3S技术简介
第9讲 3S技术
上海GPS气象网
•投入运行的上海GPS气象服务网由分布在上海、安
徽、浙江和江苏的14个GPS基准站组成，
•以上海为中心，覆盖整个长江三角洲地区，能全天
候地提供长江三角洲地区的可降水汽量的变化信息。
•分辨率从现在的12小时采样一次提高到30分钟一次
.
•站点分布也由目前的300公里以上下降到100公里左 右。
●地理坐标编码的意义：
A 使遥感图像真正成为数字化的地学资料；
B 使遥感资料能熔入GIS中发挥应有的作用 ●地理坐标编码的实现： A 根据GCP计算像元行列值与大地坐标(或经纬度) 之间的对应关系并记录之 B 几何精校正时记录新图像像元与大地坐标间的 对应关系 也可将图像嵌入已作地理编码的图象中实现之
遥感图像所反映的对象，是以空间单元来组织 和表述的，不直接包含地理坐标，只有单元(像元) 的行列序号。要以遥感图像为数据源进行地理数 据采集，必须给图像加上地理坐标信息----进行 地理坐标编码：即建立图像像元行列值(col,row) 与地理坐标(X,Y)之间的一一对应关系。 图像一旦具有地理编码信息，任何一个像元的 地理坐标都可依据(col,row) (X,Y)这个对应关 系准确求得；同样，对一个给定的地理坐标，亦 可计算出与其对应的图像像元。
2、全球定位系统(GPS)：
NAVSTAR/GPS(Navigation Satellite Timing And Ranging/ Global Positioning System) 美军方73年开始，93年完成 GPS 3个组成部分：卫星、控制 系统和用户
现有 24 颗卫星在距离地面大约 20183km 轨道高度上以每日绕地两 周的周期运行着。6条轨道按轨道面夹角60∘间距分开。每条轨道与 赤道面的交角为55 ∘。每条轨道上有4颗卫星。 每颗卫星发射两种频率的无线电波用于定位。第一频率 L1 ， 1575.42MHz ；第二频率 L2 ， 1227.6MHz ；而载波频率由两种伪码 [Pseudo—Random Noise(PRN)Code]和一条导航消息调制而成，载波 频率及其调制由星上原子钟控制。 GPS控制系统由设在印度洋的Diego Garcia，大西洋的Ascencion， 太平洋的 Kwajalein 和夏威夷以及 Colorado Springs 五个监测站组 成。Colorado Springs站为监测总站。卫星监测站的功能是监测卫 星运行状况，确定其轨道和星上原子钟的工作状态，传送需要传播 的信息到各卫星上。 GPS 用户使用适当的接收机下载卫星信号码及载波相位并提取传 播的消息。将下载接收到的卫星信息码与接收机产生的复制码匹配 比较，便可确定接收机至卫星的距离。如果计算出 4颗或更多卫星 到接收机的距离，再与卫星位置相结合，便可确定 GPS 接收机天线 所在的3维地心坐标(以WGS84为标准的椭球面坐标)。若用于高精度 的大地测量，则需记录并处理载波或信息波的相位数据
现代测绘新技术(3S)
6、遥感类型
按运载工具分：航天遥感、航空遥感、近地遥感 按辐射源分：主动式遥感、被动式遥感
按波谱范围：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、 微波遥感、多谱段遥感
按应用领域：环境遥感、大气遥感、资源遥感、 海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感
类型 概念
优点
利用卫星、航天飞机、 覆盖范围大，不受领 宇宙飞船、航天空间 航天 空限制，可进行定期、 站等携带遥感仪器的 遥感 遥感 重复观测
（5）GPS原理
24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12 小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面 上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。 由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们 可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离 公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观 测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟 之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差， 因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解， 从而得到观测点的经纬度和高程。
