3S集成34567.ppt

1、第三章 GPS基礎(chǔ)理論,3.1 GPS概念 3.2 GPS系統(tǒng)介紹 3.3 GPS定位基本原理 3.4 GPS誤差和糾正,3.1 GPS概念,全球定位系統(tǒng)(GPS, Global Positioning System)是利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點位測量導(dǎo)航技術(shù)的一種，其它的衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)有俄羅斯的GLONASS，歐洲空間局的NAVSAT，國際移動衛(wèi)星組織的INMARSAT等等。GPS全稱是NAVSTAR(NAVigation Satellite Timing And Ranging)/GPS，由美國軍方組織研制建立，從1973年開始實施，到九十年代初完成。,3.2 GPS系統(tǒng)介紹,GPS系統(tǒng)包括

2、三大部分：空間部分-GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分-地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分-GPS信號接收機(jī)。 3.2.1 GPS衛(wèi)星及其星座 GPS由21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，它們均勻分布在六個相互夾角為60度的軌道平面內(nèi)，即每個軌道上有四顆衛(wèi)星。衛(wèi)星高度離地面約20000公里，繞地球運行一周的時間是12恒星時，即一天繞地球兩周。GPS衛(wèi)星用L波段兩種頻率的無線電波（1575.42MHz和1227.6MHz）向用戶發(fā)射導(dǎo)航定位信號，同時接收地面發(fā)送的導(dǎo)航電文以及調(diào)度命令。,3.2.2地面控制系統(tǒng) 對于導(dǎo)航定位而言，GPS衛(wèi)星是一動態(tài)已知點，而衛(wèi)星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷描述衛(wèi)星運動及其軌道的參數(shù)

3、計算得到的。每顆GPS衛(wèi)星播發(fā)的星歷是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的，同時衛(wèi)星設(shè)備的工作監(jiān)測以及衛(wèi)星軌道的控制，都由地面控制系統(tǒng)完成。 GPS衛(wèi)星的地面控制站系統(tǒng)包括位于美國科羅拉多的主控站以及分布全球的三個注入站和五個監(jiān)測站組成，實現(xiàn)對GPS衛(wèi)星運行的監(jiān)控。,3.2.3 GPS信號接收機(jī) GPS信號接收機(jī)的任務(wù)是，捕獲GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，并進(jìn)行處理，根據(jù)信號到達(dá)接收機(jī)的時間，確定接收機(jī)到衛(wèi)星的距離。如果計算出四顆或者更多衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，再參照衛(wèi)星的位置，就可以確定出接收機(jī)在三維空間中的位置。,33 GPS定位基本原理,GPS定位基本原理是利用測距交會確定點位。如圖3-1所示，一顆衛(wèi)星信號傳播到接

4、收機(jī)的時間只能決定該衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，但并不能確定接收機(jī)相對于衛(wèi)星的方向，在三維空間中，GPS接收機(jī)的可能位置構(gòu)成一個球面；當(dāng)測到兩顆衛(wèi)星的距離時，接收機(jī)的可能位置被確定于兩個球面相交構(gòu)成的圓上；當(dāng)?shù)玫降谌w衛(wèi)星的距離后，球面與圓相交得到兩個可能的點；第四顆衛(wèi)星用于確定接收機(jī)的準(zhǔn)確位置。因此，如果接收機(jī)能夠得到四顆GPS衛(wèi)星的信號，就可以進(jìn)行定位；當(dāng)接收到信號的衛(wèi)星數(shù)目多于四個時，可以優(yōu)選四顆衛(wèi)星計算位置。,3.3 GPS定位基本原理,圖3-1：測距交會定位示意圖,3.4 GPS誤差和糾正,造成GPS定位誤差的因素有很多，如由于衛(wèi)星軌道變化以及衛(wèi)星電子鐘不準(zhǔn)確以及定位信號穿越電離層和地表對流

5、層時速度的變化等引起的誤差，但是GPS定位中最為嚴(yán)重的誤差則是由于美國軍方人為降低信號質(zhì)量造成的，這種誤差可高達(dá)100米。,3.4 GPS誤差和糾正,美國為了防止未經(jīng)許可的用戶把GPS用于軍事目的，實施了各種技術(shù)。首先GPS衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號包括兩種不同的測距碼，即P碼（也稱精碼）和C/A碼（也稱粗碼），相應(yīng)兩種測距碼GPS提供兩種定位服務(wù)方式，即精密定位服務(wù)(PPS)和標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(SPS)，前者的服務(wù)對象主要是美國軍事部門和其它特許部門，后者則服務(wù)于廣大民間用戶。此外，通過使用SA（Selective Availability，選擇可用性）技術(shù)，C/A碼的定位精度從20米降低至100米；

