3S原理与应用复习题

PAGE4-3S期末复习资料考试时间：2011年12月21日(14:00-16:00)考试地点：创新楼104题型：填空20%（0.5分/空）、名词解释20%（2分/题）、简答题30%（5—6题）、计算或证明10%（1题）、综合论述20%（10分/题）第一章绪论地球信息科学（Geoinformatics或Geomatics）：又译为地理信息科学，是测绘学、摄影测量与遥感学、地图学、地理科学、计算机科学、卫星定位技术、专家系统技术与现代通讯技术等的有机集成，即多种学科的综合。是用各种现代化方法采集、量测、分析、存储、管理、显示、传播和应用与地理和空间分布有关数据的一门综合的计算机信息科学、技术和产业实体。地球信息科学的特点：①动态性、②系统化、③实时性、④空间特征、⑤信息科学。★“3S”技术的含义：即遥感RS、全球定位系统GPS和地理信息系统GIS。★遥感的概念RS（抽象）：安装在平台上的传感器，借助于某种信息传播媒介来感测遥远事物的过程。RS技术（具体）：从不同高度的平台（如飞机、人造卫星等）使用传感器收集地物的电磁波信息，再将这些信息传输到地面并加以处理，从而达到对地物的识别与监测的综合技术。★遥感的分类：按遥感平台分：航天遥感、航空遥感、地面遥感。按传感器工作方式分：被动遥感（传感器本身不发射任何人工探测信号，只能被动地接受来自对象的信息）。主动遥感（传感器本身带有电磁波的辐射源，工作时向目标发射信号，接收目标物反射这种辐射波的强度）。★全球定位系统（GPS）或卫星导航系统：是由一系列卫星组成的导航星座，对地面、海面、空中物体的三维位置、三维速度和一维时间进行实时、连续、全天侯精确测量的技术系统。★地理信息系统（GIS）：在计算机软件和硬件的支持下，以一定的格式输入、存贮、检索、显示和综合分析现实世界的各类空间数据及属性特征的技术系统。由于它有自已完整的理论体系，现已发展成为一门学科。第二章空间信息技术基础★黄道面：地球绕地轴（地球旋转轴）自转的同时也绕太阳公转，地球绕太阳公转的平面即称为黄道面。铅垂线：地理空间中任意一点的重力作用线。我国常用的国家大地坐标系有：BJ54（1954年北京坐标系）；GDZ80（1980年国家大地坐标系）；WGS-84（全球公用的地球坐标系）。高程：绝对高程：地面点沿铅垂线至大地水准面的距离，亦称为海拔。假定高程：以某假定水准面作为起算面，则地面点沿铅垂线至假定水准面的距离，亦称为相对高程。高程异常：由于大地水准面与参考椭球面不重合，它们之间的距离称为高程异常，用ξ表示。ξ=H大地高-HA。地图投影：由于球面的不可展示性，为了将椭球面上各点的大地坐标，按着一定的数学法则，变换为平面上相应点的平面直角坐标。实质是。。。。地图投影的种类：按变形的性质分等角投影，等积投影，等距投影；按展开方式分方位投影、圆柱投影、圆锥投影；按投影面积与地球相割或相切分割投影和切投影。★我国的地图投影主要采用高斯—克吕格投影。在大比例尺时，采用高斯—克吕格投影（横轴等角切椭圆柱投影），在中小比例尺时，采用兰勃特投影（正轴等角割圆锥投影）。★高斯投影的特点：中央经线和赤道投影后为互相垂直的直线，且为投影的对称轴；投影具有等角的性质（投影后经纬线相垂直）；中央经线投影后保持长度不变。★高斯—克吕格投影的优点：等角性适合系列比例尺地图的使用与编制；经纬网和直角坐标的偏差小，便于阅读使用；计算工作量小，直角坐标和子午收敛角值只需计算一个带。★地形图的分幅与编号我国基本地形图的分幅和编号是按国际规定的在1:100万地形图基础上，按经纬度进行。1:100万地形图的分幅和编号：1∶100万地形图分幅和编号是采用国际标准分幅的经差6°、纬差4°为一幅图。如北京某地的经度为116°26′08″、纬度为39°55′20″，所在1∶100万地形图在北半球第10行，第50列，其编号为J-50。（北京按纬差4度，经差6度分，J-50）1:50万，1:20万，1:10万地形图的分幅和编号,这三种图在1:100万地形图基础上，按经纬度划分。