测绘新技术及其发展趋势

测量学基础项目12测绘新技术及其发展趋势12.112.212.3全球定位系统的基本知识地理信息系统的基本知识遥感技术的基本知识学习目标

【知识目标】掌握全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和遥感（RS）技术的基本概念及应用情况。

【技能目标】能够结合学过的测量知识，运用测绘新技术进行测绘。项目12测绘新技术及其发展趋势全球定位系统的基本概念12.1.112.1全球定位系统的基本知识控制部分空间部分用户部分GPS系统空间部分1.1）GPS卫星的星座

GPS卫星的星座设计为21颗卫星加3颗轨道备用卫星，实际上已有27～28颗在轨运行卫星，其参数是：卫星高度为20200km；恒星轨道周期为718min；卫星轨道面有6个，每个轨道面至少有4颗卫星；轨道的倾角（轨道面与地球赤道面的夹角）为55°。12.1全球定位系统的基本知识在地球上或近地空间，任何时间内至少可见4颗卫星，一般为6～8颗。2）GPS卫星的可见性12.1全球定位系统的基本知识3）GPS卫星的信号（1）载波频率（3）测距码（2）卫星识别（4）导航数据12.1全球定位系统的基本知识控制部分2.（1）监控站（2）主控站（3）注入站用于接收卫星下行信号数据并至主监控站，监控卫星导航运行和服务状态。用于卫星轨道估计、卫星控制和定位系统的运行管理。用于将卫星轨道纠正信息、卫星钟差纠正信息和调整卫星运行状态的控制命令注入卫星。12.1全球定位系统的基本知识用户部分3.各种GPS接收机12.1全球定位系统的基本知识（1）大地测量型接收机。它一般用于高精度静态定位和动态定位。按照定位和导航功能的不同（2）导航型动态接收机。它一般用于实时动态定位。12.1全球定位系统的基本知识（1）双频接收机。按照能同时接收的载波频率（2）单频接收机。12.1全球定位系统的基本知识GPS技术的应用12.1.2GPS定位技术在科学研究中的应用1.1）GPS精密定时和时间同步的应用许多科学研究和工程技术活动对时间的要求非常严格。例如，要在地球上彼此相距甚远（数千千米）的实验室中利用各种精密仪器设备对太空中的天体、运动目标等进行同步观测，以确定它们的太空位置、物理现象和状态的某些变化，就要求各国相关实验室的原子钟之间能够进行精密的时间传递。目前，精密的GPS时间同步技术可以实现10-11~10-10的同步精度，这一精度可以满足上述情况。12.1全球定位系统的基本知识

GPS在几十千米到数千千米的范围内能以毫米级和亚厘米级的精度水平测量大陆板块的位移。目前，全球GPS地球动力学服务机构通过国际合作在全球各大海洋和陆地板块上布设了200多个GPS观测基准站，用来研究板块运动的短时间周期的运动规律，与地球物理和地质研究的长时期运动规律进行比较分析，研究地球板块边沿的受力和形变状态，预测地震灾害。2）GPS精密定位在地球板块运动研究中的应用12.1全球定位系统的基本知识

GPS技术经过20多年的发展，其应用研究的范围及应用领域得到了极大的扩展，其中一个重要的应用领域就是气象学研究。利用GPS理论和技术来遥感地球大气状态，进行气象学理论和方法的研究，如测定大气温度及水汽含量、监测气候变化等。3）GPS精密定位在大气层气象参数确定和灾害天气预报中的应用12.1全球定位系统的基本知识1）国家大地控制网的建设GPS定位技术在工程技术中的应用2.

GPS技术的出现，使建立和维持一个基于地心的长期稳定的、具有较高密度的、动态的全球性或区域性坐标参考框架成为可能。我国建立了国家高精度GPSA级网、B级网，军事部门布测的全国高精度GPS网，中国地壳变形监测网，区域性的地壳形变监测网和高精度GPS测量控制网等大地控制网。12.1全球定位系统的基本知识2）在工程施工测量、精密监测中的应用12.1全球定位系统的基本知识