不同地物在同 一波段反射率不同， 同一地物在不同波 段反射率也不同， 由此导致其波谱特 征不同，根据地物 波谱曲线就可以区 分和识别地表物体。
遥感技术的应用
1、遥感与资源普查 勘探矿产资源、调查生物资源、水资源等是 遥感技术在资源普查中的重要应用领域。
*矿产资源：人们只需要分析遥感图像就可以划 定蕴藏矿产的大致区域，大大缩短探矿时间。
遥感 RS技术系统
传感器：获取电磁波的探测仪器 成像方式传感器：成像雷达、摄像机、扫描仪 非成像方式传感器：雷达高度计、微波辐射计 、红外辐射温度计等
遥感 RS技术系统
3S技术简介
3S技术及其发展与应用一、3S的概念及基本知识"3S"技术是英文遥感技术（Remote Sensing RS）、地理信息系统（Geographical information System GIS）、全球定位系统（Global Positioning System GPS）这三种技术名词中最后一个单词字头的统称。
"遥感"，顾名思义，就是遥远的感知。
地球上的每一个物体都在不停的吸收、发射和反射信息和能量。
其中的一种形式-电磁波早已经被人们所认识和利用。
人们发现不同物体的电磁波特性是不同的。
遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。
遥感技术的实际操作虽然很复杂，但其结果在我们每个人的生活中，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"就是由"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一个领域。
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有关的信息。
与地理位置有关的信息，就叫地理信息。
这样的信息相当广泛，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、企事业单位、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全部包含在地理信息之中。
全球定位系统（GPS）,一种系统，由处于2万公里高度的6个轨道平面中的24颗卫星组成。
此系统用于在任何时间，向地球上任何地方的用户提供高精度的位置、速度、时间信息，或给用户提供其邻近者的这种信息。
我们知道，一张像片是没有坐标的，而像片上的信息，特别是遥感图像上的信息，是需要定出位置的，只有 "有位置的信息"，才能成为地理信息。
3S技术
3S技术3S技术是遥感技术(Remote sensing，RS)、地理信息系统(Geography informationsystems，GIS)和全球定位系统(Global positioning system s，GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。
RS是指从高空或外层空间接收来自地球表层各类地物的电磁波信息，并通过对这些信息进行扫描、摄影、传输和处理，从而对地表各类地物和现象进行远距离控测和识别的现代综合技术（见图1-6）。
遥感技术可用于植被资源调查、气候气象观测预报、作物产量估测、病虫害预测、环境质量监测、交通线路网络与旅游景点分布等方面。
例如，在大比例尺的遥感图像上，可以直接统计烟囱的数量、直径、分布以及机动车辆的数量、类型，找出其与燃煤、烧油量的关系，求出相关系数，并结合城市实测资料以及城市气象、风向频率、风速变化等因数，估算城市大气状况。
同样，遥感图像能反映水体的色调、灰阶、形态、纹理等特征的差别，根据这些影像显示，一般可以识别水体的污染源、污染范围、面积和浓度。
另外，利用热红外遥感图像能够对城市的热岛效应进行有效的调查(陈建飞，200 0)。
GIS就是一个专门管理地理信息的计算机软件系统，它不但能分门别类、分级分层地去管理各种地理信息；而且还能将它们进行各种组合、分析、再组合、再分析等；还能查询、检索、修改、输出、更新等。
地理信息系统还有一个特殊的“可视化”功能，就是通过计算机屏幕把所有的信息逼真地再现到地图上，成为信息可视化工具，清晰直观地表现出信息的规律和分析结果，同时还能在屏幕上动态地监测“信息”的变化。
总之，地理信息系统具有数据输入、预处理功能、数据编辑功能、数据存储与管理功能、数据查询与检索功能、数据分析功能、数据显示与结果输出功能、数据更新功能等。
《测量学》第十五章__“3S”技术简介
§15-5
