现代测绘新技术(3S)ppt课件.ppt

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1、现代测绘新技术-(3S)技术,Gps（全球定位系统）Gis（地理信息系统）RS（遥感）,什么是3S技术?,“3S”技术遥感技术（Remote Sensing RS）、地理信息系统（Geographical information System GIS）、全球定位系统（Global Positioning System GPS）这三种技术名词中最后一个单词字头的统称。,为什么“3S”技术走到了一起？,遥感技术是信息采集（提取）的主力；全球定位系统是对遥感图像（像片）及从中提取的信息进行定位，赋予坐标，使其能和电子地图进行套合；地理信息系统是信息的“大管家”。,一、什么是GPS？,全球定位系统(G

2、PS)是本世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。,全球定位系统（GPS）,GPS全球定位系统是由24颗人造卫星和地面站组成的全球无线导航与定位系统。GPS系统包括三大部分：空间部分-GPS卫星；地面控制部分-地面监控系统；用户设备部分-GPS信号接收机。,全球定位系统（GPS）,概念及组成：利用卫星，在全球范

3、围内适时进行导航、定位的系统。它是一个中距离圆形轨道卫星定位系统，可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位和高精度的时间基准,特点及应用：具有全能性、全球性、全天候、连续性、实时性的特点。目前广泛应用于农业、林业、水利、交通、测绘、军事、通讯、城市等（如目前所使用的汽车卫星定位系统）,（2）构成,全球定位系统由三部分构成：(1)地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的 工作)、地面天线(在主控站的控制下，向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成；(2)空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个道平面上；(3)用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星

4、天线组成。,手持式GPS定位仪,（3）主要特点,(1)全天候；(2)全球覆盖；(3)三维定速定时高精度；(4)快速省时高效率：(5)应用广泛多功能。它是一个中距离圆形轨道卫星定位系统，可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位和高精度的时间基准,（4）主要用途,(1)陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等；(2)海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；(3)航空航天应用，包括飞机导航、航空遥 感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空

5、救援和载人航天器防护探测等。,（5）GPS原理,24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。,（6）GPS前景,由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手

6、段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布2000年至2006期间，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用信号精度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到20米，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。据有关专家预测，在美国，单单是汽车GPS导航系统，2000年后的市场将达到30亿美元，而在我国，汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。可见，GPS技术市场的应用前景非常可观。,经过20余年的实践证明，GPS

7、系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。,伽利略”计划是一种中高度圆轨道卫星定位方案。“伽利略”卫星导航定位系统的建立将于2007年底之前完成，2008年投入使用，总共发射30颗卫星，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星。卫星高度为24126公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内。该系统除了30颗中高度圆轨道卫星外，还有2个地面控制中心。“伽利略”系统将为欧盟成员国和中国的公路、铁路、空中和海洋运输甚至徒步旅行者有保障地提供精度为1米的定位导航服务，从而也将打破美国独霸全球卫星导航系统的

8、格局。按计划，首批两枚实验卫星将于2005年末和2006年发射升空。,当前，在这一领域最吸引人眼球的除了GPS外，就是欧盟和我国合作的“伽利略”导航卫星系统,GPS全新的称呼 GNSS,我国参与“伽利略”计划,目前全世界使用的导航定位系统主要是美国的GPS系统，欧洲人认为这并不安全。为了建立欧洲自己控制的民用全球导航定位系统，欧洲人决定实施“伽利略”计划。2003年9月18日，欧盟和中国草签了中国参与“伽利略”计划的协议。2004年10月9日，双方又签署了此项目的技术合作协议；因而引发美国媒体发出美国可能击毁“伽利略”卫星的报道。可见，此项目不但具有极高经济价值，也深具政治和军事战略意义。,二

