北大地球科学概论3S部分期末考试备考资料

题型：填空题（1*12）；名词解释（3*6）；单项选择（1*20）；判断题（1*15）；问答（含计算）题（7*5）。

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第1讲-遥感原理
【遥感的概念（狭义）】
遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的科学及综合性探测技术。

【遥感过程与组成要素】
1.过程：太阳光照射到地面，地物将太阳光反射，经过大气的吸收，折射，反射，最终被传感器接收，发送给地面站，并由地面站接收，再经过解释和分析，应用于特定需要。

2.要素：1）能量来源：电磁能量；2）辐射与大气；3）与目标的作用；4）用传感器记录电磁辐射；5）传输、接收和处理；6）解释和分析；7）应用。

【传感器与遥感平台的含义】
1.传感器：接收从目标中反射或发射来的电磁波的装置。

（如照相机、扫描仪）
2.遥感平台：搭载遥感传感器的载体（如地面三角架、遥感车、气球、航天飞机、人造地球卫星等）【遥感按工作原理、遥感平台和电磁波波段的分类】
1.工作原理：①主动遥感：传感器从传感平台主动发射出能源，然后接收目标反射或辐射回来的电磁波。

②被动遥感：传感器不向目标发射电磁波，仅接受目标地物反射及辐射外部能源的电磁波，如对太阳辐射的反射和地球辐射。

2.遥感平台：地面遥感、航空遥感、航天遥感
3.电磁波波段：紫外遥感：0.05-0.38μm；可见光遥感：0.38-0.76μm；红外遥感：0.76-1000μm；（此三者为光学遥感）微波遥感：1mm-10m。

【遥感的基本特点】
1、宏观观测，大范围获取数据资料；
2、动态监测，快速更新检测范围数据；
3、技术手段多样，可获取海量数据；
4、数据具有综合性和可比性；
5、应用领域广泛，经济效益高；
6、局限性：波段范围有限。

【电磁辐射的概念】
电磁波是电磁振动的传播。

当电磁振荡进入空间时，变化的磁场激发了变化的电场，使电磁振荡在空间传播，形成电磁波，也称电磁辐射。

【反射、吸收、散射的概念】
1.反射：分为镜面反射和漫反射。

2.吸收：部分电磁波被介质吸收。

3.散射：辐射传播中，如遇到小粒子，会向四面八方散去，电磁波的强弱和方向发生各种变化，即散射；强度随波长改变：波长越长越不易发生散射。

【黑体的概念】
如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则该物体是绝
对黑体。

（反射率为0，吸收率为1。

）
【太阳辐射与地球辐射的基本特性】
（维恩位移定律：当绝对黑体的温度升高时，单色辐射出射度最大
值对应的波长向短波方向移动，即最强辐射部分的波长变短。

）
1.太阳辐射：接近于6000K的黑体辐射，最大辐射对应波长0.47μm。

主要集中于0.3-2.5μm等波长较短的紫外、可见光和近红外区域。

图：维恩位移定律　
2.地球辐射：接近于300K的黑体辐射，最大辐射对应波长9.66μm。

其自身发出的辐射主要集中于波长较长的部分，即6μm以上的热红外区域。

在紫外、可见光与近红外波段发出的辐射主要是反射太阳的辐射。

3.在2.5-6μm的中红外波段，地球对太阳辐照的反射和地表物体自身的热辐射均不能忽略。

【大气对太阳辐射的作用有哪些】
折射、反射、吸收、散射、透射。

（大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高的波段。

（折射不改变太阳辐射的强度，主要是反射、吸收和散射共同影响衰减了辐射强度，剩余部分为透过部分）只有选择透过率较高的波段才有意义。

）
【电磁波区域的划分】
【地物反射光谱及其含义（水、植被、城市建设）】
【加色法与减色合成法的基本原理】
1.加色法：由三原色混合，可以产生其他颜色，称为加色法。

