空間技術論文范文(2)
空間技術論文范文
空間技術論文范文篇二
地球空間信息及其獲取技術
【摘 要】本文敘述了地球空間信息科學的形成背景與基本定義，討論了地球空間信息的理論內涵，總結了獲取地球空間信息數據的三種最主要的方法：地圖數據采集、遙感(RS)數據采集和GPS數據采集。
【關鍵詞】地球空間信息科學;地球空間信息;遙感(RS);全球定位系統(tǒng)(GPS);數據采集
1 地球空間信息科學
地球空間信息科學(Geo-Spatial Information Science，簡稱Geomatics)是以全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)為主要內容，并以計算機和通訊技術為主要技術支撐，用于采集、量測、分析、存貯、管理、顯示、傳播和應用與地球和空間分布有關數據的一門綜合和集成的信息科學和技術。地球空間信息科學是地球科學的一個前沿領域，是地球信息科學的一個重要組成部分，將為地球科學問題的監(jiān)測和全球變化與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究提供理論指導與技術方法的支持[1]。同時，地球信息科學也是一門應用科學，它以信息流為手段研究地球系統(tǒng)的物質流、能量流和人流的運動狀態(tài)和方式，其科學學科體系正在成型、發(fā)展、定位中，主要研究內容：基礎理論研究$地球機理、地球信息獲取和處理技術、地理信息數字集成技術系統(tǒng)研究、地球信息共享、服務體究、產業(yè)化政策和運做研究、應用技術系統(tǒng)研究。“地球信息機理”是其理論研究的主體，“地球信息技術”是其研究手段，“全球變化與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展”是其主要應用研究領域。
2 地球空間信息內涵
地球空間信息實質上反映了人類對于地球表層系統(tǒng)的運動規(guī)律的認識，它是人類保育地球表層系統(tǒng)的基礎。地球空間信息所覆蓋的空間范圍上至電離層、下至莫霍面，其中在地球表層上的地理空間信息是地球空間信息的基礎信息。有關地理空間信息的處理技術――地理信息技術的數據獲取、存儲、空間分析和信息查詢則為地球空間信息的模擬、分析和預測奠定了基礎。
美國于1992年開始建立“國家空間數據基礎設施(NSDI)”，這和前幾年美國發(fā)展“信息高速公路”具有同樣重要的戰(zhàn)略意義，SD在中國常稱為“地球空間信息”?？臻g數據基礎設施(SDI)從體系上來講主要包括4個部分：①地球空間關系數據集，它主要包括空間點位(三維+重力場參數)、地形、水系、植被、道路、居民地、土地利用、地籍等靜態(tài)和動態(tài)的數據;②上述數據獲取、儲存、更新和交換的技術(模擬的和數字化的)和相應的標準;③上述數據的交互網絡體系，包括該體系的硬件、軟件、空間數據庫系統(tǒng)和數字化空間數據的通訊交互網絡;④空間數據的管理、維護、服務機構和設施[2]。
3 地球空間信息獲取
隨著計算機技術、網絡技術、通信技術、光電子技術、航天航空技術的不斷發(fā)展，空間信息獲取的技術手段和方法也發(fā)生了根本性的變化，已由傳統(tǒng)的地基、手工、單點、單要素向空基、全自動、面域、全要素方向發(fā)展，空間信息技術的應用也從傳統(tǒng)的測繪領域迅速擴展到更加廣泛的領域。這些新興的應用反過來又對空間信息技術的發(fā)展提出了更高的要求。
地球空間數據，即地球空間實體的空間位置數據及相應的屬性數據和拓撲關系數據。遙感、全球定位系統(tǒng)等地球數據獲取技術的發(fā)展已經形成覆蓋全球的監(jiān)測運行系統(tǒng)，建立起從航天觀測到深度探測的多層次、立體對地觀測系統(tǒng)，是快速獲取和更新地球數據的主要技術手段[3]。美國國家航空與宇航管理局制定了一個循序漸進的數據獲取和管理的戰(zhàn)略性計劃――行星地球計劃，以向科學家提供與地球系統(tǒng)科學有關的觀測數據，其核心部分為地球觀測系統(tǒng)(EOS)，其目的是提供能夠長時間控制的數據記錄，以幫助科學家區(qū)分人類活動和自然力對地球系統(tǒng)的多種影響。下面介紹地球空間數據的獲取三種主要方法：地圖數據采集、全球定位系統(tǒng)(GPS)、遙感(RS)等。
3.1 地圖數據采集
