新時期“3S”技術的應用與發展

張治宇

（長安大學地質工程與測繪學院 陜西西安 710061）

新時期“3S”技術的應用與發展

張治宇

（長安大學地質工程與測繪學院 陜西西安 710061）

在21世紀產業革命的推動下，空間技術、電子計算機技術、信息技術等諸多技術領域迎來了技術革新。3S相關領域的技術革新推動了3S技術的產生與發展，從20世紀90年代起得以廣泛的應用于生產與實踐的諸多領域，并以其高效、便捷、準確等特性受到了廣泛的關注。本文結合新時期3S技術應用的具體實例，分析其優點，并對3S技術未來的前景進行了展望。

“3S”技術；應用；學科交叉

引言

“3S”技術指的是支撐當前對地觀測系統中信息獲取、儲存、管理與應用的三大支柱型技術——GPS（全球定位系統）、GIS（地理信息系統）、RS（遙感）的簡稱。近些年來，隨著空間技術、信息技術、電子計算機技術以及傳感器技術等相關技術的革新，“3S”技術逐漸走上了綜合應用的道路，三者之間互相結合，形成了一個有機的整體，構成了一個信息獲取、處理、應用一體化的系統。“3S”技術充分利用各自的優勢，在國民經濟與國防建設中正發揮著獨有的魅力。

1 “3S”中各項技術的優勢及其互補性

1.1 GPS技術的優勢

在“3S”集成應用中，GPS主要是發揮著定位手段的作用，主要用來獲取地理目標的位置、速度、時間等精確的時空信息。與傳統的羅盤定位、測量定位相比，GPS定位有著全天候、高覆蓋、高效率、高精度、多功能、操作便捷等諸多優點。近些年來GPS實現了與導航技術及現代通信的結合，引發了空間定位技術的革命。由于GPS可以同時測定目標的三維坐標，故可將空間定位由陸地與近海擴展至整個外層空間，擴寬了GPS應用的領域。GPS技術是“3S”技術中一個重要組成部分。

1.2 RS技術的優勢

在“3S”集成應用中，RS主要作為信息采集手段。遙感以通過不直接接觸的方式獲取，對目標物所反射或折射的電磁波進行探測，依據其特性對物體的性質與特征進行分析判斷，從而獲取其信息。與其他方式相比，遙感在大面積信息獲取上，有著無可比擬的優勢。遙感能夠在短時間內，對大范圍區域進行同步觀測，從而獲取目標區域有價值的遙感影響數據。打破了人類視覺空間的局限，使得宏觀掌控地表的地理對象屬性與特征成為可能，這種對地表對象的宏觀掌控，對人類了解與分析資源環境狀況十分重要。同時，由于遙感技術具有時效性強的特點，其獲取信息的速度之快、周期之短是實地人工測量所無法匹敵的。其次由于遙感探測具有周期性的特點，可對同一地區進行周期性、重復性的觀測，遙感的這一特性對研究目標區域地理實體的變化具有重要意義。與此同時，由于遙感儀器的多樣性、光譜的多樣性，遙感可滿足不同的任務要求。最后遙感技術由于其所受的條件限制相對較少，不受地面條件制約，對于人類難以到達的或較為危險的區域，遙感技術能夠為我們提供寶貴的資料。

1.3 GIS技術的優勢

在“3S”集成應用中，GIS技術主要起到統籌整理RS、GPS數據的作用。與傳統數據管理系統相比，GIS是以空間數據庫為依托，不僅能與傳統數據庫一樣管理屬性信息，還可以管理空間信息與海量的屬性數據。同時，GIS可以根據各類信息之間的約束條件，建立數學模型，對各類信息進行綜合分析。GIS將RS與GPS聯系成為一個有機的整體，實現了“3S”技術的集成。

1.4 “3S”技術的互補性

在“3S”技術中，GPS為點位信息，用以實現幾何校正、監督區選擇與分類等多項操作。同時，GPS還承擔著GIS的空間定位與位置更新工作。RS則主要負責GIS的區域信息提供與更新服務、GPS的遙感信息查詢服務。GIS則負責將RS與GPS所提供的數據進行儲存與處理，再將所處理后得到的信息，反作用于GPS與RS，從而生成一個循環促進的系統，將“3S”構建為一個有機的整體。

2 “3S”技術的應用實例

2.1 “3S”技術在土地動態監測中的作用

隨著經濟的發展，人類、土地與經濟三者之間的矛盾與日俱增，如何及時有效的對土地進行監測，進而全面、準確地提供對規劃部門頗為重要的土地信息，是維持經濟可持續發展的重要保障。與耗資巨大、調查周期冗長的傳統的土地利用調查方式相比，“3S”技術可實現大范圍、高效率、高精度、周期性的動態監測，能夠為土地信息的統計、監督與科學決策提供可靠的依據。

