搜索
3S技术及其综合应用钱乐祥广州大学地理科学学院地理信息科学系2005.2.223S技术及其综合应用3S综合应用概述3S综合应用实例3S综合应用概述GIS在3S技术中的作用GPS在3S技术中的作用RS在3S技术中的作用GIS在3S技术中的作用地理数据采集地理数据管理空间分析与属性分析地理信息的可视化表现GIS在3S技术中具有采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球上与空间和地理分布有关的数据的重要作用RS在3S技术中的作用遥感技术能动态地、周期性地获取地表信息，广泛应用于各个领域。遥感数据在3S技术中的作用主要表现在：GIS数据库的数据源遥感数字图像可以作为GIS数据库中一种重要的数据源，从遥感图像中可以获取不同专题数据，更新GIS数据库中的地学专题图。遥感技术能够以低廉的价格快速提供各种遥感数字图像，这为我们利用遥感图像理解技术获取不同地学专题信息，更新GIS中专题图提供了条件。RS在3S技术中的作用利用遥感数字影像获取地面高程，更新GIS中高程数据从不同角度拍摄的同一地区的航空照片和高分辨率卫星数字影像上，可以利用数字影像相关技术对重叠成像区域实现地形高程信息的获取，这是对传统测绘方法的重大改进。随着高分辨率遥感影像在民用领域的推广使用，利用高分辨率遥感影像获取地面高程的成本将会降低，它将成为更新GIS数据库高程数据的一个重要数据来源。GPS在3S技术中的作用GPS（GlobalPositioningSystem)即全球定位系统，是利用多颗导航卫星的无线电信号，对地球表面某地点进行定位、报时或对地表移动物体进行导航的技术系统。GPS在3S技术中的作用全球定位系统组成导航卫星，这些卫星分别设置在升交点赤经互隔60o的6条近圆轨道上，每条轨道上均匀分布4颗卫星，目前有27颗导航卫星（其中3颗为备用）在距离地面约20000km的轨道运行。地球上任何地点都可以同时接收到7至9颗导航卫星向地面发送的导航信号，这些信号包含着卫星开始时刻的轨道参数、电波的发送时刻等信息。GPS在3S技术中的作用全球定位系统组成地面站，包括主控站、监测站与注入站。主控站控制整个地面站的工作，其作用相当于计算中心，它根据各监测站的数据，计算与编制各个卫星的星历与卫星钟的校正参量等。监测站负责跟踪接收各个卫星发射的导航信号，完成测量卫星至监测站的伪距离及其变化率等任务，并将数据预处理后送到主控站。注入站负责将主控站传递的卫星星历等信息注入给卫星。GPS在3S技术中的作用全球定位系统组成空间定位卫星导航仪，它包括空间定位系统接收机、信息处理、控制与显示设备与天线。空间定位系统接收机通过天线接收卫星发送的导航信号，解算出空间定位导航仪使用者所在的位置、速度与相应的时间，在此基础上求算出对预定航线的偏离，指出到达地点的航向与时间，为了便于使用，这些导航信息可以在显示荧屏上采用数字表现，也可以在电子地图上显示。GPS在3S技术中的作用空间定位的基本原理分布在地球上空的多颗导航卫星，不停地发射可用来求算并确定地球表层某点精确位置与精密时间的无线电信号，空间定位系统接收机接收来自导航卫星的信号，导航仪根据星历表信息求得每颗卫星发射信号时在太空中的位置，测量计算卫星发射信号的精确时间，然后根据已知的空间定位卫星的瞬时坐标和信号到达该点时间，通过计算，求得卫星至空间定位系统接收机之间的几何距离，在此基础上计算出用户接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。GPS在3S技术中的作用空间定位的基本原理从理论上讲，知道三颗卫星至观测站之间的几何距离，并利用GPS接收机收到的这三颗卫星的导航信号推算出的卫星瞬时坐标，就可以计算出观测站的位置。其方法是，以卫星的瞬时坐标为球心，以卫星至观测站之间的几何距离为半径，作出一个球面，分别以三颗卫星的瞬时坐标为球心，卫星至观测站之间的距离为半径，作出三个球面，三个球面的交点就是观测站在空间中的位置。