RS和GIS复习框架教学文稿

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。RS和GIS复习框架-RS第一章遥感技术具有先进性、综合性和实用性。构成遥感技术的4个必不可少的要素是对象、传感器、信息传播媒介和平台。对象：被感测的事物。遥感器：能感测事物并能将感测的结果传递给使用者的仪器。如摄影机，雷达等。也称传感器，信息传播媒介：在对象和传感器之间起信息传播作用的媒介。如电磁波，声波、重力场、磁力场、电力场、地震波等。电磁波来源：遥感器本身、太阳、地物。平台：装载传感器并使之能有效地工作的装置。如飞机、人造地球卫星、航天飞机等够运动的平台也可叫做运载工具。遥感监测的特点：1监测区

2、域范围大，受条件限制少；2多尺度动态重复获取数据；3、电磁信息丰富，信息表达形式多样，获取信息的手段多，信息量大；4、获取信息额速度快，周期短，重现性好；5、数据可满足多用途监测，可比性强；6、效益高，精度高，提高工作效率。第二章一般而言，RS指的是电磁波遥感。遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。任何物体本身都会具有发射、吸收和反射电磁波的能力，这是物体的基本特征。电磁波：是在真空或物质中通过传播电磁场的振动而传输能量的波，也称为电磁辐射。电磁波的性质：电磁辐射在传播过程中主要表现为波动性，而电磁辐射与物质相互作用时主要表现为粒子性，称为电磁波的波粒二象性。电磁波谱：将各种电磁波在真空

3、中传播的波长，按其长短，递增或递减排列成图标叫做电磁波谱。太阳常数：不受大气影响，在距离太阳一个天文单位（日地平均距离，1.496108m）的区域内，垂直于太阳辐射方向上单位面积和单位时间黑体所接收到的太阳辐射能量。太阳辐射与地球辐射：太阳辐射接近于温度为6000K的黑体辐射，主要集中于波长较短的部分；地球辐射是指地表自身热辐射，接近于温度为300K的黑体辐射，主要集中在波长较长的部分。地物波谱（地物光谱）:各种地物具有的电磁波特性（反射率、发射率、透射率同波长的变化规律）。到达地面的太阳辐射能量（I）可分为三部分：反射（R）、吸收(A)、透射（T）。I=R+A+T三种反射状况：镜面反射、漫反

4、射、方向反射。地物的反射波谱曲线反应地物反射率随波长变化的规律不同。识别地物。不同的地物具有不同的波谱特征根据区分的地物不同选择不同波段的遥感影像卫星监测数据的波谱曲线是地物分类的基础地面地物反射波谱曲线的测定是遥感数据分类的基础地物波谱数据库的建设地物波谱曲线测量是遥感的重要内容不同地物的反射光谱曲线特征植被分为三段：0.4-0.76m:有一个小的反射峰，位于绿色波段（0.55m），两边（蓝、红）为吸收带（凹谷）。0.76-1.3m:高反射，在0.7m处反射率迅速增大，至1.1处有峰值。1.3-2.5m:受植物含水量影响，吸收率增加，反射率下降，形成几个低谷。水体：反射主要在蓝绿波段，其它波

5、段吸收都很强，近红外吸收更强。土壤：没有明显的波峰波谷土质越细反射率越高，有机质含量越高含水量越高，反射率越低。大气对太阳辐射的影响大气的反射作用主要发生在云层顶部，取决于云量和云雾，且波段不同大气影响不同，削弱了电磁波强度。大气的吸收作用严重影响传感器对电磁辐射的探测，导致太阳辐射强度衰减；吸收作用越强的波段，辐射强度衰减越大，甚至某些波段的电磁波完全不能通过大气；在太阳辐射到达地面时，形成了电磁波的某些吸收带。主要吸收带：水、二氧化碳、臭氧、氧气大气的散射作用由于粒子的散射作用使电磁波在原传播方向上的辐射强度减弱，增加了向其它各方向的辐射。三种散射类型：瑞利散射、米氏散射、非选择性散射。大

