3s技術及其綜合應用 - 資源環(huán)境與區(qū)域規(guī)劃實驗教學示范

1、3S技術及其綜合應用,錢樂祥廣州大學地理科學學院地理信息科學系2005.2.22,3S技術及其綜合應用,3S綜合應用概述3S綜合應用實例,3S綜合應用概述,GIS在3S技術中的作用GPS在3S技術中的作用RS在3S技術中的作用,GIS在3S技術中的作用,地理數(shù)據(jù)采集地理數(shù)據(jù)管理空間分析與屬性分析地理信息的可視化表現(xiàn) GIS在3S技術中具有采集、存貯、管理、分析和描述整個或部分地球上與空間和地理分布有關的數(shù)據(jù)的重要作

2、用,RS在3S技術中的作用,遙感技術能動態(tài)地、周期性地獲取地表信息，廣泛應用于各個領域。遙感數(shù)據(jù)在3S技術中的作用主要表現(xiàn)在：GIS數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源 遙感數(shù)字圖像可以作為GIS數(shù)據(jù)庫中一種重要的數(shù)據(jù)源，從遙感圖像中可以獲取不同專題數(shù)據(jù)，更新GIS數(shù)據(jù)庫中的地學專題圖。 遙感技術能夠以低廉的價格快速提供各種遙感數(shù)字圖像，這為我們利用遙感圖像理解技術獲取不同地學專題信息，更新GIS中專題圖提供了條件。,RS在3S技術中的作用,利用遙

3、感數(shù)字影像獲取地面高程，更新GIS中高程數(shù)據(jù) 從不同角度拍攝的同一地區(qū)的航空照片和高分辨率衛(wèi)星數(shù)字影像上，可以利用數(shù)字影像相關技術對重疊成像區(qū)域?qū)崿F(xiàn)地形高程信息的獲取，這是對傳統(tǒng)測繪方法的重大改進。隨著高分辨率遙感影像在民用領域的推廣使用，利用高分辨率遙感影像獲取地面高程的成本將會降低，它將成為更新GIS數(shù)據(jù)庫高程數(shù)據(jù)的一個重要數(shù)據(jù)來源。,GPS在3S技術中的作用,GPS（Global Positioning System)即全球定

4、位系統(tǒng)，是利用多顆導航衛(wèi)星的無線電信號，對地球表面某地點進行定位、報時或?qū)Φ乇硪苿游矬w進行導航的技術系統(tǒng)。,GPS在3S技術中的作用,全球定位系統(tǒng)組成導航衛(wèi)星，這些衛(wèi)星分別設置在升交點赤經(jīng)互隔60o的6條近圓軌道上，每條軌道上均勻分布4顆衛(wèi)星，目前有27顆導航衛(wèi)星（其中3顆為備用）在距離地面約20000km的軌道運行。地球上任何地點都可以同時接收到7至9顆導航衛(wèi)星向地面發(fā)送的導航信號，這些信號包含著衛(wèi)星開始時刻的軌道參數(shù)、電波的發(fā)送時

5、刻等信息。,GPS在3S技術中的作用,全球定位系統(tǒng)組成地面站，包括主控站、監(jiān)測站與注入站。主控站控制整個地面站的工作，其作用相當于計算中心，它根據(jù)各監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，計算與編制各個衛(wèi)星的星歷與衛(wèi)星鐘的校正參量等。監(jiān)測站負責跟蹤接收各個衛(wèi)星發(fā)射的導航信號，完成測量衛(wèi)星至監(jiān)測站的偽距離及其變化率等任務，并將數(shù)據(jù)預處理后送到主控站。注入站負責將主控站傳遞的衛(wèi)星星歷等信息注入給衛(wèi)星。,GPS在3S技術中的作用,全球定位系統(tǒng)組成空間定位衛(wèi)星導航儀

6、，它包括空間定位系統(tǒng)接收機、信息處理、控制與顯示設備與天線?？臻g定位系統(tǒng)接收機通過天線接收衛(wèi)星發(fā)送的導航信號，解算出空間定位導航儀使用者所在的位置、速度與相應的時間，在此基礎上求算出對預定航線的偏離，指出到達地點的航向與時間，為了便于使用，這些導航信息可以在顯示熒屏上采用數(shù)字表現(xiàn)，也可以在電子地圖上顯示。,GPS在3S技術中的作用,空間定位的基本原理 分布在地球上空的多顆導航衛(wèi)星，不停地發(fā)射可用來求算并確定地球表層某點精確位置與精密

7、時間的無線電信號，空間定位系統(tǒng)接收機接收來自導航衛(wèi)星的信號，導航儀根據(jù)星歷表信息求得每顆衛(wèi)星發(fā)射信號時在太空中的位置，測量計算衛(wèi)星發(fā)射信號的精確時間，然后根據(jù)已知的空間定位衛(wèi)星的瞬時坐標和信號到達該點時間，通過計算，求得衛(wèi)星至空間定位系統(tǒng)接收機之間的幾何距離，在此基礎上計算出用戶接收機天線所對應的點位，即觀測站的位置。,GPS在3S技術中的作用,空間定位的基本原理 從理論上講，知道三顆衛(wèi)星至觀測站之間的幾何距離，并利用GPS接收機收

