空间信息导论

地球空间信息技术的概念数字地球概念、核心技术、应用，这章很重要，最好全部掌握OpenGIS九层模型GIS、RS、GPS基本概念，基本知识点，常见遥感卫星3S集成的技术应用，集体的应用实例（非常重要）空间数据的质量、表现、如何控制共享相互操作方式、标准、3WEB要素服务规范空间数据挖掘地球空间信息科学基本概念地球空间信息科学是研究地球系统信息流的科学。研究对象地球信息由属性特征信息、运动状态信息和运动方式信息等组成应用领域最广泛的领域是全球变化和区域可持续发展。地球空间信息科学的形成基础技术基础：遥感、全球定位系统、地理信息系统、信息传输技术、模拟（模拟是通过对客观实体观测、类比、分析、概括、抽象而建立与客观实体物理、化学、生物、力学以及时间和空间同构的模型的技术体系。）、计算机集成技术数据集成是对多个数据集进行全部或部分的调整、转化、叠加和合成等操作。（数据经过操作后仍保持原来数据的特征，如果经过操作后产生了新的数据，则称为数据融合。数据集成的目的是形成充分兼容的空间、时间和属性上无缝的数据库。它既包括对栅格数据、矢量数据和统计数据等异类数据的集成，也包括对遥感、地面观测和社会统计等异源数据的集成，还包括对不同尺度数据的集成。）地球信息系统集成既包括地理信息系统中的数据库、地图可视化技术系统和空间分析系统等模块的集成，也包括地理信息系统与应用模型库系统的集成，还包括不同地理信息系统之间的集成。地球信息是关于地球系统中的物质流、能量流和人流的信息，通常由属性特征信息、运动状态信息和运动方式信息等组成。第二章数字地球数字地球是指数字化三维显示的虚拟地球，是信息化的地球，它是包括数字化、网络化、智能化与可视化的技术系统。为了解决数字地球中的数字化、信息化以及应用问题，需要研究以下关键技术：科学计算、海量存储、宽带网、卫星数据获取、元数据、互操作等等。核心技术1．信息高速公路和计算机宽带高速网2．高分辨率卫星遥感数据的快速获取技术3．地球空间数据的存储和处理4．超媒体空间信息系统5．地理信息的分布式计算6．无比例尺数据库（无比例尺数据库是指以一个大比例尺数据库为基础数据源，在一定区域内空间对象的信息量随比例尺变化自动增减，即可以由大比例尺空间数据自动生成较小比例尺的数据。）7．空间数据仓库（空间数据仓库是指支持管理和决策过程的、面向主题的、集成的和随时间变化的、持久的和具有空间坐标的地理数据的集合。）8．空间数据融合(Fusion)（空间数据融合是指多种数据合成后，不再保存原来的数据，而产生了一种新的综合数据，如假彩色合成影像。）9．可视化和虚拟现实(VR，VirtualReality)10．元数据(Metadata)通过Metadata对数据进行详细的描述Integration（集成），是指一种有机的结合，在线的连接、实时的处理和系统的整体性。“3S”集成包括空基3S集成与地基3S集成。数字地球的应用1．数字地球对全球变化与社会可持续发展的作用2．数字地球对社会经济和生活的影响3．数字地球与精细农业4．数字地球与智能化交通（ITS）5．数字地球与高科技工业园区6．数字地球与现代化战争第三章数据是对客观事物的符号表示，是指那些未经加工的事实或是着重对一种特定现象的客观描述，它是客观事物的性质、属性、位置以及相互关系的抽象表示，是指某一目标定性、定量描述的原始资料，包括数值、文字、符号、图形、图像以及它们能转换的数据等形式。信息是人们或机器提供的关于现实世界新的事实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体的物理形式的改变而改变。信息的特性：普遍性无限性相对性传递性变换性有序性动态性无损耗性信息是数据的内涵，而数据是信息的表达。也就是说数据是信息的载体。数据是对现实世界状况的数字符号记录，信息是经过重新组织的，能揭示现实世界内在机理的并有利于研究工作的数据。地理实体是地理数据库中的实体，是指在现实世界中再也不能划分为同类现象的现象。地理空间，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交换作用的区域，是我们所生活的现实世界所在的空间。地理数据是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称。地理信息是指与所研究对象的空间地理分布有关的信息，它表示地表物体及环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律。空间数据的特点空间性（区域性）时间性（动态性）语义性多维结构特性地球对象的认知与抽象认知就是“信息获取、存贮转换、分析和利用的过程”，也就是“信息的处理过程”。抽象(abstract)是从众多的事物中抽取出共同的、本质性的特征，而舍弃其非本质的特征。目的:将现实地球空间对象通过计算机表示出来。认知与抽象过程会产生差别的原因:（1）地球空间信息的复杂性；（2）人们认知地球空间的手段、方法有差异；（3）不同的学科、部门对地球空间现实世界的兴趣点不同，建立的模型也不同。OpenGIS的九层模型现实世界（realworld）：实际存在的、复杂混沌的大千世界，它是地理空间信息抽象的起点。概念世界（conceptualworld）：由人们认识并命名的事物组成的世界。地理空间世界（Geospatialworld）：反映地图和GIS的世界，用抽象和符号的方式表达概念世界中与地图和地理数据有关的事物。维度世界（尺度世界,dimensionalityworld）：经过量测确定几何特征和定位精度的地理空间世界。项目世界（projectworld）：是尺度地理空间世界的一个被选择部分，按照语义来构造。例如GIS中的专题层。地理点列世界：在一个特殊的地理层中定义的点列，它们与软件系统相关联。地理几何特征世界：基于空间点列来构造的地理要素几何特征，它们与软件系统相关联。地理要素世界：地理要素由几何特征、属性特征及空间参考系统组成，它为地理信息处理提供一个开放界面。地理要素集合世界：由单个要素组成前五层不在计算机上实现是现实世界的抽象后四层是在计算机上实现的。（1）概念模型是地理空间中实体、现象的抽象概念集。从计算机系统角度看，它是抽象的最高层。（2）逻辑数据模型是GIS对地理数据表示的逻辑结构，是系统抽象的中间层，由概念模型转换而来。