6、而AS(Anti-spoofing，反電子欺騙)技術(shù)用于對P碼進(jìn)行加密，當(dāng)實施AS時，非特許用戶不能得到P碼。,3.4 GPS誤差和糾正,上述的人為誤差給GPS的民用造成了障礙，但是可以通過差分糾正來消除。差分糾正是通過兩個或者更多的GPS接收機(jī)完成的，其方法是在某一已知位置，安置一臺接收機(jī)作為基準(zhǔn)站接收衛(wèi)星信號，然后在其它位置用另一臺接收機(jī)接收信號，由前者可以確定衛(wèi)星信號中包含的人為干擾信號，而在后者接收到的信號中減去這些干擾，即可以大大降低GPS的定位誤差。,第四章 RS基礎(chǔ)理論,4.1 遙感概述 4.2 遙感數(shù)據(jù)處理 4.3 遙感技術(shù)的特點 4.4 遙感技術(shù)的應(yīng)用,4.1 遙感概述,遙感

7、(Remote Sensing)，通常是指通過某種傳感器裝置，在不與研究對象直接接觸的情況下，獲得其特征信息，并對這些信息進(jìn)行提取、加工、表達(dá)和應(yīng)用的一門科學(xué)技術(shù)。 作為一個術(shù)語，遙感出現(xiàn)于1962年，而遙感技術(shù)在世界范圍內(nèi)迅速的發(fā)展和廣泛的使用，是在1972年美國第一顆地球資源技術(shù)衛(wèi)星(LANDSAT-1)成功發(fā)射并獲取了大量的衛(wèi)星圖像之后。近年來，隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，遙感技術(shù)與之緊密結(jié)合，發(fā)展更加迅猛。,4.1 遙感概述,遙感技術(shù)的基礎(chǔ)，是通過觀測電磁波，從而判讀和分析地表的目標(biāo)以及現(xiàn)象，其中利用了地物的電磁波特性，即“一切物體，由于其種類及環(huán)境條件不同，因而具有反射或輻射不同波長

8、電磁波的特性 ，所以遙感也可以說是一種利用物體反射或輻射電磁波的固有特性，通過觀測電磁波，識別物體以及物體存在環(huán)境條件的技術(shù)。在遙感技術(shù)中，接收從目標(biāo)反射或輻射電磁波的裝置叫做遙感器（Remote Sensor），而搭載這些遙感器的移動體叫做遙感平臺（Platform），包括飛機(jī)、人造衛(wèi)星等，甚至地面觀測車也屬于遙感平臺。通常稱用機(jī)載平臺的為航空遙感（Aerial Remote Sensing），而用星載平臺的稱為航天遙感。,4.2 遙感數(shù)據(jù)處理,按照遙感器的工作原理，可以將遙感分為被動式遙感（Passive Remote Sensing）和主動式遙感（Active Remote Sensin

9、g）兩種，而每種方式又分為掃描方式和非掃描方式，其中陸地衛(wèi)星使用的MSS（Multispectral Scanner）和TM（Thematic Mapper）屬于被動式、掃描方式的遙感器，而合成孔徑雷達(dá)(SAR-Synthetic Aperture Radar)屬于主動式、掃描方式的遙感器。 從遙感的定義中可以看出，首先，遙感器不與研究對象直接接觸，也就是說，這里的“遙”并非指“遙遠(yuǎn)”；其次，遙感的目的是為了得到研究對象的特征信息；最后，通過傳感器裝置得到的數(shù)據(jù)，在被使用之前，還要經(jīng)過一個處理過程。,遙感數(shù)據(jù)的處理-通常是圖像形式的遙感數(shù)據(jù)的處理，主要包括糾正（包括輻射糾正和幾何糾正）、增強(qiáng)、

10、變換、濾波、分類等功能，其目的主要是為了提取各種專題信息，如土地建設(shè)情況、植被覆蓋率、農(nóng)作物產(chǎn)量和水深等等。遙感圖像處理可以采取光學(xué)處理和數(shù)字處理兩種方式，數(shù)字圖像處理由于其可重復(fù)性好、便于與GIS結(jié)合等特點，目前被廣泛采用。,1）圖像糾正 圖像糾正是消除圖像畸變的過程，包括輻射糾正和幾何糾正。輻射畸變通常由于太陽位置，大氣的吸收、散射引起；而幾何畸變的原因則包括遙感平臺的速度、姿態(tài)變化，傳感器，地形起伏等，幾何糾正包括粗糾正和精糾正兩種，前者根據(jù)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行糾正；而后者通過采集地面控制點（GCPs, Ground Control Points），建立糾正多項式，進(jìn)行糾正。 2）增強(qiáng) 增強(qiáng)的目