GPS高精度的定时功能可在以交流电网的协同供电中发挥作用，使不同电网保持协同的相角，节约电力资源。大型电力系统中的功角稳定性、电压稳定性、频率动态变化及其稳定性都不是一个孤立的现象，而是相互诱发、相互关联的统一物理现象的不同侧面，其间的关联又会受到网络结构能否稳定运行的影响，因此必须进行精确监测。由于电力系统地域广阔、设备众多，其运行变量的变化也十分迅速，因此要想获取系统关键点的运行状态信息必须要依赖于统一的、高精度的时间基准，这在过去是完全不可能的，但GPS的出现和计算机、通信技术的迅速发展，使对全电网运行状态进行实时监测成为可能。3）在通信工程、电力工程中的应用12.1全球定位系统的基本知识将GPS接收机安装在车上，能实时获得监控车辆的动态地理位置及状态等信息，并通过无线通信网将这些信息送到监控中心，监控中心的显示屏上就会实时显示目标的准确位置、速度、运行方向及车辆状态等参数，方便监控、查询和调度管理，提高运营效率，确保车辆安全。当移动目标发生意外，如遭劫、车坏、迷路等，或向信息中心发出求救信息时，处理中心由于知道移动目标的精确位置，就可以迅速给予救助。因此，GPS定位技术特别适合公安、银行、公交、保安、部队、机场等单位对所属车辆的监控和调度管理，也可以用于对船舶、火车等的监控。4）在交通、监控、智能交通中的应用12.1全球定位系统的基本知识5）在测绘中的应用12.1全球定位系统的基本知识利用GPS对大海上的船只进行连续、高精度的定位与导航，有助于船舶沿航线精确航行，节省时间和燃料，避免船只碰撞。出租车、租车服务、物流配送等行业利用GPS技术对车辆进行跟踪和调度管理，合理分配车辆，以最快的速度响应用户的乘车请求，降低能源消耗，节省运行成本。GPS在车辆导航方面充当了重要的角色，在城市中建立数字化交通电台，实时发布城市交通信息，车载设备通过GPS进行精确定位，结合电子地图及实时的交通状况，自动匹配最优路径，以实现车辆的自主导航。根据GPS的精度和动态适应能力，它可直接用于飞机的航路导航，是目前远航线上最好的导航系统。6）海陆空运动载体（车、船、飞机）导航12.1全球定位系统的基本知识GPS在军事中的应用3.12.1全球定位肤系统的基应本知识地理信息系统的基本概念12.2.1数据与信息1.1）数据对于计算机而言，数据是输入到计算机内并能被计算机识别和处理的符号。数字、文字、符号、图形、图像等都可以成为数据。数据是信息的载体，是载荷信息的物理符号。数据本身并无意义，它们只有被赋予了特定的含义、代表着某些实体或现象时，才能变为信息。要建立地理信息系统，获取数据至关重要。数据被获取之后，可以对其进行运算、转换、分类、增强等处理，从而获得数据中所包含的信息。12.2地理信讽息系统的基本知蓄识信息是用数字、文字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或者特征，以便向人们提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、管理、经营、分析及决策的依据。信息具有客观性、实用性、可传输性、可共享性等特点。2）信息12.2地理信曾息系统的基本知学识1）地理数据地理数据与地理特征2.地理数据是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像、图形等的总称。地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性数据和时态特征。12.殊2地理信青息系统的基本知搬识（1）空间位置（2）属性数据（3）时态特征数据用来描述地物所在的位置又称为非空间数据，是描述物体的定性或定量的指标。是指地理数据采集或地理现象发生的时刻或时段。12.2地理信罗息系统的基本知派识地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征及一切有用的知识，它是对地理数据的解释。在地理信息中，其位置是通过数据来标识的，这是地理信息区别于其他类型信息的最显著的标志。地理信息具有区域性、多维结构特性和时序特征。2）地理信息12.莲2地理信息括系统的基本毕知识1）信息系统信息系统与地理信息系统3.信息系统（informationsystem）是具有采集、处理、管理和分析数据能力的系统，它能为决策过程提供各种有用信息。从计算机的角度看，信息系统是由计算机硬件、软件、数据和用户组成的。12.苍2地理信承息系统的基本高知识（1）信息管理系统（MIS）（2）决策支持系统（DSS）

MIS是一种基于数据库的回答系统，能提供给管理者所需信息以支持企业生产经营的人机系统，如生产管理信息系统、财务管理信息系统等。

DSS是在MIS基础上发展起来的一种信息系统，它不仅可以为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境，而且可以调用各种信息资源和分析工具，帮助决策者提高决策水平和质量。12.线2地理信域息系统的基本知麦识（3）智能决策支持系统（IDSS）（4）空间信息系统（SIS）

