時空數據技術導論與應用實踐

目錄
前言
第1章 時空數據概述 001
1.1 時空數據基本概念 001
1.2 數據的時空特征 003
1.2.1 空間特征 004
1.2.2 時間特征 008
1.3 時空歸一化 010
1.3.1 時空元數據 010
1.3.2 時空基準統(tǒng)一 012
1.3.3 時空大數據融合 015
1.4 時空數據模型 017
1.4.1 時空數據組織 017
1.4.2 時態(tài)版本 018
1.4.3 時空數據傳統(tǒng)模型 019
1.5 空間信息系統(tǒng)耦合 028
1.5.1 遙感與地理信息系統(tǒng) 028
1.5.2 全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)與遙感 032
1.5.3 地理信息系統(tǒng)與全球導航衛(wèi)星系統(tǒng) 033
1.6 時空數據的多尺度融合 034
參考文獻 036
第2章 時空系統(tǒng)地理數據 038
2.1 地理空間信息 038
2.1.1 數據和信息 038
2.1.2 地理空間數據和地理空間信息 039
2.1.3 地理空間信息類型 040
2.2 地理實體 041
2.2.1 地理實體定義 041
2.2.2 地理實體抽象 042
2.3 時空數據地理描述 044
2.3.1 幾何描述 044
2.3.2 屬性描述 045
2.3.3 空間關系描述 045
2.4 坐標系統(tǒng) 046
2.4.1 地理坐標系統(tǒng) 046
2.4.2 地圖投影 047
2.5 空間尺度 051
2.5.1 空間尺度的概念 051
2.5.2 比例尺 052
2.5.3 分辨率 052
2.6 空間關系 053
2.6.1 拓撲空間關系 053
2.6.2 順序空間關系 055
2.6.3 度量空間關系 055
參考文獻 055
第3章 時空數據結構與管理 057
3.1 時空數據基礎模型 057
3.1.1 地理空間數據模型 057
3.1.2 概念數據模型 059
3.1.3 邏輯數據模型 061
3.2 矢量數據 063
3.2.1 簡單要素和空間關系 063
3.2.2 地理關系數據模型 066
3.2.3 基于對象的數據模型 069
3.3 柵格數據 072
3.3.1 柵格數據模型要素 072
3.3.2 柵格數據結構 074
3.3.3 柵格數據模型文件 077
3.4 一體化數據結構 078
3.4.1 一體化數據結構的概念 078
3.4.2 一體化數據結構的表示方法 079
3.4.3 一體化數據結構的設計 083
3.5 時空數據庫 087
3.5.1 時空數據庫的數據組織 087
3.5.2 時空數據庫的功能分析 087
3.5.3 時空數據庫的應用設計 088
參考文獻 089
第4章 時空信息系統(tǒng)空間分析 092
4.1 空間分析基本功能 092
4.2 緩沖區(qū)分析 093
4.3 疊加分析 094
4.3.1 矢量數據疊加分析 094
4.3.2 柵格數據疊加分析 098
4.3.3 一體化融合 100
4.4 鄰域分析 101
4.4.1 鄰域分析方法 101
4.4.2 鄰域分析三要素 101
4.4.3 鄰域分析的應用 102
4.5 空間插值 105
4.5.1 基本概念 105
4.5.2 全域插值方法 106
4.5.3 局部插值方法 109
4.6 網絡分析 112
4.6.1 基本概念 112
4.6.2 網絡分析類型 113
4.6.3 網絡分析方法 115
參考文獻 119
第5章 時空信息系統(tǒng)光譜分析 121
5.1 電磁輻射 121
5.1.1 輻射光譜學的基本物理量 123
5.1.2 輻射光譜學的基本定律和計算關系 124
5.2 大氣傳輸特性 130
5.3 反射光譜 134
5.3.1 植被 135
5.3.2 城市 136
5.3.3 水體 138
5.3.4 土壤 138
5.4 遙感大數據 140
參考文獻 142
第6章 時空遙感數據應用 143
6.1 遙感數據的預處理 143
6.1.1 圖像立方體 143
6.1.2 高光譜成像數據的輻射校正 146
6.1.3 高光譜成像數據的幾何校正 149
6.1.4 高光譜成像數據的大氣校正 157
6.1.5 高光譜成像數據的分級輸出 160
6.2 高光譜遙感數據處理 161
6.2.1 光譜特征吸收參數 162
6.2.2 遙感光譜分析技術 165
6.2.3 光譜匹配與光譜相似性 166
6.2.4 混合像元分解 169
6.2.5 光譜空間變換 171
6.2.6 圖像分類 172
6.3 光譜遙感圖像融合 173
6.3.1 多光譜圖像特點 173
6.3.2 基于對應分析的圖像融合方法 174
參考文獻 191
第7章 時空定位測姿應用 193
7.1 高精度時空解算 193
7.1.1 GNSS時空系統(tǒng) 193
7.1.2 衛(wèi)星位置計算 194
7.2 多接收天線觀測模型 195
7.2.1 多接收天線雙差模型 195
7.2.2 多接收天線觀測量組合模型 197
7.3 多接收天線卡爾曼濾波模型 199
7.4 實時動態(tài)差分定位 203
7.4.1 實時動態(tài)差分基本原理 203
7.4.2 實時動態(tài)差分快速定位 204
7.4.3 基帶頻率間跟蹤 205