加色法三原色：红、绿、蓝。

2.减色法：从自然光（白光）中，减去一种或两种基色光而生成色彩的方法。

减法三原色是加法三原色的补色，即黄、品红、青。

（若两种颜色混合产生白色或灰色，这两种颜色就称为互补色。

）【★遥感图像的假彩色、真彩色合成】
【★典型地物在遥感假彩色、真彩色合成图像上的色调（说明亮度等）】
假彩色：植被-红，水体-黑，水泥地-灰。

【遥感传感器的四个基本特性及其含义】
1、光谱分辨率：传感器在接受目标辐射的光谱时能分辨的最小波长间隔，间隔越小，分辨率越高。

2、空间分辨率：遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸，是用来表示图像分辨地面目标细节能力的指标。

3、辐射分辨率：传感器接收光谱信号时，能分辨的最小辐射差。

在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。

6比特：64种亮度值；8比特：256种亮度值；12比特：4096种亮度值
4、时间分辨率：对同一目标重复探测时，相邻两次探测的时间间隔。

【传感器的扫描方式：光机扫描与推帚式扫描】
1、光机扫描仪
它是把搭载扫描仪的飞行平台的移动，和利用旋转镜或摆动镜对与平台移动方向垂直的方向进行的扫描结合起来，从而得到二维信息的传感器。

是对地表的辐射分光后进行观测的机械扫描型辐射计。

2、推帚式扫描仪
通过光学系统一次获得一条线的图像，然后由多个固体光电转换元件进行电扫描。

将探测器搭载于飞行平台上，通过和探测器成正交方向的移动而得到目标物的二维信息。

图１：光机扫描仪　图２：推帚式扫描仪　
【航空遥感、航天遥感各自的特点】
1.航空：①航空遥感空间分辨率高、信息容量大；②灵活，适用于专题遥感研究；③是各种星载遥感仪器的先行检验者；④信息获取方便；
2.航天：①观察范围大，发现宏观、整体的特征；②效率高于航空遥感；③获取同样数据费用较低；
④适用动态监测；⑤分辨率低于航空遥感；
【微波遥感的基本特点有哪些】
①大部分是主动方式的；②具有穿云透雾能力；③可以全天候工作；④对地表穿透力较强；⑤具有某些独特探测能力（海洋参数、土壤水分、地下测量）
第2讲-遥感数字图像处理
【★假彩色合成与真彩色合成的概念、原理】
概念：彩色合成，是根据加色法或减色法，将多波段单色影像合成为彩色影像的一种彩色增强技术。

当合成图像的色彩与地物的天然色彩不同，称为假彩色合成；当合成图像的色彩与地物的天然色彩相同，称为真彩色合成。

【数字图像的含义】
能够被计算机存储、处理和使用的图像，可以是把模拟图像分割成同样形状的小单元，以各个小单元的平均亮度值或中心亮度值作为该单元的亮度值进行数字化的图像。

（反义词：模拟图像）
【什么是直方图、它与图像的关系】
用平面直角坐标系表示一幅灰度范围为0-n的数字图像像元灰度分布状态，横轴表示灰度级，纵轴表示某一灰度级的像元个数占像元总数的百分比。

关系：通过灰度直方图可以直观地了解图像特征，以确定图像增强方案并了解图像增强后的效果【大气辐射校正、几何校正的含义】
大气辐射校正：消除主要由大气散射（大气分子和颗粒）、吸收（主要是气溶胶）引起的辐射误差。

几何校正：指从具有几何变形的图像中消除变形的过程。

（步骤：1.坐标变换，2.灰度重采样）
【灰度重采样的插值方法】
最临近法，双线性法，三次卷积法。

【图像镶嵌的概念】
将多个具有重叠部分的图像制作成一个没有重叠的新图像。

【图像增强的主要方法：反差增强（▲）、线性拉升、彩色增强、PCA变换等】
1.反差增强（对比度增强）：通过改变像元的亮度值来改变图像的对比度，从而改善图像质量的图像处理方法。

