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　　3S集成技术浅析

　　张占阳

　　长安大学地测学院地理信息系统，陕西西安 （710054）

　　摘  要：科学技术的发展，地理信息系统一门学科和技术，其应用也越来越，GIS技术能、分析地表、空间数据，而且能多种数据的转换，但数据更新周期长、更新速度慢、精度低又制约着GIS在某些尖端领域中的应用，而GPS则解决了数据的实时采集和数据更新问题，大大缩短了库存数据的更新周期、了数据精度，而RS技术则可对采集的数据或图形图像数据、分析，并所需的感兴趣的专题数据，并在程度上了图形图像的数据精度。本文主要介绍了GIS、RS和GPS的概念和三者集成的设计思想及其在领域中的应用。

　　关键词：RS，GIS，GPS，矢量数据，栅格数据

　　0.引言

　　遥感技术不同遥感传感器来获取地表数据，然后、分析，最后感兴趣地物的信息，而其技术的进步，所的遥感信息也越来越；而地理信息系统的特点在于能够对数据分析。将两者集成起来，一，遥感能帮助GIS系统解决数据获取和更新的问题；另一，可以GIS中的数据帮助遥感图像等的、分析等。此外，GPS在实时定位的优势，使其与遥感图像系统的集成变得很。但不管是地理信息系统，遥感图像系统，的带坐标的数据，而GPS是获取实时坐标数据最快、最的，精度也越来越高。将三者起来应用大势所趋。本文主要介绍了3S的概念，系统集成的设计方案，的应用等内容。

　　1.“3S”集成技术简介

　　“3S”技术是英文遥感技术（Remote Sensing RS）、地理信息系统（Geographical information Scdfds.comstem GIS）、全球定位系统（Global Positioning Scdfds.comstem GPS）这三种技术英文名词中个单词字头的统称。

　　1.1遥感技术（RS）

　　“遥感”，顾名思义，遥远的感知。地球上的每物体都在不停的吸收、发射和反射信息和能量。的-电磁波早被人们所认识和。人们不同物体的电磁波特性是不同的。遥感原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取物体的信息，远距离识别物体。

　　遥感技术的操作很，但其结果在每个人的生活中，天天都能用到！您也许每天都收看电视台的“天气预报”吧，“天气预报”中所播放的"卫星气象云图"由“气象卫星”拍摄的“云”的图像。气象观测只不过是遥感技术众多应用的领域。

　　卫星不同的遥感技术不同的用途，如气象卫星是用于气象的观测预报；海洋水色卫星用于海洋观测；陆地资源卫星用于陆地上所有土地、森林、河流、矿产、环境资源等的调查；雷达卫星是以全天候（不管阴天、云雾）、全天时（不管黑天、白天）能穿透地物（如水体、植被及土地等）为特点的对地观测遥感卫星。

　　1.2地理信息系统技术（GIS）

　　信息总量中有85%的信息是与地理位置的信息。与地理位置的信息，就叫地理信息。的信息，如耕地的分布、林地的分布、城镇的分布、楼房等建筑物的分布、道路、河流、海岸、人口、医院、学校、企事业、管线、派出所、商店、井位、门牌、电闸、水表、开关等等，只要能用"位置"去描述的东西，都属于"地理信息"，遥感所提取的信息也包含在地理信息之中。

　　地理信息系统管理地理信息的计算机软件系统，它不但能分门别类、分级分层的去管理上述信息；而且还能将它们组合、分析、再组合、再分析等；还能查询、检索、修改、输出、更新等。地理信息系统还有特殊的"可视化"功能，计算机屏幕把所信息逼真地再现到地图或遥感像片上，信息可视化工具，清晰直观的出信息的规律和分析结果，还能的在屏幕上监督"信息"的。总之，地理信息系统，您可以通俗的理解为信息的"大管家"。从上面的叙述中，可以看到，整个地理信息系统由计算机、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型和图形用户界面及系统人员组成。

　　1.3全球定位系统（GPS）

　　系统，由2万公里的6个轨道平面中的25颗卫星组成。此系统用于在任何，向地球上任何地方的用户高精度的位置、速度、信息，或给用户其邻近者的信息。

　　知道，一张像片是坐标的，而像片上的信息，是遥感图像上的信息，是需要定出位置的， "有位置的信息"，才能地理信息。那么怎样来给遥感像片位置呢？有、快捷的手段，"全球卫星"定位系统。该系统是太空中的24颗GPS卫星来的。只需3颗卫星，就能迅速您在地球上的位置。您在位置时，仅需要一台像手机大小的"卫星定位仪"就可以了。这可比传统的测量定位、罗盘定位等先进多了。

