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第十三章 3S集成技术与数字地球 学习目标 掌握 3S的基本概念 了解 GIS与 RS集成的形式和应用 了解 GIS与 GPS集成的应用 了解 3S集成技术 掌握数字地球的基本概念 了解数字地球的核心技术及其应用 掌握国家信息基础设施与国家空间数据基础设施基本概念 了解我国国家空间数据基础设施建设内容 一、 3S集成技术 二、数字地球简介 三、国家信息基础设施与国家空间 数据基础设施 第十三章 3S集成技术与数字地球 第一节 3S集成技术 虽然 GIS在理论和应用技术上已经有了很大发展,但单纯的 GIS并不能满足目前社会对信息快速、准确更新的要求。 RS目前已经成为 GIS最重要的数据源,在大面积资源调查、环境监测等方面发挥了重要的作用。遥感技术在空间分辨率光谱分辨率和时间分辨率上都在飞速发展和提高,担负着越来越重要的作用。 GPS是以卫星为基础的无线电测时定位和导航系统,可为航空、航天、陆地、海洋等方面的用户提供不同精度的在线或离线的空间定位数据。 国际上 “ 3S” 的研究和应用开始向集成化(或一体化)方向发展。在 3S集成应用中, GPS主要用于实时、快速的提供目标的空间位置; RS用于实时或准实时的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,及时的对 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、集成管理和动态存取,作为新的集成系统平台,并为智能化数据采集提供地学知识。 第一节 3S集成技术 3S技术相结合的土地利用管理信息系统 第一节 3S集成技术 一、 GIS与遥感的集成 软件的实现 GIS与遥感的集成,可以有以下三个不同的层次 : 分离的数据库,通过文件转换工具在不同系统之间传输文件; 两个软件模块具有一致的用户界面和同步的显示; 集成的最高目的是实现单一的、提供了图像处理功能的 GIS软件系统。 第一节 3S集成技术 1. GIS作为图像处理工具 几何纠正和辐射纠正 在遥感图像的实际应用中,需要首先将其转换到某个地理坐标系下,即进行 几何纠正。 几何纠正的方法 是利用采集地面控制点建立多项式拟合公式,它们可以从 GIS的矢量数据库中抽取出来,然后确定每个点在图像上对应的坐标,并建立纠正公式。在纠正完成后,可以将矢量点叠加在图像上,以判断纠正的效果。为了完成上述功能,需要系统能够综合处理栅格和矢量数据。 第一节 3S集成技术 第一节 3S集成技术 校正前 校正后 1. GIS作为图像处理工具 图像分类 对于遥感图像分类,与 GIS集成最明显的好处是训练区的选择,通过矢量栅格的综合查询,可以计算多边形区域的图像统计特征,评判分类效果,进而改善分类方法。 此外,在图像分类中,可以将矢量数据栅格化,并作为 “ 遥感影像 ” 参与分类,可以提高分类精度,例如,考虑到植被的垂直分带特性,在进行山区的植被分类时,可以结合 DEM,将其作为一个分类变量。 第一节 3S集成技术 第一节 3S集成技术 水(河流、湖泊等) 植被 居民点 1、 GIS作为图像处理工具 感兴趣区域的选取 在一些遥感图像处理中,常常需要只对某一区域进行运算,以提取某些特征,这需要栅格数据和矢量数据之间的相交运算。 第一节 3S集成技术 城市热岛研究 2. 遥感数据作为 GIS的信息来源 数据是 GIS中最为重要的成分,而遥感提供了廉价的、准确的、实时的数据,目前如何从遥感数据中自动获取地理信息依然是一个重要的研究课题,包括: 线以及其他地物要素的提取 DEM数据的生成 土地利用变化以及地图更新 第一节 3S集成技术 第一节 3S集成技术 使用遥感图像作为栅格图像时应注意的问题: 由于各种因素的影响,使得从遥感数据中提取的信息不是绝对准确的,在通常的土地利用分类中,90的分类精度就是相当可观的结果,因而需要野外实际的考察验证 在这个过程中可以使用 GPS进行定位。此外,还要考虑尺度问题,即遥感影像空间分辨率和 GIS数据比例尺的对应关系。 第一节 3S集成技术 第一节 3S集成技术 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 二、 GIS与全球定位系统的集成 作为实时提供空间定位数据的技术, GPS可以与地理信息系统进行集成,以实现不同的具体应用目标。 第一节 3S集成技术 市话网市话网市话网市话网市话网深圳市连续运行卫星定位导航服务系统结构及通信网络示意图市电信局监控分析中心卫星定位信号发射台FM 电台基准站 1基准站 2基准站 3基准站 4基准站 5进入移动电话系统用户用户全向天线定向天线Modem1定位 主要在诸如旅游、探险等需要室外动态定位信息的活动中使用。如果不与 GIS集成,利用 GPS接收机和纸质地形图,也可以实现空间定位;但是通过将GPS接收机连接在安装 GIS软件和该地区空间数据的便携式计算机上,可以方便地显示 GPS接收机所在位置并实时显示其运动轨迹,进而可以利用 GIS提供的空间检索功能,得到定位点周围的信息,从而实现决策支持 第一节 3S集成技术 第一节 3S集成技术 GPS卫星 定位演示 2测量 主要应用于土地管理、城市规划等领域,利用 GPS和 GIS的集成,可以测量区域的面积或者路径的长度。该过程类似于利用数字化仪进行数据录入,需要跟踪多边形边界或路径,采集抽样后的顶点坐标,并将坐标数据通过 GIS记录,然后计算相关的面积或长度数据。 在进行 GPS测量时,要注意以下一些问题,首先,要确定 GPS的定位精度是否满足测量的精度要求,如对宅基地的测量,精度需要达到厘米级,而要在野外测量一个较大区域的面积,米级甚至几十米级的精度就可以满足要求;其次,对不规则区域或者路径的测量,需要确定采样原则,采样点选取的不同,会影响到最后的测量结果。 第一节 3S集成技术 第一节 3S集成技术 基准站 (坐标已知) GPS卫星 基准站 (坐标已知) 可测量两站之间的位置 3监控导航 用于车辆、船只的动态监控,在接收到车辆、船只发回的位置数据后,监控中心可以确定车船的运行轨迹,进而利用 GIS空间分析工具,判断其运行是否正常,如是
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