3S复习重点.docx
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3S复习重点
第一章3S概述,GPS概念及应用
1.GIS主要应用领域:
区域和城乡规划、灾害监测、环境评估、交通运输、资源管理、宏观决策、商业金融、通讯、邮电、日常生活领域及作战指挥。
2、GIS的特点:
将零散的数据和图像资料加以综合并存贮在一起。
将各类空间数据和有关属性数据通过计算机高效率地联系起来。
为经常不断地、长期地储存和更新空间资料及其相关信息提供一个有效的工具。
为空间格局分析和空间模型提供一个有力又较容易操作的技术构架,从而有利于生态学家采用一些数学和计算机方法上非常复杂的研究途径。
提高了某些景观资料的质量,大大增加了对资料的存取速度和分析能力,从而促进了景观生态学原理和方法在环境规划和资源管理诸方面的实际应用。
3,GPS概念:
系统构成:
空间部分、地面控制部分、用户部分
服务方式:
通过由多颗卫星所组成的卫星星座提供导航定位服务
定位原理:
距离交会
测距原理:
被动式电磁波测距
特点:
全球覆盖、全天候、不间断、精度高
4,GPS使用的坐标系统和时间系统
坐标系统:
协议惯性系、协议地固系、坐标转换
时间系统:
恒星时、真太阳时、平太阳时与世界时、GPS时间系统
5,GPS测量误差的来源:
与卫星有关的误差(卫星轨道误差、卫星钟差、相对论效应)
与传播途径有关的误差(电离层延迟、对流层延迟、多路径效应);与接收设备有关的误差(接收机天线相位中心的偏移和变化、接收机钟差、接收机内部噪声)
6,
(1)3S集成的概念:
GPS:
可以高效精确的提供点状地物的空间位置信息;RS:
可以迅速及时的提供大面积地表的属性并在一定程度上提供地物的大面积的空间位置信息;GIS:
为地物的几何数据和属性数据的存储、管理和应用提供了软件平台。
因为三者英文名称中最后一个单词均含有“S”,人们习惯将这三种技术合称之为“3S”技术。
(2)3S集成应用的领域:
数字城市(城市规划与城市管理);规划环保领域(环境动态监测与环境保护,防灾、减灾、救灾);车辆导航与监控;海洋资源开发利用;精细农业;土地利用;全球变化。
(3)3S集成的应用
第二章、空间信息技术基础
1、地球几何形体
地球是一个表面不规则的近似于梨形的椭球体。
铅垂线:
地理空间中任意一点的重力作用线。
水准面:
自由静止的水面。
大地水准面:
与平均海水面重合、并向大陆岛屿延伸所形成的封闭曲面。
大地体:
大地水准面所包围的球体。
垂线偏差:
地理空间任意一点的铅垂线与通过该点的地球椭球面法线一般不重合,他们之间的差值称为垂线偏差。
2、坐标系统的分类
(1)球面坐标系统:
天文地理坐标系;大地地理坐标系;空间直角坐标系;参心空间直角坐标系;地心空间直角坐标系
(2)平面坐标系统:
高斯平面直角坐标系;地方独立坐标系
3、
(1)地图投影:
为什么要进行投影?
