卫星遥感技术与应用08

第一节概述遥感（RemoteSensing）、地理信息系统（GeographicInformationSystem）与全球定位系统（GlobalPositioningSystem）的英文名称中最后一个单词均含有“S”，习惯上将这三种技术合称为“3S”技术。早在20世纪70年代，集成技术也逐步得到应用。但用现代系统科学与信息技术的观点来解释集成思想，并把这种思想用于3S集成，形成一个较完整的系统集成理论、技术与方法体系，则是空间信息领域的专家学者近年来一直在致力探索的事情。空间信息集成系统的核心在于系统集成，实现各单元信息系统的异构同化和同构整体化；这是一个多学科多技术相互渗透的并行、重构与协同过程，是多方法、多机制相互融合以产生突破与聚变的过程。第八章遥感、地理信息系统与全球定位系统综合应用1、基本概念地理信息系统（GIS）是在计算机硬件和软件支持下，运用地理信息科学和系统工程理论，科学管理和综合分析各种地理数据，提供管理、模拟、决策、规划、预测和预报等任务所需要的各种地理信息的技术系统。地理信息系统的开发起源于加拿大土地管理局在20世纪60年代初期开展的土地资源调查。一、地理信息系统空间信息和属性信息相结合。（1）、地理数据采集功能计算机键盘数据采集、手扶跟踪数字化方法、地图扫描数字化、实测地图数据的输入（全站仪、电子平板）、GPS数据采集（2）、地理数据管理功能地理属性数据的管理（属性数据项、属性数据记录和属性文件）、空间数据的管理（空间数据的编辑修改和检索查询）2、地理信息系统的基本功能（3）、空间分析和属性分析功能分析功能是地理信息系统的核心。地理信息模型：空间数据分析模型、属性数据分析模型空间数据分析模型：基于矢量数据的分析模型（拓扑叠加模型、缓冲区分析模型、地理网线分析模型等）、基于栅格数据的分析模型（数字地面模型等）属性数据分析模型：统计系列模型、相关分析系列模型、分类系列模型、评价系列模型、预测系列和动态模拟模型、规划系列模型（4）、地理信息的可视化表现可视化技术：可视化编程；以图形、图像形式将数据直观地显示1、全球定位系统基本原理全球定位系统是利用多颗导航卫星的无线电信号，对地球表面某地点进行定位、报时或对地面移动物体进行导航的技术系统。空间定位系统由三部分组成：导航卫星（27颗）；地面站（主控站、监测站、注入站）；空间定位卫星导航仪（空间定位系统接收机、信息处理、控制与显示设备与天线）二、全球定位系统空间定位的基本原理：分布在地球上空的多颗导航卫星，不停地发射可用来求算并确定地球表层某点精确位置与精密时间的无线电信号，空间定位系统接收机接收来自导航卫星的信号，导航仪根据星历表信息求得每颗卫星发射信号时在太空中的位置，测量计算卫星发射信号的精确时间，然后根据已知的空间定位卫星的瞬时坐标和信号到达该点时间，通过计算，求得卫星至空间定位系统接收机之间的几何距离，在此基础上计算出用户接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。以卫星的瞬时坐标为球心，以卫星至观测站之间的几何距离为半径，作出一个球面，分别以三颗卫星的瞬时坐标为球心，卫星至观测站之间的距离为半径，作出三个球面，三个球面的交点就是观测站在空间中的位置。伪距：由于一般GPS接收机安装非精密钟，接收到的时间存在误差，其计算出卫星与用户之间的距离存在误差。（1）全球定位系统（GlobalPositioningSystem）美国国防部控制：（P码：1575.42MHz、1227.6MHz，单点测距定位精度10米；C/A码：1575.42MHz，单点测距定位精度数十米至100米）。时间精度误差小于100微秒，三维测速精度误差小于30cm/s。GPS卫星信号包括：载波信息、P码、C/A码、数据码（导航电文）等多种信息。2、可利用的空间定位系统目前GPS定位采用的基本观测测量主要有两种：码相位测量和载波相位测量。码相位测量（时间延迟测量）：测量GPS卫星发射的测距码信息（C/A码和P码）到达用户接收天线（观测站）的传播时间。载波相位测量：测量接收机收到的具有多普勒频移的载波信号与接收机产生的参考载波信息之间的相位差。（2）全球轨道导航卫星系统（GlobalOrbitingNavigationSatelliteSystem,GLONASS）前苏联建立的。标准精密导航信号（SP）（水平定位精度：57—70米，垂直定位精度70米）；高精密导航信号（HP）。速度矢量测量精度15cm/s。中国研制的导航和个人通信技术结合的卫星定位系统。目前共5颗北斗导航试验卫星。