GPS与GIS和RS技术

GPS与GIS和RS技术～3S集成应用综述

地理信息技术范畴的GIS（地理信息系统）、RS（遥感技术）和GPS三者集成应用，构成了整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，提高了GIS的应用效率。3者之间的相互作用形成了“1个大脑2只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS进行相应的空间分析，并从RS和GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，进行综合集成，使之成为决策的科学依据。3S集成可形成4种模式：GPS ＋GIS、GPS＋RS、GIS＋RS、GPS＋GIS＋RS。

以下源引：GPS与GIS技术的综合应用

自从1994年GPS系统正式投入使用后，全球的GPS应用开始进入高潮。由于GPS 提供的是经纬度格式的大地坐标，导航需要平面坐标及其在地图上的相对位置，这样以数字地图、GIS和GPS为基础的计算机智能导航技术便应运而生。

智能导航系统是指安装在各种载体（如车辆、飞机、舰船）上，以计算机信息为基础，能自动接收和处理GPS信息，并显示载体在电子地图上的精确位置的技术系统。车载GPS 导航系统和移动目标定位系统是智能导航系统的具体应用。

在GPS与GIS相结合应用的深入的同时，现代通信技术也正发生着天翻地覆的变化，嵌入式手持设备也迅速普及。目前，移动手持设备如移动电话和PDA已经有了非常广泛的使用。新技术的发展为GPS+GIS的应用带来了一些新的问题和需求。

首先，从公安、交通、电力、电信、石油、市政、林业、农业等行业的导航与监控应用中，又有了更进一步的应急处理系统，如在定位的同时，还需了解当前位置的周边地理情况、所需资源能否满足要求、设施设备的状态、当前位置到目标位置的最佳路径等，以便能更好、更快地进行应急处理，这样作为GPS移动目标表现载体的GIS系统不仅需要提供基本的GPS移动目标的地图化表现，还要提供更进一步的基于位置的分析功能，从而提供合理的决策支持依据。

其次，不同的GPS导航、监控以及应急处理系统，作为监控中心、监控分中心等其规模、业务范围、应用阶段的不同，对服务器的性能以及终端设备操作系统平台的需求也不尽相同，因此，相应的GIS系统也必须能够提供出满足Windows、Unix、Linux等多种系统应用的解决方案。

第三，在GPS导航、监控以及应急处理系统中，移动终端的载体又有许多不同的情况：行驶在大街上、在野外、在地下、在空中、在水上（水中）；控制中心可能在室内，也可能在户外。这样，硬件需求就千差万别，有传统的车载单元、PDA、移动电话、普通PC 等。这样，针对不同的硬件设备，必须有与之匹配的软件解决方案。

第四，从各个行业的不同应用来看，由于不仅仅局限于定位、导航，还要为决策支持提供强有力的参考依据，因此，不仅仅有道路交通、行政区划等基本地图信息，还需要有与本行业密切相关的地图数据以及属性数据，这样的数据量是相当大的，从而必须提供海量数据管理的有效机制。

最后，随着网络带宽的迅速提高，GPS与GIS相结合应用模式从传统的单机版或

C/S方式向B/S方式转变已经是大势所趋，因此提供基于WebGIS的应用解决方案也是势在必行。

解决了以上问题的GPS+GIS平台则能够以空间位置信息作为其智能化业务处理的基础，从而对各种相关数据进行分析、评估以及做出决策。此类平台的应用范围可以包括：

一、信息检索查询

1.地图显示：缩放、平移、地图图层控制、图例定义。

2.通过定义查询条件，对各类属性数据进行查询。

3.根据点、线、面等特点，按照相关性关系进行关联查询。

4.对距离、周长、面积等进行量算。

二、多媒体信息输出

将用户所关注的各类数据信息，以文字、数据报表、图片、专题图等形式输出，以满足不同分析决策工作的需要。

三、周边情况查询

移动终端和控制中心均可对该终端周围的设施，以及某设置中提供服务的详细信息进行查询，甚至是对信息进行交互式的处理。

四、决策及事件响应

移动设备或者中心设备能够预先装入相关的决策分析模型，这样可以在现场或者中心可以根据出现的状况，自动提供出建议采用的解决方案，以备工作人员参考，确定科学合理的决策或计划。

五、指挥监控调度跟踪

控制中心可以及时了解移动终端的位置和状态信息，从而对资产进行有效的跟踪，以保障安全；或者对资源进行合理的调配，以保障生产作业的效率。

六、导航/路径计算

根据移动终端当前的位置和目的地的位置，进行最优路线分析，并按照预先设定的条件和规则，生成前往目的地的建议路线，同时提供沿途的关键性信息。

GPS和GIS的综合应用平台，通过移动通信、互联网和空间信息的技术和手段，以电子地图为依托，以移动终端的位置数据为基础，让使用者可以获取到各种与当前位置相关的信息，从而为工作的进一步开展提供了参考的依据