将地球椭球面上的点映射到平面上的方法,称为地图投影
地理坐标为球面坐标,不方便进行距离、方位、面积等参数的量算;地球椭球体为不可展曲面;地图为平面,符合视觉心理,并易于进行距离、方位、面积等量算和各种空间分析。
(2)投影的实质:
按照一定的数学法则,建立地球椭球面上经纬线网和平面上相应经纬线网的数学基础,也就是建立地球椭球面上的点的地理坐标(λ,φ)与平面上对应点的平面坐标(x,y)之间的函数关系。
当给定不同的具体条件时,将得到不同类型的投影方式。
(3)地图投影变形:
长度变形、面积变形、角度变形。
(4)地图投影的方法:
集合透视法、数学解析法(数学解析法是在球面与投影面之间建立点与点的函数关系,通过数学的方法确定经纬线交点位置的一种投影方法。
)
4、投影分类:
(1)变形分类:
等角投影:
投影前后角度不变;等面积投影:
投影前后面积不变;等距离投影:
投影前后长度不变;任意投影:
角度、面积、长度均变形
(2)投影面:
横圆柱投影:
投影面为横圆柱;圆锥投影:
投影面为圆锥;方位投影:
投影面为平面
(3)投影面与地球自转轴间的方位关系划分:
正轴投影:
投影面中心轴与地轴相互重合;斜轴投影:
投影面中心轴与地轴斜向相;横轴投影:
投影面中心轴与地轴相互垂直;相切投影:
投影面与椭球体相切;相割投影:
投影面与椭球体相割
5,非几何投影:
不借助几何面,根据某些条件用数学解析法确定球面与平面之间点与点的函数关系。
在这类投影中,一般按经纬线形状又分为下述几类:
(1)伪方位投影:
纬线为同心圆,中央经线为直线,其余的经线均为对称于中央经线的曲线,且相交于纬线的共同圆心。
(2)伪圆柱投影:
纬线为平行直线,中央经线为直线,其余的经线均为对称于中央经线的曲线。
(3)伪圆锥投影:
纬线为同心圆弧,中央经线为直线,其余经线均为对称于中央经线的曲线。
(4)多圆锥投影:
纬线为同周圆弧,其圆心均为于中央经线上,中央经线为直线,其余的经线均为对称于中央经线的曲线。
6,GIS与地图投影
地理基础(地图投影):
数据获取(不同投影的地图)——数据标准化预处理(按某一参照系数字化)——数据存储(统一的坐标基础)——数据处理(投影转化)——数据应用(检索查询、覆盖分析)——数据输出(具有相应投影的地图)
7、我国常用的地图投影
1:
100万:
兰勃特投影(大部分分省图、大多数同级比例尺也采用兰勃投影)
1:
50万、1:
25万、1:
10万、1:
5万、1:
2.5万、1:
1万、1:
5000采用高斯—克吕格投影。
为控制投影变形,高斯-克吕格投影采用6°带、3°带分带投影的方法,我国1:
2.5万-1:
50万地形图均采用6°带投影,1:
1万及更大比例尺地形图采用3°带投影。
6°分带法规定:
从格林威治零度经线开始,由西向东每隔6°为一个投影带,全球共分60个投影带,分别用阿拉伯数字1-60予以标记。
我国位于东经72°-136°之间,共包括11个投影带(13-23带)。
3°分带法规定:
从东经1°30´起算,每3°为一带,全球共分120带
8、各大洲地图投影
亚洲地图:
斜轴等面积方位投影、彭纳投影。
欧洲地图:
斜轴等面积方位投影、正轴等角圆锥投影。
北美洲地图:
斜轴等面积方位投影、彭纳投影。
南美洲地图:
斜轴等面积方位投影、桑逊投影。
澳洲地图:
斜轴等面积方位投影、正轴等角圆锥投影。
拉丁美洲地图:
斜轴等面积方位投影。
9、地形图的分幅和编号
(1)分幅概念:
各种比例尺的地形图是按适当的面积测制的,所以一个面积大的地区,要将整个制图区域按一定的方法分割成多幅地图表示。
目的:
便于编图、印刷、保管、查询、使用、必须研究地图分幅与编号。
方法:
基本比例尺地形图采用经纬线分幅法
10、经纬网分幅法:
是按照一定的经差和纬差划分制图区域,也就是每幅图的图廊都是由经线和纬线组成。
我国基本比例尺地形图均以1:
100万地形图为基础,按规定的经差6°和纬差4°划分图幅,使相邻比例尺地图的数量成简单的倍数关系
11、地图比例尺反映了制图区域和地图的比例关系
纸质地图:
内容、概括程度、数据精度等;GIS地图:
数据精度
(1)比例尺的含义:
制图区域较小,采用各方面变形都较小的地图投影,图上各处的比例是一致的,故此时比例尺的含义是图上长度与相应地面长度的比例;制图区域较大时,地图投影比较复杂,地图上长度因地点和方向的不同而有所变化,这种地图比例尺一般是指在地图投影时,对地球半径缩小的比率,称为主比例尺。
地图经过投影后,体现在图上只有个别点线没有长度变形,也就是说,只有在这些长度没有变形的点或线上,才可用地图上注明的比例尺
(2)我国地图比例尺分级系统:
大比例尺:
1:
500—1:
10万;中比例尺:
1:
10万—1:
100万;小比例尺:
〈1:
100万
(3)无级比例尺概念:
无级比例尺信息提取是指以一个大比例尺空间数据库为基础,通过制图综合使得一定区域内空间对象的信息量随比例尺变化自动增减。
第九章DEM与数字地形分析
1.
