地物光谱测量的意义

5.2.1　数据获取

空间数据获取是地理信息系统建设首先要进行的工作，它可以有多种实现方式，包括数据转换、遥感数据处理以及数字测量，等等。其中已有地图的数字化录入，是目前被广泛采用的手段，也是最耗费人力资源的工作。在GIS中，录入的内容包括空间信息和非空间信息，前者是录入的主体。目前，空间信息的录入主要有两种方式，即手扶跟踪数字化和扫描矢量化。

空间数据采集与输入子系统是将现有地图、外业观测成果、航空像片、遥感数据、文本等资料进行加工、整理、信息提取、编码、转换成GIS能够接收和表达的数据。许多计算机操纵的工具都可用于输入。例如人机交互终端、数字化仪、扫描仪、数字摄影测量仪器、磁带机、CD-ROM和磁盘等。针对不同的仪器设备，系统配备相应的软件，保证将得到的数据转换后进入到地理数据库中。

1.手扶跟踪数字化

尽管手扶跟踪数字化MD(manual digitising)工作量非常繁重，但是它仍然是目前最为广泛采用的将已有地图数字化的手段。利用手扶跟踪数字化仪可以输入点地物、线地物以及多边形边界的坐标，其具体的输入方式与地理信息系统软件的实现有关。另外，一些GIS系统也支持用数字化仪输入非空间信息，如等高线的高度，地物的编码数值，等等。通常，数字化仪采用两种数字化方式，即点方式(point mode)和流方式(stream mode)。目前大多数系统采取两种采样原则，即距离流方式(distance stream)和时间流方式(time stream)。

2.扫描矢量化以及处理流程

随着计算机软件和硬件更加便宜，并且提供了更多的功能，空间数据获取成本成为GIS项目中最主要的部分，扫描技术的出现无疑为空间数据录入提供了有力的工具。

由于扫描仪扫描幅面一般小于地图幅面，因此大的纸地图需先分块扫描，然后进行相邻图对接，最后把这些矢量化的矩形图块合成为一个完整的矢量电子地图，并进行修改、标注、计算等编辑处理。

在扫描后处理中，矢量化可以自动进行，但是扫描地图中包含多种信息，系统难以自动识别分辨(例如，在一幅地形图中，有等高线、道路、河流等多种线地物，尽管不同地物有不同的线型、颜色，但是对于计算机系统而言，仍然难以对它们进行自动区分)，这使得完全自动矢量化的结果不那么“可靠”，所以在实际应用中，常常采用交互跟踪矢量化，或者称为半自动矢量化。

3.从遥感影像获取数据

遥感卫星影像在过去20多年间在空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率上已经有了很大的提高。空间分辨率指影像上所能看到的地面最小目标尺寸，从遥感形成之初的80m，已提高到10m，5m，乃至1m，军用甚至可达到10cm。光谱分辨率指成像的波段范围，分得愈细，波段愈多，光谱分辨率就愈高;现在的技术可以达到5～6nm(纳米)量级，400多个波段。细分光谱可以提高和识别目标性质和组成成分的能力。时间分辨率指重访周期的长短，目前一般对地观测卫星为15～25d的重访周期。通过发射合理分布的卫星星座，高分辨率卫星遥感图像在将可以优于1m的空间分辨率，每隔3～5d为人类提供反映城市动态变化的详实数据。同时，为了获取同轨立体像对，还能在沿轨方向上前视和后视成像，形成无明显时间差的立体覆盖。

4.航空数字摄影测量

数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像技术、影像匹配、模式识别等多学科的理论和方法，提取所摄对象用数字方式表达的几何与纹理信息。利用航空摄影测量影像能够得到地面高程信息、纹理数据以及拓扑信息，对有明显轮廓的人工地物能提供很高的三维重建精度，它是目前城市三维信息获取最主要的手段之一。

5.激光扫描系统(LIDAR)

激光扫描技术分为机/空载激光扫描系统和地面扫描系统两个方向。机载LIDAR集激光测距仪、GPS全球定位系统、惯性导航系统(INS)于一体，广泛地应用于地球科学领域。机载LIDAR系统进行航拍时，由全球定位系统确定传感器的空间位置(经纬度)，由惯性导航系统(INS)测量飞机的仰俯角、侧滚角和航向角，由激光测距仪直接测量地形。由于LIDAR集合了惯性导航系统和GPS全球定位系统，可同时确定传感器的位置和方向，获得地表的数据，从而自动、快速获取地学编码影像和大比例尺的三维高程图。地面激光扫描仪可用于工程测量、地形测量、虚拟现实和模拟可视化、施工监测等诸多领域。由于能够直接获取被测目标的三维空间数据并同时获取影像信息，激光扫描仪在作业速度、灵活性以及精度方面，相对于其他三维重建方法有着无可比拟的优势。

6.低空无人机遥感技术

20世纪90年代后期，无人航空飞行器作为一种新型的飞机平台，性能不断提高。该系统是一种新型的低空高分辨率遥感影像数据快速获取系统。获取城市精细三维数据需要遥感传感器具有倾斜摄影能力，才能用于提取人工地物的纹理和高度信息。这种技术目前还有很多限制，主要是:超低空飞行虽然可以获得极高分辨率的影像，但覆盖范围小，同时可能会因为人工地物遮挡发生危险。

7.车载移动测绘系统

车载移动测绘系统是一个基于多传感器与多技术集成的综合系统。典型的车载移动系统包括绝对定位传感器(GPS)和自包含内部定位传感器(INS);数据采集传感器(CCD相机)。集成的车载测绘系统，可用于车辆导航，公路及铁路等道路网测绘，人工地物测绘，机动交通监测等多种领域。目前移动测绘系统还处于研究阶段，距广泛应用还有差距，很多相关技术还有待完善，设备也很昂贵。但该技术是一种高度自动化、集成化的数据获取方式，非常具有前景。

8.近景摄影测量

近景摄影测量具有较高的精度，一般采用交向摄影，由不同的角度和方向摄取地物的多幅影像实现整个物体表面的立体覆盖。因此近景摄影测量一般应用于单个地物的三维数据获取，尤其是复杂地物特征。古迹维护、数字遗产构建是其应用的重要领域。

9.雷达干涉测量技术(INSAR)

“干涉”的概念来源于物理和光学领域，利用来自两个不同的相干光源的相位差，可以进行高精度的测距。相干雷达(INSAR)就是利用SAR在平行轨道上对同一地区获取两幅(或两幅以上)单视复数影像来形成干涉，利用从雷达复影像数据衍生出来的相位信息提取地表高程、地表变化及土地利用等信息，从而服务于高精度的地形测绘和形变监测等。