3S技术重点复习资料.pdf

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1、3S期末复习资料 题型：填空 20%（0.5分/空） 、名词解释 20%（2 分/题） 、简答题 30%（56 题） 、论述 题 20%（10 分/题） 、计算或证明 10% 第一章 绪论 1、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。 2、地球信息科学的特点：动态性、系统化、实时

2、性、空间特征、信息科学。 6、遥感的分类： 1）按遥感平台分：航天遥感（平台处于海拔高度大于80km的空中，如火箭、人造卫星、 宇宙飞船、航天飞机等）。航空遥感（平台处于海拔高度小于80km 的空中，如飞机、气球等）。 地面 遥感（平台处于地面。如三脚架、遥感车、塔、船等）。 2）按传感器工作方式分： 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。 7、遥感的特性： 空间特性、 时间特性、 光谱特性。 这三大特性构

3、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）。 11、地理信息系统（GIS-Geographical Information System ） ：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。 12.全球定位系统gps：以卫星为基础的无线电授时、定位、测距导航系统实现精确的定位。 第二章空间信息技术基础 2、黄道面：地球绕地轴(地球旋转轴 )自转的同时也绕太阳公转，地球绕太阳公转的平面即称为黄道面。 3、我国常用的国家大地坐标系有：BJ54（1954 年北京坐标系） 、GDZ 80（1980

4、年国家大地坐标系） 、 WGS-84（全球公用的地球坐标系）。 4、 地图投影： 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。 地图投影变换：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。 5、我国的地图投影主要采用高斯克吕格投影。在大比例尺时 （大于 100 万） ，采用高斯克吕格投影 （横轴等角切椭圆柱投影），在中小比例尺时（1:100 万） ，采用兰勃特投影（正轴等角割圆锥投影）。 6、高斯投影的特征： 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

5、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。 7、高斯 -克吕格投影的优点： 1）等角性适合系列比例尺地图的使用与编制； 2）经纬网和直角坐标的偏差小，便于阅读使用； 3）计算工作量小，直角坐标和子午收敛角值只需计算一个带。 8、我国高斯投影的分带方法：在1:2.5 万至 1:50 万的地形图，采用6 带，全球共分为60 个投影带（我国 位于东经72 到 136 间，共含11 个投影带）；1:1 万及更大比例尺图采用3 带，全球共120 个带。 9、地形图的分幅与编号（计算题） 1）我国基本地形图的分幅和编号是按国际规定的在1:100 万地形图基础上，按经纬度进行。 1

6、:100 万地形图的分幅和编号：按纬差4 度，经差6 度分 ,J-50； 2）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 2 度，经差3 度分 ,分 4 幅图 ,J-50-A； 1:20 万按纬差 40 ，经差 1 度分 , 分 36 幅图 ,J-50-A-1 ； 1:10 万按纬差 20 ，经差 30分 ,分 144 幅图 ,J-50-144。 3）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

7、 幅图 ,J-50-144-A ； 1:2.5 万按纬差5 ，经差 7.5,分 16 幅图 ,J-50-144-A-10 ； 1:1 万按纬差2.5 ，经差 3.75,分 64 幅图 ,J-50-144-A-1 。 8、地形图的公里网： 在大于 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。 9、公里网在地图上的间隔是随地图比例尺大小不同而不同的。在11 万地形图中，公里网间隔10cm， 实地距离1km。在 1 2.5 万地形图中，公里网间隔4cm，实地距离1km。在 1 5 万地形图中，公里网间 隔 2cm，实地距离1km。在 110

8、万地形图中，公里网间隔2cm，实地距离2km。 第三章GPS 的构成 1、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。 4、地面监控部分包括有：一个主控站（监测站）、三个注入站（监测站）、一个监测站。 5）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。 7）随机码：凡是具有3 个特点的二进制数字码序列的码称之。 9）伪距：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。 7、

9、GPS 定位的特点： 1)全球地面连续覆盖，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。 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。7)可同时提供三维坐标。8)全天候作业。 8、GPS 定位原理（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) 。 误差方面：