9、、遥感技术（RS）,1 遥感，顾名思义，就是遥远的感知。,遥感就是根据探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。,2、遥感技术的基本原理,地球上的物体都在不停地发射、反射和吸收电磁波，并且不同物体的电磁波特征是不同的，人们根据电磁波的差异来辨析物体的不同，遥感技术就是在这个原理的基础上发展起来的。,3、遥感技术的发展,人类早期遥感活动的“遥感平台”曾经使用风筝、鸽子等，为后来的航空遥感提供了思路。,4、遥感技术的特点,监测范围大，瞬时成像、实时传输、快速处理、迅速获取信息和实施动态监测。,5、遥感技术系统,由遥感平台、传感器、信息传输接收装置、数字

10、或图像处理设备以及相关技术等组成。,遥感技术：是从传感器接受信息到遥感信息应用的全过程。如下图,目标物,物体辐射和反射电磁波,传感器,收集,传输,地面遥感系统,信息处理信息分析,成果,专业图件统计数字,遥感 RS技术系统,遥感 RS技术系统,地面遥感：高塔、车、船为遥感平台航空遥感：飞机、气球、飞艇等航天遥感：卫星、飞船、空间站等,遥感平台,遥感 RS技术系统,传感器：获取电磁波的探测仪器成像方式传感器：成像雷达、摄像机、扫描仪非成像方式传感器：雷达高度计、微波辐射计、红外辐射温度计等,遥感 RS技术系统,遥感信息传输：直接回收将信息记录在磁带上待返回时回收（航空遥感）视频传输信息通过无线电传

11、送导地面站遥感信息处理：地面接收站对资料进行加工处理航片 卫片,6、遥感类型,按运载工具分：航天遥感、航空遥感、近地遥感,按辐射源分：主动式遥感、被动式遥感,按波谱范围：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多谱段遥感,按应用领域：环境遥感、大气遥感、资源遥感、海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感,利用卫星、航天飞机、宇宙飞船、航天空间站等携带遥感仪器的遥感,覆盖范围大，不受领空限制，可进行定期、重复观测,利用飞机携带遥感仪器的遥感,距地面高度在几十米以内的遥感,机动性强，可以根据研究主题选择恰当的传感器、适当的飞行高度和飞行区域,用于城市遥感、海面污染监测、森林火灾监测等中、高分辨率的

12、遥感活动,辨认遥感影像,水文要素,蓝色蓝黑色,红色,植被,灰白色浅蓝色,人工建筑,地物反射波谱特征地物判读的基本依据,不同地物在同一波段反射率不同，同一地物在不同波段反射率也不同，由此导致其波谱特征不同，根据地物波谱曲线就可以区分和识别地表物体。,遥感技术的应用,1、遥感与资源普查,勘探矿产资源、调查生物资源、水资源等是遥感技术在资源普查中的重要应用领域。,*矿产资源：人们只需要分析遥感图像就可以划定蕴藏矿产的大致区域，大大缩短探矿时间。,*生物资源：通过遥感图像处理技术，提取植被的分布、类型、结构、健康状况、产量等数据，为农业、林业、城市绿化、环境保护等部门提供服务。,活动,遥感为植物健康状

13、况把脉,A、在卫星图像上，怎样通过颜色差异判定植物的生长状况？,B、根据植物健康状况在发射波谱中变化的原理，遥感还可以应用到哪些领域？,健康的植被往往呈鲜红色，长势比较弱的植被颜色比较浅，由此可判定植物的生长状况。,不同的地物和地物的不同状况，有不同的反射率，根据这个原理，可以利用遥感的工作有水体污染、分析城市大气污染、监测灾害、普查资源等。,2、遥感与环境灾害监测,A、环境监测：包括荒漠化、土壤盐碱化、海上冰山漂流、海洋生态、全球气候变化及其影响、植被变化、水体污染、大气污染等。,随着遥感技术的发展，遥感将不仅为人们提供信息资源，改变人们的生产、生活与交往方式，而且在环境监测、灾害预警等方面

