城市空间信息09-51

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1、城市空间信息学合肥工业大学土木与水利工程学院 测量工程系 主讲：张志慧第五章 空间数据采集技术基于地面测量方法的空间数据采集技术基于GPS的空间数据采集技术基于RS的空间数据采集技术基于摄影测量的空间数据采集技术引言21世纪，数字化、网络化、智能化风起云涌。各 类信息系统扩展并服务于不同领域、不同区域的 数字工程。数字工程建设成为国家和各级管理部 门的重要信息基础设施工作。数字工程是一个以空间信息为基础的数据整合、 融合、挖掘等深度开发的基础平台。对空间信息及非空间信息的采集、管理和应用提 出了更高的目标，需要建立多方位信息采集体系 。包括地面测量、RS、DPS、GPS等。合理配置数字工程系统

2、的数据采集体系，需要全 面了解各种数据类型及来源、各种采集方法的效 益特点等。5.1 基于地面测量方法的 空间数据采集技术5.1.1 地面测量概述 5.1.2 地形图的基本知识 5.1.3 地形图的测量原理 5.1.4 地面测绘工作概述5.1.1 地面测量概述测量学概念：研究3维空间中各类物体的形状、大 小、位置、方向及其分布的学科。测量学的学科分类： 天文测量学： 大地测量学： 摄影测量学：研究利用航空、航天、地面的摄影或遥感 的技术获取地物和地貌影像，进行分析处理，以绘制地 形图或获取数字化信息的理论和方法的科学。 工程测量学：测量和制图的理论和技术在工程中的应用 学科。 普通测量学 ：地

3、表局部测绘地形图的基本理论和方法 的科学。 海洋测绘学：地形测量是目前获取地表信息的主要手段。测绘 各种图。平面图、地籍图、土地利用图等。地形图的基本知识地图、地形图的概念 地图定义，三要素 地形图：6属性3个地图的基本特征按国家规范和图式测绘或编绘的系列化和标准化地图全面反映区域自然和经济地理概况精确表达实体的位置和相互关系经过制图综合后形成的，图面信息清晰、明确只有学会使用图式，才能阅读和使用地形图。地形图的基本知识地形图的符号 符号表示基本原理：垂直投影轮廓按比例缩绘 符号表示基本原则：依比例尺 符号构成：形状、尺寸、颜色 地形图图式：1：500， 1： 1000， 1： 20001：5

4、千，1：1万1：2.5万，1：5万， 1：10万1：25万 地形图分幅与编号地形图测量原理1.平面位置测量 地形图的正射投影：垂直投影，相似形 水平距离 水平角度 平面坐标系 2.地貌测绘原理 等高线：高程点的测绘、等高线的内插与勾绘 3. 点位测量的基本方法 直线定向 坐标正反算 点位测量基本方法：极坐标、方向和角度等交会法地面测绘工作概述原则与程序：测量D，B，H，防止误差累 积 在布局、程序、精度上的原则：整体到局部 、控制后碎部、高级到低级。 控制测量、碎部测量。控制测量：分三类。 国家控制网：一25、二13、三8、四26。 城市及工程控制网：四等以下二等级小三角、 四等导线三级城市导

5、线。 图根控制测量：测量原理与仪器：原理、操作、精度等级 系列、 经纬仪、测距仪、水准仪、全站仪碎部测量： 传统测量：准备工作、碎部点测绘、地形图绘 制、地物描绘、等高线勾绘、地形图拼接、地 形图检查、地形图整饰 全数字测图：外业测绘、数据传输、人机交互 编辑、数据记录、生成数字地图。数字化测图流程全站仪全站仪控制点成果控制点成果 预置机内预置机内碎碎 部部 测测 量量电子平板电子平板 （便携机、（便携机、PDAPDA）机内数据文件机内数据文件 （或（或PCPC卡）卡）电子手簿电子手簿计算机计算机 测图软件测图软件 自动成图自动成图 人工编辑人工编辑输输 出出显示屏显示屏U U盘盘打印机打印机