主要通过调整直方图来实现，使直方图分布均匀，没有大量亮暗像元集中分布。

2.彩色增强：使用不同彩色和色调的变化来代替黑白灰度的变化，以达到突出图像信息空间分布的目的（因为人眼对彩色的分辨力较高）。

方法：1）彩色合成（真彩色、假彩色：多波段灰度图像用彩色表示）；2）密度分割（伪彩色：单波段灰度图像用彩色显示）
【图像滤波的概念，平滑、锐化、中值滤波】
1.图像滤波的概念：抑制噪声，增强某些特征，根据像元点周围的关系作邻域运算。

2.平滑（低通滤波）：滤掉孤立的单点噪声和一些细节，突出图像的基本结构。

分为均值滤波（窗口中心的象元被赋予窗口内所有象元的均值）和中位数滤波。

3.锐化（高通滤波）：提高边缘灰度值的变化率，使边缘更清晰。

4.中值滤波（中位数滤波）：窗口中心的象元（注意不是窗口中所有的象元）被赋予窗口内灰度值的中位数。

具体例子：
【什么是图像融合】
用一定的算法综合两个或两个以上不同的图像形成一个新的图像。

可以同时达到高的光谱分辨率和空间分辨率。

【植被指数的概念、计算方法和用途（NDVI▲）】
1.概念：植被指数是基于植物叶绿素在红色波段的强烈吸收，以及近红外波段的强烈反射，通过红和近红外波段的比值或线性组合实现对植被信息状态的表达。

2.计算：NDVI=（NIR-R）/（NIR+R），即（近红外-红）/（近红外+红）
3.用途：识别植被、检测植被健康状况等
【图像分类的概念，监督分类、非监督分类的概念和基本过程（是否有训练样本）】
1.概念：通过模式识别理论，利用计算机将遥感图像自动分成若干地物类别。

2.监督分类：通过选择代表各类的已知样本（训练区）的象元光谱特征，事先取得各类别的参数，确定判别函数，从而进行分类。

（有训练样本）
3.非监督分类：根据事先指定的某一准则，而进行计算机自动判别归类，无须人为干预。

第3讲-图像目视解译与应用
【直接解译标志、间接解译标志】
1.解译标志：遥感图像上那些能够用于识别、分析、判断景观地物的影像特征。

2.直接解译标志：是判读目标自身特点在影像上的直接表现形式。

①形状，②大小，③色调：最重要、最直观的解译标志，④阴影，⑤图案，⑥布局，⑦位置，⑧纹理。

3.间接解译标志：从图像上能看出的和直接解译标志密切联系的地物特征，通过逻辑推理获得判断。

如根据水的流向可以判定地表大致形态：
【什么是同物异谱和同谱异物】
1.同物异谱：同类地物具有不同的光谱特征。

2.同谱异物：不同的地物可能具有相似的光谱特征。

（光谱类和信息类的不对应，用目视解译来解决这一问题。

）
【目视解译的一般原则（顺序）】
1.先整体后局部，先宏观后微观；
2.从已知到未知，先易后难；
3.先山区后平原，先地表后深部。

【目视解译有哪几种基本方法】
1.直判法；
2.对比法（与另一已知图像比较）；
3.邻比法（与统一图像的已知区域比较）；
4.动态对比法（与同一地区不同时期的图像比较）；
5.逻辑推理法；
【遥感应用的基本过程】
问题的提出==>数据收集（遥感数据，实测数据，其他）==>数据处理与分析==>信息表达
【记住2~3种典型的遥感应用实例】
1.地形图更新；
2.土地利用变化动态监测；
3.农业，林业；
4.地质（岩矿信息提取，地质环境监测）；
5.水资源（监测与评价）；
6.灾害（森林火灾，洪水，水污染，地质灾害）的监测和评估；
【熟悉LandsatTM（3）、SPOTS(2.5蓝、绿、红、近红外)、QuickBird（0.61）遥感数据】
主要熟悉波段号对应的波段范围。