7.4.4 半周模糊度的固定 205
7.4.5 實時動態(tài)差分定位誤差分析 206
7.5 載波相位測姿 208
7.5.1 載波相位測姿基本原理 208
7.5.2 載波相位姿態(tài)快速測量 209
7.5.3 載波相位姿態(tài)測量的誤差分析 210
7.6 坐標系轉換及姿態(tài)角定義 211
7.6.1 坐標系定義 211
7.6.2 姿態(tài)角的定義 212
7.6.3 坐標系之間的轉換 213
7.6.4 姿態(tài)測量系統(tǒng)的測姿流程 215
參考文獻 216
第8章 時空協(xié)作定位應用 218
8.1 時空協(xié)作定位原理 218
8.1.1 基本原理及要素 219
8.1.2 定位解算方法概述 221
8.1.3 貝葉斯分布式時空協(xié)作定位 223
8.2 非序貫、分布式、貝葉斯時空協(xié)作定位 223
8.2.1 因子圖與消息傳遞 223
8.2.2 消息傳遞時空協(xié)作定位 226
8.2.3 高斯置信度傳播與更新 231
8.2.4 統(tǒng)計線性化 236
8.2.5 算法流程 238
8.2.6 算法仿真 239
8.3 序貫、分布式、貝葉斯協(xié)作方法 244
8.3.1 集中式序貫定位 244
8.3.2 基于分布式MMSE濾波的序貫時空協(xié)作定位 248
8.3.3 算法仿真與比較 258
8.4 引理 1的證明 261
8.5 引理 2的證明 265
參考文獻 266
第9章 視覺時空建模應用 268
9.1 視覺SLAM技術 268
9.1.1 視覺SLAM技術的分類與基本框架 268
9.1.2 單目LSDSLAM算法 269
9.2 運動恢復結構三維場景構建 273
9.2.1 SFM技術的基本原理 274
9.2.2 SFM技術的實際表現 280
9.3 三維激光成像系統(tǒng)及設備參數分析 281
9.3.1 三維激光掃描系統(tǒng) 281
9.3.2 激光雷達設備簡介 282
9.4 三維激光建模及點云的處理 283
9.4.1 精度的分析 283
9.4.2 數據的采集 285
9.5 激光點云數據的拼接與KD樹的構建 286
9.6 點云預處理策略的提出 289
9.7 視覺與激光點云配準算法的提出 292
9.8 基于慣性導航的視覺點云尺度估計方法研究 300
9.9 坐標系的建立及高度測量、定位方法的提出 304
9.10 實驗步驟及結果的分析 307
參考文獻 312
第10章 生態(tài)監(jiān)測時空應用 314
10.1 長江河口崇明生態(tài)島時空動態(tài) 314
10.2 長江河口崇明生態(tài)島自然概況 315
10.2.1 地質地貌 315
10.2.2 氣候水文 315
10.2.3 土壤植被 315
10.3 基于遙感時空數據的崇明島生態(tài)用地高精準調查 316
10.4 遙感智能解譯方法 317
10.4.1 數據源選擇與預處理 317
10.4.2 遙感輻射與幾何校正 319
10.4.3 圖像鑲嵌與融合 320
10.5 遙感分類與信息提取 321
10.5.1 *大似然法監(jiān)督分類 321
10.5.2 面向對象統(tǒng)計 322
10.5.3 精度檢查 322
10.6 崇明島生態(tài)用地現狀 322
10.6.1 遙感分類結果 322
10.6.2 土地利用構成 324
10.7 崇明島生態(tài)用地變化 325
10.7.1 土地利用類型變化 325
10.7.2 濕地類型變化 325
10.8 潮灘地形監(jiān)測 326
10.8.1 研究區(qū)域 326
10.8.2 地面三維激光掃描系統(tǒng)數據獲取與處理 327
10.8.3 地形構建 334
10.9 鹽沼潮灘表層模型構建及沖淤演變分析 336
10.9.1 鹽沼潮灘表層模型構建 336
10.9.2 沖淤演變分析 337
參考文獻 339
第11章 城市土地時空應用 340
11.1 模型構建 340
11.2 土地利用優(yōu)化模型的發(fā)展 340
11.3 多目標城市土地利用時空優(yōu)化模型 342
11.3.1 經濟優(yōu)化目標 344
11.3.2 生態(tài)優(yōu)化目標 345
11.3.3 空間優(yōu)化目標 347
11.4 土地利用時空動態(tài)優(yōu)化 350
11.4.1 動態(tài)變化度 351
11.4.2 時間序列動態(tài)分配子模型 355
參考文獻 355
第12章 GNSSR時空探測應用 357
12.1 GNSSR幾何關系 357
12.2 GNSSR信號特性 358
12.2.1 電磁波的概念 359
12.2.2 電磁波的反射 360
12.2.3 電磁波的極化 361
12.2.4 反射系數 363
12.3 土壤濕度的表示和測量方法 365
12.3.1 土壤濕度的表示 365
12.3.2 土壤濕度常用測量方法 366
12.4 雙天線測土壤濕度 367
12.4.1 雙天線系統(tǒng) 368
12.4.2 雙天線模型原理 368
12.5 單天線測土壤濕度 371
12.5.1 干涉條件 371
12.5.2 干涉信號理論 372
12.5.3 信噪比 374
12.6 土壤探測深度 376
12.6.1 電磁波穿透能力 376
12.6.2 Lomb