張治宇

（長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院 陜西西安 710061）

新時(shí)期“3S”技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

張治宇

（長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院 陜西西安 710061）

在21世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命的推動(dòng)下，空間技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等諸多技術(shù)領(lǐng)域迎來(lái)了技術(shù)革新。3S相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)革新推動(dòng)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(shí)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(shí)期3S技術(shù)應(yīng)用的具體實(shí)例，分析其優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)3S技術(shù)未來(lái)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(duì)地觀(guān)測(cè)系統(tǒng)中信息獲取、儲(chǔ)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(jiǎn)稱(chēng)。近些年來(lái)，隨著空間技術(shù)、信息技術(shù)、電子計(jì)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(gè)有機(jī)的整體，構(gòu)成了一個(gè)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(shì)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)與國(guó)防建設(shè)中正發(fā)揮著獨(dú)有的魅力。

1 “3S”中各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及其互補(bǔ)性

1.1 GPS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

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(lái)獲取地理目標(biāo)的位置、速度、時(shí)間等精確的時(shí)空信息。與傳統(tǒng)的羅盤(pán)定位、測(cè)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(diǎn)。近些年來(lái)GPS實(shí)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(shí)測(cè)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(gè)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(gè)重要組成部分。

1.2 RS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在“3S”集成應(yīng)用中，RS主要作為信息采集手段。遙感以通過(guò)不直接接觸的方式獲取，對(duì)目標(biāo)物所反射或折射的電磁波進(jìn)行探測(cè)，依據(jù)其特性對(duì)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(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。遙感能夠在短時(shí)間內(nèi)，對(duì)大范圍區(qū)域進(jìn)行同步觀(guān)測(cè)，從而獲取目標(biāo)區(qū)域有價(jià)值的遙感影響數(shù)據(jù)。打破了人類(lèi)視覺(jué)空間的局限，使得宏觀(guān)掌控地表的地理對(duì)象屬性與特征成為可能，這種對(duì)地表對(duì)象的宏觀(guān)掌控，對(duì)人類(lèi)了解與分析資源環(huán)境狀況十分重要。同時(shí)，由于遙感技術(shù)具有時(shí)效性強(qiáng)的特點(diǎn)，其獲取信息的速度之快、周期之短是實(shí)地人工測(cè)量所無(wú)法匹敵的。其次由于遙感探測(cè)具有周期性的特點(diǎn)，可對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行周期性、重復(fù)性的觀(guān)測(cè)，遙感的這一特性對(duì)研究目標(biāo)區(qū)域地理實(shí)體的變化具有重要意義。與此同時(shí)，由于遙感儀器的多樣性、光譜的多樣性，遙感可滿(mǎn)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(duì)較少，不受地面條件制約，對(duì)于人類(lèi)難以到達(dá)的或較為危險(xiǎn)的區(qū)域，遙感技術(shù)能夠?yàn)槲覀兲峁氋F的資料。

1.3 GIS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

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(kù)為依托，不僅能與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)，GIS可以根據(jù)各類(lèi)信息之間的約束條件，建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)各類(lèi)信息進(jìn)行綜合分析。GIS將RS與GPS聯(lián)系成為一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)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(diǎn)位信息，用以實(shí)現(xiàn)幾何校正、監(jiān)督區(qū)選擇與分類(lèi)等多項(xiàng)操作。同時(shí)，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(xún)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(chǔ)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(gè)循環(huán)促進(jìn)的系統(tǒng)，將“3S”構(gòu)建為一個(gè)有機(jī)的整體。

2 “3S”技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

2.1 “3S”技術(shù)在土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的作用

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類(lèi)、土地與經(jīng)濟(jì)三者之間的矛盾與日俱增，如何及時(shí)有效的對(duì)土地進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而全面、準(zhǔn)確地提供對(duì)規(guī)劃部門(mén)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(zhǎng)的傳統(tǒng)的土地利用調(diào)查方式相比，“3S”技術(shù)可實(shí)現(xiàn)大范圍、高效率、高精度、周期性的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，能夠?yàn)橥恋匦畔⒌慕y(tǒng)計(jì)、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(tái)、多波段、多模式和高空間、高分辨率、對(duì)地表監(jiān)測(cè)的高新技術(shù)。[1]RS具有很強(qiáng)的實(shí)效性，其獲取的信息量之大，測(cè)量范圍之廣，經(jīng)濟(jì)效益之高遠(yuǎn)非傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式所能比擬，是土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(dòng)態(tài)測(cè)量中遙感技術(shù)的重要輔助手段，并成為GIS數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源，極大地提高了土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度。“3S”技術(shù)應(yīng)用于土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)在最短時(shí)間內(nèi)鎖定目標(biāo)區(qū)域的變化，統(tǒng)計(jì)變化區(qū)域面積，通過(guò)GIS輔助完成各類(lèi)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(lèi)工業(yè)文明的不斷進(jìn)步，人類(lèi)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?cè)絹?lái)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(shí)時(shí)、精確等特性備受人們青睞，在獲取、儲(chǔ)存、處理、更新、運(yùn)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)在災(zāi)害評(píng)級(jí)、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)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(chóng)害預(yù)警、全球環(huán)境變化、森林/草場(chǎng)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(shí)際問(wèn)題。利用GIS解決生態(tài)學(xué)問(wèn)題與其他研究方式相比，其優(yōu)勢(shì)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(shí)體與環(huán)境的相關(guān)空間定位對(duì)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)。“3S”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(duì)研究對(duì)象在時(shí)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(guān)與貼近現(xiàn)實(shí)。同時(shí)，隨著空間技術(shù)、計(jì)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(dòng)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(lái)的發(fā)展方向。

3.1 GIS海量數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

隨著科技的進(jìn)步，“3S”技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用到生產(chǎn)生活的方方面面，然而，GIS數(shù)據(jù)庫(kù)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(lái)越大，“3S”將進(jìn)一步的走向民用，由此會(huì)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(gè)GIS的海量數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)管理與利用這些信息就成為了我們急需解決的問(wèn)題。同時(shí)，如何將各地區(qū)乃至全球的GIS數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)有限的共享與統(tǒng)一，也是我們面臨的一個(gè)難題。上述難題同時(shí)也是“3S”技術(shù)的一個(gè)重要的發(fā)展方向。

3.2 “3S”技術(shù)中各項(xiàng)技術(shù)結(jié)合更加緊密

“3S”技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，RS與GPS所獲得的數(shù)據(jù)常需經(jīng)過(guò)處理才能夠成為可以被GIS所利用的數(shù)據(jù)，這就無(wú)形中增加了實(shí)際工作中的工作量。如何實(shí)現(xiàn)“3S”技術(shù)真正的一體化，最大限度的實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)的采集、儲(chǔ)存、處理直到解決方案提出的自動(dòng)化處理，使我們實(shí)現(xiàn)“3S”技術(shù)一體化所無(wú)法繞開(kāi)的問(wèn)題。只有解決了這個(gè)問(wèn)題，“3S”技術(shù)才能向著更高領(lǐng)域邁進(jìn)。

4 結(jié)語(yǔ)

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(shí)空相關(guān)的信息提供了一種新的方法；在生產(chǎn)實(shí)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(lái)的發(fā)展中，我們可以預(yù)見(jiàn)“3S”將會(huì)滲透到各個(gè)領(lǐng)域中，影響到每個(gè)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(bào)（自然科學(xué)版），2003，01：70～74.

[3]陽(yáng)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(bào)（自然科學(xué)版），2006，03：422～426.

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1004-7344（2016）24-0190-02

2016-8-7