3S技术的发展与应用

余少华

摘要：近年来，地理信息系统（GIS）正在以前所未有的速度应用到各个领域中，而全球定位系统（GPS）也已经开始应用于交通运输和道路工程等方面，遥感技术也与之密切结合应用，使之有利于人类社会的发展。本文主要以GPS、RS、GIS集成与应用为中心，介绍了GPS、RS、GIS的特点以及GPS、RS与GIS的应用和发展前景。

关键词：GIS；GPS；RS

1 引言

3S是地理信息系统、遥感和全球定位系统3个名称的英文缩写，是GIS、RS、GPS这3项相互独命、而在应用上又密切关联的高新技术的简略统称。3S技术的集成是当前测绘技術、摄影测量和遥感技术、地图制图技术、图形图像技术、地理信息技术、计算机技术、专家系统和定位技术及数据通讯技术的结合与综合应用。

1.1GIS

地理信息系统（GIS）是在计算机软件和硬件支持下，以一定格式输入、存储、检索、显示和综合分析应用的技术系统，具有数据输入、存储、编辑、操作运算、数据查询检索、应用分析、数据显示及结果输出、数据更新等基本功能，具有标准化、数字化和多维结构等基本特点，是综合处理与分析多源时空数据的理想平台，是空间信息的"大管家"和公共的地理定位基础。

1.2 RS

遥感（RS）利用飞机、卫星等空间平台上的传感器（包括可见光、红外、微波、激光等传感器），从空中远距离对地面进行观测，根据目标反射或辐射的电磁波，经过校门、变换、图像增强和识别分类等处理，快速地获取大范围地物特征和周边环境信息，获得实时、形象化、不同分辨率的遥感图像具有探测范围大、资料新颖、成图速度快、收集资料方便等特点，遥感图像具有真实性、直观性、实时性等优点。

1.3 GPS

全球定位系统（GPS）是一种同时接收来自多个卫星的电波信号，以卫星为基准求出接收点位置的技术，由空间卫星（均匀分布在6个轨道平面的24颗卫星）、地面监控站和用户接收机下部分组成具有定位精度高、观测时间短、无需通视、操作简便、全天候作收等特点，不仅可以用于测量、导航，还可用于测速、测时等，提供野外基础测绘的数据。

2 3S技术在国内外的发展与应用现状

2.1 3S技术国外应用现状

美国已经开发出应用于森林资源调查的"3S"技术，加拿大，日本、印度等国家，在大约25分钟内可以利用前一天接收到的MSS 和TM 图像数据，按照同一指标体系和图例输出整幅的1∶20 万和1∶50 万土地利用/ 土地覆盖图。利用LANDSAT27 卫星图像可以满足1∶5 万和1∶2.5万的各类图件更新的需要。

在森林遥感方面，植被指数已广泛的用来定性和定量评价植被覆盖及其生长活力，20 多年来已经发展了40 多个植被指数。1989 年澳大利亚的Skidmore 结合坡向、坡度、地形部位等环境信息，利用TM 数据进行森林类型识别，在精度方面大幅度提高；日本的妹尾在1990年提出对山区的遥感数据纠正地形异常所造成的对日照条件的影响方法，在京都某试验站，对难以分辨的杉、扁柏的组合达到近100 %的精度，对扁柏、松、阔叶林组合也可达相似的精度。1997 年印度遥感研究院的S1K1Bhan ，S1K1Saha ，L1M1Pande 和J1Prasad 在对印度南部热带雨林地区研究的过程中建立了遥感地理信息模型，为利用"3S"技术对可持续发展的研究提供了范例。

2.2"3S"技术在国内应用状况

我国是开展"3S"技术较早的国家之一"， 3S"技术的应用已走在世界前列。在武汉市"3S"集成技术用于辅助城市温度场的分析；在洞庭湖地区"3S"技术用于防洪监测；在山东省采用静止气象卫星遥感接收处理系统，GIS 和飞机定位系统组成了一个"3S"系统用于人工降雨指挥。

我国"3S"技术的发展可以分为三个阶段。20 世纪80 年代初，全国土地调查第一次用遥感卫片提供我国的国土面积和耕地数量；80 年代末，黄土高原三北地区遥感调查为该地区经济发展和和生态建设提供了依据；西藏应用遥感技术在全国第一个完成土地详查的工作，为西藏的开发决策创造了条件；90 年代各地区广泛应用"3S"技术进行土地资源调查、森林覆盖面积的测算、农作物估产等方面的研究。1993 年利用黄淮平原旱灾遥感监测评估系统对黄淮平原以得出以县为单位的不同受旱等级对应的面积和比例。1994 年西南林学院和WWF 合作利用"3S"技术对滇西北地区的森林资源作出详细的调查，得出了迪庆州的森林覆盖面积和森林种类。

3 3S 技术集成应用

3.1 GIS与RS的集成与应用

GIS与RS的集成主要用于变化监测和实时更新，RS具有实时、 快速、 动态获取大范围地表信息的能力，而GIS具有很强的地学分析手段。GIS与RS的集成模式主要有如下三种：（1）分开但平行的结合。主要在数据层面结合，两个数据处理系统相互独立存在。它们在数据层面进行数据交换。（2）表面无缝的结合。使用统一的用户界面，但为不同的工具和数据库。（3）整体结合。在界面、工具和数据库方面均实现无缝的功能集成和数据集成。

3.2 GPS 与GIS 的集成与应用

随着GPS的定位误差越来越小，GIS的空间分析功能越来越完善，将GPS连接到GIS系统中，实现在GIS可视化图形界面上观察GPS定位点的运动过程。利用GIS 中的电子地图和GPS 接收机的实时差分定位技术，可以组成 GPS+GIS 的各种自动电子导航系统，用于交通指挥调度、公安侦破、车船导航、农田作业管理、渔船捕鱼等多方面。

3.3 GPS 与RS 的集成与应用

GPS与RS的集成技术主要是利用GPS的精确定位功能为RS影像提供实时处理与快速编码，实现快速准确地测量坐标。目前GPS动态相位差分已用于航空/航天摄影测量进行无地面空中三角测量，并用于生产，从而大大提高工作效率和精度。

3.4 3S技术集成与应用

RS、GIS、GPS的结合，实际上是将空间技术、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，实现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。3S的整体集成应用更为广泛，相互之间取长补短，功能也更为强大，从目前来看3S集成技术已是必然的发展趋势。

4 3S技术的应用前景展望

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。

3S技术具有广阔的应用前景：

RS应用的主要工具是一组位于椭圆形低地轨道的KH-11卫星，提供海湾地区的重叠覆盖和高清晰度的远红外线影像。星载远红外探测器可同时测出伊拉克飞毛腿导弹发射瞬间产生的强大热流，在30秒内向驻沙特和以色列的反导弹部队发警告，带有GPS自动制导的爱国者地空导弹就立即予以拦截。

参考文献：

[1]宫辉力，张弘芬.3S技术与应用.《科技术语研究》2010年01期。

[2]高志强，刘纪远. 基于RS 和GIS 的中国土地利用/ 土地覆盖状况研究[J] . 遥感学报，1999 ，（3）