GIS、GPS、RS 3S技术 2012.ppt

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1、GISGIS、GPSGPS、RS RS 3S3S技术技术陈伯俊高级工程师2012年3月GIS（Geographic Information System）地理信息系统。顾名思义，地理信息系统是处理地理信息的系统。地理信息是指直接或间接与地球上的空间位置有关的信息，又常称为空间信息。一般来说，GIS可定义为：用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。从GIS系统应用角度，可进一步定义为：GIS由计算机系统、地理数据和用户组成，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源评价与管理、环境监

2、测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务。（陈述彭，1999）。地理信息系统萌芽于上世纪的地理信息系统萌芽于上世纪的6060年代。年代。人类生活在地球上，人类生活在地球上，80%80%以上的信息与地球上的以上的信息与地球上的空间位置有关。空间位置有关。GISGIS的出现是信息技术及其应用发的出现是信息技术及其应用发展到一定程度的必然产物。展到一定程度的必然产物。19621962年，加拿大的年，加拿大的Roger F.TomlinsonRoger F.Tomlinson提出利用数提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用地图数据，字计算机处

3、理和分析大量的土地利用地图数据，并建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息系并建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息系统（统（CGISCGIS），以实现专题地图的叠加、面积量算、），以实现专题地图的叠加、面积量算、自然资源的管理和规划等；与此同时，美国的自然资源的管理和规划等；与此同时，美国的Duane F.MarbleDuane F.Marble在美国西北大学研究利用数字计在美国西北大学研究利用数字计算机研制数据处理软件系统，以支持大规模城市算机研制数据处理软件系统，以支持大规模城市交通研究，并提出建立地理信息系统的思想。交通研究，并提出建立地理信息系统的思想。7070年代是地理信息系统走向实

4、用的发展期。美国、年代是地理信息系统走向实用的发展期。美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对GISGIS的研的研究均投入了大量人力、物力和财力。究均投入了大量人力、物力和财力。19721972年年CGISCGIS全面投入运行与使用，成为世界上第全面投入运行与使用，成为世界上第一个运行型的地理信息系统；在此期间美国地质一个运行型的地理信息系统；在此期间美国地质调查局发展了调查局发展了5050多个地理信息系统，用于获取和多个地理信息系统，用于获取和处理地质、地理、地形和水资源信息；处理地质、地理、地形和水资源信息；19741974年日本国土地理院开始建立数字

5、国土信息系年日本国土地理院开始建立数字国土信息系统，存储、处理和检索测量数据、航空像片信息、统，存储、处理和检索测量数据、航空像片信息、行政区划、土地利用、地形地质等信息；瑞典在行政区划、土地利用、地形地质等信息；瑞典在中央、区域和城市三级建立了许多信息系统，如中央、区域和城市三级建立了许多信息系统，如土地测量信息系统、斯德哥尔摩地理信息系统、土地测量信息系统、斯德哥尔摩地理信息系统、城市规划信息系统等。但由于当时的城市规划信息系统等。但由于当时的GISGIS系统多数系统多数运行在小型机上，涉及的计算机软硬件、外部设运行在小型机上，涉及的计算机软硬件、外部设备及备及GISGIS软件本身的价格都

6、相当昂贵，限制了软件本身的价格都相当昂贵，限制了GISGIS的应用范围。的应用范围。8080年代是年代是GISGIS的推广应用阶段，由于计算机技术的的推广应用阶段，由于计算机技术的飞速发展，在性能大幅度提高的同时，价格迅速飞速发展，在性能大幅度提高的同时，价格迅速下降，特别是工作站和个人计算机的出现与完善，下降，特别是工作站和个人计算机的出现与完善，使使GISGIS的应用领域与范围不断扩大。的应用领域与范围不断扩大。GISGIS与卫星遥与卫星遥感技术相结合，开始用于全球性问题的研究，如感技术相结合，开始用于全球性问题的研究，如全球变化和全球监测、全球沙漠化、全球可居住全球变化和全球监测、全球沙

7、漠化、全球可居住区评价、厄尔尼诺现象及酸雨、核扩散及核废料区评价、厄尔尼诺现象及酸雨、核扩散及核废料等（李德仁，等（李德仁，19941994）；从土地利用、城市规划等）；从土地利用、城市规划等宏观管理应用，深入到各个领域解决工程问题，宏观管理应用，深入到各个领域解决工程问题，如环境与资源评价、工程选址、设施管理、紧急如环境与资源评价、工程选址、设施管理、紧急事件响应等。在这一时期，出现了一大批代表性事件响应等。在这一时期，出现了一大批代表性的的GISGIS软件，如软件，如ARCARCINFOINFO、GENAMAPGENAMAP、SPANSSPANS、MAPINPOMAPINPO、ERDASE

