“3S”集成技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展

摘要：本文介紹了“3S”技術(shù)集成的定義、理論與關(guān)鍵技術(shù)，并對“3S”集成技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀作了探討，同時結(jié)合集成技術(shù)在國土資源監(jiān)測、城市規(guī)劃、水土保持、農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)域的應(yīng)用，分析研究了“3S”集成技術(shù)在各個領(lǐng)域應(yīng)用中出現(xiàn)的問題以及解決這些問題的方法。

關(guān)鍵詞：“3S”技術(shù)集成；地理信息系統(tǒng)；全球定位系統(tǒng)；遙感；“3S”技術(shù)的應(yīng)用

0. 前言

“3S”集成技術(shù)目前已成功地應(yīng)用到了包括資源管理、自動制圖、設(shè)施管理、城市和區(qū)域的規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運輸、石油和天然氣、教育、軍事等九大類別的一百多個領(lǐng)域。近年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展，加速了“3S”集成技術(shù)的應(yīng)用進程，在城市規(guī)劃管理、交通運輸、測繪、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、制圖等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1. “3S”集成技術(shù)的定義及其基本原理

“3S”是GPS(Global position system，全球定位系統(tǒng))，RS(Remote Sensing，遙感)和GIS(Geography Information System，地理信息系統(tǒng))的簡稱。“3S”集成是指將遙感、空間定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)這三種對地觀測新技術(shù)有機地集成在一起。

在“3S”集成中，GPS主要用于實時、快速地提供目標，包括各類傳感器和運載平臺（車、船、飛機、衛(wèi)星等）的空間位置；RS用于實時地或準實時地、快速地提供目標及其環(huán)境的語義或非語義信息，發(fā)現(xiàn)地球表面上的各種變化，及時地對GIS進行數(shù)據(jù)更新；GIS則是對多種來源時空數(shù)據(jù)進行綜合處理、集成管理、動態(tài)存取，作為新的集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，并為智能化數(shù)據(jù)采集提供地學知識。

2. “3S”集成技術(shù)的應(yīng)用

國外發(fā)達國家已普遍利用該技術(shù)進行農(nóng)情監(jiān)測分析，特別是美國，不僅分析本國農(nóng)情，而且分析世界各國的農(nóng)情。我國從20世紀80年代開始了RS和GIS在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用研究。3S集成技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用是從90年代開始的，主要應(yīng)用于農(nóng)情監(jiān)測和自然災(zāi)害的動態(tài)監(jiān)測分析。它較傳統(tǒng)方法具有時間少、費用低、范圍廣、準農(nóng)科院草原研究所應(yīng)用3S技術(shù)建立的“中國北方草地草蓄平衡動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)”使我國草地的資源管理由過去常規(guī)方法上百人10年完成的工作量只需7天即可完成，經(jīng)3年運轉(zhuǎn)，節(jié)約經(jīng)費1669萬元。

城市規(guī)劃涉及面廣、內(nèi)容多、工作量和難度都極大，沒有對一個城市各種信息的全面了解和把握，是不可能設(shè)計出一個好的規(guī)劃建設(shè)方案的。GIS在對城市規(guī)劃各種數(shù)據(jù)的組織、管理、展示、統(tǒng)計和分析中，有著一般系統(tǒng)所無法比擬的優(yōu)勢，并且RS和GPS的結(jié)合能夠為城市規(guī)劃提供大量實時的數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)對分析城市的環(huán)境、生態(tài)、交通、城市的擴展趨勢、城市污染分布以及城市的總體布局等都具有重要意義，所以，它被廣泛地應(yīng)用于城市規(guī)劃的各個領(lǐng)域，如城市用地規(guī)劃、城市環(huán)境及生態(tài)規(guī)劃、城市交通規(guī)劃等眾多規(guī)劃領(lǐng)域[。

3. “3S”集成技術(shù)在應(yīng)用中存在的問題以及解決方法

由于RS、GIS和GPS在功能上的互補性，各種集成方案通過不同的組合取長補短，充分發(fā)揮其各自的優(yōu)勢，并且也產(chǎn)生了許多新的功能。在各個方面取得了不小的成績，“3S”集成技術(shù)也獲得了廣泛的應(yīng)用，但仍有許多尚未徹底解決的問題。“3S”集成技術(shù)并非完全意義上的集成，而大部分是兩兩結(jié)合，在同一的平臺下，相互間的功能互補和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，他們之間還是相互獨立，即使所謂的“3S”也是表面上的集成。

張繼賢在國內(nèi)較早提出綜合GIS信息中的地學知識和遙感數(shù)據(jù)可以提高遙感分類的精度，盡管能消除應(yīng)用單一遙感圖像判讀所存在的若干弊端。但是，兩者的結(jié)合存在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的問題，使得相應(yīng)的軟件要進行升級或之間要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，然而，由于不同領(lǐng)域不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式不同，且內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相互不公開或難以公開，導(dǎo)致數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率低，最終難以廣泛應(yīng)用。

