传感技术和仿真技术.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,一、遥感技术,1.,遥感技术及优点原理,2.,遥感的发展,3.,遥感技术系统与遥感分类,（,1,）遥感技术系统的组成,（,2,）遥感的分类,二、遥感与资源普查,三、遥感与环境灾害监测,2,你知道吗？遥感可以打假！,曾经有报道，北京中关村某高科技厂家在建设厂房时要求属于一种高科技合成材料（具有质轻、防晒等功能）作为房顶，但施工方在施工过程中为了获取更多的利润，有些房顶只使用一般的材料，由于从外观看不出差异，厂家被蒙在鼓里，一年后北京某遥感专业的实习学生在判读中关村多种波段的遥感图像时，发现这家工厂的厂房屋顶材质不同，于是向厂方了解，厂方否认用了不同质材，经实习学生的进一步解释，厂方终于明白施工方用了劣质材料，因此，施工方不得不承认这一事实，并加以赔偿。为什么肉眼难以分辨，遥感却具有,“,火眼金睛,”,？,通过遥感这一节的学习，我们就可以解释了，其实遥感的功能不仅仅是打假，还应用于其它很多领域。,3,一、遥感技术,1.,遥感技术及其优点、原理,（,1,）遥感技术的概念,遥感（,Remote sensing,，简称,RS,），就是遥远的感知，是指借助对电磁波敏感的仪器，在不与探测目标接触的情况下，记录目标物对电磁波的辐射、反射、散射等信息，揭示目标物的特征、性质及其变化的综合探测技术。,4,（,2,）遥感技术的优点,比较人工实地调查与利用遥感技术调查，哪一种获取资料和信息的方法更好？,人工实地调查,利用遥感技术调查,花费时间,时效性,连续性,调查人员,调查成本,调查范围,多,少,差（慢）,好（快）,多,少,高,低,小，有些地方不能人工调查,广，连续性好，能获得人眼看不到的信息,差，不能全天候观测,好，能全天侯观测,5,（,3,）遥感技术的原理,地物在不断地吸收、发射（辐射）和反射电磁波，并且不同物体的电磁波特性不同。,遥感就是根据这个原理，利用一定的技术设备和装置，来探测地表物体对电磁波的反射和地物发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。,遥感卫星,树木,水体,草丛,裸露的地表,路面,建筑物,6,2.,遥感的发展,阅读：,“,遥感技术的发展,”,20,世纪初莱特兄弟发明了第一架飞机；,1915,年世界上第一台航空摄影专用相机诞生；,1957,年，苏联第一颗人造卫星的升空标志着人类进入了太空时代；美国阿波罗宇宙飞行器发回了第一张地球影像图；,1972,年美国发射了第一颗地球资源技术卫星；,20,世纪,90,年代欧空局、日本相继发射了,ERS,和,JERS,系列卫星，印度、俄罗斯也相继发射了,IRS,和,RESURS,系列卫星，遥感由一国走向多国；,1999,年,10,月，中国和巴西联合研制的中巴地球资源卫星（资源,1,号,ZY,1,）发射成功，发展中国家遥感技术迅猛发展。,7,3.,遥感技术系统与分类,（,1,）遥感技术系统的组成,遥感技术系统由遥感平台、传感器、信息传输装置、数字或图像处理设备以及相关技术组成。,遥感平台：,是装载传感器的工具，按高度，大体可分为地面平台、航空平台和航天平台三大类。,传感器：,是远距离感测地物环境辐射或反射电磁波的仪器，如照相机、扫描仪等。