(1)数字地面模型:
DTM(DigitalTerrainModel)是对某一种或多种地面特性空间分布的数字描述,是叠加在二维地理空间上的一维或多维地面特性的向量空间。
本质:
地表二维地理空间位置和其相关的地表属性信息的数字化表现。
(2)数字高程模型:
DEM(DigitalElevationModel)是一定范围内规则格网点的平面坐标(X,Y)及其高程(Z)的数据集。
(3)区别与联系:
数字地面模型中地形属性为高程时,称为数字高程模型。
DEM是DTM的一个子集。
2、DTM与DEM的概念
描述地球表面形态多种信息空间分布的有序数值阵列
从数学的角度用下述二维函数系列取值的有序集合来概括地表示数字地面模型Kp=fk(up,vp)(k=l,2,3,…,m;p=1,2,3,…,n)
例:
假定土壤类型第i类地面特性信息,则数字地面模型的第i个组成部分为
Ip=fi(up,vp)(p=1,2,3,…,n)
数字高程模型DEM是表示区域D上的三维向量有限序列,用函数来表示为:
Vi=(xi,yi,zi)(i=1,2,3,……n)
3、DTM研究内容:
地貌信息(高层、坡度….);地物信息(水系、交通网…..);自然资源与环境信息(土壤、植被…..);社会经济信息(人口分布、国民收入….)
4、DEM的特点
与传统的地形图比较,DEM作为地形表面的一种数字表达形式有如下特点:
(1)容易以多种形式显示地形信息。
地形数据经过计算机处理后,产生多种比例尺的地形图、纵横断面图和立体图。
(2)精度不会损失。
常规地形图随着时间的推移,图纸将会变形,失掉原有精度。
而DEM采用数字媒介,因此能保持精度不变。
另外,由常规的地图用人工的方法制作其他种类的地图,精度会受到损失,而由DEM直接输出,精度可得到控制。
(3)容易实现自动化、实时化。
常规地图要增加和修改都必须重复相同的工序,劳动强度大而且周期长,不利于地图的实时更新。
而DEM由于是数字形式的,所以增加或改变地形信息只需将修改信息直接输入到计算机,经软件处理后立即可产生实时化的各种地形图。
5、DTM的数据采集。
数据源决定采集方法:
(1)航空或航天遥感图像为数据源
(2)以地形图为数据源(3)以地面实测记录为数据源(4)其它数据源
6、各种比例尺地形图(目前获取DEM应用最广泛的一种方法)
优点:
来源丰富,廉价;对仪器设备和作业人员要求不高;采集速度相对较快
涉及问题:
地图符号数字化;已有的数字化数据不能满足现势性要求;地形图的综合程度;地形图的数据质量,尤其指在精度方面
7、野外实地测区
仪器:
全球定位系统GPS;全站仪或经纬仪;袖珍计算机。
获取数据:
地面控制点和采样点空间位置、高程数据。
优点:
直接获取高精度的DEM数据。
缺点:
工作量大;效率不高;费用高昂
8、数据采集方式
1)、采集方式:
选点采集、随机采集、沿等高线线采集、沿断面采集;
2)、数据来源:
从地形图数字化或航空相片、从地面测量或有机载测高仪获取;
3)、采集方法:
人工采集、半自动采集、自动采集
建立DEM的方法:
1)从地面测量:
仅用于内插DEM的检测;
2)根据航空航天影像,通过摄影测量:
目前最有效的方式;
3)、从现有地形图上采集:
使用较多,但只适用于中小比例尺地形图
9、从数字摄影测量获取(许多操作是自动化的,无需太多用户干预,效率高,劳动强度低)
实现步骤:
1)、获取数据:
需要数字影像数据、成像相机的参数文件等;
