丁銳 謝駿鍇

摘? 要：3S技術(shù)出現(xiàn)至今，已在諸多領(lǐng)域成功運用并產(chǎn)生了巨大的價值。文章簡單介紹了3S三大組成部分：GIS、RS、GNSS的基本概念，分析了3S技術(shù)目前在農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、土地資源管理以及智慧城市方面的應(yīng)用現(xiàn)狀以及對其在該方面未來的發(fā)展趨勢進行展望。最后對目前3S在應(yīng)用中遇到的一些問題進行了探討，給未來3S技術(shù)的發(fā)展提供一些參考。

關(guān)鍵詞：3S;GIS;RS;GNSS;發(fā)展

中圖分類號：P208? ? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）14-0174-02

Abstract： Since the emergence of 3S technology， it has been successfully applied in many fields and has produced great value. This paper briefly introduces the basic concepts of 3S （GIS， RS， GNSS）. We analyze the current application status of 3S technology in agriculture， ecological environment monitoring， land resource management and smart city， and its future development. Finally， some problems encountered in the application of 3S are discussed， which will provide some reference for the development of 3S technology in the future.

Keywords： 3S; GIS; RS; GNSS; development

3S技術(shù)即地理信息系統(tǒng)（Geography Information Systems，GIS），遙感技術(shù)（Remote Sensing，RS）以及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System， GNSS）的統(tǒng)稱。3S技術(shù)在上世紀(jì)90年代初被提出，至今發(fā)展已接近30年，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、災(zāi)害監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境保護、智慧城市等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用并產(chǎn)生出巨大的經(jīng)濟效益與社會效益。隨著信息技術(shù)的不斷普及和大眾需求的增加，3S技術(shù)發(fā)展方興未艾。

1 基本概念

（1）地理信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)是在計算機軟硬件的支持下，對地理空間數(shù)據(jù)進行采集、存儲、管理與分析的一種空間信息系統(tǒng)，由人員、數(shù)據(jù)、硬件、軟件和過程五部分組成。GIS作為一門交叉學(xué)科，綜合了計算機科學(xué)、地理學(xué)、測繪科學(xué)等多個領(lǐng)域的成果。隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其在政府、企業(yè)、產(chǎn)業(yè)及科學(xué)研究等方面取得廣泛應(yīng)用。（2）遙感。遙感即在遠距離或高空利用傳感器采集地物輻射的電磁波譜信息，根據(jù)地物產(chǎn)生的波譜信息進行地物識別、分析與應(yīng)用。衛(wèi)星遙感可根據(jù)采集的電磁波段分為可見光遙感、紅外遙感、多譜段遙感、紫外遙感和微波遙感;根據(jù)傳感器平臺，其可分為地面遙感、航空遙感和航天遙感。遙感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于氣象觀測、災(zāi)害監(jiān)測、生態(tài)資源、地圖測繪及軍事偵察等領(lǐng)域。（3）全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)是利用一組衛(wèi)星的偽距、星歷等數(shù)據(jù)對地面進行點位觀測的一種技術(shù)。GNSS在政治、經(jīng)濟及國防等領(lǐng)域有著重大意義，是國家安全和社會經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也是一個國家綜合國力的重要體現(xiàn)。中國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是繼美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）和歐盟伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Galileo Satellite Navigation System）之后的第四個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。除軍事應(yīng)用以外，GNSS技術(shù)也在交通運輸、氣象、個人位置服務(wù)、應(yīng)急救援等民用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，并產(chǎn)生出巨大的經(jīng)濟社會價值。（4）3S技術(shù)集成。GIS、RS和GNSS結(jié)合自身優(yōu)勢，彌補彼此的不足，3S的集成應(yīng)用分為GPS與RS的結(jié)合、RS與GIS的集合和GPS與RS的兩兩結(jié)合和三者的集成應(yīng)用，其中三者的集成應(yīng)用成為人們追求的目標(biāo)。早前的3S集成應(yīng)用基本處于系統(tǒng)間相互調(diào)用功能的基礎(chǔ)階段，目前3S集成向一體化系統(tǒng)發(fā)展，利用GNSS快速獲取地面實時位置信息，RS為應(yīng)用研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS進行數(shù)據(jù)實時查詢與分析?！?S”集成具有重大意義， 也具有相當(dāng)難度， 集成方式多種多樣， 宜從簡單到復(fù)雜， 從低成本到高成本， 關(guān)鍵在于要找到它的應(yīng)用市場[1]。

2 3S技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢

2.1 農(nóng)業(yè)