计划2008年左右满足中国及周边地区用户对卫星导航系统的需求，并逐步扩展为全球卫星导航系统。北斗导航试验系统运行至今工作稳定、状态良好，已在测绘、电信、水利、交通运输、勘探和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。（3）北斗卫星导航系统（无线电测向卫星业务系统，RDSS）北斗卫星导航定位系统是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的一种全天候、区域性的卫星定位系统。系统的主要功能是：1、定时：快速确定用户所在地的地理位置，向用户及主管部门提供导航信息。2、通讯：用户与用户、用户与中心控制系统间均可实现双向简短数字报文通信。3、授时：中心控制系统定时播发授时信息，为定时用户提供时延修正值。美国GPS胜在成熟。欧洲伽利略胜在精准，伽利略卫星定位系统信号的最高精度比GPS高10倍，确定物体的误差范围在1米之内。俄罗斯的格洛纳斯由24颗卫星组成，是由军方负责研制和控制的军民两用导航定位卫星系统。尽管其定位精度比GPS、伽利略略低，但其抗干扰能力却是最强的。中国北斗的优势则在于互动性和开放性。中国自行研制生产的北斗卫星导航系统不仅具备在任何时间、任何地点为用户确定其所在的地理经纬度和海拔高度的能力，而且在定位性能上有所创新，与其他系统最大的不同，在于它不仅能使用户知道自己的所在位置，还可以告诉别人自己的位置，特别适用于需要导航与移动数据通信场所。此外，中国还致力于提高北斗卫星导航系统与其他全球卫星导航系统的兼容性，促进卫星定位、导航、授时服务功能的应用。美、俄、欧、中在卫星导航系统上形成了“四强争霸”的格局。北斗卫星导航定位系统与其它GPS系统比较地球表面任意点上经纬度、高程、三维速度、精确时间空间定位系统是以卫星为基础的无线电测时、定位、导航系统，可为航空、航天、陆地、海洋等方面的用户提供不同精度的在线或离线的空间定位数据。GPS技术目前应用于精细农业、车辆导航与监控等。3、全球定位系统在3S技术中的作用地理信息系统（GIS）与遥感（RS）的集成是必然的。1、GIS数据库的数据源遥感数字图像可以作为GIS数据库中一种重要的数据源，从遥感图像中可以获取不同的专题数据，更新GIS数据库中的地学专题图。2、利用遥感数字影像获取地面高程，更新GIS中高程数据。三、遥感技术在3S技术中的作用一、3S技术在车辆导航与车辆监控系统中的综合应用车辆导航与车辆监控系统主要由硬件、通讯环境、GPS导航仪和地理信息系统等组成。GPS在车辆导航与车辆监控系统中的应用：对行驶中的车辆进行定位；提供导航功能等。GIS在车辆导航与车辆监控系统中的应用：信息的查询；提供辅助决策等。RS在车辆导航与车辆监控系统中的应用：利用高分辨率遥感影像图作为电子地图；利用高分辨率遥感影像图更新城市矢量道路图等。第二节3S技术的综合应用实例RS在海洋渔业资源开发中的应用：反演海面水温、叶绿素浓度及其分布、海面风场以及流场分布等信息，获取大面积、准实时的综合渔场环境参数。GIS在海洋渔业资源开发中的应用：海洋数字地图的信息查询；提供辅助决策等。GPS在海洋渔业资源开发中的应用：对鱼船进行定位；根据渔场、鱼汛提供导航功能等。二、3S技术在海洋渔业资源开发中的综合应用精细农业也被成为因地制宜农业、处方农业。其特点是：技术性强、定量化、定位化。RS在精细农业中的应用：农作物播种面积遥感监测与估算；遥感监测作物长势与作物产量产量估算；作物生态环境监测；灾害损失评估等。GIS在精细农业中的应用：绘制作物产量分布图；农业专题地图分析等。GPS在精细农业中的应用：精确定位；田间作业自动导航；测量地形起伏状况等。三、3S技术在精细农业发展中的综合应用RS在土地研究中的应用：土地利用/覆盖分类等。GIS在土地研究中的应用：土地管理信息系统；土地利用动态监测系统；地籍管理信息系统等。GPS在土地研究中的应用：精确定位等。四、3S技术在土地研究中的综合应用全球变化是指气候和地表及地表以上各种因子间的相互作用造成的环境变化。RS在全球变化研究监测中的应用：获取全球变化信息。GIS在全球变化研究监测中的应用：全球变化数据检索与查询；承担全球变化方面的各种分析；对各种可能出现的结果进行模拟等。GPS在全球变化研究监测中的应用：监测气候变暖导致的海平面上升；利用高精度GPS测量地球表层的板块运动等。五、3S技术在全球变化研究领域中的综合应用环境动态监测与环境保护；防灾、减灾、救灾；城市规划与城市管理等。六、3S技术在其他领域中的综合应用