3S技术集成教案

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1、长安大学 3S技术集成提 纲第一章 绪论第二章 对地观测与信息获取技术RS基础理论第三章 信息管理与综合分析技术GIS基础理论第四章 空间定位与导航技术GPS基础理论第五章 “3S”集成基本原理第六章 GPS与GIS的集成第七章 GPS与GIS的集成第八章 RS与GIS的集成第九章 “3S”集成技术实现第一章 绪论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。第一章 绪论0.0地球信息科学1.0 数字地球1.1“3S”技术的最新进展1.1.1RS的最新发展1.1.2GPS的最新发展1.1.3GIS的

2、最新发展1.2技术集成的基本内涵与模式1.2.1“3S”参数的主要特征1.2.2“3S”技术的集成模式1.3“3S”集成关键技术与学科交互1.3.1“3S”集成的关键技术1.3.2“3S”集成的学科交互1.4数据集成的理论依据与研究现状1.4.1数据集成的理论依据1.4.2数据集成的空间框架1.4.3数据集成的研究现状0.0地球信息科学(1)定义：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、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

3、、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。第一章 绪论0.0地球信息科学地球信息科学以地球表层为研究对象域，以人地相互关系为主题，以服务全球变化和区域可持续发展为目标，将以卫星应用等多项技术为主体的高速全息数据化集成科学体系，形成对人流、物流、能流进行时空分析与宏观调控的战略技术系统。（见课 本p14-15)第一章 绪论0.0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

4、术的广义定义。（2）特点动态性、系统化、实时性、空间特征、信息科学。第一章 绪论第一章 绪论0.0地球信息科学（3）组成GIS：多种学科集成的基础平台，用来搜索、存储、管理和分析空间信息数据。RS、DPS（摄摄影测测量）、GPS：快速获取和更新地理信息的主要技术手段。地图图学与图图象图图形学：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。现现代通讯讯技术术：为地理信息在各部门的传播和应用提供保证。第一章 绪论1.0 数字地球数字地球（DigitalEarth）最初是由

5、美国副总统 AlGore于1998年1月31日在加利福尼亚科学中心召开的OpenGISConsortium年会上提出来的，很快得到了很多国家的响应。他认为 ，数字地球是指以地球坐标为依据的、具多分辨率的、由海量数据组成的、能立体表达的虚拟地球。该项计划现由美国宇航局（NASA）协同其他部门组织实 施，计划至2005年实现 ，到2020年正式建成。第一章 绪论1.0 数字地球数字地球计划是继信息高速公路之后又一全球性的科技发展战略目标，是国家主要的信息基础设施，是信息社会的主要组成部分，是遥感、遥测、全球定位系统、互联网络（Internet）-万维网（Web）、仿真与虚拟技术等现代科技的高度综合

6、和升华，是当今科技发展的制高点。第一章 绪论1.0 数字地球数字地球是地球科学与信息科学的高度综合。它为地球科学的知识创新与理论深化研究创造了实验条件，为信息科学技术的研究和开发提供了试验基地（TestBed）或没有“围墙”的开放实验室。数字地球将成为没有校园的、最开放的、面向社会的、最大的学校，也是没有围墙的开放的实验室。数字地球建设将是一场具有更深远意义的技术革命。第一章 绪论1.0 数字地球数字地球的核心思想有两点，一是用数字化手段统一性地处理地球问题，另一点是最大限度地利用信息资源。它可从两个层次进行构建：（1）将地球表面每一点上的固有信息（即与空间位置直接有关的相对固定的信息，如地形

7、、地貌、植被、建筑、水文等）数字化，按地理坐标组织一个三维的数字地球，全面、详尽地描述我们居住的这个星球。（2）在三维数字地球的基础上再嵌入与空间位置有关的相对变动的信息，如人文、经济、政治、军事、科技乃至历史等，组成一个意义更加广泛的多维的数字地球，全方位地为人类服务。第一章 绪论1.0 数字地球 数字地球是一个庞大而复杂的系统，其建立需要一系列高超的技术：卫星遥感技术通过大地资源卫星的遥感遥测，对整个地球进行完整的扫描，将地球上任何地点的自然、人造景观都“疏而不漏”地拍摄下来。超强计算技术对整个地球的数据进行加工处理，并通过虚拟现实技术将其形象地表现出来。当前，超级计算机的运算水平已达每秒

8、数万亿次，2004年时可达100万亿次，因此将地球数字视像化已不成问题。巨量存储技术要将数字地球上所有信息都存储起来，需要存储器容量达到1000万亿字节级。目前，硬盘、光盘等的存储容量为10亿字节级，利用纳米技术可使硬盘容量达到1万亿字节级，而且激光全息存储、蛋白质存储等方面的研究已获得巨大进展。要存储数字地球的所有信息，可采用分布存储的方式，把大量的数据分散在成千上万个的数据库里。高速网络技术数字地球上的数据分散在成千上万个机构的数据库里，就要求当某一个服务器要利用这些数据时，能迅速地把所要数据从四面八方调来。因此需要用高速网络把各个节点连接起来。当前正在试验每秒能传输10亿比特的宽带网络，

9、未来的信息高速公路其传输速率可达每秒1万亿1000万亿比特。第一章 绪论1.0 数字地球“数字地球”纵向的具体表现形式包含三层含义：一是把卫星遥测遥感的地表地层海量基础数据，参照地球的坐标系统，在计算机中重新塑造一个三维的、虚拟的数字化地球，它主要用于各种科学实验和广域性预测分析；二是把卫星遥测遥感的地表海量数据（如农村、城市、商业区、建筑物、管线、道路等），参照地图的坐标系统，在计算机中重新塑造一个三维的数字地图，可在互联网上直观地观察地形地貌等空间结构和辅助信息检索；三是参照地球的行政区划系统，利用自然（包括地理信息）与社会公共信息，在计算机互联网中构造出一个“数字地球”，它主要用于地球海