11、的是為了改善圖像的視覺效果，并沒有增加信息量，包括亮度、對比度變化以及直方圖變換等。,3）濾波 濾波分為低通濾波、高通濾波和帶通濾波等，低通濾波可以去除圖像中的噪聲，而高通濾波則用于提取一些線性信息，如道路，區(qū)域邊界等。濾波可以在空域上采用濾波模板操作，也可以在頻域中進(jìn)行直接運算。 4）變換 包括主成分分析(Principal Component Analyst)，色度變換以及傅立葉變換等，還包括一些針對遙感圖像的特定變換，如纓帽變換。,5）分類 利用遙感圖像的主要目的是為了提取各種信息，一些特定的變換可以用于提取特定的信息，主要應(yīng)用目的是進(jìn)行遙感圖像分類。計算機(jī)分類的基本原理是計算圖像上每個

12、象元的灰度特征，根據(jù)不同的準(zhǔn)則，進(jìn)行分類。遙感圖像分類有兩類方法，即監(jiān)督分類(Supervised Classification)和非監(jiān)督分類(Unsupervised Classification)，前者需要事先確定各個類別及其訓(xùn)練區(qū)(Training Area)，并計算訓(xùn)練區(qū)象元灰度統(tǒng)計特征，然后將其它象元歸并到不同類別；后者則直接根據(jù)象元灰度特征之間的相似和相異程度進(jìn)行合并和區(qū)分，形成不同的類別。典型的監(jiān)督分類算法有：最小距離法、最大似然法、平行六面體法等；而K-均值聚類屬于非監(jiān)督分類；將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN, Artificial Neural Network）應(yīng)用于遙感分類，在有些情

13、況下，可以達(dá)到較好的分類效果。,4.3 遙感技術(shù)的特點,遙感的出現(xiàn)，擴(kuò)展了人類對于其生存環(huán)境的認(rèn)識能力，較之于傳統(tǒng)的野外測量和野外觀測得到的數(shù)據(jù)，遙感技術(shù)具有以下優(yōu)點： （1） 增大了觀測范圍； （2）能夠提供大范圍的瞬間靜態(tài)圖像，用于監(jiān)測動態(tài)變化的現(xiàn)象； （3）能夠進(jìn)行大面積重復(fù)觀測，即使是人類難以到達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)； （4）大大“加寬”了的人眼所能觀察的光譜范圍，遙感使用的電磁波波段從X光到微波，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了可見光范圍；而雷達(dá)遙感由于使用微波，可以不受制于晝夜、天氣變化，進(jìn)行全天候的觀測； （5）空間詳細(xì)程度高，航空相片的空間分辨率可以高達(dá)厘米級甚至毫米級。,航天遙感能夠進(jìn)行連續(xù)的、全天候的工作

14、，提供更大范圍的數(shù)據(jù)，其成本更低，是獲取遙感數(shù)據(jù)的主要方式； 航空遙感主要用于臨時性、緊急的觀測任務(wù)以獲得高精度數(shù)據(jù)。 目前，世界上許多國家都已經(jīng)發(fā)射了服務(wù)于不同目的的各種遙感衛(wèi)星，其遙感器的空間分辨率和光譜分辨率也都各異，形成了從粗到細(xì)的對地觀測數(shù)據(jù)源系列，可以用于監(jiān)測從土地利用、農(nóng)作物生長、植被覆蓋到洪水、森林火災(zāi)、污染等現(xiàn)象的信息以及其動態(tài)變化。 總之，利用遙感技術(shù)，可以更加迅速、更加客觀地監(jiān)測環(huán)境信息；同時，由于遙感數(shù)據(jù)的空間分布特性，可以作為地理信息系統(tǒng)的一個重要的數(shù)據(jù)源，以實時更新空間數(shù)據(jù)庫。,4.4 遙感技術(shù)的應(yīng)用,1 、遙感技術(shù)在測繪中的應(yīng)用 遙感圖像在測繪中主要被用來測繪地形

