3S集成原理及应用
3S集成 第一讲
李德仁经常谈我们也要搞大测绘不要只搞小测绘， 李德仁经常谈我们也要搞大测绘不要只搞小测绘，大测绘就是地球空间 信息科学， 3S和通信技术的集成应用 和通信技术的集成应用。 信息科学，是3S和通信技术的集成应用。
系统特点： 系统特点： •采用DGPS/INS组合导 采用DGPS/INS组合导 采用DGPS/INS 航系统 •两台车用电子计算机 两台车用电子计算机 •四台CCD黑白相机+一 四台CCD黑白相机+ 四台CCD黑白相机 台彩色数码相机 •测量精度0.1-0.3米 测量精度0.1-0.3米 测量精度0.1 •量测范围：道路及两 量测范围： 量测范围 侧各50 50米以内 侧各50米以内
3S原理及应用
3S原理及应用地信三班樊华3S原理及应用前言：空间定位系统（目前主要指GPS全球定位系统）、遥感（RS）和地理信息系统（GIS）是目前对地观测系统中空间信息获取、存储管理、更新、分析和应用的三大支撑技术（以下简称“3S”），是现代社会持续发展、资源合理规划利用、城下规划与管理、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。
目录一、空间定位系统（GPS） (3)1、构成 (3)⑴空间部分 (3)⑵地面控制系统 (3)⑶用户设备部分 (3)2、原理 (3)3、特点 (5)⑴定位精度高 (5)⑵观测时间短 (5)4、应用 (5)⑴GPS应用于运行站网和综合服务系统 (5)⑵GPS应用于电离层监测 (6)⑶GPS应用于对流层监测 (7)⑷GPS作为卫星测高仪的应用 (7)二、遥感（RS） (8)1、原理 (8)2、用途 (8)3、特点 (8)⑴探测范围广、采集数据快 (8)⑵能动态反映地面事物的变化 (8)⑶获取的数据具有综合性 (9)三、地理信息系统（GIS） (9)1、原理 (9)2、应用 (9)⑴资源管理(Resource Management) (9)⑵资源配置(Resource Configuration) (9)⑶城市规划和管理(Urban Planning and Management) (9)⑷土地信息系统和地籍管理(Land Information System and Cadastral Applicaiton)10⑸生态、环境管理与模拟(Environmental Management and Modeling) (10)⑹应急响应(Emergency Response) (10)⑺地学研究与应用(Application in GeoScience) (10)⑻商业与市场(Business and Marketing) (10)⑼基础设施管理(Facilities Management) (10)⑽选址分析(Site Selecting Analysis) (10)⑾网络分析(Network System Analysis) (10)⑿可视化应用(Visualization Application) (11)⒀分布式地理信息应用(Distributed Geographic Information Application) (11)一、空间定位系统（GPS）1、构成⑴空间部分GPS的空间部分是由21颗工作卫星组成,它位于距地表20 200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55。
选择3S技术原理及应用的原因
选择3S技术原理及应用的原因1. 引言3S技术（遥感、地理信息系统、全球定位系统）是一种综合利用卫星遥感、地理信息系统和全球定位系统等技术的空间信息集成技术。
在现代社会中，3S技术被广泛应用于各行各业，包括环境保护、城市规划、自然资源管理等领域。
本文将探讨选择3S技术的原理和应用的原因。
2. 3S技术原理•遥感技术: 遥感技术通过卫星或航空器从远距离获取地球表面的信息。
它通过记录地球表面反射和辐射的电磁波信号，可以获取大范围、连续性和多时相的空间数据。
•地理信息系统（GIS）: GIS是一种用于采集、存储、处理、分析和展现地理数据的软硬件系统。
它将地理信息与地图相结合，可以有效地管理和利用空间数据。
•全球定位系统（GPS）: GPS利用卫星信号来测量地球上某点的位置坐标。
它由一组卫星、接收器和计算机组成，可以将地理位置精确到几米的范围。
