高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)-課件

1、第三章第四節(jié)數(shù)字地球一、數(shù)字地球的含義1 數(shù)字地球的概念數(shù)字地球是：信息化的地球 地球的虛擬對(duì)照體。數(shù)字地球?qū)⒂嘘P(guān)地球上每一點(diǎn)的信息，按地球的地理坐標(biāo)加以整理，然后構(gòu)成一個(gè)全球的信息模型。人們可以快速、形象地了解地球上的任何一點(diǎn)、任何方面的信息，從而實(shí)現(xiàn)“信息就在指尖上”的夢(mèng)想。通俗地講，就是用數(shù)字的方法將地球、地球上的活動(dòng)及整個(gè)地球環(huán)境的時(shí)空變化裝入電腦中，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的流通，并使之最大限度地為人類的生存、可持續(xù)發(fā)展和日常的工作、學(xué)習(xí)、生活、娛樂(lè)服務(wù)。嚴(yán)格地講，數(shù)字地球是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲(chǔ)技術(shù)為基礎(chǔ)，以寬帶網(wǎng)絡(luò)為紐帶，運(yùn)用海量地球信息對(duì)地球進(jìn)行多分辨率、多尺度、多時(shí)空和多種

2、類的三維描述，并利用它作為工具來(lái)支持和改善人類的活動(dòng)和生活質(zhì)量?！?背景知識(shí) 】 數(shù)字地球的核心思想 數(shù)字地球的核心思想：是用數(shù)字化的手段來(lái)處理整個(gè)地球的自然和社會(huì)等方面的問(wèn)題，最大限度地利用資源，并使普通百姓能夠通過(guò)一定方式，方便地獲得他們所想了解的有關(guān)地球的信息。 數(shù)字地球的特點(diǎn)：數(shù)字地球的特點(diǎn)是嵌入海量地理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多分辨率、三維的地球的描述，即“虛擬地球”?！?閱讀指導(dǎo) 】 “數(shù)字地球”的提出“數(shù)字地球”的提出特點(diǎn)技術(shù)基礎(chǔ)應(yīng)用時(shí)間人物著作1998 年 1 月 31 日時(shí)任美國(guó)副總統(tǒng)的阿爾戈?duì)?數(shù)字地球：展望21世紀(jì)我們這顆行星 是一種可以嵌入海量地理數(shù)據(jù)的、多分辯率的和三維的地球的表示

3、，可以在其上添加許多與我們所處星球有關(guān)的數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可持續(xù)發(fā)展，農(nóng)業(yè)、災(zāi)害、資源、教育等方面2 數(shù)字地球的技術(shù)基礎(chǔ) 要在電子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球不是一件簡(jiǎn)單的事，它需要諸多學(xué)科，特別是信息科學(xué)技術(shù)的支撐。這其中主要包括：信息高速公路與高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)、空間信息技術(shù)與空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、高性能計(jì)算能力。（1）信息高速公路與高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一個(gè)數(shù)字地球所需要的數(shù)據(jù)已不能通過(guò)單一的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存貯，而需要由成千上萬(wàn)的不同組織來(lái)維護(hù)。這意味著參與數(shù)字地球的服務(wù)器將需要由高速網(wǎng)絡(luò)來(lái)連接。為此，早在 1993 年 2

4、 月美國(guó)前總統(tǒng)克林頓就提出實(shí)施美國(guó)國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施（ Nll ) , 通俗形象地稱為“信息高速公路”，它主要由計(jì)算機(jī)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)終端組成。美國(guó)為此計(jì)劃投入 4000 億美元，耗時(shí) 20 年。到 2000 年的目標(biāo)是提高生產(chǎn)率 20 一 40 % ，獲取 35 000 億美元的效益。 在 Internet 流量爆發(fā)性增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)下，遠(yuǎn)程通信載體已經(jīng)嘗試使用 10G / S 的網(wǎng)絡(luò)，而每秒 1 015 byte 的因特網(wǎng)正在研究中。相信在 21 世紀(jì)將會(huì)有更加優(yōu)秀的寬帶高速網(wǎng)供人們使用。信息高速公路 是一個(gè)集電話、電腦、電視等功能于一體，能夠綜合傳輸和處理圖、文、聲、像等各種信息的一個(gè)全社會(huì)