8、到的這三顆衛(wèi)星的導航信號推算出的衛(wèi)星瞬時坐標，就可以計算出觀測站的位置。其方法是，以衛(wèi)星的瞬時坐標為球心，以衛(wèi)星至觀測站之間的幾何距離為半徑，作出一個球面，分別以三顆衛(wèi)星的瞬時坐標為球心，衛(wèi)星至觀測站之間的距離為半徑，作出三個球面，三個球面的交點就是觀測站在空間中的位置。由于一般GPS接收機安裝非精密鐘，接收到的時間存在誤差，故計算出衛(wèi)星與用戶之間的距離有誤差（稱為偽距），因此需要利用第四顆衛(wèi)星進行時間上的糾正，以保證時間上同步。,GP

9、S在3S技術中的作用,空間定位系統(tǒng)的作用 空間定位系統(tǒng)具有實時、連續(xù)地提供地球表面任意地點上經(jīng)緯度與高程，提供三維速度與精確時間的能力。精確的定位能力：美國軍用GPS衛(wèi)星導航儀能夠接收精密碼（P碼）信號，其單點測距定位精度在10 m之內(nèi)，事后處理精度可達到厘米級，民用 GPS衛(wèi)星導航儀接收導航衛(wèi)星發(fā)射的粗碼（C／A碼），僅用于定位服務。美國出于其國家利益考慮，將粗碼定位精度原先限制在100m，近年來，隨著其他國家GPS技術的發(fā)展與

10、提高，美國放寬了對定位精度的限制，不久前單點定位精度提高到15米。,GPS在3S技術中的作用,空間定位系統(tǒng)的作用準確定時及測速能力：空間定位系統(tǒng)還具有準確的定時能力（如美國GPS時間精度誤差小于100微秒），以及運動物體的測速能力。導航衛(wèi)星采用固定頻率連續(xù)發(fā)射導航信號，這些信號頻率因GPS衛(wèi)星導航儀與導航衛(wèi)星之間相對位移而產(chǎn)生多普勒頗移現(xiàn)象，由此可以計算出地面上GPS衛(wèi)星導航儀的運動載體在三維方向的速度分量。目前，美國 GPS三維測速

11、精度誤差小于30cm/s，俄羅斯GLONASS速度矢量測量誤差15cm/s。,3S綜合應用實例,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用在精準農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用在土地研究中的應用在全球變化研究領域的應用,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)是一項融GPS、GIS、RS技術與通訊技術為一體的復雜技術系統(tǒng)。它通過對車輛等（移動目標）的導航、動態(tài)跟蹤、監(jiān)控、檢查與服務等功能，來完成對車輛的綜合管理與控制。目前，這類系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)外不少城市

12、試用，備受公安、銀行、保安、出租車管理等部門的青睞。,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,技術系統(tǒng) 車輛導航與車輛監(jiān)控系統(tǒng)主要由硬件、通訊環(huán)境、GPS導航儀和地理信息系統(tǒng)籌組成。,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,技術系統(tǒng) 在3S技術支持下，監(jiān)控中心計算機陣列聯(lián)網(wǎng)后形成車輛信息監(jiān)測與控制系統(tǒng)，管理人員可以對受控車輛進行動態(tài)編組管理、導航與調(diào)度。在控制中心，具有大畫面、高清晰度的大熒屏顯示系統(tǒng)，能夠動態(tài)實時地顯示來自各個車輛的運行狀況，管理

13、人員可以實時看到移動車輛運行情況，對不同區(qū)域或特定目標進行鎖定式監(jiān)控，系統(tǒng)確保緊急報警信號優(yōu)先監(jiān)測，在緊急狀態(tài)時可以應急調(diào)出具有輔助決策功能的警情專用地圖，詳細顯示以事故地點為中心的區(qū)域情況，以供決策參考。,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,技術系統(tǒng) 通訊環(huán)境包括無線集群通訊網(wǎng)和監(jiān)控中心局域網(wǎng)。正常行駛時，車載收發(fā)信機通過無線集群通訊網(wǎng)，自動實時發(fā)送信息至監(jiān)控中心，不停地將車輛當前位置和狀態(tài)送到監(jiān)控中心并在地圖上顯示出來。當遇到緊急情況

14、時，用戶只需按下安裝在車上預定位置的按鈕，報警信息立即傳送到監(jiān)控中心?？刂浦行膬?yōu)先處理緊急報警信號。此外，司機通過語音收發(fā)設備與控制中心保持正常的通信。通過以上方式，控制中心可以動態(tài)跟蹤、調(diào)度與監(jiān)控各入網(wǎng)車輛。,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,GPS在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用對行駛中的車輛進行定位。GPS接收機接收GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)后，計算出自身車輛當前的位置，位置信息按特定的編碼方式，送至數(shù)據(jù)發(fā)送機，經(jīng)天線傳至控制中心。同時GPS導航儀

15、將目前位置數(shù)據(jù)通過接口傳輸?shù)紾IS系統(tǒng)，在GIS支持下，位置數(shù)據(jù)以點狀符號表現(xiàn)在電子地圖上。,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,GPS在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用在緊急情況下，可以利用（自動、人工）報警方式，將車號和GPS提供的車輛位置信息通知控制中心。例如，銀行運鈔車每天都要給許多銀行送款和收款，為了保證運鈔車安全，可以預先規(guī)定其行駛路線，這樣車輛監(jiān)控中心可隨時監(jiān)視運鈔車的行駛狀況，一旦運鈔車偏離其正常路線，GPS導航儀就會向監(jiān)控中心報