6、绘图仪绘图仪入库入库综合实验4围绕地面空间信息收集目标，设计采集的步骤、 途径和方法方案，并利用设计的或做过的、收集 的案例，写出设计报告。按照测绘项目要求，根据测绘技术设计规定 （CH/T 1004-2005 ）及有关的技术规范、技 术标准，制定项目设计书，提出各项精度指标， 组织编写专业技术设计书， 并判定其与项目设计 书的符合性和可行性。细化分解项目目标，明确 技术路线，合理调配资源，制订具有完整性、层 次性和合理性的项目实施计划，确保各工序衔接 顺畅。 有关的归程请网上下载。 5.2 基于GPS的空间数据采集技术5.2.1 概述5.2.2 GPS的组成部分5.2.3 GPS的定位原理5

7、.2.4 GPS测量实施5.2.5 其他卫星定位系统5.2.6 GPS的应用5.2.1 概述定义：特点： 全球覆盖 高精度、快速3维定位、测速和定时 抗干扰 被动式全天候导航 不存在经典测量等级，误差不累积，不需通视5.2.2 GPS的组成部分空间部分地面控制部分用户部分GPS卫星信号GPS坐标系：WGS-84，BIH1984.05.2.2 GPS的定位原理测距交会的原理定点。 伪距法 载波相位测量 DGPS伪距差分载波相位差分5.2.4 GPS测量实施不同的测量目的和要求，外业操作又要求 及采集流程不同。不同的GPS接收机具体操 作的步骤不同。数字工程中主要利用GPS采集地面点位数 据，采集

8、方法与流程与全站仪类似。电子手 薄配合GPS接收机。5.2.4 GPS测量实施数据流程：数据采集（GPS+PDA）位置数据处理 特征属性处理入库编辑处理空间数据库地图比例尺GPS处理模式地图比例尺GPS处理模式1：10万单机导航1：5000相位平滑 DGPS 1：2万DGPS1：1000相位平滑 DGPS 1：1万DGPS1：500相位差分地图比例尺与地图比例尺与GPSGPS采集模式的关系采集模式的关系5.2.5 其他卫星定位系统GLONASS：前苏联GALILEO：欧洲北斗导航定位系统：我国GLONASSGALILEOCNSS北斗GPS定位原理距离交会广域星基增强主动式双向测距二 维导航。距

9、离交会构成星座、监控、用户星座、有效载荷、 监控、区域控制星座、监控、标校 系统、用户星座、监控、用 户轨道与卫星近圆形3 、24，圆轨道3，9+21BD一号：3 BD二号：5+30？椭圆6，24高度/km191002412636000地球同步轨 道，21500中轨20183周期11.1511.58载波1602.561615.50 1246.441256.502491.75MHz1575.42 1227.60空间精度 m比GPS略低 16，25m高于GPS 1m低于GPS 20m ，10m10m时间精度 ns比GPS略低高于GPS低于GPS 100， 覆盖范围全球全球中国及周边局部 逐渐到全球

10、全球各系统的比较（请完善）GLONASSGALILEOCNSS北斗GPS是否实时实时全球实时非实时局部地区实时AS/SA无开放开放AS/SA200 0.5.1前 坐标系统 时间系统前苏地心 莫斯科标准时CGCS2000WGS-84 UTC 用户设备 容量无限无限有限、定位终端 比较复杂。无限功能导航、定位、 授时导航、定位、 授时导航、定位、授 时 通信服务导航、定 位、授时代表产品、厂商上游：天宝、诺瓦泰、麦哲伦（国外）、北斗星通（国内） 中游：天宝、徕卡、拓扑康、南方测绘、中海达等 上海华测、合众思壮、苏一光等5.2.6 GPS的应用高精度位置、时间、速度信息提供。 军事：精确定位、指挥作

11、战 民用： 车船飞机导航：交通 授时：电力、邮电、通讯 高精度测量：控制测量、工程测量、GPS辅助空 中三角测量、DEM数据采集、水下地形测量、 地球形状研究、板块运动、变形监测、精准农 业、GIS数据采集等。GPS在精准农业中的应用精确播种精确施肥精确喷药精确收割地图制作地图制作信息读取信息读取数据分析数据分析作业决策作业决策变量投入变量投入产量监督产量监督GPSGPS+ 采样车GIS+专家系统GPS+ 收割机GIS+决策图GPS+ 喷药施 肥机械应用综合实验5围绕GPS空间信息收集目标设计采集的步骤、途 径和方法方案，并利用设计的、做过的、收集的 案例，写出设计报告。按照测绘项目要求，根据