10、量信息的检索。如“数字地球”中有“数字美国”、“数字中国”等等，“数字中国”中有“数字北京”、“数字浙江”等等。全球各区域的网站是分布式的，每一个地方站是该地区信息资源的基本代表，各区域站按全球地理信息大系统基础上的行政关系组成一个有机的数字式结构“数字地球”。第一章 绪论1.1“3S”技术的最新进展（1）什么是3S技术术？3S是全球定位系统GPS（GlobalPositioningSystem）；遥感RS（RemoteSensing）和地理信息系统GIS（GeographicInformationSystem）的简称。是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多

11、学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。3S技术是关于GPS技术，RS技术和GIS技术的简称。第一章 绪论1.1“3S”技术的最新进展（1）什么是3S技术术？3S技术集成：将多时相、多尺度、多类型等多源地学信息统一在同一坐标系统中进行信息的动态 管理、综合分析与技术应 用。（P6）第一章 绪论1.1“3S”技术的最新进展（2）为为什么3S技术术走到了一起？人类有一个梦想，就是想只用一种方法，就把世间一切事物都管起来。而遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS），它们具有天然的优势互补性，因此，它们就自然而然的走到一起来了。它们在

12、3S体系中各自充当着不同的角色，遥感技术是信息采集（提取）的主力；全球定位系统是对遥感图像（像片）及从中提取的信息进行定位，赋予坐标，使其能和“电子地图”进行套合；地理信息系统是信息的“大管家”。将这三者有机的组合，人类的梦想就实现了。3S是一个动态的、可视的、不断更新的、通过计算机网络能够传输 的、三维立体的、不同地域和层次都可以使用的、活的系统。第一章 绪论1.1“3S”技术的最新进展（3）为为何要了解3S技术术？A知识经济识经济 是根本，数字地球、信息高速公路是手段：数据采集技术术：海量数据获取数据处处理技术术：计算能力数据存储储技术术：1000万亿字节级。目前采用分布式存储管理。数据通

13、讯讯技术术：高速、宽带网络数据共享技术术：统一通信协议TCP/IP，保证互操作性数据连连接技术术：关于数据的数据“元数据”段第一章 绪论1.1“3S”技术术的最新进进展（3）为为何要了解3S技术术？B.3S是建立数字地球、信息高速公路所需的高新技术术(High-Tech)GPS涉及航天、卫卫星、现现代通讯讯等领领域：美国投资$300亿继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞 大空间计 划RS综综合了空间间、电电子、光学、计计算机技术术的最新成就：航空遥感、航天遥感的运载工具遥感图象处理和现代通讯等领域GIS涉及计计算机、空间间技术术、现现代地理和测绘测绘以及管理等领领域地理空间数据库技术计

14、算机网络技术综合地理空间数据和其它各种数据的存储、管理、处理、分析和传输 的技术，构成信息决策系统第一章 绪论1.1“3S”技术术的最新进进展（3）为为何要了解3S技术术？C.3S技术术具有广阔阔的应应用前景：军队现军队现 代化离不开3S技术术“沙漠风风暴”战战役的成功GPS提供全天侯三维坐标，三维速度和时间信息海陆空的多种系统和装备都采用GPS，如：飞机、直升机、导弹发 射架及导弹，仅为空军就提供了4000套GPS设备和近1000套附加装置，使部队可以实时精确定位和快速反应RS应用的主要工具是一组位于椭圆形低地轨道的KH-11卫星，提供海湾地区的重叠覆盖和高清晰度的远红外线影像星载远红 外探

15、测器可同时测出伊拉克飞毛腿导弹发 射瞬间产生的强大热流，在30秒内向驻沙特和以色列的反导弹部队发警告，带有GPS自动制导的爱国者地空导弹就立即予以拦截基于GIS技术的“联动战 略系统（JOTS）”采用大屏幕显示器，工作站，绘图机等硬件和数字高程及地形数据，数字化栅格图像，构成了综合数据合成，控制与显示的完整的战区管理系统在3S技术支持下，战争期间共生产了12000种地图（600种数字化图），各种比例尺地图总印量达一亿张。战时，地图的货物优先权仅次于爱国者导弹，而高于医药供应。第一章 绪论1.1“3S”技术术的最新进进展（3）为为何要了解3S技术术？C.3S技术术具有广阔阔的应应用前景：3S技术

16、术的商业业化和民用化GPS技术应 用在交通，石油，地质，测绘 ，环境等RS技术应 用在资源环境，气象，防灾减灾，道路工程勘测等GIS技术应 用在市政工程，移动通讯，规划管理，交通调度等90年代初美国对GIS数据需求量年增长率达到35%第一章 绪论1.1“3S”技术术的最新进进展（3）为为何要了解3S技术术？C.3S技术术具有广阔阔的应应用前景：21世纪纪3S技术术是信息化社会数字化生存的重要组组成部分1993年9月，美国克林顿政府推行国家信息基础设施（NationalInformationInfrastructure，简记为 NII）计划,俗称信息高速公路（InformationSuper-Highway，简为ISH),NII计划的实现将能改变人们的生产、生活和人际的交互方式，目前全世界已经有150多个国家正在或准备实施这项计 划。1994年4月，由美30多所著名大学、国家高新技术项目署和美国自然科学基金会联合提出，经美政府批准，“国家空间数据基础设施”（NationalSpatialDataInfrastructureNSDI）。基于3S技术的地理空间数据的处理是实现NII的“瓶颈”