8、RDAS、MicrostationMicrostation等，其中等，其中ARCARCINFOINFO已经愈来愈多地为世界各国地质调查部门所已经愈来愈多地为世界各国地质调查部门所采用，并在区域地质调查、区域矿产资源与环境采用，并在区域地质调查、区域矿产资源与环境评价、矿产资源与矿权管理中发挥越来越重要作评价、矿产资源与矿权管理中发挥越来越重要作用。用。90年代为GIS的用户时代，随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及，GIS成为了一个产业，投入使用的GIS系统，每23年就翻一番，GIS市场的增长也很快。目前，GIS的应用在走向区域化和全球化的同时，己渗透到各行各业，涉及千家万户，

9、成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。与此同时，GIS也从单机、二维、封闭向开放、网络（包括Web GIS）、多维的方向发展。我国地理信息系统方面的工作始于80年代初。地理信息系统进入发展阶段的标志是第七个五年计划的开始，地理信息系统研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用实验和工程建设工作。许多部门同时展开了地理信息系统研究与开发工作。1994年中国GIS协会在北京成立，标志中国GIS行业已形成一定规模。九五期间，国家将地理信息系统的研究应用作为重中之重的项目予以支持。19961996年，为支持国产年，为支持国产GISGIS软件

10、的发展，原国家科软件的发展，原国家科委开始组织软件评测，并组织应用示范工程。这委开始组织软件评测，并组织应用示范工程。这一系列的举措极大的促进了国产一系列的举措极大的促进了国产GISGIS软件的发展与软件的发展与GISGIS的应用。的应用。19981998年，国产软件打破国外软件的垄断，在国内年，国产软件打破国外软件的垄断，在国内市场的占有率达市场的占有率达25%25%。同年，在抽样调查。同年，在抽样调查2525个省个省市市1919个行业的个行业的10001000多个单位中，全部使用了地理多个单位中，全部使用了地理信息系统（秦其明、袁胜元，信息系统（秦其明、袁胜元，20012001）。地理信息

11、）。地理信息系统在资源调查、评价、管理和监测，在城市的系统在资源调查、评价、管理和监测，在城市的管理、规划和市政工程、行政管理与空间决策、管理、规划和市政工程、行政管理与空间决策、灾害的评估与预测、地籍管理及土地利用，在交灾害的评估与预测、地籍管理及土地利用，在交通、农业、公安等诸多领域得到了广泛的应用。通、农业、公安等诸多领域得到了广泛的应用。地理信息系统的组成 GIS的应用系统由五个主要部分构成：1、硬件 2、软件 3、数据 4、人员 5、方法 WebGIS和GIS的区别 GIS就是地理信息系统（Geographic information system）用计算机来处理地理信息的技术，地理

12、信息比如地图和空间位置有关的信息。WebGIS就是网络的地理信息系统，简单点说就是把GIS加上网络的应用，比如可以在网上查询电子地图。GPS（Global Positioning System）全球定位系统是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种

13、学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。全球定位系统（Global Positioning System）是美国第二代卫星导航系统。是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用2424颗高度约颗高度约2.022.02万千米的卫星组成卫星星座。万千米的卫星组成卫星星座。21+321+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为1111小小时时5858分，分布在六个轨道面上（每轨道面

14、四颗），分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为轨道倾角为5555度。卫星的分布使得在全球的任何度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（能保持良好定位解算精度的几何图形（DOPDOP）。）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。地面监控部分包括四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范

15、登堡空军基地。主控站对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。范登堡空军基地（范登堡空军基地（Vandenberg AFBVandenberg AFB）是美国一处拥有一个）是美国一处拥有一个航天发射场的军事设施，位于美国航天发射场的军事设施，位于美国加利福尼亚州加利福尼亚州的圣塔芭的圣塔芭芭拉县（芭拉县（Santa Barbara CountySanta Barbara County）。地理坐标是北纬）。地理坐标是北纬34373437，西经，西经1203512035，海拔高度为，海拔高度为109.721