10、 由于接收机钟为质量较低的石英钟，故其测时误差T 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，可得到方程：（ 1）式 其中， i=1、2、3、4； C 为光速。 式中有 Xp、Yp、Zp、 T 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， 当多于 4 颗卫星或观测历元tj 更多时，可用最小二乘原理解之。 第四章 全球定位系统定位方法和测量 1、定位方法按照定位分为：单点定位、静态相对定位、差分定位。 2、差分定位或动态相对定位的基本原理：

11、是在两个测站上安置接收机同步观测，其中一个测站的空间位 置是已知点， 通过对已知点的观测得到已知数据与观测数据之间的差值，然后用此差值对未知点的观测数 据进行改正。 3、差分定位主要有伪距差分、位置差分、载波相位差分等基本定位模式。 4、差分定位按时间状态可分为实时差分和后处理差分，包括： 1 2222 ()()() ipipipit SXXYYZZC RTD ：以码相位为观测值的实时差分GPS 定位技术。 RTK ：以载波相位为观测值的实时动态差分技术。 5.SA 技术：主要包括下列两个内容 有意识地在广播星历中加入误差，在(1)式中起始计算数据Xi,Yi,Zi 中加入误差，使星历精度降 低

12、，称之为 技术。 有意识地在卫星钟的钟频信号中加入误差，使钟频相对于标准频率10.20MHz产生 2Hz 的抖 动，变化周期约10 分钟，从而使(1)式中 Si 有误差，即降低观测值精度，称之为技术。 第五章遥感系统和遥感技术的物理基础 4、电磁波谱：按照波长的长短顺序将各种电磁波排列制成的一张图表叫做电磁波谱。 5、可见光、红外线、微波是RS 中常用的三大波段。 7、根据辐射的波长与散射微粒的大小之间的关系，可将散射作用分为三种：瑞利散射（d ） 、米氏散射 （d）和非选择性散射（即d） 。 8、大气窗口：电磁波在大气中传输时，通过大气层未被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段范围。 10、

13、地物的反射光谱特性：地物的反射率随入射波长变化而变化的规律。 地物反射光谱曲线：以波长为横坐标，反射率为纵坐标，绘成的曲线图。 11、植物的发射光谱曲线的绘制及其影响因素 1）规律：在蓝光波段（0.380.50m）反射率低，绿光波段（0.500.60m）的中点0.55m 左右， 形成一个反射率小峰，这就是植物叶子呈绿光的原因。在红光波段（0.600.76 m） ，起先反射率甚低， 在 0.65 m 附近达到一个低谷，随后又上升，在0.700.80m 反射率陡峭上升，到0.80m 附近达到 最高峰。（详见下图） 2）影响植物反射率的主要因素包括叶绿素、细胞结构和含水量等。 第六章 遥感技术体系

14、1、航空摄影的种类： 1）按象片倾斜角分类（象片倾斜角：是航空摄影机主光轴与通过镜头中心的铅垂线间的夹角。 ） ： 垂直摄影：3 ，得到水平象片，各部分比例尺大致相同，可量测距离。 倾斜摄影：3 ，得到倾斜象片，变形大，但摄取面积大。 2）按摄影的实施方式分类：单片摄影、航线摄影、面积摄影。 单片摄影：为特定目标或小地块进行的摄影，一般获得一张象片。 航线摄影：沿一条航线对地面上狭长地带或线状地物进行连续的摄影。一般地，航线的长度限制为 30-120km。 面积摄影：沿数条平行航线对广大区域进行的连续的摄影。 对于航线摄影和面积摄影而言，象片之间存在着一定的重叠，包括： 航向重叠（纵向重叠）