12、测绘技术设计规定 （CH/T 1004-2005 ）及有关的技术规范、技 术标准，制定项目设计书，提出各项精度指标， 组织编写专业技术设计书， 并判定其与项目设计 书的符合性和可行性。细化分解项目目标，明确 技术路线，合理调配资源，制订具有完整性、层 次性和合理性的项目实施计划，确保各工序衔接 顺畅。5.3 基于RS的空间数据采集技术5.3.1 遥感的基本概念与原理5.3.2 遥感平台与传感器5.3.3 遥感图像及其特征5.3.4 遥感处理的基本流程5.3.5 遥感应用5.3.1 遥感的基本概念与原理定义：通过安装在飞机、飞船、卫星等平台上的 可见光、红外光、微波等光学或电子探测器，对 目标物

13、进行摄影或扫描，接收地面物体的反射或 发射的电磁波信号，保存光学或数字图像，经过 信息处理、判读解译及分析、信息提取和野外实 地验证，最后生成用于辅助决策的信息。特点： 探测范围广泛，提供综合宏观视角 手段多样，信息量大 快速，周期短，可动态监测 全天候作业 不同目的、应用，手段不同 应用范围广泛5.3.1 遥感的基本概念与原理遥感的物理基础 电磁波谱和大气窗口 无线电波（长波、中波、短波、微波）射线 波长单位：无线电波：km.m；微波：cm，mm；红外 ：m；可见光：nm 和m。 频率单位：无线电波：Hz，kHz，GHz。 习惯：频率表示长波，波长表示短波。 遥感常用的各光谱段的特性：紫外光

14、(UV)0.010.4微米只有0.30.4微米能到达地面，切能量少 。可用于监测气体污染、海面油膜、碳酸盐 分布。受大气散射影响严重，成像条件苛刻，很 少探测成功。实际很少用。可见光谱段0.40.7微米，红橙黄绿青蓝紫光组成。可用胶片和光电探测器收集和记录。鉴别物质特征，进行自然资源与环境调查 的主要谱段。可摄影成像。红外谱段 (IR)0.71000微米近红外（0.763.0），中红外（3.06.0），远 红外（6.015),超远红外(151000)近红外:反射来自太阳的红外辐射，反射红外， 0.71.3可以摄影胶片探测，或扫描探测，探测 植被和水体有特效中远红外：热红外，不能摄影，需光学机械

15、扫描 。35,814，夜间成像，全天时遥感。军事侦 察、浅层地下水、城市热岛、水污染、森林探火 、区分岩石类型。大于15的被大气吸收。5.3.1 遥感的基本概念与原理 辐射传递理论 地表事物与地磁波的相互作用，电磁辐射的传输与接 收 辐射源:自然：太阳、地球 人工：雷达:微波，激光，声雷达（声纳）：测位置、方向、 高度、距离、速度、测量地形 地物的光谱特性发射波谱特性反射波谱特性透射波谱特性：透明地物（水、冰）5.3.2 遥感平台与传感器遥感平台 地面和近地面：系留气球、牵引滑翔机、遥感 铁塔、遥感吊车、地面遥感测量车、三脚架、 遥感塔、遥感船等与地面接触的平台。 航空：飞机、气球 航天：卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船依据遥感图像的空间分辨率选择5.3.2 遥感平台与传感器传感器: 采集单元：透镜、反射镜、天线 分光单元：把混合光分解为不同波段光谱的功能单元。 探测与信号转换单元：探测分光后的电磁波，并转换成 其他形式信号的功能单元。 记录与通讯单元：适当介质记录电磁波信息，胶片、磁 带和磁盘。通讯传输到异地的装置。分类： 工作方式：被动式、主动式； 进一步：扫描式、非扫描； 进一步：图像式、非图像； 进一步：物面扫描、像面扫描；主动式：带有人工电磁辐射源，工作时向目标发射，同时 接收目标物反射或散射回来的回波信号进行探测。被