16、警，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)向車輛所在地最近的各警局報警。根據(jù)需要，銀行運鈔車還可以裝上“緊急報警鍵”，該鍵隱藏在司機隨手可觸的隱蔽處。在緊急情況發(fā)生時，可立即自動向監(jiān)控中心報送車號和由GPS確定的當前車輛的方位信息，告訴監(jiān)控中心該車發(fā)生特殊情況，保安人員根據(jù)當時車輛所在位置，可以前來救援。,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,GPS在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用提供導航功能。GPS轉(zhuǎn)向民用市場后最先應用的領域就是為車輛導航。司機指定該車行駛的目的地

17、和行駛路線。GPS導航儀開始工作后，GPS接收機不斷地接收衛(wèi)星定位信息，信息處理器快速計算出車輛所在的位置，然后將這些位置信息與設定的行駛路線坐標相匹配，一旦車輛偏離了行駛路線，導航儀就會發(fā)出警告，提醒司機注意。,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,GPS在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用提供導航功能。例如出租車司機可以利用GPS導航功能，為汽車導航并提供交通道路與其他信息。這種車輛需要裝置GPS導航儀和GIS，汽車前部安裝一個電腦小熒屏，熒屏上

18、呈現(xiàn)一幅城市彩色地圖，乘客上車后，告訴要到達的目的地，司機輸入目的地名稱，GIS馬上為司機找出最佳的行車路線，在行駛過程中，熒屏上一個代表汽車的箭頭沿著一條閃爍的路線向目的地移動。在十字路口，GPS導航儀會根據(jù)預定行駛路線用語音提醒你“向左轉(zhuǎn)”或“向右轉(zhuǎn)”等。汽車行駛到目的地時，電子地圖會以文字或語音提示到達了目的地。,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,GIS在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用 車輛安裝GIS后，司機在汽車上可以進行以下查詢：

19、道路上任一點的相關信息（沿街單位名稱，周圍旅館、飯店信息，治安崗亭等特殊信息）。城市每條道路信息（長度、路況、路邊單位分布、電話號碼等）。最優(yōu)路徑計算，給出動態(tài)目標起點到終點之間的最優(yōu)路徑（選擇兩點之間最近路線，路況最佳路線等）?？捎嬎愠鲭娮拥貓D上任意兩點間的距離。,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,GIS在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用 在控制中心，地理信息系統(tǒng)可以完成以下功能：支持掃描儀和數(shù)字化儀輸入，可以對數(shù)字地圖中道路信息進

20、行增加、刪除、移動等修改。此外，支持數(shù)據(jù)文件的輸入，地理信息系統(tǒng)讀入圖形數(shù)據(jù)文件，然后用它直接生成圖形。例如，將AutoCAD生成的圖形直接讀入系統(tǒng)，進行顯示。支持電子地圖的無級縮放、分層顯示和管理。支持地圖與數(shù)據(jù)報表的打印與輸出。掛接多種數(shù)據(jù)庫，支持對動態(tài)目標信息、道路信息、地理信息、服務設施信息等各種信息的查詢。,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,GIS在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用 GIS可以提供輔助決策功能：控制某點的決策優(yōu)

21、選列表（路、道口、警點警力、電話等）?？刂颇硡^(qū)域的決策優(yōu)選列表（區(qū)域內(nèi)外有關信息）?，F(xiàn)有警車、救護車駛往出事點的路線優(yōu)選列表（最暢通路線、最近路線、行駛時間）。 平時可以將各種緊急情況下的相應的備選方案存入計算機，當實際事件發(fā)生時，GIS將立即自動產(chǎn)生相應的備選方案供用戶參考決策。,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,RS在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用利用高分辨率遙感影像圖作為電子地圖 電子地圖是依賴于計算機顯示設備進行顯示的

22、數(shù)字地圖。這種以數(shù)字形式存貯的電子地圖，計算、檢索與查詢方便，便于傳輸與更新。它可以存貯在磁盤或光盤（CD－ROM）中，便于保存和攜帶。電子地圖與“全球定位系統(tǒng)”結(jié)合產(chǎn)生的導航系統(tǒng)，使司機不僅能夠及時了解道路與周圍環(huán)境的信息，而且能夠隨時確定當時的地理位置。,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,RS在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用利用高分辨率遙感影像圖作為電子地圖 電子地圖的信息來源主要有三個渠道：①對城市街道和建筑物進行實地測繪，這種方

23、法提供的電子地圖詳細、準確，但成圖周期長，測繪成本高。②利用地圖進行數(shù)字化，這種方法提供的電子地圖現(xiàn)勢性差，尤其在發(fā)展快的城市，需要進行修改。③利用最新獲取的高分辨率遙感影像圖，在遙感影像上添加上注記和專題符號，就可以快速制成電子地圖，這種方法提供的電子地圖現(xiàn)勢性強，成圖周期短，成本相對較低。 比較起來，利用高分辨率遙感影像圖作為電子地圖，優(yōu)點較多。,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,RS在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用利用高分辨率遙

24、感影像圖更新城市矢量道路圖 中國一些城市已經(jīng)開始使用矢量數(shù)據(jù)電子地圖，這種電子地圖便于實現(xiàn)高精度的車輛定位和監(jiān)控。但矢量數(shù)據(jù)電子地圖的信息來源主要是從地圖上獲取的，由于地圖成圖時間長，城市變化快，部分矢量數(shù)據(jù)的電子地圖已經(jīng)不能適應導航需要。因此可以利用經(jīng)過正射糾正后的高分辨率遙感影像圖作為信息源，對道路數(shù)據(jù)庫進行更新。其更新方法是：選取指定區(qū)域的高分辨率遙感影像圖，對圖像進行正射糾正，由計算機從遙感影像中抽取道路信息，生成矢

