1.地理信息系統(tǒng)與遙感的結(jié)合

　

　　地理信息系統(tǒng)（GIS）是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，對(duì)空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、請(qǐng)注意作、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來(lái)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。

　　地理信息系統(tǒng)和遙感是兩個(gè)相互獨(dú)立發(fā)展起來(lái)的技術(shù)領(lǐng)域，但它們存在著密切的關(guān)系，一方面，遙感信息是地理信息系統(tǒng)中重要的信息源；另一方面，遙感調(diào)查中需要利用地理信息系統(tǒng)中的輔助數(shù)據(jù)（包括各種地圖、地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)資料等）來(lái)改善遙感數(shù)據(jù)的分類精度和制圖精度。

 

　　1.1 地理信息系統(tǒng)與遙感結(jié)合的方式

 

　　總的來(lái)說(shuō)，地理信息系統(tǒng)與遙感的結(jié)合主要有兩種方式：

 

　?。?）通過(guò)數(shù)據(jù)接口，使數(shù)據(jù)在彼此獨(dú)立的地理信息系統(tǒng)和遙感圖像分析系統(tǒng)兩者之間交換傳遞。這種結(jié)合是相互獨(dú)立、平行的，它可以將圖像處理后的結(jié)果輸入地理信息系統(tǒng)，同時(shí)也能將地理信息系統(tǒng)空間分析的結(jié)果輸入圖像處理軟件，從而實(shí)現(xiàn)信息共享。

 

　?。?）地理信息系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)直接組成一個(gè)完整的綜合系統(tǒng)（集成系統(tǒng)）。它可以分成兩個(gè)層次：

 

　　a.兩個(gè)軟件模塊共用一個(gè)用戶接口，可以實(shí)行柵格-矢量的串行或并行處理。它應(yīng)具備將地理信息系統(tǒng)的矢量數(shù)據(jù)直接進(jìn)行圖像處理、統(tǒng)一不同性質(zhì)數(shù)據(jù)的輸入方式、誤差分析和遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)態(tài)變化模擬的能力。

 

　　b.將地理信息系統(tǒng)和遙感組成一個(gè)統(tǒng)一的綜合體，實(shí)現(xiàn)兩者的真正結(jié)合。這是一個(gè)長(zhǎng)期的目標(biāo)，統(tǒng)一后的系統(tǒng)將具有在層結(jié)構(gòu)中協(xié)調(diào)柵格和矢量數(shù)據(jù)、允許進(jìn)行綜合的空間查詢、進(jìn)行同所謂的基于測(cè)量信息系統(tǒng)的結(jié)合、產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體的綜合模型以及根據(jù)該模型確定相應(yīng)的空間表示法等功能。當(dāng)?shù)乩硇畔⑾到y(tǒng)與遙感的結(jié)合以遙感為主體時(shí)，地理信息系統(tǒng)是作為基本數(shù)據(jù)庫(kù)，用以提供一系列基本數(shù)據(jù)，來(lái)彌補(bǔ)遙感數(shù)據(jù)的不足，提高遙感數(shù)據(jù)的分類精度。這個(gè)基本數(shù)據(jù)庫(kù)一般應(yīng)包括下列兩類數(shù)據(jù)：

 

　　①圖形數(shù)據(jù)庫(kù)：

 

　?。╝）地理基礎(chǔ)要素

 

　　（b）數(shù)字地形模型

 

　?。╟）地名庫(kù)及漢字庫(kù)

 

　　②統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)

 

　?。╝）地球物理場(chǎng)

 

　?。╞）地面觀測(cè)場(chǎng)

 

　?。╟）自然環(huán)境要素

 

　?。╠）社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)

 

　　1.2 遙感調(diào)查中地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用

 

　　在遙感調(diào)查中，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用主要有三個(gè)方面：①遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理；②遙感數(shù)據(jù)分類；③遙感制圖。

 

　　1.2.1 遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理

 

　　在遙感數(shù)據(jù)幾何校正時(shí)，通常是以地理信息系統(tǒng)中的地圖為基準(zhǔn)，通過(guò)選取控制點(diǎn)的方法，對(duì)遙感圖像進(jìn)行幾何校正。此外通過(guò)地圖與遙感圖像的疊置，還可以切割出所需區(qū)域的遙感數(shù)據(jù)。

