3S技术及其应用

3S技术及其应用1什么是3S技术？3S技术是遥感技术(Remotesensing，RS)、地理信息系统(Geographyinformationsystems，GIS)和全球定位系统(Globalpositioningsystems，GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。3S技术的发展历史随着3S技术的不断发展，将遥感、全球卫星定位系统和地理信息系统紧密结合起来的“3S'’一体化技术已显示出更为广阔的应用前景。以RS、GIS、GPS为基础，将RS、GIS、GPS三种独立技术中的有关部分有机集成起来，构成一个强大的技术体系，可实现对各种空间信息和环境信息的快速、机动、准确、可靠的收集、处理与更新。1993年9月，美国克林顿政府作出了“冷战”结束后的一项重大决策，放弃“星球大战”和“新一代高能加速器”计划，转向推行引起全球关注的国家信息基础设施（NationalInformationInfrastructure，简记为NII）计划俗称信息高速公路（InformationSuper-Highway，简记为ISH），其技术含义实际为“高速信息电子网络”。该计划是指一个能给全球广大用户随时提供大量信息的。由国家级、地区级和大企业的数据库、声象设备及覆盖全国及至全球的通讯网络组成的，并通过国际互联网络（Internet）连结的计算机通讯网络系统及个人办公自动化系统。NII计划的实现将能改变人们的生产、生活和人际的交互方式，全世界已经有150多个国家正在或准备实施这项计划。1994年4月，由美30多所著名大学、国家高新技术项目署和美国自然科学基金会联合提出，经美政府批准，“国家空间数据基础设施”（NationalSpatialDataInfrastructureNSDI）。基于3S技术的地理空间数据的处理是实现NII的“瓶颈”问题。90年代中期，全球信息产业的总产值已超过$1万亿；发达国家信息产业的产值占国民生产总值的比重已达到50%左右。3S在我国的发展历史邓小平80年代提出“开发信息资源，服务四化建设”。江泽民也指出：“四个现代化，哪一个也离不开信息化”。我国九五科技规划中将3S技术列为国家15项重中之重的高新技术发展项目。1995年1月国务院批准了《中华人民共和国计算机信息网络国际联网管理暂行规定》，表明了中国信息高速公路（ChinaISH）计划的正式启动。根据我国国情，从抓“三金工程”，既，金桥工程(国家经济信息网，覆盖全国的八横八纵光缆网络)，金关工程(国家外贸信息管理系统，金卡工程（电子货币工程）入手，正式拉开了我国信息化建设的序幕。现运行的还有邮电网、教育科研网等并通过INTERNET与150个国家连网。我国在实施“三金工程”的同时，也积极开展了中国的空间信息基础设施建设，其中包括：国务院基础地理信息系统网络--9201工程，中科院的“全国生态网络”以及国家计委、国家教委、中国科学院联合项目“国家空间信息基础设施及示范系统--国家资源环境数据库及地区经济信息系统”等工程。我国GPS技术应用已开始进入民用和商业化；RS技术应用位于世界先进水平；GIS技术正应用在大中城市的建设中。3S技术Remotesensing，RS1Geographyinformationsystems，GIS2Globalpositioningsystems，GPS3RSRS是指从高空或外层空间接收来自地球表层各类地物的电磁波信息，并通过对这些信息进行扫描、摄影、传输和处理，从而对地表各类地物和现象进行远距离控测和识别的现代综合技术。遥感技术可用于植被资源调查、气候气象观测预报、作物产量估测、病虫害预测、环境质量监测、交通线路网络与旅游景点分布等方面。例如，在大比例尺的遥感图像上，可以直接统计烟囱的数量、直径、分布以及机动车辆的数量、类型，找出其与燃煤、烧油量的关系，求出相关系数，并结合城市实测资料以及城市气象、风向频率、风速变化等因数，估算城市大气状况。同样，遥感图像能反映水体的色调、灰阶、形态、纹理等特征的差别，根据这些影像显示，一般可以识别水体的污染源、污染范围、面积和浓度。另外，利用热红外遥感图像能够对城市的热岛效应进行有效的调查。由于遥感在地表资源环境监测、农作物估产、灾害监测、全球变化等等许多方面具有显而易见的优势，它正处于飞速发展中。更理想的平台、更先进的传感器和影像处理技术正在不断地发展，以促进遥感在更广泛的领域里发挥更大的作用。GISGIS就是一个专门管理地理信息的计算机软件系统，它不但能分门别类、分级分层地去管理各种地理信息；而且还能将它们进行各种组合、分析、再组合、再分析等；还能查询、检索、修改、输出、更新等。地理信息系统还有一个特殊的“可视化”功能，就是通过计算机屏幕把所有的信息逼真地再现到地图上，成为信息可视化工具，清晰直观地表现出信息的规律和分析结果，同时还能在屏幕上动态地监测“信息”的变化。总之，地理信息系统具有数据输入、预处理功能、数据编辑功能、数据存储与管理功能、数据查询与检索功能、数据分析功能、数据显示与结果输出功能、数据更新功能等。通俗地讲，地理信息系统是信息的“大管家”。地理信息系统一般由计算机、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型图形用户界面及系统人员组成。地理信息系统技术现已在资源调查、数据库建设与管理、土地利用及其适宜性评价、区域规划、生态规划、作物估产、灾害监测与预报、精确农业等方面得到广泛应用。目前国内比较流行的GIS平台软件有：ArcInfo、MapInfo等。GPSGPS是美国从20世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS是由空间星座、地面控制和用户设备等三部分构成的。GPS测量技术能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标以及其他相关信息，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于军事、民用交通(船舶、飞机、汽车等)导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、土地利用调查、精确农业以及日常生活(人员跟踪、休闲娱乐)等不同领域。