地表空間數(shù)字模擬理論方法及應(yīng)用

前言

　　如何從信息加工處理的角度對(duì)地表空間數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)的可視化過(guò)程（地理空間信息處理過(guò)程）進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿枋?，能否以現(xiàn)有的關(guān)于人類視覺(jué)、思維、理解等的研究成果為基礎(chǔ)來(lái)探討地理空間信息處理的過(guò)程，一直是困擾作者多年的問(wèn)題。眾所周知，人眼可看做是一個(gè)進(jìn)行信息獲取的傳感器，而人的大腦則是一個(gè)精巧的空間信息處理系統(tǒng)。人的雙眼得到的關(guān)于周?chē)h(huán)境（物空間）的信息通過(guò)大腦的處理后，最終在大腦里形成了一個(gè)與周?chē)h(huán)境相對(duì)應(yīng)的“立體像”，即像空間。由于周?chē)h(huán)境處于一個(gè)3維空間之中，因此大腦中的“立體像”也應(yīng)在一個(gè)（虛擬）3維空間之中。換言之，人眼和大腦完成了從物空間到像空間的空間變換。地理空間信息處理過(guò)程類似于人眼和大腦的處理過(guò)程?；诳臻g變換的觀點(diǎn)，本書(shū)從信息加工的思路出發(fā)，對(duì)地表反射、遙感輻射傳輸、遙感傳感器響應(yīng)、數(shù)據(jù)處理及3維可視化進(jìn)行了探討，并采用計(jì)算機(jī)數(shù)字模擬技術(shù)對(duì)其中的若干處理進(jìn)行了定量分析和實(shí)驗(yàn)，是對(duì)前述問(wèn)題的思考、探索和實(shí)驗(yàn)的總結(jié)整理，希望能對(duì)相關(guān)研究工作的進(jìn)行有所幫助?！　恼J(rèn)知科學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，從真實(shí)地球到數(shù)字地球是一個(gè)信息處理與認(rèn)知的計(jì)算機(jī)模擬過(guò)程，它涉及地表信息的獲取、加工處理、存儲(chǔ)、傳輸與表達(dá)等方面的理論和技術(shù)，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本書(shū)則主要從數(shù)字模擬的角度出發(fā)，從定量化、定位化和可視化方面對(duì)基于遙感技術(shù)的地表空間數(shù)據(jù)獲取及空間數(shù)據(jù)表達(dá)進(jìn)行了研究探討，進(jìn)而以遙感信息加工處理為基礎(chǔ)，研究利用數(shù)字模擬技術(shù)在計(jì)算機(jī)中建立一個(gè)可視、定位、定量的地表空間虛擬環(huán)境，并開(kāi)發(fā)了基于空間信息的真3維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。

內(nèi)容概要

本書(shū)主要從數(shù)字模擬的角度出發(fā)，從定量化、定位化和可視化方面對(duì)基于遙感技術(shù)的地表空問(wèn)數(shù)據(jù)獲取及空問(wèn)數(shù)據(jù)表達(dá)進(jìn)行了研究探討，進(jìn)而以遙感信息加工處理為基礎(chǔ)，研究利用數(shù)字模擬技術(shù)在計(jì)算機(jī)中建立一個(gè)可視、定位、定量的地表空間虛擬環(huán)境，并開(kāi)發(fā)了基于空間信息的真3維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。為反映近年來(lái)測(cè)繪遙感數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，特別是位置姿態(tài)傳感器POS技術(shù)、激光掃描測(cè)量技術(shù)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，本書(shū)結(jié)合作者的科研實(shí)踐活動(dòng)，還介紹了用于城市3維街景空間數(shù)據(jù)快速獲取的車(chē)載多傳感器集成直接定位測(cè)量系統(tǒng)的相關(guān)理論技術(shù)、方法與應(yīng)用。

作者簡(jiǎn)介

葉澤田，博士、研究員、博士生導(dǎo)師。研究方向?yàn)閿?shù)字?jǐn)z影測(cè)量、定量遙感、3維虛擬現(xiàn)實(shí)等，目前主要從事攝影測(cè)量與遙感方面的理論、方法、技術(shù)研究及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作。
    先后主持和參與10余項(xiàng)國(guó)家級(jí)、省部級(jí)的重點(diǎn)科研項(xiàng)目，橫向委托開(kāi)發(fā)項(xiàng)目和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項(xiàng)目；其中主要有航空攝影影像質(zhì)量控制研究、DIPNET遙感制圖圖像處理系統(tǒng)研制、地物頻譜信息提取原理和方法探討研究、利用遙感數(shù)據(jù)快速更新地圖數(shù)據(jù)研究、彩色掃描儀與彩色3維正射影像庫(kù)研究、數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)體系關(guān)鍵技術(shù)集成及產(chǎn)業(yè)化研究、地學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)研究等。在《測(cè)繪學(xué)報(bào)》、《遙感學(xué)報(bào)》、《武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)》(原《武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)》)等刊物上發(fā)表論文20余篇。目前正主持國(guó)家“863”課題“車(chē)載多傳感器集成關(guān)鍵技術(shù)研究”，并進(jìn)行車(chē)載3維數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)工作。