RS技術是多平臺、多波段、多模式和高空間、高分辨率、對地表監測的高新技術。[1]RS具有很強的實效性，其獲取的信息量之大，測量范圍之廣，經濟效益之高遠非傳統監測方式所能比擬，是土地動態監測中的主要力量。GPS技術則由于其快速、高精度、全天候的空間定位能力成為了土地動態測量中遙感技術的重要輔助手段，并成為GIS數據實時更新的重要基礎數據來源，極大地提高了土地動態監測的準確度。“3S”技術應用于土地動態監測的核心是GIS，GIS系統利用其強大的數據處理功能，實現了多元數據的分析與處理，與同期數據共同進行疊加分析，利用計算機技術在最短時間內鎖定目標區域的變化，統計變化區域面積，通過GIS輔助完成各類規劃。

2.2 “3S”技術在生態學中的應用

隨著經濟的不斷發展，人類工業文明的不斷進步，人類與自然的矛盾不斷激化，關于自然生態的研究引發了人們越來越多的重視。在生態學研究的諸多手段里，“3S”技術以其高效、實時、精確等特性備受人們青睞，在獲取、儲存、處理、更新、運用與空間相關的信息方面，有著巨大的潛力。

“3S”中的RS技術主要直接應用于數據的采集與動態監測，同時在災害評級、預測預報上均發揮著重要作用，如生物多樣性調查、全球植被覆蓋率變化、病蟲害預警、全球環境變化、森林/草場恢復情況、水體污染調查等。“3S”中的GIS技術憑借著其強大的功能模塊，主要任務是根據RS與GPS所得到的數據，構建約束關系，建立數學模型，解決生態學研究中所遇到的實際問題。利用GIS解決生態學問題與其他研究方式相比，其優勢主要體現在GIS能夠實現多空間尺度的數據分析，并且能分析生態實體與環境的相關空間定位對其自身功能的影響。[2]GPS則主要應用于生態學中與精密定位、追蹤有關的研究工作，為RS與GIS提供精確的數據。“3S”共同配合，完成生態學的研究工作。

3 “3S”技術的發展前景

“3S”技術憑借其對研究對象在時空間、研究方法以及尺度上的擴展，使得研究結果更加客觀與貼近現實。同時，隨著空間技術、計算機技術、信息技術、傳感器技術的不斷發展，“3S”技術的使用成本也大大降低，這在很大程度上也推動了“3S”技術的快速發展乃至民用化普及。但是，“3S”技術仍有著自身的局限性，而這也恰恰是“3S”技術未來的發展方向。

3.1 GIS海量數據庫的建立

隨著科技的進步，“3S”技術已經開始應用到生產生活的方方面面，然而，GIS數據庫在最基層并未得到有效的應用。隨著“3S”技術的推廣，RS與GPS獲取的數據規模越來越大，“3S”將進一步的走向民用，由此會產生數目龐大的空間數據與屬性數據，如何建立一個GIS的海量數據庫，來管理與利用這些信息就成為了我們急需解決的問題。同時，如何將各地區乃至全球的GIS數據實現有限的共享與統一，也是我們面臨的一個難題。上述難題同時也是“3S”技術的一個重要的發展方向。

3.2 “3S”技術中各項技術結合更加緊密

“3S”技術的實際應用中，RS與GPS所獲得的數據常需經過處理才能夠成為可以被GIS所利用的數據，這就無形中增加了實際工作中的工作量。如何實現“3S”技術真正的一體化，最大限度的實現從數據的采集、儲存、處理直到解決方案提出的自動化處理，使我們實現“3S”技術一體化所無法繞開的問題。只有解決了這個問題，“3S”技術才能向著更高領域邁進。

4 結語

在21世紀產業革命的背景之下，“3S”產業的相關學科蓬勃發展的今天，“3S”技術正逐漸的走向成熟。“3S”技術的廣泛應用，在科學上，拓寬了人們的研究領域，為人們獲取與處理與時空相關的信息提供了一種新的方法；在生產實踐中，極大地改變了人們的生活方式，提高了生產效率。在未來的發展中，我們可以預見“3S”將會滲透到各個領域中，影響到每個人的生活。“3S”技術前景廣闊。

[1]郭華東．汶川地震災害遙感圖集[M]．北京：科學出版社，2008．

[2]聶呈榮，李明輝，崔志新，章家恩，黃京華，區美美，饒衛民.3S技術及其在生態學上的應用[J].佛山科學技術學院學報（自然科學版），2003，01：70～74.

[3]陽艷弟，王力，陳宵，鐘正和.“3S”技術及其在土地資源管理中的應用[J].重慶郵電學院學報（自然科學版），2006，03：422～426.

F208

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1004-7344（2016）24-0190-02

2016-8-7