星（SST-ll）原理,SST-hl,GPS 卫星,SST-ll,地球,质量异常,三维加速度计,卫星重力梯度（SGG）测量地球重力场,GOCE：欧空局 ESA 将于2006年开始实施GOCE计划（The Gravity Field and Steady-state Ocean Circulation Explorer），采用GPS卫星来确定卫星的轨道，其精度可达几厘米，由于该系统将同时装载重力梯度仪，用于测定引力场沿卫星轨道方向的二阶导数，加强并改进全球中、短波的重力场信息。,GPS 卫星,SGG,质量异常,地球,SST-hl,卫星重力梯度（SGG）测量原理,二、遥感技术的主要 发展趋势*20世纪地球科学进步的一个突出标志是人类能够脱离地球而从太空观测地球，对地观测技术是国际上太空竞争的重要热点之一遥感技术从上世纪60年代提出至今经历了40年的发展后，已成为一门集空间科学技术、通信技术、计算机技术等技术以及跨地球科学、电子科学、物理学等学科的新兴科学与技术整个现代遥感技术体系可见下图：,卫星定位与定轨,遥感信息传输,目标提取与识别(自动化、智能化),数据处理(高光谱、高分辨率、雷达),分发,多源数据融合与集成,遥感成像机理与模型,用户,各应用部门,2.1 RS概念的发展*摄影测量（photogrammetry，150年前）遥感（remote sensing，40年前）摄影测量与遥感（remote sensing&photogrammetry，20年前）遥感科学与技术（remote sensing science and Technology，当代）*狭义地，遥感科学与技术属于对地观测（Earth observation）体系的组成部分,2.2 平台与观测技术的发展向多传感器(光学、微波、激光雷达)、多平台、多角度，三高（高分辨率、高光谱、高时相）方向发展；民用空间分辨率可高达0.62m，军用的高达10cm；光谱分辨率可达nm级；小卫星群的重访周期为13天；机载、星载SAR卫星日益普及，提供全天候、全天时的观测能力,中国资源二号全色波段图像（3米）,中国资源二号数据+TM融合结果,SPOT5 全色波段图像（5米）,SPOT5 号假彩色合成波段图像（5米）,SPOT5全色波段图像（2.5米）,美国IKONOS 卫星,美国华盛顿（1米）,中国北京（1米）,IKONOS卫星多光谱影像（4米）（排队参观毛主席纪念堂的队伍隐约可见，花坛信息没有，背景草坪不清晰）,IKONOS卫星融合影像（1米）（排队参观毛主席纪念堂的队伍清晰可见，花坛和背景草坪显示出来，色调自然逼真，连纪念堂柱子的阴影都很清楚）,Quickbird 主要性能参数,西班牙马德里体育场（0.61m）,罗马斗兽场（0.7米，真彩色）,罗马梵蒂冈大教堂,0.7m,真彩色,光谱反射曲线,影象立方体,奋进号航天飞机外观图,SRTM 2000.2,SRTM由三部分组成：主雷达天线、桅杆、机外雷达天线（Outboard radar antenna）,SRTM 陆 地 表 面 覆 盖 图（平 面）,由SRTMC波段获取DEM再与TM图像叠加的结果,Perspective with Landsat Overlay,Mount Kilimanjaro,Tanzania,GTOPO30,USGS SRTM DEM,Eastern-center Tibet(Xizang,China),SRTM DEM 实例（中国，西藏）,Near Term,LegendInterferometric revisit intervalSpatial resolutionFrequency diversity,Far Term,Airborne TestbedRepeat-pass1-3 meter Multi-frequency,Increasing Capability,Geosynchronous SAR,LEO SAR,LEO SAR Constellation,UAV Implementation,LEO SAR8 day20 meterMulti-frequency,LEO SAR Constellation3 day5 meter multi-frequency,GEO SAR Constellation1 day2 meter multi-frequency,NASA long wavelength SARto complementDoD short wavelength SAR,NASA Candidate SAR Mission Roadmap,2000,2007,2015,Time,Increasing Capability,300 mJ 355 nm1 m telescope25%eff.det.,1 J 3553 m telescope35%eff.Det.holographic scanning,3 J 355 nm10 m telescope50%eff det.,Doppler Winds(Direct Detection),500mJ,10Hz.5 m