《资源环境信息技术》

1、资源环境信息技术,严泰来、张玮、朱德海、赵明,第一章 绪论,1、资源环境信息技术内容、研究范围 资源环境信息技术是指农业宏观资源环境信息 的采集、数据处理、数据管理、信息传播以及 辅助管理决策的整套技术。 主要内容,遥感技术: 大面积宏观地学信息快速获取的技术。 全球定位系统： 快速便携采集点位数据的技术。 地理信息系统： 存贮、管理、分析地学空间信息数据的 技术。 信息传播技术：通过计算机网络将图形、图像、声音、 文字表格等信息媒体传播的技术。,涉及到的信息技术有： 数据（仓）库技术、计算机图形学、大地测绘技术、图像处理技术、专家系统技术等等。由此说明：资源环境信息技术是以计算机技术为核心的技术领域，但计算机技术并不等于信息技术。计算机技术与信息表达对象的结合 才是信息技术。, 资源环境信息技术特点,综合性：高新技术集成 基础性：80%以上的国民经济的信息都与资源环境信息 技术有关 广泛性：事关“三农”问题的解决，为广大农业生产者、 农业管理者、农业科学工作者所需求的技术。,2、资源环境信息技术对于发展国民经济的重大意义 资源环境问题构成人类生存的巨大威胁。利 用现代信息技术强化资源

2、环境管理是国民经 济可持续发展的根本保障。这项技术的发展 是一个国家实力的体现。 农业生产需要资源环境信息技术。产前、产 中、产后都需要信息技术来指引，“没有技 术的生产是愚蠢的生产，而没有信息的生 产则是盲目的生产。” 资源环境信息技术事关人们的衣食住行。,3、国内外资源环境信息技术的发展历程与现状, 信息技术是生产力发展的必然产物,信息是物质世界各种事物存在 的表征。具有客观性、共用性、时效性。 信息的重要性并非今天人们才认识，信息技术直到 20世纪 40 年代以后才独立成为一门技术领域是生产力发展的必然结果。信息技术的发展需要社会生产力发展的驱动，同时也需要以相关基础科学与技术为条件。 信息技术极大地从广度与深度上开阔了人们对自然界的认识。资源环境信息技术使人们更加深刻地认识了地球 这一我们人类共同生存的空间。 在空间范围上，可以将数万平方公里的地学图形图像信息容纳在一台计算机以内。,在时间维上，人们可以在瞬间将数千公里外的音像信息传输到眼前。 在现代信息技术支持下，可以将巨大的时空范围事物变化的过程可视化地表现在计算机屏幕上。, 资源环境信息技术发展历程,20 世纪 60 年代

3、，遥感技术开始出现，资源环境信息技术开始形成。 70 年代，地理信息系统概念提出，加拿大建设世界上第一套 CGIS 系统。 80 年代，全球定位系统投入使用，资源环境信息技术形成一个独立的技术体系，技术集成度提高。 90 年代，资源环境信息与信息技术产业化。美国就业人口中 52% 从事直接信息产业。,1998 年美国提出 “数字地球” 概念，世界各国响应，数字农业（精确农业）、数字国土、数字北京等概念纷纷提出，国家级信息工程纷纷上马。,第二章 资源环境信息数据表达,1、空间数据与属性数据 资源环境信息是宏观广域空间信息。它以空间数据为信息表达的基本框架，而以属性数据为空间特性表达的内容。, 空间数据：指空间的位置，表达空间位置有多种参 照系，有天文坐标参照系、地理经纬度参照系、大 地直角坐标系等等，它通过二维或三维坐标数据表 达空间位置。,平面图件（地图）是空间数据的基本载体。图件分有纸介图件，电子图件。,空间地物可分为点状、线状、面状地物三大类。这三种地类在地图上称作地图三要素。三种地类存在着多种空间关联。 空间数据有两种表达格式：矢量格式与网格格式。,矢量格式 网格格式,网格格式图

