3s技术集成

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3S集成技术
主要内容

遥感简介 全球定位系统简介 GIS与遥感的集成及技术 GIS与全球定位系统的集成及技术
1.遥感简介

定义


广义的解释:一切与目标物不接触的远距离探测。 狭义的解释:遥感(Remote Sensing,RS),通常是 指通过某种传感器装置,在不与研究对象直接接触 的情况下,获得其特征信息,并对这些信息进行提 取、加工、表达和应用的一门科学技术。 作为一个术语,遥感出现于1962年,而遥感技术在 世界范围内迅速的发展和广泛的使用,是在1972年 美国第一颗地球资源技术卫星(LANDSAT-1)成功发 射并获取了大量的卫星图像之后。近年来,随着地 理信息系统技术的发展,遥感技术与之紧密结合, 发展更加迅猛。

理论基础



振动的传播称为波。电磁振动的传播是电磁波。电磁波的波段按波 长由短至长可依次分为: γ-射线、X-射线、紫外线、可见光、红外 线、微波和无线电波。电磁波的波长越短其穿透性越强。 遥感探测所使用的电磁波波段是从紫外线、可见光、红外线到微波 的光谱段。 太阳作为电磁辐射源,它所发出的光也是一种电磁波。太阳光从宇 宙空间到达地球表面须穿过地球的大气层。太阳光在穿过大气层时, 会受到大气层对太阳光的吸收和散射影响,因而使透过大气层的太 阳光能量受到衰减。但是大气层对太阳光的吸收和散射影响随太阳 光的波长而变化。太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段主要有: 紫外、可见光和近红外波段。
注:卫星星历:描述卫星运动及其轨道的参数。对于导航定位 而言,GPS卫星是一动态已知点,而卫星的位置是依据卫星 发射的星历计算得到的。

GPS信号接收机

GPS信号接收机的任务是,捕获GPS卫星发射的信 号,并对所接收到的GPS信号进行变换、放大和 处理,测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传 播时间,根据信号到达接收机的时间,确定接收 机到卫星的距离。如果计算出四颗或者更多卫星 到接收机的距离,再参照卫星的位置,就可以确 定出接收机在三维空间中的位置。


地面上的任何物体(即目标物),如大气、土地、水体、植被和人 工构筑物等,在温度高于绝对零度(即0°k=-273.16℃)的条件下, 它们都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性。 当太阳光从宇宙空间经大气层照射到地球表面时,地面上的物体就 会对由太阳光所构成的电磁波产生反射和吸收。由于每一种物体的 物理和化学特性以及入射光的波长不同,因此它们对入射光的反射 率也不同。各种物体对入射光反射的规律叫做物体的反射光谱。遥 感探测正是将遥感仪器所接受到的目标物的电磁波信息与物体的反 射光谱相比较,从而可以对地面的物体进行识别和分类。
探测范围广、采集数据快 能动态反映地面事物的变化 获取的数据具有综合性
西班牙马德里体育场(0.61m)
罗马斗兽场(0.7米,真彩色)
罗马梵蒂冈大教堂,0.7m,真彩色
2.全球定位系统简介

全球定位系统

利用人造地球卫星进行点位测量导航的技术包括:

俄罗斯的GLONASS 欧洲空间局的NAVSAT 国际移动卫星组织的INMARSAT 美国军方组织研制建立的NAVSTAR/GPS 等

航空遥感


航天遥感


按遥感探测的工作波段分类




紫外遥感,其探测波段在0.3~0.38um之间; 可见光,其探测波段在0.38~0.76um之间; 红外遥感,其探测波段在0.76~14um之间; 微波遥感,其探测波段在1mm~1m之间; 多光谱遥感,其探测波段在可见光与红外波段范围之内, 但又将这一波段范围划分成若干个窄波段来进行探测。 高光谱遥感是在紫外到中红外波段范围内,并且也将这一 波段范围划分成许多非常窄且光谱连续的波段来进行探测。
wenku.baidu.com