optics,NPOESS1 J,12.5 Hz.75-1 m optics,Doppler Winds(Coherent Detection),ICESAT100mJ,40Hz.8 m optics,X2 lifetimeefficiencymass,cost,LASER Altimetry,0.1-0.5 mhgt.res.,Atmospheric Chemistry,Clouds/Aerosols,CALIPSOclouds&aerosolsH/V res.250 m/30 m,UV DIAL O3&trace gases,Direct CO2,Multi-kHz microlaser altimetercm 3D res.,Scanning H2O DIAL,LIDAR Roadmap,2.3 RS影像定位技术的发展（）目标定位是遥感技术需要解决的根本任务之一，传统的定位技术需大量和精确配准；利用DGPS与INS惯导系统，可以获得航空航天影像传感器的位置与姿态，实现定点摄影和无地面控制的高精度对地观测和三维重建；将DGPS、INS和LIDAR集成，可实现无地面控制的实时三维测量；,带GPS的航空摄影,卫星1,卫星2,卫星3,卫星4,单差分方式相对动态GPS定位示意图,基准站,航摄仪,Stuttgart University,LS+INS+DGPS,机载3S集成测量系统,机载激光扫描技术,飞行中高精度定位技术原理 动态差分GPS定位；惯性导航系统。,机载激光扫描技术,DEM+CCD影象,机载激光测量的应用实例,测定架空线悬高,机载激光测量的应用实例,树高测量,道路测量,机载激光测量的应用实例,城市地理信息数据获取,机载激光测量的应用实例,断面测绘,“3S”集成车载移动测量系统与ITS,Leador 2000,3S BASED MOBILE MAPPING SYSTEM FOR ITS,Leador 2002 特点,采用DGPS/INS组合导航系统 两台车用电子计算机四台CCD黑白相机+一台彩色数码相机测量精度0.1-0.3米量测范围：道路及两侧各50米以内,车载测量技术应用-车载导航系统,车载测量系统应用领域,车辆导航公路及铁路等道路网的测绘建筑物的测绘交通事故现场勘查与测量流动交通监测车和移动作战环境监测智能化交通,影像定位技术的发展（无地面控制）：利用三轴稳定装置，星相仪，GPS等辅助下，无地面控制点的定位精度：1723米：法国在全球设54个站点（中国设在南京紫金山天文台），利用Doppler频移以精确解求卫星的空间坐标，对Topes/Poseidon卫星的高度测量，精度达3cm，对SPOT5直接进行无地面控制的正射影像制作，精度可以达到15m，完全满足国家安全的要求。,2.4 RS影像处理技术的发展从影像中提取地物目标，解决其属性和语义（what)是遥感的另一个重要任务；高空间分辨率及高光谱数据信息提取；SAR数据信息提取,激光点云数据处理；影像识别和分类技术研究，基于结构和纹理的分析方法正被引入；影像数据融合技术、数据压缩技术继续成熟；大规模影像库与地理数据库的建设,时空数据表达与可视化处理,影像检索技术和无缝影像库的发展；空间数据挖掘用于遥感图象解译,自动制作正射影像图,三峡正射影象图：三条航带、175张航空影像,The three level of image fusion,遥感图象处理模块-丰富的图象变换和融合功能,利用影象融合技术发现土地利用变化,利用影象融合技术发现土地利用变化,空间数据的压缩与解压缩,难点：海量、无损/准无损、实时的影象压缩模型；大型影像库的建立及影像无缝漫游；解决途径：小波、分形和神经元网络等的算法应用；基于灰度、特征、纹理和分类的多层次数据压缩；扩大带宽，提高传输速度，减轻压缩负担；算法硬件化。,City.bmp 压缩倍率10,1:50000数据库建设中的投影带间的裂隙,空间数据的投影和坐标系统,共11个投影带两投影带间的裂隙在不同纬度地区分别为：54 275公里 36 127公里 18 32公里投影带最大宽度为668222.68米。纵坐标最大值为6212629.28米。用于1:500001:25万数据,相邻投影带的影象变形,无缝影象库的跨带拼接,跨带拼接结果,图象预处理,处理流程：,从单幅雷达影像提取地面高程信息,从单幅雷达影像提取的地面高程信息,2023/7/15,沿轨道干涉模式,雷达干涉测量,垂直轨道干涉模式,雷达干涉测量,重复轨道干涉模式,雷达干涉测量,干涉测量：数据处理理论,基线测定轨道参数法控制点法图像配准粗配准精配准：1/10 像元 相位解缠：解求相位的枝切法条纹检测法最小二乘法基于网络规划的算法,干涉测量：数据处理流程图,干涉测量：数据处理实例,差分干涉测量（三轨道方法）：数据处理,差分干涉测量（四轨道方法）：数据处理,差分干涉测量（双轨道+DEM方法）：数据处理,D-INSAR,利用干涉雷达和差分干涉雷达测量地表三维形态和变化,Geocoded intensity image of the selected area地学编码后的SAR强度影象,Fig.6,Land subsidence map of the selected area(between Oct.95 and Oct.97)该区两年中的地面形变图,Geoceded differential interferogram generated from the pair 21477/32499.The time difference between two passes is 769 days.