李德仁認為“3S”集成需要解決的關(guān)鍵問題是：(1)系統(tǒng)的實時空間定位；(2)系統(tǒng)的一體化數(shù)據(jù)管理；(3)語義和非語義信息的自動提取理論方法；(4)基于GIS的航空，航天遙感影像的全數(shù)字化智能系統(tǒng)及對GIS數(shù)據(jù)庫快速更新的方法；(5)可視化技術(shù)理論與方法；(6)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通訊與交換；(7)系統(tǒng)設(shè)計的方法及CASE(Computer Aided Software Engineering)工具的研究；(8)系統(tǒng)中基于客戶機/服務(wù)器的分布式網(wǎng)絡(luò)集成環(huán)境。

“3S”集成問題最重要的就是數(shù)據(jù)的集成、轉(zhuǎn)換問題。也就是數(shù)據(jù)一致性、兼容性、以及數(shù)據(jù)的多源信息問題。

由于GIS、RS和GPS的數(shù)據(jù)分別存儲為不同數(shù)據(jù)格式，為數(shù)據(jù)綜合利用帶來不便。宋關(guān)福、鐘耳順等提出的多源空間數(shù)據(jù)無縫集成(SIMS)技術(shù)實現(xiàn)了一種特殊的數(shù)據(jù)訪問機制，不僅提供了直接存取多種數(shù)據(jù)格式的能力，而且使“3S”集成技術(shù)的跨數(shù)據(jù)源復(fù)合分析功能進一步加強。SIMS是一種無須數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，直接訪問多種數(shù)據(jù)格式的高級空間數(shù)據(jù)集成技術(shù)，具有如下特點：(1)多格式數(shù)據(jù)直接訪問。這是SIMS技術(shù)的基本功能，由于避免了數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，為綜合利用不同格式的數(shù)據(jù)資源帶來了方便。(2)格式無關(guān)數(shù)據(jù)集成。GIS用戶在使用數(shù)據(jù)時，可不必關(guān)心數(shù)據(jù)存儲于何種格式，真正實現(xiàn)格式無關(guān)數(shù)據(jù)集成。(3)位置無關(guān)數(shù)據(jù)集成。如果使用大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫（如Oracle和SQL Server）存儲空間數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可存放在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、甚至Web服務(wù)器，如果使用文件存儲空間數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般是本地的。通過SIMS技術(shù)訪問數(shù)據(jù)，不僅不必關(guān)心數(shù)據(jù)的存儲格式，也不必關(guān)心數(shù)據(jù)的存放位置。用戶可以像操作本地數(shù)據(jù)一樣去操作網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。(4)多源數(shù)據(jù)復(fù)合分析。SIMS技術(shù)還允許使用來自不同格式的數(shù)據(jù)直接進行聯(lián)合/復(fù)合空間分析。

將RS和GPS的數(shù)據(jù)格式加入圖2，便可實現(xiàn)“3S”數(shù)據(jù)的集成。例如，通過SIMS技術(shù)的原理，可以制作一個用戶可以使用一個GIS格式的數(shù)據(jù)（如Arc/Info Coverage的土地利用數(shù)據(jù)集）和一組RS圖像與GPS格式的源數(shù)據(jù)集進行疊加分析，疊加結(jié)果可以存儲到SQL Server數(shù)據(jù)庫。

4. 結(jié)語

目前關(guān)于“3S”的集成研究雖然較多，且有了較多的研究成果，但其內(nèi)容多是技術(shù)之間的相互調(diào)用，難以達到其發(fā)展目標，而直正將三者完全統(tǒng)一，實現(xiàn)一體化數(shù)據(jù)管理則比較難。但是，數(shù)據(jù)標準的統(tǒng)一是可行的，也是至關(guān)重要的。要實現(xiàn)“3S”技術(shù)的集成，就必須使數(shù)據(jù)的格式一致或者能夠很好的轉(zhuǎn)化，只有這樣才能實現(xiàn)真正的集成。“3S”技術(shù)的集成起步較晚，但發(fā)展非常快，特別是其應(yīng)用更是突飛猛進。主要是因為三者能優(yōu)勢互補，遙感與地理信息系統(tǒng)的結(jié)合是其核心，應(yīng)用也最為廣泛。在當今信息時代，數(shù)據(jù)非常重要。在“3S”的集成技術(shù)應(yīng)用中，主要是數(shù)據(jù)的獲取，而GPS和RS都能給提供大量的低成本數(shù)據(jù)，因此，“3S”集成技術(shù)是非常有前途的。隨著“數(shù)字地球”技術(shù)研究和網(wǎng)絡(luò)化、信息化的發(fā)展，客觀上需要更高層次的“3S”技術(shù)與其它高新技術(shù)結(jié)合，以形成多功能全方位的整合信息系統(tǒng)。

參考文獻

[1] 孫家柄， 舒寧等. RS、GPS與GIS集成系統(tǒng)及其應(yīng)用[J]. 遙感信息， 1995(2): 27-31

[2] 劉震， 李書楷. “3S”一體化技術(shù)和方法的探討[J]. 環(huán)境遙感， 1995(2): 152-160

[3] 郝捷， 武現(xiàn)治. “3S”技術(shù)在水土保持“三區(qū)”劃分中的應(yīng)用. 中國水土保持SWCC， 2002(11)

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