3. 3S技术的应用原因选择采用3S技术的原因主要有以下几点：3.1 数据获取方便•3S技术可以从远距离获取大范围、连续性和多时相的空间数据。
相比于传统的野外调查和地面测量，使用3S技术可以节省人力、物力和时间成本。
这对于大规模环境保护项目、城市规划和农业生产等领域特别重要。
3.2 数据精度高•由于遥感设备和GPS技术的不断发展，3S技术的数据精度也越来越高。
高分辨率的卫星遥感影像可以提供详细的地表信息，GPS定位的精度也可以达到亚米级别。
这使得3S技术在生态环境监测、土地利用规划和灾害管理等方面具有独特的优势。
3.3 数据整合与分析能力强•3S技术可以对遥感影像、地理数据和GPS定位数据进行有效整合和分析。
通过GIS软件的支持，可以实现对大规模数据的存储、查询、分析和展示。
这有助于快速发现规律、做出决策，提高工作效率。
3.4 功能多样性•3S技术具有广泛的应用领域。
无论是环境保护、城市规划、农业生产还是气象预测，3S技术都可以提供数据支持和决策参考。
它可以帮助相关部门制定有效的政策和措施，实现可持续发展。
《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。
3S原理与应用
1 地球信息科学：地理信息科学。
是测绘学、摄影测量与遥感学、地图学、地理科学、计算机科学、卫星定位技术、专家系统技术与现代通讯技术等的有机集成，即多种学科的综合。
是用各种现代化方法采集、量测、分析、存储、管理、显示、传播和应用与地理和空间分布有关数据的一门综合的计算机信息科学、技术和产业实体。
2 地球信息科学的特点：①动态性、②系统化、③实时性、④空间特征、⑤信息科学。
“3S”技术：即遥感RS、全球定位系统GPS和地理信息系统GIS。
3 遥感：从不同高度的平台（如飞机、人造卫星等）使用传感器收集地物的电磁波信息，再将这些信息传输到地面并加以处理，从而达到对地物的识别与监测的综合技术。
4 遥感的分类： 1按遥感平台分（航天遥感、航空遥感、地面遥感。
）2按传感器工作方式分：被动遥感（传感器本身不发射任何人工探测信号，只能被动地接受来自对象的信息）。
主动遥感（传感器本身带有电磁波的辐射源，工作时向目标发射信号，接收目标物反射这种辐射波的强度）。
5 全球定位系统（卫星导航系统）：由一系列卫星组成的导航星座，对地面、海面、空中物体的三维位置、三维速度和一维时间进行实时、连续、全天侯精确测量的技术系统。
6 地理信息系统：在计算机软件和硬件的支持下，以一定的格式输入、存贮、检索、显示和综合分析现实世界的各类空间数据及属性特征的技术系统。
由于它有自已完整的理论体系，现已发展成为一门学科。
7 黄道面：地球绕地轴（地球旋转轴）自转的同时也绕太阳公转，地球绕太阳公转的平面即称为黄道面。
8 铅垂线：地理空间中任意一点的重力作用线。
9 大地水准面：与平均海水面重合，并向大陆，岛屿延伸所形成的封闭曲面10 绝对高程：地面点沿铅垂线至大地水准面的距离，亦称为海拔。
11 假定高程：以某假定水准面作为起算面，则地面点沿铅垂线至假定水准面的距离，亦称为相对高程。
12 地图投影：利用一定数学方法把把地球椭球面上各点的大地坐标转换到平面上的理论和方法实质是将不可展的点线面要素，先投影到可展的曲面上，再展开，便得到平面投影图形。
举例说明3s集成系统中各子系统的作用
1. 介绍3S集成系统3S集成系统是一种集成了供应链管理、生产管理和存储管理功能的综合性管理系统。
它将供应商、制造商和零售商之间的信息流、物流和资金流有机地结合在一起，实现了全流程的信息化管理和高效运营。
2. 各子系统的作用2.1 供应链管理系统供应链管理系统负责管理整个供应链上的各个环节，包括供应商管理、采购管理和配送管理。
其作用主要体现在以下几个方面：- 供应商管理：通过对供应商的资质、信用等信息进行管理，确保供应商的稳定和可靠性，从而保障企业生产和运营的正常进行。
- 采购管理：根据市场需求和企业库存情况，通过3S集成系统可以实现精准的采购计划和采购执行，避免库存积压和缺货情况的发生。
- 配送管理：通过对配送路线、周期等信息的管理，优化配送效率，降低配送成本，提高客户满意度。
2.2 生产管理系统生产管理系统主要负责生产过程的计划、执行和控制。
其作用主要体现在以下几个方面：- 生产计划：通过对订单、库存、生产能力等信息的综合分析，实现生产计划的合理安排，提高生产效率，降低生产成本。