①1:50万按纬差2度，经差3度分，分4幅图，J-50-A；②1:20万按纬差40’，经差1度分，分36幅图，J-50-A-[1]；③1:10万按纬差20’，经差30’分，分144幅图，J-50-144。1:5，1:2.5万，1:1万地形图的分幅和编号，这三种图在1:10万地形图基础上，按经纬度划分。①1:5万按纬差10’，经差15’，分4幅图，J-50-144-A；②1:2.5万按纬差5’，经差7.5’，分16幅图，J-50-144-A-1；③1:1万按纬差2.5’，经差3.75’，分64幅图，J-50-144-[10]。地形图的公里网：在大于1:10万的地形图上绘有高斯－克吕格投影平面直角坐标网，其方格为正方形，以公里为单位，故又称公里网。公里网在地图上的间隔是随地图比例尺大小不同而不同的。在1﹕1万地形图中，公里网间隔10cm，实地距离1km。在1﹕2.5万地形图中，公里网间隔4cm，实地距离1km。在1﹕5万地形图中，公里网间隔2cm，实地距离1km。知点，通过对已知点的观测得到已知数据与观测数据之间的差值，然后用此差值对未知点的观测数据进行改正。主要有①伪距差分、②位置差分、③载波相位差分等基本定位模式。★美国政府的GPS政策：SA技术：主要包括下列两个内容有意识地在广播星历中加入误差，在(1)式中起始计算数据Xi,Yi,Zi中加入误差，使星历精度降低，称之为ε技术。有意识地在卫星钟的钟频信号中加入误差，使钟频相对于标准频率10.20MHz产生±2Hz的抖动，变化周期约10分钟，从而使(1)式中Si有误差，即降低观测值精度，称之为δ技术。AS技术：就是对P码(精码)的码结构进行保密，以防敌对方进行电子干扰和电子诱骗。具体措施是将P码与保密的W码相加，形成更为保密的Y码。★对抗SA和AS的主要对策有：差分定位系统的建立：在资源和环境中，通常采用RTD（以码相位为观测值的实时差分GPS定位技术）和RTK（以载波相位为观测值的实时动态差分技术）；建立独立的卫星测轨系统；建立独立自主的卫星导航定位系统和不同卫星定位系统的联合定位；对AS实施解密。第五章遥感系统和遥感技术的物理基础遥感过程：是指遥感信息的获取、传输、处理，以及分析判读和应用的全过程。遥感技术系统包括四个部分：①遥感试验是（基础）、②遥感信息获取（中心工作）、③遥感信息处理、④遥感信息应用（最终目的）。电磁波谱：按照波长的长短顺序将各种电磁波排列制成的一张图表叫做电磁波谱。常用电磁波谱：可见光、红外线、微波是RS中常用的三大波段。根据辐射的波长与散射微粒的大小之间的关系，可将散射作用分为三种：瑞利散射（d<λ）、米氏散射（d≈λ）和非选择性散射（即d＞λ）。大气窗口：电磁波在大气中传输时，通过大气层未被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段范围。★地物的反射光谱特性：地物的反射率随入射波长变化而变化的规律。地物的反射光谱特性和反射光谱曲线：地物的反射率随入射波长变化而变化的规律，称为地物的反射光谱特性。以波长为横坐标，反射率为纵坐标，绘成的曲线图称为地物反射光谱曲线。植物的发射光谱曲线的绘制及其影响因素。规律：在蓝光波段（0.38～0.50μm）反射率低，绿光波段（0.50～0.60μm）的中点0.55μm左右，形成一个反射率小峰，这就是植物叶子呈绿光的原因。在红光波段（0.60～0.76μm），起先反射率甚低，在0.65μm附近达到一个低谷，随后又上升，在0.70～0.80μm反射率陡峭上升，到0.80μm附近达到最高峰。（如图所示：）。。。影响植物反射率的主要因素包括叶绿素、细胞结构和含水量等。第六章遥感技术体系航空摄影的种类：按象片倾斜角分类（象片倾斜角：是航空摄影机主光轴与通过镜头中心的铅垂线间的夹角a。）：垂直摄影：a<3°，得到水平象片，各部分比例尺大致相同，可量测距离。倾斜摄影：³a3°，得到倾斜象片，变形大，但摄取面积大。