3S技术复习材料.docx.pdf
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1、3S期末复习资料 第一章绪论 1、地球信息科学:地球信息科学(Geoinformatics或Geomatics), 乂译为地理信息科学,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的机集成,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、实时性、空间特征、信息科学 3、“3S”技术的含义: 遥感RS:获取地而信息,并更新。 全球定位系统GPS:实现精确的定位。(实时、动态、多维) 地理信
2、息系统:对地理信息进行釆集、存储、管理、分析和显示的基础平台。 4、 遥感的概念 RS (抽象):女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):从不同爲度的平台(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 输到地而并加以处理,从而达到对地物的识别与监测的全过程的综合技术。 5、 遥感的构成要素:对象、传感器、信息传播媒介、平台 6、 遥感类型: 按遥感平台分:1、航天遥感2、航空遥感3、地血遥感 按传感器工作方式分:1、被动遥感2、主动遥感 被动遥感:传感器本身不发射任何人工探测信号,只能被动地接受来白对象的信息。如不用闪光灯的摄
3、影。 主动遥感:传感器木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。 8、全球定位系统(GPS)或卫星导航系统: 是由一系列卫星组成的导航星座,对地面、海面、空中物体的 三维位置、 三维速度和一维时间进行实时、连续、全天侯精确测量的技术系统。 9、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。由于它有口已完整
4、的理论体系,现已发展成为一门学科。 第二章空间信息技术基础 1、 铅垂线:地理空间中任意一点的重力作用线。 2、 大地水准面:与平均海水而重合,并向人陆、岛屿延伸所形成的封闭曲而。 3、 地球椭球体:是可以用数学公式表示的椭圆绕其短轴旋转而成。 4、我国常用的坐标系:BJ54 (1954年北京处标系)、GDZ80 (1980年国家大地坐标系)、WGS-84 (全球公用的 地 球处标系)。 5、黄道面:地球绕地轴(地球旋转轴)口转,同时绕太阳公转,地球绕太阳公转的平回。 6、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。 7、相对高程:以某假定水准血作为起算面,则地面点沿铅垂线至假定水
5、准血的距离,亦称为相对高程。 8、高程异常: |+| 于大地水准血为参考椭球血不亜合,它们Z间的距离称为高程异常,用 总Z,在我国大比例尺时,采用高斯一克R格投影,中小比例尺采用兰勃特投影。 12、 高斯投影特征(横轴等角切椭圆柱投影): (1)中央经线和赤道投影后为互相垂直的直线,且为投彩的对称轴; (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。 13、 高斯一克吕格投影的优点: (1) 等角性适合系列比例尺地图的使用与编制: (2)经纬网和直角朋标的偏差小,便于阅读使用; (3)计算工作量小,直角坐标和子午收敛介值只需计算一个带。 14、 地形图的分幅
6、与编号:(具体计算) 我国,基木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 77地形图基础上,按经纬度划分; 1、1:50万按纬差2度, 经差3度分,分4幅图,J-50-A; 2、1:20万按纬差40, 经差1度分,分36幅图,J-50-A-E1J; 3、1:10万按纬差20, 经差30,分144幅图,J-50-144; (三) 1:5、1:2.5力、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
7、上,按经纬度划分。 1、1:5万按纬差10, 经差15, 分4幅图,J-50-144-A; 2、1:2.5 万按纬差5, 经差7.5, 分16 幅图, 50-144*10; 3、1:1 万按纬差2.5, 经差3.75,分64 幅图,J-50-144-A-l ; 15、 地形图的公里网:人于1:10万的地形图上绘有高斯一克吕格投影平面宜如坐标网,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力- 地形图公里网间隔10 cm实地距离1km 1 : 2. 5力地形图公里网间隔4 cm实地距离1km 1 :
