第十一章 地理信息系统应用技术课件

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1、第11章 地理信息系统应用技术,11.1 “3S”集成技术 11.2 网络GIS 11.3 组件式GIS 11.4 嵌入式GIS,2,11.1“3S”集成技术,11.1.1 3S技术的概念 国内学术界 的“3S”技术 遥感（RS, Remote Sensing ） 地理信息系统（GIS, Geographical Information System ） 全球定位系统（GPS, Global Positioning System ）。 3S在中国已相当通用，但国际上没有通用。,3,3S概念的歧异 20世纪90年代后期，王之卓教授提出，“3s”名称不准确， 3S可以是RS十GIS十DPS(数字摄

2、影测量系统)，也可以是指RS十GIS十ES（专家系统）或指RS十GIS十GPS。 5S概念提出 RS十GIS十GPS十ES十DPS=5S,4,遥感(Remote Sensing) 通过某种传感器装置，在不与研究对象直接接触的情况下，获得其特征信息，并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门科学技术。,11.1.2遥感（RS）简介（略，转下部分）,5,（1）遥感技术的基础 通过观测电磁波，从而判读和分析地表的目标以及现象，其中利用地物的电磁波特性（即“一切物体，由于其种类及环境条件不同，因而具有反射或辐射不同波长电磁波的特性”）是遥感技术的基础，因此可以将遥感理解为一种利用物体反射或辐射电磁波

3、的固有特性，通过观测电磁波，识别物体以及物体存在环境条件的技术。,6,水、绿色植被和裸旱地的电磁波反射曲线,7,（2）遥感概念的进一步理解 遥感器（传感器）不与研究对象直接接触，遥感的“遥”并非指“遥远”； 遥感的目的是为了得到研究对象的特征信息； 通过传感器装置得到的数据，在被使用之前，还要经过一个处理过程。,8,（3）遥感数据处理 遥感数据的处理通常是指图像形式的遥感数据的处理，主要包括纠正（包括辐射纠正和几何纠正）、增强、变换、滤波和分类等功能。 其目的主要是为了提取各种专题信息，如土地建设情况、植被覆盖率、农作物产量和水深等等。遥感图像处理可以采取光学处理和数字处理两种方式。现在用得较

4、广的是数字处理。 下面我们简单介绍数字方式的图像处理。,9,图像纠正 图像纠正是消除图像畸变的过程，包括辐射纠正和几何纠正。 辐射畸变通常由于太阳位置，大气的吸收、散射引起； 几何畸变的原因主要包括遥感平台的速度、姿态变化，传感器和地形起伏等。 常见遥感图像几何畸变情况见后图,10,遥感图像几何畸变的各种情形,11,图像增强 增强的目的是为了改善图像的视觉效果，并没有增加信息量。 其主要包括亮度、对比度变化以及直方图变换等。,12,武汉市东湖附近TM合成图像 （合成方案：R=TM7，G=TM4，B=TM2，经增强处理）,13,图像滤波 频率滤波增强的目的就是用计算机空间滤波程序将各条扫描线的“

5、象元值象元号”复式波形曲线分解成不同频率、不同波长的简单波形曲线，并根据需要摈弃不需要的频率波形曲线，选择一些适宜的频率波形曲线，重新组成新图像，以突出某些地物，而抑制其他地物。 根据所选的频率，图像频率增强处理可分为高通滤波、中通滤波和低通滤波等三种。,14,高通滤波 高通即高频率电磁波通过，而过滤（阻止）中、低频率电磁波。,中通滤波,低通滤波 山脉之间的距离可达数十公里，他们在图像上的形迹具有低的空间频率和很大的波长，要突出山脉的形迹应采用低通频率，保留山脉所含的低频信息，并削弱乃至摈弃不需要的高频和中频信息。,15,图像变换 图像变换主要包括主成分分析，色度变换以及傅立叶变换等，还包括一