2)、恢复模型:
包括内定向、相对定向和绝对定向;
3)、影像匹配:
利用同名点之间的相似性,在影像上找到足够数量的同名点对;
4)、建立数字地面模型自动形成等高线。
10、从现有地形图获取(关于地形图要素的数字化处理,尤其是半自动扫描数字化技术已经非常成熟)
(1)数字化:
1)、获取向量形式数据;2)、在计算机中较易处理;3)、速度慢,人工劳动强度大。
(2)扫描数字化:
获取栅格形式数据,处理效率高
(3)生成DEM过程:
数字化->粗差剔除、高程点内插、特征生成->DEM
(4)最佳方式:
等高线->TIN->DEM
12、DEM建立流程
12、数字摄影测量的DEM数据采集方式:
等高线采样、规则格网采样、断面扫描
13、等高线地形图生成格网DEM
14、DEM不同获取方式的比较
14、DTM的表示方法主要有规则格网(GRID)表示法和不规则三角网(TIN)表示法,此外还有离散点表示法和数学分块曲面表示法。
15、格网数据结构应用:
空间复合、可达性、表面分析、扩散
16、TIN数据模型:
根据区域有限个点集将区域划分为相连的三角面网络,区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。
如果点不在顶点上,则该点的高程值通常通过线性插值得到。
GRD模型
TIN模型
优点
能够充分表现高程变化的细节,数据结构简单,分析处理算法易于实现,某些空间操作及存储组织灵活方便。
高效率的存储,与不规则的地面特征和谐一致,拓扑关系简单,可以表示线性特征和迭加任意形状的区域边界,易于更新,可适应各种分布情况的数据。
缺点
数据存储占用巨大的空间,并且在不规则的地形特征和较为平坦的地形特征之间在数据表示方面不够协调。
算法实现比较复杂和困难
17、插值方法分类
18、整体内插是指在整个区域用一个数学函数来表达地形曲面。
整体内插函数通常是高次多项式,要求地形采样点的个数大于或等于多项式的系数数目。
19、分块内插是将地形区域按一定的方法进行分块,对每一分块,根据其地形曲面特征单独进行曲面拟合和高程内插。
20、逐点内插是以内插点为中心,确定一个邻域范围,用落在邻域范围内的采样点计算内插点的高程值。
21、DEM主要用途
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、其他民用和军事工程中挖填土石方量;
3.为军事目的(武器导向系统、驾驶训练)的地表景观设计与规划(土地景观构筑)等显示地形的三维图形;
4.越野通视情况分析(也是为了军事和土地景观规划等目的);
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;
9.提供土地景观和景观处理模型的影象模拟需要的数据;
10.用其他连续变化的特征代替高程后,DEM还可以表示如下一些表面:
通行时间和费用、人口、直观风景标志、污染状况、地下水水位等。
22、地形数据应用分类:
1、直接应用:
将DEM本身作为测图自动化的重要组成部分和地理信息数据库的基础;2、间接应用:
将DEM经过某种变换产生满足各专业应用需求的各种派生产品。
23、等高线绘制:
利用DEM绘制等高线图,是以格网点高程数据或者将离散的高程数据由栅格追踪法原理转换为矢量等值线所产生的。
24、晕渲图是以通过模拟实际地面本影与落影的方法有效反映地形起伏的重要的地图制图学方法。
