3s技术概论

RS的特点：1、感测范围大，具有综合宏观的特点。2、信息量大，具有手段多，技术先进的特点。3、获取信息快，更新周期短，具有动态监督特点。4、遥感信息具有多元性。5、用途广，效益高。 全球定位系统（GPS）：GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能型、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。

GPS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。

GPS定位原理：利用gps进行定位，就是把卫星视为动态的控制点，在已知其瞬间坐标的条件下，以gps卫星和用户接收机天线之间的距离为观测量，进行空间距离后方交会，从而确定用户接受机天线所在的位置。方法：相对定位、静态定位、动态定位

GPS定位方法分类: 利用 GPS 进行定位的方法有很多种。(1)若按照参考点的位置不同，则定位方法可分为绝对定位和相对定位。绝对定位：即在协议地球坐标系中，利用一台接收机来测定该点相对于协议地球质心的位置，也叫单点定位.相对定位：即在协议地球坐标系中，利用两台以上的接收机测定观测点至某一地面参考点（已知点）之间的相对位置。也就是测定地面参考点到未知点的坐标增量。(2) 按用户接收机在作业中的运动状态不同，则定位方法可分为静态定位和动态定位。静态定位：即在定位过程中，将接收机安置在测站点上并固定不动。严格说来，这种静止状态只是相对的，通常指接收机相对于其周围点位没有发生变化。动态定位：即在定位过程中，接收机处于运动状态。(3) 若依照测距的原理不同，又可分为测码伪距法定位，测相伪距法定位、差分定位等。

GPS定位基础：1、GPS卫星的伪随机测距码2、GPS导航电文。3、GPS卫星载波信号的调制和解调。4、GPS卫星星历。5、GPS时间系统。

GPS测量误差的分类：卫星部分、信号传播、信号接收、其他影响（潮汐、负荷潮）

与GPS卫星有关的误差：星历误差、卫星钟误差、相对论效应。

与卫星信号传播有关的误差：电离层折射误差、对流层折射误差、多路径效应 GPS误差的分类及解决措施：根据误差的性质，误差可分为系统误差和偶然误差两类。偶然误差主要包括信号的多路径效应及观测误差等；系统误差主要包括卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及大气折射误差等。其中系统误差远大于偶然误差，它是GPS 测量的主要误差源。同时系统误差有一定的规律可循，根据其产生的原因可采取不同的措施加以消除或减弱。主要的措施有：①建立系统误差模型，对观测量进行修正；②引入相应的未知参数，在数据处理中同其他未知参数一并求解；③将不同观测站对相同卫星进行的同步观测值求差。

GPS测量的外业：点位选埋、观测、数据传输和数据预处理空间数据的基本特

征：1、空间特征。表示现象的空间位置或现在所处的地理位置。2、属性特征。表示现象的特征。3、时间特征：指现象或物体随时间的变化。

码的概念：码是指一种表达信息的二进制及其组合，是一组二进制的数码序列，如果将各种信息按某种预定的规则，表示为二进制数的组合，则称这一过程为编码。

伪随机噪声码：虽然随机码具有良好的自相关特性，但由于它是一种非周期性的码序列，没有确定的编码规则，所以实际上无法复制和利用。因此，为了能够实际应用，GPS 采用了一种随机噪声码，简称伪随机码或伪码。这种码序列的主要特点是，它不仅具有类似随机码的良好自相关特性，而且具有某种确定的编码规则，可人工复制的码序列。

GPS的信号主成：载波（L1=19cm、L2=24cm）；测距码C/A码（目前只被调制在L1上）、P(Y)码（被分别调制在L1和L2上）；卫星（导航）电文（Message）。 GPS卫星星历和时间系统。

答：GPS卫星星历包括：预报星历、后处理星历。预报星历是通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文传递给用户。后处理星历是根据地面观测资料计算而来的星历。