地学编码后的差分干涉图,Geocoded height change model generated from the pair 21477/32499生成的高程变化模型,误差统计结果(根据28个点)Item Mean()RMS()Max MinValue(cm)0.000 1.112 2.533-3.207,2.5 遥感应用领域的拓展随着遥感数据向多源、三高方向发展，应用领域越来越广；利用多时相影像发现土地利用变化、军事上的打击效果评估，农业作物估产、林业资源调查、自然灾害监测、全球和局部环境监测；利用高分辨率影像提取城市交通道路网络；高光谱遥感在土地、土壤、精准农业中的应用,遥感应用领域的拓展（续）在建设数字城市、数字省区和数字中国中的应用：，和。军事应用越来越重要：重要目标定位与侦察、导航与武器制导、打击效果评估、战场环境监测等等；,Change detection between new image&old image 基于新老影像进行变化检测,Change detection between new image&old map基于新影像和老地图进行变化检测,Change detection between new&old images with old map基于新老影像和老地图进行变化检测,Change detection between new multi-source images&old map/image基于新多原影像和老地图/老影像进行变化检测,Change detection between old DEM,DOM and new non-rectification image基于老DEM、DOM和未纠正影像进行变化检测,Change detection between old DLG,DRG&new non-rectification image（基于老DLG、DRG和未纠正影像进行变化检测）,Change detection between old DEMs,DOMs&new multi-overlapped images（基于老DEM、DOM和多张重迭影像进行3D变化检测）,2.6 遥感基础理论的发展传统的遥感数据分析以目视解译的定性分析为主，获得观测目标的地物特性；需要从影像的几何与物理方程出发，开展全定量化遥感反演；为此，需研究成象机理、地物波谱特性、各大气层和气溶胶对电磁波谱的吸收和散射特征、不同地物对电磁波的吸收、发射和散射特征；遥感正经历着由定性定量的发展。,三.GIS技术的若干发展趋势 3.1 GIS概念上的发展上世纪60年代提出“地理信息系统”现阶段“地理信息科学”、“空间信息科学”（SIS），正经历着GIS概念从局部到一般，从单一研究向综合研究的方向发展；GIS从开始的一种技术（计算机应用系统）已经成为一门有自己独特研究领域、科学问题和研究方法的科学。,3.2 GIS基础数据结构的发展经历了栅格数据结构、矢量数据结构这两个阶段，目前发展到面向对象的数据模型和多库一体化（现阶段以影像库、矢量库和DEM库为代表）的数据结构；传统的GIS系统转向以GIS应用为前台、以具有空间数据存储功能的大型关系数据库（Oracle 8 etc.）为后台数据管理的模式。,广 东 省 卫 星 影 像 图,珠 江 三 角 洲 卫 星 影 像,影象数据库模块示例-金字塔结构顶级,1:100万,(数字广州示范工程),1:25万,影象数据库模块示例-金字塔结构第二级,(数字广州示范工程),影象数据库模块示例-金字塔结构第三级,1:5万,(数字广州示范工程),影象数据库模块示例-金字塔结构第四级,1:1万,(数字广州示范工程),1:5000,(数字广州示范工程),1:10,000,(DOM+DLG),DOM-TM+DLG,（DOM-TM30+1:25万DLG-水系）,全国1：50000空间数据基础设施的体系结构,我国的国家空间数据基础设施建设,1：50000数据量分析,11TB,3.3 GIS表达技术的发展传统的静态、二维数据表达向多比例尺、多尺度、动态多维和实时三维可视化方向发展；真四维时空GIS是目前GIS理论的研究热点之一；基于金字塔的多比例尺空间数据库，在不同尺度上实时显示空间数据是目前的主要空间数据表达方法；基于多库一体化的3D可视化技术发展迅速。