15、圖、制作正射影像圖和經(jīng)專業(yè)判讀后編繪各種專題圖。使用現(xiàn)時的遙感圖像補(bǔ)測和修編地形圖和地圖，以及在一些特殊條件下，如云覆蓋、森林覆蓋、水下、雪原上測繪地形圖等。所測繪的地形圖或地圖已是數(shù)字形式，通過格式變換直接存入GIS的數(shù)據(jù)庫，修測的內(nèi)容可以更新GIS數(shù)據(jù)庫。,2 、遙感技術(shù)在環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用 地球環(huán)境是一個龐大而復(fù)雜并且在不斷變化的系統(tǒng)。出于人類活動和自然本身演變的原因，使地球環(huán)境產(chǎn)生急劇地，甚至發(fā)生一些災(zāi)難性的變化。如地球溫室效應(yīng)、厄爾尼諾現(xiàn)象、海洋赤潮、洪澇和旱災(zāi)、臭氧空洞、沙塵暴、南北極和珠峰的冰雪線退化等。遙感是監(jiān)測這些環(huán)境現(xiàn)象的最佳方法之一。,3、遙感技術(shù)在地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

16、（1） 遙感圖像上的地質(zhì)構(gòu)造解譯 地質(zhì)構(gòu)造是指巖層和巖體在地殼運動所引起的構(gòu)造作用力的作用下，所發(fā)生的各種永久性的變形和變位。地質(zhì)構(gòu)造是巖漿活動、沉積作用、變質(zhì)作用、風(fēng)化作用及地球內(nèi)部放射物質(zhì)遷移、集中和裂變等地質(zhì)作用的綜合結(jié)果。 地質(zhì)構(gòu)造與地貌類型密切相關(guān)，所以研究地質(zhì)構(gòu)造往往從地貌類型的調(diào)查開始。衛(wèi)星遙感圖像上對各種地貌類型顯示得十分清楚，有時可將整個盆地或山脈容納在一張像片中。由于衛(wèi)片具有宏觀觀察的特點，使地面上許多構(gòu)造特征歷歷在目，如山地和平原的交界、支流河谷的線性排列、洪積扇、斷裂、褶皺等等。 （2）遙感圖像的巖性分類 在地面無植被覆蓋的巖石探露地區(qū)，利用不同巖石間光譜特性差異，可對

17、巖性進(jìn)行識別分類。,（3）遙感方法調(diào)查地質(zhì)災(zāi)害 地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生主要是不良地質(zhì)引起的，不良地質(zhì)是指地球的外營力和內(nèi)營力所產(chǎn)生的對人類活動造成危害的地質(zhì)作用和現(xiàn)象。這些現(xiàn)象主要包括滑坡、崩塌、巖堆、錯落、泥石流、沙丘、河岸沖刷、水庫坍岸、沖溝、巖溶、黃土陷穴、地面塌陷、溜坍、人工采空區(qū)突然下陷、地裂縫、潛蝕、風(fēng)化、凍脹、融陷、坑道涌水、斷層破碎帶、巖爆、高烈度地震等。利用遙感圖像判釋調(diào)查可以直接按影像勾繪出發(fā)生災(zāi)難的范圍，并確定其類別和性質(zhì)，同時還可查明其產(chǎn)生原因、分布規(guī)律和危害程度。某些不良地質(zhì)的發(fā)生較快，利用不同時期的遙感圖像進(jìn)行對比研究，往往能對其發(fā)展趨勢和危害程度做出準(zhǔn)確的判斷。,4 、遙

18、感技術(shù)在農(nóng)林牧等方面的應(yīng)用 （1）遙感信息應(yīng)用于農(nóng)作物估產(chǎn) 研究作物冠層反向光譜特征與冠層狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，是用MSS、TM和NOAA等衛(wèi)星遙感信息進(jìn)行作物估產(chǎn)的基礎(chǔ)。已有研究表明，可見光和近紅外波段反射率組成的植被指數(shù)隨作物冠層狀態(tài)參數(shù)變化呈有規(guī)律變化。 （2）遙感影像用于土壤解譯 （3）衛(wèi)星影像用于土壤侵蝕調(diào)查 （4）遙感技術(shù)在森林立地類型調(diào)查中的應(yīng)用 森林立地是指一定的空間位置及與之相關(guān)的環(huán)境因子的總和，凡具有相同或相似的林木生長環(huán)境或生長效果的地段謂之一種立地類型。它決定一個地段的植被適生條件及林木生產(chǎn)能力，在營林、造林和規(guī)劃設(shè)計中具有重要的意義。近年來迅速發(fā)展的遙感技術(shù)，為我們對森