　　全球定位系统主要有六大特点：

　　，全天候，不受任何天气的；

　　，全球覆盖（高达98%）；

　　，三维高精度定速、定时；

　　，、省时、高；

　　第五，应用、多功能；

　　第六，可移动定位。

　　2.“3S”集成概念

　　广义的“3S”技术包括空间信息获取、传感器和信息探测、图形图像、空间定位、监测、信息管理与存储、预测评价与决策分析等。事实上 “3S技术”为资源管理人员对自然资源的调查、监测和分析，了的手段和工具。卫星遥感主要用来 (或生成 )详尽的自然资源分类图，运用 GPS可从空间获取地面调查样地的位置信息，并可把调查结果直接以数字编辑或连接到的可列表的数据库中，最后GIS把遥感监测图件、调查样地空间位置信息和列表的资源调查数据 (主要指属性 )融合在一起。的 GIS数据库除可的背景数据、资源多样性的描述和多层的数据结构外，还对生态系统实施无缝分析对数据库更新和的能力。“3S”技术 (即 R S、GIS、G PS技术 )不可分割的有机整体，它们将会在资源调查领域产生重大的。

　　情况，3S集成都会涉及到两两，所谓两两，即GPS与RS的、GPS与GIS的RS与GIS的。

　　2.1 GPS与RS

　　GPS与RS的关键在硬件，即GPS与RS传感器的。二者的能够无控制点的情况下空对地的直接定位。

　　2.2 GPS与GIS

　　GPS与GIS关键在软件，GPSPGIS的数据源用于寻找，帮助GIS定位数据的更新。二者的集成可地面与空间的GPS数据载波相位差分测量以不同比例尺数据库的要求。二者集成最的应用是车辆导航与监控。

　　2.3 RS与GIS

　　RS与GIS的有三种：

　　第，分开平行。

　　种，表面无缝。

　　种，整体。

　　3.1全球定位系统

　　全球定位系统主要用作实时定位，是遥感数据采集和车、船导航等，采用单个GPS接收机定位的精度能要求，如Mage NAV5000型手持式GPS，单机定位精度在30米—100米之间，静态观测定位只需一分钟，观测约为10毫秒—20毫秒。采用双机作差分法观测，则定位精度在X、cdfds.com、Z方向上都能1米。所数据都可GPS输出端与计算机串口或并口连接后输入计算机。实时的GPS数据为本系统载运本系统的运载工具的坐标和

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实况采集数据的空间几何位置，在卫星上装载的GPS则获取遥感图像时的卫星空间坐标甚至姿态数据，从而解算出每个图像点的地面坐标。

　　3.2遥感图像系统

　　图像系统的功能包括：

　　（1）实况数据（包括卫星测定的参数）与原始遥感图像的特点所作的辐射校正；

　　（2）GPS定位数据或PDB中的地图数据对图像作几何校正及其它几何；

　　（3）数据交换和压缩，是与GIS矢量数据叠合分析需将提取的专题数据栅格—矢量数据转换，或将PDB及GIS中传送的图形数据变换成栅格数据；

　　（4）图像等；

　　（5）图像识别与特征提取。

　　工作站上使用的图像软件如ErDas Imagine。图像系统向GIS和EAS专题信息，向PDS导航用图像并显示的中间结果和最后结果，向PDB存放后的图形或图像。

　　3.3地理信息系统

　　如前面所说，GIS以矢量的图形数据为主制图分析，也可对栅格的数据叠加分析。其特点是可以对同一地区，以的几何坐标为准，同上的信息查询、编辑、统计和分析。本系统中其作用是将预先存入PDS中的背景数据与LDB中的实况数据和RPS中的遥感分类数据多的管理和分析。

　　当前的GIS软件主要是Arc/Infor，GeoMap等，集成RPS和GIS的数据在软件中，已集成软件是GRASS和GRAMS，但这两种软件需要将矢量数据转换成栅格数据后叠加，而ErDas Imagine来说功能更强，但它在栅格数据的基础上操作。而Er Mapper软件则可将栅格图像和矢量的图形直接在不同的上叠加显示，更为。使声音、图像、动画等功能综合在一起，可以使用多媒体的GIS软件。