地圖數據的采集有兩種方法：一種方法是手扶跟蹤自動化，此法對簡單的地圖還可以，而對于復雜的地圖就較麻煩，根本問題是速度慢，幾乎同手工繪制一幅地圖所需要的時間差不多，而且精度相對較低。另一種方法是地圖掃描數字化，對于經過掃描的地圖(數字地圖圖像)，既可以用鼠標在計算機屏幕上采集，也可以在屏幕上半自動化采集，顯然這種半自動化方式的速度相對快一些。目前，地圖掃描數字化的手工方式在許多商品化軟件中已經具備，如MapInfo等。地圖掃描數字化的半自動方式國內外也有不少這類軟件，這些軟件的主要問題是自動化程度不高，可靠性和穩(wěn)定性較差。地圖掃描數字化的半自動方式，其核心技術是數字地圖圖像的識別，目前采用的基本理論與方法主要有數學形態(tài)學方法、神經元網絡方法等。
3.2 遙感(RS)數據采集
RS源于航空攝影測量，歷史悠久。20世紀60年代初，美國海軍研究局的伊・普魯伊特(Eretyn Pruitt)第一次提出“遙感”這個術語。現在遙感技術已發(fā)展成為多光譜、多平臺、多波段、高分辨率和全天候的一種對地觀測技術。遙感圖像的空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率，以及對遙感圖像自動判讀的精確性、可靠性和定量量測的精度都會有極大的提高。多光譜傳感器獲取從陸地到海洋和外層空間信息。高分辨率可提供到米級、厘米級空間信息。航空遙感和海洋高頻地波雷達具有的快速機動性可提供多時相(準)實時級空間信息。遙感影像處理智能化專家系統(tǒng)將遙感信息的應用分析從單一遙感資料向多時相、多數據源的復合分析過渡，從靜態(tài)分析向動態(tài)監(jiān)測過渡，從對資源與環(huán)境的定性調查向計算機輔助的定量自動制圖過渡，從對各種現象的表面描述向軟件分析和計量探索過渡。
遙感技術作為獲取環(huán)境數據和動態(tài)監(jiān)測(特別是面狀信息)的重要手段，具有許多優(yōu)點[4]：①通過地球觀測衛(wèi)星或飛機從高空觀測地球，可進行大面積同步監(jiān)測，獲取環(huán)境信息數據快速準確，并具有綜合性和可比性;②利用遙感技術獲取環(huán)境信息，具有獲取資料范圍大、信息手段多、信息量大、速度快、周期短和受條件限制少等特點。遙感獲取的環(huán)境動態(tài)觀測數據，通過GIS快速處理和分析，能及時發(fā)現環(huán)境的變化;③遙感與傳統(tǒng)的環(huán)境信息獲取方法相比，可以大大節(jié)省人力、物力、財力和時間，具有很高的經濟效益和社會效益。目前遙感技術正經歷著從定性向定量從靜態(tài)向動態(tài)的發(fā)展變化。
4 GPS數據采集
GPS(global positioning system)是美國第二代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)(第一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)是美國的子午衛(wèi)星導航系統(tǒng)，即多普勒定位系統(tǒng))，它是以衛(wèi)星為基礎的無線電測時定位導航系統(tǒng)，可以為航空、航天、陸地、海洋等方面的用戶提供不同精度的在線或離線的空間定位數據。GPS包括三大組成部分，即空間部分，由衛(wèi)星星座組成;地面支撐部分，由地面主控及監(jiān)測注入系統(tǒng)組成;用戶設備部分，由用戶接收機組成。GPS定位的實質是根據GPS接收機與其所觀測到的衛(wèi)星之間的距離和所觀測衛(wèi)星的空間位置來求取接收機的空間位置，而這些又是根據GPS衛(wèi)星發(fā)出的導航電文計算出的包括位置、偽距、相位和星歷等原始觀測量，通過計算來完成的。
GPS衛(wèi)星定位和導航技術與現代通信技術相結合，從靜態(tài)到動態(tài)，從單點定位到局部與廣域差分，從事后處理到實時定位與導航，從絕對和相對精度到米級、厘米級乃至亞毫米級，可提供高精度地圖坐標圖數據(三維)，建立三維高次模型，提高RS幾何校正精度?？栈托腔l(wèi)星定位技術和實時三維(數字)地面影像獲取技術將為監(jiān)測各種地球空間中的動態(tài)自然現象和部分人文現象的信息提供了手段。
【參考文獻】
[1]王家耀，苗國強，成毅.空間信息系統(tǒng)數據的獲取[J].海洋測繪，2004，3.
[2]李清泉.關于我國空間信息產業(yè)發(fā)展的思考[J].地理信息世界，2004，8.
[3]李德仁，李清泉.論地球空間信息科學的形成[J].地球科學進展，1998，13(4)：319-326.
[4]宮鵬，史培軍，浦瑞良，等.對地觀測技術與地理系統(tǒng)科學[M].北京：科學出版社，1996.
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