 

　　遙感數(shù)據(jù)的輻射校正除了校正由于大氣引起的輻射畸變及傳感器引起的輻射畸變外，在地形起伏較大的地區(qū)，為了消除地形對(duì)影像的影響，需要利用地理信息系統(tǒng)中的DEM（數(shù)字高程模型）數(shù)據(jù)對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正。

 

　　1.2.2 遙感數(shù)據(jù)分類

 

　　地理信息系統(tǒng)在遙感數(shù)據(jù)分類中的應(yīng)用主要是利用系統(tǒng)中各種輔助數(shù)據(jù)參與分類，最常用的輔助數(shù)據(jù)是地形數(shù)據(jù)，另外還有土壤、植被、森林等各種專題圖數(shù)據(jù)。

 

　　遙感專家很早就認(rèn)識(shí)到輔助數(shù)據(jù)在遙感圖像分類中的重要性（Campell 1978，Townshend and justice 1981）。在過(guò)去的二十幾年中，已發(fā)展了很多利用輔助數(shù)據(jù)提高分類精度的方法，如Fleming和Hoffer（1979）利用觀察到的土地覆蓋與坡度、坡向、高程的關(guān)系，顯著提高南落基山地區(qū) MSS森林覆蓋制圖精度；Cibula和Nyquist（1987）在利用MSS數(shù)據(jù)對(duì)華盛頓奧林匹克國(guó)家公園進(jìn)行土地覆蓋分類時(shí)，利用地形和氣候數(shù)據(jù)使分類數(shù)從9類增加到21類，總精度達(dá)到91.7％。地理信息系統(tǒng)的發(fā)展使得輔助數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)的結(jié)合更加廣泛和深入。

 

　　輔助數(shù)據(jù)在遙感數(shù)據(jù)分類中的應(yīng)用有幾種方法：

 

　　①輔助數(shù)據(jù)作為邏輯通道和各波段光譜數(shù)據(jù)一起參與分類。這種方法比較簡(jiǎn)單，但由于在監(jiān)督分類中，分類特征必須滿足正態(tài)分布，而大多數(shù)輔助數(shù)據(jù)往往不是正態(tài)分布，因此該方法的應(yīng)用不是很多。

 

　?、趹?yīng)用輔助數(shù)據(jù)分層估計(jì)各地類出現(xiàn)的先驗(yàn)概率。最常用的是根據(jù)DEM數(shù)據(jù)和代表不同地面類別的樣區(qū)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)各主要地物的垂直分布特點(diǎn)，繼而按高程數(shù)據(jù)把研究區(qū)域劃分成若干高程帶，分別對(duì)每一高程帶的遙感影像進(jìn)行分類處理，最后把各高程帶的分類影像疊加，形成整個(gè)研究區(qū)域的分類結(jié)果。如在利用陸地衛(wèi)星 MSS數(shù)據(jù)進(jìn)行湖北省咸寧縣土地利用調(diào)查時(shí)，根據(jù)該縣DEM數(shù)據(jù)和六個(gè)樣區(qū)的地面數(shù)據(jù)，把全縣劃分為五個(gè)高程帶，估計(jì)每個(gè)高程帶中各個(gè)地物類別出現(xiàn)的先驗(yàn)概率，對(duì)五個(gè)高程帶的圖像分別進(jìn)行分類處理，并對(duì)樣區(qū)范圍內(nèi)的整體分類和按高程分層分類的結(jié)果與樣區(qū)實(shí)地類別數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，比較結(jié)果表明，引入高程信息后分類精度有所提高，其中單一類別的平均分類精度提高了7.5％。

 

