3S技术的发展与应用.ppt

The development and application of 3S tech 3S技术的发展与应用技术的发展与应用主讲：孟祥金主讲：孟祥金 PPT：吴旭祥：吴旭祥 资料查阅：马银、于琦人、李鲁峰、吴旭祥资料查阅：马银、于琦人、李鲁峰、吴旭祥What does 3S mean?前 言3S是英文:遥感技术遥感技术（Remote Sensing RS）地理信息系统地理信息系统（Geographic Information System GIS）全球导航卫星系统全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System GNSS）这三种技术名词中最后一个单词字头的统称。他即就是狭义的地理信息科学，也是广义地理信息科学的核心。RS1.什么是RS What is remote sensing.2.RS能做什么What can remote sensing do.主要内容主要内容什么是什么是RSWhat is remote sensing概念：遥感就是“遥远的感知”，是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。concept:Remote sensing is an application detection instrument,not contact with the detection target,Record the characteristics of the electromagnetic wave from a target from a distance.Through analysis,it reveals the comprehensive detection technology of the characteristics,properties and changes of objects.地球表面上的一切物体地球表面上的一切物体,如土地、水体、森林、草场、如土地、水体、森林、草场、农作物、空气等农作物、空气等,因其具有不因其具有不同的温度和不同的物理化学性同的温度和不同的物理化学性质，处于不同状态质，处于不同状态,因此它们因此它们具有不同的波谱特性具有不同的波谱特性,会向外会向外界辐射不同波长的电磁波。界辐射不同波长的电磁波。什么是什么是RSWhat is remote sensing原理原理遥感卫星树木水体草丛裸露的地表路面建筑物什么是什么是RSWhat is remote sensing根据传感器的探测波段划分：紫外遥感紫外遥感Ultraviolet remote sensing：探测波段在0.05-0.38微米之间可见光遥感可见光遥感Visible light remote sensing：探测波段在0.38-0.76微米之间红外遥感红外遥感Infrared remote sensing：探测波段在0.76-1000微米之间微波遥感微波遥感microwave remote sensing：探测波段在1mm-10m之间多波段遥感多波段遥感multi-band remote sensing：探测波段在可见光波段和红外波段范围内再分为若干窄波段来探测目标。什么是什么是RSWhat is remote sensing不同波段的遥感探测可以生成不同的遥感影像。什么是什么是RSWhat is remote sensing按遥感平台的高度分类：地面遥感地面遥感 航空遥感航空遥感 航天遥感航天遥感地面遥感航空遥感卫星遥感平台高度遥感范围应用历史技术要求受云层影响低低高高小小大大早早晚晚低低高高小小大大什么是什么是RSWhat is remote sensing IKONOS卫星多光谱影像（4米）（排队参观毛主席纪念堂的队伍隐约可见，花坛信息没有，背景草坪不清晰）IKONOS卫星融合影像（1米）（排队参观毛主席纪念堂的队伍清晰可见，花坛和背景草坪显示出来，色调自然逼真，连纪念堂柱子的阴影都很清楚）什么是什么是RSWhat is remote sensing三峡坝区卫星图象三峡坝区卫星图象QuickBird典型的高分辨率遥感影像：北京西站，美国典型的高分辨率遥感影像：北京西站，美国GeoEye，分辨率，分辨率0.4米米20-200mm/yrVelocity has been saturated for visualization purpose.Much higher rates have been detectedin Shanghai urban center.Reference point,assumed motionlessMore than 20.000 PS identified差分干涉差分干涉 PS法得到的上海下沉速率法得到的上海下沉速率Result of PS InSAR from Prof.Rocca RS能做什么What can remote sensing do 夜间灯光遥感用于社会经济信息分析夜间灯光遥感用于社会经济信息分析东亚夜晚灯光影像（2012年DMSP/OLS影像）北京金融街北京金融街CBD夜景图夜景图日本东京银座夜景图日本东京银座夜景图武汉楚河汉街夜景图武汉楚河汉街夜景图RS能做什么What can remote sensing do 遥感卫星（美国DMSP、NPP卫星等）夜间获得的地表可见光和近红外亮度可以用来表征城镇范围、GDP分布、人口分布等社会经济要素经济增长、城市化、人道主义灾难均有可能反映于多时期的夜光遥感影像上。利用时间序列夜光遥感影像评估叙利亚内战利用时间序列夜光遥感影像评估叙利亚内战 通过发展新的时空分析技术，对时间序列夜光影像进行空间聚类，挖掘叙利亚内战的时空模式可以发现，三种模式表现出明显的区域特征叙利亚邻国的夜光主要表现出稳定（绿色）模式叙利亚全境夜光显著降低，包含红色和蓝色两种模式叙利亚的Allepo省，即战斗最为激烈的省份，表现出夜光剧烈减少（红色模式）(a)叙利亚夜光的三种时间模式的空间分布叙利亚夜光的三种时间模式的空间分布 (b)三种模式对应的夜光趋势三种模式对应的夜光趋势(DMSP-F18 卫星）卫星）Allepo省省RS能做什么What can remote sensing do遥感的应用遥感的应用Application of remote sensing新疆某地土地利用遥感影像 该地农作物分布遥感影像根据遥感影像制作的土地利用现状图土地资源调查土地资源调查大气遥感大气遥感 Atmospheric remote sensing：我国TanSat卫星首幅全球叶绿素荧光产品(2017年7月，左；2017年12月，右)叶绿素荧光能够精确估算全球植被光合生产力，结合同步反演的大气二氧化碳浓度数据，二者协同将能够极大提升全球碳源汇观测能力。