★按摄影的实施方式分类：单片摄影、航线摄影、面积摄影。对于航线摄影和面积摄影而言，象片之间存在着一定的重叠，包括：①航向重叠（纵向重叠）：在同一条航线上相邻两张象片间的重叠；重叠度为53%～60%；用于相邻象片地物的互相衔接和立体观察。②旁向重叠（横向重叠）：相邻航线间相邻象片的重叠；重叠度为15%～30%；用于象片镶嵌等。航空象片物理特性的影像因素：包括地物的反射特性、感光材料性能和摄影机镜头的分辨率等，是影响色调的主要因素。航空象片的几何特性：中心投影：空间任意点A均通过一固定点（投影中心）投影到一平面上，投影中心S、投影平面P和空间点A三者之间的关系任意。垂直投影：所有投影光线互相平行且垂直地投影到投影面上。中心投影与垂直投影的区别：投影距离影响比例尺，即航高影响比例尺：（f：焦距，H：航高）。地形起伏引起象点位移，产生投影差，从而引起比例尺变化。投影面倾斜产生倾斜误差，引起象片上各部分比例尺不一致。航空象片的主要点、线、面：由于航片一般会有一定倾斜，故有一些具有特殊性质的象点：象主点（O）：主光轴SO与象面的交点，即象片中心点。象底点（n）：S的铅垂线与象面的交点。等角点（c）：倾斜角a的分角线与象面的交点。主垂面：包含主垂线与主光轴的平面。主纵线（VV）：主垂面与象面的交线，通过象主点和象底点。主横线（hoho）：与主纵线垂直且通过象主点。等比线（hchc）：通过等角点且垂直于主纵线，等比线上比例尺不变。★航空象片由于地形起伏产生的投影差为：（证明或计算）证明：∵△Saa0∽△SA0¢A0∴又∵△Sao∽△AA0¢A0∴∴同理，（其中ao、bo为象点到象主点的距离，即r。；以dh表示aa0、bb0）则有：（掌握参数意义，没找到，大家自己研究下）★投影差：航空像片投影差是由于地形起伏的影响，在垂直摄影的像片，高于或低于基准面的地物点影像位置与平面位置相比较，产生了位移，其位移量投影差。投影差规律（对于水平象片）：投影差大小与象点距离象底点的距离成正比，距象底点愈远，dh愈大，象底点无象点位移。dh与h成正比，h>0时，dh>0，象点离开中心点向外移动；h<0时，dh<0，象点向着象底点移动。dh与H成反比，H愈大，dh愈小。★航空象片判读：判读标志：形状、大小、色调、阴影、纹理（组合图案）。判读方法：直接判定、对比分析（与已有的标准象片比较）、逻辑推理。过程。。。陆地卫星：（填空）★Landsat-5为双向扫描共七个通道。TM1-5和TM7为30m´30m的地面分辨力，TM6为120m´120m。★Landsat-7ETM+有八个通道，增加的全色波段分辨率为15m，TM6提高到60m´60m。回归周期（重复周期）：Landsat1-3为18天，Landsat4-7为16天。扫描宽度：185km´185km。★HRV地面分辨力：多谱段：20´20（m´m）。全色波段：10´10（m´m）。第七章遥感图像处理技术遥感数据：模拟图象产品：有两个来源，其一是由遥感数据经激光扫描输出；其二是在空间遥感平台利用光学遥感系统获取的产品。它是目前经常使用的一种遥感数据；数字图象产品：将遥感传感器获取的地面光谱图像信息以数字的方式记录在计算机兼容磁带或其它介质上。利用遥感图象处理软件，可对数据进行增强、几何校正、地理编码、分类，也可与其它数据匹配、比较、融合。★遥感数据：对模拟图象进行采样获得数字图象。模拟图象：灰度和颜色连续变化；数字图象：模拟图象经采样和量化后成为一幅由一系列灰度值不连续的、按行列有规律地排列的像元组成的图象。3个标准：空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率模拟图象到数字图象的转化（A-D转换）：包括采样和量化两个过程。★采样：位置离散化，将模拟图象按纵横两方向分割为若干个形状、大小相同的像元，即等间隔取样成离散值，各像元的位置其所在的行和列表示，一幅图象可以表示成一个矩阵。（采样周期：相邻两个像元中心的间距。）