GPS测量的实施
四、GPS测量的观测工作 2.野外观测 （1）安置天线 要仔细对中、整平，量取仪器高。仪器高要用钢尺 在互为120°方向量三次，互差小于3mm，取平均值 后输入GPS接收机。 （2）安置GPS接收机 GPS接收机应安置在距天线不远的安全处，连接天线 及电源电缆，并确保无误。 （3）按顺序操作 按规定时间打开GPS接收机，输入测站名、卫星截止 高度角、卫星信号采样间隔等。
§15-5
GPS测量的实施
三、网形设计 1.GPS网的设计主要考虑问题 （4）通视、选点、建标志设计 GPS点尽量选在视野开阔、交通方便的地点，并要 远离高压线、变电所及微波辐射干扰源。 GPS点虽然不需要通视，但是为了便于用经典方法 联测和扩展，要求控制点至少与一个其他控制点 通视，或者在控制点附近300m外布设一个通视良 好的方位点，以便建立联测方向。 选点时除了应远离产生磁场源的地方和保证观测 站在视场内周围障碍物的高度角应小于10~15°外， 其它要求及建立标志同常规控制测量。
§15-4
GPS定位原理
GPS定位方法主要有伪距法定位、载波相位测量定 位和GPS差分定位。 对于待定点位，根据其运动状态可分为静态定位 和动态定位。 一、伪距测量 伪距测量就是测定卫星到接收机的距离，即由卫 星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘 以光速所得的距离。 标准时改正因素：卫星钟的改正数、接收机钟的 改正数、电离层折射改正与对流层折射改正。这 样在任何一个观测瞬间用户至少要同时测定四颗 卫星的距离，以便解算出四个未知数。
§15-3
GPS坐标系统
一、WGS-84坐标系
几何定义：WGS-84世界大地坐标系就是以国际时 间局1984年第一次公布的瞬时地极（BIH1984.0） 作为基准，建立的地球瞬时坐标系，严格来讲属 准协议地球坐标系。 物理定义：它拥有自己的重力场模型和重力计算 公式，可以算出相对于WGS-84椭球的大地水准面 差距。
3s技术
3S技术
3S技术是GIS, RS, GNSS高度有机集成应用的技术，它将空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，达到对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的目的。
GIS具备数据采集、存储、管理以及分析和描述空间信息数据的功能，可以为各行业提供科学辅助决策。
RS能够实时动态地获取地表信息，通过遥感技术获取的影像具有范围广、信息更新及时、数据信息综合等特点。
如今，高分辨率遥感影像在民用领域的应用愈发广泛，遥感数据作为3S技术的主要数据源其重要程度越来越大。
GNSS具有实时、连续获取地球表面任意地点上经纬度与高程，提供三维速度与精确时间的能力。
3S技术在水资源管理中的应用
2010.06.01
1.什么是3S技术？
• 所谓“3S”技术是以遥感技术(RS)、地理信息系统(GlS)、全 球定位系统(GPS)为基础,将RS、GlS、GPS三种独立技术领 域中的有关部分与其他高技术领域(如网络技术、通讯技 术等)有机地构成一个整体而形成的一项新的综合技术。
• (1)查询功能：查询前人有关的研究成果、知识、基本原理、 方法及相关的法律和条例;对历年的水文观测资料进行检索, 如降水、径流、地下水、水库蓄水等,对用户用水量和废水 排放量进行查询;对系统内存储的地物波谱信息、遥感信息 和各种图形文件进行查询。
• (2)预测分析和定量计算功能：利用属性库、数据库、模型 库对水文要素进行预测和分析计算。例如某一地区不同特征 年份的工农业和生活需水量预测,水资源可利用量预测;某一 流域在给定降水量条件下的地表径流量模拟;某一水文地质 单元在给定地下水位条件下的地下水资源量模拟等。
• (9)人机对话功能：通俗友好的界面设计,使决策支持系统
具有灵活、方便的人机对话功能。从而最大限度地发挥人 的主动性,避免决策失误,既克服了用水资源模型、管理模 型等来代替决策者的决策,造成选择余地小的缺点,又克服
了完全依靠决策者的主管直觉进行决策的随意性。它在加 强了认识的主体———人的思维能动性的同时又充分发挥 了模型、知识乃至社会大脑的作用,从而提高了决策管理 水平。
• 功能：对水资源管理所需的空间数据库和属性数据库进行 存储、采集、处理、空间分析、查询、检索、预测、决策 和输出功能。
3.3S如何在水资源管理中发挥作用？
• 1）建立水资源管理决策支持系统 ①决策支持系统（DSS):是以管理学、运筹学、控制论和 行为科学为基础,运用信息仿真和计算机技术为手段,综合 利用现有的各种数据库、信息和模型来辅助决策者解决非 结构化和半结构化问题的人机交互系统。 功能：以提高决策为目标,对决策者起着“支持”、“辅 助”作用,帮助决策者利用社会大脑进行高水平的决策。