- 生产执行：通过对生产进度、质量、成本等信息的实时监控，及时发现和解决生产过程中的问题，确保产品质量和交货期的达到。
- 生产控制：通过对生产车间设备、人员、物料等资源的合理调度和协调，提高生产资源利用率，减少资源浪费。
2.3 存储管理系统存储管理系统主要负责企业仓库的管理和货物的存储。
其作用主要体现在以下几个方面：- 仓库管理：通过对仓库内各类货物的存放、取货、盘点等过程进行管理，保证货物的安全、准确和高效的流转。
- 货物存储：通过对货物属性、库存量、有效期等信息的管理，实现对货物的科学配置和合理利用，降低货物损耗和库存风险。
- 库存管控：通过对库存成本、周转率等指标的监控和分析，优化库存结构，降低库存成本，提高资金周转率。
3. 3S集成系统的优势3S集成系统的每个子系统都具有独立的作用，但它们又紧密相连，相互配合，共同构成了一套完整的供应链管理体系。
3S集成原理及应用
名词解释:1 多光谱合成图像：multi-spectral posite imagery ，把同一地区多光谱影像，配以红、绿、蓝等多波段图像进行校正、配准、融合形成的图像。
2. 二值图像：binary image ，是指每个像素不是黑就是白，其灰度值没有中间过渡的图像。
3. 非监督分类：是以不同影像地物在特征空间中类别特征的差别为依据的一种无先验（已知）类别标准的图像分类，是以集群为理论基础，通过计算机对图像进行集聚统计分析的方法。
根据待分类样本特征参数的统计特征，建立决策规则来进行分类。
而不需事先知道类别特征。
把各样本的空间分布按其相似性分割或合并成一群集，每一群集代表的地物类别，需经实地调查或与已知类型的地物加以比较才能确定。
是模式识别的一种方法。
4. 辐射校正：radiometric correction ，是指对由于外界因素，数据获取和传输系统产生的系统的、随机的辐射失真或畸变进行的校正，消除或改正因辐射误差而引起影像畸变的过程。
5. 几何配准：geometric registration ，将不同时间、不同波段、不同遥感器系统所获得的同一地区的图像（数据），经几何变换使同名像点在位置上和方位上完全叠合的操作。
6. 拓扑关系：topological relation ，指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。
即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接、关联、包含和连通关系。
7. 导航电文：导航卫星信号一般由3部分组成：载波信号、伪随机噪声码（测距码）和数据码。
其中，数据码是卫星以二进制码流形式发送给用户的导航定位数据，通常称为导航电文。
导航电文（Navigation Message ）是由GPS卫星在L1和/或L2信号上，以50bps电文包含播发的1500bit导航电文。
电文包含有系统时间、时钟改正参数、电离层延迟模型参数、卫星星历及卫星健康状况、由C/A码捕获P码的信息等。
这是为了给用户提供时间、位置坐标。
第13讲 3S技术的集成应用
• 重点 ：
– 3S技术及各自的优势 – 3S技术在车辆导航、海洋渔 业及精细农业中的应用。
• 难点 ：
– 3S技术集成。
§1 概述
遥感（Remote Sensing）、地理信息系统（Geographic Information System）与全球定位系统（Global Position System）的英文名称中最后一个单词均含有“S”，习惯上将这 三种技术合称为“3S”技术。 早在20世纪70年代，集成技术也逐步得到应用。但用现代系统 科学与信息技术的观点来解释集成思想，并把这种思想用于3S 集成，形成一个较完整的系统集成理论、技术与方法体系，则是 空间信息领域的专家学者近年来一直在致力探索的事情。空间信 息集成系统的核心在于系统集成，实现各单元信息系统的异构同 化和同构整体化；这是一个多学科多技术相互渗透的并行、重构 与协同过程，是多方法、多机制相互融合以产生突破与聚变的过 程。
“3S”集成技术
1.RS与GIS的集成 遥感数据作为GIS的信息来源
– 遥感作为获取和更新空间数据的有力手段，能为地理信息系统及时、 正确、综合和大范围的提供各种资源和环境数据，以增加地理信息 系统的活力及应用面。 – 此外，遥感所具有的动态特点对地理信息系统数据库多时相更新极 为有利，尤其是在解决大范围的以统计为主的地理信息系统中，获 取遥感信息显得尤为重要。