★量化：以每个像元的平均灰度或中心部分的灰度作为该像元的灰度值的处理过程。数字图象中的像元灰度值可以是整型、实型和字节型。为了节省存储空间，字节型最常用，即每个像元亮度记录为一个字节。★信息源与最佳时相的选择依据（4个）：①遥感数据的空间分辨力、②时间分辨力、③光谱分辨力、④一次成像的覆盖范围和价格。★彩色图象合成的原则：①具有最大信息量；②组合波段间具有最小相关性的原则。在分类中，一般通过地物的波谱特性分析以及量化分析方法，还要考虑不同的时相、季相对判读效果的影响。几何校正的原因、目的和步骤：原因：卫星图像的几何性能受卫星轨道与成像姿态的稳定性、扫描偏差、地形起伏等等多种因素影响而发生几何畸变。目的：经运算处理把处于两个坐标空间的原图像变换到新的图像坐标空间，得到某种归正的投影图，使没有任何实际地理坐标信息的图象变换到特征的地理坐标空间，满足不同类型或不同时相的遥感影像之间的几何配准和复合分析，以及遥感图象与其它来源的信息的匹配。步骤：几何校正分两步。粗校正：由接收部门根据遥感平台、地球、传感器的各种参数进行；精校正：用户根据使用目的的不同由投影及比例尺进行。遥感解译的方法：遥感图象的目视解译：准备工作、图象预判和编制专题图略图、野外实况调查和地学验证、室内解译编绘成图；计算机自动解译分类：一般过程、一般方法（有监分类和无监分类）、新的分类方法（基于人工智能理论的专家系统分类，神经元网络分类方法）。★有监分类：有监分类方法是通过训练区内样本的光谱数据计算各类别的计特征参数，作为各类型的度量标准，然后根据判别规则将图像的各象元分到一定的类别中。★无监分类：无监分类是直接利用象元灰度值的统计特征进行类别划分，常用无监分类方法有逐步聚类方法、系统聚类法等等。有监分类的过程：遥感图象的预处理。选择训练区。分类。分类精度统计分析。野外调查与地学验证。分类图编制。第八章GIS的组成和功能★地理信息系统的组成：典型的GIS应包括四个基本部分：计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据库和系统管理应用人员。地理信息系统的功能：数据的采集、检验与编辑。数据处理。空间数据库的管理。基本空间分析。应用模型的构建方法。结果显示与输出。GIS空间数据的类型：空间要素数据：如环境污染类型、土地类型数据、城市规划分类数据等；面域数据：如多边形的中心点，行政区域界线及行政单元等；网络数据：如道路交点、街道和街区等；样本数据：如气象站、环境污染监测点、航空航天影象校正的野外控制数据等；曲面数据：如高程点、等高线或等值线区域；文本数据：地名、河流名称和区域名称；符号数据：点状符号、线状符号和面状符号（晕线）；图象数据：航空、航天图象，野外摄影照片等；多媒体数据：音频数据、视频数据。空间数据表达主要有两种数据格式：网格格式（又称栅格格式）：假想用一个细密的网格蒙在一张图件上，每一格点都属于图件的一个区域。若某位置有一点E，那么该点所在网格标为E即可。线F，则在线所途经的所有网格全部标为F。矢量格式：在图件设置一个X-Y平面坐标系，图件上任意一点都有（X,Y）坐标值。对于点状地物，就用该点所在的坐标（X,Y）表示它的空间位置。对于线状地物，就用该线上经采点采出的一连串坐标点的连线来表达。★两种数据格式的优缺点：优点缺点矢量格式便于面向对象（如土壤类型、土地利用单元等）的数据表示数据结构复杂数据结构紧凑、冗余度低软件和硬件技术要求比较高有利于网络分析多边形叠置分析比较困难图形显示质量高、精度好显示与绘图成本比较高图形运算效率高，投影转换容易实现数据共享不易实现栅格数据结构数据结构简单图形数据量大、冗余度高空间分析和地理现象的模拟均比较容易投影转换比较困难有利于同遥感数据的匹配应用和分析图形显示质量比较低输出方法快速、成本比较低廉现象识别的效果不如矢量方法易于实现数据共享图形运算效率低★两种数字化方式的比较：★遥感数据的获取（遥感和GIS结合的3种方式：）：目视法获取遥感影像数据。