25、量數(shù)據(jù)道路地圖，利用現(xiàn)場GPS車輛軌跡信息對生產(chǎn)的道路地圖進行輔助校正，最終生成實用的GIS道路地圖。然后利用新產(chǎn)生的道路地圖，對數(shù)據(jù)庫進行更新。,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,3S在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的綜合應用在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中，遙感技術以數(shù)字圖像方式提供城市范圍內(nèi)道路與相關因子動態(tài)變化的信息，它可以在GIS中作為電子數(shù)字地圖使用，也可以利用遙感圖像來及時更新道路數(shù)據(jù)庫。GPS提供了車輛目前所處的精確位置等信息，位置信息可以在

26、GIS支持下，在顯示器上以“點”狀符號表現(xiàn)出來，直觀地向司機指示當前車輛在道路上的位置，同時該車的位置信息可以通過無線集群通訊網(wǎng)接入控制中心局域網(wǎng)，車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)服務器接收各個移動車輛的位置信息，并分發(fā)給與其相連的各個操作臺。,在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的應用,3S在車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)中的綜合應用管理操作臺與監(jiān)視操作臺上安裝有GIS系統(tǒng)，它可以把GPS的定位信息在電子地圖中相應位置上表現(xiàn)出來，地理信息系統(tǒng)可以實現(xiàn)各種車輛信息的管理、顯

27、示和分析，為管理人員和司機提供輔助決策。在突發(fā)事件時還可以快速在地圖上準確標示出各個移動車輛的當前位置，為公安快速反應，緊急調(diào)度管理，組織車輛救援提供幫助。3S技術各有側(cè)重，相互補充，共同完成車輛導航與監(jiān)控系統(tǒng)所承擔的各項任務。,在精準農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用,精準農(nóng)業(yè) 精準農(nóng)業(yè)（Precision Agriculture)也被稱為因地制宜農(nóng)業(yè)（site specific farming）、處方農(nóng)業(yè)（prescription farmin

28、g）。它是在信息技術支持下，根據(jù)土地的空間差異，實行定位、定時、定量控制的一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作和農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)。在3S技術支持下，獲取作物生長的各種影響因素信息（如土壤結(jié)構(gòu)、含水量、地形、病蟲害等）。通過進行農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量對比，分析影響小區(qū)產(chǎn)量差異的原因，獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在的空間和時間差異性信息，根據(jù)每個地塊的農(nóng)業(yè)資源特點，按需實施微觀調(diào)控，以充分利用現(xiàn)代化和機械化，精耕細作，降低生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染、獲取高的經(jīng)濟效益。,在精準農(nóng)業(yè)發(fā)

29、展中的應用,精準農(nóng)業(yè)與3S的關系 精準農(nóng)業(yè)發(fā)展受到3S技術的推動。20世紀70年代，遙感與地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，為精準農(nóng)業(yè)發(fā)展作了技術上的準備。80年代各發(fā)達國家在提高農(nóng)產(chǎn)品市場競爭力目標驅(qū)動下，對減少環(huán)境污染，節(jié)約勞動成本、提高農(nóng)業(yè)利潤的大田作物生產(chǎn)的高新技術給予了廣泛的關注，遙感與地理信息系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)開始在農(nóng)業(yè)較大范圍中應用。90年代初期衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術的民用化，推動了3S在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用，導致了精準農(nóng)業(yè)的誕生并推動了精準

30、農(nóng)業(yè)的發(fā)展。目前國外關于精準農(nóng)業(yè)的研究，主要內(nèi)容仍然集中在3S技術利用上?？梢哉f精準農(nóng)業(yè)的發(fā)展起步不久，3S技術在精準農(nóng)業(yè)示范應用中預示了良好的發(fā)展前景。,在精準農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用,精準農(nóng)業(yè)與3S的關系在3S技術支持下的精準農(nóng)業(yè)具有以下特點：技術性強：精準農(nóng)業(yè)起源于3S在農(nóng)業(yè)領域的綜合應用。3S技術涉及到電磁波理論、圖像處理、圖像解譯、計算機硬件與軟件技術、空間分析技術、衛(wèi)星導航原理、測量等多個領域，將這些理論、方法和技術與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)

31、合，具有很強的技術性。定量化：精準農(nóng)業(yè)的目的是通過盡可能精確地規(guī)劃諸如勞動力、種子、肥料、農(nóng)藥等用量指標，來最大限度地降低勞動成本和物質(zhì)與能量消耗。3S技術在新型農(nóng)田作業(yè)機械的使用，對精準農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到巨大推動作業(yè)。在這些新型農(nóng)田作業(yè)機械中，計算機可以精確控制著種子、肥料、農(nóng)藥等用量，它可以根據(jù)不同的土質(zhì)、作物長勢和其他農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境特點，定量投放種子、肥料、農(nóng)藥等。因此，它具有定量化的特點。,在精準農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用,精準農(nóng)業(yè)與3S的關