6、气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的透过率较高的波段。大气窗口的意义折射改变了太阳辐射的方向，并不改变太阳辐射的强度；太阳辐射经过大气传输后，主要是反射、吸收和散射的共同影响衰减了辐射强度，剩余部分即为透过部分；遥感传感器只能选择透过率较高的波段才有意义。主要的大气窗口光谱段（5个）：0.3-1.3m，即紫外、可见光、近红外波段；1.5-1.8m,2.0-3.5m，即近、短波、中红外波段；3.5-5.5m，即中红外波段，物体的热辐射较强；8-14m，即远红外波段；0.8-2.5cm至更长,即微波波段，由于微波穿云透雾的能力，这一区间可以全天候工作。第三章遥感平台：遥感中搭载遥感器

7、工具的统称按平台距地面的高度大体上可分为三类：地面平台（100m）、航空平台（30km）、航天平台(150km)。卫星轨道的种类：地球同步轨道和太阳同步轨道遥感卫星一般有两种绕地球飞行方式：静止轨道和近极地轨道。静止轨道可以定点观测，而极地轨道（圆形）则可定期观测。Landsat系列4,5（TM7个波段的特征和作用）气象卫星（按轨道分）：地球静止轨道气象卫星和太阳同步轨道气象卫星。第四章传感器类型分类：按电磁波辐射来源不同分为主动式和被动式；按成像原理和图像性质不同分为摄像机、扫描仪、雷达；按记录电磁波方式不同分为成像方式传感器和非成像方式传感器。传感器组成：收集器、探测器、处理器、输出器。第

8、五章数据格式包括，BSQ数据格式、BIP数据格式、BIL数据格式数字图像：能够被计算机存储、处理和使用的图像。数字图像特征：空间分辨率（像素所代表的地面范围的大小）；时间分辨率（对同一地点进行时间采样的时间间隔，即采样频率、重访周期）；波普分辨率（传感器在接受目标辐射的波普时能分辨的最小波长间隔。间隔越小，分辨率越高）；辐射分辨率（传感器接受波普信号时，能分辨的最小辐射度差）第六章颜色的性质：明度、色调、饱和度彩色合成方法：加色法、减色法假彩色合成：多波段遥感所选的三个波段中，如果存在一个或多个波段，其光谱响应区间与合成时所赋予的颜色不相对应，则地物在合成图像上的颜色与实际真实的颜色不相对应，

9、叫做假彩色合成。TM432：TM4、TM3、TM5三个波段合成时，分别赋予红、绿、蓝颜色。TM图像的这种合成可以突出图像上地物色调特征的色彩差别，被称为标准假彩色合成。辐射畸变：地物目标的光谱反射率的差异在实际测量时，受到传感器本身、大气辐射等其他因素影响而发生的改变。影响辐射畸变的因素：传感器本身的影响，会导致图像不均匀，产生条纹和噪音；大气对辐射的影响大气影响的粗略校正：直方图最小值去除法，回归分析法几何畸变：遥感图像的几何位置上发生变化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化等变形。几何畸变是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲等作用的结果。几何畸变产生的原因：遥感

10、平台位置和运动状态变化的影响；地形起伏的影响；地球表面曲率的影响；大气折射的影响；地球自转的影响几何畸变校正基本思路：把存在几何畸变的图像，纠正成符合某种地图投影的图像，且要找到新图像中每一像元的亮度值。具体步骤1）计算校正后每一点所对应原图中的位置；2）计算每一点的亮度值。计算方法1）建立两图像像元点之间的对应关系；2）求出原图所对应点的亮度：最近邻法、双线性内插法、三次卷积内插法。控制点的选取原则易分辨、易定位的特征点：道路的交叉口，水库坝址，河流弯曲点等。特征变化大的地区应多选些。尽可能满幅均匀选取。第七章目视解译：指专业人员通过直接观察或借助解译仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过