　　3.4实况采集系统

　　是遥感调查、环境监测和导航都少不了实况数据采集。实况采集的传感器包括红外辐射计、瞬时光谱仪、湿度计、酸碱度测定仪，噪声仪，甚至像雷达、声纳等等。大多数传感器输入的是模拟数据，须经模拟/数码转换并GPS定位数据建库或其它系统。模拟/数码转换是由计算机中的模/数转换接口板来。如下图为SV12S模/数变换接口板，它有16个通道与16中传感器相连，采用CAL译码，16路计算机，采样重复率为每秒钟8次。实况数据可在PDS上直接显示，也可以建库后经RPS或GIS后在PDS上显示。

　　GIS

　　A/D

　　模数变换卡

　　SV12S

　　PDS

　　LDB

　　GPS

　　RPS

　　图5 实况采集系统

　　3.5图形图像显示系统

　　图像图形显示系统是和分析人员和监视系统工作的窗口，导航和实况采集尤为，这两项工作要以实时显示来航行和采集数据。在图像、分类、图形编辑、叠加等数据分析中也随时需要显示中间结果和。显示屏幕可以有专用屏幕，也可直接在操作终端上显示图像，需要在图像卡支持下工作，要求有漫游、缩放、彩色合成、专题显示、图像与图形实况数据叠合，及图形图像的其它普通显示功能，屏幕缓冲器最好在2MB，位码在16—32bit，用以作多显示。

　　3.6环境分析系统

　　环境分析系统是为专业应用分析所设置的，专业分析已远远超过了GIS中的分析功能。环境分析系统是用户的要求，以的模式把数据和分析方法像积木一样地组织在一起，例如环境分析要求，选择来自LDB和PDB的数据，组织GIS的若干功能，EAS本身的专用分析功能，作叠置分析、网络分析，甚至运用人工智能方法分析和预测分析等，规定的环境分析任务。系统软件需应用目的编制。

　　4.系统应用

　　现在大型船舶在海上航行，有先进的导航设备，但海难事故时有，如我国的“向阳红16号”科考船在去太平洋作锰结核矿调查中与塞浦路斯货轮相撞并沉默；“爱沙尼亚”号客轮在波罗的海遭遇风暴而遇难，死亡人数达900人。去南极的科学考察船，往返咆哮的西风带时，在惊涛骇浪中航行更是惊心动魄；南极圈时在冰山林立的海区航行，除了要有的航海经验外，更需要有先进的导航设备来航行安全。本系统是理想的实用性导航系统，航海需要精确的实时定位，GPS了点。，航海还与气象息息，气象卫星遥感图像能最新的气象信息，气象分析还与高空和地面、海况有密切关系，本集成系统的优势是对遥感图像了几何纠正，使GPS定位数据能在图像上地显示船位，GIS的叠加功能将GPS数据、纠正后的遥感图片与海图和背景资料，如高空图、地面图、海况图作叠加和分析，寻找安全路线。驾驶员可以清楚地在PDS上观察到所处的位置及航行路线周围的情况。如下图为某海港GPS导航图：

　　图6 某海港导航图

　　冰区航行，需有雷达图像导航，同样需经RPS。为防止船舶与冰山或其它船只碰撞，须将船载雷达信号LCS系统，在PDS上与海图叠加显示。

　　南陆考察，在茫茫的冰原中行进，大地区详细的地图，南极气候变幻无常，风暴中能见度很低，冰盖上不少地区又有地裂缝难以。考察中需要遥感图像GPS导航，需要前人在考察中积累的资料做背景数据分析，考察数据又可LCS收集后建库，也可在行进中作实时分析。

　　5.结论

　　3S集成能够实时获取数据、数据和实时导航，而且可以实时获取地状信息，变形监测分析，并可绘制土地现状图、森林分布图、草场分布图、城市变迁图、水资源分布图全球气候监测图与温室效应与环境污染监督图等。也相信，科学技术的发展，3S技术将会的应用于社会中的各个领域中。

　　参考文献

　　[1] 孙家抦主编.遥感原理与应用[M].武汉：武汉大学出版社，2003.2.

　　[2] 孙家抦，舒宁，关泽群.遥感原理方法和应用[M].北京：测绘出版社，1997.6.

　　[3] 崔铁军.地理空间数据库原理[M].北京：科学出版社，2010.

　　[4] 李德仁，周月琴，金为铣.摄影测量与遥感概论[M].北京：测绘出版社，2001.

　　[5] 梅安新.遥感导论[M].北京：高等教育出版社，2001.

　　[6] 李建松.地理信息系统原理[M].武汉：武汉大学出版社，2006.

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