(遥感技术课件)第四章-3S技术与数字地球

第四章3S技术与数字地球

为什么"3S"技术"走到了"一起？人类有一个梦想，就是把世间一切事物都管起来。而遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS），它们具有天然的优势互补性，因此，它们就自然而然地“走到”一起来了。它们在3S体系中各自充当着不同的角色:RS是信息采集（提取）的主力GPS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GIS是信息的“大管家”。

第一节3S技术集成5S=RS、GIS、GPS、ES（专家系统）、DPS（数字摄影测量系统）一、RS与GIS的集成二、RS与GPS的集成三、GPS与GIS的集成四、RS、GIS、GPS集成的3S技术图数采集图形处理及地理分析出图配打印机3S技术的实现3S技术在林业上的应用1.森林资源调查。根据底图不同，一般有两种方法：一种是以地形图为底图，另外一种是以卫星影像为底图。桉树

2.森林资源动态监测2009-2010年森林资源的消长3.林业专题图制作森林分布图、造林规划图、土地分布图、经营抚育实施图、成熟林分布图等制作4.林火预测预报林火信息管理林火设施布局分析林火预测预报林火扑救指挥和实时监测灾后损失评估森林火灾具有突发性强、蔓延迅速的特点。利用3S技术可对森林火灾进行实时监控、预测预报，并能有效地指导林火的扑救，灾后的损失、过火面积评估。5.林业有害生物监测20世纪30年代,国外对受铁杉尺蠖危害的落叶林进行了航摄试验观察,揭开了林业有害生物遥感监测的序幕。监测途径：林业有害生物行为(如害虫迁飞、迁移等)、危害症状和生存环境的监测遥感手段：雷达、光学系统及航空摄影、摄像的方式成功案例：蝗虫的迁飞路线、危害地区、生态环境监测马尾松毛虫毒蛾湿地松粉蛤森林健康监测手段：Landsat卫星数据为主的信息源，GIS分析落叶灾害、甲虫红色灾害、蝗灾、失叶灾（马尾松毛虫、黄杉毒蛾、舞毒蛾等）、椰心叶甲灾（槟榔）6.森林资源经营、规划设计采伐抚育间伐造林规划速生丰产林、基地培育封山育林林种结构调整龄组结构调整7.野生动物资源调查8.城乡生态环境监测9.城市绿化遥感调查10.碳汇11.生物多样性12.林权管理3S技术在林业上应用存在问题可获取的卫星资料多，但适合研究用的高分辨率卫星影像价格太高，

空间定位、光谱精度急需提高。GPS

定位过程中易受林区乔木或特殊地形的遮蔽，卫星信号接收受干扰，定位、复位精度降低；另外，GPS

在减轻野外工作人员劳动强度方面优势不明显。现阶段遥感图像解译技术相对成熟，但地貌复杂零碎的山区，

解译森林资源的细部信息仍不理想。遥感图像信息丰富，目前用于林业各项研究的挖掘工作远远不够。3S

集成化水平低，影响多维数据的融合分析，离实用化还有一定距离。第二节精细农业（精准农业）一、定义：将遥感、地理信息系统、全球定位系统、计算机技术、通讯和网络技术、自动化技术等高科技与地理学、农学、生态学、植物生理学、土壤学等基础学科有机地结合，实现在农业生产全过程中对农作物、土地、土壤，从宏观到微观的实时监测，以实现对农作物生长、发育状况、病虫害、水肥状况以及相应的环境状况进行定期信息获取和动态分析，通过诊断和决策，制定实施计划，并在GPS与GIS集成系统支持下进行田间作业的信息化、现代化农业。二、实现精细农业的技术条件：RS、GIS、GPS、DSS（决策支持系统）和传感器技术。三、实际操作：把GPS接收机装在拖拉机或收割机等机械上，通过GPS接收机记录下各地方氮、磷、钾的缺少量，蔬菜、水稻、甘蔗、树林等的长势、成熟情况等的精确位置，并与计算机GIS系统连接起来合理安排农事、林事（施肥量、收割、补种等）。

精准农业案例北京昌平区的小汤山精准农业现代科技示范园目前，荆家、新城（270亩）等11处精准农业试验示范区已全部实现统一供种、深耕和测土配方施肥等，实现传统农业向精准农业的转变精准林业数字林业：以林业多信息源网络数据库为基础,以“3S”技术、智能技术、虚拟现实技术等为特征、具有三维显示和无缝多级数据共享的开放系统。精准林业：采用3S技术、数字通讯、机械自动化、传感器技术和林木遗传工程等在内的现代高科技技术对土地类型进行分析，建立森林生态模拟环境，对树木的育种、施肥、生长、病虫害防治和火灾事故预防实行监测。同时，以全站仪、掌上电脑PDA、数码相机对单株木的树干直径、材积、树心坐标、树冠表面积和体积等因子进行实时、自动、精准、定量监测。精准林业发展20世纪80年代，美国首先提出精准林业的构想1992年4月，美国召开了第一次精准林业学术研讨会2001年我国启动了“森林精准监测与重大病虫害遥感监测及预警系统研究”项目，为我国精准林业的建立奠定良好基础北京密云县是我国第一个精准林业示范基地北京市密云精准林业示范基地第三节4D技术数字高程模型（DEM）数字正射影像（DOM）数字栅格地图（DRG）矢量专题信息（DLG或DTI)数字高程模型DEM：用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(DigitalTerrainModel，DTM)的一个分支DTM：描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布等高线的输入原则·计曲线作为控制地形的同骨架，必须全部无误地输入。·有选择地输入首曲线，选取原则是：1）