19、林生態(tài)環(huán)境的研究，提供了新的手段。,5、遙感技術(shù)在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用 （1）遙感技術(shù)在考古方面的應(yīng)用 遙感考古在20世紀(jì)源于歐洲，第一次世界大戰(zhàn)以來歐美等國已普遍運用遙感技術(shù)從事考古調(diào)查和研究。 遙感技術(shù)用于考古，可以從高空的航片或衛(wèi)片上發(fā)現(xiàn)一些已不存在的古城的遺跡。判讀像片時，可以從它們的廢墟、城堡護(hù)堤、巖堆、古河道、廢城墻根基等的空間特征上去推斷，例如，我國西安(古長安)的秦姑皇墓，原有兩重城墻(內(nèi)城和外城)圍護(hù)，現(xiàn)已沒有，但從航空像片上可以清楚地看到內(nèi)城和外城的規(guī)則矩形遺跡。,（2）遙感技術(shù)在旅游資源開發(fā)中的應(yīng)用 隨著經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展和人們的物質(zhì)與精神生活的提高，旅游業(yè)也隨之飛速發(fā)展，旅游人

20、數(shù)和旅游業(yè)收入增長勢頭日益受到各國政府的重視，并逐漸發(fā)展為國民經(jīng)濟(jì)中一個重要行業(yè)。在這種國際大趨勢下，充分利用各種技術(shù)手段調(diào)查、開發(fā)旅游資源，具有現(xiàn)實和長遠(yuǎn)的意義。 （3）遙感探測南極隕石分布,第五章 GPS與GIS的集成,5.1 GIS與GPS的結(jié)合 5.2 基于GIS開發(fā)GIS+GPS的應(yīng)用軟件 5.3 GPS用于GIS數(shù)據(jù)采集,5.1 GIS與GPS的結(jié)合,作為實時提供空間定位數(shù)據(jù)的技術(shù)，GPS可以與地理信息系統(tǒng)進(jìn)行集成，以實現(xiàn)不同的具體應(yīng)用目標(biāo)： 1）定位 主要在諸如旅游、探險等需要室外動態(tài)定位信息的活動中使用。如果不與GIS集成，利用GPS接收機(jī)和紙質(zhì)地形圖，也可以實現(xiàn)空間定位；但是

21、通過將GPS接收機(jī)連接在安裝GIS軟件和該地區(qū)空間數(shù)據(jù)的便攜式計算機(jī)上，可以方便地顯示GPS接收機(jī)所在位置并實時顯示其運動軌跡，進(jìn)而可以利用GIS提供的空間檢索功能，得到定位點周圍的信息，從而實現(xiàn)決策支持。,2）測量 主要應(yīng)用于土地管理、城市規(guī)劃等領(lǐng)域，利用GPS和GIS的集成，可以測量區(qū)域的面積或者路徑的長度。該過程類似于利用數(shù)字化儀進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，需要跟蹤多邊形邊界或路徑，采集抽樣后的頂點坐標(biāo)，并將坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過GIS記錄，然后計算相關(guān)的面積或長度數(shù)據(jù)。 在進(jìn)行GPS測量時，要注意以下一些問題，首先，要確定GPS的定位精度是否滿足測量的精度要求，如對宅基地的測量，精度需要達(dá)到厘米級，而要在野外

22、測量一個較大區(qū)域的面積，米級甚至幾十米級的精度就可以滿足要求；其次，對不規(guī)則區(qū)域或者路徑的測量，需要確定采樣原則，采樣點選取的不同，會影響到最后的測量結(jié)果。,3）導(dǎo)航監(jiān)控 用于車輛、船只的動態(tài)監(jiān)控，在接收到車輛、船只發(fā)回的位置數(shù)據(jù)后，監(jiān)控中心可以確定車船的運行軌跡，進(jìn)而利用GIS空間分析工具，判斷其運行是否正常，如是否偏離預(yù)定的路線，速度是否異常（靜止）等等，在出現(xiàn)異常時，監(jiān)控中心可以提出相應(yīng)的處理措施，其中包括向車船發(fā)布導(dǎo)航指令。,5.2 GIS+GPS應(yīng)用軟件開發(fā),GIS與GPS的集成過程中的一個重要環(huán)節(jié)是解決GIS和GPS之間的邏輯聯(lián)接，包括對數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的組織和表達(dá)，否則，就難以發(fā)揮二

23、者各自的優(yōu)勢。以GIS軟件為平臺，利用GIS(包括矢量數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、DEM、數(shù)字影像以及各種語音和視頻圖像等)開發(fā)GIS+GPS應(yīng)用軟件，可以實現(xiàn)如下功能： (1)基于道路網(wǎng)及其子網(wǎng)求最佳路徑，并可以繞開交通堵塞路段。 (2)圖形漫游和無級比例放大，可在不同層次(不同比例尺)上顯示和瀏覽各級道路網(wǎng)。,(3)車輛監(jiān)控，主要是通過車載GPS接受機(jī)和計算機(jī)所接受的GPS衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)，根據(jù)屏幕上電子地圖，實時顯示當(dāng)前汽車在道路網(wǎng)中的位置。 (4)歷史信息處理，即在接受GPS數(shù)據(jù)時，實時地把當(dāng)時的位置及相關(guān)的狀態(tài)信息記錄下來，以便在需要時，可以把當(dāng)時記錄的數(shù)據(jù)在計算機(jī)上模擬出來。 (5)信息查詢，包