不需要记准确的波段值，但大致知道属于近红外、可见光的什么波段：波段号1、2、3、4分别对应蓝、绿、红、近红外。

第4讲-地理信息系统概述
【GIS的概念、组成要素、基本功能】
1.概念：（Geographical Information System）地理信息系统通常泛指用于获取、存储、显示、处理、分析和综合与地球表面位置相关的数据的计算机系统。

2.组成：计算机、空间数据库、地理信息系统软件、分析应用软件、用户和系统管理人员、图形用户界面（GUI）。

3.功能：数据的采集、管理、处理、分析和输出。

【地理信息系统与其他的计算机系统或数据库的差别】
1）与数据库管理系统（DBMS：DataBase Management System）：GIS有对空间数据进行解释和判断的能力，DEMS只是简单的数据管理，前者包含后者。

2）与管理信息系统（MIS：Management Information System）：GIS可以对图形数据和属性数据共同管理、分析和应用，MIS只有属性数据库的管理，即使存贮了图形，也是以文件形式管理，图形要素不能分解、查询，没有拓扑关系。

3）与地图数据库：地图数据库只是将数字地图存放起来，不注重分析和查询，更不可能进行深层次分析。

它是GIS的数据源之一。

4）与CAD系统(Computer Aided Design)：CAD系统只处理规则的几何图形，属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力
【GIS有哪些主要的应用领域？（美国的路易斯安那州）】（记住2~3个典型应用领域）
领域：资源管理，灾害监测，环境评估，区域与城乡规划。

（例如：城市土地利用信息系统；电信资源管理；铁路地理信息系统；公安警用地理信息系统；医疗机构信息查询。

）
【数据采集与数据编辑的含义】
1.数据采集：把现有的资料转换为计算机可处理的形式，按统一的参考坐标系统、统一的编码、统一的标准和结构组织到数据库中的数据处理过程。

在此之前，数据分析和预处理是十分重要的。

2.数据编辑：指对地理信息系统中的空间数据和属性数据进行数据组织、修改。

是地理信息系统最基本的功能。

分为矢量数据编辑和栅格数据编辑。

【空间查询与空间分析的含义和用途】
此为地理信息系统主要优点，也是区别于一般地图制作系统的主要特点。

【缓冲区分析、叠加分析】
1、缓冲区分析：确立不同地理特征的空间邻近度或邻近性的操作就是建立缓冲区。

2、叠加分析：将两个或两个以上的具有不同性质的数据层重叠放在一起，产生新的数据层和新的属性。

【高级辅助决策支持（SDSS）】
可以进行最佳位置的选择，新修公路的最佳路线选择等。

【制图与可视化】
地理信息系统的可视化表现，就是将已经获取的各种地理空间数据，经空间可视化模型的计算机分析，转换成可以被人的视觉感知的计算机二维图形和图像。

最常用的形式是地图。

第5讲-地理（空间）数据
【空间信息的基本特点】
1.区域分布的唯一性；
2.数据量大；
3.信息载体的多样性；
4.多时间、空间尺度特性；
5.地理信息的相似性。

（地理信息的三大特性：1.时态特性；2.空间特性；3.属性特性）
【地理空间的含义】
地理空间上至大气电离层，下至地幔莫霍面，有着广阔的范围。

但一般地理空间指的是地球表层，其基准是陆地表面和大洋表面。

它是人类活动频繁发生的区域，是人地关系最为复杂、紧密的区域。

【大地水准面、参考椭球体的概念】
1.大地水准面:指平均海平面通过大陆延伸勾画出的一个连续的封闭曲面。

它是重力等位面（即物体沿该面运动时重力不做功，如水在这个面上不流动），是海拔高程系统的起算面。

大地水准面包围的球体称为大地球体。

2.参考椭球体：为了用数学语言描述地球，人们需要将地球表面用规则的几何体来替代，以便通过地图投影将三维曲面转化成二维平面。

这个几何体就是参考椭球体。

我国主要采用克拉索夫斯基椭球体，如北京54坐标系。

【什么是地图】
地图是以平面的方式记录地理空间中的要素信息，包括位置及其上的特征。

（地图三要素：图例，方向，比例尺。

）
【地图投影】
1.概念：将地球椭球面上的点映射到平面上的方法，称为地图投影。

实质：地理坐标==>平面坐标。

2.目的：①方便进行距离、方位、面积等的计算；②地球椭球体为不可展曲面；③平面，符合视觉心理，便于进行各种空间分析。

3.投影变形：长度变形；面积变形；角度变形。

【空间数据结构的概念】
指空间数据在系统内的组织和编码形式，是指适合于计算机系统存储、管理和处理地理图形的逻辑结构，是地理实体的空间排列方式和相互关系的抽象描述，是对数据的一种理解和解释。