IDSS是在决策支持系统中进一步引入人工智能技术，如专家系统，以解决非结构化问题，提高系统决策的自动化程度。

SIS是对空间数据进行采集、处理、管理和分析的信息系统。由于空间数据的特殊性，使SIS的组织结构及处理方法有别于一般的信息系统。12.影2地理信息忙系统的基本煮知识地理信息系统（geographicinformationsystem，GIS）是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间数据进行采集、存储、管理、分析及再现，以提供规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统。2）地理信息系统12.舞2地理信息阅系统的基本弊知识GIS的特征（3）由计算机系统支持进行空间数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的空间分析方法，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。(2）以空间数据的研究和决策为目的，GIS具有空间分析、多要素分析和动态预测的能力，并能产生高层的空间信息。(1）GIS具有采集、存储、管理、分析和输出多种空间数据的能力。12.鬼2地理信凤息系统的基本知榆识GIS是一门宁多技术桃交叉的洒空间信池息科学喂，它既厚依赖于桑地理学付、测绘洒学、统鸡计学等坝基础性科学科，世又依赖植于计算湾机硬件昆与软件会技术、游航天技照术、遥间感技术料以及人碌工智能舅与专家永系统技凝术的进侨步和成缸就。GIS根据其研师究范围的盈大小，可律分为全球季性信息系条统和区域休性信息系记统；根据均其研究内塔容的不同蹲，可分为蜂专题信息蹲系统和综倘合信息系阿统；根据蓬其使用的凳数据模型谣的不同，陡可分为矢刺量系统、伐栅格系统顺和矢栅混河合系统；框根据系统艰的不同用配途，可分达为应用型渐地理信息西系统和工家具型地理质信息系统专等。12.2地理信熄息系统的基本滋知识资源管理1.资源的清查、管理与分析是GIS最基本的职能，也是目前GIS应用最广泛的领域。其任务是将各种来源的数据和信息汇集在一起，通过系统的统计与分析功能，按照多种边界和属性条件，获得区域多种条件组合形式的资源统计并进行原始数据的快速再现，为资源的合理利用和规划决策提供依据，如对森林和矿产资源的管理、土地资源的规划和利用、野生动植物的保护等。GIS的应用12.2.212.2地理信佛息系统的基本知金识区域规划2.区域规划具有高度的综合性，涉及区域自然地理环境、人文社会经济等诸多信息，把这些信息进行筛选并转换成可用的形式并不容易，而GIS能为规划人员提供功能强大的数据处理工具。例如，在城市公共设施的规划中，利用GIS的缓冲区分析功能容易发现服务盲区，便于规划设计时进行相应的调整；在生成的缓冲区叠加人口密度图，能够很方便地统计出每个公共设施服务的人数；与现状服务规模进行比较，就可以知道哪些公共设施服务的规模不够，需要新建或扩建服务规模。因此，利用GIS的空间分析和统计功能，可以摆脱传统规划设计思维，更加科学、合理地对公共设施进行规划和布局。12.偷2地理信券息系统的基本知墓识国土检测3.结合多时相的遥感数据，GIS可以有效地应用于土地利用动态监测、森林火灾的预测、洪水灾情的监测及淹没损失估算、环境的监测与质量评估等。例如，黄河三角洲地区的防洪减灾研究表明，在ARC/INFO地理信息系统的支持下，通过建立大比例尺数字地形模型和获取有关的空间及属性数据，利用GIS的空间分析功能，可以计算出不同泄洪区域内被淹没的土地利用类型及面积，比较不同泄洪区内房屋和财产的损失等，确定泄洪区内人员的撤退、财产转移、救灾物资供应的最佳路线。再如，通过对加拿大金矿带的调查，分析不宜再行开采的存在储量危机的矿山，优选出新的开采矿区，并做出综合预测图。12.矛2地理信丧息系统的基本职知识环境保护4.传统的环境数据库缺乏空间性，故无法对环境问题进行空间管理和空间分析。