24、括指定屏幕位置的查詢，根據(jù)輸入信息的查詢以及模糊信息查詢。后者主要指對查詢對象的位置和屬性都不完全確定時的查詢。 (6)緊急情況處理，包括突發(fā)事件的位置確定和突發(fā)事件的范圍限定等，并能提供相關(guān)單位的信息。 (7)可利用CCD相機(jī)及其它多種車載傳感器進(jìn)行移動測繪。,5.3 GPS用于GIS采集的流程,GPS用于GIS采集的流程可分為以下幾個步驟： (1)在內(nèi)業(yè)編輯數(shù)據(jù)詞典，然后傳輸?shù)诫娮邮植局泄┩鈽I(yè)數(shù)據(jù)采集用； (2)建立基準(zhǔn)站(在已知點上)； (3)利用GPS流動站設(shè)備采集GIS數(shù)據(jù)； (4)將外業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)進(jìn)行編輯和處理； (5)將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾ISCAD系統(tǒng)。 其系統(tǒng)框圖如下圖

25、所示。,5.3 GPS用于GIS數(shù)據(jù)采集,第六章 GPS與RS的集成,6.1 GPS輔助空中三角測量與自動空中三角測量的結(jié)合 6.2 GPS輔助空中三角測量中的一些關(guān)鍵技術(shù) 6.3 GPS支持下的全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng) 6.4 GPS輔助光束法平差系統(tǒng),遙感是通過非接觸傳感器獲得所攝目標(biāo)的影像，由影像提取各種幾何信息和屬性信息。以航空攝影測量而言，其定位方法通稱空中三角測量，共工作可分為兩大主要部分：第一部分是數(shù)據(jù)采集，包括轉(zhuǎn)點、像點坐標(biāo)或模型點坐標(biāo)量測、坐標(biāo)規(guī)化和預(yù)改正。第二部分是數(shù)據(jù)處理，一般為區(qū)域網(wǎng)平差，平差過程中要引入非攝影測量信息，主要是地面控制點坐標(biāo)，使空中三角測量網(wǎng)納入規(guī)定的物方坐標(biāo)

26、系，同時對像片系統(tǒng)誤差進(jìn)行有效地改正。,傳統(tǒng)的空中三角測量首先是依靠人工選點、轉(zhuǎn)點和在航測儀器上人工量測獲得像點像片坐標(biāo)或模型坐標(biāo)，然后利用大地測量方法測定在像片上滿足良好分布條件的若干控制點。隨著GPS輔助空中三角測量和自動空中三角測量技術(shù)的研制成功，航空攝影測量已進(jìn)入全數(shù)字化階段，利用GPS輔助空中三角測量和全數(shù)字化攝影測量，也即從外業(yè)控制到內(nèi)業(yè)加密直至快速獲取地面DEM、數(shù)字正射影像與數(shù)字線劃圖完全實現(xiàn)了數(shù)字化。 此外，還可以把GPS、慣導(dǎo)系統(tǒng)(INS)、CCD和激光掃描儀集成在一起用于對地觀測和數(shù)據(jù)采集。,6.1 GPS輔助空中三角測量與自動空中三角測量的結(jié)合,1 GPS輔助空中三角測

27、量 GPS輔助空中三角測量是指利用機(jī)載GPS接收機(jī)與地面基準(zhǔn)點的GPS接收機(jī)同時、快速、連續(xù)地記錄相同的GPS衛(wèi)星信號，通過相對定位技術(shù)的離線數(shù)據(jù)后處理獲取攝影機(jī)曝光時刻攝站的高精度三維坐標(biāo)，將其作為區(qū)域網(wǎng)平差中的附加非攝影測量觀測值，以空中控制取代(或減少)地面控制；經(jīng)采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型和算法，整體確定點位并對其質(zhì)量進(jìn)行評定的理論、技術(shù)和方法。,2 自動空中三角測量 自動空中三角測量是利用模式識別與多片影像匹配等方法代替人工進(jìn)行自動選點與轉(zhuǎn)點、同時自動獲取像點坐標(biāo)，提供給區(qū)域網(wǎng)平差程序解算。其主要過程如下： (1)自動內(nèi)定向 主要指建立數(shù)字影像各像素行列數(shù)與其像點坐標(biāo)之間的關(guān)系，其核心是數(shù)字

