3S技术复习材料(新修改).doc

第一章 绪论地球信息科学：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、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、技术和产业实体特点：动态性、系统化、实时性、空间特征、信息科学组成：1、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2、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3、地图学与图像图形学：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4、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5、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的综合技术。

遥感类型：（一）按遥感对象分：1、宇宙遥感 2、地球遥感（二）按遥感平台分：1、航天遥感 2、航空遥感 3、地面遥感（三）按传播媒介分：1、电磁波遥感2、声波遥感3、力场遥感4、地震波遥感（四）按传感器工作方式分：1、被动遥感2、主动遥感（五）按资料获取方式分： 1、成象方式：(1) 光学摄影(2)扫描成象2、非成象方式（六）按应用领域分：农业遥感、林业遥感、地质遥感、大气遥感等等被动遥感：传感器本身不发射任何人工探测信号，只能被动地接受来自对象的信息如不用闪光灯的摄影 主动遥感：传感器本身带有电磁波的辐射源，工作时向目标发射信号，接收目标物反射这种辐射波的强度如使用闪光灯的摄影和侧视雷达遥感特性：空间特性、时间特性、光谱特性这三大特性构成了遥感信息地学评价的三个基本标准：空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率优势：1、信息量大2、受地面条件限制少：可用于自然条件恶劣，地面工作困难的地区3、经济效益好：降低成本，特别是灾害预报、资源探测、资源清查等4、用途广5、发展迅速全球定位系统（GPS）：以卫星为基础的无线电授时、定位、测距导航系统GPS组成： 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定位系统的特性：1、定位精度高 2、适应性强 3、自动化程度高 4、经济效益高5、保密性好地理信息系统（GIS）：在计算机软件和硬件的支持下，以一定的格式输入、存贮、检索、显示和综合分析现实世界的各类空间数据及属性特征的技术系统地理信息系统（GIS）的分类：(一)从提供的性能角度看GIS分类1、空间管理型GIS大众型 2、空间分析型GIS 传统型 3、空间决策型GIS 决策型(二)从系统开发角度看GIS的分类1、最终用户用GIS 2、专业人士用GIS 3、软件开发者/系统集成者用GIS (三)从系统结构角度看GIS的分类 1、单机GIS 2、网络GIS (四)从数据结构角度看GIS的分类1、矢量数据结构GIS 2、栅格数据结构GIS 3、混合型数据结构(五)按应用类型分类1、专题性GIS 2、区域性GIS 3、综合性GIS第二章 　空间信息技术基础铅垂线：地理空间中任意一点的重力作用线水准面：自由静止的水面大地水准面：与平均海水面重合，并向大陆、岛屿延伸所形成的封闭曲面。

参考椭球体是建立空间参考系统的基础我国在1952年以前使用的是海福特(Hayford)椭球体；从1953年起采用前苏联建立的克拉索夫斯基椭球，建立了我国的1954年北京坐标系；20世纪70年代末，根据大地测量观测资料，使用1975年IUGG第十六届大会推荐椭球参数，建立了1980年国家大地坐标系；在GPS中，美国使用1984年WGS-84坐标系统黄道面：地球绕地轴(地球旋转轴)自转，同时绕太阳公转，地球绕太阳公转的平面黄道：黄道面与天球相交的大圆称为黄道天球直角坐标系：以地球质心O为原点，O点至天北极PN的方向为Z轴，O点至春分点y的方向为X轴，由X轴、y轴、Z轴按右手坐标系法则，在天球赤道面内定义出y轴O-XYZ空间直角坐标系称为地心天球直角坐标系，简称天球直角坐标系地球直角坐标系：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极(地球旋转轴与地球表面或地球椭球面的交点)，X轴为O点指向过英国格林尼治的起始子午面与地球椭球赤道的交点E，y轴垂直于XOY平面且X、y、Z轴构成右手坐标系绝对高程：地面点沿铅垂线至大地水准面的距离，亦称为海拔假定高程：以某假定水准面作为起算面，则地面点沿铅垂线至假定水准面的距离，亦称为相对高程。

地图投影：由于球面的不可展示性，为了用平面坐标来表示球面上目标的空间位置，必须进行球面坐标到平面坐标的转换，这就是地图的投影变换地球曲面转换成地图平面，不仅仅存在着比例尺变换，而且还存在着投影转换的问题 将椭球面上各点的大地坐标，按着一定的数学法则，变换为平面上相应点的平面直角坐标，称之为地图投影转换解算方法主要可归为正解变换和反解变换正解变换：一般地把由地理坐标求出地图平面直角坐标的形式称为正算式，称正解变换，也称直接变换法反解变换：把由地图直角坐标求出地理坐标的形式称为反算式，称反解变换，也称间接变换法高斯—克吕格投影（简称高斯投影）：高斯—克吕格投影是横轴等角切椭圆柱投影从几何上看，它用一个椭圆柱套在地球椭球体外面，并与某一子午线相切（此子午线称做中央经线），使椭圆柱的中心轴位于椭球体的赤道面上 经纬线的投影是首先将中央经线向东和向西按一定经差范围，将经纬线交点投影到椭圆柱面上，再将此椭圆柱面展为平面高斯－克吕格投影不仅在我国而且在东欧一些国家也采用其作为地形图数学基础，美国、加拿大、法国等国家也有局部地区采用该投影作为大比例尺地图的数学基础高斯投影特征：(1) 中央经线和赤道投影后为互相垂直的直线，且为投影的对称轴； (2) 投影具有等角的性质(投影后经纬线相垂直)； (3) 中央经线投影后保持长度不变。