15、： 在同一条航线上相邻两张象片间的重叠；重叠度为 53% 60% ；用 于相邻象片地物的互相衔接和立体观察。 旁向重叠（横向重叠）：相邻航线间相邻象片的重叠；重叠度为15%30% ；用于象片镶嵌等。 2、航空象片的几何特性：中心投影和垂直投影。 中心投影：空间任意点A 均通过一固定点（投影中心）投影到一平面上，投影中心S、投影平面P 和空 间点 A 三者之间的关系任意。航片是地面的中心投影。 垂直投影：所以投影光线互相平行且垂直地投影到投影面上。 6、航空象片由于地形起伏产生的投影差为： 计算题 证明：Saa0 SA0 A0 又 Sao AA0 A0 同理，（ 其中 ao、bo 为象点到象主点

16、的距离，即r。 ；以h 表示aa0 、bb0） 则有： 7、投影差规律（对于水平象片）： 1）投影差大小与象点距离象底点的距离成正比，距象底点愈远，h 愈大，象底点无象点位移。 2） h 与 h 成正比， h 0 时，h 0，象点离开中心点向外移动；h 0 时，h 0，象点向着象底点移动。 3） h 与 H 成反比， H 愈大，h 愈小。 8、航空象片判读 1）判读标志：形状、大小、色调、阴影、纹理（组合图案）。 2）判读过程：准备工作（资料准备、工具准备、圈定使用面积、熟悉地理概况、建立 判读标准）、室内判读、野外校核、转绘成图。 9、陆地卫星： 1） Landsat-5 为双向扫描共七个通

17、道。TM1-5 和 TM7 为 30m 30m 的地面分辨力， TM6 为 120m 120m。 2）Landsat-7 ETM+ 有八个通道，增加的全色波段分辨率为15m，TM6 提高到 60m 60m。 回归周期（重复周期）：Landsat1-3 为 18 天， Landsat4-7 为 16 天。 扫描宽度： 185km 185km。 11、卫星传感器：快鸟（QuickBird ）共有五个波段，其中四个多谱段，一个全色波段，光谱范围为 450mm-900mm ，空间分辨率最高可达0.61 米。 第七章 遥感图像处理技术 1、遥感数据：对模拟图象进行采样获得数字图象。 1）模拟图象：灰度和

18、颜色连续变化； 2）数字图象：模拟图象经采样和量化后成为一幅由一系列灰度值不连续的、按行列有 规律地排列的像元组成的图象。 2、模拟图象到数字图象的转化（A/D 转换） ：包括采样和量化两个过程。 1）采样：位置离散化，将模拟图象按纵横两方向分割为若干个形状、大小相同的像元，即等间隔取样成 离散值，各像元的位置其所在的行和列表示，一幅图象可以表示成一个矩阵。 r H h h 000 AA H f aa ao f h AA a 00 ao H h ao f h H f aa a a 0 bo H h bb b 0 r H h h 2）采样周期：相邻两个像元中心的间距。 3）量化：以每个像元的平均

19、灰度或中心部分的灰度作为该像元的灰度值的处理过程。数字图象中的像元 灰度值可以是整型、实型和字节型。为了节省存储空间，字节型最常用，即每个像元亮度记录为一个字节。 4、信息源与最佳时相的选择： 1）选择依据（ 4 个） ：遥感数据的空间分辨力、时间分辨力、光谱分辨力以及一次成像的覆盖范围和价格。2） 选择基本原则： 能够识别不同类型的信息； 提取的信息满足应用所需的精度并且反映准确的空间位置和特征； 对于动态监测，能够获得与监测周期相一致的时间序列信息。 5、彩色图象合成的基本原理：选择合适的三个波段分别作为红、绿、蓝（RGB ）三个通道合成一幅彩色图 像，以利于地物的识别。 6、最优波段组合

20、应遵循以下原则：具有最大信息量。组合波段间具有最小相关性的原则。 8、几何校正的原因、目的和步骤：1）原因：卫星图像的几何性能受卫星轨道与成像姿态的稳定性、扫描偏 差、地形起伏等等多种因素影响而发生几何畸变。2）目的：经运算处理把处于两个坐标空间的原图像变换到 新的图像坐标空间，得到某种归正的投影图，使没有任何实际地理坐标信息的图象变换到特征的地理坐标空 间，满足不同类型或不同时相的遥感影像之间的几何配准和复合分析，以及遥感图象与其它来源的信息的匹 配。 3）步骤：几何校正分两步。 粗校正：由接收部门根据遥感平台、地球、传感器的各种参数进行； 精校正：用户根据使用目的的不同由投影及比例尺进行。