,8,地物反射或辐射电磁波,传感器获取电磁波，并以影像胶片或数据磁带记录下来,传感器传输信息,地面站对信息进行处理、判读、校正、分析,制作专题地图，供用户应用,（,2,）、遥感技术的工作流程：,9,（,3,）遥感的分类,分类标准,类 型,遥感平台的高度,电磁波的波谱范围,应用领域或专题,传感器的工作特点,航天遥感、航空遥感、近地遥感,主动式遥感、被动式遥感,环境遥感、大气遥感、资源遥感、海洋遥感地质遥感、农业遥感、林业遥感,紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多谱段遥感,10,航天遥感、航空遥感、近地遥感比较,航天遥感,航空遥感,近地遥感,遥感平台 及高度,成像特点,应用特点,位于大气层外的卫星、宇宙飞船等，高度大于,80,千米,大气层内飞行的各类飞机、飞艇、气球等，高度小于,20,千米,三角架、遥感,塔、遥感车（船）、建筑物的顶部,比例尺最小，覆盖率最大，概括性强，具有宏观的特性；多为多波段成像,比例尺中等，画面清晰，分辨率高，可以对垂直点地物清晰成像；多为单一波段成像,比例尺最大，覆盖率最小，画面最清晰，多为单一波段成像,动态性好，适合对某地区连续观察，周期性好,动态性差，适合做长周期（几个月及更长）观察,灵活机动，费用较低，适合小范围探测,11,活动：,12,二、遥感与资源普查,应用领域,矿产资源,生物资源,具体内容,备 注,蕴藏矿产的地方有许多是地质断裂或环形构造带，较容易借助遥感技术,“,发现,”,矿产,人们只需要分析遥感图像就可以划定蕴藏矿产的大致区域,通过遥感图像解译或图像处理技术，提取植被的分布、类型、结构、健康状况、产量等数据,为农业、林业、城市绿化、环境保护等部门服务,13,活动：,14,三、遥感与环境灾害监测,随着遥感技术的发展，遥感将不仅为人们提供信息资源，改变人们的生产、生活与交往方式，而且在环境监测、灾害预警等方面发挥巨大作用，有助于灾害的预防、环境的治理和保护。,应用领域,具体内容,备 注,环境监测,灾害监测,荒漠化、土壤盐渍化、海上冰山漂流、海洋生态、全球气候变化及其影响、植被变化、水体污染、大气污染等,有利于人们了解环境变化，使环境得到保护和改善,旱情、水灾、滑坡、泥石流、地震、农林病虫害、森林火灾等,有利于防灾减灾,15,阅读：,“,遥感与洪涝灾害灾害监测,”,16,仿真技术,17,主要内容,一、简介,二、仿真的发展,三、仿真工具,四、仿真方法,五、仿真的应用,18,简介,仿真技术是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。,仿真是对现实系统的某一层次抽象属性的模仿。人们利用这样的模型进行试验，从中得到所需的信息，然后帮助人们对现实世界的某一层次的问题做出决策。,仿真是有层次的，既要针对所欲处理的客观系统的问题，又要针对提出处理者的需求层次，否则很难评价一个仿真系统的优劣。,19,仿真的发展,仿真技术经过半个多世纪的发展，从研究简单系统到现在已经成为人们研究复杂系统的有力工具，大致经历了三个阶段。,（,1,）发展阶段,二战末期，火炮控制与飞行控制动力学系统的研究促进了仿真技术的发展，,20,世纪,40,年代研制成功第一台通用电子模拟计算机。,50,年代末期到,60,年代，导弹和宇宙飞船的姿态及轨道动力学的研究、仿真技术在阿波罗登月计划及核电站的广泛应用、以及,50,年代末第一台混合计算,机系统用于洲际导弹的仿真，促进了仿真技术的发展。,这是仿真技术的发展阶段。,20,（,2,）成熟阶段,在军事需求推动下，,70,年代中期，仿真技术不但在军事领域迅速发展，而且扩展到许多领域。在这个时期出现了用于培训民航客机驾驶员和军用飞机飞行员的飞行训练模拟器和培训复杂工业系统操作人员的仿真系统等产品。相继出现了一些从事仿真设备和仿真系统生产的专业化公司。使仿真技术达到了,产业化阶段,。,这标志着仿真技术进入了成熟阶段。,70,年代末，,国际政治军事格局的改变，为仿真技术的,发展创造了新的机遇,。