32、系在3S技術支持下的精準農(nóng)業(yè)具有以下特點：定位化：傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)進行田間管理時，農(nóng)民不能顧及每塊田地上的土質(zhì)的差別，按統(tǒng)一標準向田間投入肥料、滅草劑和殺蟲劑，這勢必造成浪費，或不能滿足某些地塊上田間管理的要求。GPS提供的準確定位功能，可對田間實施“外科手術”式作業(yè)。具有GPS導航儀的收割機在經(jīng)過每塊土地時都記錄下作物產(chǎn)量；農(nóng)民分析這些資料，就能制定出對每塊土地內(nèi)的作物或土壤區(qū)別對待的田間耕作與管理計劃，把計劃輸入農(nóng)田作業(yè)機械的計算機里，

33、在GPS定位系統(tǒng)的協(xié)助下，農(nóng)田機械可以根據(jù)不同地塊的差別，自動調(diào)節(jié)種子、肥料和化學劑的投放量。例如根據(jù)地塊內(nèi)部土壤結(jié)構(gòu)、有機質(zhì)含量、不同土壤含水量來確定具體地塊播種的疏密，這反映出精準農(nóng)業(yè)田間作業(yè)具有定位化的特點。,在精準農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用,RS在精準農(nóng)業(yè)中的作用RS是精準農(nóng)業(yè)獲得田間數(shù)據(jù)的重要來源。遙感技術在精細農(nóng)業(yè)中具有以下的應用：農(nóng)作物播種面積遙感監(jiān)測與估算。搭載遙感器的衛(wèi)星或飛機通過田地時，可以監(jiān)測并記錄下農(nóng)作物覆蓋面積數(shù)據(jù)，

34、通過這些數(shù)據(jù)可以對農(nóng)作物分類，在此基礎上可以估算出每種作物的播種面積。目前商業(yè)銷售的遙感圖像已經(jīng)達到1m空間分辨率，在這種高分辨率圖像中可以進行精確的農(nóng)作物播種面積的估算。,在精準農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用,RS在精準農(nóng)業(yè)中的作用遙感監(jiān)測作物長勢與作物產(chǎn)量估算。利用遙感技術在作物生長不同階段進行觀測，獲得不同時間序列的圖像，農(nóng)田管理者可以通過遙感提供的信息，及時發(fā)現(xiàn)作物生長中出現(xiàn)的問題，采取針對措施進行田間管理（如施肥、噴施農(nóng)藥等）。管理者可以

35、根據(jù)不同時間序列的遙感圖像，了解不同生長階段中作物的長勢，提前預測作物產(chǎn)量。自“七五”初開始，我國很多部門利用陸地衛(wèi)星和氣象衛(wèi)星進行大面積作物長勢和產(chǎn)量監(jiān)測的研究與試驗。這為作物長勢監(jiān)測與產(chǎn)量的提前預報奠定了科學基礎。,在精準農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用,RS在精準農(nóng)業(yè)中的作用作物生態(tài)環(huán)境監(jiān)測。利用遙感技術可以對土壤侵蝕、土地鹽堿化面積、主要分布區(qū)域與土地鹽堿化變化趨勢進行監(jiān)測，也可以對土壤水和其他作物生態(tài)環(huán)境進行監(jiān)測，這些信息有助于田間管理者采

36、取相應措施。災害損失評估。氣候異常對作物生長具有一定影響，利用遙感技術可以監(jiān)測與定量評估作物受災程度，作物受旱澇災害影響的面積，對作物損失進行評估，然后針對具體受災情況，進行補種、澆水、施肥或排水等抗災措施。,在精準農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用,GPS在精準農(nóng)業(yè)中的作用近幾年來，GPS產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，一些美國大公司提供了用于農(nóng)田測量、定位信息采集和與智能化農(nóng)業(yè)機械配套的DGPS產(chǎn)品。這類產(chǎn)品動態(tài)定位精度一般可達分米和米級，并具有與地理信息系統(tǒng)和農(nóng)

37、機智能監(jiān)控裝置的通用標準接口。GPS接收機在精準農(nóng)業(yè)中的作用包括精確定位、田間作業(yè)自動導航和測量地形起伏狀況。為了實現(xiàn)以上功能，GPS接收機需要與農(nóng)田機械結(jié)合，隨著農(nóng)田機械在田間作業(yè)，同時進行精確定位、田間作業(yè)自動導航和測量地形起伏。目前，在美國和一些歐洲國家已經(jīng)試用一種新型聯(lián)合收割機，這種聯(lián)合收割機的一個重要特點是，在機器上安裝全球定位系統(tǒng)接收機和地理信息系統(tǒng)，它通過差分GPS系統(tǒng)進行精確定位和高度測量，利用GIS記錄與顯示聯(lián)合收割機

38、當前作業(yè)位置和土地單位面積產(chǎn)量與微地形起伏狀況。由于具有精確定位功能，農(nóng)業(yè)機械可以將作物需要的肥料送到準確位置，也可以將農(nóng)藥噴灑到準確位置。這不僅有助于提高作物產(chǎn)量，也可以降低肥料和農(nóng)藥的消耗。,在精準農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用,GIS在精準農(nóng)業(yè)中的作用繪制作物產(chǎn)量分布圖。安裝GPS導航儀的新型聯(lián)合收割機，在田間收割農(nóng)作物時，每隔一定時間記錄下聯(lián)合收割機的位置，同時產(chǎn)量計量系統(tǒng)隨時自動稱出農(nóng)作物的重量，置于糧倉中的計量儀器能測出農(nóng)作物流入儲存?zhèn)}