4、件特点： ） 一个网格格式表示某种属性的一个均值，用代码表达。网格是不可分割的数据单位，位置由行列号表示（，），为整数。 ） 一个地物是具有相同或接近相同属性值的集合。 ） 面状地物的边界可以是网格的格线，也可以是相邻网格串联在一起的集合。 ） 网格格式可以表现图像，也可以表达图形。在表达图像时，各个网格可以有自己不同的颜色编码，在表达图形时，边界网格赋于独立的属性。,矢量格式图件特点： ） 矢量格式数据只能表达图形，图形是图像的一种抽象。 ） 矢量格式下的线状地物或面状地物只具有某种属性的一个特定值，即认为一个线状地物上或面状地物（图斑）内是属性均值的。 ） 矢量格式下的空间数据用坐标，表示，可以是小数。, 属性数据：它是指对于特定的空间位置或空间地物的 某种属性的数值或代码，比如降雨量、土壤类型、土 地权属等。,属性数据的特点： ） 每一属性数据都与一个空间位置或空间地物相联系，即对于特定的属性类别，每一空间地物或空间位置都有一属性值，两个不同的空间地物有可能具有相同的属性值。,） 每一类别属性数据都有固定的阈值范围。比如土壤值一定在之间，降雨量一定在 之间。 ） 一幅图件通常只表

5、达一类属性值的分布，比如土壤类型分布图，图中每一图斑表示的都是一种土类，当然允许有多种属性值，比如该类土壤的值，土质状况等。 ） 属性数据与空间数据依赖有相同的识别码相联系。 ） 属性数据一般都用关系型数据库存贮。,（ ）模型,模型是将空间数据与属性数据按图层方式分门别类地存贮并加以统一管理的数据存贮模型。比如，资源环境信息经常使用到的图层数据有：土壤类型分布图、年均降雨量分布图、等高线图、行政区划图、水系图等等。这些图件全部数字化，而且：,）比例尺需要相同； ）投影方式需要相同； ）覆盖地域严格一致。,这样以便于做图形叠加分析。 在实际工作中，对有些图，将纸介图件数据分解还要过细，将图中点状地物、线状地物、面状地物分别各作为一个图层处理。,、代码与编码, 定义 将系统内各种数据、文字符号、文件等以数字符号或指定字母符号的组合标识出来，成为计算机系统可以接收的形式，这种标识称作代码。用户制定代码的过程称作编码。, 代码的特点与编码的原则,唯一性，一个代码只能指定一个事物。 一致性，在系统自始至终一个代码只指固定的一件事物。 通用性，一些代码有国际标准，如码，有些有行业标准，如土地分类代

6、码，城镇地籍数据文件名称代码，在实际工作中，制定本系统特定代码中必须要与这些国标相一致。 前瞻性，编码码位要留有余量，避免代码容纳不下表达事物的数目。比如年份要用位，月份用位，日用位。, 代码结构 代码一般分为若干码段，码段有相对独立性，表示一个独立的意思，有固定的码位（字节数）。,比如行政村通常设位代码 前位表示乡，作为一个码段，后位表示村。码段这样设置表示村与乡的管辖从属关系。对于代码结构需注意：,一个代码可以有多个码段，实用时还允许拆卸或增加，比如在乡前再加县代码段。 在多码段的代码中，代码的唯一性是指整个代码的唯一性，不排除两个代码的对应码段相同，比如不同乡有可能两个村的码段代码相同。 代码一旦制定，绝对不允许在码段间码位 “借用” ，比如将乡码段的一位码位 “借给” 村码段使用。如果这样，将发生混乱。代码的设制是一件相当细致谨慎的工作。, 编码过程,数据整理、分类 分析数据类别间关系，有并列关系，有从属关系 估计数据数目，决定码位字节数量 调查相关行业编码标准,3、航摄投影, 投影一般定义 空间任一点 A 与一固定点 S 的连线（包括其延长线）被某面 P 所截，其交点 a 叫