16、09.72米。它同时也米。它同时也是一个人口普查指定区（是一个人口普查指定区（Census-Designated PlaceCensus-Designated Place，简称，简称CDPCDP），在），在20002000年的普查中，人口为年的普查中，人口为61516151。范登堡空军基地是第范登堡空军基地是第1414空军（空军（14th Air Force14th Air Force）、第）、第3030空空间联队（间联队（30th Space Wing30th Space Wing）、第）、第381381训练大队（训练大队（381ST 381ST Training GroupTraining

17、 Group）以及西部发射和测试靶场（）以及西部发射和测试靶场（Western Western Launch and Test RangeLaunch and Test Range，简称，简称WLTRWLTR）的所在地，并负责）的所在地，并负责为军方和商业组织发射卫星，除此之外，还负责测试洲际为军方和商业组织发射卫星，除此之外，还负责测试洲际弹道导弹，包括民兵弹道导弹，包括民兵 （Minuteman IIIMinuteman III）洲际弹道导弹洲际弹道导弹（ICBMICBM）。范登堡空军基地正承担关于组建太空联合职）。范登堡空军基地正承担关于组建太空联合职能分司令部（能分司令部（Joint

18、Functional Component Command for Joint Functional Component Command for SpaceSpace，简称，简称JFCC SPACEJFCC SPACE）的新角色。）的新角色。范登堡基地最初被称为坎普范登堡基地最初被称为坎普 库克基地，库克基地，19571957年年被选作导弹基地，被选作导弹基地，19581958年改名为范登堡空军基地。年改名为范登堡空军基地。该基地是一个干燥、荒芜的地方，有挡风的伯尔该基地是一个干燥、荒芜的地方，有挡风的伯尔顿台地，有许多峡谷、沙丘、粘土地和砂砾层。顿台地，有许多峡谷、沙丘、粘土地和砂砾层。该基地

19、面积该基地面积279.72279.72平方公里，包括有平方公里，包括有51.4951.49公里的公里的海岸线。海岸线。由于范登堡基地的地理位置的原因，它可以向西由于范登堡基地的地理位置的原因，它可以向西发射高倾角轨道和极轨道卫星。发射高倾角轨道和极轨道卫星。该基地于该基地于19581958年年1212月发射了第一枚导弹月发射了第一枚导弹雷神中程弹道导弹。雷神中程弹道导弹。之后不久，又发射了第一枚洲际导弹之后不久，又发射了第一枚洲际导弹宇宙神宇宙神D D。还使用雷神阿金纳火箭发射了世界上第一。还使用雷神阿金纳火箭发射了世界上第一颗极轨道卫星颗极轨道卫星发现者发现者1 1号。号。19721972年

20、被选作美年被选作美国西海岸的航天飞机发射基地。国西海岸的航天飞机发射基地。19791979年开始着手年开始着手改建，改建，19851985年竣工。年竣工。美国范登堡空军基地（卫星遥感图）上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。RS（Romote

21、Sensing）遥感“遥感”，顾名思义，就是遥远地感知。传说中的“千里眼”、“顺风耳”就具有这样的能力。人类通过大量的实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的形式电磁波，并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。遥感，即RS，就是人们利用一定的技术装备，在航空器（如飞机）或航天器（如卫星）上，对遥远的地物进行感知。从目标上可以分为陆地资源遥感、海洋遥感和气象遥感，包括地面、海洋、大气等，主要是对地面观测。从高度上讲有航空遥感和卫星遥感，航空

22、遥感的高度一般在3000米到5000米之间，卫星遥感一般从500公里到900公里。按遥感的物理波段来分的话，又可以分为可见光遥感、红外遥感和微波遥感。这是20世纪60年代兴起的一种探测技术，是根据电磁波的理论，应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息，进行收集、处理，并最后成像，从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术。遥感最主要的特点就是覆盖范围宽、频率快、信息量大。比如用人的肉眼来观察事物，一般都是从前后左右四个方向进行，但遥感不一样，它现在已经能从200多个角度观察某一个物体。用一个形象点的比喻，现在普遍使用的可见光遥感就像一个灵敏度和精度都非常高，而且覆盖范围也很大的