39、的速度及已經(jīng)流出的總量，這些結(jié)果隨時在駕駛室內(nèi)的顯示熒屏上顯示出來，并被記錄在地理數(shù)據(jù)庫中。利用這些數(shù)據(jù)，在地理信息系統(tǒng)支持下可以制作農(nóng)作物產(chǎn)量分布圖。在產(chǎn)量分布圖上描繪出每個地塊在空間的分布輪廓和單位面積土地上農(nóng)作物產(chǎn)量。,在精準農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用,GIS在精準農(nóng)業(yè)中的作用農(nóng)業(yè)專題地圖分析。通過GIS提供的復合疊加功能將不同農(nóng)業(yè)專題數(shù)據(jù)組合在一起，形成新的數(shù)據(jù)集。例如，將土壤類型、地形、作物覆蓋數(shù)據(jù)采用復合疊加，建立三者在空間上的聯(lián)系

40、，可以很容易分析出土壤類型、地形、作物覆蓋之間的關系。地理信息系統(tǒng)與傳統(tǒng)地圖相比最大優(yōu)點是能夠很快的將各種專題要素地圖組合在一起，產(chǎn)生出新的地圖。將不同專題要素地圖疊加在一起，可以分析出土地上各種限制因子對作物的相互作用與相互影響，從中可以發(fā)現(xiàn)它們之間的關系，如土壤PH值與產(chǎn)量的關系。這對于指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是很有意義的。,在精準農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用,3S在精準農(nóng)業(yè)中的綜合應用全球定位系統(tǒng)的優(yōu)勢是精確定位，地理信息系統(tǒng)的優(yōu)勢是管理與分析，遙感的

41、優(yōu)勢是快速提供各種作物生長與農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境在地表的分布信息，它們可以做到優(yōu)勢互補，促進精準農(nóng)業(yè)的發(fā)展。GPS和GIS結(jié)合提供了科學種田需要的定位和定量進行田間操作與田間管理的技術手段。GPS特點是可以確定農(nóng)用機械在田間作業(yè)的精確位置。GIS特點是對各種田間數(shù)據(jù)進行處理和定量分析，二者結(jié)合可以提供科學種田需要的定位和定量技術手段，進行田間操作與田間管理。例如，地理信息系統(tǒng)能夠根據(jù)地塊中土壤特性（土壤結(jié)構(gòu)與有機質(zhì)含量）和土地條件（土地平整度

42、與灌溉），結(jié)合GPS接收機提供的位置數(shù)據(jù)，指揮播種機進行定量播種，播種的疏密程度與土地肥力和土壤質(zhì)地等作物生長環(huán)境相適應。在GIS和GPS指揮下，農(nóng)藥噴灑機可以去病蟲害發(fā)生地自動噴灑農(nóng)藥。,在精準農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用,3S在精細農(nóng)業(yè)中的綜合應用遙感和GIS結(jié)合提供了多種數(shù)據(jù)源，這為建立農(nóng)田基礎數(shù)據(jù)庫奠定了基礎。搭載在農(nóng)用機械上的地理信息系統(tǒng)可以記錄下各種農(nóng)田操作過程中獲得的數(shù)據(jù)，如作物品種、播種深度、噴灑農(nóng)藥類型、施肥和灌溉，以及收獲產(chǎn)量

43、，同時記錄下田間作業(yè)時的位置與范圍、灌溉量、化肥使用量、農(nóng)藥噴灑量、噴施部位、使用時間、當時天氣狀況，這些都可以記錄在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，日積月累，形成農(nóng)田基礎數(shù)據(jù)庫。此外，也可以通過觀察，將作物生長情況，田間管理措施和生態(tài)環(huán)境等數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)庫中。農(nóng)田基礎數(shù)據(jù)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)輔助決策支持系統(tǒng)的重要科學依據(jù)。,3S在土地研究中的應用,RS技術在土地領域的應用 常規(guī)的土地資源調(diào)查方法，獲取數(shù)據(jù)的周期長而且精度差，數(shù)據(jù)和圖件的管理、傳輸、分析手段落

44、后，無法提供及時、準確、全方位的信息。加上每年土地利用和土地覆蓋狀況都在變化，往往使耗資巨大的調(diào)查結(jié)果難以反映當前土地資源現(xiàn)狀，而應用遙感技術則可以快速獲得土地利用和土地覆蓋的動態(tài)變化信息。 我國從20世紀80年代起逐步應用航空和航天遙感技術和方法，進行土地資源調(diào)查和土地利用動態(tài)監(jiān)測。,3S在土地研究中的應用,RS技術在土地領域的應用 從1981年到1984年用560幅MSS衛(wèi)星圖像，參考地形圖和航空像片，在全國進行了

45、一次土地資源概查。量算了全國和各省的土地面積，編制了738幅1：25萬土地利用現(xiàn)狀圖，并首次提供了16類土地資源面積。1986年至1990年用陸地衛(wèi)星TM圖像和中國資源衛(wèi)星圖像進行了“三北防護林”的資源調(diào)查和評估。對400萬km2的國土進行了遙感調(diào)查；編制了1:50萬的土地類型、森林分布、森林動態(tài)、草地等級、土地評價等圖件，并建立了國家森林資源清查數(shù)據(jù)庫。1985年至1990年間，用遙感技術對西藏120萬km2的面積進行了土地利用調(diào)查，