7、做空间点 A 在截面上的投影。 注意： 截面 P 并不一定是平面 点位 A 与投影点 a 不必须是在投影面 P 的两侧。,在特殊情况下，固定点 S 也可能在无穷远 处，此时 AS / BS / CS,S,p,c b a,A,B,C, 中心投影,定义 投影面是平面的投影叫做中 心投影 照相机摄影是中心投影的实例。S 是镜头，投影面（远离实物一侧）是胶片，影相为负片。 摄影中心投影中的几个术语定义： 1）固定点 S 称作投影中心,2）过投影中心垂直于投影面 P 的 直线称作主光轴 3）主光轴垂直于地面的投影称作垂直中心投影 4）投影中心 S 到投影面（胶片）的距离称作焦距 f ，S 到投影面的垂足称作像中心点,比例尺 ab f 1 AB H m,=,=,一般图件比例尺为 1 : 50 万; 1 : 25 万; 1 : 10 万; 1 : 5 万 , 1 : 500 依次比例尺由小变大,中心投影两个误差来源 1) 高低地面起伏引起投影误差,a0,a,S,f,H,A,A0,投影误差：r = 注意；1）误差与航高 H 成反比；在卫星遥感中 H 达数百公里，相对于地面相对高差h 大,h r,H,出

8、许多，误差可忽略不计。 2）投影误差呈径向分布，距离像中心点越远，即 r 越大，则误差越大。,A,投影面与地面不平行,S,S,P0,P,说明： 1） 为辐射角，即在投影面上点位辐射线与主横线的夹角； 为投影面与水平面的夹角；r为辐射距；f 为焦距。,2）在投影面上坐标设置与地面起伏误差分析的坐标设置有所不同，坐标原点设置在等角点上，即过倾斜投影面上的像中心的垂线与过水平投影面像中心的垂线构成的角平分线与倾斜投影面的交点作倾斜投影面的坐标原点；过原点在倾斜投影面的横向直线（垂直于纸面见图）设为 X 坐标轴，纵向设为 Y 坐标轴，并以 X 轴作为倾斜投影面的旋转轴。一切误差分析都以这样的设置为基础，进行计算的。,x,y,a,b,c,d,o,3）这样看来，倾斜投影面上的像中心点与坐标原点并不在一个点上，因而这里的辐射距r与地面起伏投影误差辐射距 r 并不相等，但是不难证明两者相差不大，在倾斜角不超过 3 情况下，由于坐标原点设置引起的误差可以忽略。,讨论： 1）投影面倾斜角一般不大于 3 ，sin 是正值，而取值却从 0 到 360 变化，使辐射距覆盖整个影像，因而使误差可正可负。具体分析如

9、下： 当 0 180，则误差 为负值，即向内收缩； 当 180 360，则误差 为正值，即向外扩张；,2）投影面与地面不平行引起的投影误差与镜头焦距成反比，与辐射距平方成正比； 3）此种投影误差与航高无关，因而无论在航空摄影或卫星遥感中都必须要加以注意纠正的。, 正射投影,定义：将投影中心 S 点置于无穷远处的中心投影称作正射投影。 实际正射投影的定义：二次投影，首先投影到一个假想投影面上，比例尺为 1：1 ，然后在做二次中心投影。,正射投影讨论： 1） 正射投影不存在投影误差是一种理想的投影 2） 如果地面平坦，摄相条件理想，即镜头平面平行于水平面，则此时的摄相中心投影即为正射投影。,4、大地投影, 地球模型 地球可以模拟为旋转椭球体。其长半轴为 6,378,140 m ，短半轴为 6,356,755. 3 m 普通测量中可将地球看作为球体，其半径为 6371000 m。, 大地投影,基本思想，将地球看为透明，将光源（即 S 点）置于地球心，光线（投影线）穿过地球球面上各个点，投影到地球外假想的可展曲面上，如圆锥面、圆柱面或直接就是平面，然后将可展曲面展开，并用理想中心投影的方法将其缩小，即制成不同比例尺地图。,大地投影制图的种类 1）以投影面划分为：圆锥投影、圆柱投影、方位投影（投影面是平面） 2）以投影面与地球的关系划分为：正切，横切，斜切，正割，横割，斜割等 说明各国投影制图种类选择取决于该国地理的具体位置以及幅员大小，形状特点等，以制

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