目前3S技術(shù)在農(nóng)林業(yè)的應(yīng)用較為廣泛，能夠有效管理農(nóng)業(yè)資源信息，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動進行監(jiān)測與評估，大大提高了農(nóng)業(yè)管理的效率，也為政府有關(guān)部門政策規(guī)劃提供決策支持。3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要有以下幾個方面：（1）農(nóng)業(yè)資源管理：通過RS提供的影像數(shù)據(jù)以及GPS采集的空間位置信息，利用GIS進行數(shù)據(jù)管理并根據(jù)已有數(shù)據(jù)進行空間分析，分析區(qū)域農(nóng)業(yè)差異性，為土地的合理應(yīng)用提供決策信息。（2）作物估產(chǎn)：利用3S技術(shù)分析作物長勢以及作物產(chǎn)量評估的方法已經(jīng)較為成熟。RS具有多時相的特點，其能夠宏觀反應(yīng)作物生長規(guī)律，利用GIS進行作物識別，計算播種面積并構(gòu)建作物生長模型，對作物產(chǎn)量進行評估。（3）農(nóng)業(yè)災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)：自然災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動有著巨大的影響，因此對災(zāi)害的響應(yīng)以及評估顯得尤為重要。如利用RS影像波段信息，利用GIS系統(tǒng)對不同波段組合進行分析，便可區(qū)分出受病蟲害影響的作物與正常作物的差異，生成病蟲害分布圖、分級圖并進行蔓延預(yù)測分析，能夠?qū)τ嘘P(guān)災(zāi)情及時預(yù)警預(yù)報并提前做好規(guī)劃處理。除此以外，3S技術(shù)還能用于洪澇災(zāi)害、土壤侵蝕、氣候災(zāi)害等方面的預(yù)測預(yù)報及災(zāi)情分析，提高農(nóng)業(yè)災(zāi)情的響應(yīng)速度，為政府部門決策提供及時、可靠、直觀的決策支持。

3S上述農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用中已取得廣泛應(yīng)用，目前精細農(nóng)業(yè)是3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的又一個發(fā)力點。精細農(nóng)業(yè)需要更高精度的RS影像信息以及準(zhǔn)確的坐標(biāo)定位，結(jié)合更多其他傳感器進行環(huán)境監(jiān)測，在GIS建立高精度分析與決策模型。例如農(nóng)業(yè)機械跟蹤管理、農(nóng)藥精準(zhǔn)噴灑、作物生產(chǎn)溯源等等，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)管理的自動化和智能化，助力實現(xiàn)我國建設(shè)資源節(jié)約型社會及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

2.2 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

“綠水青山就是金山銀山”，目前我國對生態(tài)環(huán)境保護尤為重視，3S技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域也扮演著重要的作用。利用3S技術(shù)，結(jié)合RS遙感影像數(shù)據(jù)以及地形、氣象等其他觀測數(shù)據(jù)，構(gòu)建評估模型，對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行動態(tài)監(jiān)測。我國學(xué)者利用3S技術(shù)在生態(tài)方面進行了諸多研究：肖榮波等人利用3S技術(shù)對城市綠地進行覆蓋清查、三維量估測、生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測等研究[2]，將3S技術(shù)用于城市綠化生態(tài)監(jiān)測;胡廣錄等人利用3S技術(shù)構(gòu)建模型模擬方法，分析干旱荒漠區(qū)斑塊狀植被空間格局及其防沙效應(yīng)研究[3]，將其應(yīng)用于土壤風(fēng)蝕研究領(lǐng)域;朱衛(wèi)紅等人利用3S技術(shù)構(gòu)建濕地生態(tài)安全預(yù)測模型，對圖們江流域濕地生態(tài)安全進行預(yù)測研究[4]。

2.3 土地資源管理

結(jié)合3S技術(shù)進行土地資源管理，有助于推進國土治理現(xiàn)代化發(fā)展，對國土資源有效保護、社會發(fā)展規(guī)劃及政府宏觀調(diào)控有著重要意義。3S技術(shù)在土地資源管理領(lǐng)域主要被應(yīng)用于土地利用現(xiàn)狀調(diào)查和土地利用規(guī)劃。傳統(tǒng)土地調(diào)查方法主要基于人力調(diào)查方式，此過程費時費力，而3S技術(shù)可以利用遙感手段快速收集地表信息直觀反應(yīng)地表變化，配合GNSS獲取地物坐標(biāo)信息，將解譯數(shù)據(jù)導(dǎo)入GIS數(shù)據(jù)庫，高效精確地管理土地資源信息，節(jié)省大量人力與時間成本，3S技術(shù)在近期我國“第三次全國國土調(diào)查”中也發(fā)揮了巨大的作用。根據(jù)基礎(chǔ)土地利用數(shù)據(jù)，可以利用GIS的空間分析功能，可以反映土地利用類型變化，進行例如城市擴張、農(nóng)田撂荒、植被面積變化等方面的監(jiān)測分析，查處違法土地利用，提升土地執(zhí)法效率，對土地利用進行合理規(guī)劃，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展以及國土資源管理的需要。隨著高性能對地觀測衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星和遙感手段的多樣化，它們所提供信息的精確度將會大大提高，時效性也會大大增強[5]，3S技術(shù)在土地資源調(diào)查及管理方面的優(yōu)勢將更加明顯。3S結(jié)合快速發(fā)展的大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能地物識別等高新技術(shù)，構(gòu)建一個全國覆蓋的高精度土地利用規(guī)劃系統(tǒng)，實現(xiàn)實時、動態(tài)、全方位監(jiān)測國土資源，是未來3S技術(shù)在土地資源管理領(lǐng)域的一個發(fā)展方向。