23、照相机。目前利用人造卫星每隔18天就可送回一套全球的图像资料。利用遥感技术，可以高速度、高质量地测绘地图。遥感技术的概念遥感技术的概念遥感技术是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线结目标进行探测和识别的技术。例如航空摄影就是一种遥感技术。人造地球卫星发射成功，大大推动了遥感技术的发展。现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理等环节。完成上述功能的全套系统称为遥感系统，其核心组成部分是获取信息的遥感器。遥感器的种类很多，主要有照相机、电视摄像机、多光谱扫描仪、成象光谱仪、微波辐射计、合成孔径雷达等。传输设备用于将遥感信息从远距离平台（如卫星）传回地面站。信息处理设备包括

24、彩色合成仪、图像判读仪和数字图像处理机等。遥感技术的原理遥感技术的原理任何物体都具有光谱特性，具体地说，它们都具有不同的吸收、反射、辐射光谱的性能。在同一光谱区各种物体反映的情况不同，同一物体对不同光谱的反映也有明显差别。即使是同一物体，在不同的时间和地点，由于太阳光照射角度不同，它们反射和吸收的光谱也各不相同。例如，大兴安岭森林火灾发生的时候，由于着火例如，大兴安岭森林火灾发生的时候，由于着火的树木温度比没有着火的树木温度高，它们在电的树木温度比没有着火的树木温度高，它们在电磁波的热红外波段会辐射出比没有着火的树木更磁波的热红外波段会辐射出比没有着火的树木更多的能量，这样，当消防指挥官面对着

25、熊熊烈火多的能量，这样，当消防指挥官面对着熊熊烈火担心不已的时候，如果这时候正好有一个载着热担心不已的时候，如果这时候正好有一个载着热红外波段传感器的卫星经过大兴安岭上空，传感红外波段传感器的卫星经过大兴安岭上空，传感器拍摄到大兴安岭周围方圆上万平方公里的影像，器拍摄到大兴安岭周围方圆上万平方公里的影像，因为着火的森林在热红外波段比没着火的森林辐因为着火的森林在热红外波段比没着火的森林辐射更多的电磁能量，在影像着火的森林就会显示射更多的电磁能量，在影像着火的森林就会显示出比没有着火的森林更亮的浅色调。当影像经过出比没有着火的森林更亮的浅色调。当影像经过处理，交到消防指挥官手里时，指挥官一看，图

26、处理，交到消防指挥官手里时，指挥官一看，图像上发亮的范围这么大，而消防队员只是集中在像上发亮的范围这么大，而消防队员只是集中在一个很小的地点上，说明火情逼人，必须马上调一个很小的地点上，说明火情逼人，必须马上调遣更多的消防员到不同的地点参加灭火战斗。遣更多的消防员到不同的地点参加灭火战斗。遥感技术就是根据这些原理，对物体作出判断。遥感技术通常是使用绿光、红光和红外光三种光谱波段进行探测。绿光段一般用来探测地下水、岩石和土壤的特性；红光段探测植物生长、变化及水污染等；红外段探测土地、矿产及资源。此外，还有微波段，用来探测气象云层及海底鱼群的游弋。遥感技术的应用遥感技术的应用遥感技术广泛用于军事侦

27、察、导弹预警、军事测绘、海洋监视、气象观测和互剂侦检等。在民用方面，遥感技术广泛用于地球资源普查、植被分类、土地利用规划、农作物病虫害和作物产量调查、环境污染监测、海洋研制、地震监测等方面。遥感技术总的发展趋势遥感技术总的发展趋势提高遥感器的分辨率和综合利用信息的能力，研制先进遥感器、信息传输和处理设备以实现遥感系统全天候工作和实时获取信息，以及增强遥感系统的 抗干扰能力。GIS、RS、GPS 有什么区别？RS 是遥感，是传感器接受地面或其他信息将其以图像胶片或数据磁带记录下来，它所拍摄的画面是静态的，有颜色分层，一般碰到像告诉你所拍摄的对象所发射的波段是不一样的，则是需要用RS，或者是像人口居民分布，什么什么分布之类的，也要用到RS，只要记得它所得到的图象是简单并且是静态的就可以了。GIS 是地理信息系统，可以说它应是多张RS图层的合成，你能够从图中得到丰富的信息，并且它具备数据的分析和表达。碰到选择题它一般会给你提示，比如多张图层合成的，或者告诉你将居民分布同交通线路图一起组合的图之类，则是GIS。GPS 是全球定位系统，顾名思义是定位用的，你只要看到题目是说要定位，动态跟踪的，那就是需要GPS了。但考GPS 还有种考法是问 地面上任何一点在任一时刻，地平面上空需要（4）颗GPS卫星，一颗（经度）（纬度）（高程）（时间）。