3S集成综述

3S技术为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。3S的结合应用，取长补短，是一个自然的发展趋势，三者之间的相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即RS（遥感技术）和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS进行相应的空间分析（图12-9），以从RS和GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。

GIS、RS（遥感技术）和GPS三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，提高了GIS的应用效率。在实际的应用中，较为常见的是3S 两两之间的集成，如GIS/RS集成，GIS/GPS集成或者RS/GPS集成等，但是同时集成并使用3S技术的应用实例则较少。美国Ohio大学与公路管理部门合作研制的测绘车是一个典型的3S集成应用，它将GPS接收机结合一台立体视觉系统载于车上，在公路上行驶以取得公路以及两旁的环境数据并立即自动整理存储于GIS数据库中。测绘车上安装的立体视觉系统包括有两个CCD摄象机，在行进时，每秒曝光一次，获取并存储一对影象，并作实时自动处理。

RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技术水平上实现，最简单的办法是三种系统分开而由用户综合使用，进一步是三者有共同的界面，做到表面上无缝的集成，数据传输则在内部通过特征码相结合，最好的办法是整体的集成，成为统一的系统。

单纯从软件实现的角度来看，开发3S集成的系统在技术上并没有多大的障碍。目前一般工具软件的实现技术方案是：通过支持栅格数据类型及相关的处理分析操作以实现与遥感的集成，而通过增加一个动态矢量图层以与GPS集成。对于3S集成技术而言，最重要的是

在应用中综合使用遥感以及全球定位系统，利用其实时、准确获取数据的能力，降低应用成本或者实现一些新的应用。

3S集成技术的发展，形成了综合的、完整的对地观测系统，提高了人类认识地球的能力；相应地，它拓展了传统测绘科学的研究领域。作为地理学的一个分支学科，Geomatics*产生并对包括遥感、全球定位系统在内的现代测绘技术的综合应用进行探讨和研究。同时，它也推动了其它一些相联系的学科的发展，如地球信息科学、地理信息科学等，它们成为“数字地球”这一概念提出的理论基础。

3S集成在考古学中的应用实例（源引：4．地球化学勘探）

GPS、GIS、RS（遥感技术）技术各有优缺点，相互结合可取长补短。在实践中，3S集成是指三者对地观测新技术有机地集成（Integration）在一起。

3S集成运用时，GPS用来实时、快速地提供目标地空间定位（如（考古遗存的位置和形制），RS用来实时或准实时地提供目标及其环境地信息（如考古遗存的勘探），发现地表的各种变化，及时对GIS数据更新，GIS通过对各种来源的时空数据进行综合处理、集成管理、动态提取，做成新的集成系统的基本平台，且为智能化数据采集提供地学知识

3S集成可形成四种模式：GPS＋GIS、GPS＋RS、GIS＋RS、GPS＋GIS＋RS。例如第一种模式，通过GIS系统，可使GPS的定位信息在电子地图上获得实时的、准确的反映及漫游查询，GPS亦可为GIS及时采集、更新或修正数据。运用3S集成技术可以实现整体的、实时的、动态的空间系统研究，使研究人员在宏观、微观的角度，以各种规模，从人类的物质遗存及其周围环境的空间结构相互作用，定性、定量地讨论古代人类活动。

1996年6月－8月，中国河南省文物考古研究所与美国密苏里州立大学人类学系采用地面踏察、观察断崖剖面、文物钻探、GPS、GIS等方法，联合调查了河南颖河上游两岸长约100公里范围内龙山文化晚期到二里头时期的聚落遗址。

3S集成技术虽然已取得相当成效，且应用前景广阔，但另一方面，也存在一些问题，主要是目前系统的设计、应用过程的不完善，诸如集成系统的实时空间定位、一体化数据管理、

信息的自动提取、数据的自动更新、数据实时通讯、影像的空间可视化等，这些问题需要专家去研究和解决。

3S集成技术在虚拟“数字城市”中的应用

城市GIS（城市地理信息系统）=3S+土地信息+人、财、物信息=虚拟“数字城市”。城市GIS是一个人地（地理环境）关系系统，它体现人与人、地与地、人与地相互作用和相互关系，城市系统由政府、企业、市民、地理环境等，既相对独立又密切相关的子系统构成。政府管理、企业的商业活动、市民的生产与生活无不体现出城市的这种人地关系。

