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1、3S技术集成与应用期末考试题（共5题总分IoO）一、简答题1.简述3S技术集成与应用的目的和意义？（10分）3S技术为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。3S的结合应用，取长补短，是一个自然的发展趋势，三者之间的相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS进行相应的空间分析，以从RS和GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。GISRS和GPS三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，提高了GIS的应用效率。在实际的应用中，较为
2、常见的是3S两两之间的集成，如GIS/RS集成，GIS/GPS集成或者RS/GPS集成等，但是同时集成并使用3S技术的应用实例则较少。RS、GISGPS集成的方式可以在不同的技术水平上实现，最简单的办法是三种系统分开而由用户综合使用，进一步是三者有共同的界面，做到表面上无缝的集成，数据传输则在内部通过特征码相结合，最好的办法是整体的集成，成为统一的系统。单笳从软件实现的角度来看，开发3S集成的系统在技术上并没有多大的障碍。目前一般工具软件的实现技术方案是：通过支持栅格数据类型及相关的处理分析操作以实现与遥感的集成，而通过增加一个动态矢量图层以与GPS集成。对于3S集成技术而言，最重要的是在应用
3、中综合使用遥感以及全球定位系统，利用其实时、准确获取数据的能力，降低应用成本或者实现一些新的应用。3S集成技术的发展，形成了综合的、完整的对地观测系统，提高了人类认识地球的能力；相应地，它拓展了传统测绘科学的研究领域。作为地理学的一个分支学科，“Geomatics”产生并对包括遥感、全球定位系统在内的现代测绘技术的综合应用进行探讨和研究。同时，它也推动了其它一些相联系的学科的发展，如地球信息科学、地理信息科学等，它们成为“数字地球”这一概念提出的理论基础。2.简述物联网的定义和内涵？（10分）物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物
4、”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并与信息网络无缝整合。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一道，构成未来互联网。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。它将无处不在的末端设备（DeViCeS）和设施，包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等和“外在使能的，如贴上RFlD的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等“智能化物件或动物”或智能尘埃”，通过各种无线/有线的长距离/短距离通讯网络实现互联互通、应用大集成、以及基于云计算的SaaS营运等模式，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联
5、动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营一体化。物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网获识别物体，采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理
6、感知层获取的信息。应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。二、论述题1. 3S技术集成关键技术有哪些？（20分）作为地球空间信息科学的组成部分和数字地球方法论研究的重要内容，3S技术与集成将涉及地学、空间科学、计算机科学、数字摄影测量学等众多学科领域。除3S本身涉及的技术内容外，还在集成过程中实现所涉及的实时空间定位、一体化信息管理、数据实时通信、数据综合分析、应用模型集成以及系统信息的虚拟再现与可视化表达等技术的相互融通。除一下说明的一些集成技术外，可以说，面向对象的数据模型和超图数据结构将使一体化的数据结构成为可能。三维计算机图形学技术
7、和高清晰显示技术的发展，可使地学信息的虚拟再现技术不断得到完善。数据建模和计算机的动态模拟技术则更加动态地描述地表现象。概括起来，关键技术有一下几个方面。1）多源、多时相、多尺度信息的获取技术包括遥感技术、GPS技术、空三摄影测量技术、定位定向系统技术、激光断面扫描、测高技术。2）多源、多时相、多尺度信息的集成技术包括GlS技术、多尺度地理信息的自动综合技术、多源多时相多尺度地学信息的统一坐标系技术、多时空数据一体化管理技术、多源异构数据的格式转换技术。3）空间信息的动态管理与综合分析技术包括GlS数据的自动更新技术、数据仓库技术、数据挖掘技术、模型库管理系统技术、模型库与应用系统的无缝集成技
8、术。4） 3S技术集成的数据通信与交换技术包括数据单向实时传送的技术、数据双向实时传送的技术、数据交换的技术5）3S技术集成的虚拟显示与可视化技术包括虚拟现实技术、地理空间信息的可视化技术。2. 3S技术集成方式有哪些？（20分）目前，3S技术的集成主要还是采用两两集成的模式，即通过3S技术与功能的两两组合，共同作用，形成有机的一体化系统，以快速准确地获取具有定位功能的对地观测信息，实现对系统信息的实时更新和对地表现象与过程的综合分析。组合方式分为一下几种I）RS与GIS集成主要目的是把来自两个技术系统的多源信息集成到统一的坐标环境下，实现对多源信息的动态管理与综合分析。目前这种集成主要从三面
9、考虑，即平行的结合模式；无缝的结合模式；整体的结合方式。2） GIS与GPS集成目前，GIS的空间信息大多以矢量化的图形方式表示，简称电子地图或数字地图。由于图形比例尺的差异，所构建的数据库的空间尺度也不会完全相同。因此，GlS与GPS实时定位技术的集成可为用户提供全新的空间信息组合服务方式，满足不同比例尺空间数据库的建库要求，实现对GIS数据库的实时更新，这一集成模式是通过建立两两技术间统一的大地坐标系之间的数据转换而具体体现的。从直接面向导航、定位的应用角度，两技术的集成有一下几种模式：GPS单机定位与栅格电子地图的组合；GPS单机定位与矢量电子地图的组合；GPS差分定位与矢量/栅格电子地
10、图的组合。3） RS与GPS集成主要目的是解决智能化的信息获取问题。从技术角度上讲就是利用GPS精确定位功能解决RS定位难题，其集成模式有两种，同步集成方式与非同步集成的方式。4） 3S整体集成包括以GlS为中心的集成方式和以GPS/RS为中心的集成方式。前者目的主要是非同步数据处理，通过利用GlS作为集成系统的中心平台，包括RS和GPS在内的多种来源的空间数据进行综合处理、动态存储和集成管理，同样存在前文所说数据、平台和功能三个集成层次。后者以同步数据处理为目的，通过RS和GPS提供的实时动态空间信息，结合GIS的数据库和分析功能，为动态管理、实时决策提供再现空间信息支持服务。三、应用题1.