GPS时间系统：GPS是基于精密测时的定位系统；精密的时间系统是GPS的基础。时间系统包含时间尺度、时间原点和计时方式；GPS采用原子钟为尺度、以1980年1月日为原点、以周和周秒计时；时刻是时间坐标点；UTC是协调世界时，其时间尺度为原子时，其时间原点，计时方式与世界一致；世界时与UTC时是GPS实用参考。时间包含时刻和时间间隔。所谓时刻是指某一现象的瞬间。时间间隔是指某一现象经历的过程。

地理信息系统(GIS)：是以采集、存储、管理、描述、分析地球表面与空间和地理分布有关的数据的信息系统。通俗的讲就是计算机地图管理和分析处理技术，它是整个地球或部分区域的资源、环境在计算机中的缩影。

GIS特点：1、具有采集管理分析输出多种地理空间信息的能力。2、以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力；并能产生高层次的地理信息。3、具有公共地理定位基础。4、由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟地理分析方法。5、地理信息系统其内涵是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型。

GIS空间数据的类型：1、类型数据。2、面域数据。3、网络数据。4、样本数据。5、曲面数据。6、文本数据。7、符号数据。

监督分类、无监督分类：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。

大气窗口：将电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的、透过率较高的波段称为大气窗口。

重采样：就是根据一类象元的信息内插出另一类象元信息的过程。

辐射校正：是指对由于外界因素，数据获取和传输系统产生的系统的、随机的辐射失真或畸变进行的校正，消除或改正因辐射误差而引起影像畸变的过程。 矢量数据结构与栅格数据结构之间的转换 答：在地理信息系统中栅格数据与矢量数据各具特点与适用性，为了在一个系统

中可以兼容这两种数据，以便有利于进一步的分析处理，常常需要实现两种结构的转换。矢量数据结构向栅格数据结构的转换：许多数据如行政边界、交通干线、土地利用类型、土壤类型等都是用矢量数字化的方法输人计算机或以矢量的方式存在计算机中，表现为点、线、多边形数据。然而，矢量数据直接用于多种数据的复合分析等处理将比较复杂，特别是不同数据要在位置上一一配准，寻找交点并进行分析。相比之下利用栅格数据模式进行处理则容易得多。加之土地覆盖和土地利用等数据常常从遥感图象中获得，这些数据都是栅格数据，因此矢量数据与它们的叠置复合分析更需要把其从矢量数据的形式转变为栅格数据的形式。主要包括：点的变换、矢量线段的变换、多边形数据的转换。栅格数据结构向矢量数据结构的转换栅格向矢量转换处理的目的，是为了将栅格数据分析的结果，通过矢量绘图装置输出，或者为了数据压缩的需要，将大量的面状栅格数据转换为由少量数据表示的多边形边界，但是主要目的是为了能将自动扫描仪获取的栅格数据加入矢量形式的数据库。转换处理时，基于图象数据文件和再生栅格数据文件的不同，分别采用不同的算法。主要有：（1）基于图象数据的矢量化方法（2）基于再生栅格数据的矢量化方法 地理系统的空间数据结构主要有：栅栏结构和矢量结构。栅栏结构是最简单的最直观的空间数据结构，又称网格结构，是指将地球表面划分为大小均匀紧密相邻的网格阵列，每个网格作为一个象元或像素，由行列号定义，并包含一个代码，表示该像素的属性类型或量值，或仅仅包含指向其属性记录的指针。矢量数据结构是以隐性关系以最小的存储空间存储复杂的数据。

