3s技术在生态学上的应用

• 3、GIS的应用
GIS巨大的数据处理
能力及卓越的空间分析功能，使之成为国
家宏观管理和区域多目标开发的重要工具，
也是生态学研究及生态管理的重要工具与
工作平台。尤其在景观生态学、生态规划
与设计、生态工程学、生态系统动态模拟
等诸多领域，GIS及RS、GPS具有不可或
缺的重要性。
• 三、全球定位系统
• 二、地理信息系统 • 1 基本概念 • 数据: 通过数字化或记录下来的可以被鉴别的符号。 • 信息: 关于现实世界的知识，是数据、消息中所包含的意
义，与设备无关。
• 地理信息：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、联系或规律等的数字、文字、图像、图 形的总称。
• 地理信息具有区域性、多层次、动态变化 • 地理信息系统（Geographic Information System）： • 在计算机软硬件支持下，运用系统工程与信息科学的理论，
需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够
在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载
波相位动态实时差分（Real - time kinematic）方法，是
GPS应用的重大里程碑。 RTK技术的关键在于数据处
理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实
时地把观测数据（伪距观测值，相位观测值）及已知数据
存贮设备、通讯传输设备；
• GIS数据库： • 空间数据、属性数据； • 掌握GIS技术的a) 数据输入、存贮、编辑：
• 输入：各种来源的空间与属性数据输入计算机，并进行格 式转换，包括：
•
数字化：跟踪数字化、扫描数字化；
•
规范化：对不同比例尺、不同投影坐标系统、不同精
度的外源数据统一坐标、统一记录格式，以便在同一基础
上工作。
•
数据编码：根据一定的数据结构和目标属性特征，将
数据转化为便于计算机识别和管理的代码或编码字符。
• 存贮：以某种格式记录于存贮介质。
• 数据编辑：修改、增加、删除、更新……
• b) 操作运算 • 操作：数据格式转换、叠加、拼接、剪裁等； • 运算：算术运算、关系运算、逻辑运算、函数运算等。 • c) 数据查询、检索 • d) 应用分析
科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供规 划、管理、决策、研究所需信息的技术工具。
• 2、GIS系统组成与功能 • 1) 组成： • 软件系统：操作系统（OS）、输入系统、数据编
辑系统、数据管理系统、空间分析系统、输出系 统；
• 硬件系统： • 主机（管理与分析设备）、输入设备、输出设备、
水域A2
农林植被A3
城镇建设用地A1
转移概率（Pij） (19912002)
水域A2
80.806 69.79% 74.538 4.270 36.977 0.6438 0.0369
-18.128 -16.46% 16.829 65.796 27.496 0.1527 0.5970
-9.666 -1.27% 117.977 20.093 623.302 0.1550 0.0264
• 2、RS系统的构成 • 主要包传感器技术，信息传输技术，信息处理、提取和应
用技术，目标信息特征的分析与测量技术等。 • 遥感技术系统包括：空间信息采集系统(包括遥感平台和
传感器)，地面接收和预处理系统(包括辐射校正和几何校 正)，地面实况调查系统(如收集环境和气象数据)，信息分 析应用系统。 • 通常用到的传感器包括： 航空摄影机(航摄仪)、全景摄 影机、多光谱摄影机、多光谱扫描仪(Multi Spectral Scanner, MSS)、专题制图仪(Thematic Mapper, TM)、反 束光导摄像管(RBV)、HRV(High Resolution Visible range instruments)扫描仪、合成孔径侧视雷达(SideLooking Airborne Radar, SLAR)。 • 主要应用的遥感软件是PCI、ENVI和ERDAS 。
Inversion
城市化进程土地利用及其转移(km2)
城镇建设用地A1 水域A2 农林植被A3
1991年面积
115.784
110.121 761.371
2002年面积
209.344
90.158
687.775
变化幅度(19912002) 相对变幅(19912002)
城镇建设用地A1
转移面积（Aij） (19912002)
感技术，环境遥感技术，气象遥感技术，海洋遥 感技术等。
• 4、RS技术的应用生态学家主要利用遥感影像判读，制作 专题地图，研究植被类型及其分布；土地利用类型及其面 积，生物量分布，土壤类型及其水分特征，群落蒸腾量， 叶面积指数，叶绿素含量；陆地水资源调查、土地资源调 查、植被资源调查、地质调查、城市遥感调查、海洋资源 调查、测绘、考古调查、环境监测和规划管理等。 与其 他方法相比，RS具有以下特点： ① 观测过程中，传感器、 摄影镜头与被观测物体不相接触，可以避免研究者对研究 对象的直接干扰，并可进行重复性观察。 ② 航空摄影镜 头和卫星传感器具有不同光谱幅度和空间分辨率，可处于 不同的观察高度，从而可提供多尺度上的资料。 ③ 遥感 数据一般为空间数据，即所测信息与地理位置相对应，通 过软件解译，可直接应用于景观生态结构、功能、动态过 程研究。
第二十一章 生态学研究方 法
• §１、3S技术及其在生态学研究中的应用
• 一、植被遥感
• 1、遥感 RS是指不接触被测物体，利用某 种传感器装置，获取观测对象特征信息并 对这些信息进行提取、加工、表达和应用 的一门科学和技术。 RS是以物理、数学、 地学分析为基础的综合性技术，具有宏观、 综合、动态和快速的特点，是生态学研究 中采集数据的主要手段之一。
