3S集成技术与应用资料PPT格式课件下载.ppt

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近几年来，国际上“3S”的研究和应用开始向集成化（或综合化）方向发展。

在这种集成应用中：

GPS主要被用于实时、快速地提供目标，包括各类传感器和运载平台（车、船、飞机、卫星等）的空间位置;

RS用于实时地或准实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息，发现地球表面上的各种变化，及时地对GIS进行数据更新；

GIS则是对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理、动态存取、作为新的集成系统的基础平台，并为智能化数据采集提供地学知识。

作为实时、客观获取空间信息的新兴技术手段，遥感和全球定位系统成为地理信息系统的重要数据来源，而通过GIS对其获得的数据进行处理和分析，可以提取各种有用信息，以进行决策支持。

3S技术为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。

3S的结合应用，取长补短，是一个自然的发展趋势，三者之间的相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架：

RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS进行相应的空间分析（图1-1），以从RS和GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。

图1-1：

3S的相互作用与集成,RS,GPS,GIS,几何配准、辅助分类等,提供或更新区域信息,提供或更新空间定位,定点查询专题信息,几何校正、训练区选择及分类验证等,提供定位遥感信息查询,GIS、RS和GPS三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，提高了GIS的应用效率。

在实际的应用中，较为常见的是3S两两之间的集成，如GIS/RS集成，GIS/GPS集成或者RS/GPS集成等，但是同时集成并使用3S技术的应用实例则较少。

美国Ohio大学与公路管理部门合作研制的测绘车是一个典型的3S集成应用，它将GPS接收机结合一台立体视觉系统载于车上，在公路上行驶以取得公路以及两旁的环境数据并立即自动整理存储于GIS数据库中。

测绘车上安装的立体视觉系统包括有两个CCD摄象机，在行进时，每秒曝光一次，获取并存储一对影象，并作实时自动处理。

LD2002外观图,系统特点：

采用DGPS/INS组合导航系统两台车用电子计算机四台CCD黑白相机+一台彩色数码相机测量精度0.1-0.3米量测范围：

道路及两侧各50米以内,车内的两台电脑与电源,RS、GIS、GPS集成方式可以在不同的技术水平上实现。

最简单的办法是三种系统分开而由用户综合使用，进一步是三者有共同的界面，做到表面上无缝的集成，数据传输则在内部通过特征码相结合，最好的办法是整体的集成，成为统一的系统。

单纯从软件实现的角度来看，3S集成系统的开发在技术上并没有多大障碍。

目前一般工具软件的实现技术方案是：

通过支持栅格数据类型及相关的处理分析操作以实现与遥感的集成，而通过增加一个动态矢量图层以与GPS集成。

对于3S集成技术而言，最重要的是综合应用GIS、GPS和RS。

3S集成技术的发展，形成了综合的、完整的对地观测系统，提高了人类认识地球的能力；

相应地，它拓展了传统测绘科学的研究领域。

作为地理学的一个分支学科，Geomatics（地球空间信息学李德仁）产生并对包括遥感、全球定位系统在内的现代测绘技术的综合应用进行探讨和研究。

同时，它也推动了其它一些相联系的学科的发展，如地球信息科学、地理信息科学等，它们成为“数字地球”这一概念提出的理论基础。

为了实现真正的“3S”技术集成，需要研究和解决“3S”集成系统设计、实现和应用过程中出现的一些共性的基本问题，如“3S”集成系统的实时空间定位、一体化数据管理、语义和非语义信息的自动提取、数据自动更新、数据实时通讯、集成化系统设计方法以及图形和影像的空间可视化等，为进一步设计和研制实用的“3S”集成系统提供理论、方法和工具。

1.23S集成中的理论问题和关键技术,1、“3S”集成系统的实时空间定位研究“3S”集成系统的传感器实时空间定位、系统行进过程中快速确定相关地面目标的方法和实现技术。

包括：

（1）广域和局域差分GPS网的构建方法与实时数据处理的理论与算法；

（2）遥感传感器位置和姿态的测定及在航空、航天遥感中的应用；

（3）GPS辅助的遥感地面目标的自动重建与量测方法。

2、“3S”集成系统的一体化数据管理研究“3S”数据的集成管理模式、数据模型，设计和发展相应的数据管理系统，以实现图形、图像、属性、GPS定位数据等的一体化管理，为“3S”的集成处理和综合应用提供基础平台。

（1）非均质、多尺度、多时态空间数据的组织与管理；

（2）面向对象的一体化数据结构与数据模型的研究；

（3）大容量影像数据的压缩、传输、建库和存贮的理论与方法。

3、语义和非语义信息的自动提取研究从航空、航天遥感数据和CCD立体像对中自动、快速和实时地提取空间目标位置、形状、结构及相互关系和空间目标的语义信息的理论与方法。

主要包括：

（1）遥感影像地物信息的自动提取和精确图形表达；

（2）多种传感器、多分辨率和多时相遥感图像的融合理论与方法；

（3）基于知识工程的遥感影像解译与分类系统的研究。

4、基于GIS的航空、航天遥感影像的全数字化智能系统及对GIS数据库快速更新的方法研究如何依托已建立的GIS系统来实现航空、航天遥感影像的智能化全数字过程，并从中快速发现在哪些地区空间信息发生了变化，进而实现GIS数据库的自动/半自动快速更新。