,同样，随着技术进步，工业生产设备越来越复杂，,操作水平要求越来越高，,这种技术需求推动了仿真技,术快速发展。,21,（,3,）高级阶段,20,世纪,80,年代初以美国国防高级研究计划局和美国陆军共同制定和执行的,SIMNET,研究计划和美国三军建立先进的半实物仿真试验室为标志，,标志着仿真技术发展到了一个新的高级阶段。,到,90,年代，以美国为代表的发达国家在分布交互仿真、先进的并行分布交互仿真以及聚合级仿真的基础上，仿真技术开始向仿真的高层体系结构,(HLA),发展。,HLA,是促进所有类型仿真之间互操作、仿真模型组件重用的高级协议。,仿真技术得以发展的主要原因，是它所带来的巨大社会经济效益。,22,仿真软件,主要包括仿真服务的,仿真程序、仿真程序包、仿真语言和以数据库为核心的仿真软件系统。,仿真软件的种类很多，在工程领域，用于系统性能评估。,如机构动力学分析、控制力学分析、结构分析、热分析、加工仿真等的仿真软件系统,MSC Software,在航空航天等高科技领域已有,45,年的应用历史。,23,仿真方法,主要是指建立仿真模型和进行仿真实验的方法。,分类：连续系统的仿真方法和离散事件系统的仿真方法。,（,1,）连续系统仿真方法：,连续系统的数学模型一般是用微分方程来描述的，模型中的变量随时间连续变化。,根据仿真时所采用的计算机不同，可分为,模拟仿真法、数字仿真法和混合仿真法,三类。,24,（,2,）离散事件系统仿真方法：,描述这类系统的数学模型一般不是一组数学表达式，而是一幅表示数量关系和逻辑关系的流程图，可分为三部分：,到达模型，服务模型和排队模型,。,25,仿真应用,随着仿真技术的发展，仿真技术应用目的趋于多样化、全面化。最初仿真技术是作为对实际系统进行试验的辅助工具而应用的，而后又用于训练目的，现在仿真系统的应用包括：系统概念研究、系统的可行性研究、系统的分析与设计、系统开发、系统测试与评估、系统操作人员的培训、系统预测、系统的使用与维护等各个方面。,它的应用领域已经发展到军用以及与国民经济相关的各个重要领域。,26,50,年代和,60,年代仿真主要应用于航空、航天、电力、化工以及其他工业过程控制等工程技术领域,。,（,1,）,在航空工业方面,，采用仿真技术使大型客机的设计和研制周期缩短,20,。利用飞行仿真器在地面训练飞行员，不仅节省大量燃料和经费，而且不受气象条件和场地的限制。,航空断路器产品分析,27,(2),在航天工业方面,采用仿真实验代替实弹试验可使实弹试验的次数减少,80,。,航天产品温度试验热仿真技术,28,（,3,）,在电力工业方面，,通过仿真系统可以优化运行过程，可以培训操作人员。电站仿真系统己成为电站建设与运行中必须配套的装备。,同时，采用仿真系统对核电站进行调试、维护和排除故障，一年即可收回建造仿真系统的成本。,29,现代仿真技术应用于社会、经济、生物等领域，如交通控制、城市规划、资源利用、环境污染防治、生产管理、市场预测、世界经济的分析和预测、人口控制等。,（,1,）生产制造业应用,在经济全球化、贸易自由化和社会信息化的今天，在技术更新速度加快的新形势下，制造业的经营战略发生了很大变化。如何在最短的时间内，以最经济的手段开发出用户能够接受的产品，己成为今天市场竞争的焦点。虚拟制造是解决这个焦点问题的有效技术途径。,虚拟制造是采用建模技术在计算机及高速网络支持下，在计算机群组协同工作下，通过三维模型及动画实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验以及企业各级过程的管理与控制的仿真产品制造过程。