21、 9、遥感解译可分为：目视解译、计算机自动分类。 与目视判读解译不同的是计算机自动解译的主要依据是地物的光谱特性进行统计判别，具体方法包括有监分 类和无监分类方法，分类结果的可靠性需通过严格的分类精度统计分析以及野外调查进行验证。 10、计算机自动分类的一般方法有：有监分类、无监分类。 有监分类：有监分类方法是通过训练区内样本的光谱数据计算各类别的特征参数，作为各类型的度量标准， 然后根据判别规则将图像的各个象元分到一定的类别中。 无监分类：无监分类是直接利用象元灰度值的统计特征进行类别划分，常用无监分类方法有逐步骤类方法、 系统聚类法等。 第八章GIS 的组成和功能 1、地理信息系统的组成：

22、计算机硬件系统、计算机软件系统、地理空间数据库和系统管理应用人员。 2、地理信息系统的功能： 1）数据的采集、检验与编辑。2）数据处理。3）空间数据库的管理。 4）基本空间分析。5）应用模型的构建方法。6）结果显示与输出。 3、空间数据表达主要有两种数据格式： 1）网格格式（又称栅格格式）： 假想用一个细密的网格蒙在一张图件上，每一格点都属于图件的一个区 域。若某位置有一点E，那么该点所在网格标为E 即可。线F，则在线所途经的所有网格全部标为F。 2）矢量格式：在图件设置一个X-Y 平面坐标系，图件上任意一点都有（X,Y ）坐标值。对于 点状地物，就用该点所在的坐标（X,Y ）表示它的空间位置

23、。对于线状地物，就用该线上经采 点采出的一连串坐标点的连线来表达。 4、两种数据格式的优缺点： 优点缺点 1 便于面向对象（如土壤类型、土地利用单元等）的数据表示1 数据结构复杂 2 数据结构紧凑、冗余度低2 软件和硬件技术要求比较高 3 有利于网络分析3 多边形叠置分析比较困难 4 图形显示质量高、精度好4 显示与绘图成本比较高 5 图形运算效率高，投影转换容易5 实现数据共享不易实现 栅格 数据 结构 1 数据结构简单1 图形数据量大、冗余度高 2 空间分析和地理现象的模拟均比较容易2 投影转换比较困难 3 有利于同遥感数据的匹配应用和分析3 图形显示质量比较低 4 输出方法快速、成本比较

24、低廉4 现象识别的效果不如矢量方法 5 易于实现数据共享5 图形运算效率低 5、 GIS 数据源类型：地图数据、遥感数据、测量数据、野外采集数据、调查统计数据、法律文档数据、已 有系统数据等等。 6.地理信息的特征：空间性、专题性、动态性。 7.GIS 数据源类型：地图数据、遥感数据、测量数据、野外采集数据、调查统计数据、法律文档数据、已有 系统数据等等 8.遥感数据的获取：1.目视法获取遥感影像数据。2.将 RS 影像作为基础层输入到GIS中，实现栅格影像和 GIS 线画图的叠置，从中获取信息。叠置前必须进行几何校正。3.将 RS 直接进入系统，利用RS 实现 对 GIS 空间数据和属性数据

25、的更新。 9.屏幕跟踪扫描矢量化：将扫描仪获取的图像数据经过配准后显示在计算机屏幕上，用鼠标跟踪做屏幕矢量 化，获取矢量型数据，方式分完全手工跟踪和半自动跟踪。 第九章空间数据的结构 4、矢量结构：通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、多边形等地理实体，坐标空间设为连续，允许 任意位置、长度和面积的精确定义，即用点、线、面表现地理实体，其空间位置由所在的坐标参考系中的坐 标定义。 8、数据库系统的数据模型及发展阶段 （ 1）传统数据库系统的数据模型:1）层次模型树数据结构2）网络模型图数据结构3）关系模型表数据结构 （ 2）面向对象数据模型 10.数据模型分类：概念模型、逻辑模型、物理模型