旨在应对全球气候变化、监测全球二氧化碳浓度分布情况。遥感的应用遥感的应用Application of remote sensing资源普查资源普查环境与灾害监测环境与灾害监测此外，遥感技术还广泛应用于城市遥感调查、考古调查、军事、大型工程监测以及为地理信息系统提供准确、及时的数据等方面。陆地水资源调查土地资源调查海洋资源调查水污染监测植被资源调查森林病虫害监测森林火灾与煤矿火点监测大气监测与天气预报（包括台风监测预报）旱涝灾害监测海洋赤潮灾害监测矿产开采监测和资源调查遥感的应用遥感的应用Application of remote sensingGISGIS的简介Introduction of GISGIS的发展与应用Development and Application of GIS主要内容主要内容GIS的定义的定义The definition of GIS地理信息系统是3S的大脑。GIS is the brain of 3S.地理信息系统是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统用来支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。Geographic Information System is a system composed of computer hardware,software,and different methods.The system is used to support the collection,management,processing,analysis,modeling,and display of spatial data in order to solve complex planning and management problems.1、系统硬件 System Hardware GIS系统硬件平台主要包括计算机、绘图仪、数字化仪、网络设备等，用以存储、处理、传输和显示地理信息或空间数据。The GIS system hardware platform mainly includes computers,plotters,digitizers,and network devices to store,process,transmit,and display geographic information or spatial data.GIS的组成的组成The composition of GIS3、数据 Data 地理信息系统的操作对象是空间数据，它具有描述地理实体的空间特征、属性特征和时间特征。The operation object of GISis spatial data,which has spatial characteristics,attribute characteristics,and time characteristics that describe the geographic entities.5、应用模型 Application model GIS应用模型的构建和选择是系统应用成败至关重要的因素。模型主要有：土地利用适应性模型选址模型、洪水预测模型等。The construction and selection of the GIS application model is a crucial factor in the success or failure of the system application.The main models are:land use adaptability model,location model,flood forecasting model,etc.2、软件系统 Software System GIS软件是整个系统的核心，用于执行GIS功能的各种操作，主要有ArcGIS、MAPGIS、GEOSTAR等。GIS software is the core of the entire system and is used to perform various operations of GIS functions,including ArcGIS,MAPGIS,and GEOSTAR.4、应用人员 Application staff GIS应用人员包括系统开发人员和GIS技术的最终用户。GIS application personnel include system developers and end users of GIS technology.1,data acquisition and editing2,data storage and management3,data processing and transformation4.Spatial analysis and system5,product production and display6,secondary development and editing1,Resource management2.Homeland monitoring3,regional planning4,auxiliary decision-makingBasic functionApplication functionGIS的功能的功能The function of GIS 19世纪世纪60年代最早提出地理信息系统年代最早提出地理信息系统这个名词，之后便迅猛的发展。目前发展较这个名词，之后便迅猛的发展。目前发展较快的主要有：云计算快的主要有：云计算GIS、虚拟现实、虚拟现实GIS、开、开放式放式GIS、时空、时空GIS、三维、三维GIS、移动、移动GIS、网络网络GIS等。等。The term geographical information system was first proposed in the 1960s,and then it developed rapidly.The current rapid development mainly includes:cloud computing GIS,virtual reality GIS,open GIS,space-time GIS,three-dimensional GIS,mobile GIS,and network GIS.GIS的发展的发展development of GIS云云GIS 云GIS是云计算与地理信息科学的结合，是指GIS的平台、软件和地理信息能够方便、高效部署到“云”基础设施上，能够以按需获取的方式提供最广泛的基于Web的服务。