矢量结构：优点：1、便于面向对象（如土壤类型、土地利用单元等）的数据表示。2、数据结构紧凑、冗余度低。3、有利于网络分析。4、图形显示质量高、精度好。5、图形运算效率高，投影转换容易。缺点：1、数据结构复杂。2、软件和硬件技术要求比较高。3、多边形叠置分析比较困难。4、显示与绘图成本比较高。5、实现数据共享不易实现。栅栏数据结构，优点：1、数据结构简单。2、空间分析和地理现象的模拟均比较容易。3、有利于同遥感数据的匹配应用和分析。4、输出方法快速、成本比较低廉。5、易于实现数据共享。缺点：1、图形数据量大、冗余度高。2、投影转换比较困难。3、图形显示质量比较低。4、现象识别的效果不如矢量方法。5、图形运算效率低。

GIS的空间分析含义：GIS的空间分析是以地理事物的空间位置和形态特征为基础，以空间数据运算、空间数据与属性数据的综合运算为特征，提取与产生新的空间信息的技术和过程。 空间分析目的是通过对空间数据的分析处理，获取地理对象的空间位置、空间分布、空间形态、空间演变等新信息。由于GIS空间数据库中存储了包含空间特征的空间信息及同应用相关的专题信息，因此GIS中的空间分析包含:（1）空间数据的空间特征分析（2）空间数据的非空间特征分析（3）空间特征和非空间特征的联合分析。 简述植被和水体光谱反射曲线的特点。

答：植物的光谱特征可使其在遥感影像上有效地与其他地物相区别。同时，不同的植物各有其自身的波谱特征，从而成为区分植被类型、长势及估算生物量的依据。水的光谱特征主要是由水本身的物质组成决定，同时又受到各种水状态的影响。地表较纯洁的自然水体对0.4～2.5μm 波段的电磁波吸收明显高于绝大多数其它地物。在光谱的可见光波段内，水体中的能量-物质相互作用比较复杂，光谱反射特性概括起来有一下特点：（1）光谱反射特性可能包括来自三方面的贡献：水的表面反射、水体底部物质的反射和水中悬浮物质的反射。

（2）光谱吸收和透射特性不仅与水体本身的性质有关，而且还明显地受到水中各种类型和大小的物质——有机物和无机物的影响。（3）在光谱的近红外和中红外波段，水几乎吸收了其全部的能量，即纯净的自然水体在近红外波段更近似于一个“黑体”，因此，在1.1～2.5μm 波段，较纯净的自然水体的反射率很低，几乎趋近于零。

简述遥感图像的分辨率（包括空间分辨率、辐射分辨率、波谱分辨率、时间分辨率） 答：分辨率是用于记录数据的最小度量单位，一般用来描述在显示设备上所能够显示的点的数量（行、列），或在影像中一个象元点所表示的面积。 空间分辨率：信息识别目标的空间尺度与遥感信息空间分辨率的关系 光谱分辨率: 传感器所能分辨的最小波长间隔 (传感器各个波段的宽度) 时间分辨率: 对同一地点进行第二次信息获取的时间间隔、动态监测目标的时间尺度与遥感信息时间分辨率的一致性

辐射分辨率：是指传感器能分辨的目标反射或辐射的电磁辐射强度的最小变化量。在可见、近红外波段用噪声等效反射率表示，在热红外波段用噪声等效温差、最小可探测温差和最小可分辨温差表示。 简述遥感图像的几何校正。

答：遥感成像的时候，由于飞行器的姿态、高度、速度以及地球自转等因素的影响，造成图像相对于地面目标发生几何畸变，这种畸变表现为象元相对于地面目标的实际位置发生挤压、扭曲、拉伸和偏移等，针对几何畸变进行的误差校正就叫几何校正。几何校正是指消除或改正遥感影像几何误差的过程。遥感影像的几何畸变，大体分为两类：①内部畸变，由传感器性能差异引起；②外部畸变。由运载工具姿态变化和目标物引起。 简述遥感图像的解译标志 答：解译标志又称判读标志，指能够反映和表现目标地物信息的遥感影像各种特征，这些特征能够帮助判读者识别遥感图像上目标地物或现象。包括直接判读标志和间接判读标志。