《3S 技术的集成及其应用》 讲义
《3S 技术的集成及其应用》讲义一、3S 技术概述3S 技术是指遥感（Remote Sensing，RS）、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）和全球定位系统（Global Positioning System，GPS）这三种技术的集成。
这三种技术各具特点，相互补充，为解决众多领域的问题提供了强大的支持。
遥感技术是一种通过非接触方式获取目标物体信息的技术。
它利用传感器接收来自地表物体反射或发射的电磁波信号，并对这些信号进行处理和分析，从而获取地表物体的特征和状态信息。
遥感技术具有大面积同步观测、时效性强、数据综合性和可比性等优点，能够快速提供大面积的地表信息。
地理信息系统是一种用于采集、存储、管理、分析和展示地理空间数据的计算机系统。
它可以将地理空间数据与属性数据相结合，进行空间分析和建模，为决策提供支持。
GIS 具有强大的空间分析能力、数据管理能力和可视化表达能力，能够对复杂的地理现象进行深入分析和研究。
全球定位系统是一种基于卫星的导航定位系统，能够为用户提供高精度的位置、速度和时间信息。
GPS 具有高精度、全天候、全球覆盖等优点，广泛应用于导航、测绘、地质勘探等领域。
二、3S 技术的集成3S 技术的集成不是简单的叠加，而是通过数据融合、系统集成和功能互补等方式，实现更强大的功能和更广泛的应用。
数据融合是 3S 技术集成的基础。
通过将遥感获取的图像数据、GPS 测量的位置数据和 GIS 中的地理空间数据进行融合，可以获得更全面、更准确的地理信息。
例如，将遥感图像与GPS 定位数据相结合，可以实现对遥感图像的精确定位和校正；将遥感数据和GIS 数据融合，可以进行土地利用变化监测、森林资源调查等。
系统集成是将 3S 技术的硬件和软件进行集成，形成一个统一的系统平台。
例如，将遥感传感器、GPS 接收机与 GIS 软件集成在一起，可以实现数据的实时采集、处理和分析，提高工作效率和数据质量。
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3S技术及其发展与应用
一、3S的概念及基本知识
"3S"技术是英文遥感技术（Remote Sensing RS）、地理信息系统（Geographical information System GIS）、全球定位系统（Global Positioning System GPS）这三种技术名词中最后一个单词字头的统称。
"遥感"，顾名思义，就是遥远的感知。
地球上的每一个物体都在不停的吸收、发射和反射信息和能量。
其中的一种形式-电磁波早已经被人们所认识和利用。
人们发现不同物体的电磁波特性是不同的。
遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。
遥感技术的实际操作虽然很复杂，但其结果在我们每个人的生活中，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"就是由"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一个领域。
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有关的信息。
与地理位置有关的信息，就叫地理信息。
这样的信息相当广泛，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、企事业单位、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全部包含在地理信息之中。
全球定位系统（GPS）,一种系统，由处于2万公里高度的6个轨道平面中的24颗卫星组成。
此系统用于在任何时间，向地球上任何地方的用户提供高精度的位置、速度、时间信息，或给用户提供其邻近者的这种信息。
我们知道，一张像片是没有坐标的，而像片上的信息，特别是遥感图像上的信息，是需要定出位置的，只有 "有位置的信息"，才能成为地理信息。
那么怎样来给遥感像片确定位置呢？有一种方便、快捷的手段，就是"全球卫星"定位系统。
该系统是通过太空中的24颗GPS卫星来完成的。
只需其中3颗卫星，就能迅速确定您在地球上的位置。
您在确定位置时，仅需要一台像手机大小的"卫星定位仪"就可以了。
二、3S技术的应用及发展
随着3S技术的不断发展，将遥感、全球卫星定位系统和地理信息系统紧密结合起来的“3S'’一体化技术已显示出更为广阔的应用前景。