8、5力- 地形图公里网间隔2 cm实地距离1km 1 : 10万地形图公里网间隔2 cm实地距离2km 第三章GPS的构成 1、GPS定位系统的3部分组成: 空间星座部分 地面监控部分由一个主控站,三个注入站和九个监控站组成。 用户部分 2、GPS卫星5个基本功能 接收和储存由地面监控站发来的导航信息、执行监控站的控制指令: (2)由星载微处理机进行部分必要的数据处理; (3)通过星载的高秸度原子钟提供精密的时间标准; (4)向用户发送定位信息; (5)在地而监控站指令下调整卫星姿态和启用备用卫星。 3、 基本概念: 1、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咅信号
9、、咅乐信号)“装载” 到高频电磁波的过程。 2、解调:从带有窩频电磁波载波信号中解译释放出原信号的过程。 3、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。 4、伪距(Pseudo range):将接收机中GPS复制码对准所接收的GPS码所需要的吋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 )Z间的差值。 4、GPS定位的8个特点: 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、
10、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。日前,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. lm/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,対于等级大地点节省了造标费用,此项费用口J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。 5、GPS定位原理: 这里主要说明单点定位原理。设有21,2,3, 4四颗卫星,在某一时刻tj的瞬时坐标为i(Xi,Yi,Zi),欲确定地而上某点P的 三维坐标(Xp, Yp, Zp),通过GP
11、S接收机测得P点到各卫星的空间距离Si (i二1, 2, 3, 4),山于接收机钟为质量较低的石 英钟,故其测时误差oT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Si= ( Xp-Xi) 2 + (Yp-Yi) 2+ (Zp? Zi)2 严+C * S t ( 上1,2,3,4)式中有X”、乙、Zp ST共计4个未知数,4颗卫星测距恰好能确定,解上式彳个四元二次方程可得Z,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Z。上式中c为光速。 第四章全球定位系统定
12、位方法和测量 1、GPS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: 动态相对定位的基本原理是在两个测站上女置接收机同步观测,其中一个测站的空间位置是已知点,通过对已知 点的观测得到己知数据与观测数据之间的差值,然后川此差值对未知点的观测数据进行改正。主要有伪距差分、位置 差分、载波相位差分等基本定位模式。 差分定位按时间状态可分为实时差分和后处理差分;在资源和环境中,通常采用RTD(Real Time differential GPS for code以码相位为观测值的实时差分GPS定位技术 ) 和RTK(Real Time Kinemati
13、c differential GPS for carrier phase 以载波相位为观测值的实时动态差分技术) 。依据差分改正的方法和数学模型的不同,DGPS为以基准站朋标差(dx, dy, dz或dl,dB, dH)改止未知点的处标差分和以伪距差(dpi)改止 未知点伪距差分。 3、美国政府的GPS政策: 由于全球定位系统在军事上有重要作丿IJ,因此,美国政府决定采用SA (Selective Availability一选择可用 性) 技术 和AS (Anti-Spoofing-反电子诱骗 ) 技术, 把未经美国军方许可的广大用八的实时定位精度降低到它所允许的水平 100m, 以保护美国国
14、家利益。 1) SA技术主要包括下列两个内容: 1.有意识地在广播星历中加入误差,在( 1-1)式中起始计算数据Xi,Yi,Zi中加入谋差,使星历精度降低,称之为技 术。 2.有意识地在卫星钟的钟频信号中加入误差,使钟频相对丁?标准频率10.20MHz产牛 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6技术。 2) AS技术: 所谓AS技术指的就是对P码( 精码) 的码结构进行保密,以防敌对方进行电子干扰和电子诱骗。具体措施是将P码 与保密的W码相加,形成更为保密的Y码,只有美军、美军盟军及经美国政府特许的川户才可使川之。 4、全世界范围内展开了