山顶最高处首曲线必须输入。2）

沟底和山脊变化大时，所选的首曲线应该“搭肩”输入。3）

鞍部首曲线一般要求全部输入，但对于首曲线拥挤的鞍部，可以只输入高程改变处那一对首曲线，鞍部首曲线必须对称。4）

地形变化较大部位，如计曲线之间距离较大，相邻计曲线不套合以及山脊、沟底的分又处等等都属于地形变化大的部位。这些地方的首曲线要求合部输入式者至少要求隔一根输入一根。全数字摄影测量系统Virtuozo一个全软件化设计、功能齐全、高度智能化的摄影测量解决方案，提供从自动空中三角测量到测绘地形图的整体作业流程三维DEM的用途（1）

在数字地形图数据库中存贮高程数据（2）

解决道路设计和军事工程中的一些与高程有关的问题（3）

军事目的三维地形显示及风景设计和规划（4）

剖面视觉分析（5）

道路规划、大坝选址等（6）

不同地形之间的静态分析和比较（7）

产生坡度图、坡向图和生成着色地形图的坡度剖面图，辅助地貌分析或建立侵蚀图（8）

作为专题信息的显示背景或将地形数据与专题数据进行叠合（9）

为景观的图像模拟模型和景观处理提供数据（10）

通过将高程替换为其他连续变化的属性。数字正射影像定义：对航片、卫片等进行数字微分纠正和镶嵌，按一定图幅范围裁剪生成的数字正射影像集。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像优点：精度高、信息丰富、直观逼真、现实性强应用：洪水监测、河流变迁、旱情监测农业估产（精准农业）土地覆盖（土地利用）、土地资源动态监测荒漠化监测、森林资源监测、病虫害监测海岸线保护生态变化监测农村土地发证，指认宗地界线并数字化其点位坐标，土地利用调查等数字栅格地图定义：以栅格数据表示并以栅格数据结构存储的数字地图技术特征：地图地理内容、外观视觉式样与同比例尺地形图一样，平面坐标系是1980西安坐标系；地图投影采用高斯-克吕格投影；高程系统采用1985国家高程基准。应用：作为背景用于数据参照或修测拟合其他地理相关信息用于数字线划图（DLG）的数据采集、评价和更新，还可与数字正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM）等数据信息集成使用。派生出新的可视信息，从而提取、更新地图数据，绘制纸质地图。矢量专题信息定义：与现有线划基本一致的各地图要素的矢量数据集，且保存各要素间的空间关系和相关的属性信息。也称作矢量专题信息DTI技术特征：地图地理内容、分幅、投影、精度、坐标系与同比例尺地形图一致。图形输出为矢量格式，任意缩放均不变形应用：土地使用规划、控制商场、工厂、交通枢纽的选址城市建设管理农业气候区划环境工程、大气污染监测道路交通建设、管理自然灾害、战争灾害、其他灾害的监测、估计自然资源、人文资源、地貌变迁民生产业：医疗、公共事业、服务等第四节数字地球一、概述数字地球是以计算机、多媒体和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，并以此为工具，支持和改善人类活动和生活质量。数字地球最早是由美国副总统戈尔在1998年1月31日提出的。数字地球是一个开放系统。二、核心：用全盘数字化的信息获取、存储、传输与处理技术，去控制和操纵全球性的失误。找出那些影响全局的主导因子或关键问题。三、关键技术：高分辨率卫星遥感、高速网络与数据标准、大规模存储与元数据、虚拟现实技术。四、空间数据框架：数字正射影像、数字地面模型、道路、水系、行政境界、公共地籍、地名注记等。数据采集与更新体系数据处理与储存体系信息提取与分析体系数据与信息传播体系数据库体系网络体系应用模型体系专用软件体系标准与互操作体系数字地球组成体系数字地球的应用解决国家之间的争端。维护社会安定，打击犯罪。自然灾害的预测，灾后应急指挥与重建。数码城市（Cybercity）。城市和农村的规划、市政管理、城市环境、城市通讯与交通、公安消防、保险与银行、旅游与娱乐等。提高工农业生产力。智能运输系统。数字战场。地形地貌侦察、军事目标跟踪监视、飞行器定位、导航、武器制导、打击效果侦察、战场仿真、作战指挥等专家服务。地壳运动、地质现象、地震预报、气象预报、土地动态监测、资源调查、灾害预测和防治、环境保护等。数字城市定义：以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用遥感、全球定位系统、地理信息系统、遥测、仿真、虚拟等技术，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，即利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现基础：信息基础设施