28、影像中框標(biāo)點的自動識別與定位。由于各種框標(biāo)均具有對稱性及任意倍數(shù)90旋轉(zhuǎn)不變性，對每一種相機(jī)，可用該特性自動建立標(biāo)準(zhǔn)模板。其后利用模板匹配自動快速識別與定位各框標(biāo)點，再根據(jù)相機(jī)檢校的理論框標(biāo)值進(jìn)行參數(shù)解算。,(2)自動選點與自動相對定向 首先由點特征提取算子從每兩幅相互重疊的影像的重疊范圍內(nèi)選取均勻分布的明顯特征點。為了保證高可靠性，所選的點應(yīng)充分多。對每一點進(jìn)行局部多點松弛法影像匹配，得到其在另一幅影像中對應(yīng)的點。然后進(jìn)行相對定向解算，并根據(jù)相對定向結(jié)果剔除粗差，重新解算，直至沒有粗差為止。,(3)多片匹配自動轉(zhuǎn)點 對每幅影像中所選取的點，在所有與其重疊的影像中，利用核線(共面)條件約束的局

29、部多點松弛法影像匹配，進(jìn)行自動轉(zhuǎn)點，并對每一對點進(jìn)行反向匹配，以檢測并排除可能的粗差。 (4)控制點半自動量測 對于GPs輔助空中三角測量，還需要量測少量地面控制點的影像坐標(biāo)，為此由作業(yè)員直接在計算機(jī)屏幕上對某一影像進(jìn)行辨識并精確定位，然后通過多片匹配而實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)點。,3 GPS全自動空中三角測量 由自動空中三角測量中的多片影像匹配自動轉(zhuǎn)點技術(shù)取代常規(guī)航測中像點坐標(biāo)的人工量測，由GPS動態(tài)差分技術(shù)獲取GPS攝站坐標(biāo)，以空中控制取代或減少地面控制，即可使解析空中三角測量實現(xiàn)全自動化，流程為： (1)用機(jī)載GPS接收機(jī)與地面參考點的GPS接收機(jī)同時、快速、連續(xù)地記錄相同的GPS衛(wèi)星之信號，同時在機(jī)

30、載GPS接收機(jī)記錄數(shù)據(jù)中加入攝影瞬間的時標(biāo)信號。 (2)利用后處理軟件進(jìn)行離線數(shù)據(jù)后處理，內(nèi)插獲得攝影瞬間GPS天線相位中心的三維坐標(biāo)。,(3)利用自動空中三角測量中的多片影像匹配自動轉(zhuǎn)點技術(shù)，對數(shù)字化后的影像進(jìn)行整體影像匹配，獲得較常規(guī)數(shù)量多、精度高、可靠性好的模型連接點的像片坐標(biāo)。 (4)由上所得的GPS攝站坐標(biāo)，連接點像片坐標(biāo)，外加攝影機(jī)數(shù)據(jù)，必要時加入少量地面控制，進(jìn)行攝影測量與非攝影測量觀測值的聯(lián)合平差，求解加密點坐標(biāo)(物方坐標(biāo)系)或像片定向參數(shù)。,常規(guī)空中三角測量與GPS輔助全自動空中三角測量之對比,6.3 GPS支持下的全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng),GPS輔助全數(shù)字自動攝影測量生產(chǎn)DEM,

31、全數(shù)字自動攝影測量生產(chǎn)DOM,全數(shù)字自動攝影測量生產(chǎn)DLG,第七章 遙感與GIS集成,7.1 RS與GIS集成的方式 7.2 RS與GIS集成的應(yīng)用,7.1 RS與GIS的集成方式,在軟件實現(xiàn)上，GIS與遙感的集成，可以有以下三個不同的層次： （1） 低層次集成，各自有各自的軟件，只是通過文件轉(zhuǎn)換工具在不同系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)； （2） 兩軟件具有一致的界面和顯示，但實質(zhì)還是兩個軟件； （3） 最高層次是實現(xiàn)具有強(qiáng)大的圖像處理功能的GIS軟件。,7.2 RS與GIS集成的應(yīng)用,在RS+GIS集成系統(tǒng)中，遙感數(shù)據(jù)是GIS的重要信息來源，而GIS則可以作為遙感圖像解譯的強(qiáng)有力的輔助工具，其功能集中體現(xiàn)