Cloud GIS is a combination of cloud computing and geographic information science.It means that the GIS platform,software,and geographic information can be deployed to the“cloud”infrastructure in a convenient and efficient manner,and can provide the most extensive web-based services in an on-demand manner.GIS的发展的发展development of GIS三维三维GIS 三维三维GIS是指把空间数据放在是指把空间数据放在X、Y、Z三个维度进行分析，比如三个维度进行分析，比如DEM（数字高（数字高程模型）如图所示。程模型）如图所示。Three-dimensional GIS refers to the spatial data in the three dimensions of X,Y,Z for analysis,such as DEM(digital elevation model)as shown.GIS的发展的发展development of GIS最优路径分析最优路径分析Optimal path analysis 当我们使用百度地图进行导航的过程中，当我们使用百度地图进行导航的过程中，我们输入起止点，系统将自动给我们计算出路我们输入起止点，系统将自动给我们计算出路线，且能计算出到达时间，这就运用了线，且能计算出到达时间，这就运用了GIS中中的最优分析。的最优分析。When we use Baidu map to navigate,we enter the start and end points.The system will automatically calculate the route for us and calculate the arrival time.This uses the optimal analysis in GIS.GIS的应用的应用Application of GIS规划选址规划选址商业网点的规划商业网点的规划 GIS在商业网点选址中可将人口、客流、交通、市场竞争等与地理位置密切相关的商业数据，通过图形、图表等方式将相关商业数据的统计结果输出给用户，最终达到决策选址的目的。In the site selection of the commercial network,GIS can bring the commercial data closely related to the geographical location,such as population,passenger flow,traffic,market competition,etc.,and output the statistical results of relevant commercial data to the users through graphics and charts,and finally achieve the purpose of decision making.GIS的应用的应用Application of GIS GIS在地震中的应用主要表现为：地震分析、预报、抗震、减灾、救灾及灾后评估分析。在地震应急中主要应用为：人员疏散、救灾方案评估、地震火灾辅助决策等。The applications of GIS in earthquake mainly include:earthquake analysis,prediction,aseismic,disaster reduction,disaster relief and post disaster assessment.The main applications in earthquake emergency are evacuation of personnel,evaluation of disaster relief plan,auxiliary decision of earthquake and fire.GIS的应用的应用Application of GIS灾害方面运用灾害方面运用地震灾害运用地震灾害运用GIS的应用的应用Application of GISGIS应用于美国总统大选应用于美国总统大选 GIS在竞选活动中提供了位置智能技术，将原本错综复杂的信息汇总成一张地图，直观地呈现在相关设备上，同时对于竞选做数据分析，进而成为顺利开展竞选活动的金钥匙。例如:可视化标注潜在选民，可按意向强弱分别标注；用鼠标在地图上选定一个区域，即可立即获得区域内的各种选举信息；分析投票数据，总结经验教训等。GNSSGNSS的简介Introduction of GNSSGNSS的发展与应用Development and Application of GNSS主要内容主要内容 GNSS是Global Navigation Satellite System）全球卫星导航系统，是以人造卫星组网为基础的无线电导航定位系统。利用设置在地面或运动载体上的卫星接收机，接收卫星发射的无线电信号，经技术处理，实现导航定位。GNSS是对北斗、GPS、GLONASS、Galileo系统等这些单个卫星导航定位系统的同一称谓，也可指代他们的增强型系统，又指代所有这些卫星导航定位系统及其增强型系统的相加混合体。什么是什么是GNSSWhat is GNSS全球导航卫星系统定位的优点全球导航卫星系统定位的优点用于控制测量时，控制点间无需通视，选点方面、节省造标用于控制测量时，控制点间无需通视，选点方面、节省造标费用，减轻体力负担；费用，减轻体力负担；不受气候影响，全天候测量，提高作业效率；不受气候影响，全天候测量，提高作业效率；同时获取测量点的三维坐标，改变过去平面、高程分别测量同时获取测量点的三维坐标，改变过去平面、高程分别测量的状况，提高生产效率和效益；的状况，提高生产效率和效益；可用于快速的工程测量和地形测量。可用于快速的工程测量和地形测量。