　?、蹜?yīng)用輔助數(shù)據(jù)對(duì)光譜分類結(jié)果進(jìn)行后處理。遙感圖像上經(jīng)常有異物同譜現(xiàn)象，一些地類從光譜上難以區(qū)分，但它們?cè)诳臻g分布上往往具有不同的特征，因此可以通過(guò)輔助數(shù)據(jù)加以區(qū)分。美國(guó)在利用多時(shí)相AVHRR數(shù)據(jù)進(jìn)行美國(guó)本土的土地覆蓋調(diào)查時(shí)，首先利用非監(jiān)督分類進(jìn)行聚類，得到70個(gè)類別，然后與輔助數(shù)據(jù)（包括高程、生態(tài)區(qū)、無(wú)霜期等）疊置，分析每一類中各個(gè)輔助數(shù)據(jù)的直方圖，對(duì)直方圖中明顯有多于一個(gè)峰值的類別利用輔助數(shù)據(jù)進(jìn)一步分類，最后得出 189個(gè)類別。

 

　　1.2.3 遙感制圖

 

　　地圖是遙感調(diào)查最主要的成果，地圖上除了類型界線外，還需要有行政界線、注記等要素，這些要素往往不能直接從遙感數(shù)據(jù)中得到；另外，一些道路、河流由于分辨率的限制，也不能從遙感數(shù)據(jù)中提取出。為了使分類結(jié)果能以地圖形式輸出，需要采用信息覆合的方法，把地理信息系統(tǒng)中的行政界線、注記等要素疊加到分類結(jié)果圖上，從而形成完整的地圖。

 

　　1.3 遙感圖像判讀專家系統(tǒng)

 

　　在GIS和遙感結(jié)合的領(lǐng)域中，遙感圖像判讀專家系統(tǒng)的發(fā)展十分引人注目。專家系統(tǒng)通常由三個(gè)部分組成：（1）知識(shí)庫(kù)（KBS）；（2）推理機(jī)（INE）；（3）用戶接口（UIS）。遙感圖像判讀專家系統(tǒng)匯集了遙感及有關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)及經(jīng)驗(yàn)，利用計(jì)算機(jī)模擬專家的思維過(guò)程，研究和解決不確定的、經(jīng)驗(yàn)性的問(wèn)題，充分利用GIS中的各種輔助數(shù)據(jù)，從而提高遙感數(shù)據(jù)的分類精度。

 

　　Skidmore（1989）曾利用圖像判讀專家系統(tǒng)進(jìn)行澳大利亞?wèn)|南部桉樹(shù)林分類。根據(jù)地理信息系統(tǒng)中的數(shù)字地形模型導(dǎo)出坡度、坡向和地形位置，并和TM圖像進(jìn)行幾何配準(zhǔn)。根據(jù)當(dāng)?shù)厣止ぷ髡叩慕?jīng)驗(yàn)，建立各種類型桉樹(shù)林與地形之間的關(guān)系，并作為專家系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)。在利用專家系統(tǒng)進(jìn)行分類時(shí)，對(duì)任一個(gè)像元Xi,j是否屬于某一類通過(guò)多個(gè)判據(jù)（evidence）來(lái)檢驗(yàn)。該系統(tǒng)中的判據(jù)包括：根據(jù)非參數(shù)分類得出的各個(gè)類型正確分類的概率、坡度、坡向以及地形位置（即山脊、上中坡、中坡、下中坡、山谷）。

 

　　利用專家系統(tǒng)分類時(shí)，首先選擇一個(gè)判據(jù)（這里首先選擇根據(jù)非參數(shù)分類得出的各個(gè)類型正確分類的概率），計(jì)算P（Ha|Eb），并作為下一證明的后驗(yàn)概率P（Ha），接著計(jì)算下一證據(jù)的概率。利用同樣方法，一直迭代到最后一個(gè)證據(jù)。

 

　　迭代結(jié)果，對(duì)像元Xi,j，每一假設(shè)都有一個(gè)概率值，選最大概率的假設(shè)，以該假設(shè)的類型作為像元類型。

 

　　類-條件概率P（Eb|Ha）（先驗(yàn)概率）即為專家的知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)，在建立專家系統(tǒng)時(shí)已存貯在系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中。

 

　　目前，遙感圖像判讀專家系統(tǒng)在知識(shí)的表示和獲取方面還存在很大困難，還有許多的基礎(chǔ)工作要做。

 

　　2.全球定位系統(tǒng)與遙感的結(jié)合

 