5、的立體化通信網(wǎng)。國(guó)際互聯(lián)網(wǎng) 是當(dāng)前信息領(lǐng)域發(fā)展最快、作用最大、影響最廣、公眾關(guān)注程度最高的通信網(wǎng)絡(luò)，它是信息高速公路的具體體現(xiàn)。（2）高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù) 20 世紀(jì)的遙感衛(wèi)星影像，在衛(wèi)星遙感問(wèn)世的 20 多年分辨率已經(jīng)有了飛快的提高，這里所說(shuō)的分辨率指空間分辨率、光譜分辨率和時(shí)間分辨率?？臻g分辨率指影像上所能看到的地面最小目標(biāo)尺寸，用像元在地面的大小來(lái)表示。 從遙感形成之初的 80 米，已提高到 30 米， 10 米， 5 . 8 米，乃至 2 米軍用甚至可達(dá)到 10 厘米。在 21 世紀(jì)獲取 1 米或優(yōu)于 1 米的空間分辨率影像將會(huì)十分方便。光譜分辨率指成像的波段范圍，處得愈細(xì)，波段愈多，

6、光譜分辨率就愈高，現(xiàn)在的技術(shù)可以達(dá)到 5 一 6 nm （納米）量級(jí)， 400 多個(gè)波段。細(xì)分光譜可以提高自動(dòng)區(qū)分和識(shí)別目標(biāo)性質(zhì)和組成成分的能力。時(shí)間分辨率指重訪周期的長(zhǎng)短，目前一般對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星為 15 一 25 天的重訪周期。通過(guò)發(fā)射合理分布的衛(wèi)星星座可以 3 一 5 天觀測(cè)地球一次。 高分辨率衛(wèi)星遙感圖像在 21 世紀(jì)將可以優(yōu)于 1 米的空間分辨率，每隔 3 一 5 天為人類提供反映地表動(dòng)態(tài)變化的翔實(shí)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)“秀才不出門，能觀天下事”的理想。（3）空間信息技術(shù)與空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施 空間信息是指與空間和地理分布有關(guān)的信息，據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上的事情有 80 與空間分布有關(guān)空間信息用于地球研究即

7、為地理信息系統(tǒng)。為了滿足數(shù)字地球的要求，將影像數(shù)據(jù)庫(kù)、矢量圖形庫(kù)和數(shù)字高程模型 (DEM)三庫(kù)一體化管理的 GlS 軟件和網(wǎng)絡(luò) GPS ，將在 21 世紀(jì)十分成熟和普及。從而可實(shí)現(xiàn)不同層次的互操作，一個(gè) GIS 應(yīng)用軟件產(chǎn)生的地理信息將被另一個(gè)軟件讀取。 當(dāng)人們?cè)跀?shù)字地球上，進(jìn)行處理、發(fā)布和查詢信息時(shí)，將會(huì)發(fā)現(xiàn)大量的信息都與地理空間位置有關(guān)。例如，查詢兩城市之間的交通連接，查詢旅游景點(diǎn)和路線，購(gòu)房時(shí)選擇價(jià)廉而又環(huán)境適宜的住宅等都需要有地理空間參考。由于尚未建立空間數(shù)據(jù)參考框架，致使目前在萬(wàn)維網(wǎng)上制作主頁(yè)時(shí)還不能輕易將有關(guān)的信息連接到地理空間參考上。因此，國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施是數(shù)字地球的基礎(chǔ)。(

8、4) 大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù) 數(shù)字地球?qū)⑿枰尜A 10 1 5 字節(jié)的（ Quadrillions ）信息。美國(guó) NASA 的行星地球計(jì)劃 EOS 一 AMI 1999 年上天，每天將產(chǎn)生 1 000 GB （即 1 TB ）的數(shù)據(jù)和信息， 1 米分辨率影像覆蓋廣東省，大約有 1 TB 的數(shù)據(jù)，而廣東才是中國(guó)的 1 / 53 。所以要建立起中國(guó)的數(shù)字地球，僅僅影像數(shù)據(jù)就有 53TB ，這還只是一個(gè)時(shí)刻的多時(shí)相的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，其容量就更大了。目前美國(guó)的 NASA 和 NOAA 已著手建立用原型并行機(jī)管理的可存貯 1 800TM 的數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)盤帶的查找由機(jī)器手自動(dòng)而快速地完成，相信在 21 世紀(jì)，還會(huì)

9、有新的突飛猛進(jìn)。(5) 可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 可視化是實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球與人交互的窗口和工具，沒有可視化技術(shù)，計(jì)算機(jī)中的一堆數(shù)字是無(wú)任何意義的。數(shù)字地球的一個(gè)顯著的技術(shù)特點(diǎn)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。建立了數(shù)字地球以后，用戶戴上顯示頭盔，就可以看見地球從太空中出現(xiàn)。 人造虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在攝影測(cè)量中早已是成熟的技術(shù)，近幾年的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展，已經(jīng)能夠在計(jì)算機(jī)上建立可供量測(cè)的數(shù)字虛擬技術(shù)。當(dāng)然，當(dāng)前的技術(shù)是對(duì)同一實(shí)體拍攝照片，產(chǎn)生視差，構(gòu)造立體模型，通常是當(dāng)模型處理。進(jìn)一步的發(fā)展是對(duì)整個(gè)地球進(jìn)行無(wú)縫拼接，任意漫游和放大，由三維數(shù)據(jù)通過(guò)人造視差的方法，構(gòu)造虛擬立體。(6) 高性能計(jì)算能力 地球是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，地球

