張治宇

（長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院 陜西西安 710061）

新時期“3S”技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

張治宇

（長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院 陜西西安 710061）

在21世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命的推動下，空間技術(shù)、電子計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等諸多技術(shù)領(lǐng)域迎來了技術(shù)革新。3S相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)革新推動了3S技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，從20世紀(jì)90年代起得以廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)與實踐的諸多領(lǐng)域，并以其高效、便捷、準(zhǔn)確等特性受到了廣泛的關(guān)注。本文結(jié)合新時期3S技術(shù)應(yīng)用的具體實例，分析其優(yōu)點，并對3S技術(shù)未來的前景進(jìn)行了展望。

“3S”技術(shù)；應(yīng)用；學(xué)科交叉

引言

“3S”技術(shù)指的是支撐當(dāng)前對地觀測系統(tǒng)中信息獲取、儲存、管理與應(yīng)用的三大支柱型技術(shù)——GPS（全球定位系統(tǒng)）、GIS（地理信息系統(tǒng)）、RS（遙感）的簡稱。近些年來，隨著空間技術(shù)、信息技術(shù)、電子計算機(jī)技術(shù)以及傳感器技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的革新，“3S”技術(shù)逐漸走上了綜合應(yīng)用的道路，三者之間互相結(jié)合，形成了一個有機(jī)的整體，構(gòu)成了一個信息獲取、處理、應(yīng)用一體化的系統(tǒng)?！?S”技術(shù)充分利用各自的優(yōu)勢，在國民經(jīng)濟(jì)與國防建設(shè)中正發(fā)揮著獨有的魅力。

1 “3S”中各項技術(shù)的優(yōu)勢及其互補(bǔ)性

1.1 GPS技術(shù)的優(yōu)勢

在“3S”集成應(yīng)用中，GPS主要是發(fā)揮著定位手段的作用，主要用來獲取地理目標(biāo)的位置、速度、時間等精確的時空信息。與傳統(tǒng)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(yōu)點。近些年來GPS實現(xiàn)了與導(dǎo)航技術(shù)及現(xiàn)代通信的結(jié)合，引發(fā)了空間定位技術(shù)的革命。由于GPS可以同時測定目標(biāo)的三維坐標(biāo)，故可將空間定位由陸地與近海擴(kuò)展至整個外層空間，擴(kuò)寬了GPS應(yīng)用的領(lǐng)域。GPS技術(shù)是“3S”技術(shù)中一個重要組成部分。

1.2 RS技術(shù)的優(yōu)勢

在“3S”集成應(yīng)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(biāo)物所反射或折射的電磁波進(jìn)行探測，依據(jù)其特性對物體的性質(zhì)與特征進(jìn)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(yōu)勢。遙感能夠在短時間內(nèi)，對大范圍區(qū)域進(jìn)行同步觀測，從而獲取目標(biāo)區(qū)域有價值的遙感影響數(shù)據(jù)。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(huán)境狀況十分重要。同時，由于遙感技術(shù)具有時效性強(qiáng)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(qū)進(jìn)行周期性、重復(fù)性的觀測，遙感的這一特性對研究目標(biāo)區(qū)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(wù)要求。最后遙感技術(shù)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(dá)的或較為危險的區(qū)域，遙感技術(shù)能夠為我們提供寶貴的資料。

1.3 GIS技術(shù)的優(yōu)勢

在“3S”集成應(yīng)用中，GIS技術(shù)主要起到統(tǒng)籌整理RS、GPS數(shù)據(jù)的作用。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)相比，GIS是以空間數(shù)據(jù)庫為依托，不僅能與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。同時，GIS可以根據(jù)各類信息之間的約束條件，建立數(shù)學(xué)模型，對各類信息進(jìn)行綜合分析。GIS將RS與GPS聯(lián)系成為一個有機(jī)的整體，實現(xiàn)了“3S”技術(shù)的集成。

1.4 “3S”技術(shù)的互補(bǔ)性

在“3S”技術(shù)中，GPS為點位信息，用以實現(xiàn)幾何校正、監(jiān)督區(qū)選擇與分類等多項操作。同時，GPS還承擔(dān)著GIS的空間定位與位置更新工作。RS則主要負(fù)責(zé)GIS的區(qū)域信息提供與更新服務(wù)、GPS的遙感信息查詢服務(wù)。GIS則負(fù)責(zé)將RS與GPS所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)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(huán)促進(jìn)的系統(tǒng)，將“3S”構(gòu)建為一個有機(jī)的整體。

2 “3S”技術(shù)的應(yīng)用實例

2.1 “3S”技術(shù)在土地動態(tài)監(jiān)測中的作用

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類、土地與經(jīng)濟(jì)三者之間的矛盾與日俱增，如何及時有效的對土地進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)而全面、準(zhǔn)確地提供對規(guī)劃部門頗為重要的土地信息，是維持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。與耗資巨大、調(diào)查周期冗長的傳統(tǒng)的土地利用調(diào)查方式相比，“3S”技術(shù)可實現(xiàn)大范圍、高效率、高精度、周期性的動態(tài)監(jiān)測，能夠為土地信息的統(tǒng)計、監(jiān)督與科學(xué)決策提供可靠的依據(jù)。