而GIS在数据的空间查询和空间分析上占有绝对的优势，可对有关如大气环境质量监测点、水环境质量监测点、功能区噪声监测点、交通噪声监测点、区域噪声监测点等的位置、级别和监测项目信息等进行查询，还可以对环境信息做进一步的统计和分析，绘出相应的图以便直观地进行分析及全面的评价。12.2地理信息皱系统的基本知帐识决策辅助5.GIS利用拥有的数据库，通过一系列决策模型的构建和分析，为宏观决策提供依据。例如，系统支持下的土地承载力的研究可以解决土地资源与人口容量的规划。我国在三峡地区的研究中，利用GIS和机械制图的方法建立了环境监测系统，为三峡宏观决策提供了建库前后环境变化的数量、速度和演变趋势等可靠的数据。12.摆2地理信亡息系统的基本知读识遥感技术的基本概念12.3.1遥感顾名思义身就是遥远伶感知事物呈，也就是牛不直接接泻触目标物削体，在距轮离地物几井千米到几茂百千米甚恰至上千千雹米的飞机学、飞船、凉卫星上使感用光学或月电子光学息仪器（称尿为传感器饱）接收地捆面物体反尼射或发射星的电磁波脉信号，并仿用图像胶梨片或数据篇磁带记录基下来，传闭送到地面股，经过信黑息处理、窃判读分析应和野外实监地验证，引最终服务趟于资源勘驳探、动态嫩监测和有喝关部门的副规划决策蹦。通常把迅接收、传职输、处理伯、分析判渴读和应用壁遥感数据率的全过程秀称为遥感养技术。12.3遥感技孟术的基呀本知识遥感之所以衡能够根朴据收集哑到的电菊磁波数伞据来判般读地面柄目标物胜和有关锅现象，析是因为参一切物焦体由于伯其种类草、特征坝和环境捷条件的逼不同，吴而具有星完全不算同的电衔磁波的秀反射或第发射辐旁射特征担。因此茧，遥感踏技术主及要建立团在物体宿反射或臭发射电致磁波的眨原理基筛础之上。12.蚀3遥感技神术的基辉本知识在国家基础测绘和建立空间数据基础设施中的应用1.各种分辨率的遥感图像是建立数字地球空间数据框架的主要来源，可以形成反映地表景观的各种比例尺影像数据库（DOM），可以用立体重叠影像生成数字高程模型数据库（DEM），还可以从影像上提取地物目标的矢量图形信息（DLG）。由于遥感卫星能长年地、周期地和快速地获取影像数据，因此就为空间数据库和地图更新提供了最好的手段。RS技术的应用12.2.212.柏3遥感技术吓的基本知木识在铁路、公路设计中的应用2.航空航天遥感技术可以为线路选线和设计提供各种几何及物理信息，包括断面图、地形图、地质解译、水文要素等信息，已在我国主要新建的铁路线和高速公路线的设计及施工中得到广泛应用。特别是在西部开发中，由于该地区人烟稀少、地质条件复杂，更能体现出遥感技术的优势。12.3遥感技术剩的基本知极识在农业中的应用3.遥感技术在农业中的应用主要包括：利用遥感技术进行土地资源的调查与监测，农作物的生产与监测，作物长势状况分析和生长环境的监测。12.3遥感技术罪的基本知撒识在林业中的应用4.利用遥感技术可以快速地进行森林资源调查和动态监测，可以及时地进行森林虫害的监测，定量地评估由于空气污染、酸雨及病虫害等因素引起的林业危害。遥感的高分辨率图像还可以参与和指导森林的经营与运作。气象卫星遥感是发现和监测森林火灾最快速、最廉价的手段，可以掌握起火点、火灾通过区域、灭火过程、灾情评估和过火区林木的恢复情况。12.肝3遥感技湿术的基需本知识在工业煤炭中的应用2.研究煤层在光场、热场内的物性特征是煤炭遥感的基础工作。煤层在热场中具有周期性的辐射变化规律，即煤层在地球的周日旋转中，因受太阳电磁波的作用不同，冷热异常交替出现，白天在日过上中天后出现热异常，夜间在日落到日出之间出现冷异常。因此，热红外遥感是煤炭工业的最佳应用手段。利用各种摄影或扫描手段获取的热红外遥感图像可用于识别煤层和探测煤系地层。12.3遥感技术遇的基本知呼识遥感技术在煤族炭工业中宣的主要应爸用包括：蜜煤田区域羊地质调查脖，煤田储灿存预测，我煤田地质见填图，煤头炭自燃，然发火区圈眼定、界线敲划分、灭摄火作业及缺效果评估膜，煤矿治胃水，井下双采空后的雕地面沉陷牲调查，煤金炭地面地饿质灾害调衔查，煤矿热环境污染南及矿区土同复耕等。12.贡3遥感技透术的基伏本知识在油气资源勘探中的应用6.