14、发挥巨大作用，有助于灾害的预防、环境的治理有保护。,B、灾害监测：包括旱情、水灾、滑坡、泥石流、地震、农林病虫害、森林火灾等。,遥感信息技术在环保领域应用发展中的意义,遥感信息提供了全球或大区域精确定位的高频度宏观环境影像。它扩大了人们的视野，从可见光发展到红外、微波等波谱范围，加深了人们对生态环境的了解。在遥感与地理信息系统基础上建立的数学模型，实现了空间和时间转移，在空间上由野外转入室内，在时间上从过去、现在的研究发展到三维空间上定量地预测未来。,#遥感信息技术在环境保护领域的应用,1.在大气污染监测中的应用(1)城市大气污染监测：监测大气污染的主要污染物、颗粒大小及空间区域的分布。(2)

15、大气污染物扩散规律的研究：遥感可观测到大气中气溶胶类型及其含量分布、大气微量气体的铅垂分布。根据对热红外扫描图像的分析研究，可提出城市地面辐射温度和城市“热岛”现象形成的关系。,2在内陆水体污染监测中的应用,应用遥感手段，可快速监测出水体污染源的类型、位置分布以及水体污染的分布范围等。各种工厂排入污水因所含物质成分不同，导致污水的颜色也不同，可通过测定遥感图像的密度来鉴别污染水体。确定这些污染水体往往采用色密度法，即通过常规方法对污染水体QU样，建立不同水体污染类型和浓度以及与遥感图像密度的相关关系。,3在海洋污染监测中的应用,(1)利用红外扫描仪监视石油污染：利用红外扫描仪在白昼和夜间拍摄地

16、面和海面的热图像，可有效地监视海面的石油污染。(2)海洋污染监测：水体中不同物质在海洋水色的各波段影像中得到了不同程度的显示。通过目视、光电方法解译判读，或以各种不同模式应用计算机进行处理，可以获得海面悬浮泥沙、浮游生物、可溶性有机物、海面油膜和其它污染物等海洋水色不同的信息。,4利用遥感信息技术分析城市生态与环境污染,(1)城市生态与环境污染：应用卫星或机载热红外图像，通过图像处理技术，可定期把热污染的分布范围和强度显示出来。(2)生态环境监测：采用多光谱有关数据及其生成的植被指数，经图像处理和定量分析，可以对全球各地区的植被和土地状况进行分类，监测土地沙漠化、森林砍伐、城市化等环境变化进程

17、。,5利用卫星遥感信息技术开展环境灾害监测,(1)赤潮分析：在我国，从渤海湾到南海，近几年来，每年都有多次赤潮发生。1989年9月下旬，美国陆地卫星TM图像反映的渤海湾赤潮非常清晰。卫星遥感可监测某些赤潮发生的时间、地点和范围，根据水文气象资料进行赤潮的实时速报。(2)地质环境灾害调查：用遥感技术调查与滑坡、泥石流有关的环境因素(如构造部位、断裂、含水带、植被覆盖等)，推测滑坡、泥石流发育环境因素及产生条件，进行区域危险性分区及预测，为防治地质灾害提供依据。,6.卫星遥感在全球环境监测中的作用,全球环境变化监测的一个重要问题是需要了解大气层具有辐射和化学重要性的微量气体在全球范围的时空分布和变

18、化趋势，特别是CO2，CO，CH4，O3，N2O，NO2，NH3，H2S和SO2。用雨云系列卫星搭载的被动式传感器第一次获得了温度和H2O，CH4，HNO3的全球信息。1 978年发射的雨云7号上携带了TOMS(总臭氧量制图光谱仪)，观测了全球臭氧分布，在发现臭氧洞方面做出了贡献，取得了与平流层中臭氧层的破坏有关的重要信息。,遥感技术如何成像,第一种是用照相机拍的胶卷，它用的照像机和胶卷与我们平常生活中用的照相机和胶片基本一样，所不同的是遥感的专业照相机要大一些，当然胶片也相应要大一些，另外有些胶片是专用胶卷，如“彩色红外”专用胶卷。将拍摄完毕的胶卷冲洗、印像、放大，即成为遥感像片；第二种是“