11、程。遥感图像目视解译的标志直接标志：大小、形状色调和颜色、阴影、位置、纹理、图型间接标志：水系、地貌、土质类、植被、气候、人类活动第八章非监督分类：是在没有先验类别知识(训练场地)的情况下，根据图像本身的统计特征及自然点群的分布情况来划分地物类别的分类处理，也叫做“边学习边分类法”监督分类：监督分类又称训练场地法或先学习后分类法。它是先选择具有代表性的典型试验区或训练区，用训练区已知地面样本的光谱特征来“训练”计算机，获得识别各类地物的判别模式或判别函数，并依此模式或判别函数，对未知地区的像元进行处理分类，分别归入到已知的类别中，达到自动分类识别的目的。监督分类步骤：建立模板（训练样本）评价模

12、板确定初步分类结果检验分类结果分类后处理分类统计特征栅格矢量转换统计分析非监督分类与监督分类方法比较非监督分类主要优点：不需要预先对所要分类的区域有广泛的了解和熟悉，而监督分类则需要分析者对所研究区域有很好的了解从而才能选择训练样本。但是在非监督分类中分析者仍需要一定的知识来解释非监督分类得到的集群组；人为误差的机会减少，即使分析者对分类图像有很强的看法偏差，也不会对分类结果有很大影响。因此非监督分类产生的类别比监督分类所产生的更均质；独持的、覆盖量小的类别均能够被识别，而不会像监督分类那样被分析者的失误所丢失非监督分类主要缺点来自于对其“自然”的依赖性非监督分类产生的光谱集群组并不一定对应于

13、分析者想要的类别，因此分析者面临着如何将它们和想要的类别相匹配的问题，实际上几乎很少有一对一的对应关系；分析者较难对产生的类别进行控制，因此其产生的类别也许并不能让分析者满意；图像中各类别的光谱特征会随时间、地形等变化，不同图像以及不同时段的图像之间的光谱集群组无法保持其连续性，从而使其不同图像之间的对比变得困难监督分类的主要优点可根据应用目的和区域，有选择地决定分类类别，避免出现一些不必要的类；可控制训练样本的选择；可通过检查训练样本来决定训练样本是否被精确分类；避免了非监督分类中对光谱集群组的重新归类。监督分类的缺点1、分类系统的确定、训练样本的选择，均人为主观因素较强，分析者定义的类别也

14、许并不是图像中存在的自然类别，导致多维数据空间中各类别间并非独一无二，而是有重叠；分析者所选择的训练样本也可能并不代表图像中的真实情形2、由于图像中同一类别的光谱差异，造成训练样本并没有很好的代表性3、训练样本的选取和评估需花费较多的人力、时间4、只能识别训练样本中所定义的类别，若某类别由于训练者不知道或者其数量太少未被定义，则不能识别第九章影响植物光谱的因素：叶绿素、叶子的组织构造、叶子的含水量、植物覆盖度植被指数：是遥感领域中用来表征地表植被覆盖，生长状况的一个简单，有效的度量参数。归一化植被指数NDVI：是简单比值植被指数RVI，经非线性的归一化处理后，使所得的比值，限定在-1，1范围内

15、。NDVI介于-1和1之间，负值表示地面覆盖为云、水、雪等，对可见光高反射；0表示岩石或裸土等，NIR和R近似相等；正值表示有植被覆盖，且随覆盖度增大而增大。NDVI更适用于植被发育中期或中等覆盖度植被检测。GIS第一章信息：是现实世界在人们头脑中的反映。它以文字、数字、符号、语言、图象等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们提供关于现实世界新的事实和知识，是生产、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。地理信息特征：空间分布性、数据量大、信息载体的多样性地