6、些针对遥感图像的特定变换，如缨帽变换。,16,图像分类 遥感图像分类主要包括监督分类(Supervised Classification)和非监督分类(Unsupervised Classification)。 监督分类需要事先确定各个类别及其训练区，并计算训练区象元灰度统计特征，然后将其它象元归并到不同类别； 非监督分类则直接根据象元灰度特征之间的相似和相异程度进行合并和区分，形成不同的类别。,17,（4）遥感技术的特性与优势（略）,空间特性 时间特性 波谱特性 信息量巨大 受地面条件限制少 经济效益好 用途广 发展迅速,18,11.1.3 GIS与RS的集成,（1）集成的目的 GIS需要R

7、S GIS需要RS资料来不断更新其数据库的数据； RS需要GIS 不同来源和不同精度的RS资料需要GIS来统一管理和应用； 在GIS的支持下，可以改善对遥感影像识别与分类的精度并在数学模型中得到应用。,19,（2）GIS与RS集成的形式 分开但是平行的结合； 表面无缝的结合； 整体的结合。,20,属性数据,分开但是平行的结合 （不同的用户界面，不同的工具库和不同的数据库）,21,无缝的结合 （同一用户界面，不同的工具库和不同的数据库）,22,用 户 界 面,图像、图形及数据库处理系统,整体结合的属性、矢量和栅格数据,整体结合 （同一用户界面、工具库和数据库）,23,（3）GIS与RS集成的应用

8、实例 遥感技术在军事地理信息系统中的应用 军事地理信息系统（MGIS）:在计算机软、硬件支持下，能综合地、动态地获取、管理和分析作战区域内地理环境信息和军事专题属性信息，服务于作战环境分析和辅助决策的现代军事应用系统，也是现代高技术条件下作战指挥自动化系统的重要工作平台。,24,遥感技术在军事地理信息系统中的应用 现代高技术条件下的战争，破坏性极大，导致地理要素急剧变化，地图的成图时间长，更新周期长，现势性较差，不能适应军事地理环境变化快的特点。 遥感技术为MGIS的数据更新和综合分析提供了有效条件。 遥感受地面条件限制少，对自然条件恶劣或地面工作难以开展的地区（如敌占区），用遥感技术比较容易

9、获取信息。 以前的海湾战争以及前几年的伊拉克战争就是实例。,25,地理资源分析支持系统（GRASS，Geographical Resources Analysis Support System） 该系统是美国军用工程公司建筑工程研究所与土壤保持部、土壤管理局、环境保护局等11个部门联合，为满足资源与环境等领域中多方面需要而研制的一套基于微型计算机的多功能地理空间信息系统软件工具。 它将栅格式GIS、矢量式GIS和遥感影像处理系统融为一体，同时还包括资源数据库管理系统和专家系统，它为各种应用系统的发展提供技术支持。 到此http:/grass.itc.it了解相关信息（英文）,26,11.1.4

10、 全球定位系统（GPS）简介,高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和授时的多功能系统。 组成部分：空间卫星、地面控制站和用户接收机。,27,GARMIN手持式GPS接收机,28,11.1.5 GIS与GPS的集成,定位：主要在诸如旅游、探险等需要室外动态定位信息的活动中使用。 如不与GIS集成，利用GPS接收机和纸质地形图，也可以实现空间定位； 如将GPS接收机连接在安装GIS软件和该地区空间数据的便携式计算机上，可方便显示GPS接收机所在位置并实时显示其运动轨迹，进而可利用GIS提供的空间检索功能，得到定位点周围的信息，从而实现决策支持。,29,测量：主要应用于土地管理、城市规划等领域。

11、 利用GPS和GIS的集成，可测量区域面积或路径的长度。 该过程类似于利用数字化仪进行数据录入，需要跟踪多边形边界或路径，采集抽样后的顶点坐标，并将坐标数据通过GIS记录，然后计算相关的面积或长度数据。,30,在进行GPS测量时，要注意以下问题： 一.确定GPS的定位精度是否满足测量的精度要求，如对宅基地的测量，精度需要达到厘米级，而在野外测量一个较大区域的面积，米级甚至几十米级的精度就可满足要求； 二.对不规则区域或者路径的测量，需要确定采样原则，采样点选取的不同，会影响到最后的测量结果。,31,监控导航 用于车辆、船只的动态监控，在接收到车辆、船只发回的位置数据后，监控中心可确定车船的运行

