“3S”集成技术及其应用的发展

来源:用户上传      作者: 梁海灵

　　摘要：本文介绍了“3S”技术集成的定义、理论与关键技术，并对“3S”集成技术的应用现状作了探讨，同时结合集成技术在国土资源监测、城市规划、水土保持、农业、交通等领域的应用，分析研究了“3S”集成技术在各个领域应用中出现的问题以及解决这些问题的方法。
　　关键词：“3S”技术集成；地理信息系统；全球定位系统；遥感；“3S”技术的应用
　　
　　0. 前言
　　“3S”集成技术目前已成功地应用到了包括资源管理、自动制图、设施管理、城市和区域的规划、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、教育、军事等九大类别的一百多个领域。近年来，随着我国经济建设的迅速发展，加速了“3S”集成技术的应用进程，在城市规划管理、交通运输、测绘、环保、农业、制图等领域发挥了重要的作用，取得了良好的经济效益和社会效益。
　　1. “3S”集成技术的定义及其基本原理
　　“3S”是GPS(Global position system，全球定位系统)，RS(Remote Sensing，遥感)和GIS(Geography Information System，地理信息系统)的简称。“3S”集成是指将遥感、空间定位系统和地理信息系统这三种对地观测新技术有机地集成在一起。
　　在“3S”集成中，GPS主要用于实时、快速地提供目标，包括各类传感器和运载平台（车、船、飞机、卫星等）的空间位置；RS用于实时地或准实时地、快速地提供目标及其环境的语义或非语义信息，发现地球表面上的各种变化，及时地对GIS进行数据更新；GIS则是对多种来源时空数据进行综合处理、集成管理、动态存取，作为新的集成系统的基础平台，并为智能化数据采集提供地学知识。
　　2. “3S”集成技术的应用
　　国外发达国家已普遍利用该技术进行农情监测分析，特别是美国，不仅分析本国农情，而且分析世界各国的农情。我国从20世纪80年代开始了RS和GIS在农业生产中的应用研究。3S集成技术在我国农业生产中的应用是从90年代开始的，主要应用于农情监测和自然灾害的动态监测分析。它较传统方法具有时间少、费用低、范围广、准农科院草原研究所应用3S技术建立的“中国北方草地草蓄平衡动态监测系统”使我国草地的资源管理由过去常规方法上百人10年完成的工作量只需7天即可完成，经3年运转，节约经费1669万元。
　　城市规划涉及面广、内容多、工作量和难度都极大，没有对一个城市各种信息的全面了解和把握，是不可能设计出一个好的规划建设方案的。GIS在对城市规划各种数据的组织、管理、展示、统计和分析中，有着一般系统所无法比拟的优势，并且RS和GPS的结合能够为城市规划提供大量实时的数据信息，这些数据对分析城市的环境、生态、交通、城市的扩展趋势、城市污染分布以及城市的总体布局等都具有重要意义，所以，它被广泛地应用于城市规划的各个领域，如城市用地规划、城市环境及生态规划、城市交通规划等众多规划领域[。
　　3. “3S”集成技术在应用中存在的问题以及解决方法
　　由于RS、GIS和GPS在功能上的互补性，各种集成方案通过不同的组合取长补短，充分发挥其各自的优势，并且也产生了许多新的功能。在各个方面取得了不小的成绩，“3S”集成技术也获得了广泛的应用，但仍有许多尚未彻底解决的问题。“3S”集成技术并非完全意义上的集成，而大部分是两两结合，在同一的平台下，相互间的功能互补和数据转换，他们之间还是相互独立，即使所谓的“3S”也是表面上的集成。
　　张继贤在国内较早提出综合GIS信息中的地学知识和遥感数据可以提高遥感分类的精度，尽管能消除应用单一遥感图像判读所存在的若干弊端。但是，两者的结合存在数据转换的问题，使得相应的软件要进行升级或之间要数据转换器，然而，由于不同领域不同系统的数据格式不同，且内部数据结构相互不公开或难以公开，导致数据转换器转换效率低，最终难以广泛应用。
　　李德仁认为“3S”集成需要解决的关键问题是：(1)系统的实时空间定位；(2)系统的一体化数据管理；(3)语义和非语义信息的自动提取理论方法；(4)基于GIS的航空，航天遥感影像的全数字化智能系统及对GIS数据库快速更新的方法；(5)可视化技术理论与方法；(6)系统中数据通讯与交换；(7)系统设计的方法及CASE(Computer Aided Software Engineering)工具的研究；(8)系统中基于客户机/服务器的分布式网络集成环境。
　　“3S”集成问题最重要的就是数据的集成、转换问题。也就是数据一致性、兼容性、以及数据的多源信息问题。
　　由于GIS、RS和GPS的数据分别存储为不同数据格式，为数据综合利用带来不便。宋关福、钟耳顺等提出的多源空间数据无缝集成(SIMS)技术实现了一种特殊的数据访问机制，不仅提供了直接存取多种数据格式的能力，而且使“3S”集成技术的跨数据源复合分析功能进一步加强。SIMS是一种无须数据格式转换，直接访问多种数据格式的高级空间数据集成技术，具有如下特点：(1)多格式数据直接访问。这是SIMS技术的基本功能，由于避免了数据格式转换，为综合利用不同格式的数据资源带来了方便。(2)格式无关数据集成。GIS用户在使用数据时，可不必关心数据存储于何种格式，真正实现格式无关数据集成。(3)位置无关数据集成。如果使用大型关系数据库（如Oracle和SQL Server）存储空间数据，这些数据可存放在网络服务器、甚至Web服务器，如果使用文件存储空间数据，这些数据一般是本地的。通过SIMS技术访问数据，不仅不必关心数据的存储格式，也不必关心数据的存放位置。用户可以像操作本地数据一样去操作网络数据。(4)多源数据复合分析。SIMS技术还允许使用来自不同格式的数据直接进行联合/复合空间分析。
　　将RS和GPS的数据格式加入图2，便可实现“3S”数据的集成。例如，通过SIMS技术的原理，可以制作一个用户可以使用一个GIS格式的数据（如Arc/Info Coverage的土地利用数据集）和一组RS图像与GPS格式的源数据集进行叠加分析，叠加结果可以存储到SQL Server数据库。
　　4. 结语
　　目前关于“3S”的集成研究虽然较多，且有了较多的研究成果，但其内容多是技术之间的相互调用，难以达到其发展目标，而直正将三者完全统一，实现一体化数据管理则比较难。但是，数据标准的统一是可行的，也是至关重要的。要实现“3S”技术的集成，就必须使数据的格式一致或者能够很好的转化，只有这样才能实现真正的集成。“3S”技术的集成起步较晚，但发展非常快，特别是其应用更是突飞猛进。主要是因为三者能优势互补，遥感与地理信息系统的结合是其核心，应用也最为广泛。在当今信息时代，数据非常重要。在“3S”的集成技术应用中，主要是数据的获取，而GPS和RS都能给提供大量的低成本数据，因此，“3S”集成技术是非常有前途的。随着“数字地球”技术研究和网络化、信息化的发展，客观上需要更高层次的“3S”技术与其它高新技术结合，以形成多功能全方位的整合信息系统。
　　
　　参考文献
　　[1] 孙家柄, 舒宁等. RS、GPS与GIS集成系统及其应用[J]. 遥感信息, 1995(2): 27-31
　　[2] 刘震, 李书楷. “3S”一体化技术和方法的探讨[J]. 环境遥感, 1995(2): 152-160
　　[3] 郝捷, 武现治. “3S”技术在水土保持“三区”划分中的应用. 中国水土保持SWCC, 2002(11)
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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