46、首次提供了西藏地區(qū)土地資源的詳細資料。,3S在土地研究中的應用,GIS技術在土地領域的應用 地理信息系統(tǒng)最早是由土地部門發(fā)展起來的。盡管在不同土地部門中應用的地理信息系統(tǒng)名稱不同，但它們實質(zhì)上都是與具體部門相結(jié)合的地理信息系統(tǒng)軟件。應用在土地領域的地理信息系統(tǒng)主要包括：土地管理信息系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要面向土地管理部門，為便于廣大基層土地管理部門接受與使用，它往往具有使用靈活便捷、用戶界面友好、便于操作等特點。土地利用動態(tài)監(jiān)測

47、系統(tǒng)。這類系統(tǒng)主要用于土地利用現(xiàn)狀遙感調(diào)查和動態(tài)變化監(jiān)測。它主要以TM、SPOT和我國資源衛(wèi)星獲取的遙感信息作為數(shù)據(jù)源，利用圖像分類和模式識別技術，對土地利用變化頻繁的地區(qū)進行動態(tài)監(jiān)測。在基于GIS的本底數(shù)據(jù)庫支持下，實現(xiàn)土地利用狀況變化的調(diào)查。,3S在土地研究中的應用,GIS技術在土地領域的應用地籍管理信息系統(tǒng)。地籍是反映土地位置、數(shù)量、質(zhì)量、權(quán)屬、用途等基本情況的資料。地籍管理信息系統(tǒng)是國家與地方土地管理部門實現(xiàn)地籍管理現(xiàn)代化的支

48、持工具。根據(jù)地籍管理的各項事務要求，在地籍管理信息系統(tǒng)支持下，可以實現(xiàn)包括圖形庫、屬性庫和法律文件的數(shù)據(jù)庫管理、各種地籍圖件的編輯與檢索、查詢統(tǒng)計以及地籍權(quán)屬變化的修改和各種圖表與文件的輸出。,3S在土地研究中的應用,GPS技術在土地領域的應用GPS由于定位的高精度和應用的靈活性，目前已經(jīng)成為土地調(diào)查中進行空間定位的主要手段。在土地資源分布調(diào)查中，GPS可以作為獨立數(shù)據(jù)獲取手段之一。對于權(quán)屬劃撥引起的用地類型改變的情況，可以使用GPS

49、接收機在野外獲取變化區(qū)域的定位數(shù)據(jù)，在此基礎上對土地資源數(shù)據(jù)庫進行更新。由于權(quán)屬劃撥引起的用地類型改變，并沒有導致地塊物理性質(zhì)的變化，遙感圖像上無法反映出來。此外，在土地利用動態(tài)監(jiān)測中，GPS可以作為遙感技術的輔助定位手段。,3S在全球變化研究領域的應用,全球變化是指氣候和地表及地表以上各種因子間的相互作用造成的環(huán)境變化。它涉及到巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈。全球變化受到自然過程和人類活動的共同影響，目前已出現(xiàn)全球變暖、大氣溫室氣體濃

50、度增加、臭氧洞擴大、地表植被覆蓋和土地利用變化等幾個比較重大的環(huán)境問題。,3S在全球變化研究領域的應用,全球變化研究的技術支撐是遙感技術、地理信息系統(tǒng)技術、全球定位技術與高速數(shù)字通訊網(wǎng)。遙感技術提供了地球上環(huán)境與資源動態(tài)變化信息，地面衛(wèi)星接收站與數(shù)字通訊網(wǎng)分別實現(xiàn)天地之間通訊傳輸與地球不同區(qū)域分布式數(shù)據(jù)庫的聯(lián)網(wǎng)，地理信息系統(tǒng)完成地球資源與環(huán)境信息的分析任務，全球定位技術提供了地球表層觀測地點的精確位置等信息，以上技術各有側(cè)重，相互補充，

51、在全球變化研究和對地觀測研究中發(fā)揮著重要作用。,3S在全球變化研究領域的應用,RS技術在全球變化監(jiān)測中的應用 遙感技術是全球變化動態(tài)監(jiān)測的重要手段。利用遙感技術獲取全球變化信息，時間周期很短。天空中運行的氣象衛(wèi)星，可以一天兩次監(jiān)測同一地區(qū)，法國SPOT地球觀測衛(wèi)星，在需要時可以3～5天的間隔觀測同一地區(qū)，美國發(fā)射的地球觀測衛(wèi)星，以16～18天的時間間隔觀察同樣的地區(qū)。,3S在全球變化研究領域的應用,GIS技術在全球變化監(jiān)測中的應

52、用全球變化數(shù)據(jù)檢索與查詢。如全球變化研究中，?！憽獨庀嗷プ饔煤退h(huán)在全球變化的區(qū)域響應中起著關鍵的作用。其研究中，涉及大氣、海洋、地理、水文和生態(tài)多種學科的大量數(shù)據(jù)和多種遙感資料，它需要利用GIS技術進行管理、檢索和查詢。承擔全球變化方面的各種分析。,3S在全球變化研究領域的應用,GIS技術在全球變化監(jiān)測中的應用進行相互關聯(lián)的區(qū)域要素間的相關分析。降水會影響水資源管理、農(nóng)業(yè)以及旱澇的發(fā)生。降水是與社會經(jīng)濟有關的重要氣候變量之一