【空间数据模型/结构的两种基本类型】
栅格数据结构，矢量数据结构。

【基于场基于目标的两种基本概念模型】（貌似不考）
【栅格与矢量数据结构各自的特点是什么？（优缺点）】
1.栅格：
优点：1）数据结构简单；2）叠加操作易实现，更有效；3）能有效表达空间可变性；4）便于对图像（层）做增强处理。

缺点：1）数据结构不严密不紧凑，需用压缩技术解决；2）难以表达拓扑关系；3）图形输出不美观，线条有锯齿；
2.矢量：
优点：1）提供更严密的数据结构；2）提供更有效的拓扑编码，因而对需要拓扑信息的操作更有效；3）图形输出美观，接近于手绘；
缺点：1）比栅格数据结构复杂；2）叠加操作没有栅格有效；3）表达空间变化能力差；4）不能像数字图象那样做增强处理
【栅格叠加操作的运算方法】
【理解精度与准确度】
精度：结果是否一致的程度。

准确度：结果与真实值之间的差距。

a）低精高准 b）高精低准 c）低精低准 d）高精高准
【元数据的概念】
是关于数据的数据，是关于数据和信息资源的描述性信息。

【记住几种典型的空间数据】
点：水井、宾馆；线：道路、水系；面：土地利用土壤类型行政区域。

【空间数据质量/误差的含义及来源】
1.空间数据质量：空间数据是对现实世界中空间特征和过程的抽象表达。

这种抽象只能在一定程度
上接近真实值；在处理过程中由于各种人为因素也会使空间数据产生变化。

这些因素使得空间数据面临质量问题。

2.误差：与真实的差异值。

（误差越大，准确度越低。

）
3.误差来源：
1）数据源误差分析：
①纸质地图数据：地图固有误差，图纸变形，数字化产生的误差；
②遥感数据：遥感仪器观测过程（分辨率、几何畸变、辐射），图像处理和解译；
③测量数据：环境影响、仪器结构与性能、操纵人员技能，操作人员操作失误，其他不可预知、不可控因素。

2）空间数据误差的主要来源：
第6讲-空间数据管理与分析
【空间数据的来源】
1）数据转换；2）遥感/GPS数据；3）数字测量；4）已有纸质地图：地图数字化（手扶跟踪数字化，扫描数字化）。

【数据库、GIS数据库的概念】
1.数据库：是以一定的组织方式存储在一起的相互关联的数据集合，能以最佳方式、最小重复为多种目的服务，实现对数据的合理组织和灵活存取。

2.GIS数据库（空间数据库）：是某区域内关于一定地理要素的数据集合，主要涉及对图形和属性数据的管理和组织。

不仅有与一般数据库数据性质相似的属性数据，还有大量空间数据，即描述地理要素空间分布位置的数据。

二者不可分割。

【空间查询语言】
一套标准化的查询语言，用于空间数据库的管理、备份和存取操作。

（Spatial Query Language）
例如： select * from city where city.population (人口)>100 and city.Distance(距
离)((京九铁路))<50;选出京九铁路沿线(距京九铁路不超过50km)人口超过100万的城市
【理解缓冲区分析、叠加分析】
见第四讲
【网络分析的三种基本类型】
路径分析，地址匹配，资源分配。