25、地表面任一点的坡度是指过该点的切平面与水平地面的夹角。
坡度表示了地表面在该点的倾斜程度。
26、坡度有两种表示方式方法:
(1)坡度:
既水平面与地形面之间夹角。
(2)坡度百分比:
既高程增量与水平增量之比的百分数。
27、坡向定义为:
地表面上一点的切平面的法线矢量在水平面的投影与过该点的正北方向的夹角
28、可视性分析常用分析方法:
射线可视性算法、点到三角形法及其改进算法、消隐法
29、可视性分析的基本因子:
一个是两点之间的通视性;另一个是可视域,即对于给定的观察点所覆盖的区域。
30、可视性分析问题可以分为五类:
1)已知一个或一组观察点,找出某一地形的可见区域。
2)欲观察到某一区域的全部地形表面,计算最少观察点数量。
3)在观察点数量一定的前提下,计算能获得的最大观察区域。
4)以最小代价建造观察塔,要求全部区域可见。
5)在给定建造代价的前提下,求最大可见区。
第十一章
1.可视化:
是将科学计算中产生的大量非直观的、抽象的或者不可见的数据,借助计算机图形学和图像处理等技术,以图形图像信息的形式,直观、形象地表达出来,并进行交互处理。
2.空间信息输出方式:
屏幕显示、矢量绘图机、打印输出
3.地理信息系统产品是指经由系统处理和分析,可以直接供专业规划人员或决策人员使用的各种地图、图表、图象、数据报表或文字说明。
4.地理信息系统产品输出是指将GIS分析或查询检索的结果表示为某种用户需要的可以理解的形式的过程,其中,地图图形输出是地理信息系统产品的主要表现形式。
5.地理信息系统输出产品类型:
地图、统计图、
6.可视化的一般原则:
符号运用、颜色的运用、注记运用、图面配置、制图内容安排
7.可视化表现形式:
等值线、分层设色图、地形晕渲显示、剖面显示、专题地图显示、立体透视图、空间信息的三维建模、三维景观显示、
8.运用符号表达空间对象,注意事项:
符号的定位、易读性、、视觉差异性、绝对数据与派生数据制图中的符号配置、
9.色彩的三个属性,即色相、色值和彩度。
10.色相是一种色彩得以与另一种色彩相区别的性质,如红色与绿色即为不同的色相。
色值是一种颜色的亮度或暗度,黑色为低值而白色为高值。
彩度指的是一种颜色的丰富程度或鲜明程度。
11.地图上色彩的运用遵循原则:
⑴感情色彩:
⑵习惯用色:
⑶色彩方案:
色相是适于表征定性数据的视觉变量,而色值与彩度则更适合于表征定量数据。
12.等值线:
是把地面上高程相等的各相邻点所连成的闭合曲线,垂直投影在平面上的图形。
13.晕渲法也叫阴影法,是用深浅不同的色调表示地形起伏形态。
14.剖面是指地面沿某一方向的垂直截面(或断面),它包含地形剖面图和地质剖面图等。
15.专题地图,是在地理底图上,按照地图主题的要求,突出而完善地表示与主题相关的一种或几种要素,使地图内容专题化、形式各异、用途专门化的地图。
16.专题地图具有下列3个特点:
(1)专题地图只将一种或几种与主题相关联的要素特别完备而详细地显示,而其他要素的显示则较为概略,甚至不予显示。
(2)专题地图的内容广泛,主题多样。
(3)专题地图不仅可以表示现象的现状及其分布,而且能表示现象的动态变化和发展规律。
17.专题地图分类:
自然地图、社会政治经济地图、其他专题用图
18.LOD模型:
是指对同一个场景中的物体采用具有不同细节水平(或称精细程度)的一系列模型。
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