图属关系 连接
预处理
数字化
17
（2）扫描数字化
中国地质大学（武汉）信息工程学院
借助计算机和平板式或滚筒式扫描仪，从已有纸质地 图上进行重采样，并形成坐标点列数据的过程。包括：
栅格扫描 地图扫描：扫描仪按预先设定的空间分 数字化 辨率对地图进行扫描，形成二值图像；
矢量扫描数字化
18
大致流程为：
屏 幕 跟 踪 矢 量 化 矢 量 图 合 成 接 边 存 入 空 间 数 据 库
（2）2D地震勘探
44
3、三维地震技术
中国地质大学（武汉）信息工程学院
3D地震是高精度、高分辨率的勘探技术。按激发点 （炮点）、接收点（检波点）网格分布的规律性，3D 地震观测系统分为规则观测系统和不规则观测系统两 类； 3D地震野外数据被采集后，需要进行一系列处理， 才能形成供地质解释用并能完整反映地质体时空变化 的3D地震数据体，用不同方法显示成各种地质图件， 如剖面图、立体图。
1、钻孔勘探技术：通过向地下钻进一定直径、一定深度
的孔并提取其中的岩芯来探查和测量地下岩层组成、空间 关系。
42
中国地质大学（武汉）信息工程学院
• 按地质钻探目的，可将应用地质钻探分为矿产地 质钻探、水文地质钻探、工程地质钻探。
43
2、应用地球物理技术
中国地质大学（武汉）信息工程学院
（1）应用地球物理方法及其分类 利用物理学原理，借助仪器技术测量获得地层的大量 数据，通过数学反演和计算机处理，探测地下地层的物 理力学性质，进而研究地下地层的结构和构造，进行矿 体或油藏的3D精细描述。 分为两类，一类以测定特定区域、特定对象的物理力 学性质为主；另一类以测定地质对象的空间分布与空间 位置为主。
37
中国地质大学（武汉）信息工程学院
38
中国地质大学（武汉）信息工程学院
InSAR的实质：是利用SAR复数据的相位差信息来提 取地表的3D信息和高程变化信息。通过两副天线同时 观测，或两次近平行的观测，获取地面同一景观的复 图像对。由于目标与两天线位置的几何关系，在复图 像上产生了相位差，形成干涉纹图。
激光扫描测量技术可应用于： ①地形测绘； ②建筑物立体模型重构； ③生成DEM、DTM； ④数字城市模型。
31
b）地面扫描系统
中国地质大学（武汉）信息工程学院
•地面三维激光扫描仪工作流程可分为外业测量与内 业处理两个部分 •（1）外业测量
360度全 景扫描， 精度不 高，目的 为获取目 标区域的 大致方位
2
2.1 数据获取方法
中国地质大学（武汉）信息工程学院
2.1.1
GIS空间数据获取方法分类
1、空间数据的野外获取方式
（1）点方式：天文测量、罗盘定位、惯性测量、大地 测量、工程测量、矿井测量、GPS技术、钻孔勘探、 物理勘探技术等；
3
中国地质大学（武汉）信息工程学院
（2）面方式：摄影测量、遥感技术、激光扫描技术、集 成传感技术； （3）体方式：CT扫描、3D地震技术等
中国地质大学（武汉）信息工程学院
主要应用邻域： 宇宙太空观测； 宇宙奥秘探测；
2、大地测量与工程测量技术
中国地质大学（武汉）信息工程学院
（1）该技术是空间定位的基本手段之一，利用大地测 量与工程测量技术，既可以获得地表点的2D坐标数据 （x,y），也可获得地表点的3D坐标数据（x,y,z）；
10
4
2、空间数据的室内获取方式
中国地质大学（武汉）信息工程学院
（1）点方式：坐标量算、手扶数字化； （2）面方式：扫描数字化
5
中国地质大学（武汉）信息工程学院 中国地质大学（武汉）信息工程学院
根据GIS获取方式和应用需求的不同，GIS空间数据 可区分为地表2D(x,y)、地表3D(x,y,z)、地上3D(x， y，zi)。
36
中国地质大学（武汉）信息工程学院
频率偏移对于时间而言是线性的，所以反射脉冲可以解 释成是经过线性调频调制而得到的。因此，将在不同位 置接收到的目标信号通过具有频率逆偏移特性的匹配滤 波器进行滤波调制，就能得到目标的唯一像点。 •SAR特点：在距离方向上与真实孔径雷达相同，采用 脉冲压缩来提高距离分辨率，在方位方向上则通过合成 孔径原理来改善方位分辨率。
表2. 摄影测量3个发展阶段特点的对比
25
摄影负片
像片扫描 控制点数据
像对定向或方位元素安置 自动相关获取DEM
DEM编辑 多模型DEM镶嵌 存盘或建库 质量检查与元数据文件记录 全数字化摄影测量生产DEM的工作流程
摄影负片
像片扫描 控制点数据
像对定向或方位元素安置 DEM采集与编辑 数字微分纠正 数字正射影像镶嵌 存盘或建库
39
中国地质大学（武汉）信息工程学院
•干涉纹图中包含了斜距向上的点与两天线位置之差 的精确信息。因此，利用传感器高度、雷达波长、 波束视向及天线基线距之间几何关系，通过相位解 缠，可精确测出图像上每一点的3D位置及其微小变 化信息。
