地理信息科学总论2012：遥感01

兰州大学遥感与GIS研究所地理信息科学总论刘勇、颉耀文、马金辉2012年9月22日0.引言：课程设置背景及其目的1.背景2.目的3.提纲4.参考文献5.考核方法22012年9月22日地理信息科学总论背景•GIS：ToolsorScience?–本学科发展的特点1.技术驱动–计算机–网络通讯–地理信息系统–遥感与对地观测系统–卫星导航与定位系统2.应用驱动–全球变化与地球系统科学–数字地球–国情监测–灾情评估预警32012年9月22日地理信息科学总论–作为技术/工具的遥感与地理信息系统，最近多年来得到快速发展1.计算机硬件2.软件–地理信息科学的学科体系仍处于发展、完善过程当中1.本学科的核心问题有待厘清2.本学科在整个科学体系中的本体（Ontology）要素及其关联关系有待界定目的•介绍地理信息科学的基本原理和方法•展示本研究所主要的基础性研究成果•为地理科学各专业硕士、博士研究生全面认识和理解这一学科领域提供必要的参考意见。42012年9月22日地理信息科学总论教学提纲•阶段一：刘勇•第一讲遥感信息科学基本问题•第二讲遥感数据基本特征•第三讲遥感信息分析基本内容和方法•第四讲基于对象的影像分析•第五讲定量遥感若干基本问题•阶段二：颉耀文•第六讲地理空间数学基础•第七讲地图符号理论•第八讲地图概括理论2012年9月22日地理信息科学总论5•第九讲地图设计与编制方法•第十讲地图作品评述与赏析•阶段三：马金辉•第十一讲地理信息科学优先研究领域（1）•第十二讲地理信息科学优先研究领域（2）•第十三讲空间分析理论基础•第十四讲空间数据库与空间数据挖掘（1）•第十五讲空间数据库与空间数据挖掘（2）登高望远探索性思辨性尝试性62012年9月22日地理信息科学总论参考文献1.陈述彭主编：地球信息科学。高等教育出版社，2007.2.王桥、杨一鹏、黄家柱等编著：环境遥感。科学出版社，20053.Fisher,P.F.(eds):ClassicsfromIJGIS:TwentyyearsoftheInternationalJournalofGeographicalInformationScienceandSystems.Taylor&FrancisGroup,CRCPress.4.McMaster,R.B.andE.L.Usery(eds):Aresearchagendaforgeographicinformationscience.CRCPress,2005.5.Goodchild,M.F.:GeographicalInformationScience.Int.J.GeographicalInformationSystems1992,6(1):31-45.6.Goodchild,M.F.:GIScience,Geography,Form,andProcess.AnnalsoftheAssociationofAmericanGeographer2004,94(4):709-714.7.Blaschke,T.,J.Strobl.:GeographicInformationScienceDevelopments.GISScience1:9-15,20108.Wright,D.J.etal.,1997:GIS:toolorscience?DemysitifyingthepersistentambiguityofGISas“tool”versus“ccience”.AnnalsoftheAssociationofAmericanGeographers,87(2):346-362.72012年9月22日地理信息科学总论考核方法•出勤率•课程论文–分别完成三位任课教师布置的学习工作，并获得相应的分数–总成绩由统计汇总产生，并考虑出勤率82012年9月22日地理信息科学总论本讲座要目一．遥感信息科学基本问题二．遥感数据及其基本特征三．遥感信息分析基本方法四．基于对象的影像分析五．定量遥感2012年9月22日地理信息科学总论9第一讲遥感信息科学基本问题一．遥感信息科学的立论基础二．遥感技术体系三．遥感信息科学基本理论四．遥感信息的局限性五．思考题10一、遥感信息科学的立论基础1.反映科学技术的发展空间技术传感器技术通讯技术计算机技术112.以满足地理信息的国家需求为驱动力国家安全国情监测环境保护资源开发抢险救灾……胡锦涛：“要加快遥感、地理信息系统、全球定位系统、网络通讯技术的应用以及防灾减灾高技术成果转化和综合集成，建立国家综合减灾和风险管理信息共享平台。”（中国科学院第14次院士大会和中国工程院第9次院士大会，2008年6月23日）遥感信息科学的立论基础3.大的学科领域陆地遥感大气遥感海洋遥感天体遥感13遥感技术的起源与发展•航空遥感–以1856为起点（热气球+照相机）–第一次世界大战用于战场侦察–彩色摄影，1934年–彩红外摄影，1943年•诺曼底登陆战•航天遥感–20世纪60年代以来，气象卫星–20世纪70年代以来，陆地卫星、海洋卫星–20世纪90年代后期以来，全球对地观测时代，全方位、全要素2012年9月22日14北美地区第一幅航空照片气球波士顿1858年遥感技术的起源与发展•提供丰富的地理信息–位置信息（摄影测量、测绘）–地物类型及特征信息（遥感/判读，遥感应用）–时空动态变化信息•特点–现势性–全局性–直观表达–高效–不可为实地调查所替代15黄河三角洲的变迁2012年9月22日161989年2月13日1995年9月18日1999年10月7日2004年9月10日2009年6月20日二、遥感技术体系摄影术与航空航天科技相结合的产物1.遥感平台2.遥感传感器3.数据传输与通讯4.遥感信息处理中心5.地面观测验证场6.