　　全球定位系統(tǒng)，英文為 Navigation Satellite Timing andRanging/Global Position System，簡(jiǎn)稱GPS。它的含義是：導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)時(shí)和測(cè)距/全球定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)是美國(guó)國(guó)防部主持開(kāi)發(fā)的第二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)在大地測(cè)量、工程測(cè)量、城市規(guī)劃、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)與地震預(yù)報(bào)、海洋學(xué)、冰川學(xué)和氣象學(xué)等研究領(lǐng)域顯示出良好的應(yīng)用前景，引起了許多國(guó)家的重視。

 

　　2.1 GPS定位的基本原理

 

　　長(zhǎng)期以來(lái)人類一直在為精確確定目標(biāo)物在地球上以及近地空間中的位置而進(jìn)行不懈的努力。早期解決這一問(wèn)題的主要方法是進(jìn)行天文定位：測(cè)定太陽(yáng)或其他天體的高度角和方位角并記錄觀測(cè)時(shí)間，以確定用戶在該時(shí)刻的經(jīng)緯度以及至某一目標(biāo)的方位角。這種方法的定位精度通常不是很好，而且觀測(cè)還要受氣候條件的限制。

 

　　20世紀(jì)初隨著無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展，各種無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)相繼出現(xiàn)，如歐米伽（Omega）系統(tǒng)、羅蘭C（Loran-C）系統(tǒng)、臺(tái)卡（Tacan）系統(tǒng)和微波著陸系統(tǒng)（MLS）等。無(wú)線電導(dǎo)航定位的基本原理與測(cè)量學(xué)中測(cè)定點(diǎn)位的方法十分相似，現(xiàn)以距離交會(huì)系統(tǒng)為例加以說(shuō)明。設(shè)A和B為兩個(gè)地面無(wú)線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)，其坐標(biāo)已精確測(cè)定。用戶P在某一時(shí)刻ti采用無(wú)線電測(cè)距的方法分別測(cè)得從P點(diǎn)至A、B兩點(diǎn)的距離SAP和SBP，那么只需以A點(diǎn)和B點(diǎn)為圓心，以SAP和SBP為半徑作出兩個(gè)定位圓；即可交會(huì)出P點(diǎn)的平面位置。當(dāng)然兩圓相交一般會(huì)有兩個(gè)交點(diǎn)，但用戶根據(jù)其概略位置通常是不難加以判斷和取舍的。況且為了提高定位的精度和可靠性，已知的無(wú)線電站數(shù)量實(shí)際上往往不止兩個(gè)，此時(shí)就不再存在兩個(gè)解的問(wèn)題。根據(jù)用戶至已知點(diǎn)的間距以及所需的精度，上述解算工作可以近似地在平面上進(jìn)行，也可以在橢球面上進(jìn)行。

 

　　與天文定位相比，無(wú)線電定位無(wú)論是在定位的速度還是在自動(dòng)化程度方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，定位精度也有所改善，而且定位已基本上不受氣候條件的限制。然而地面無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)的作用距離（覆蓋面）和定位精度之間會(huì)產(chǎn)生矛盾。低頻率的無(wú)線電電波可以沿著地球表面?zhèn)鞑?，因而只要具有足夠大的發(fā)射功率信號(hào)就能傳播到很遠(yuǎn)的地方。但長(zhǎng)波信號(hào)的觀測(cè)精度較差而且信號(hào)的傳播路徑又難以準(zhǔn)確確定，再加上信號(hào)需要在稠密的大氣層中長(zhǎng)距離傳播，而用戶又無(wú)法測(cè)定信號(hào)傳播路徑上的氣象因素，因而難以進(jìn)行準(zhǔn)確的氣象改正，所以一些覆蓋面很大的地面無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)的定位精度通常都較低。反之，使用高頻率的信號(hào)雖然可以獲得較高的精度，但這些信號(hào)是沿著直線傳播的，所以覆蓋面很小。于是各個(gè)部門(mén)和單位為了滿足各自的要求相繼建立了各種不同類型的地面無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

 