直接判读标志：形状、大小、阴影、色调与颜色、纹理、图型、位置 间接判读标志：指能够间接反映和表现地物信息的遥感图像的各种特征，借助它可推断与某地物属性相关的其他现象。主要包括：目标地物与其相关指示特征、地物及与环境的关系、目标地物与成像时间的关系。 论述遥感解译的误差来源及解译精度评价方法 答：遥感解译的主要误差来源：（1）彩色合成和假彩色处理导致的判识误差：色彩是目视解译时区分地物类型的一个依据,但色彩合成物理过程是不稳定的（2）技术方法固有的误差：虽然光学图片可以以直观的方式把信息传送给人,但是利用肉眼来识别地物的类型并目视勾绘其边界,已经大大地降低了信息源的精度。（3）几何度量误差：“目视解译”方法将极大地降低原数据所包含的几何精度,这些误差可能来自纸张的收缩、变形、勾绘的质量,甚至包含绘图笔的尖细程度、卫星图像的几何精度校正水平、解译图像在录入计算机时的取样精度、屏幕上数字化时使用的地图比例尺等。（4）生理感应带来的误差：目视解译过分依赖于个人的经验、熟练程度和生理感应,所以其判读标准差异性和变动性较大。

遥感影像的几何校正： 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。①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； ②精校正：用户根据使用目的的不同由投影及比例尺进行。 周跳的概念及产生原因：如果在观测过程接收机保持对卫星信号的连续跟踪，则整周模糊度 将保持不变，整周计数 也将保持连续，但当由于某种原因使接收机无法保持对卫星信号的连续跟踪时，在卫星信号重新被锁定后， 将发生变化，而 也不会与前面的值保持连续，这一现象称为整周跳变。产生周跳的原因：（1）信号被遮挡，导致卫星信号无法被跟踪（2）仪器故障，导致差频信号无法产生；卫星信号信噪比过低，导致整周计数错误（3）接收机在高速动态的环境下进行观测，导致接收机无法正确跟踪卫星信号（4）卫星瞬时故障，无法产生信号

空间分析的包括哪几类？并对每种空间分析进行描述。

答：主要包括空间叠置分析、空间缓冲区分析、空间网络分析、空间统计分析 （1）空间叠置分析：是指在统一空间参照系统条件下，每次将同一地区两个地理对象的图层进行叠置，以产生空间区域的多重属性特征，或建立地理对象之间的空间对应关系。基于矢量数据的叠置分析：基于矢量数据的叠置分析是参与分析的两个图层的要素均为矢量数据。主要包括点面叠置分、 线面叠置分析、面面叠置分析。基于栅格数据的叠置分析 ：基于栅格数据的叠置分析是参与分析的两个图层的要素均为栅格数据。特点：栅格数据的叠置算法，虽然数据存贮量比较大，但运算过程比较简单。

（2）空间缓冲区分析：缓冲区分析是指根据分析对象的点、线、面实体，自动建立其周围一定距离的带状区，用以识别这些实体或者主体对邻近对象的辐射范围或者影响程度，是解决临近度问题的空间分析工具之一。它在交通、林业、资源管理、城市规划中有着广泛的应用。例如：湖泊和河流周围的保护区的定界；汽车服务区的选择；民宅区远离街道网络的缓冲区的建立等。在进行空间缓冲区分析时，通常要将研究的问题抽象为以下三类要素:①主体：表示分析的主要目标，一般分为点源、线源和面源三种类。②邻近对象：表示受主体影响的客体，例如行政界线变更时所涉及的居民区、森林遭砍伐时所影响的水土流失范围等。③对象的作用条件：表示主体对邻近对象施加作用的影响条件或强度。

（3）空间网络分析：其基本思想在于人类活动总是趋向于按一定目标选择达到最佳效果的空间位置。也就是说：网络分析的根本目的是研究、筹划一项网络工程如何安排，并使其运行效果最好。主要应用：路径分析、地址匹配、资源分配 （4）空间统计分析：主要包括：常规统计分析、空间自相关分析、回归分析、趋势分析、专家打分模型、主成分分析法、层次分析法(AHP) 、聚类分析 、判别分析