【GIS有哪些基本的空间分析功能】
简单的空间分析空间查询（图形查询，属性查询，图形属性互查）
空间量算
缓冲区分析
叠加分析
复杂的空间分析网络分析（路径分析，地址匹配，资源分配）
空间统计分析
空间插值
数字高程模型（DEM）
面向应用的分析空间建模与空间决策支持系统
专业应用模型与模拟
【什么是DEM？它的目的是什么？】
1.数字高程模型（Digital Elevation Model）：是以数字的形式按一定结构组织在一起，表示实际地形特征空间分布的模型，也是地形形状大小起伏的数字描述，反映地面起伏（高程）。

2.目的：
在数字地形图数据库中存贮高程数据；
解决道路设计和其他民用及军用工程中的一些与高程有关的问题；
三维地形显示及风景设计和规划；
剖面视觉分析；
道路规划、大坝选址等；
不同地形之间的静态分析和比较；
产生坡度图、坡向、及坡度剖面图，辅助地貌分析（淹没分析、土方计算等）或建立侵蚀图；
作为专题信息的显示背景或将地形数据与专题数据如土壤、土地利用或植被等进行叠加；
为景观的图像模拟和景观处理提供数据；
通过将高程替换为其他连续变化的属性，DEM能表示传播时间、费用、人口、污染程度、地下水深等信息。

【什么是空间决策支持分析？】
是针对具体的应用领域存在的空间分析问题而采取的解决手段：采用各种简单或复杂的空间分析操作，建立空间分析模型。

【记住2~3种典型的空间决策支持分析的例子、理解其步骤】
详见《3S知识点整理完全版》
第7讲-全球导航定位系统
【什么是GNSS】
全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）是一种空间无线电定位系统，包括一个或多个卫星星座，为支持预定的活动视需要而加以扩大，可为地球表面、近地表和地球外空任意地点用户提供24小时三维位置、速率和时间信息。

【当前已建成在轨运行的两个全球GNSS系统是什么？】
GPS：全球定位系统，美国。

GLONASS：全球轨道导航卫星系统，俄罗斯。

【GNSS的分类，有源无缘系统各自的代表系统有哪些？】
1.分类：①按用户是否发射信号分类：无源系统，有源系统（被动主动）；（②；③；④；见《3S知识点整理完全版》）⑤按工作区域分类：全球覆盖系统，区域覆盖系统。

2.无源：GPS和GLONASS；有源：北斗导航系统（CNSS）。

【什么是GPS?】
全球定位系统Global Positioning System。

系统全称：卫星授时与测距导航系统（NAVSTAR GPS）【GPS系统的构成及其功能】
1.构成：
1）GPS卫星（空间部分）：24颗卫星；
2）地面监控系统（地面监控部分）：1个主控站、3个注入站、5个监测站；
3）GPS用户部分：各类型GPS接收机。

2.功能：
1）GPS卫星：①接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令；②卫星上设有微处理机，进行部分必要的数据处理工作；③通过星载的高精度铷钟、铯钟产生基准信号和提供精密的时间标准；④向用户发送导航定位信号；⑤在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。

2）GPS主控站：①采集数据；②编辑导航电文；③诊断功能；④调整卫星。

3）GPS的功能：定位，测速，导航。

【什么是伪距？】
由于传播时间△t 中包含有卫星时钟与接收机时钟不同步的误差，测距码在大气中传播的延迟误差等；由此求得的距离值并非真正的站星几何距离，习惯上称之为伪距。

【GPS定位的基本原理是什么？】
卫星不间断的发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、运动速度和时间信息。

【静态定位、动态定位】
静态定位：在定位过程中，接收器的位置是固定的，处于静止状态。

静止是相对的。

（检测板块运动）动态定位：在定位过程中，接收机天线处于运动状态。

（汽车，飞机，导弹）
【差分定位（相对定位）的概念】
确定同步跟踪相同的GPS信号的若干台接收机之间的相对位置的方法。

可消除公共误差，提高定位精度。

（反义词——绝对定位（单点定位）：独立确定待定点在坐标系中的绝对位置。

一台接收机即可独立定位。

）
【GPS系统与北斗系统的差别是什么？】。