　　20世紀(jì)60年代，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，各種人造衛(wèi)星相繼升空。于是人們很自然地想到，如果把無(wú)線電信號(hào)發(fā)射機(jī)從地面臺(tái)站搬到衛(wèi)星上組成一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，就能較好地解決覆蓋面與定位精度之間的矛盾。全球定位系統(tǒng)就是一種采用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。如果用戶P在某一時(shí)刻ti用GPS接收機(jī)同時(shí)測(cè)得從接收機(jī)至視場(chǎng)中的三顆GPS衛(wèi)星（A、B、C）的距離SAP、SBP、SCP，而且該時(shí)這些衛(wèi)星在空間的位置也是已知的話，那么我們就能用距離交會(huì)的方法求解P點(diǎn)的三維坐標(biāo)（XP，YP，ZP）。

 

　　2.2 GPS的組成

 

　　GPS由衛(wèi)星部分、地面控制部分和用戶接收機(jī)三部分組成。

 

　　衛(wèi)星部分由分布在 6條軌道上的 24顆 GPS衛(wèi)星組成。每條軌道都是高度約為 20200 km的圓形軌道，傾角 55°，軌道與軌道間的夾角為60°，同一軌道上布有4顆衛(wèi)星，相鄰衛(wèi)星間的位相差為90°，不同軌道上兩鄰近衛(wèi)星間的位相差為30°，衛(wèi)星繞地球一周為12小時(shí)（恒星時(shí)），這樣在世界上任何地方任一時(shí)刻都能同時(shí)觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星，因此24小時(shí)中在地球上任何地點(diǎn)都能定位（圖6-3）。衛(wèi)星上安裝有輕便的原子鐘、微型計(jì)算機(jī)、電文存儲(chǔ)和信號(hào)發(fā)射設(shè)備，均由太陽(yáng)能電池提供電源。衛(wèi)星上備有少量燃料，用來(lái)調(diào)節(jié)衛(wèi)星的軌道和姿態(tài)。

 

　　GPS衛(wèi)星發(fā)射的是一對(duì)相干波，載波頻率和波長(zhǎng)分別為：

 

　　fL1=1575.42MHz，λL1=19cm

 

　　fL2=1227.60MHz，λL2=24cm

 

　　用偽隨機(jī)碼調(diào)制，其碼率分別為10.230MHz（波長(zhǎng)為29.3m）和1.023MHz（波長(zhǎng)293m），前者稱B碼或叫精碼，碼的變化結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，不易捕獲，但能用于精密定位，僅供軍方使用；后者稱C/A碼或叫粗碼，按設(shè)計(jì)僅用于粗略定位，任何用戶都能免費(fèi)接收粗碼信號(hào)。

 

　　地面控制部分是整個(gè)系統(tǒng)的中樞。如前所述，進(jìn)行GPS定位的一個(gè)先決條件是用戶必須知道觀測(cè)瞬間GPS衛(wèi)星在空間的位置。由于不同的用戶將在不同的時(shí)間對(duì)不同的衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，所以實(shí)際上是要求知道所有的GPS衛(wèi)星在任一時(shí)刻的位置。上述要求是在全球定位系統(tǒng)的地面控制部分的支持下得以滿足的。全球定位系統(tǒng)的地面控制部分是由一個(gè)主控站（位于美國(guó)科羅拉多州），三個(gè)注入站（分別位于太平洋的卡瓦加蘭島，印度洋的狄哥?伽西亞和大西洋的阿松森島上），5個(gè)監(jiān)測(cè)站（除位于上述4地外，再加上夏威夷群島）以及通訊輔助系統(tǒng)組成的。

 