16、理信息系统构成：从计算机的角度看，GIS是由软件、硬件、数据和用户、应用模型组成第二章地球空间模型描述，分为四类：第一类是地球的自然表面；第二类是相对抽象的面，即大地水准面；第三类是模型，就是以大地水准面为基准建立起来的地球椭球体模型（克拉索夫斯基椭球体参数）；第四类是数学模型地理空间的实体分为点、线、面三种要素栅格数据结构：计算机对地理实体的显式描述矢量数据结构：计算机对地理实体的隐式描述栅格和矢量结构是计算机描述空间实体的两种最基本的方式空间数据的基本特征：空间特征、属性特征、时间特征空间数据的类型：类型数据、面域数据、网络数据、样本数据、曲面数据、文本数据、符号数据空间拓扑关系：拓扑关系

17、是一种对空间结构关系进行明确定义的数学方法。空间拓扑关系描述的是实体间邻接关系、关联关系和包含关系点、线、面空间数据的空间关系：点点关系、点线关系、点面关系、线线关系、线面关系、面面关系拓扑关系的重要意义：根据拓扑关系，不需要利用坐标或距离，可以确定一种空间实体相对于另一种空间实体的位置关系。利用拓扑关系有利于空间要素的查询。可以根据拓扑关系重建地理实体。元数据：元数据就是“关于数据的数据”。元数据的主要作用：帮助数据生产单位有效地管理和维护空间数据，建立数据文档。提供有关数据生产单位数据存储、数据分类、数据内容、数据质量、数据交换网络(clearinghouse)及数据销售等方面的信息，便于

18、用户查询检索地理空间数据提供通过网络对数据进行查询检索的方法或途径，以及与数据交换和传输有关的辅助信息帮助用户了解数据，以便就数据是否能满足其需求作出正确的判断提供有关信息，以便用户处理和转换有用的数据。第三章栅格数据结：在栅格数据结构中，整个地理空间被规则地分为一个个小块（通常为正方形），地理实体的位置是由占据小块的横排与竖列的位置决定，小块的位置则由其横排竖列的数码决定，每个地理实体的形态是由栅格或网格中的一组点来构成。然后在各个格网单元内赋以空间对象相应的属性值的一种数据组织方式。栅格数据的压缩编码方式：链式编码、游程长度编码、游程终止编码、块状编码四叉树编码矢量数据结构：矢量数据结构是

19、利用欧几里得几何学中的点、线、面及其组合体来表示地理实体空间分布的一种数据组织方式矢量数据结构编码方法：实体式、索引式、双重独立式（DIME）、链状双重独立式双重独立式数据结构：是对图上网状或面状要素的任何一条线段，用其两端的节点及相邻面域来予以定义。链状双重独立式数据结构：是DIME数据结构的一种改进。在DIME中，一条边只能用直线两端点的序号及相邻的面域来表示，而在链状数据结构中，将若干直线段合为一个弧段（或链段），每个弧段可以有许多中间点。在链状双重独立数据结构中，主要有四个文件：多边形文件、弧段文件、弧段坐标文件、结点文件。矢量数据结构与栅格数据结构比较第四章空间数据库与一般数据库相比

20、，具有以下特点：数据量特别大不仅有地理要素的属性数据，还有大量的空间数据。数据应用的面相当广数据库的主要特征：数据集中控制特征数据冗余度小的特征数据独立性特征复杂的数据模型数据保护特征数据库中的数据组织一般可以分为四级：数据项、记录、文件和数据库数据之间的逻辑联系主要有三种：1、一对一的联系2、一对多的联系(1：N)3、多对多的联系(M：N)数据库领域采用的数据模型有层次模型、网络模型和关系模型，其中应用最广泛的是关系模型。层次模型的主要特点是将数据组织成一对多关系的结构层次模型的优缺点：优点：简单清晰性能较高良好的完整性支持缺点：不能直接表示多对多关系操作限制多结构严密，层次命令程序化网络模