将RS影像作为基础层输入到GIS中，实现栅格影象和GIS线划图的叠置，从中提取信息。将RS直接进入GIS系统，利用RS实现对GIS空间数据和属性数据的更新。GIS的空间数据源的类型：①地图数据、②遥感数据、③测量数据、④野外采集数据、⑤调查统计数据、⑥法律文档数据、⑦已有系统数据等等。第九章空间数据的结构栅格结构：用规则的网格阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织形式。具体的说，将地理空间划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元，地理实体的位置由其所在的网格的行和列来定义，地理实体的属性由网格的代码决定。栅格结构的显著特点是：属性明显，定位隐含，即数据直接记录属性的指针或属性本身，而所在位置则根据行列号转换为相应的坐标，也就是说定位是根据数据在数据集中的位置得到的。★栅格数据编码包括：①链码（适合于存储图形数据）；②游程长度编码；③块码。★游程长度编码方法有两种方案：一种编码方案是，只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同的代码重复的个数，从而实现数据的压缩。另一种游程长度编码方案就是逐个记录各行（或列）代码发生变化的位置和相应代码。矢量结构：通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许任意位置、长度和面积的精确定义，即用点、线、面表现地理实体，其空间位置由所在的坐标参考系中的坐标定义。空间数据误差的来源：数据采集引起误差。如野外测量仪器的误差、记录的误差；RS数据纠正和提取误差；地图印刷误差、坐标转换引起误差等。数据输入引起的误差。如数字化误差、格式转换引起的误差等。数据存储引起的误差。数据存储选用精度不够、存储空间数据的格网太大、比例尺太小等数据处理引起的误差。如插值引起的误差、叠加引起的误差、算法产生的误差等。数据输出引起的误差。如输出媒体不稳引起的误差、设备精度引起的误差等。数据使用引起的误差。如选择和使用不当引起的误差等。★传统数据库系统的数据模型：层次模型树数据结构网络模型图数据结构关系模型表数据结构★数据模型的分类：概念模型、逻辑模型、物理模型。数据库技术：关系数据库技术、SQL查询语言（结构化查询语言）、面向对象的数据库管理系统、对象关系数据库技术第十章空间数据分析空间分析的主要内容：①查询检索；②形态分析；③地形分析；④叠置分析；⑤邻域分析；⑥网络分析；⑦图象分析；⑧应用模型分析。空间量算包括有：★长度计算矢量数据的长度计算两点（x1,y1)(x2,y2)之间距离D的计算：点（x0,y0)到直线之间欧氏距离的计算：线目标的长度n表示组成线目标的线段数栅格数据的长度计算用8邻域方向累加地物骨架线通过的栅格数目,Nd——水平和垂直方向的栅格数Ni——对角方向的栅格数D——每个栅格的长度★面积的计算空间数据的自动量算是GIS的重要功能，也是进行空间分析的定量化基础。面积的量算（辛普森（Simposion)公式）矢量格式下面积的量算通常用辛普森公式栅格数据面积的计算：统计相同属性的格网数目。辛普森公式的作用：编程时自动计算面积的公式。判断多边形闭合坐标链走向：计算出面积为正，坐标链走向顺时针；计算出面积为负，坐标链走向逆时针。判断线段（矢量）和空间的关系：计算ABPA的面积，如为正，坐标链走向顺时针，P在右面。计算ABPA的面积，如为负，坐标链走向逆时针，P在左面。★缓冲区分析：是指给定空间对象的邻域，通常用邻近度描述地理空间中两个地物距离相近的程度。即基对点、线或面等因素，按指定的条件，在其周围建立一定空间区域作为分析对象，该区域称缓冲区。对缓冲区的范围所进行覆盖状况分析，或对区域中的各种要素所进行的统计分析，称为缓冲区分析。（注：缓冲区分析要涵盖缓冲区的定义。）★网络分析：两个矩形：①邻接矩阵：是顶点之间相邻关系的矩阵。②关联矩阵：是顶点和边之间