3S技术在水利信息化中的应用 答：3S技术就像一座多功能水库,对信息起着集中、调节和净化的作用,它兼容并蓄各种来源的信息,按地理空间坐标进行数据管理、查询和检索,通过地学分析、空间分析、相关分析、模拟和预测等手段进行科学加工与决策,提供多层次和多功能的信息服务。因此3S技术在水利信息化也就是水利现代化中起着并将继续起着至关重要的作用。

3S技术主要应用在以下方面。

1、防洪减灾的应用。(1)防汛决策支持系统,主要功能包括:空间数据管理,包括查询、检索、更新、和维护,利用空间分析能力为防汛指挥决策提供辅助支持,为各类应用模型提供数据;优化模型参数,预报预测,防汛信息及决策方案的可视化表达。(2)灾情评估,主要包括以下几方面的内容: ①灾前评估:可能造成的经济损失,可能的受灾人口(涉及社会因素) ,迁安能力(人数、道路、车辆调度) ,重点保护区(交通大动脉、重要工业基地、军事要地) ,抢险物资储运; ②灾中评估:确定灾情及发展趋势,救灾物数量与运输路线,为后继洪水调度方案决策提供依据,迁安人员的安置,灾后重建的准备; ③灾后评估:上报损失的核实,为防洪规划提供信息,为灾后重建提供方案。

2、水资源管理。在水资源管理系统中3S发挥的作用大致有以下几个方面:历史数据管理和实时数据的动态管理;信息的空间与属性双向查询;时空统计;以多种方式直观地可视化表达各类信息的空间分布及动态变化过程;区域水资源的空间分析;区域水资源管理模式区划:如地下水禁采与限采区划、水环境区划等。 3、水土保持。3S在水土保持中的的应用是比较全面的,是全过程的应用。从土壤侵蚀发生与否的判断、侵蚀强度划分、侵蚀量的计算、流域泥沙输移,水保措施的效益评价,一直到土壤侵蚀过程的模拟与预测, 3S始终在技术上起着支撑作用。所以与其它领域比较,水土保持中一些应用模型大多与3S紧密结合。

4、水利水电工程建设和管理。3S是水利水电工程选址、规划、乃至设计、施工管理中十分重要的工具,例如移民安置地环境容量调查、调水工程选线及环境影响评价、梯级开发的淹没调查、水库高水位运行的淹没调查、大中型水利工程的环境影响评价、防洪规划、大型水利水电工程抗震安全、河道管理、大型水利水电工程物科贮运管理、蓄滞洪区规划与建设等

DTM：数字地面模型，是定义于二维区域上的一个有限项的向量序列，以离散的平面点来模拟连续分布的地形。DEM：数字地面高程模型，是高程关于平面坐标自变量的连续函数的一个有限的离散表示。

DEM主要用途：数字高程模型有许多用途，其中最重要的一些用途是：（1）在国家数据库中存储数字地形图的高程数据；（2）计算道路设计、其它民用和军事工程中挖填土石方量；（3）为军事目的的地表景观设计与规划等显示地形的三维图形；（4）越野通视情况分析；（5）规划道路线路、坝址选择等；（6）不同地面的比较和统计分析；（7）计算坡度、坡向图，用于地貌晕渲的坡度剖面图。帮助地貌分析，估计浸蚀和径流等；（8）显示专题信息或将地形起伏数据与专题数据如土壤、土地利用、植被等进行组合分析的基础。 DTM的主要应用：1、利用DEM绘制等高线图；2、利用DEM绘制地面晕渲图；3、透视立体图的绘制。4、DTM的地形分析；5、谷脊特征分析；6、DEM水文分析；7、基于DTM的可视性分析。