21、型是具有多对多类型的数据组织方式，结点数据间没有明确的从属关系。网络数据模型的优缺点：优点：能明确而方便地表示数据间的复杂关系数据冗余小缺陷：网络结构的复杂，增加了用户查询和定位的困难。需要存储数据间联系的指针，使得数据量增大数据的修改不方便（指针必须修改）关系模型是把数据的逻辑结构归结为满足一定条件的二维表形式关系模式的优点：1、建立在严格的数学概念的基础上，能够以简单、灵活的方式表达现实世界中各种实体及其相互间关系，使用与维护也很方便2、概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用3、关系模型的存取路径对用户透明关系模式的缺点：实现效率不够高。描述对象语义的能力较弱不直接支持层次结构模型的可

22、扩充性较差第五章空间数据质量：是空间数据在表达空间位置、专题特征以及时间信息这三个基本要素时，所能够达到的准确性、一致性、完整性，以及它们三者之间统一性的程度。空间数据质量评价：（GIS数据精度可以从哪几个方面进行评价？并解释。）数据情况说明要求对数据的来源、内容、处理过程做详尽的说明位置精度(定位精度)空间实体的坐标数据与真实实体位置的接近程度，表现为三维坐标属性精度指空间实体的属性值与其真实值相符的程度时间精度(现势性)指数据的现势性，通过数据更新的时间和频度来表现逻辑一致性地理数据关系上的可靠性，以及拓扑性质上的内在一致性数据完整性指地理数据在范围、内容及结构等方面满足所有要求的完整度表

23、达形式的合理性指数据抽象、数据表达与真实地理世界的吻合性第六章模型：所谓模型，就是将系统的各个要素，通过适当的筛选，用一定的表现规则描写出来的简明的映象。通常表达了某个系统的发展过程或发展结果。地学模型：是用来描述地理系统各个要素之问相互关系和客观规律的，它用信息的、语言的、数学的或其它表达形式，通常反映地学过程及其发展趋势或结果。是在对系统所描述的具体对象与过程，进行大量专业研究的基础上，总结出来的客观规律的抽象或模拟。地学模型也称为专题分析模型。（地学模型是利用地理建模的思想和方法，对自然地理对象的抽象和概括。具有复杂性、空间性、时间性和模糊性。地学分析模型主要包括逻辑模型、物理模型、数学

24、模型、图像模型）矢量数据的缓冲区分析缓冲区分析是研究根据数据库的点、线、面实体，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形实体，从而实现空间数据在水平方向得以扩展的信息分析方法。它是地理信息系统重要的和基本的空间操作功能之一。例如，城市的噪音污染源所影响的一定空间范围、交通线两侧所划定的绿化带，即可分别描述为点的缓冲区与线的缓冲带。而多边形面域的缓冲带有正缓冲区与负缓冲区之分矢量数据的网络分析网络分析是研究、筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好的运筹学基本模型。网络分析的主要用途是：选择最佳路径；选择最佳布局中心的位置。所谓最佳路径是指从始点到终点的最短距离或花费最少的路线；最佳布局中

25、心位置是指各中心所覆盖范围内任一点到中心的距离最近或花费最小；网流量是指网络上从起点到终点的某个函数，如运输价格，运输时间等。空间数据内插内插在已存在观测点的区域范围之内估计未观测点的特征值的过程推估（外推）在已存在观测点的区域范围之外估计未观测点的特征值的过程数字高程模型（DEM）：是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟，它是对二维地理空间上具有连续变化特征地理现象的模型化表达和过程模拟。DEM的应用：基于DEM的信息提取基于DEM的可视化分析流域水文特征及土木工程地形三维图的绘制地貌晕渲图绘制数字地形分析：是指在数字高程模型上进行地形属性计算和特性提取的数字信息处理技术。空间分