（3）物理数据模型是概念模型在计算机内部具体的存储形式和操作机制，是系统抽象的最低层。第四章地理信息系统（GeographicInformationSystem或Geo－Informationsystem，GIS）是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，操作对象是空间数据，技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。完整的GIS主要由四个部分构成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据和系统管理操作人员，其核心部分是计算机软硬系统，空间数据库反映了GIS的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。3GIS基本功能数据输入、数据存贮与管理、数据分析与处理、数据输出与表示模块、用户接口模块应用：测绘与地图制图、资源管理、城乡规划、灾害监测、环境保护、国防、宏观决策支持第五章空间数据采集技术GPS的特点：①全球连续覆盖②具有高精度的三维定位、测速和定时功能③抗干扰能力强，保密性能好④被动式全天候导航⑤GPS定位不象经典的测量有等级之分，不存在误差的累积，不必考虑通视问题，可同时解求平面及高程坐标，不须平高分开的布设方式；GPS的组成GPS空间部分目前共有30颗、4种型号的导航卫星，其中6颗为技术试验卫星。21颗工作卫星和3颗备用卫星组成的导航星分布在6个近圆形轨道面上，每个轨道面倾角55°，每个轨道平面内各有4颗卫星均匀分布，轨道升交点赤径间隔60°，运行速度为3800m/s，运行周期11h58min，卫星距地球表面的平均高度约20200km地面控制部分包括主控站、注入站、检测站、辅助通讯系统等部分用户接收机部分：全向天线、接收机、微处理机和输入输出设备，统称接收机。GPS接收机接收GPS卫星信号进行解算，即可确定GPS接收机的位置。（接收机划分：①导航型接收机②测地型接收机③授时型接收机）GPS卫星信号是GPS卫星网向地面的广大用户发送的用于导航定位的调制波，它包含有：载波、测距码和数据码。GPS坐标系WGS-84大地坐标系的几何定义是：原点位于地球质心，Z轴指向BIH（BureauInternationaldeI′Heure，国际时间局，简称BIH）l984.0定义的协议地球极(ConventionalTerrestrialPole，CTP)方向，X轴指向BIHl984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z，X轴构成右手坐标系。GPS定位的基本原理：空间距离交会法（用户用GPS接收机在某一时刻同时接收三颗以上的GPS卫星信号，测量出地面点(接收机天线中心)P至三颗以上GPS卫星的距离SAP，SBP，SCP，…，并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站点P(XP，YP，ZP)的位置）GPS定位原理与方法有：伪距法定位、载波相位测量定位、差分GPS定位其他卫星定位系统全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem，简称GLONASS）“伽利略”（GALILEO）系统：包括27颗卫星为中高度圆轨道工作卫星和3颗候补卫星，卫星高度为24126km，位于3个倾角为56°的轨道平面内。北斗导航定位系统：三大功能--①快速定位②短报文通信③精密授时；由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。GPS的应用：GPS的应用按照其作用分为导航、授时、高精度测量或专业测量第六章RS基础理论遥感（RemoteSensing，简称RS），就是“遥远的感知”，遥感技术是利用一定的技术设备和系统，远距离获取目标物的电磁波信息，并根据电磁波的特征进行分析和应用的技术。遥感技术系统包括：空间信息采集系统（包括遥感平台和传感器）、地面接收和预处理系统（包括辐射校正和几何校正）地面实况调查系统（如收集环境和气象数据）分类：1、按遥感平台的高度分类大体上可分为：地面遥感、航空遥感、航天遥感2、按所利用的电磁波的光谱段分类可分为：可见/反射红外遥感、热红外遥感、微波遥感3、按研究对象分类大体上可分为：资源遥感、环境遥感4、按应用空间尺度分类可分为：全球遥感、区域遥感、城市遥感各种遥感影像的地物颜色有什么特征？黑白影像建筑物为灰白色，草地和森林颜色较深。真彩色影像与地物的颜色特征一致假彩色影像草、树、庄稼为红色，水为灰色或蓝色，城市为灰蓝色。常用的遥感卫星1、气象卫星系列特点：轨道：低轨和高轨。成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。短周期重复观测：静止气象卫星30分钟一次；极轨卫星半天一次。利于动态监测。资料来源连续、实时性强、成本低。优势：（1）空间覆盖优势（2）时间取样优势（3）资料一致性优势（4）综合参数观测优势2、地球资源卫星美国的Landsat、法国的SPOT、中巴合作的CBERS、日本的JRS、欧共体的ERS、加拿大的Radarsat印度的地球资源卫星3、海洋卫星系列海洋水色卫星、海洋地形卫星、海洋动力环境卫星4、高分辨率卫星应用：资源普查、环境与灾害监测（水污染监测、森林火灾与煤矿火点监测、旱涝灾害监测等）、城市遥感调查、考古调查、军事、大型工程监测以及为地理信息系统提供准确、及时的数据等方面。第七章3S集成技术国际上“3S”的研究和应用开始向集成化(或综合化)方向发展。在这种集成应用中：GPS主要被用于实时、快速地提供目标，包括各类传感器和运载平台(车、船、飞机、卫星等)的空间位置;RS用于实时地或准实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息，发现地球表面上的各种变化，及时地对GIS进行数据更新；GIS则是对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理、动态存取、作为新的集成