全球定位系统共由三部分构成：地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的工作)、地面天线(在主控站的控制下，向卫星注入导航电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成;空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面上;用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。GPS全球定位系统的主要特点：全天候，不受天气影响;全球覆盖;三维定点、定速定时高精度;快速省时高效率;应用广泛多功能。GPS全球定位系统的主要用途：陆地应用，主要包括车辆导航、景点导游、应急反应、高精度时频对比、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等;海洋应用，包括远洋船只最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋油井平台定位、海平面升降监测等;航空航天应用，飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型;根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的高新技术国际性产业。现在，除了美国的全球定位系统GPS之外，具有GPS同类功能的卫星系统还有俄罗斯的全球卫星导航系统，以及正在发展中的欧洲导航定位卫星系统，日本的多功能卫星增强系统。全球定位系统或GPS仅是这类系统的代名词。人类从航空摄影测量转向基于遥感的航空航天数字摄影测量，从单一的地图制图转向电子地图数据库、地理信息系统的建设，技术结构也从单一技术向“3S”集成技术、基于网络环境的“3S”运行体系发展，已是一个历史发展的必然。23S技术的应用及发展随着3S技术的不断发展，将遥感、全球卫星定位系统和地理信息系统紧密结合起来的“3S'’一体化技术已显示出更为广阔的应用前景。以RS、GIS、GPS为基础，将RS、GIS、GPS三种独立技术中的有关部分有机集成起来，构成一个强大的技术体系，可实现对各种空间信息和环境信息的快速、机动、准确、可靠的收集、处理与更新。举例如下：精准农业与3S的应用精准农业(PrecisionAgriculture，PrecisionFarming，PrecisionCropManagement)又称精细农业、精确农业、精准农作和处方农作．是近年来国际上农业科学研究的热点领域，实际上是主要应用3S技术，还有作物生产管理辅助决策支持系统和智能化农业机械装备技术，在定位采集地块信息的基础上，根据各地块土壤、水肥、作物病虫害、杂草、产量等在时间与空间上的差异，进行相适宜地耕种、施肥、灌水、用药，其目的是以合理的投入获得最好的经济效益，并保护环境，确保农业可持续发展．通俗地说：精准农业就是利用RS作宏观控制；用GPS精确定位地面位置；用GIS将地面信息(地形、地貌、作物种类和长势、土壤质地和养分、水分状况等)进行储存，按区内要素的空间变量数据，精确设定最佳耕作、施肥、播种、灌溉、喷药等多种操作，变传统的粗放型经营为精细生产．例如在喷洒农药时通过传感器获得不同田块不同程度病虫害的具体数据，实地调整喷药量，对症下药．有效降低农业成本，使每一寸土地都得到最优化使用，使每一份资源都发挥应有的作用，以最经济的投人获得最佳的产出；又能有效地减少对环境的污染，保护农业的生态环境，走可持续发展之路．3S技术在城市规划中的应用1城市基本地形图更新城市规划的基本条件就是大比例尺地形图，但传统的线划地图不仅建立周期长，更新困难，而且比较抽象，已经从原始信息中筛去了很多环境成分。4D产品包括数字线划地图(DLG)、数字高程模型(DEM)、数字栅格地图(DRG)、数字正射影像图(DOM)，是新一代测绘产品的标志，有着现势性强、更新速度快、信息含量丰富等优点，将转变传统地图的观念，加快数据更新，丰富表现手段，也是对传统测绘方法的现代化改造。2现状调查与数据管理城市规划的初始阶段就是现状调查，往往要耗费大量的人力、物力、财力，又难以做到实时、准确。运用Rs技术可以迅速进行城市地形地貌、湖泊水系、绿化植被、景观资源、交通状况、土地利用、建筑分布的调查；运用GIS技术则能将大量的基础信息和专业信息进行数据建库，实现空间信息和属性信息的一体化管理与可视化表现，提供方便的信息查询和统计工具，克服CAD辅助制图的局限性。3现状评价与空间分析利用多个时期的航空遥感影像图进行城市用地变迁动态研究，结合数理统计方法进行城市重心移动、离散度、紧凑度和放射状指数等形态测度评价，利用叠加分析、缓冲区分析、拓扑分析等工具进行商业服务设施和中小学的服务范围分析、交通可达性评价和建设条件适宜性评价，这有助于总结城市发展规律，发现存在的问题，增加空间分析的深刻性。4交通调查与模拟分析利用GIS进行城市交通小区出行分布的数据建库，可以对现状路网密度、出行距离和时间、交通可达性、公交服务半径进行合理性评价，结合专业软件能进行城市交通的规划预测、出行分布和流量分配，开展交通环境容量影响评价。利用遥感数据进行道路勘测设计，可以快速完成对路线所经区域的地形、地貌、河流、建筑以及交通网系的概要判读。利用虚拟现实技术和三库一体(影像数据库、矢量图形库、数字高程模型)技术可以进行道路方案的仿真表现和环境模拟，实现全方位、立体化、多层次的规划和评价新模式。5规划管理基础信息和规划信息的集成建库将使规划设计与规划管理更紧密地结合起来，可以在GIS平台上开展电子报批和网上报批，提高指标核算的科学性，避免地区规划的前后矛盾和土地批租的问题。3S技术的集成还促进了土地利用动态监测和规划执法检查，可以利用遥感