城市建设导论 - 3S 技术技术导论精品课件

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1、（Introduction To “3S” Technology）,城市建设系,3S 技术技术导论,第一章 绪论,本章学习目的: 通过本章的学习，初步了解“3S”技术即遥感技术、全球定位系统、地理信息系统的基本概念，应用现状及发展前景，明确“3S”技术的学习目的。 本章学习内容: 地球信息科学 “3S”技术的含义及其应用领域 遥感的概念、发展及应用 全球定位系统（GPS）的概念、发展和应用 地理信息系统（GIS）概念、发展和应用,第一节 地球信息科学,一、含义： 地球信息科学（Geoinformatics或Geomatics），又译为地理信息科学，是测绘学、摄影测量与遥感学、地图学、地理科学、

2、计算机科学、卫星定位技术、专家系统技术与现代通讯技术等的有机集成，即多种学科的综合。是用各种现代化方法采集、量测、分析、存储、管理、显示、传播和应用与地理和空间分布有关数据的一门综合的计算机信息科学、技术和产业实体。,第一节 地球信息科学,Geomatics作为解决空间问题的工具，是一门应用科学。 地球空间系统本身是复杂的、开放的、动态的，因此要用动态的、系统的方法来研究。 “3S”技术是Geomatics的核心内容， Geomatics是3S技术的广义定义 。 二、特点： 动态性、系统化、实时性、空间特征、信息科学,第一节 地球信息科学,三、组成 GIS：多种学科集成的基础平台，用来搜索、存

3、储、管理和分析空间信息数据。 RS、DPS（摄影测量）、GPS：快速获取和更新地理信息的主要技术手段。 地图学与图象图形学：用作地理信息的表示、分析和处理，以及地理信息成果的表达和显示。 人工智能：如专家系统（ES）和人工神经网络，使数据采集、更新、分析和应用更加自动化和智能化，达到决策层次的应用。 现代通讯技术：为地理信息在各部门的传播和应用提供保证,第二节 “3S”技术的含义及其应用领域,一、3S技术的含义 实质：RS、GIS、GPS 3种技术的集成 遥感RS（Remote Sensing）：获取地面信息，并更新。 地理信息系统GIS（Geographic Information Syst

4、em）：对地理信息进行采集、存储、管理、分析和显示的基础平台。 全球定位系统GPS（Global Position System）：实现精确的定位。（实时、动态、多维） 3S技术：GPS技术，RS技术和GIS技术的简称。,第二节 “3S”技术的含义及其应用领域,二、应用领域 地图制图：RS和GPS获取和更新数据，GIS编辑、存储、显示和输出。 自然资源管理、监测和评价：森林资源、土地资源、矿产等。 城市与区域规划：需综合自然环境、地形、地貌、人口密度等多种因素，同时考虑生态、经济、社会等多种效益。设计交通网络、地下管线、绿地设施、水系和利用等等。 交通管理：导航系统，实时监控、调度。 环境监测

5、和分析：污染监测、评价和分析。确定污染源、蔓延过程、评价污染程度、预测。 工商管理：客户位置、相关信息（邮编、电话、销售状况、负责销售员等），销售分析。,图1 联合收割机外貌,图3 作物产量传感,图2 监视器和控制面板,GPS和GIS设备装载于联合收割机上,上图（1，2，3）显示了GPS和GIS设备装载于联合收割机上的情景，可以通过GPS随时提供收割机当前的精确位置，通过作物产量传感器给出当前时段的收割作物流量，通过GIS搜集和存储这些信息，以提供查询、分析和制图之用。,3S应用实例：3S集成用于精准农业,3S应用实例： 3S与数字城市,数字城市工程关键技术 1)遥感对地观测技术 2)GIS技

6、术 3)差分GPS技术 4)虚拟现实（VR）技术 5)空间数据管理系统（SDM）,3S应用实例： 3S在耕地保护中的应用,第三节 全球定位系统的概念、发展和应用,一、全球定位系统（GPS）的概念：,全球定位系统GPS：Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System（NAVSTAR GPS）, 以卫星为基础的无线电授时、定位、测距导航系统。（GPSGlobal Positioning System）,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、报时或对地表移动物体进行导航的技术系统。,第三节 全球定位