虚拟制造是对已有的或未来的制造活动进行的仿真过程，所进行的过程是仿真的，所生产的产品也是仿真的。仿真技术将在制造企业中发挥重要的作用。,30,（,2,）虚拟仿真技术,虚拟仿真技术（,Virtual Reality,简称,VR,）是一种依靠计算机的图形处理，进行图像再现的一种方法，应用于电视电影游戏等特技画面及医学培训等各个领域。,比如近几年中在好莱坞特技影片中出现的蜘蛛人，盗墓迷城中的死神军队等，即是使用了,VR,技术,中的预渲染技术得到的,画面效果。,31,（,3,）,交通仿真,可以清晰的辅助分析预测交通堵塞的地段和原因，对城市规划、交通工程、和交通管理的有关方案进行比较和评价，在问题成为现实以前，尽量避免，或有所准备。,32,（,4,）军事仿真,即在军事方面进行建模，然后利用仿真的技术进行模拟战局、战略、战术的方法。这种方法应用系统论的观点，并且利用数学建模等多种建模方法。,33,（,1,）武器系统的研制,就是应用仿真技术的成果。将先进的仿真技术与网络技术相结合，用计算机网络把新武器系统和分散在不同地点的研制者、用户联系在一起，让用户在仿真环境中提前,“,使用,”,正在研制的武器，让研制者能提前了解武器的作战使用，双方共同研究，及时发现和解决问题。,仿真技术在武器装备研制过程中，使得在新武器研制计划开始前，能够充分利用仿真系统检验武器系统的设计方案和战术、技术性能的合理性，避免在实际研制过程中出现的方案的不合理现象，,缩短研制周期，并支持技术评估、系统更新、样机研制，使得能够以较低的代价提高武器装备的战术性能,。各用户,(,包括武器装备的研制部门、采购部门、训练部门和军事使用部门,),可在合成环境中按需要综合应用各种仿真手段进行演习、训练和试验，鉴定现有的和研制中的武器装备的性能、战术部署和后勤保障。现在，在武器装备研制生产过程中，已规定将仿真系统列为必需的装备。,34,（,2,）在部队训练方面,分布式仿真系统通过联网技术将分散在各地的人在回路中的仿真器、计算机生成的兵力以及其他设备联结为一个整体，形成一个可以在时间和空间上互相锅合的虚拟战场合成环境，参与者可以自由地交互作用。这样，使过去主要依靠野战演习完成的任务可以利用计算机、仿真器和人工合成的虚拟环境来进行。技术的进一步发展还将把野外演习的部队和这种仿真器联系起来进行演习。利用仿真器产生动态的、直观的环境，配合仿真的地形、烟雾和,“,敌人,”,的武器装备，使部队能够进行生动逼真的军事演习。美国国防部高级研究计划局,1983,年开始实施模拟器联网计划，把分散在各地的训练器用计算机联成网络，形成分布式交互仿真，实现异地联通与互操作。,35,（,3,）先进概念与军事需求分析。,在先进概念与军事需求分析方面,(,例如使用新概念与先进技术的试验,),，对于未来军事行动中在条令、训练、指挥人员培养、组织、装备和士兵发展等方面的需求上，可以通过仿真和使用真实部队的士兵体验来评估技术综合集成的影响。,36,其他应用,在为武器系统研制作战训练和工业过程服务的同时，仿真技术的应用正不断向交通、教育、通讯、社会、经济、娱乐等多个领域扩展。,近年来，国内研制了能够表述交通流特征和交通流质量的交通仿真软件平台，可以对交通规划、交通控制设计、交通工程建设方案等进行预评估。在引黄入晋输水工程中，建立了全系统运行仿真系统。利用仿真系统验证了工程设计，提出了现有工程设计中影响运行的重大问题，寻找调度运行最佳模式等。,保护名画,37,展望,：,仿真技术是极具挑战性的新兴技术之一，它将广泛的应用在军事、工业、生物、医疗、人类行为、生态环境、农林、牧业、城市规划、空间探测等领域。在,2l,世纪，它的发展将对经济、社会以及人们的观念产生巨大影响,。,38,