地形图的分幅与编号：我国，基本地形图的分幅和编号按国际规定的在1:100万地形图基础上，按经纬度进行一)1:100万地形图的分幅和编号：按纬差4度，经差6度分,J-50；(二)1:50万、1:20万、1:10万地形图的分幅和编号,这三种图在1:100万地形图基础上，按经纬度划分；1:50万按纬差2o，经差3o,分4幅图,J-50-D； 1:25万按纬差1度，经差1o30′,分16幅图,J-50-[16]； 1:20万按纬差40′，经差1o, 分36幅图,J-50-(36)； 1:10万按纬差20′，经差30′,分144幅图,J-50-144 (三)1:5、1:2.5万、1:1万地形图的分幅和编号，这三种图在1:10万地形图基础上，按经纬度划分1:5万按纬差10′，经差15′,分4幅图,J-50-144-D； 1:2.5万按纬差5′，经差7.5′,分4*4幅图,J-50-144-D-4； 1:1万按纬差2.5′，经差3.75′,分64幅图,J-50-144-(64)四） 1:5000地形图的分幅和编号，在1:1万地形图基础上，按纬差1.25′，经差1.875′,分4幅图,J-50-144-(64)-d。

公里网：大于1:10万的地形图上绘有高斯－克吕格投影平面直角坐标网，其方格为正方形，以公里为单位，故又称公里网公里网在地图上间隔，随地图比例尺大小不同而不同表2-1地形图的公里网与地图比例尺1﹕1万地形图公里网间隔10 cm实地距离1km1﹕2.5万地形图公里网间隔4 cm实地距离1km1﹕5万地形图公里网间隔2 cm实地距离1km1﹕10万地形图公里网间隔2 cm实地距离2km第三章 GPS的构成GPS定位系统由三部分组成，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分GPS卫星星座的构成：GPS卫星星座由24颗卫星构成（其中3颗备用卫星）轨道面相对赤道面倾角为55度，卫星轨道为圆形，平均高度20200km，运行周期11小时58分，每颗卫星对地球可见面积为地表面积的37.92%，且发射信号达到地表较平均每颗卫星每天约有5小时在地平线以上，而且位于地平线以上的卫星数目是随时间和地点而异，最少为4颗、最多可达11颗3颗备用卫星可在必要时根据指令代替发生故障的卫星，以保证GPS空间部分正常高效地工作地面监控部分： 一个主控站（监控站）；三个注入站（监控站）；一个监控站监测站有5个，前面的主控站、注入站同时又是监测站，并在夏威夷还设有一个监测站。

GPS定位的特点：1、全球地面连续覆盖，24颗均匀分布的卫星保证地面上任何地点，任何时刻最少可以接收4颗以上的卫星，最多可以接收11颗卫星，从而保障全球、全天候连续、实时、动态导航、定位2、功能多，精度高，可为各类用户连续提供动态目标的三维位置、三维航速和时间信息目前，单点实时定位精度为±15～100m，静态相对定位为10-6～10-8，测速0.1m/s，授时3、实时定位速度快，可在1秒内完成4、抗干扰性能好，保密性强5、操作简单6、两观测点间不需通视，对于等级大地点节省了造标费用，此项费用可占总测量费用的30%～50%7、可同时提供三维坐标8、全天候作业GPS定位原理基本概念1、高电平：在数字逻辑电路中，将电路输出电压在5V并维持一个单元时间称之，定义为“1”2、低电平：在数字逻辑电路中，将电路输出电压在0.35～ 0.00V并维持一个单元时间称之，定义为“0”3、码元（也称比特，即bit）：二进制数字码序列中的一个 电平二进制数称之4、调制：将低频信号（不仅是二进制数字码序列信号，也可以是不规则的人的声音信号、音乐信号）“装载”到高频电磁波的过程5、解调：从带有高频电磁波载波信号中解译释放出原信号的过程。

6、随机码：凡是具有3个特点的二进制数字码序列的码称之7、伪随机码：凡是具有周期性的而又有良好自相关特性的数字码称之8、伪距(Pseudo range)：将接收机中GPS复制码对准所接收的GPS码所需要的时间偏移并乘以光速化算的距离此时间偏移是信号接收时刻(接收机时间系列)和信号发射时刻(卫星时间系列)之间的差值GPS定位原理：这里主要说明单点定位原理设有i=1,2,3,4四颗卫星，在某一时刻tj的瞬时坐标为i(Xi,Yi,Zi)，欲确定地面上某点P的三维坐标(Xp,Yp,Zp)，通过GPS接收机测得P点到各卫星的空间距离Si(i=1,2,3,4)，由于接收机钟为质量较低的石英钟，故其测时误差σT不可忽略，至于卫星钟，均配有原子钟，其测时精度较高，在阐述单点定位原理时可忽略，另外，对流层、电离层对测距的影响，卫星星历等误差对测距的影响可以忽略，因而， （1） (=1,2,3,4)式中有、、、共计4个未知数，4颗卫星测距恰好能确定，解上式4个四元二次方程可得之，当。