26、析应用空间分析的目的是解决某类与地理空间有关的问题，通常涉及多种空间分析操作的组合。一般步骤是：明确分析的目的和评价准则准备分析数据进行空间分析操作进行结果分析解释、评价结果（如有必要，返回步骤1）结果输出（地图、表格和文档）例1：道路拓宽改建过程中的拆迁指标计算1）明确分析的目的和标准目的：计算由于道路拓宽而需拆迁的建筑物的面积和房产价值；道路拓宽改建的标准是：a)道路从原有的20m拓宽至60m；b)拓宽道路应尽量保持直线；c)部分位于拆迁区内的10层以上的建筑不拆除。2）准备进行分析的数据涉及两类信息：一类是现状道路图；另一类是分析区域内建筑物分布图及相关的信息；3）进行空间操作a)选择拟

27、拓宽的道路，根据拓宽半径，建立道路的缓冲区。b)将此缓冲区与建筑物层数据进行拓扑叠加，产生一幅新图，此图包括所有部分或全部位于缓冲区内的建筑物信息。4）进行统计分析a)对全部或部分位于拆迁区内的建筑物进行选择，凡部分落入拆迁区且楼层高于10层以上的建筑物，将其从选择组中去除，并对道路的拓宽边界进行局部调整。b)对所有需拆迁的建筑物进行拆迁指标计算。将分析结果以地图或表格的形式打印输出。例2：辅助建筑项目选址1）建立分析的目的和标准目的：确定一些具体的地块，作为一个轻度污染工厂的可能建设位置。工厂选址的标准包括：a）地块建设用地面积不小于10000平方米；b）地块的地价不超过1万元/平方米；c）

28、地块周围不能有幼儿园、学校等公共设施，以免受到工厂生产的影响。2）从数据库中提取用于选址的数据一类为全市所有地块信息的数据层；另一类为全市公共设施（包括幼儿园、学校）的分布图。3）进行特征提取和空间拓扑叠加从地块图中提取满足条件a)b)的地块，并与公共设施层数据进行叠加。4）进行邻域分析对叠加结果进行邻域分析和特征提取，去掉周围有幼儿园、学校等公共设施的地块，选择满足要求的地块将选择的地块及相关信息以地图和表格的形式打印输出。例3、洪水淹没损失分析分析目的和评价准则估计住宅用地被洪水淹设而造成的损失洪水水位的相对高程为500米损失的大小和居民的财产、地基的稳定性有关可获得的资料-数字化的地块多

29、边形地图。每个地块均有土地使用、可遭损失的财产状况、不同地基类型等属性-地块多边形属性表中有地均财产这一项，地均财产=估计财产/地块面积。-对每一类地基，可估计其稳定性，并估计房屋倒坍的可能性，称损失系数-数字化的等高线地形图进行空间操作-将地块多边形和高程多边形叠合，产生地块高程多边形地图和对应的属性表。-在地块高程属性表中选择高程小于等于500，土地使用性为住宅(R1、R2)的记录和地基损失系统对照表连接，获得新的地块高程属性表。估计损失=面积地均财产损失系数。-可知，当洪水淹没了500米以下的地区时，每个地块财产的大致损失状况。-对地块高程图按对应属性进行分类，得到洪水淹没损失分布图。第七章地理信息可视化可视化的一般原则符号运用地图符号系统中的视觉变量包括形状、大小、纹理、图案、色相、色值和彩度颜色运用色别表示不同类型的空间对象同类对象的色彩亮度和饱和度用来区分其重要程度色别适合表示定性数据，饱和度和亮度表示定量数据单色方案：同种颜色的不同亮度和饱和度表示定量数据双端色方案：两种主色的渐变色。适合表现具有正负值或增加与减少的数据。注记运用功能地图图形符号与地理要素联系的纽带模拟功能定位地理对象质量特征地理对象数量特征释义与定位的双重功能图面配置：是指图面内容的安排。图面内容包括图廓，图名，图例，比例尺，指北针是，制图时间，坐标系统，主图，封号等信息。地理信息系统的开发研究