11、利用现有的航空技术、传感器技术、以及GPS/RS/GIS集成技术，面向重大自然灾害（地震、洪涝、滑坡、泥石流灾害中的一种或几种），基于物联网技术，设计一套天地空一体化灾害测量系统，要求说明：1）系统设计原理；2）物联网的传感器组成；3）地面数据处理软件的基本框架和功能;4）所利用的3S技术。（共计40分）D系统设计原理以物联网为基础的遥感监测系统以航天技术为平台，在航天器自动飞行控制系统（GPS导航）、实时数据传输系统和地面监控系统协作下，搭载激光扫描器、红外感应器、高分辨率光学相机或者视频采集设备，从空中获取地面的各种影像或波谱图，经过大集成、云计算处理，通过通信系统或网络将数据传输至地面接
12、收设备。地面接收数据经过自动化处理与分析，可生产出用于直观分析地质灾害情况现状的高分辨率的影像图、大比例尺地形图，构建DEM和三维模型等基础数据，为决策分析提供了可靠的基础。系统具有成本较高，但能实现数据观测、数据预处理、数据传输、数据处理无人自动化过程，而且还具有航空限制少，安全系数高等优势，制作出灾区DEM和城区三维模型，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥，为地质灾害防治提供了实时监测资料。2）物联网的传感器组成物联网遥感监测系统主要由感知层、网络层和应用层组成。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括电离层浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、高分辨率照相
13、机、波谱仪、GPS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网获识别物体，采集信息的来源，其主要功能是识别重大自然灾害的物体，并采集其及时现有的信息。（2）网络层由互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。它主要是通过对地质灾害的监测而获取的大量数据通过网络或无线通信网设备及时的把数据传输到地面接收部分。应用层是物联网和用户的接口，通过接收的数据自动化分析与处理，提供给用户参考的各种应对策略，实时对地质灾害情况给出应对方案。3）地面数据处理软件地面数据处理软件包括两部分，一是数据预处理显示系统部
14、分，主要是将由无人机传递给地面的数据解压缩，并且实时显示，以便于地面相关人员传感器的灾情监测实时监控，并对灾情损失如房屋损毁、倒塌数量，灾区覆盖面积，救灾的最佳路径选取等做出快速反应，及时做出综合的灾情分析，对及时的应急救灾提供决策依据。二是数据后处理系统部分，主要是对获取的影响数据进行加工，从获得的多种类型图像影像数据源中提取有用的信息，用于后续的救灾除险、灾民安置、疫情防治以及最后的灾后重建提供及时、准确的信息资料。数据后处理系统主要包括影像外定向处理，空中三角测量，正射影像生成，地理定位、几何精校正及镶嵌合成，地物属性的分类提取，测图和地形图更新模块，其他辅助性模块。4）所使用的3S技术
15、GPS可提供全天候实时、高精度三维位置、速度以及精密的时间信息，可对地表空间任一位置准确确定，可为地理信息系统（GIS）及时采集、更新和修正空间数据，同时GPS的快速定位为RS数据实时、快速进入GlS系统提供了可能,保证了遥感数据及地面同步监测数据获取的动态配准、动态地进入GlS数据库。RS直接获取或经转换后为数字化形式；可提供相对高分辨率的时间和空间信息;可全天候、动态地为GIS采集图像数据。GIS拥有海量的数据管理功能和强大的空间分析功能，可将定性分析和定量分析结合应用，能为地球上的空间对象提供数字表达形式，模拟空间事物的动态发展过程，是管理数据、分析空间数据和遥感图像辅助分类的有效工具。从RS中获取信息,由GPS进行定位、定向，再由GlS进行分析处理,并提供各种图形和数学模型,最终提出决策预报方案。