• 3、RS的类型RS技术依其遥感仪器所选用的波谱 性质可分为：电磁波遥感技术，声纳遥感技术， 物理场(如重力和磁力场)遥感技术。 按照感测目 标的能源作用可分为：主动式遥感技术和被动式 遥感技术。 按照记录信息的表现形式可分为： 图 像方式和非图像方式。 按照遥感器使用的平台可
分为：航天遥感技术，航空遥感技术、地面遥感 技术。 按照遥感的应用领域可分为：地球资源遥
单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。 由于不能有效消除 电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线 （<15km）的精密定位。双频接收机可以同时接收L1，L2载波信号。 利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层 对电磁波信号的延 迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。 按接收 机通道数、工作原理等进行分类。
应用ＴＭ影像反演的江阴市2002年LAI分布
城市管理信 息绿地系统
城市遥感 数据
GPS支持下 实地调查
RS系统软 件处理
数据库
RS系统软 件处理
GIS空间分析 管理与维护
评价、统计报 表、决策支持
• 3.GPS接收机分类 • 按接收机的用途分类：导航型接收机、测地型接收机、授时型接收
机 车载型——用于车辆导航定位；航海型——用于船舶导航定位； 航空型——用于飞机导航定位。测地型接收机主要用于精密大地测量 和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位， 定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。 授时型接收机主要利用 GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通 讯中时间同步。 按接收机的载波频率分类：单频接收机、双频接收机
• 4.差分GPS定位技术及发展
差分技术很早就被人们
所应用。它实际上是在一个测站对两个目标的观测量、两
个测站对一个目标的观测量或一个测站对一个目标的两次
观测量之间进行求差。其目的在于消除公共项，包括公共
误差 和公共参数。在以前的无线电定位系统中已被广泛
地应用。
常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都
• 1.什么是全球定位系统（GPS） 全球定位系统 （Global Positioning System - GPS）是美国从本世纪 70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年 全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与 定位能力的新一代卫星导航与定位系统。 GPS以全 天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测 绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、 航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工 程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给 测绘领域带来一场深刻的技术革。
社会、经济要素，以供全国性咨询。
• 区域性GIS
•
以某个地区为研究、分析对象，同时围绕某个
主题，或者匹配区域内其它一些要素，为区域研究、管理、
规划提供信息。如：我国黄土高原信息系统等。
• 专题性GIS
•
以某一专业、任务或现象为主要内容的系统，
如森林管理信息系统、水质信息系统、城市绿地管理信息
系统等。
• 2.GPS系统如何组成 GPS系统包括三大部分： 空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—地面 监控系统； 用户设备部分—GPS信号接收机。 由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫 星星座，记作（21+3）GPS星座。 GPS系 统的控制部分由设在美国本上的5个监控站组成， 这些站不问断地对GPS卫星进行观测，并将计算 和预报的信息由注入站对卫星信息更新。 接 收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件 包，构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结 构分为天线单元和接收单元两大部分。
• 按需建立应用分析模型，为评价、管理、决策服务，如空 间信息测量与分析、统计分析、地形分析、网络分析、叠 加分析、缓冲区分析、决策分析等。
• 应用分析功能是系统性能的重要标志之一。 • e) 数据更新、数据显示、结果输出。
• 3） GIS类型
• 综合性GIS
•
按全国统一的标准存储国家范围内的各种自然、
传输给流动站接收机，数据量比较大，一般都要求9600的
波特率，这在无线电上不难实现。
四、3S技术在生态学中的应用
ETM DEM
Relative PAR
NDVI
Stocking Measured
sub-compartment investigate Data
Stepwise Regression Relationship Building