7、系统的概念、发展和应用,二、GPS定位系统的组成： GPS定位系统由三部分组成，即由GPS卫星组成的空间星座部分、由若干地面站组成的地面监控系统、以接收机为主体的广大用户部分，三者有各自独立的功能和作用，但又是有机地配合而缺一不可的整体系统。 地面监控部分由一个主控站，三个注入站和五个监控站组成 卫星由分布在6根轨道上的24颗工作卫星和若干备用卫星所组成。 用户部分主要由GPS接收机构成,GPS卫星组成的卫星网,GPS卫星组成的卫星网,GPS卫星工作示意图,GPS卫星,二、GPS定位系统的组成： GPS接收机只要可以同时接收到3个卫星的信号，就可以间接推算出观测者的位置（经纬度、高程），同时可

8、以利用第4颗卫星进行纠正。从而实现了可以实时、连续的提供地球表面任意一点的经纬度和高程。,第三节 全球定位系统的概念、发展和应用,GPS接收机,便携式GPS,车载GPS,第三节 全球定位系统的概念、发展和应用,三、GPS定位系统的特性（1）： 定位精度高：相对定位精度：50km的基线已达到2ppm 。 适应性强：目前有24颗GPS卫星均匀分布天空 ，故该系统具有全天候、全球性、实时连续的精密三维导航和定位能力，适应性强。 自动化程度高：GPS接收机已制造成傻瓜型，仪器安置好后，仅仅按一下电源开关健，仪器即启动开始工作，当约定时间一到或信号量批示灯闪烁时，关闭电源即可。,第三节 全球定位系统的概

9、念、发展和应用,三、GPS定位系统的特性（2）： 经济效益高：与传统测量方法相比，GPS定位无须点间通视、不强调图形条件、不必建造昂贵的觇标，选点灵活，外业工作量少，比常规方法快3-5倍,使工期大大缩短，可节省70，80的工程费用。 保密性好：GPS卫星的信号采用了伪随机噪声码技术，使GPS的信号深埋于噪声之中；因而具有良好的抗干扰能力和保密性能。,第三节 全球定位系统的概念、发展和应用,其他卫星导航定位系统 (1)格鲁纳斯GLONASS 俄罗斯的全球导航卫星系统，简称为GLONASS或格鲁纳斯，亦为全球导航与定位的系统。 该系统的空间卫星部分与美国的GPS原理基本相同，由24颗卫星组成，分布

10、在3个轨道平面上每个轨道平面有8颗卫星。 卫星的分布使得在全球的任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，由此获得高精度的三维定位数据。,据消息称，到2011年，俄罗斯Glonass卫星网络的数量将会增加至30个。,第三节 全球定位系统的概念、发展和应用,俄罗斯的全球导航卫星系统 GLONASS系统,俄罗斯的全球导航卫星系统 GLONASS系统,GLONASS系统，最高分辨率可以达到1.5m ；该系统将在2010年正式投入使用。现阶段GLONASS系统已经发射了16颗卫星，其中13颗运作正常，另外3颗处于维修状态。2006年，俄罗斯投入GLONASS系统的资金数额为47亿卢布(约合2亿美元)

11、，2007年为99亿卢布(4.2亿美元)。俄罗斯计划2009年前完成全部24颗卫星的部署工作。,第三节 全球定位系统的概念、发展和应用,第三节 全球定位系统的概念、发展和应用,其他卫星导航定位系统 (2)北斗导航系统-BDNS 我国的北斗导航系统，英文名称为Beidou Navigation System，简称为BDNS。 该系统为局域导航定位系统，是世界上除美、俄外第三个建成的卫星导航定位系统，可全天候、全天时服务于我国及周边地区，定位精度预计可达数十米。 系统空间卫星部分由2000年10月31日、12月21日和2003年5月25日分别发射的三颗“北斗一号”导航定位卫星组成，其中，两颗为工作