以RS、GIS、GPS为基础，将RS、GIS、GPS三种独立技术中的有关部分有机集成起来，构成一个强大的技术体系，可实现对各种空间信息和环境信息的快速、机动、准确、可靠的收集、处理与更新。
下面将举例说明。
1、精准农业与3S的应用
精准农业(Precision Agriculture，Precision Farming，Precision Crop Management)又称精细农业、精确农业、精准农作和处方农作．是近年来国际上农业科学研究的热点领域，实际上是主要应用3S技术，还有作物生产管理辅助决策支持系统和智能化农业机械装备技术，在定位采集地块信息的基础上，根据各地块土壤、水肥、作物病虫害、杂草、产量等在时间与空间上的差异，进行相适宜地耕种、施肥、灌水、用药，其目的是以合理的投入获得最好的经济效益，并保护环境，确保农业可持续发展．通俗地说：精准农业就是利用RS作宏观控制；
用GPS精确定位地面位置；用GIS将地面信息(地形、地貌、作物种类和长势、土壤质地和养分、水分状况等)进行储存，按区内要素的空间变量数据，精确设定最佳耕作、施肥、播种、灌溉、喷药等多种操作，变传统的粗放型经
营为精细生产．例如在喷洒农药时通过传感器获得不同田块不同程度病虫害的具体数据，实地调整喷药量，对症下药．有效降低农业成本，使每一寸土地都得到最优化使用，使每一份资源都发挥应有的作用，以最经济的投人获得最佳的产出；又能有效地减少对环境的污染，保护农业的生态环境，走可持续发展之路．
2、3S技术在城市规划中的应用前景
2．1 城市基本地形图更新
城市规划的基本条件就是大比例尺地形图，但传统的线划地图不仅建立周期长，更新困难，而且比较抽象，已经从原始信息中筛去了很多环境成分。
4D产品包括数字线划地图(DLG)、数字高程模型(DEM)、数字栅格地图(DRG)、数字正射影像图(DOM)，是新一代测绘产品的标志，有着现势性强、更新速度快、信息含量丰富等优点，将转变传统地图的观念，加快数据更新，丰富表现手段，也是对传统测绘方法的现代化改造。
2．2 现状调查与数据管理
城市规划的初始阶段就是现状调查，往往要耗费大量的人力、物力、财力，又难以做到实时、准确。
运用Rs技术可以迅速进行城市地形地貌、湖泊水系、绿化植被、景观资源、交通状况、土地利用、建筑分布的调查；运用GIS技术则能将大量的基础信息和专业信息进行数据建库，实现空间信息和属性信息的一体化管理与可视化表现，提供方便的信息查询和统计工具，克服CAD辅助制图的局限性。
2．3 现状评价与空间分析
利用多个时期的航空遥感影像图进行城市用地变迁动态研究，结合数理统计方法进行城市重心移动、离散度、紧凑度和放射状指数等形态测度评价，利用叠加分析、缓冲区分析、拓扑分析等工具进行商业服务设施和中小学的服务范围分析、交通可达性评价和建设条件适宜性评价，这有助于总结城市发展规律，发现存在的问题，增加空间分析的深刻性。
2.4 交通调查与模拟分析
利用GIS进行城市交通小区出行分布的数据建库，可以对现状路网密度、出行距离和时间、交通可达性、公交服务半径进行合理性评价，结合专业软件能进行城市交通的规划预测、出行分布和流量分配，开展交通环境容量影响评价。
利用遥感数据进行道路勘测设计，可以快速完成对路线所经区域的地形、地貌、河流、建筑以及交通网系的概要判读。
利用虚拟现实技术和三库一体(影像数据库、矢量图形库、数字高程模型)技术可以进行道路方案的仿真表现和环境模拟，实现全方位、立体化、多层次的规划和评价新模式。
2．5规划管理
基础信息和规划信息的集成建库将使规划设计与规划管理更紧密地结合起来，可以在GIS平台上开展电子报批和网上报批，提高指标核算的科学性，避免地区规划的前后矛盾和土地批租的“一女两嫁”。
3S技术的集成还促进了土地利用动态监测和规划执法检查，可以利用遥感卫星数据与历史数据进行复合分析，主动发现土地利用的变化靶区。
用差分GPS技术精确测量土地利用的变化数据，再根据现场勘察资料，利用GIS技术进行准确详查，增加了监测的主动性、及时性和客观性
总之，2l世纪我国城市必将进一步迅速发展，随着城市现代化建设与管理的加强。
各大中城市建立城市地理信息系统将是必然趋势。
目前北京、上海、广州等大城市均已提出建立数字城市的规划。
3s技术的应用，实现了城市各种历史、现状和规划信息的集成管理和实时更新处理，能够动态、快速、高精度、规范化地获取和存储城市的各种空间和属性信息；快速而方便地进行信息查询、检索和统计；有效和智能化地进行城市空间分析，开展网络化的公众参与，提高了对城市发展的科学预见和动态监控水平。
3S技术的发展与应用将推动数字城市规划技术从定性到定量的飞跃和理论从经验到科学的转变。