“3S”集成技术研究现状的综述

“3S”集成技术研究现状的综述

摘要：目前“3S”技术发展迅猛，“3S”集成技术已成为当今科学领域的研究前沿，西欧、北美等与其它发展中国家推动着“3S”技术向着更深更广的领域发展。本文先概述了GIS，RS，GPS三者的内涵，之后着重从参数集成，系统集成，功能集成三个角度阐述“3S”集成技术在国内外的研究现状，并介绍了“3S”集成在农林业、动态监测方面的发展。

关键词：“3S”技术，参数集成，功能集成

“3S”是GIS(地理信息系统)，RS(遥感)和GPS(全球定位系统)的统称。近年来，现代空间信息技术的综合应用飞速发展，使人们能及时连续不断的获得有关地球表层及其环境的大量几何物理信息，形成地球空间数据流和信息流，其最基本的技术核心就是“3S”技术。

1、“3S”技术概述

“3S”技术即利用GIS的空间查询、分析和综合处理能力，RS的大面积获取地物信息特征，GPS快速定位和获取数据准确的能力，三者有机结合形成一个系统，实现各种技术的综合。作为目前对地观测系统中空间信息获取、存贮管理、更新、分析和应用的3大支撑技术，它们是现代社会持续发展、资源合理规划利用、城乡规划与管理、自然灾害动态监测与防治等的重要技术手段，也是地学研究走向定量化的科学方法之一。从20世纪90年代开始，“3S”集成日益受到关注。

Michael Goodchild认为GIS是“采集、存储、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统”。 Bernhardsen[1992]，Jones[1997]，Burrough和

McDonnell[1998]，Demers[2000]，以及Longley[2001]等也都曾提出过GIS的基本概念。美国UCGIS提出了GIS是在计算环境中解决地理问题的概念和方法

（，2003）。 GIS的定义是多元化的，学术界，产业界，政府在不同的领域就有不同的关注重点。 30多年的GIS技术发展使GIS在数据库系统，分析模型等方面有长足进步。地理信息科学，空间信息科学越加受到关注，数据结构也已发展到面向对象的数据模型和多库一体化，表达技术向着多比例尺、多尺度、动态多维和实时三维可视化的方向发展。网络使GIS发展为网络上的分布式异构系统，也促使了空间互操作的迅速发展，LBS（基于位置的服务）和MLS（移动定位服务）则是其突出反映。多源数据集成，知识挖掘和知识发现等也是GIS的研究重点。

遥感，即RS，作为一个术语出现于1962年，而遥感技术在世界范围内迅速的发展和广泛使用是在1972年美国Landsat-1成功发射并获取了大量卫星图像之后。近年来遥感发展更加迅猛。其主要研究内容如下所示：

国际上遥感技术的发展，各种高、中、低轨道相结合，大、中、小卫星相互协同，高、中、低分辨率互补的全球对地观测系统，将能快速、及时地提供多种空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率的对地观测数据。新世纪，遥感产业面临挑战，要使高质量的遥感数据以平价为更多的用户所获取，就要通过发展微型卫星，高光谱和图像增强以及在线地图服务等技术才能使用户以广泛的途径获取使用地理空间数据。

GPS是一种卫星导航定位系统，它是对地球表层空间点的三维定位测量，以及对飞行器及运载工具的导航。GPS的主要技术内容包括卫星系统和地面接收系统，能够定位，导航，并获取高程信息。美国GPS卫星———BlockIII已经开始研究，计划2010年发射，一旦完成部署，将用33颗星构建高椭圆轨道及地球静止轨道相结合的GPS混合星座。卫星导航定位系统在全球并非美国GPS一枝独秀，俄罗斯的GLONASS系统，欧洲的Galileo计划也已全面展开。Galileo系统的覆盖率，精度和可靠性与GPS相近甚至更高。我国在卫星导航定位技术上，除了拥有独立自主的区域性服务北斗导航系统之外，也参与了Galileo系统的研建。另外，印度也部分的加入了GLONASS计划，同时也研发了本国的区域卫星导航系统———GAGAN(GPS Aided.Geo Augmented Navigation) 。

“3S”集成技术是以RS，GIS，GPS为基础，RS，GIS，GPS将三种独立的技术领域中的有关部分与其它高技术领域的有关部分有机地构成一个整体而形成的一项新的综合技术领域，其通畅的信息流贯穿于信息获取，信息处理，信息应用的全过程。“3S”集成技术以“3S”地学参数为基点，注重研究“3S”时空特征的兼容性，技术方法的互补性，应用目标的一致性，软件集成的可行性，数据结构的兼容性以及数据库技术的支撑性等方面。

2、“3S”集成技术模式

2.1RS与GIS集成

RS与GIS的集成是“3S”集成中最重要也最核心的内容。对于各种GIS，RS是其重要的外部信息源，是其数据更新的重要手段。反之，GIS亦可为RS的图像处理提供所需要的一切辅助数据。两者结合的关键技术在于栅格数据和矢量数据的接口问题：遥感系统普遍采用栅格格式，其信息是以像元存储的；而GIS主要是采用图形矢

量格式，是按点、线、面（多边形）存储的。因而由于数据结构的差异，图像数据库和图形数据库之间的集成也是两者集成的难点，现阶段其解决方式如图1所示。

目前，RS与GIS一体化的集成应用技术渐趋成熟，在植被分类、灾害估算、图像处理等方面均有相关报道。 1998年高志强等利用RS与GIS技术对中国土地利用和土地覆盖的现状进行研究，得出:中国植被值的大小分布同中国植被类型分布密切相关，其值的大小分布也反映了中国水热的空间分布格局，中国的东部湿润、半湿润地区的平原、盆地、河冲击扇区是我国土地利用程度最高的地区；1994年吴炳方、黄绚等应用RS与GIS技术进行了植被制图，分析了地理信息系统模型在改善植被分类中精度问题，并得出结论:单纯对遥感数据(TM/SPOT)进行监督分类或非监督分类的精度低于50%，而通过结合辅助数据和应用地理信息系统模型，其精度将大大提高。

2.2 GPS与GIS集成

GPS和GIS集成是利用GIS中的电子地图结合GPS的实时定位技术为用户提供一种组合空间信息服务方式，通常采用实时集成方式。从严格的意义上说，GPS提供的是空间点的动态绝对位置，而GIS提供的是地球表面地物的静态相对位置，二者通过同一个大地坐标系统建立联系。通过GIS系统，可使GPS的定位信息在电子地图上获得实时、准确而又形象的反映及漫游查询。 GPS可以为GIS及时采集、更新或修正数据。

两者集成的主要内容有多尺度的空间数据库技术，金字塔和LOD空间数据库技术，真四维的时空GIS和实时数据库更新等。 GIS数据库的实时更新技术包括实时动态测量RTK技术(Real-Time Kinematic)和虚拟参考站VRS技术(Virtual Reference Stations)等。在地形可视化这一领域，著名的LOD算法之一是微软研究院Hoppe提出的基于TIN格网的VDPM算法，该算法涉及到的数据结构复杂，但它的最大优势在于对有分化的地形表面具有较强的表达能力。VRS技术在国外很早就得到了广泛的推广和运用。丹麦覆盖全国的VRS网络是全球第一个VRS网络，1999年就已建成。经