12、卫星，一颗为备用卫星。 我国目前正在研究第二代导航定位卫星，有望5-10年后，成为卫星导航定位强国。,(2)北斗导航系统-BDNS,北斗卫星发射现场,我国在建的这个导航系统又叫做“COMPASS”，计划由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成。此系统将提供两种服务方式，即开放服务和授权服务美国的GPS系统也采用类似的服务方式。此系统将主要用于国家经济建设，为交通运输、气象、石油、海洋、森林防火、灾害预报、通信、公安以及其他特殊行业提供高效的导航服务。,第三节 全球定位系统的概念、发展和应用,其他卫星导航定位系统 (3)伽利略系统GNS 欧盟正在启动的伽利略系统，简称GNS。 该系统为全球导

13、航定位系统，空间部分由30颗卫星组成，拟定于2008年投入使用，属于纯民用系统，我国为该系统的合作成员国家。 随着科技发展和一些国家经济实力增强，出于经济、战略和政治等因素，将会有更多的国家建立自己的导航定位系统。,(3)伽利略系统GNS,欧洲伽利略计划是中高度圆轨道(MEO)方案，该系统将由30颗中高度圆轨道卫星和2个地面控制中心组成，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补。卫星高度为24126公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内。,到目前为止，“伽利略计划”仅发射了一颗“GIOVE-A”实验卫星,第三节 全球定位系统的概念、发展和应用,四、全球定位系统（GPS）的发展： GPS整个发展计划

14、分三个阶段实施： 1973年1978年为原理可行性验证阶段，组织海陆空三军开始策划、研制； 1978年2月2日-1989年间发射了11颗GPS卫星进行系统实验，称为Block。 1989年2月14日-1994年3月9日为工程发展与完成阶段，共发射了24颗正式工作的GPS卫星。 总之，24颗正式工作的GPS卫星的成功发射，标志着GPS已配置完毕。整个计划历时20年，耗资130多亿美元。这是继阿波罗计划、航天飞机计划之后的又一庞大的空间计划。,第三节 全球定位系统的概念、发展和应用,五、全球定位系统（GPS）的应用（1）： 建立或改善各种规模、等级的大地控制网； 在地球动力学研究方面，精确测定地球

15、板块间的相对滑动、俯冲、变形及构造活动情况； 监测地球极移现象； 对海岛、海洋、海面地形图测绘变得十分方便；,第三节 全球定位系统的概念、发展和应用,五、全球定位系统（GPS）的应用（2） ： 在工程勘测、放样、变形监测等方面应用广泛； GPS与RS(遥感)、GIS(地理信息系统)DPS：(航测数字化成图系统)、DS(专家系统)集成，其应用领域十分广泛； 在生物科学、导游、人们日常生活等方面也应用广泛； 国土资源调查； 车辆交通管理。,第四节 遥感的概念、发展及应用,RS技术是60年代以来，在现代物理学（包括光学技术、红外技术、微波技术、雷达技术、激光技术和全息技术）、空间科学、电子计算机技术

16、、数学方法和地球科学理论的基础上，建立和发展起来的一门新兴的综合性的边缘学科，是一门先进的，实用的探测技术。 一、什么是遥感RS 遥感：“遥远的感知” 不与目标物体直接接触，运用航天、航空（包括近地面）的运载工具上的遥感仪器，获取地球表层各物体的从紫外线到微波波段的电磁波辐射特征,并且成像，来识别与区分地物属性，并探测其在空间上、时间上的变化规律的综合探测技术。,什么是遥感RS定义, RS（抽象）：安装在平台上的传感器，借助于某种信息传播媒介来感测遥远事物的过程。 RS技术（具体）：从不同高度的平台（如飞机、人造卫星等）使用传感器收集地物的电磁波信息，再将这些信息传输到地面并加以处理，从而达到对地物的识别与监测的全过程。,什么是遥感RS简单直观认识,什么是遥感RS简单直观认识,什么是遥感RS简单直观认识,侦察卫星拍摄的 美国五角大楼,遥感专业软件:ENVI,遥感专业软件:ERDAS,第四节 遥感的概念、发展及应用,二、构成要素： 对象：被感测的事物 传感器：能感测事物并能将感测的结果传递给使用者的仪器。如摄影机、雷达等。