什么是什么是GNSSWhat is GNSS全球系统全球系统 区域系统区域系统 增强系统增强系统GNSS的发展的发展development of GNSS GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是GNSS系统中应用最早、最广泛，也是效益最好的系统。俄罗斯的GLONASS：格洛纳斯（GLONASS），是俄语“全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM”的缩写。该系统最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。俄罗斯 1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统。该系统于2007年开始运营，当时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务。该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。欧盟的Galileo：伽利略计划是欧洲于1999年初正式推出的旨在独立于GPS和GLONASS的全球卫星导航系统。目前全世界使用的导航定位系统主要是美国的GPS系统，欧洲人认为这并不安全。为了建立欧洲自己控制的民用全球导航定位系统，欧洲人决定实施“伽利略”计划。该星座是欧盟政府和大企业共建系统，政府出资1/3，大企业出资2/3，以民用为主要目标。我国原计划加入Galileo计划，但欧盟有技术壁垒，不让我国参加核心技术研究，至今没有进展，促使中国发展自己的GNSS系统。中国的北斗系统BDS：由于美国的GPS的SA政策，欧盟Galileo的技术壁垒，以及为维护我国空间技术发展战略，我国决定建立独立自主的中国全球导航卫星系统。该计划分三步走：第一步，2000年年底建成北斗一号系统（3颗GEO卫星），向中国提供服务。第二步，2012年年底建成北斗二号系统（5颗GEO、5颗IGSO和4颗MEO卫星），向亚太地区提供服务。第三步，计划在2018年面向“一带一路”沿线国家和地区提供基本服务。2020年前后完成35颗卫星组网，建成北斗三号系统（5颗GEO、6颗IGSO、和24颗MEO卫星），向全球提供服务。GNSS的发展的发展development of GNSSMethod for GNSS静态定位静态定位 Static positioning：自从上世纪九十年代初GPS建成以来，一直采用此方法建立国家大地坐标系、CORS网站、控制网、监控网以及各类精密定位测量。快速静态定位快速静态定位 Fast static positioning：自从上世纪九十年代初到本世纪初，有采用此方法快速建立低等级的控制网。动态定位动态定位 Dynamic positioning：本世纪初以来，随着GNSS动态定位技术的发展，动态定位受到青睐。广泛采用动态定位的RTK技术、网络RTK技术进行快速的、低精度的控制测量、工程测量和空间地理信息的数据采集。GNSS的应用的应用Application of GNSS2000国家国家GPS大地网：大地网：2000国家国家GPS大地控制网大地控制网点位分布图点位分布图GNSS的应用的应用Application of GNSSGNSS的应用的应用Application of GNSS在建立省、市大地控制网中的应用在建立省、市大地控制网中的应用 自上世纪八十年代末GPS进入我国以来，各省都普遍地采用GNSS技术静态方法建立省级GPS大地控制网。本世纪初开始采用CORS技术建立省级GNSS综合服务网或CORS网站。我校与中海达公司合作建立的教学实践用CORS站点中海达北斗地基增强系统GNSS的应用的应用Application of GNSS工程应用情况：工程应用情况：GNSS技术在大型桥梁、高速铁路、高速公路、输油气管线等建设方面的应用。如30km的杭州湾大桥、38km的青岛胶州湾大桥、青藏铁路、京沪高速、京广高速、6000km西气东输工程等建设工程，GNSS技术发挥了重要作用。又如50米大型射电天文望远镜、FAST射电望远镜。GNSS的应用的应用Application of GNSSGNSS技术在形变监测中的应用：技术在形变监测中的应用：如：长江三峡、地面形变监测、虎门大桥、深圳地王大厦等形变监测的典型实例。GNSS的应用的应用Application of GNSS地王大厦风荷载位移测量地面形变监测二代北斗进入了我国“国家中长期科学和技术发展规划纲要”16个重大专项。国家在2020年对“北斗二代”形成30颗中轨卫星和5颗地球同步轨道卫星组成的覆盖全球的卫星导航系统。产值将达到4000亿。国家将重点扶植北斗卫星导航系统的应用。卫星导航产业将面临空前末有的好机遇。北斗的发展与展望北斗的发展与展望The Development and Prospect of BDS3S技术产生与发展技术产生与发展The development and generation of 3S technology数字技术的高速发展，把人类带入了：数字时代（digital era）信息社会(information society）Digital techDigitizationInformatizationinformation3S 产生动力产生动力:技术发展推动学科理论基础社会需求促进技术发展推动学科理论基础社会需求促进3S技术产生与发展技术产生与发展The development and generation of 3S technology 3S技术与科学是地球科学的一个分支，它脱胎于地图学，形成于众多学科的交叉边缘领域。学科基础学科基础:地图学地球科学系统科学 信息科学CartographyEarth ScienceSystem Scienceinformation Science学科理论基础3S技术产生与发展技术产生与发展The development and generation of 3S technology技术发展推动 首先，地图学、遥感、地理信息系统和全球定位系统及其相关学科的发展，为3S科学体系的建立奠定了技术基础，创造了条件。其次，地图学、遥感、地理信息系统以及全球定位系统相结合是上述学科发展的共同特点与必然趋势；它们的结合促进了3S技术与科学的诞生和发展。技术发展推动社会需求促进（1）可持续发展的要求（2）信息时代需要以信息科学为基础，以信息技术为研究手段。3S技术产生与发展技术产生与发展The development and generation of 3S technologyTHANK YOU！