理想化的城市GIS由政府GIS、企业GIS和社会GIS构成，通过网络（局域网、Internet、宽带网、有线电视网、公用电话网等）将政府、企业和社会联成一个整体，实现资源的共享。国内城市GIS的发展过程是一个从政府GIS向企业GIS乃至社会GIS发展的过程。

1、政府GIS

国内早期的城市ＧＩＳ建设主要侧重于政府ＧＩＳ。城市ＧＩＳ是投资大、见效慢的项目，只有政府才有条件率先建立城市ＧＩＳ。因为，政府部门，尤其是城市规划、土地、房产部门是城市空间数据的主要生产者、管理者和使用者，政府对城市空间数据的采集、使用和处理拥有垄断地位，而城市空间数据是建立城市ＧＩＳ的必要条件；政府管理与决策迫切需要ＧＩＳ的支持。

八十年代中期，应城市规划管理世界银行贷款项目的要求，洛阳、常州、沙市等城市开始着手建立为城市规划ＧＩＳ。八十代末，上海建立了２．５平方公里的样区实验系统。

九十年代初，由于城市建设的高速发展，海口、深圳、北海、淄博等城市纷纷建立了为城市规划管理服务的政府ＧＩＳ，城市规划ＧＩＳ得到了迅速的发展。早期的城市ＧＩＳ主要是为城市规划管理服务的政府ＧＩＳ，它体现了城市规划在城市管理中的龙头作用和城市决策者希望对城市建设总体把握的要求。

到九十代中期，为土地管理服务的政府ＧＩＳ开始引起重视，南宁、南京等城市开始建设土地信息系统。

九十代后期，随着国家对土地资源的重视，土地信息系统的建设热潮开始形成。与此同时，政府的其它部门也在开始应用ＧＩＳ技术，如“１１０”、“１２３１５”、“１２０”系统开始把ＧＩＳ与ＧＰＳ技术纳入应用范畴，环保部门利用ＧＩＳ建立环境ＧＩＳ。在第三次人口普查中，提出了建立人口地理信息系统的要求。

目前，政府ＧＩＳ还停留在部门ＧＩＳ水平，各政府部门之间由于条条块块的分割，相互封锁，形成了各自为政的政府ＧＩＳ孤岛。从“数字城市”的角度，政府部门的ＧＩＳ应该是一个整体，才能实现系统资源（数据、软件、硬件、网络和人才）的共享。

2、企业GIS政府ＧＩＳ的发展为企业ＧＩＳ建立提供经验和数据基础。企业是以赢利为目的，企业应用信息技术是为企业的管理与决策服务，通过提高管理与决策水平，最终到达提高企业利润的最终目的。ＧＩＳ如果不能满足企业发展需要，企业不会投资建立ＧＩＳ系统。

ＧＩＳ在企业中的应用主要可以解决两方面的问题：一、企业设施管理问题；二、商业管理与决策问题。

九十年代中后期，为城市提供基础和公用设施服务的企业开始着手建立设施管理ＧＩＳ系统，主要是城市供电、供水、煤气、电讯、有线电视和交通ＧＩＳ。一些大型的企业开始建设企业内部设施管理GIS。通过建立企业的设施管理ＧＩＳ，企业可从设施空间分布的角度了解设施的状况，摸清家底，提高企业设施管理和维护的效率，充分合理地利用各种设施，优化服务，节约成本，从而产生经济效益。虽然，目前企业设施管理ＧＩＳ应用水平不高，但随着国内设施管理ＧＩＳ技术的成熟，它将成为城市ＧＩＳ的主要增长点。

3、社会GIS

九十年代后期，一些ＧＩＳ公司开始开发集软件与数据于一体的城市电子地图光盘，如《北京通》、《广州之窗》，为市民和游客在城市中的衣、食、住、行提供方便，这些光盘可进一步发展成为汽车导航以及商务地理分析的工具。

随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和ＷｅｂＧＩＳ技术的发展，为企业和市民提供城市空间信息服务的ＧＩＳ网站开始出现，比较有影响的网站主要有Ｃｈｉｎａｑｕｅｓｔ和Ｇｏ２ｍａｐ，这些网站尝试通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ提供网上地图浏览服务，为电子商务提供城市空

间信息基础平台。这些应用标志着社会ＧＩＳ的发展，城市ＧＩＳ的应用领域的拓宽，同时也加深社会对ＧＩＳ的认识，ＧＩＳ技术将通过社会ＧＩＳ深入千家万户，扩展ＧＩＳ的市场空间。