26、 链码 游程长度编码 块码 第十章空间数据分析 3、距离量算 （ 1）长度计算 1）矢量数据的长度计算 两点（ x1,y1) 、 (x2,y2)之间距离D 的计算： 点（ x0,y0)到直线之间欧氏距离的计算： 线目标的长度：，n 表示组成线目标的线段数。 （ 2）面积的计算：空间数据的自动量算是GIS 的重要功能，也是进行空间分析的定量化基础。（矢量格式下 面积的量算通常用辛普森公式） 5、视觉信息复合是将同一地区的同一比例尺的不同含意图象进行叠合，从而获取更多的空间信息，以便 )( 2 1 11iiiii xxyyS 2/ )(11 1 1 nn n i ixxyySS 11 0 11 1

27、 )(2/1 xx xx xxyS n n ii n i i 2 12 2 12 yyxxd 0CByAx 22 00 BA CByAx D n i i d L 1 用户判断不同地理实体的空间关系，地理信息系统中视觉信息复合通常包括以下几种类型：1.点、线和面 状图之间复合2.专题图和数字高程复合生成立体专题图3.遥感信息和专题图的视觉复合 6.视觉信息复合和叠置分析的关系与区别： 1）视觉信息复合后，参加复合的各图均不改变数据结构，也不形成新的数据，只给用户带来视觉效果。2） 而叠置分析，叠置的结果不仅产生视觉效果，更主要形成一新的目标。其中，对空间数据的区域进 行了重新划分，属性数据中包含

28、了参加叠置的多种数据项。 7、路径分析： 从网络模型的角度看最佳路经问题是求解网络中任意两点之间阻抗强度最小的 路经。大量用于交通、救灾、抢险、消防及信息传输中。 8、定位与配置问题（资源分配）： 1）定位问题 :已知需求源的分布，确定在何处设置供应点最好。 2）分配问题 :确定需求源分别由哪些供应点提供。 3）通常要同时解决定位与配置两个问题，以模拟一个或多个中心的资源在网络上的最优分配问题。 4）定位与配置分析的主要算法包括：P 中心问题、中心服务范围的确定、中心资源的分配。 9、缓冲区：是指给定空间对象的邻域，通常用邻近度描述地理空间中两个地物距离相近的程度。即 基对点、线或面等因素，按

29、指定的条件，在其周围建立一定空间区域作为分析对象，该区域称缓冲 区。 10、缓冲区分析：是解决邻近度问题的分析工具，也是GIS 中基本的空间分析工具。如确 定公共设施的服务半径，确定交通线及河流周围的特殊区域。 12、泰森多边形：由一批具有一定分布的样本点数据生成。其实质是将每个样本点周围划出 一个地块，认为这地块可以用此样本点数据作为平均数据，代表该地块的属性。 13、泰森多边形的特点： 设有 n 个互不重叠的离散数据点Pi, i = 1, 2, 3, 4n ，生成的泰森多边形的特性 1）每个泰森多边形内只包含一个离散数据点； 2）泰森多边形内的任意点k(x,y) 同该多边形内的离散数据点距离小于它同任何离散数据点间的距离； 3）泰森多边形的任意一个顶点必有三条边同它连接，这些边是相邻三个泰森多边形的两两拼接的公共边； 4）泰森多边形内的任意一个顶点周围有三个离散数据点，将其连成三角形后，该三角形的外接圆圆心即为该 顶点。 第十一章3S技术的应用 1、 3S 之间的关系： （图例） 3、数字地球：是指数字化的三维显示的虚拟地球，或指信息化地球，包括数字化、网络化、智能化与可视化 的地球技术系统。