19、数字成像”的，成像原理类似于我们看的电视，即把地面信息，通过卫星上的设备拍摄下来，然后将拍摄的信号传输到计算机中回放出来，我们就可以看到遥感图像了！,2、遥感图像的分辨率是怎么回事,分辨率是用于记录数据的最小度量单位，一般用来描述在显示设备上所能够显示的点的数量（行、列），或在影像中一个象元点所表示的面积。遥感卫星的飞行高度一般在600 km4000km之间，图像分辨率一般从1m1km之间。图像分辨率：可以这样理解，一个象元，代表地面的面积是多少。,在使用遥感图像数据时，请千万注意，所要解决的工作问题，应选择相应分辨率的遥感数据资料。DOM比例尺与航天遥感数据分辨率的关系,DOM,数字正射影像

20、图（Digital Orthophoto Map，缩写DOM）是利用数字高程模型（DEM）对经扫描处理的数字化航空像片，经逐像元进行投影差改正、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射影像数据集。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像，具有精度高、信息丰富、直观真实等优点。,嫦娥拍摄月球照片，像元分辨率为120米,3、遥感图像有什么用途,遥感像片可以“提取”出大量有用的信息。可以辨别出很多信息，如水体（河流、湖泊、水库、盐池、鱼塘等）、植被（森林、果园、草地、农作物、沼泽、水生植物等）、土地（农田、林地、居民地、厂矿企事业单位、沙漠、海岸、荒原、道路等）、山地（丘岭、高山、雪山

21、）等等；从遥感图像上能辨别出较小的物体如：一棵树、一个人、一条交通标志线、一个足球场内的标志线等。大量信息的提取，决定了遥感技术的应用是十分广阔的，据统计，有近30个领域、行业都能用到遥感技术。由于遥感技术是从人们一般不能站到的高度去“拍照”，故从宏观视野上，也有着人力所不能及的优势。,遥感的应用,例如，大兴安岭森林火灾发生的时候，由于着火的树木温度比没有着火的树木温度高，它们在电磁波的热红外波段会辐射出比没有着火的树木更多的能量，这样，当消防指挥官面对着熊熊烈火担心不已的时候，如果这时候正好有一个载着热红外波段传感器的卫星经过大兴安岭上空，传感器拍摄到大兴安岭周围方圆上万平方公里的影像，因为

22、着火的森林在热红外波段比没着火的森林辐射更多的电磁能量，在影像着火的森林就会显示出比没有着火的森林更亮的浅色调。当影像经过处理，交到消防指挥官手里时，指挥官一看，图像上发亮的范围这么大，而消防队员只是集中在一个很小的地点上，说明火情逼人，必须马上调遣更多的消防员到不同的地点参加灭火战斗。,由于遥感在地表资源环境监测、农作物估产、灾害监测、全球变化等等许多方面具有显而易见的优势，它正处于飞速发展中。更理想的平台、更先进的传感器和影像处理技术正在不断地发展，以促进遥感在更广泛的领域里发挥更大的作用,中国大陆的卫星地形图,台湾岛的遥感影象：能清楚的看到全岛的地貌。,北美飓风云系,美国国防部五角大楼,

23、9.11事件前后的纽约,国际空间站,三、地理信息系统技术（GIS）,信息总量中有85%的信息是与地理位置有关的信息。与地理位置有关的信息，就叫地理信息。这样的信息相当广泛，如耕地、林地、城镇、楼房等建筑物的分布、道路、河流、海岸、人口、医院、学校、企事业单位、管线、派出所、商店、井位、门牌、电闸、水表、开关等等，只要能用位置去描述的东西，都属于地理信息，遥感所提取的信息也全部包含在地理信息之中。,GIS（地理信息系统）,GIS是由硬件、软件和方法组成的地理信息系统，能支持地理空间数据的获取、管理、操作、分析、模型化和显示，以解决复杂的规划管理问题,怎样管理这些信息？,整个地理信息系统由计算机、