信息获取



信息处理 信息处理是指运用光学仪器和计算机设备对所获取的遥感信息进 行校正、分析和解译处理的技术过程。信息处理的作用是通过对 遥感信息的校正、分析和解译处理,掌握或清除遥感原始信息的 误差,梳理、归纳出被探测目标物的影像特征,然后依据特征从 遥感信息中识别并提取所需的有用信息。 信息应用 信息应用是指专业人员按不同的目的将遥感信息应用于各业务领 域的使用过程。信息应用的基本方法是将遥感信息作为地理信息 系统的数据源,供人们对其进行查询、统计和分析利用。遥感的 应用领域十分广泛,最主要的应用有: 军事、地质矿产勘探、自 然资源调查、地图测绘、环境监测以及城市建设和管理等。
3S BASED MOBILE MAPPING SYSTEM FOR ITS
Leador 2002 特点



采用DGPS/INS组合导航系统 两台车用电子计算机 四台CCD黑白相机+一台彩色数码相机 测量精度0.1-0.3米 量测范围:道路及两侧各50米以内
LD 2002 外观图
LD2002 侧视图

在软件实现上,GIS与遥感的集成,可以 有以下三个不同的层次:



通过文件转换工具在不同系统之间传输文件; 两个软件模块具有一致的用户界面; 集成的最高目的是实现单一的、提供了图像 处理功能的GIS软件系统。

在一个遥感和地理信息系统的集成系统中,遥感数据 是GIS的重要信息来源,而GIS则可以作为遥感图像解 译的强有力的辅助工具 。
利 用 机 载 和 地 面 GPS 接 收机进行载波相位差分 GPS 定 位 以 确 定 传 感 器 的空间位置 , 实现摄影 测量与遥感定位 。可大 量免除野外作业。
空 中 三 角 测 量 软
3.GIS与遥感的集成及具体技术

现状



地理信息系统是用于分析和显示空间数据的系统, 而遥感影象是空间数据的一种形式,类似于GIS中 的栅格数据。因而,很容易在数据层次上实现地理 信息系统与遥感的集成 ; 实际上,遥感图像的处理和GIS中栅格数据的分析 具有较大的差异,遥感图像处理的目的是为了提取 各种专题信息,其中的一些处理功能,如图像增强、 滤波、分类等,并不适用于GIS中的栅格空间分析; 目前大多数GIS软件也没有提供完善的遥感数据处 理功能,而遥感图像处理软件又不能很好地处理 GIS数据这需要实现集成的GIS。

全球定位系统(GPS, Global Positioning System)是利用人 造地球卫星进行点位测量导航技术的一种;

GPS的构成

GPS卫星


GPS由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成,它们均 匀分布在六个相互夹角为60度的轨道平面内,每 个轨道上有四颗卫星。卫星高度离地面约2.02万 公里,运行周期约为11小时58分,一天绕地球两 周。 GPS卫星用无线电波向用户发射导航定位信号, 同时接收地面发送的导航电文以及调度命令。
D1
D2
准确位置
D3

特点:



全天候,不受天气影响; 全球覆盖; 三维定点、定速定时高精度; 快速省时高效率; 应用广泛;
带GPS的航空摄影
卫星2 卫星1 卫星3 卫星4
航摄仪
基准站
单差分方式相对动态GPS定位示意图
安装GPS及航摄仪,改装飞机 件
GPS控制的航空摄影测量基本原理 GPS —WuCAPS

系统的组成

信息源

信息源是遥感需要对其进行探测的目标物。任何目标物都具有反 射、吸收、透射及辐射电磁波的特性,当目标物与电磁波发生相 互作用时会形成目标物的电磁波特性,这就为遥感探测提供了获 取信息的依据。 信息获取是指运用遥感技术装备接受、记录目标物电磁波特性的 探测过程。信息获取所采用的遥感技术装备主要包括遥感平台和 传感器。其中遥感平台是用来搭载传感器的运载工具,常用的有 气球、飞机和人造卫星等; 传感器是用来探测目标物电磁波特性 的仪器设备,常用的有照相机、扫描仪和成像雷达等。

测量

主要应用于土地管理、城市规划等领域。 利用GPS和GIS的集成,可以测量区域的面积 或者路径的长度。该过程类似于利用数字化 仪进行数据录入,需要跟踪多边形边界或路 径,采集抽样后的顶点坐标,并将坐标数据 通过GIS记录,然后计算相关的面积或长度 数据。