　　監(jiān)測(cè)站是無(wú)人值守的 GPS衛(wèi)星跟蹤站，其站坐標(biāo)已精確測(cè)定。每個(gè)監(jiān)測(cè)站內(nèi)均配備有雙頻GPS接收機(jī)、氣象元素傳感器、原子鐘和微機(jī)。以原子鐘作為頻率標(biāo)準(zhǔn)的GPS接收機(jī)在微機(jī)控制下對(duì)視場(chǎng)中的所有GPS衛(wèi)星進(jìn)行偽距測(cè)量。為了對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行對(duì)流層延遲改正，氣象元素傳感器還可自動(dòng)采集當(dāng)?shù)氐臏囟?、氣壓和相?duì)濕度。在微機(jī)控制下監(jiān)測(cè)站能對(duì)偽距觀測(cè)值進(jìn)行各項(xiàng)改正，并對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行編輯、平滑和壓縮，并通過(guò)通訊系統(tǒng)將資料送往主控站。主控站對(duì)各監(jiān)測(cè)站送來(lái)的觀測(cè)資料進(jìn)行處理，以計(jì)算每個(gè)衛(wèi)星的運(yùn)行軌道以及衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)，并外推出未來(lái)26小時(shí)的衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘參數(shù)，然后按規(guī)定格式編制成衛(wèi)星導(dǎo)航電文送往注入站，再通過(guò)各注入站將它們送往每個(gè)衛(wèi)星，寄存在衛(wèi)星的內(nèi)存中，衛(wèi)星則將導(dǎo)航電文調(diào)制在測(cè)距碼和載波上，按時(shí)播發(fā)給用戶。用戶用相關(guān)法進(jìn)行偽距測(cè)量時(shí)，可同時(shí)獲得衛(wèi)星星歷，經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算后，即可求得該時(shí)刻衛(wèi)星在空間的位置。

 

　　用戶接收機(jī)部分由主機(jī)、電源和天線組成。主機(jī)的核心為微電腦，石英振蕩器，還有相應(yīng)的輸入輸出設(shè)備和接口。在專用軟件控制下主機(jī)進(jìn)行作業(yè)衛(wèi)星選擇、數(shù)據(jù)采集、加工、傳輸、處理和存儲(chǔ)，對(duì)整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行檢查、報(bào)警和部分非致命故障的排除，承擔(dān)整個(gè)接收系統(tǒng)的自動(dòng)管理。天線通常采用全方位型的，以便采集來(lái)自各個(gè)方位任意高度角的衛(wèi)星信號(hào)。

 

　　2.3 GPS定位方法

 

　　目前，GPS的定位方法大致分為 4類[6]：①多普勒法；②偽距法；③干涉法；④載波相位法。為了滿足高精度定位要求和分析研究的需要，除實(shí)時(shí)定位外，還可以將觀測(cè)值錄入磁盤(pán)、磁帶或盒帶，利用研究部門(mén)提供的軟件進(jìn)行后處理。

 

　　偽距法的定位原理比較簡(jiǎn)單。用偽距法定位時(shí)，接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生與衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)相同的一組P碼（或C/A碼），通過(guò)延遲器與接收機(jī)收到的信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)兩組信號(hào)彼此重合時(shí)，測(cè)出本機(jī)信號(hào)延遲量即為衛(wèi)星信號(hào)的傳輸時(shí)間，加上一系列改正，乘以光速，得出衛(wèi)星至測(cè)站無(wú)線相位中心的斜距。如果同時(shí)觀測(cè)4顆衛(wèi)星，即可按距離交合法推算出測(cè)站位置和接收機(jī)時(shí)鐘誤差4個(gè)未知參數(shù)。偽距法定位精度較低，但可用于實(shí)時(shí)定位，如衛(wèi)星、飛行器和船舶的實(shí)時(shí)導(dǎo)航。

 

　　載波相位是目前討論最廣泛、深入的一種定位方法。它能提供高精度定位的觀測(cè)數(shù)據(jù)。所謂載波相位觀測(cè)值實(shí)際上是衛(wèi)星信號(hào)和接收機(jī)參考信息之間的相位差。由于載波相位法是利用衛(wèi)星信號(hào)、載波波長(zhǎng)為單位進(jìn)行量度的，如果測(cè)相精度達(dá)到百分之一周期，則可使儀器測(cè)量分辨率達(dá)到1.9mm和2.4mm。在精密大地測(cè)量、地球重力學(xué)觀測(cè)以及空中三角測(cè)量中，為了保證高精度，往往采用相對(duì)定位法，即把許多單測(cè)點(diǎn)瞬時(shí)載波相位觀測(cè)值進(jìn)行組合，形成單差方式、雙差方式以及三差方式，消除系統(tǒng)誤差。

 

　　GPS的定位按應(yīng)用方法可分為兩類：

 

　?。?）靜態(tài)對(duì)地定位 主要用于大地測(cè)量、板塊運(yùn)動(dòng)測(cè)定等方面。這種方式定位所需時(shí)間長(zhǎng)（幾分鐘到幾十分鐘），定位精度高，可達(dá)1ppm的量級(jí)。

