时空数据技术导论与应用实践

目录
前言
第1章 时空数据概述 001
1.1 时空数据基本概念 001
1.2 数据的时空特征 003
1.2.1 空间特征 004
1.2.2 时间特征 008
1.3 时空归一化 010
1.3.1 时空元数据 010
1.3.2 时空基准统一 012
1.3.3 时空大数据融合 015
1.4 时空数据模型 017
1.4.1 时空数据组织 017
1.4.2 时态版本 018
1.4.3 时空数据传统模型 019
1.5 空间信息系统耦合 028
1.5.1 遥感与地理信息系统 028
1.5.2 全球导航卫星系统与遥感 032
1.5.3 地理信息系统与全球导航卫星系统 033
1.6 时空数据的多尺度融合 034
参考文献 036
第2章 时空系统地理数据 038
2.1 地理空间信息 038
2.1.1 数据和信息 038
2.1.2 地理空间数据和地理空间信息 039
2.1.3 地理空间信息类型 040
2.2 地理实体 041
2.2.1 地理实体定义 041
2.2.2 地理实体抽象 042
2.3 时空数据地理描述 044
2.3.1 几何描述 044
2.3.2 属性描述 045
2.3.3 空间关系描述 045
2.4 坐标系统 046
2.4.1 地理坐标系统 046
2.4.2 地图投影 047
2.5 空间尺度 051
2.5.1 空间尺度的概念 051
2.5.2 比例尺 052
2.5.3 分辨率 052
2.6 空间关系 053
2.6.1 拓扑空间关系 053
2.6.2 顺序空间关系 055
2.6.3 度量空间关系 055
参考文献 055
第3章 时空数据结构与管理 057
3.1 时空数据基础模型 057
3.1.1 地理空间数据模型 057
3.1.2 概念数据模型 059
3.1.3 逻辑数据模型 061
3.2 矢量数据 063
3.2.1 简单要素和空间关系 063
3.2.2 地理关系数据模型 066
3.2.3 基于对象的数据模型 069
3.3 栅格数据 072
3.3.1 栅格数据模型要素 072
3.3.2 栅格数据结构 074
3.3.3 栅格数据模型文件 077
3.4 一体化数据结构 078
3.4.1 一体化数据结构的概念 078
3.4.2 一体化数据结构的表示方法 079
3.4.3 一体化数据结构的设计 083
3.5 时空数据库 087
3.5.1 时空数据库的数据组织 087
3.5.2 时空数据库的功能分析 087
3.5.3 时空数据库的应用设计 088
参考文献 089
第4章 时空信息系统空间分析 092
4.1 空间分析基本功能 092
4.2 缓冲区分析 093
4.3 叠加分析 094
4.3.1 矢量数据叠加分析 094
4.3.2 栅格数据叠加分析 098
4.3.3 一体化融合 100
4.4 邻域分析 101
4.4.1 邻域分析方法 101
4.4.2 邻域分析三要素 101
4.4.3 邻域分析的应用 102
4.5 空间插值 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 网络分析 112
4.6.1 基本概念 112
4.6.2 网络分析类型 113
4.6.3 网络分析方法 115
参考文献 119
第5章 时空信息系统光谱分析 121
5.1 电磁辐射 121
5.1.1 辐射光谱学的基本物理量 123
5.1.2 辐射光谱学的基本定律和计算关系 124
5.2 大气传输特性 130
5.3 反射光谱 134
5.3.1 植被 135
5.3.2 城市 136
5.3.3 水体 138
5.3.4 土壤 138
5.4 遥感大数据 140
参考文献 142
第6章 时空遥感数据应用 143
6.1 遥感数据的预处理 143
6.1.1 图像立方体 143
6.1.2 高光谱成像数据的辐射校正 146
6.1.3 高光谱成像数据的几何校正 149
6.1.4 高光谱成像数据的大气校正 157
6.1.5 高光谱成像数据的分级输出 160
6.2 高光谱遥感数据处理 161
6.2.1 光谱特征吸收参数 162
6.2.2 遥感光谱分析技术 165
6.2.3 光谱匹配与光谱相似性 166
6.2.4 混合像元分解 169
6.2.5 光谱空间变换 171
6.2.6 图像分类 172
6.3 光谱遥感图像融合 173
6.3.1 多光谱图像特点 173
6.3.2 基于对应分析的图像融合方法 174
参考文献 191
第7章 时空定位测姿应用 193
7.1 高精度时空解算 193
7.1.1 GNSS时空系统 193
7.1.2 卫星位置计算 194
7.2 多接收天线观测模型 195
7.2.1 多接收天线双差模型 195
7.2.2 多接收天线观测量组合模型 197
7.3 多接收天线卡尔曼滤波模型 199
7.4 实时动态差分定位 203
7.4.1 实时动态差分基本原理 203
7.4.2 实时动态差分快速定位 204