15、对抗SA和AS的研究,主要对策有: (一)差分定位系统的建立; (二)建立独立的卫星测轨系统; (三)建立独立向主的卫星导航定位系统和不同卫星定位系统的联合定位; (四)对AS实施解密。 第五章遥感系统和遥感技术的物理基础 1、遥感过程是指遥感信息的获取、传输、处理,以及分析判读和应用的全过程。 2、遥感技术系统的四个组成部分:(一)遥感试验(二)遥感信息获取(三)遥感信息处理(四)遥感信息应用 3、遥感信息获取是遥感技术系统的中心工作。遥感工作平台以及传感器是确保遥感信息获取的物质保证。 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、遥感中常用的电磁波段:
16、可见光、红外线、微波是RS中常用的三大波段。 6、太阳辐射:太阳辐射是地球上牛物、大气运动的能源,也是被动式遥感系统中亜要的口然辎射源。 7、太阳辐射能量衰减的主要原因是散射 8、根据辐射的波长与散射微粒的人小之间的关系,散射作用可分为三种: 瑞利散射(粒子dX ) 9、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,称为大气窗 口。 10、地物的反射光谱特性: 反射率大小与入射光的波反、入射角大小及地物表面粗糙度等有关。地物的反射率随入射波长变化的规律是地物反射 光谱特性的主要反映。 - 般地, 反射率大,传感器记录的亮度值大, 在象片上呈现的色调浅;
17、反之,反射率小,传感器 记录的亮度值小,在象片上呈现的色调深。 地物的反射光谱特性和反射光谱曲线: 地物的反射率随入射波长变化而变化的规律,称为地物的反射光谱特性。 以波长为横坐标,反射率为纵坐标,绘成的曲线图称为地物反射光谱曲线。 植物的发射光谱曲线的绘制及其影响因素: 规律:在蓝光波段(0.38?0. 50nm)反射率低,绿光波段(0.50?0.60um)的中点0. 55 u m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(0.60?0. 76um),起先反射率其低,在0. 65 u m 附近达到一个低 谷,随后又上升 , 在0.70?0. 80 u m反射率陡峭上
18、升 , 到0. 80 u m附近达到最高峰。(如图所示: 该图很重耍) 影响植物反射率的主要因素包括叶绿素、细胞结构和含水量筹。 第六章遥感技术体系 1、航空摄影的种类 (一)按象片倾斜角分类: 彖片倾斜角:是航空摄影机主光轴与通过镜头中心的铅垂线间的夹角0U 1、垂立摄影:a3 ,得到倾斜象片,变形人,但摄取而积人。 ( 二) 按摄影的实施方式分类: 1、单片摄影:为特定H标或小地块进行的摄影,一般获得一张( 或一对 ) 彖片。 2、航线摄影:沿一条航线对地而匕狭长地带或线状地物( 铁路、公路 ) 进行连续的摄影。一般地,航线的 长度限制为60?120km。 3、血积摄影:沿数条平行航线对广
19、大区域进行的连续的摄影。 对于航线摄彩和而积摄彫而言,象片Z间存在着一定的重叠,包括: 航向重叠:在同一条航线上相邻两张象片间的重叠; ( 纵向重叠 ) 重叠度为53%?6096; H的是用于相邻彖片地物的互相衔接和立体观察。 旁向重叠:相邻航线间相邻彖片的重叠; 则有 : ( 横向重叠 ) 重叠度为15%?30%;用于象片嵌等。 2、航空象片的几何特性 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。 垂直投影:所有投影光线互相平行且垂直地投影到投影曲上。 3、中心投影与垂直投影的区别: 1、 投影距离影响比例尺,
20、即航高影响比例尺矿冷(f:焦距,H:航高) 2、地形起伏引起象点位移,产生投影差,从而引起比例尺变化; 3、投影面倾斜产生倾斜误差,引起象片上各部分比例尺不一致。 地形起伏和象片倾斜情况有关。应用航片时,需要统一比例尺: 山于航片一般会有一定倾斜,故有一些具有特殊性质的象点: (1)象主点(o):主光轴S0与象而的交点,即象片中心点。 (2)象底点(n): S的铅垂线与象血的交点。 (3)等和点(c):倾斜角a的分角线与象面的交点。 (4)主垂血:包含主垂线与主光轴的平血。 (5)主纵线( VV) :主垂面为象血的交线,通过彖主点和彖底点。 (6)主横线(hoho):与主纵线垂直H通过象主点。
21、 (7)等比线( hchc):通过等角点垂直主纵线,等比线上比例尺不变。 5、投影差是市于地形起伏的影响,在垂直摄彩的像片,高于或低于基准 面的地物点影像位置与平面位置相比较,产生了位移,其位移量投影 差。( 会考计算或证明 ) 证明:I SaaOsSAOAO aao = ? Ao Ao H 又I ASaoAAAO rAO h A()Ao = “ ?ao ?f f h. ha aao = ? “ ? a。= ?ao H f H 同理,hh bbi) = ?bo ao、bo为象点到象主点的距离,即r。;以6h 表示aaO、bbO, 所以,航片比例尺变化与航高、 投影差规律: 1、 投影差大小与象
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