 

　?。?）動(dòng)態(tài)對(duì)地定位 這一類定位精度較低，定位精度為分米級(jí)至米級(jí)，定位數(shù)據(jù)更新率可達(dá)秒級(jí)。主要是將GPS接收機(jī)安置在快速運(yùn)動(dòng)的待測(cè)平臺(tái)上，如飛機(jī)、衛(wèi)星、火箭、氣球、船舶、汽車等，以對(duì)這些平臺(tái)導(dǎo)航定位。

 

　　2.4 GPS在遙感調(diào)查中的應(yīng)用

 

　　GPS在遙感調(diào)查中的應(yīng)用主要有兩個(gè)方面：①在遙感圖像上識(shí)別出橋梁、河流匯合處以及村莊這些能作為地面控制點(diǎn)的地物，然后到實(shí)地，利用GPS確定每一控制點(diǎn)的實(shí)際位置（經(jīng)緯度等），進(jìn)而對(duì)圖像進(jìn)行幾何糾正和投影變換；②對(duì)圖像上的樣本像元，根據(jù)它們的空間坐標(biāo)，利用GPS進(jìn)行實(shí)地定位，確定樣本像元對(duì)應(yīng)的地面類型，并用于分類。這兩方面的應(yīng)用方法在有關(guān)GPS的文章中已有介紹，下面以一個(gè)例子介紹GPS用于樣本像元地面定位的方法。

 

　　美國(guó)曾利用SPOT數(shù)據(jù)與GPS相結(jié)合方法進(jìn)行佛羅里達(dá)州南部濕地的土地覆蓋調(diào)查（Rutchey 1994）。調(diào)查首先是利用ERDAS軟件對(duì)SPOT數(shù)據(jù)進(jìn)行非監(jiān)督分類，聚類數(shù)的確定是基于分類結(jié)果圖上每一聚類都能找出同質(zhì)區(qū)域，以便利用GPS進(jìn)行野外驗(yàn)證，通過(guò)試驗(yàn)，最后確定的分類數(shù)為30。

 

　　利用20個(gè)均勻分布的地面控制點(diǎn)把圖像糾正到UTM地圖投影。首先是在圖像上找到對(duì)應(yīng)地面控制點(diǎn)的像元，利用地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)圖像像元的位置數(shù)據(jù)計(jì)算變換矩陣，產(chǎn)生一個(gè)系數(shù)文件，利用一階變換計(jì)算出每個(gè)像元變化后坐標(biāo)，變換后像元位置的均方根誤差（RMS）為0.4個(gè)像元，利用最近鄰再采樣法進(jìn)行像元值內(nèi)插。

 

　　為獲得像元點(diǎn)地面實(shí)況，在經(jīng)過(guò)糾正的圖像上選擇驗(yàn)證點(diǎn)，30個(gè)非監(jiān)督分類類型盡可能每一個(gè)選擇5個(gè)點(diǎn)，每一個(gè)點(diǎn)必須位于至少3×3像元的同質(zhì)圖斑中心，這樣做是考慮到圖像像元的位置本身存在著誤差（均方根誤差為0.4個(gè)像元=8m）以及GPS定位誤差（3 m～7 m）。最后從圖像上選擇了 129個(gè)點(diǎn)。

 

　　對(duì)圖像上選擇的每一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行野外驗(yàn)證，野外驗(yàn)證利用GPS定位，通過(guò)目視方法估算大約20×20m2范圍內(nèi)每一土地覆蓋類型的比例。

 

　　通過(guò)對(duì)驗(yàn)證點(diǎn)的實(shí)地狀況分析，最后歸納出19個(gè)土地覆蓋類型。129個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)被歸類到這19種土地覆蓋類型中，這些驗(yàn)證點(diǎn)作為每一類型最初的訓(xùn)練樣本。

 

　　觀測(cè)每一類訓(xùn)練樣本的分布，剔除不能反映該類分布的訓(xùn)練樣本，剩下的訓(xùn)練樣本被用來(lái)產(chǎn)生每一類的統(tǒng)計(jì)特征，并利用最大似然監(jiān)督分類對(duì)圖像中的每一個(gè)像元進(jìn)行分類。