2.4 智慧城市

隨著中國城市化速度的加快，人地矛盾問題逐漸突出，如何高效智能地管理城市成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。智慧城市的建設(shè)涉及基礎(chǔ)影像地圖數(shù)據(jù)和大量空間位置數(shù)據(jù)信息，因此智慧城市的建立離不開3S技術(shù)的支撐。3S技術(shù)在智慧城市中主要可應(yīng)用于以下幾個方面：（1）智慧交通：根據(jù)GNSS提供的實時位置信息，在利用GIS已有的路徑分析功能上，進一步提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和處理能力，在短時間提供最優(yōu)路徑規(guī)劃，合理對車流量進行導(dǎo)流，有助于緩解目前我國大城市交通擁堵的現(xiàn)狀。利用收集的交通數(shù)據(jù)，還可生成直觀的統(tǒng)計報表，方便政府了解道路狀況并合理規(guī)劃道路路線。（2）城市管線建設(shè)與維護：由于我國目前城市快速擴張，導(dǎo)致很多城市基礎(chǔ)管線鋪設(shè)不合理，經(jīng)常出現(xiàn)燃氣管道爆炸、水管泄露，電網(wǎng)損壞等現(xiàn)象。結(jié)合3S技術(shù)可有效解決這一問題，利用GIS系統(tǒng)可對城市管線實現(xiàn)精準(zhǔn)化、動態(tài)化、可視化管理，及時發(fā)現(xiàn)危險隱患，做到爆管分析預(yù)警，優(yōu)化城市管線鋪設(shè)。（3）城市突發(fā)災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)：受人類活動及氣候變化影響，自然災(zāi)害頻發(fā)，對城市安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。利用3S技術(shù)可以對例如氣溶膠數(shù)據(jù)、地質(zhì)條件、降水量等數(shù)據(jù)進行綜合監(jiān)測分析，為市民提供準(zhǔn)確的出行建議及災(zāi)害預(yù)警信息，減輕自然災(zāi)害對城市及市民安全的影響。

目前智慧城市的建設(shè)還受很多限制因素制約，解決好地理數(shù)據(jù)繁雜、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題，將3S與醫(yī)療、教育、服務(wù)行業(yè)等更多領(lǐng)域進行深度整合，有助于3S技術(shù)在智慧城市的建設(shè)中迸發(fā)出更大的活力。

3 問題與探討

雖然3S技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用中取得了巨大的成就，但是在實踐過程中也暴露出不少需要解決的問題，例如：（1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一：受遙感衛(wèi)星不同傳感器影響，導(dǎo)致影像數(shù)據(jù)空間、時間及輻射分辨率的不統(tǒng)一，而目前還沒有能夠較好兼容不同數(shù)據(jù)的方法。另外，柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)擁有不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征，綜合柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)的優(yōu)點，構(gòu)建一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、兼容不同數(shù)據(jù)的地理信息數(shù)據(jù)庫，是3S技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)。（2）提升數(shù)據(jù)精度：現(xiàn)階段GNSS技術(shù)大多只能用于室外定位，室內(nèi)定位技術(shù)還未取得突破性進展，難以滿足室內(nèi)高精度應(yīng)用需求;目前的定位信息大多為二維坐標(biāo)信息，在像重慶這樣的山地城市中往往不能提供精確的導(dǎo)航服務(wù)，因此加入準(zhǔn)確的高程信息有助于解決這一問題。另外，提升遙感數(shù)據(jù)和GIS模型的精度，有助于將3S技術(shù)應(yīng)用到更多精細化領(lǐng)域。（3）多學(xué)科整合：3S技術(shù)作為一門多學(xué)科交叉技術(shù)，不僅需要做到三者的內(nèi)部整合，還需要與計算機網(wǎng)絡(luò)、人工智能、大數(shù)據(jù)等眾多領(lǐng)域深度結(jié)合。目前國內(nèi)的3S主要集中于科研應(yīng)用方向，對3S集成系統(tǒng)的開發(fā)工作還有待加強，而構(gòu)建3S系統(tǒng)需要相關(guān)人員不僅具備3S技術(shù)知識，還應(yīng)有計算機軟硬件等各方面背景，因此應(yīng)該加強培養(yǎng)多學(xué)科高素質(zhì)復(fù)合型人才，為3S技術(shù)的發(fā)展提供充足的人才儲備。

4 結(jié)束語

3S技術(shù)在各個領(lǐng)域的成功實踐，為我國生態(tài)保護、社會經(jīng)濟建設(shè)、災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域提供了可靠的技術(shù)支持。除了傳統(tǒng)的科學(xué)研究及政府應(yīng)用以外，隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，3S技術(shù)也逐漸深入到人們生活的方方面面。隨著3S技術(shù)與多學(xué)科的交叉整合，必將釋放出更大的發(fā)展?jié)摿ΑＭ苿涌臻g信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，深化3S技術(shù)應(yīng)用，使其為國民經(jīng)濟建設(shè)提供更加充足的動力。

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