12、轨迹，进而利用GIS空间分析工具，判断其运行是否正常，如是否偏离预定的路线，速度是否异常（静止）等等，在出现异常时，监控中心可提出相应的处理措施，其中包括向车船发布导航指令。,32,33,11.1.6 3S集成综述,GPS、RS、GIS技术的集成，也是由各自的技术特点而需要在功能上紧密协作。 GPS的实时定位性、点位精确性、动态监测性和RS的瞬时信息获取性、信息丰富性、信息周期性，是信息获取技术上的巧妙配合。 地理信息获取后的存贮、开发应用，则有赖于GIS来实现。没有GIS的支持，将造成地理信息难以高效率、多功能和合理的使用，造成信息潜在作用和丰富信息量的极大浪费。 在世界范围内，“3S”集成

13、化的发展趋势已成定局。,34,3S集成的内涵 “3S”集成技术：将遥感技术与全球定位技术作为快速获取和更新地理信息的手段，将地理信息系统作为存贮、管理和分析空间信息和数据的基础平台，以这三项技术和技术系统为核心而形成的技术体系。 更广义和更深层的意义：用各种现代化方法来采集、量测、分析、存贮、管理、显示、传播和应用与地理和空间分布有关的数据的一种综合和集成的技术体系。,35,36,GPS 全球定位系统,LCS 实况采集系统,RPS 遥感图像处理系统,LDB 实况数据库,GIS 地理信息系统,EAS 环境分析系统,PDB 图像图形数据库,PDS 图像显示系统,3S集成系统（GRG）,37,3S集

14、成系统应用举例 在海洋上和极区考察中的应用 往返南极的考察船要经过惊涛骇浪的西风带，进入南极圈后会遇到林立的冰山，险象环生。因此，除要有丰富的航海经验外，还需要最先进的导航设备以确保航行安全。,38,在海洋上和极区考察中的应用 3S集成系统是一种理想的、实用的导航设备。 GPS实现准确的实时定位。 气象卫星遥感图像能提供最新的气象信息。,39,在海洋上和极区考察中的应用 3S集成系统的优势 对遥感图像进行几何校正，使GPS定位数据在图像上准确地显示船位； 利用GIS的叠加功能，将校正后的遥感图像、GPS数据、海图和各种背景数据资料（如高空形势图、地面形势图、海况图等）进行叠加处理和分析，寻找安

15、全路线，让驾驶员可以清楚地在PDS（图形显示系统）上观察到自己的船位及周围的海况。 在冰山区中航行时，为防止船舶与冰山或其他船只相撞，须将船载雷达信号通过LCS（实况采集系统）与海图叠加显示。,40,在海洋上和极区考察中的应用 南极大陆遍布冰原，大部分地区没有详细地图。气象变化无常，风暴时能见度很低，同时，冰盖上又有许多裂缝难以通过。 在南极大陆上考察，需要遥感图像结合GPS导向引路，也需要前人积累的资料作背景资料来参考分析，考察数据又通过LCS（实况采集系统）采集后建库，也可在行进中作实时分析。,41,11.2网络GIS,11.2.1计算机网络技术（略）,42,11.2.2网络地理信息系统（

16、WebGIS，Internet GIS） 网络地理信息系统是利用Web技术来扩展和完善地理信息系统的一项新技术。 发展速度快，出现时间很短，Web GIS本身还处于发展和变动之中。,43,WebGIS具体的概念和内涵都存在很多不同的理解。 WebGIS：利用通用浏览器访问一个WWW服务站点，激活后台的GIS服务软件，获取GIS信息。 Internet GIS或网络GIS：泛指GIS在一种网络环境下的应用，不一定使用通用浏览器操作GIS数据。,44,网络地理信息系统的应用 WebGIS的应用可分为以下几个层面： 空间数据发布 由于能够以图形方式显示空间数据，较之于单纯的FTP方式，WebGIS使用户更容易找到需要的数据； 空间查询检索 利用浏览器提供的交互能力，进行图形及属性数据库的查询检索；,45,空间模型服务 在服务器端提供各种空间模型的实现方法，接收用户通过浏览器输入的模型参数后，将计算结果返回。 Web资源的组织 在Web上存在着大量的信息，这些信息多数具有空间分布特征，如分销商数据往往有其所在位置属性，利用地图对这些信息进行