监控导航

用于车辆、船只的动态监控,在接收到车辆、 船只发回的位置数据后,监控中心可以确定 车船的运行轨迹,进而利用GIS空间分析工 具,判断其运行是否正常,如是否偏离预定 的路线,速度是否异常(静止)等等,在出 现异常时,监控中心可以提出相应的处理措 施,其中包括向车船发布导航指令。

GPS工作原理

GPS定位基本原理是利用测距交会确定点位。





卫星的分布使得在全球的任何地方,任何时间都可观测到 四颗以上的卫星;位于地平线以上的卫星颗数随着时间和 地点的不同而不同,最少可见到4颗, 最多可见到11颗。 一颗卫星信号传播到接收机的时间只能决定该卫星到接收 机的距离,但并不能确定接收机相对于卫星的方向; 当测到两颗卫星的距离时,接收机的可能位置被确定于两 个球面相交构成的圆上; 当得到第三颗卫星的距离后,球面与圆相交得到两个可能 的点; 第四颗卫星用于确定接收机的准确位置。

地面控制系统


GPS卫星的地面控制站系统包括位于美国科罗拉多的主控 站以及分布全球的三个注入站和五个监测站组成,实现对 GPS卫星运行的监控。 每颗GPS卫星所播发的星历,是由地面监控系统提供的。 卫星上的各种设备是否正常工作,以及卫星是否一直沿着 预定轨道运行,都要由地面设备进行监测和控制。地面监 控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准— GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间,求 出钟差。然后由地面注入站发给卫星,卫星再由导航电文 发给用户设备。


将GIS作为遥感图像的处理工具,可以在几何纠正和辐射纠正、 图像分类、感兴趣区域的选取等几个方面增强标准的图像处 理功能 ; 数据是GIS中最为重要的成分,而遥感提供了廉价的、准确的、 实时的数据,包括:线以及其它地物要素的提取、DEM数据的 生成、土地利用变化以及地图更新;
4.GIS与GPS的集成及具体技术

按遥感探测的应用领域分类

外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥 感等 军事遥感、地质遥感、资源遥感、环境遥感、测 绘遥感、气象遥感、水文遥感、农业遥感、林业 遥感、渔业遥感、灾害遥感及城市遥感等。

从微观应用角度可以分类为

奋 进 号 航 天 飞 机 外 观 图

遥感技术的特点



遥感分类

按遥感探测的工作方式分类

主动式遥感

传感器向被探测的目标物发射一定波长的电磁波,然后 接受并记录从目标物反射回来的电磁波;
传感器不向被探测的目标物发射电磁波,而是直接接受 并记录目标物反射太阳辐射或目标物自身发射的电磁 波。

被动式遥感


按搭载传感器的遥感平台分类

地面遥感

把传感器设置在地面平台上,如车载、船载、手提固 定或活动高架平台等; 把传感器设置在航空器上,如气球、航模、飞机及其 它航空器等; 即把传感器设置在航天器上,如人造卫星、宇宙飞船、 空间实验室等。
5.3S集成综述



3S的结合应用,取长补短 ,三者之间的相互作用形成了“一个大 脑,两只眼睛”的框架,即RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以 及空间定位,GIS进行相应的空间分析。 在实际的应用中,较为常见的是3S两两之间的集成,如GIS/RS集 成,GIS/GPS集成或者RS/GPS集成等,但是同时集成并使用3S技术 的应用实例则较少。 RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技术水平上实现,最简单 的办法是三种系统分开而由用户综合使用,进一步是三者有共同 的界面,做到表面上无缝的集成,数据传输则在内部通过特征码 相结合,最好的办法是整体的集成,成为统一的系统。

作为实时提供空间定位数据的技术,GPS 可以与地理信息系统进行集成,以实现 不同的具体应用目标 :


定位 测量 监控导航
地理信息系统 显示 数据记录 定位 测量 监控导航
GPS 接收机
数据接口
数据处理

定位

将GPS接收机连接在安装GIS软件和该地区空 间数据的便携式计算机上,可以方便地显示 GPS接收机所在位置并实时显示其运动轨迹, 进而可以利用GIS提供的空间检索功能,得 到定位点周围的信息 。
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