7.4.3 基带频率间跟踪 205
7.4.4 半周模糊度的固定 205
7.4.5 实时动态差分定位误差分析 206
7.5 载波相位测姿 208
7.5.1 载波相位测姿基本原理 208
7.5.2 载波相位姿态快速测量 209
7.5.3 载波相位姿态测量的误差分析 210
7.6 坐标系转换及姿态角定义 211
7.6.1 坐标系定义 211
7.6.2 姿态角的定义 212
7.6.3 坐标系之间的转换 213
7.6.4 姿态测量系统的测姿流程 215
参考文献 216
第8章 时空协作定位应用 218
8.1 时空协作定位原理 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 贝叶斯分布式时空协作定位 223
8.2 非序贯、分布式、贝叶斯时空协作定位 223
8.2.1 因子图与消息传递 223
8.2.2 消息传递时空协作定位 226
8.2.3 高斯置信度传播与更新 231
8.2.4 统计线性化 236
8.2.5 算法流程 238
8.2.6 算法仿真 239
8.3 序贯、分布式、贝叶斯协作方法 244
8.3.1 集中式序贯定位 244
8.3.2 基于分布式MMSE滤波的序贯时空协作定位 248
8.3.3 算法仿真与比较 258
8.4 引理 1的证明 261
8.5 引理 2的证明 265
参考文献 266
第9章 视觉时空建模应用 268
9.1 视觉SLAM技术 268
9.1.1 视觉SLAM技术的分类与基本框架 268
9.1.2 单目LSDSLAM算法 269
9.2 运动恢复结构三维场景构建 273
9.2.1 SFM技术的基本原理 274
9.2.2 SFM技术的实际表现 280
9.3 三维激光成像系统及设备参数分析 281
9.3.1 三维激光扫描系统 281
9.3.2 激光雷达设备简介 282
9.4 三维激光建模及点云的处理 283
9.4.1 精度的分析 283
9.4.2 数据的采集 285
9.5 激光点云数据的拼接与KD树的构建 286
9.6 点云预处理策略的提出 289
9.7 视觉与激光点云配准算法的提出 292
9.8 基于惯性导航的视觉点云尺度估计方法研究 300
9.9 坐标系的建立及高度测量、定位方法的提出 304
9.10 实验步骤及结果的分析 307
参考文献 312
第10章 生态监测时空应用 314
10.1 长江河口崇明生态岛时空动态 314
10.2 长江河口崇明生态岛自然概况 315
10.2.1 地质地貌 315
10.2.2 气候水文 315
10.2.3 土壤植被 315
10.3 基于遥感时空数据的崇明岛生态用地高精准调查 316
10.4 遥感智能解译方法 317
10.4.1 数据源选择与预处理 317
10.4.2 遥感辐射与几何校正 319
10.4.3 图像镶嵌与融合 320
10.5 遥感分类与信息提取 321
10.5.1 *大似然法监督分类 321
10.5.2 面向对象统计 322
10.5.3 精度检查 322
10.6 崇明岛生态用地现状 322
10.6.1 遥感分类结果 322
10.6.2 土地利用构成 324
10.7 崇明岛生态用地变化 325
10.7.1 土地利用类型变化 325
10.7.2 湿地类型变化 325
10.8 潮滩地形监测 326
10.8.1 研究区域 326
10.8.2 地面三维激光扫描系统数据获取与处理 327
10.8.3 地形构建 334
10.9 盐沼潮滩表层模型构建及冲淤演变分析 336
10.9.1 盐沼潮滩表层模型构建 336
10.9.2 冲淤演变分析 337
参考文献 339
第11章 城市土地时空应用 340
11.1 模型构建 340
11.2 土地利用优化模型的发展 340
11.3 多目标城市土地利用时空优化模型 342
11.3.1 经济优化目标 344
11.3.2 生态优化目标 345
11.3.3 空间优化目标 347
11.4 土地利用时空动态优化 350
11.4.1 动态变化度 351
11.4.2 时间序列动态分配子模型 355
参考文献 355
第12章 GNSSR时空探测应用 357
12.1 GNSSR几何关系 357
12.2 GNSSR信号特性 358
12.2.1 电磁波的概念 359
12.2.2 电磁波的反射 360
12.2.3 电磁波的极化 361
12.2.4 反射系数 363
12.3 土壤湿度的表示和测量方法 365
12.3.1 土壤湿度的表示 365
12.3.2 土壤湿度常用测量方法 366
12.4 双天线测土壤湿度 367
12.4.1 双天线系统 368
12.4.2 双天线模型原理 368
12.5 单天线测土壤湿度 371
12.5.1 干涉条件 371
12.5.2 干涉信号理论 372
12.5.3 信噪比 374
12.6 土壤探测深度 376
12.6.1 电磁波穿透能力 376
12.6.2 Lomb