由于一般GPS接收机安装非精密钟，接收到的时间存在误差，故计算出卫星与用户之间的距离有误差（称为伪距），因此需要利用第四颗卫星进行时间上的纠正，以保证时间上同步。GPS在3S技术中的作用空间定位系统的作用空间定位系统具有实时、连续地提供地球表面任意地点上经纬度与高程，提供三维速度与精确时间的能力。精确的定位能力：美国军用GPS卫星导航仪能够接收精密码（P码）信号，其单点测距定位精度在10m之内，事后处理精度可达到厘米级，民用GPS卫星导航仪接收导航卫星发射的粗码（C／A码），仅用于定位服务。美国出于其国家利益考虑，将粗码定位精度原先限制在100m，近年来，随着其他国家GPS技术的发展与提高，美国放宽了对定位精度的限制，不久前单点定位精度提高到15米。GPS在3S技术中的作用空间定位系统的作用准确定时及测速能力：空间定位系统还具有准确的定时能力（如美国GPS时间精度误差小于100微秒），以及运动物体的测速能力。导航卫星采用固定频率连续发射导航信号，这些信号频率因GPS卫星导航仪与导航卫星之间相对位移而产生多普勒颇移现象，由此可以计算出地面上GPS卫星导航仪的运动载体在三维方向的速度分量。目前，美国GPS三维测速精度误差小于30cm/s，俄罗斯GLONASS速度矢量测量误差15cm/s。3S综合应用实例在车辆导航与监控系统中的应用在精准农业发展中的应用在土地研究中的应用在全球变化研究领域的应用在车辆导航与监控系统中的应用车辆导航与监控系统是一项融GPS、GIS、RS技术与通讯技术为一体的复杂技术系统。它通过对车辆等（移动目标）的导航、动态跟踪、监控、检查与服务等功能，来完成对车辆的综合管理与控制。目前，这类系统已经在国内外不少城市试用，备受公安、银行、保安、出租车管理等部门的青睐。在车辆导航与监控系统中的应用技术系统车辆导航与车辆监控系统主要由硬件、通讯环境、GPS导航仪和地理信息系统筹组成。在车辆导航与监控系统中的应用技术系统在3S技术支持下，监控中心计算机阵列联网后形成车辆信息监测与控制系统，管理人员可以对受控车辆进行动态编组管理、导航与调度。在控制中心，具有大画面、高清晰度的大荧屏显示系统，能够动态实时地显示来自各个车辆的运行状况，管理人员可以实时看到移动车辆运行情况，对不同区域或特定目标进行锁定式监控，系统确保紧急报警信号优先监测，在紧急状态时可以应急调出具有辅助决策功能的警情专用地图，详细显示以事故地点为中心的区域情况，以供决策参考。在车辆导航与监控系统中的应用技术系统通讯环境包括无线集群通讯网和监控中心局域网。正常行驶时，车载收发信机通过无线集群通讯网，自动实时发送信息至监控中心，不停地将车辆当前位置和状态送到监控中心并在地图上显示出来。当遇到紧急情况时，用户只需按下安装在车上预定位置的按钮，报警信息立即传送到监控中心。控制中心优先处理紧急报警信号。此外，司机通过语音收发设备与控制中心保持正常的通信。通过以上方式，控制中心可以动态跟踪、调度与监控各入网车辆。在车辆导航与监控系统中的应用GPS在车辆导航与监控系统中的应用对行驶中的车辆进行定位。GPS接收机接收GPS卫星数据后，计算出自身车辆当前的位置，位置信息按特定的编码方式，送至数据发送机，经天线传至控制中心。同时GPS导航仪将目前位置数据通过接口传输到GIS系统，在GIS支持下，位置数据以点状符号表现在电子地图上。在车辆导航与监控系统中的应用GPS在车辆导航与监控系统中的应用在紧急情况下，可以利用（自动、人工）报警方式，将车号和GPS提供的车辆位置信息通知控制中心。例如，银行运钞车每天都要给许多银行送款和收款，为了保证运钞车安全，可以预先规定其行驶路线，这样车辆监控中心可随时监视运钞车的行驶状况，一旦运钞车偏离其正常路线，GPS导航仪就会向监控中心报警，也可以通过互联网向车辆所在地最近的各警局报警。根据需要，银行运钞车还可以装上“紧急报警键”，该键隐藏在司机随手可触的隐蔽处。