2.2μm附近的电磁波谱适宜鉴别岩石蚀变带，用TM影像检测有一定的效果。但TM图像相对较粗的光谱分辨率和并不覆盖全部需要的波段工作范围，影响其提取油气信息。20世纪90年代，蓬勃发展起来的成像光谱遥感技术，因其具有很高的光谱分辨率和灵敏度，故在油气资源遥感勘探中发挥了很大的作用。12.饥3遥感技践术的基存本知识利用遥感技术滩进行油气羊藏靶区预绵测的理论哪基础是：川地下油气贯藏上方存收在着烃类制微渗漏，移烃类微渗南漏导致地车表物质产垦生理化异云常。其主彩要的理化象异常类型仅有土壤烃谜组分异常响、红层褪美色异常、肢黏土丰度乱异常、碳渔酸盐化异烧常、放射速性异常、族热惯量异捷常、地表末植被异常怠等。油气扑藏烃类渗凤漏引起地站表层物质柱的蚀变现械象必然反静映在该物鱼质的波段上特征异常省上。遥感现技术通过地测量特定如波段的波剧谱异常，于可以预测承对应的地绍下油气藏等靶区。由锅于土壤中昏的一些矿逐物质（如顶碳酸盐矿广物质）的饶吸收谷也镜在烃类吸观收谷的范张围内，这辣给遥感探伏测烃类物洗质带来了色困难，因混此，要区招分烃类物委质的吸收疲谷必须实尾现窄波段请遥感探测稀，即要求捏传感器具搏有高光谱边分辨率的松同时具有衔高灵敏度捆。12.3遥感技术灰的基本知年识在地质矿产勘查中的应用7.遥感技术为地质研究和勘查提供了先进的手段，可为矿产资源调查提供重要的依据和线索，为高寒、荒漠和热带雨林地区的地质工作提供有价值的资料。特别是卫星遥感，为大区域甚至全球范围的地质研究创造了有利条件。遥感技术在地质调查中的应用主要是利用遥感图像的色调、形状、阴影等标志，解译出地质体类型、地层、岩性、地质构造等信息，为区域地质填图提供必要的数据。12.3遥感技术包的基本知旗识遥感工程地质勘查要解决的主要问题（1）岩性体特征分析。（2）灾害地质现象调查。（3）断层破碎带的分布及活动断层的活动性分析研究也是遥感工程地质勘查的研究内容。12.考3遥感技佛术的基繁本知识1）水资源调查在水文学和水资源研究中的应用8.遥感技术既可拴以用来观帐测水体本散身的特征兄和变化，皂又能够为答研究水体鼓周围的自太然地理条顷件及人文晕活动的影身响提供全国面的信息存，为深入徒研究自然趴环境和水羊文现象之府间的相互出关系，揭漫露水在自蛋然界的运堵动变化规哥律创造了宰有利条件呼。同时，羽由于卫星今遥感对自拆然界环境守动态监测辛比常规方醋法更全面淘、仔细、透精确，且料能获得全逐球环境动倾态变化的牛大量数据陵与图像，衣这在研究盒区域性的充水文过程仍，乃至全邪球的水文搂循环、水普量平衡等绩重大水文结课题中具笑有无法比候拟的优越股性。因此席，在陆地挨卫星图像伴广泛的应匀用中，水帅资源遥感铃已成为最摆引人注目配的一个方衫面，遥感锣技术在水抢资源调查重、水文情袖报预报和淘区域水文变研究中发鼓挥了巨大烘的作用。12.犹3遥感技悠术的基酱本知识利用多光谱卫源星图像寻茅找地下浅某层淡水及驼其分布规悬律也有一丸定的效果株。例如，大我国通过斑对卫星相稀片色调及膀形状特征病的解译分音析，发现尾广州东北傲地区的植蒙被特征与伤地下浅层亦淡水密切童相关，而鹊浅层淡水本空间分布财又与古河查道密切相申关，由此渴可以比较甜容易地圈新出广州东畜北地区浅起层淡水的氧分布范围乌。12.3遥感技怜术的基呈本知识水文情报预报的关键在于及时准确地获得各有关水文要素的动态信息。以往主要靠野外调查及有限的水文气象站点的定位观测，这样很难控制各要素的时空变化规律，在人烟稀少、自然环境恶劣的地区更难获取资料。而卫星遥感技术则能提供长期的动态监测情报。国外已利用遥感技术进行旱情预报、融雪径流预报和暴雨洪水预报等。遥感技术还可以准确确定产流区及其变化，监测洪水动向，调查洪水泛滥范围、受涝面积和受灾程度等。2）水文情报调查12.3遥感技术爸的基本知塔识在区域水文研究方面，国外已广泛利用遥感图像绘制流域下垫面分类图，以确定流域的各种形状参数、自然地理参数和洪水预报模型参数等。此外，通过对多种遥感图像的解译分析，