41
2.1.4 地下3D空间数据获取方法
中国地质大学（武汉）信息工程学院
纸 质 地 图
扫 描 转 化
拼 接 子 图 块
几 何 校 正
矢 量 图 编 辑
2.1.3 地表3D空间数据获取方法
中国地质大学（武汉）信息工程学院
1、GPS测量技术 具有代表性的系统：欧洲的“伽利略系统”、俄罗斯 的“GLONASS卫星系统” 。
20
中国地质大学（武汉）信息工程学院
我国自行研制的导航卫星系统——北斗双星导航定 位系统，通过全天候跟踪GPS卫星，免费向用户提供 星历文件。该系统具有快速定位、短报文通信、精 密授时3大功能，并具有以下优势：
中国地质大学（武汉）信息工程学院
（2）测量仪器的发展：经纬仪、水准仪全站仪测量 机器人； （3）测量技术的发展：三角测量边角网、测边网、全 站仪3D实时和自动导航技术。
11
3.遥感技术
中国地质大学（武汉）信息工程学院
（1）遥感是一种远距离的、非接触的目标探测技术和 方法，通过对目标进行探测，获取目标信息，然后对 所获取的信息进行加工处理，从而实现对目标的定位、 定性或定量描述；
图 像 数 据
图像增强 计算机处 理
农林 地质 水文 海洋 气象
人工图像
判读
E
环境
地震
波长（λ ）
波段 14
中国地质大学（武汉）信息工程学院
（4）遥感发展的特点： 新型传感器不断出现； 多级空间分辨率形成金字塔遥感影像结构； 光谱分辨率不断提高； 多时相性遥感成为可能； 全方位立体观测健步发展； 遥感应用由定性走向定量。
质量检查与元数据文件记录
全数字摄影测量方法生产数字正射影像
中国地质大学（武汉）信息工程学院
3、激光扫描测量技术 （1）原理：通过主动发射激光信号并测量从被测目 标反射回来的激光信号，高密度、高精度获取目标体 的数字距离信息，进而得到目标的几何信息；
中国地质大学（武汉）信息工程学院
（2）激光扫描系统分为：机/空载激光扫描系统、 地面扫描系统。
21
中国地质大学（武汉）信息工程学院
同时具备定位与通信功能，无须其他通信系统文件； 融合北斗导航定位系统和卫星导航增强系统两大资源， 提供更丰富的增值服务； 覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无 通信盲区； 定位解算都集中在地面控制中心站，特别适合于大范 围移动目标监测与管理； 自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适 合关键部门应用。
29
中国地质大学（武汉）信息工程学院
a）机载激光扫描系统：应用激光扫描仪和实时动 态GPS对地面进行高精度、准实时测量的系统， 主要用于大面积的3D地形数据。其基本组成为： 激光扫描仪； 飞行惯性导航系统INS及其显式设备； 差分GPS与计算机； 数据采集与记录设备； 电源。
30
中国地质大学（武汉）信息工程学院
三维GIS
中国地质大学（武汉）信息工程学院
三维空间数据及其获取方法
主讲：郑坤 中国地质大学（武汉）信息工程学院 2011年5月
本章内容
中国地质大学（武汉）信息工程学院
1、 GIS空间数据获取方法分类 2 、2D空间数据获取方法 3 、地表3D空间数据获取方法 4 、地下3D空间数据获取方法
15
4、地图数字化技术
中国地质大学（武汉）信息工程学院
广义数字化：泛指将信息转化为计算机能接收的 形式的过程； 狭义数字化：将地图/影像转变为符合要求的矢量 数据结构的过程。 手扶跟踪数字化 地图/影像数字化 扫描数字化
16
（1）手扶跟踪数字化
中国地质大学（武汉）信息工程学院
借助计算机和平板状数字化仪，从已有纸质地图 上进行重采样，并形成数字化的坐标点列数据的 过程。包括以下三步：
45
12
中国地质大学（武汉）信息工程学院
（2）传感器：接收从目标反射和辐射过来的电磁波 信号的装置； （3）遥感平台：搭载传感器的载体。
13
图1. 遥感数据流程图
中国地质大学（武汉）信息工程学院
传感器数据采 集
物体的电磁波 特性
影响因子
数据处理
应用
电 磁 能 量 （ ）
太阳位置 大气状态 气象 季节 地表状态 传感器性能 传感器位置
是
高精度扫 描目标区 域 拍摄照片 是否扫描 完毕 否
外业测量结束
搬站，回到第 一步
点云数据
点云数据
颜色数据 32
• （2）内业处理
噪 声 去 除
采 样
生 成 网 格
生 成 轮 廓
构 造 格 栅
曲 面 拟 合
纹 理 映 射
建 模 完 成
点云数据
三角网格数据
光滑 曲面
带颜色信息的 光滑曲面