53、。因此，利用GIS對氣象衛(wèi)星等提供的降水遙感觀測資料進行關聯(lián)分析，可以對一個區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展提供重要的科學依據(jù)。 利用地理數(shù)據(jù)庫的各種數(shù)據(jù)，預測全球變化對某一區(qū)域的演變趨勢。例如，10年后東北小興安嶺生態(tài)環(huán)境會產(chǎn)生什么變化？對各種可能出現(xiàn)的結(jié)果進行模擬。例如，全球變暖所引起的海平面上升將對沿岸地區(qū)的社會經(jīng)濟產(chǎn)生顯著的影響。如果海平面升高20cm，海洋沿岸將會有哪些地區(qū)被淹沒？在可能被淹沒的區(qū)域，包括哪些城市，采取哪些措施，可以避免城市

54、被淹沒，這些都需要GIS分析。,3S在全球變化研究領域的應用,GPS技術在全球變化監(jiān)測中的應用利用GPS定位技術監(jiān)測氣候變暖導致的海平面上升。全球變暖引起的極地冰蓋融化和全球海水密度降低會導致海平面上升，但海平面上升也可以由陸地垂直運動引起。如何將陸地垂直運動引起的海平面上升與氣候變暖導致的海平面上升區(qū)別開來，采用驗潮站來監(jiān)測海平面變化有其固有的缺陷。因為驗潮站所在的陸地的垂直運動（如構(gòu)造運動，人為因素引發(fā)的局部地面沉降等）將直接影響

55、驗潮的結(jié)果，由此得出的海平面的變化結(jié)論是不準確、不可靠的。利用GPS定位技術，在沿海若干個均勻分布的驗潮站的參考水準點上建立GPS網(wǎng)，通過高精度GPS觀測，將網(wǎng)中各點聯(lián)測到由空間大地測量技術建立的地球質(zhì)心參考框架（ITRF）中去。這樣便能提供一個穩(wěn)定的基準來監(jiān)測沿海陸地與海平面各自的垂直運動，從而監(jiān)測氣候變暖導致的海平面上升。,3S在全球變化研究領域的應用,GPS技術在全球變化監(jiān)測中的應用利用高精度GPS測量地球表層的板塊運動。根據(jù)科

56、技日報報道，我國科研人員在30余年來的珠峰地區(qū)大地測量研究中發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)的地殼垂直運動在空間上存在較明顯的變化，這種變化可能與珠峰北側(cè)大型斷裂有關。高精度GPS測量資料顯示：珠峰地區(qū)的水平運動以每年6～7cm的速度指向NE（54o方位角）；珠峰主脊線南北兩側(cè)地殼塊體呈現(xiàn)右旋走滑運動趨勢。研究還發(fā)現(xiàn)，珠峰峰頂雪面高程30余年來一直呈現(xiàn)系統(tǒng)性下降趨勢，這種趨勢可能與全球變化有一定關系。,總 結(jié),遙感圖像機理遙感圖像處理遙感圖像分析與應

57、用,遙感圖像機理,遙感系統(tǒng)地物光譜反射特性遙感平臺攝影成像掃描成像微波成像的原理遙感圖像的特征,遙感圖像機理,基本概念遙感 反射波譜遙感平臺 （空間、時間、波譜、輻射）分辨率主動遙感 被動遙感 ……,遙感圖像機理,典型地物的反射光譜特征植被 水體 土壤 ……常用傳感器獲取的數(shù)據(jù)特點TM ETM AVHRR MODIS HRV SAR ……遙感成像的原理攝影成像 掃描成像

58、 雷達成像,遙感圖像處理,圖像校正圖像增強信息復合分類目視解譯,圖像校正,數(shù)字圖像的性質(zhì)與特點輻射校正 圖像的幾何畸變 幾何校正的方法 幾何校正的重采樣、內(nèi)插方法,圖像校正,基本概念數(shù)字圖像 輻射校正 幾何校正 重采樣 GCP 直方圖 線性內(nèi)插卷積計算……,圖像校正,引起圖像畸變（包括輻射畸變和幾何畸變）的原因大氣是怎樣影響圖像畸變的？基本的輻射校正方法有哪些？幾何畸變的校正方法、步

59、驟？幾何畸變校正時，常用的內(nèi)插計算方法各有什么優(yōu)缺點？圖像校正時應該注意的問題有哪些？,圖像增強,對比度變換空間濾波圖像運算多光譜變換,圖像增強,概念 對比度變換 空間濾波 低（高、帶）通濾波 圖像運算 K-L變換 K-T變換 HIS變換 各種梯度的概念圖像增強方法有哪些？如何實現(xiàn)？各種方法的特點？,信息復合,信息復合的概念遙感圖像的空間配準遙感信息的復合遙感信息與非遙感信息的復合,信息復合,概念

60、信息復合的技術關鍵？信息復合有什么意義？遙感信息之間的復合、遙感信息與非遙感信息的復合是如何實現(xiàn)的？,分類,概述分類原理與基本過程遙感圖像分類方法遙感圖像多種特征提取圖像解譯專家系統(tǒng),目視解譯,遙感圖像目視解譯原理遙感圖像目視解譯基礎遙感影像制圖簡介,目視解譯,遙感圖像目視解譯原理直接解譯標志有哪些？如何獲取間接解譯標志？目視解譯可用哪些方法？目視解譯步驟？,遙感圖像分析與應用,水體信息自動提取居民點特征提取