32、在： 一、 GIS作為圖像處理工具 二、 遙感數(shù)據(jù)作為GIS的信息來源 可用于： 1）土地動態(tài)變化監(jiān)測 2）環(huán)境、礦產(chǎn)、氣候變化監(jiān)測 3）農(nóng)、林、牧、水利監(jiān)測 ,第八章 “3S”集成技術(shù),8.1 “3S”集成的概念 “3S”集成是指將GIS、GPS、RS這三種對地觀測技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)有機(jī)地集成在一起，實現(xiàn)在線連接、實時處理和集成應(yīng)用?！?S”集成包括空基3S集成與地基3S集成。 空基“3S”集成：用空-地定位模式實現(xiàn)直接對地觀測，主要目的是在無地面控制點(或有少量地面控制點)的情況下，實現(xiàn)航空航天遙感信息的直接對地定位、偵察、制導(dǎo)、測量等。 地基“3S”集成：車載、艦載定位導(dǎo)航和對地面目標(biāo)的

33、定位、跟蹤、測量等實時作業(yè)。,1) 智能交通ITS 智能運輸系統(tǒng)是基于數(shù)字地球建立國家和省市、自治區(qū)的路面管理系統(tǒng)、橋梁管理系統(tǒng)、交通阻塞、交通安全以及高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，并將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)以及計算機(jī)處理技術(shù)等有效地集成運用于整個地面運輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實時、準(zhǔn)確、高效的綜合性交通運輸管理系統(tǒng)，實現(xiàn)運輸工具在道路上的運行功能智能化。從而，使公眾能夠高效地使用公路交通設(shè)施和能源。,8.2 “3S”集成應(yīng)用,具體地說，該系統(tǒng)將采集到的各種道路交通及服務(wù)信息經(jīng)交通管理中心集中處理后，傳輸?shù)焦愤\輸系統(tǒng)的各個用戶(駕駛員

34、、居民、警察局、停車場、運輸公司、醫(yī)院、救護(hù)排障等部門)，出行者可實時選擇交通方式和交通路線；交通管理部門可自動進(jìn)行合理的交通疏導(dǎo)、控制和事故處理；運輸部門可隨時掌握車輛的運行情況，進(jìn)行合理調(diào)度。從而，使路網(wǎng)上的交通流運行處于最佳狀態(tài)，改善交通擁擠和阻塞，最大限度地提高路網(wǎng)的通行能力，提高整個公路運輸系統(tǒng)的機(jī)動性、安全性和生產(chǎn)效率。,對于公路交通而言，ITS(智能化交通系統(tǒng))將產(chǎn)生的效果主要包括以下幾個方面： 提高公路交通的安全性； 降低能源消耗，減少汽車運輸對環(huán)境的影響； 提高公路網(wǎng)絡(luò)的通行能力； 提高汽車運輸生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，并對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各方面都將產(chǎn)生積極的影響。,2)數(shù)字城市 基于

35、高分辨率正射影像、城市地理信息系統(tǒng)、GPS、建筑CAD，可以建立虛擬城市和數(shù)字城市，可實現(xiàn)真三維和多時相的城市漫游、查詢分析和可視化服務(wù)和管理。 3S可用于城市規(guī)劃、市政管理、城市環(huán)境、城市交通、物流運輸、公安消防、保險與銀行、旅游娛樂等。,3) 數(shù)字農(nóng)業(yè)（農(nóng)林牧漁） 2I世紀(jì)農(nóng)業(yè)要走節(jié)約化的道路，實現(xiàn)節(jié)水農(nóng)業(yè)、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)無污染農(nóng)業(yè)。這就要依托數(shù)字地球，每隔35天給農(nóng)民送去他們的莊稼地的高分辨率衛(wèi)星影像，農(nóng)民在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端上可以從影像圖中獲得他的農(nóng)田的長勢征兆，通過GIS作分析，制定出行動計劃，然后在車載GPS和電子地圖指引下，實施農(nóng)田作業(yè)，及時地預(yù)防病蟲害，把殺蟲劑、化肥和水用到必須用的地方，而不致使化學(xué)殘留物污染土地、糧食和種子，實現(xiàn)真正的綠色農(nóng)業(yè)。這樣一來，農(nóng)民也成了電腦的重要用戶，數(shù)字地球就這樣飛入了農(nóng)民家。到那時農(nóng)民也需要有組織，有文化，掌握高科技。,4）數(shù)字水利 水利行業(yè)是一個歷史十分悠久的行業(yè)。水利不但是農(nóng)業(yè)的命脈、國民經(jīng)濟(jì)的命脈，而且將是中華民族生存和發(fā)展的命脈。水利不僅是國民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)設(shè)施，而且在基礎(chǔ)設(shè)施中處于首位。數(shù)字水利的戰(zhàn)略目標(biāo)是實現(xiàn)水利行業(yè)中各種數(shù)據(jù)的整合，使之便于