RS技術(shù)是多平臺、多波段、多模式和高空間、高分辨率、對地表監(jiān)測的高新技術(shù)。[1]RS具有很強(qiáng)的實效性，其獲取的信息量之大，測量范圍之廣，經(jīng)濟(jì)效益之高遠(yuǎn)非傳統(tǒng)監(jiān)測方式所能比擬，是土地動態(tài)監(jiān)測中的主要力量。GPS技術(shù)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(tài)測量中遙感技術(shù)的重要輔助手段，并成為GIS數(shù)據(jù)實時更新的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源，極大地提高了土地動態(tài)監(jiān)測的準(zhǔn)確度?！?S”技術(shù)應(yīng)用于土地動態(tài)監(jiān)測的核心是GIS，GIS系統(tǒng)利用其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，實現(xiàn)了多元數(shù)據(jù)的分析與處理，與同期數(shù)據(jù)共同進(jìn)行疊加分析，利用計算機(jī)技術(shù)在最短時間內(nèi)鎖定目標(biāo)區(qū)域的變化，統(tǒng)計變化區(qū)域面積，通過GIS輔助完成各類規(guī)劃。

2.2 “3S”技術(shù)在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人類工業(yè)文明的不斷進(jìn)步，人類與自然的矛盾不斷激化，關(guān)于自然生態(tài)的研究引發(fā)了人們越來越多的重視。在生態(tài)學(xué)研究的諸多手段里，“3S”技術(shù)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(guān)的信息方面，有著巨大的潛力。

“3S”中的RS技術(shù)主要直接應(yīng)用于數(shù)據(jù)的采集與動態(tài)監(jiān)測，同時在災(zāi)害評級、預(yù)測預(yù)報上均發(fā)揮著重要作用，如生物多樣性調(diào)查、全球植被覆蓋率變化、病蟲害預(yù)警、全球環(huán)境變化、森林/草場恢復(fù)情況、水體污染調(diào)查等?！?S”中的GIS技術(shù)憑借著其強(qiáng)大的功能模塊，主要任務(wù)是根據(jù)RS與GPS所得到的數(shù)據(jù)，構(gòu)建約束關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型，解決生態(tài)學(xué)研究中所遇到的實際問題。利用GIS解決生態(tài)學(xué)問題與其他研究方式相比，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在GIS能夠?qū)崿F(xiàn)多空間尺度的數(shù)據(jù)分析，并且能分析生態(tài)實體與環(huán)境的相關(guān)空間定位對其自身功能的影響。[2]GPS則主要應(yīng)用于生態(tài)學(xué)中與精密定位、追蹤有關(guān)的研究工作，為RS與GIS提供精確的數(shù)據(jù)?！?S”共同配合，完成生態(tài)學(xué)的研究工作。

3 “3S”技術(shù)的發(fā)展前景

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

3.1 GIS海量數(shù)據(jù)庫的建立

隨著科技的進(jìn)步，“3S”技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用到生產(chǎn)生活的方方面面，然而，GIS數(shù)據(jù)庫在最基層并未得到有效的應(yīng)用。隨著“3S”技術(shù)的推廣，RS與GPS獲取的數(shù)據(jù)規(guī)模越來越大，“3S”將進(jìn)一步的走向民用，由此會產(chǎn)生數(shù)目龐大的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，如何建立一個GIS的海量數(shù)據(jù)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(qū)乃至全球的GIS數(shù)據(jù)實現(xiàn)有限的共享與統(tǒng)一，也是我們面臨的一個難題。上述難題同時也是“3S”技術(shù)的一個重要的發(fā)展方向。

3.2 “3S”技術(shù)中各項技術(shù)結(jié)合更加緊密

“3S”技術(shù)的實際應(yīng)用中，RS與GPS所獲得的數(shù)據(jù)常需經(jīng)過處理才能夠成為可以被GIS所利用的數(shù)據(jù)，這就無形中增加了實際工作中的工作量。如何實現(xiàn)“3S”技術(shù)真正的一體化，最大限度的實現(xiàn)從數(shù)據(jù)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(xiàn)“3S”技術(shù)一體化所無法繞開的問題。只有解決了這個問題，“3S”技術(shù)才能向著更高領(lǐng)域邁進(jìn)。

4 結(jié)語

在21世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命的背景之下，“3S”產(chǎn)業(yè)的相關(guān)學(xué)科蓬勃發(fā)展的今天，“3S”技術(shù)正逐漸的走向成熟?！?S”技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在科學(xué)上，拓寬了人們的研究領(lǐng)域，為人們獲取與處理與時空相關(guān)的信息提供了一種新的方法；在生產(chǎn)實踐中，極大地改變了人們的生活方式，提高了生產(chǎn)效率。在未來的發(fā)展中，我們可以預(yù)見“3S”將會滲透到各個領(lǐng)域中，影響到每個人的生活?！?S”技術(shù)前景廣闊。

[1]郭華東．汶川地震災(zāi)害遙感圖集[M]．北京：科學(xué)出版社，2008．

[2]聶呈榮，李明輝，崔志新，章家恩，黃京華，區(qū)美美，饒衛(wèi)民.3S技術(shù)及其在生態(tài)學(xué)上的應(yīng)用[J].佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2003，01：70～74.

[3]陽艷弟，王力，陳宵，鐘正和.“3S”技術(shù)及其在土地資源管理中的應(yīng)用[J].重慶郵電學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，03：422～426.

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1004-7344（2016）24-0190-02

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