遥感应用17NESDISAFWAFNMOCNAVOSpaceSegmentC3SegmentC3Segment133017302130FieldTerminalSegmentFieldTerminalSegmentGPSCLASSNPOESSStoredMissionDataSvalbardPrimaryT&CNPPSMDSvalbardPrimaryT&CNPPSMDTDRSSResidualsNPOESSSpacecraftLaunchSupportSegmentLaunchSupportSegmentNPP(1030)NPP(1030)MMCatSuitlandFlightOperationsTeam•EnterpriseManagement•MissionManagement•SatelliteOperations•DataMonitoring&RecoveryWhiteSandsComplexLEO&ABackupT&CWhiteSandsComplexLEO&ABackupT&CTDRSSA-DCSSARSATHRDFieldTerminalLRDFieldTerminalSchrieverMMCContingencyOperationsTeamSDSADSDataHandlingNode,FrontEndProcessorOnefullsetresidesineachofthe4Centrals15GloballyDistributedReceptorSitesInterconnectedbyCommercialFiber15GloballyDistributedReceptorSitesInterconnectedbyCommercialFiberNPPStoredMissionDataCommandandTelemetryInterfaceDataProcessingSegmentInterfaceDataProcessingSegmentOnefullsetresidesineachofthe4CentralsOnefullsetresidesineachofthe4CentralsDataMgtDataMgtInfraInfraIngestCal/ValCal/ValelDataDelDataMgtDataMgtInfraInfraIngestCal/ValCal/ValelDataDelDataMgtDataMgtInfraInfraIngestCal/ValCal/ValelDataDelDataMgtDataMgtInfraInfraIngestCal/ValCal/ValelDataDel* Patent Pending*地球观测系统（EarthObservingSystem）2.1.遥感平台1.飞机有人驾驶无人驾驶2.火箭3.卫星–气象、海洋、陆地–民用、军用4.航天飞机5.空间站192.2.遥感传感器2.主动传感器合成孔径雷达（SAR）干涉合成空间雷达（InSAR）激光雷达（LiDAR）201.被动传感器可见光近红外热红外微波辐射计正在迅速走向实际应用领域的遥感新技术•干涉合成孔径雷达（InterferometricSyntheticApertureRadar,InSAR）SRTM（ShuttleRadarTopographyMission）激光雷达（LiDAR）•激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。激光雷达用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。•激光雷达采用脉冲或连续波两种工作方式，探测方法按照探测的原理不同可以分为米氏散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等激光雷达。2.3.数据传输与通讯1.返回式卫星载荷2.卫星通讯232.4.遥感信息处理中心1.监控系统2.数据接收与调制解调3.数据预处理4.数据建档与存储5.数据分发与服务24地形数据2.5.遥感应用城市建筑物信息影像地图街道信息遥感：获取基础地理数据的重要手段遥感应用：为应急灾害防治决策提供第一手资料冰凌监测堰塞湖监测海啸监测洪水监测台风监测火灾监测地质灾害监测三、遥感信息科学基本理论1.地理空间组成、结构及其变化规律2.地理空间的性质3.地理空间认知4.地理空间建模5.遥感数据采样与量化6.地物的电磁辐射响应7.遥感数据组织与管理8.遥感信息分析原理273.1.地理空间组成、结构及其变化规律1.地理空间是地理系统复杂性的外部表象非线性复杂巨系统开放系统耗散结构自组织有序性：随着环境参数的梯度变化而呈现有规律的变化系统演化：不可逆过程渐变与突变的统一体时间空间28Remote Sensing Earth System ScienceHumanActivitiesBiogeochemicalCyclesHydrologicCyclePhysicalClimateSystemExternalForcingFunctionsWaterpollutionLanduseAtmosphericphysicsanddynamicsTerrestrialenergyandmoistureOceandynamicsMarinebiogeochemistryTroposphericchemistryTerrestrialecosystemsVolcanoesSunSoilandwaterchemistryGlobalmoistureStratosphericChemistryandDynamicsClimateChangeCarbonDioxideandOtherTraceGasesAirpollutionJensen, 20043.1.地理空间组成、结构及其变化过程2.地理信息科学基本定律–Tobler地理学第一定律：所有的地理事物是相关的，并且地理事物在空间上相距愈近其相关性愈大，空间距离上愈远则其相关性愈小。–Anselin地理统计原理：地理空间具有多样性，在不同的地方，其地理数据的变化趋势是不同的。•岳天祥：数字地面模型的高精度曲面建模方法–第三空间特征：地理要素或现象可表示为具有独一无二的层，每个层对整个地理可变性的描述都有