24、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型和图形用户界面及系统人员组成。通常使用较多的有ArcGis、GeoMedia等软件。,地理信息技术及应用（GIS）,概念:指专门处理地理空间数据的计算机系统。是地图的延伸。,简要程序：,信息源（图像、数据等）,数据处理（建立空间、数据模型）,数据库（某一区域图像、数据总和）,空间分析（对整个区域或局部及相邻部分进行综合分析）,表达（形成地图、图像、图表、数字等）,功能及应用：,功能：数据采集与编辑、地理数据库管理、空间分析、制图,应用：是地图的延伸。凡是应用地图或需要处理空间数据的领域，都可用。目前，该技术广泛应用于资源调查、城乡规划、灾害监测、环境管

25、理等。,例：进入点击地图访问中国各城市旅游图,GIS的应用领域很广,（1）自然资源的清查与管理。（2）区域和城市规划与管理。（3）环境监测。（4）车辆运行与道路选择,GIS与地图的差异(1)储存信息的形式不同.地理信息系统通过建立数据模型,以数据库的形式储存地理空间数据,而地图以图纸的形式保存地理信息.(2)查询的方式不同.地理信息系统通过计算机进行查询和数据更新,而地图通过肉眼进行判读,获得地理信息.GIS获取信息更有针对性,速度也更快.(3)地理信息技术可以将不同来源、不同比例尺、不同投影的地图数据进行综合，并进行空间分析，而地图有许多方面做不到。,什么是“数字地图”?,数字地图是以数字形

26、式记录和存储的地图。根据数据格式的不同，可分为矢量型和栅格型数字地图。,“数字地球”简介 The Digital Earth 1998年1月31日,美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心做“数字地球认识21世纪我们这颗星球”的讲演,首次提出这一概念。数字地球指的是建立一个地球信息模型，将地球上每一角落的信息都收集、整理、归纳，按照地球地理坐标建立完整的信息模型，用网络联结起来，使地球上的每个人都可以快速、完整、形象地了解地球宏观和微观的各种情况。数字地球中包含有高分辨率的地球卫星图像、数字化的地图以及经济、社会和人口统计的信息。,土地利用现状图（数字地图）,什么是空间数据?,空间数据是指用来表示空

27、间实体的位置、形状、大小及其分布特征诸多方面信息的数据，它可以用来描述来自现实世界的目标，它具有定位、定性、时间和空间关系等特性。定位是指在已知的坐标系里空间目标都具有唯一的空间位置；定性是指有关空间目标的自然属性，它伴随着目标的地理位置；时间是指空间目标是随时间的变化而变化；,空间关系通常一般用拓扑关系表示。空间数据是一种用点、线、面以及实体等基本空间数据结构来表示人们赖以生存的自然世界的数据。空间数据是数字地球的基础信息，数字地球功能的绝大部分将以空间数据为基础。现在空间数据已广泛应用于社会各行业、各部门，如城市规划、交通、银行、航空航天等。随着科学和社会的发展，人们已经越来越认识到空间数据对于社会经济的发展、人们生活水平提高的重要性，这也加快了人们获取和应用空间数据的步伐。,什么是海量数据?,空间数据往往会形成海量数据，那么什么是海量数据？是指用来形容巨大的、空前浩瀚的数据，在电脑磁盘存储空间一般都是上百GB。现在很多业务部门中都需要操作海量数据，如规划部门有规划方面的数据，水利部门有水利方面的数据，气象部门有气象方面的数据，这些部门处理的数据量都非常大。它包括各种空间数据、报表统计数据、文字、声音、图象、超文本等各种环境和文化数据信息。,