三维GIS的数据获取之地表3D空间数据获取方法

在上一讲中，我介绍了三维GIS中获取2D数据的方法，这次讲述的是三维GIS的数据获取之地表3D空间数据获取方法。

3D数据也就是通常说的三维数据，地表三维数据主要有以下四种获取方法：

1. GPS测量技术
2. 摄影测量技术
3. 激光扫描测量技术
4. SAR与InSAR技术

下面是具体介绍：

GPS测量技术

具有代表性的系统：欧洲的“伽利略系统”、俄罗斯的“GLONASS卫星系统” 。我国自行研制的导航卫星系统——北斗双星导航定位系统，通过全天候跟踪GPS卫星，免费向用户提供星历文件。该系统具有快速定位、短报文通信、精密授时3大功能，并具有以下优势：

1. 同时具备定位与通信功能，无须其他通信系统文件；
2. 融合北斗导航定位系统和卫星导航增强系统两大资源，提供更丰富的增值服务；
3. 覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无通信盲区；
4. 定位解算都集中在地面控制中心站，特别适合于大范围移动目标监测与管理；
5. 自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。

摄影测量技术

（1）传统的摄影测量技术是利用光学摄影机摄影的像片，研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质和相关关系的，并将所测得的成果以图解形式或数字形式进行输出。

（2）主要特点：在像片上进行量测，无须或很少接触被摄体，受自然和地理等外界条件的约束少；像片是对客观现象的一次真实记载，包含有丰富的信息，可以选择所需量测和处理的对象，从像片上所包含的几何信息中进行判读和计算。

摄影测量3个发展阶段特点的对比 ：

激光扫描测量技术

（1）原理：通过主动发射激光信号并测量从被测目标反射回来的激光信号，高密度、高精度获取目标体的数字距离信息，进而得到目标的几何信息；

（2）激光扫描系统分为：机/空载激光扫描系统、地面扫描系统。

机载激光扫描系统：应用激光扫描仪和实时动态GPS对地面进行高精度、准实时测量的系统，主要用于大面积的3D地形数据。其基本组成为：

• 激光扫描仪；
• 飞行惯性导航系统INS及其显式设备；
• 差分GPS与计算机；
• 数据采集与记录设备；
• 电源

地面扫描系统，处于发展阶段，地面激光集成扫描技术（特别是移动系统）是国际研究的热点。

利用激光扫描技术获取高分辨率的数字表面模型，并与多源数据相融合，可重建地形、建筑物立体模型，生成DEM、DTM和数字城市模型；与多光谱技术结合，还可进行地物分类和特征识别。

SAR与InSAR技术

（1）基本原理：

SAR是一种使用微波探测地表目标的主动式成像传感器，具有全天候、全天时成像能力，并能穿透某些地物表面。SAR在波束能照射到的时间内，不断接收来自地表目标的反射脉冲。随着遥感平台的前进，平台和目标的相对位置发生变化，在不同时刻和位置接收到同一地面目标信号的频率也会发生变化，即出现多普勒频移效应。

频率偏移对于时间而言是线性的，所以反射脉冲可以解释成是经过线性调频调制而得到的。因此，将在不同位置接收到的目标信号通过具有频率逆偏移特性的匹配滤波器进行滤波调制，就能得到目标的唯一像点。

SAR特点：在距离方向上与真实孔径雷达相同，采用脉冲压缩来提高距离分辨率，在方位方向上则通过合成孔径原理来改善方位分辨率。

InSAR的实质是利用SAR复数据的相位差信息来提取地表的3D信息和高程变化信息。通过两副天线同时观测，或两次近平行的观测，获取地面同一景观的复图像对。由于目标与两天线位置的几何关系，在复图像上产生了相位差，形成干涉纹图。干涉纹图中包含了斜距向上的点与两天线位置之差的精确信息。因此，利用传感器高度、雷达波长、波束视向及天线基线距之间几何关系，通过相位解缠，可精确测出图像上每一点的3D位置及其微小变化信息。