書(shū)籍目錄

第1章　概述　1.1研究背景　1.2國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展　1.3地表空間數(shù)字模擬技術(shù)簡(jiǎn)介第2章　計(jì)算機(jī)模擬與空間變換的理論基礎(chǔ)　2.1計(jì)算機(jī)模擬　2.2地表空間與視像空間　2.3  空間變換第3章　大氣效應(yīng)與遙感圖像模擬　3.1從空問(wèn)信息變換的角度看遙感成像　3.2遙感成像過(guò)程與大氣效應(yīng)　3.3遙感輻射傳輸模型　3.4遙感圖像模擬的原理與方法　3.5遙感圖像模擬的實(shí)驗(yàn)與分析第4章　地物波譜與傳感器性能的數(shù)字模擬　4.1地物波譜的概念　4.2地表反射率與地物反射光譜特性　4.3傳感器性能　4.4傳感器光譜性能的數(shù)字模擬　4.5傳感器光譜性能模擬的實(shí)驗(yàn)與分析第5章　地物反射模型與視角輻射誤差改正　5.1電磁輻射的定量描述　5.2地物反射的理論模型　5.3視角輻射誤差改正　5.4視角輻射誤差改正的實(shí)驗(yàn)與分析第6章　幾何空間變換與幾何數(shù)據(jù)模型　6.1幾何空問(wèn)變換的概念　6.2幾何空間數(shù)據(jù)模型　6.3數(shù)字地面模型　6.4基于影像相關(guān)生成數(shù)字高程模型時(shí)粗差的處理第7章　空間數(shù)據(jù)的立體測(cè)量模型與正射投影表達(dá)　7.1空間數(shù)據(jù)的立體測(cè)量模型　7.2空間數(shù)據(jù)的表達(dá)模型　7.3地表地形的正射投影表達(dá)第8章　地表空間的虛擬現(xiàn)實(shí)表達(dá)　8.1地表空間的表達(dá)模型　8.2地圖投影與幾何投影　8.3地表空間模擬與虛擬現(xiàn)實(shí)　8.4基于數(shù)字模擬技術(shù)的地表空間重建　8.5空間信息3維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)第9章　車(chē)載多傳感器集成3維空間數(shù)據(jù)獲取與處理系統(tǒng)　9.1位置姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)　9.2激光掃描測(cè)量系統(tǒng)　9.3多傳感器集成與數(shù)據(jù)融合　9.4車(chē)載式遙感數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)在城市3維街景建立中的應(yīng)用參考文獻(xiàn)致謝

章節(jié)摘錄

　　表象既具有直觀性，又具有概括性。從表象的直觀性看，它接近于知覺(jué)；從表象的概括性看，它接近于思維。表象的這種雙重特性使它很可能成為從感知到思維的過(guò)渡和橋梁。從生理機(jī)制上看，表象是在人腦中由于刺激痕跡的再現(xiàn)而產(chǎn)生的。現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)從信息論的觀點(diǎn)論證了這種痕跡的保存就是信息的儲(chǔ)存。這種痕跡即為人腦中的信息，可以對(duì)其進(jìn)行編碼和加工處理?！　　?.2 地表空間與視像空間　　人類視覺(jué)告訴我們的是形狀、空問(wèn)及空間位型。深刻理解空間的概念對(duì)進(jìn)行可視化研究，尤其對(duì)空間數(shù)據(jù)的可視化研究是非常重要的?！　?.2.1 空問(wèn)與地表空間　　我國(guó)紅外及遙感專家匡定波院士認(rèn)為，空間不僅戰(zhàn)略地位重要，而且空間本身也是一種資源。在信息領(lǐng)域中，信息獲取與處理技術(shù)的主要戰(zhàn)略目標(biāo)就是圍繞監(jiān)視空間、利用空間的需要，發(fā)展并提供新的信息獲取與信息處理手段。信息技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)就是不斷擴(kuò)展人類的信息器官和思維器官的功能。信息獲取與處理技術(shù)的發(fā)展，使人類對(duì)于外部世界看得遠(yuǎn)（超視距本領(lǐng)）、看得清（空間分辨、光譜分辨和立體分辨本領(lǐng)）、不受阻擋（穿透云霧或物體本領(lǐng)）、看得明白（理解本領(lǐng)），把人類獲取外界信息的能力提高到空前的高度（郭華東等，2000）。

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