主要内容包括：

（1）GIS信息与现势的航空、航天影像复合；

（2）从GIS信息与航空、航天影像之配准中自动（或半自动）检测空间信息的变化和增加；

（3）由GIS的属性数据以及它与现势影像配准之结果，自动（或半自动）提取语义信息与获取知识；

（4）GIS信息的自动更新。

5）“3S”集成系统中的数据通讯与交换数据通讯是“3S”技术集成中的一个关键问题。

例如在环境监测、灾害应急、自动导航和自动加强系统中，需要将GPS记录数据和遥感成像数据（CCD记录和雷达记录等）实时传送到信息处理中心或反之将所有数据传送到量测平台上去，为此，需要研究：

（1）数据单向实时传送的理论和方法；

（2）数据双向实时传送的理论和方法；

（3）数据交换的理论和方法。

6）“3S”集成系统中的可视化技术“3S”集成系统中将有不同分辨率、不同时相的大量图形和影像数据，需要研究它们的多级分辨率和多尺度表示在各种介质和终端上的可视化问题。

（1）空间图形图像数据库的多级分辨率的存贮、显示和表达；

（2）可视化空间数据库的构建与应用；

（3）从空间数据库至地图数据库的自动综合和符号化理论与方法；

（4）图形和影像的可视化技术与虚拟现实。

7）“3S”集成系统的设计开发及CASE工具研究主要研究基于计算机辅助软件工程（CASE）技术的“3S”集成系统的设计方法和软件开发、维护的自动化技术，设计和发展专用于“3S”集成系统设计的CASE工具，例如：

（1）可视化编程技术的研究和工具开发；

（2）“3S”集成系统的分析设计规格的自动生成；

（3）综合考虑时空关系及语义信息的数据实体关系表达与数据字典生成；

（4）“3S”集成中的分量方法（Component）及关键技术。

8）基于网络环境的“3S”集成系统研究“3S”集成系统研究是一项涉及到多专业、多用户、多数据的综合研究课题，它需要一个强大而又有效的硬环境支持。

这其中包括：

多种软件系统（GIS软件ARCINFO、MGE、GeoStar等，全数字化摄影测量系统Virtuzuo，遥感图像处理系统ERDAS，GPS数据处理软件Wu-CAPS等）的综合使用；

多类型数据的快速传输；

多用户的工作方式。

该项研究应根据“3S”集成系统研究的特点与特殊要求，为“3S”集成研究设计提供一个多种空间信息数据获取方式与地理信息管理系统融为一体的基础研究环境。

这种集成化环境的研究完成，可以将多种数据集中在一起实现共享，特别是网络化的数据传送方式可以快速有效地将数据传送到各用户，为“3S”集成的深入研究提供条件。

此项研究包括：

（1）“3S”集成系统网络集成环境的硬、软件组织；

（2）分布式多用户间的数据快速传送；

（3）多类型数据的数据通讯与格式转换。

1.33S集成系统的研究思路,从前面两节可以看出，3S集成应用研究是一项涉及到多专业、多数据的综合性研究课题。

一方面就GIS与RS、GPS与RS、GPS与GIS两两的集成理论与关键技术进行研究；

另一方面从GPS+RS+GIS、GPS+GIS+CCD（或其它测绘传感器）整体集成的角度进行研究和开发应用。

具体如图1-2所示。

图1-23S系统集成的应用研究思路,图1.2由以下五个部分构成：

第一部分，涉及将GPS载波相位差分技术用于航空航天摄影测量进行无地面空中三角测量，简称GPS摄影测量。

它虽不是实时的，但经后期处理可达到厘米至米级精度，已用于生产。

在这样的GPS与RS集成过程中，最主要的理论与技术问题是OTF（onthefly）技术。

第二部分，涉及GIS与RS的集成。

包括三个主要的技术过程：

（1）多传感器、多分辨率、多时相遥感数据融合；

（2）利用RS数据和GIS数据快速发现空间对象的变化，同时，对GIS数据库进行快速更新；

（3）从GIS数据中发现知识用以辅助遥感数据处理。

第三部分，涉及车辆定位与自动导航。

主要是在GPS与GIS的支持下，为控制人员或当事人提供实时的车辆位置和导航信息，减少路途时间。

此外，还包括道路信息和其它环境信息的采集。

第四部分，涉及以空间定位技术、遥感技术和地理信息系统技术为基础的集成数据库技术。

主要指GPS数据、RS数据和GIS数据的一体化存贮与管理，也包括利用遥感数据制作导航数字影像地图以及基于数据集成的3D可视化模型。

第五部分，涉及车载GPS、GIS与CCD（包括其它测绘传感器）集成系统。

GIS系统安装在车内，GPS为CCD摄像机提供外方位元素，影像处理可求出点、线、面地面目标的实时参数。

第二章GIS基础理论,2.1GIS的基本概念2.2地理信息系统的构成2.3GIS基本功能2.4GIS与相关学科与技术的关系2.5地理信息系统应用,2