,DEM,DLG,DOM,City Model,Attribute RDB,2D Digital Map,DOM,DLG,2D Orthophoto Map,3D House Models,DEM+DOM+DLG+DEM,数字公路,（交通部公路勘测设计院）,数字深圳（片段）,CyberCity Shenzheng,3.4 GIS处理技术的发展空间分析技术是GIS理论研究的核心问题之一，数据挖掘和知识发现、数据融合等新理论和新方法不断引入；从GIS数据库-挖掘知识,以支持遥感图像解译，是遥感图像自动解译的反向之一。但空间数据挖掘的一系列问题仍于理论研究阶段；从各异质、异源GIS数据库中获取数据以作决策分析，是空间数据融合主要研究内容之一，和数据挖掘一样，尚处于理论研究阶段。,空间数据挖掘和 知识发现,数据、信息和知识,空间数据发掘和知识发现的定义和特点,空间数据发掘和知识发现的定义空间数据发掘和知识发现（SDMKD）是从空间数据库中提取隐含的、用户感兴趣的空间的和非空间的模式和普遍特征的过程。SDMKD的特点需要确定数据发掘的粒度需要通过空间分析对图形数据进行特征提取,发现状态空间理论,针对关系数据库的三维发现状态空间面向属性的操作:对属性之间关系的认识和发现面向宏元组的操作:对各宏元组之间一致性和差异性的认识和发现；面向知识模板的操作:是属性值从微观到宏观的操作，使知识模板上升到抽象级别更高的知识模板。针对空间数据库的四维发现状态空间面向空间尺度的操作：是对空间数据由细到粗的计算、变换、概括、综合的过程。,从空间数据库可发现的知识类型,普遍的几何知识空间分布规律空间关联规则空间分类/聚类规则空间特征规则空间区分规则空间演变规则面向对象的知识,空间数据发掘和知识发现的方法,统计方法归纳方法聚类方法空间分析方法探测性的数据分析Rough集方法云理论图像分析和模式识别、神经网络、证据理论、遗传算法.,亚特兰大市银行、道路网及普查地段图,根据规则的例外推测的经营管理“好”和“差”的银行,3.5 网络GIS、联邦数据库 和互操作的发展随着计算机网络技术的发展，GIS已成为网络上的分布式异构系统；不同组织、不同部门维护和使用的数据库既相互独立又相互联系，促使联邦数据库和互操作的迅速发展；互操作意味着不同数据库中数据的直接共享、GIS功能的共享以及网络上不同GIS站点之间的协同工作；目前兴起的LBS和MLS，基于位置的服务和移动定位服务突出反映了这种发展。,GIS技术,MapInfo Mobile Location Services概念框架,LBS(基于位置的服务）技术,Mobile Location Services on Oracle8i,LBS/MLS技术,基于PDA的电子地图技术,GIS和LBS市场潜力比较(Oracle Corp),空间数据互操作基本模式,空间数据移植集成 联邦数据库 接口方法,互操作GIS,互操作GIS是指在计算机网络环境下，遵循一个公共的接口标准，能够实现空间数据和数据处理功能共享和相互操作的GIS系统。互操作GIS系统之间能够自由交换彼此数据库中的信息，并且不同系统的软件功能模块能够协同处理这些信息。,互操作GIS特点,空间数据互操作系统之间可自由交换空间对象及其它的空间信息，能够透明地访问分布式异质环境下的空间数据库。GIS软件功能互操作互操作GIS应能够像计算机换零件一样替换软件功能模块，协同工作GIS系统的“零件”要能够协同工作。,调用Geostar的Buffer函数求得的缓冲区,Geostar的叠置函数和缓冲区函数协同工作求得叠置区域,3.6 GIS理论基础的发展GIS从技术到科学突出的标志是其理论框架的发展，可望在不久的将来形成地球空间信息学的理论框架；现阶段地球空间信息学的理论研究主要涉及如下七个方面：1.基准问题研究；2.信息标准研究；3.时空变化研究；4.空间信息认知研究；5.不确定性研究；6.定量化反演研究；7.空间信息可视化和表达研究。,信息化对地理空间信息的需求及天地一体化的测绘技术,随着信息时代的到来，基于3S和通讯网络技术集成的地理（地球）空间信息科学与技术，在社会经济发展、应急救援服务及现代军事中的作用日益重要。社会经济信息中有约75-80%的信息与地理空间有关；目前还有80%左右的信息还没有与地理空间信息相联系起来。,3.6.1 空间信息获取的天地一体化及全球化,21世纪，发达国家等已纷纷构建天-空-地一体化的对地观测体系，以实现全球、全天时的中、高分辨率的点方式或面方式的时空数据获取系统。2003年7月31日美国务院召开了有34个国家的科技部长或代表及联合国相应机构参加的第一届对地观测部长级高峰会议，发布了华盟顿宣言，并成立了政府间对地观测协调组织（GEO）。,第二届地球观测峰会于2004年4月25曰在东京召开，徐冠华部长等代表中国与会，发表了讲话。通过了地球观测10年实施计划框架文件及会议共同申明。第三届峰会于2005年2月在比利时布鲁塞尔召开。目标：建立一个功能强大的、协调的、持续的分布式全球对地观测系统。今年将完成框架文件，进而制定十年实施计划。合作领域：海洋、全球碳循环、水循环、大气化学与空气质量、陆地科学、海岸带、地质灾害、流行病传播与人类健康。但军事卫星技术不在合作之列。当今国际上，是又联合又竞争的局面。,同时，欧空局（ESA）正式宣布其GMES计划，即全球环境与安全监测计划。目标：建立、健全高、中、