10、上發(fā)生的許多事件、變化和過(guò)程又十分復(fù)雜而呈非線性特征，時(shí)間和空間的跨度變化大小不等，差別很大，只有利用高速計(jì)算機(jī)，我們今日和跨世紀(jì)的未來(lái)，才有能力來(lái)模擬一些不能觀測(cè)到的現(xiàn)象。利用數(shù)據(jù)挖掘（ Data Mining ）技術(shù)，我們將能夠更好地認(rèn)識(shí)和分析所觀測(cè)到的海量數(shù)據(jù)，從中找出規(guī)律和知識(shí)。例 1 “數(shù)字地球”的出現(xiàn)是科技創(chuàng)新的又一典范。這意味著（ ）A 科技創(chuàng)新日益全球化 B 科學(xué)技術(shù)是先進(jìn)生產(chǎn)力的集中體現(xiàn) C 科技的發(fā)展離不開雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力 D 任何科技必然為政治服務(wù)B例 2 “數(shù)字地球”的核心技術(shù)包括（ ） 遙感技術(shù) 全球定位系統(tǒng) 地理信息系統(tǒng) 現(xiàn)代通信技術(shù) A B C D ， A【 閱讀指

11、導(dǎo) 】 一次虛擬旅行工具應(yīng)用戴上頭盔顯示器使用“數(shù)據(jù)手套”乘上“魔毯”使用語(yǔ)音識(shí)別裝置使用虛擬技術(shù)看到出現(xiàn)在太空中蔚藍(lán)色的、美麗的地球會(huì)看到大洲、國(guó)家、城市，最后是房屋、樹木以及其他各種自然和人造物體深入查看細(xì)節(jié)可以詢問(wèn)所在地區(qū)的土地利用，動(dòng)植物種類，實(shí)時(shí)的氣候道路，以及人口等方面的文本、圖像、視頻信息能夠跨越時(shí)空，返回到數(shù)日、數(shù)年、數(shù)世紀(jì)以前的環(huán)境，甚至可以與恐龍接觸例 3 “數(shù)字地球”的組成除了地圖測(cè)繪系統(tǒng)（ EOS ）、全球定位系統(tǒng)（ GPS ）外，還包括（ ） A航空遙感 B . WPS C 地理信息系統(tǒng) D 漢字處理系統(tǒng)C解析：“數(shù)字地球”是地圖測(cè)繪、航空衛(wèi)星遙感、探空和深鉆技術(shù)的深

12、化，是對(duì)地圖測(cè)繪系統(tǒng)（ EOS ）、全球定位系統(tǒng)（ GPS ）與地理信息系統(tǒng)（ GIS ）的綜合，實(shí)現(xiàn)地球圖層間物質(zhì)流、能量流與信息流數(shù)據(jù)的集成，便于對(duì)全球化問(wèn)題進(jìn)行廣泛研究。（二）數(shù)字地球與我們的生活“數(shù)字城市”：從廣義上說(shuō)，是通過(guò)寬帶多媒體信息網(wǎng)絡(luò)、地理信息系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，整合城市信息資源并加以充分利用，建立電子商務(wù)、電子政務(wù)、科技信息系統(tǒng)、勞動(dòng)和社會(huì)保障信息系統(tǒng)等子系統(tǒng)，通過(guò)發(fā)展信息家電、網(wǎng)上教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療，建設(shè)信息化社區(qū)，最終實(shí)現(xiàn)城市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的全面信息化?！皵?shù)字化社區(qū)”：顧名思義，就是通過(guò)數(shù)字技術(shù)將管理、服務(wù)的提供者與每個(gè)住戶相聯(lián)結(jié)的社區(qū)。這種數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 使社區(qū)的管理者與住戶之間可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行各種形式的信息交互，由于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的先進(jìn)性以及多態(tài)的表現(xiàn)性，加上各種網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的應(yīng)用，從而營(yíng)造出了一個(gè)豐富多彩的虛擬社區(qū)?！暗厍虼濉保盒畔⒏咚俟返某霈F(xiàn)，國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的使用，“數(shù)字地球”的產(chǎn)生，“縮小”了