在紧急情况发生时，可立即自动向监控中心报送车号和由GPS确定的当前车辆的方位信息，告诉监控中心该车发生特殊情况，保安人员根据当时车辆所在位置，可以前来救援。在车辆导航与监控系统中的应用GPS在车辆导航与监控系统中的应用提供导航功能。GPS转向民用市场后最先应用的领域就是为车辆导航。司机指定该车行驶的目的地和行驶路线。GPS导航仪开始工作后，GPS接收机不断地接收卫星定位信息，信息处理器快速计算出车辆所在的位置，然后将这些位置信息与设定的行驶路线坐标相匹配，一旦车辆偏离了行驶路线，导航仪就会发出警告，提醒司机注意。在车辆导航与监控系统中的应用GPS在车辆导航与监控系统中的应用提供导航功能。例如出租车司机可以利用GPS导航功能，为汽车导航并提供交通道路与其他信息。这种车辆需要装置GPS导航仪和GIS，汽车前部安装一个电脑小荧屏，荧屏上呈现一幅城市彩色地图，乘客上车后，告诉要到达的目的地，司机输入目的地名称，GIS马上为司机找出最佳的行车路线，在行驶过程中，荧屏上一个代表汽车的箭头沿着一条闪烁的路线向目的地移动。在十字路口，GPS导航仪会根据预定行驶路线用语音提醒你“向左转”或“向右转”等。汽车行驶到目的地时，电子地图会以文字或语音提示到达了目的地。在车辆导航与监控系统中的应用GIS在车辆导航与监控系统中的应用车辆安装GIS后，司机在汽车上可以进行以下查询：道路上任一点的相关信息（沿街单位名称，周围旅馆、饭店信息，治安岗亭等特殊信息）。城市每条道路信息（长度、路况、路边单位分布、电话号码等）。最优路径计算，给出动态目标起点到终点之间的最优路径（选择两点之间最近路线，路况最佳路线等）。可计算出电子地图上任意两点间的距离。在车辆导航与监控系统中的应用GIS在车辆导航与监控系统中的应用在控制中心，地理信息系统可以完成以下功能：支持扫描仪和数字化仪输入，可以对数字地图中道路信息进行增加、删除、移动等修改。此外，支持数据文件的输入，地理信息系统读入图形数据文件，然后用它直接生成图形。例如，将AutoCAD生成的图形直接读入系统，进行显示。支持电子地图的无级缩放、分层显示和管理。支持地图与数据报表的打印与输出。挂接多种数据库，支持对动态目标信息、道路信息、地理信息、服务设施信息等各种信息的查询。在车辆导航与监控系统中的应用GIS在车辆导航与监控系统中的应用GIS可以提供辅助决策功能：控制某点的决策优选列表（路、道口、警点警力、电话等）。控制某区域的决策优选列表（区域内外有关信息）。现有警车、救护车驶往出事点的路线优选列表（最畅通路线、最近路线、行驶时间）。平时可以将各种紧急情况下的相应的备选方案存入计算机，当实际事件发生时，GIS将立即自动产生相应的备选方案供用户参考决策。在车辆导航与监控系统中的应用RS在车辆导航与监控系统中的应用利用高分辨率遥感影像图作为电子地图电子地图是依赖于计算机显示设备进行显示的数字地图。这种以数字形式存贮的电子地图，计算、检索与查询方便，便于传输与更新。它可以存贮在磁盘或光盘（CD－ROM）中，便于保存和携带。电子地图与“全球定位系统”结合产生的导航系统，使司机不仅能够及时了解道路与周围环境的信息，而且能够随时确定当时的地理位置。在车辆导航与监控系统中的应用RS在车辆导航与监控系统中的应用利用高分辨率遥感影像图作为电子地图电子地图的信息来源主要有三个渠道：①对城市街道和建筑物进行实地测绘，这种方法提供的电子地图详细、准确，但成图周期长，测绘成本高。②利用地图进行数字化，这种方法提供的电子地图现势性差，尤其在发展快的城市，需要进行修改。③利用最新获取的高分辨率遥感影像图，在遥感影像上添加上注记和专题符号，就可以快速制成电子地图，这种方法提供的电子地图现势性强，成图周期短，成本相对较低。比较起来，利用高分辨率遥感影像图作为电子地图，优点较多。在车辆导航与监控系统中的应用RS在车辆导航与监控系统中的应用利用高分辨率遥感影像图更新城市矢量道路图中国一些城市已经开始使用矢量数据电子地图，这