三、3S技术在精细农业中的综合应用
1. 2. 3. 4. 5. 6. 精细农业与3S的关系 RS在精细农业中的应用 GIS在精细农业中的应用 GPS在精细农业中的应用 3S在精细农业中的综合应用 3S技术在精细农业应用中面临的问题与解 决对策
四、3S技术土地研究中的综合应用
1. RS技术土地领域中的综合应用 2. GIS技术土地领域中的综合应用 土地管理信息系统 土地利用动态监测系统 地籍管理信息系统 3. GPS技术土地领域中的综合应用
《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 技术是指地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）和遥感（RS）这三种技术的统称。
这三种技术各具特点，又相互关联，在现代社会的多个领域中发挥着重要作用。
地理信息系统（GIS）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。
它能够将地理数据与属性数据相结合，通过空间分析和建模等功能，为决策提供支持。
全球定位系统（GPS）则是一种基于卫星的导航和定位系统，可以实时、准确地获取地面点的位置、速度和时间等信息。
遥感（RS）是指不直接接触物体，通过传感器获取目标物体的电磁波信息，并对其进行处理和分析，以获取有关目标物体的特征和状态等信息。
二、3S 技术的集成3S 技术的集成并非简单的组合，而是通过不同技术之间的数据交换、功能互补和协同工作，实现更强大的应用能力。
数据集成是 3S 技术集成的基础。
GPS 提供的精确位置信息可以作为 GIS 和 RS 数据的空间参考，而 RS 所获取的大面积、多时相的地表信息可以为 GIS 提供丰富的数据来源。
功能集成是 3S 技术集成的关键。
例如，利用 GPS 进行实地调查和数据采集，将获取的数据输入到 GIS 中进行处理和分析，同时结合 RS 图像进行解译和监测。
三、3S 技术集成在资源调查中的应用在土地资源调查方面，通过 RS 技术可以快速获取大面积的土地利用现状信息，而 GPS 可以用于实地调查样点的定位，GIS 则用于对数据的整理、分析和管理，实现土地资源的动态监测和合理规划。
在森林资源调查中，RS 能够提供森林覆盖范围、植被类型等信息，GPS 有助于确定样地的位置和边界，GIS 用于对森林资源数据的存储和分析，为森林资源的保护和管理提供科学依据。
在水资源调查中，RS 可以监测水体的分布和变化，GPS 用于测量水文站点的位置，GIS 用于整合和分析水资源相关数据，为水资源的合理开发和利用提供决策支持。
专题六：3S集成技术的理论与应用研究
3S集成技术的理论与应用研究（未来展望）—3S技术在智慧农业中的应用一、3S集成技术的概念“3S集成技术”（Integration of GPS, RS and GIS Technology）是指将空间定位系统(主要是指GPS全球定位系统)、航空航天遥感(RS)技术和地理信息系统(GIS)技术根据应用需要，有机地组合成一体化的、功能更强大的新型系统的技术和方法。
二、3S集成技术提出背景自从戈尔1998年在著名的“数字地球——认识21世纪我们这颗星球”报告中提出数字地球的概念以来，数字地球逐渐成为全球科技热点和媒体焦点,数字城市也掀起了一股热潮，成为知识经济时代的城市形象工程。
数字城市既是战略口号，也是系统工程。
需要许多新的理论和技术作为支撑。
3S 技术的迅速发展,并在数据采集、存储模式、处理方法等方面不断提供新的手段，成为数字地球、数字城市的核心技术支撑，推动着城市规划新技术应用不断向更高层次发展。
三、3S技术的发展邓小平80年代提出“开发信息资源，服务四化建设”。
江泽民也指出：“四个现代化，哪一个也离不开信息化。
1986年3月，面对世界高技术蓬勃发展、国际竞争日趋激烈的严峻挑战，党中央、国务院启动实施了“高技术研究发展计划（863计划）1993年9月，美国克林顿政府，推行引起全球关注的国家信息基础设施计划，该计划是指一个能给全球广大用户随时提供大量信息1994年4月，国家高新技术项目署和美国自然科学基金会联合提出：基于3S技术的地理空间数据的处理是实现国家信息基础设施计划的“瓶颈”问题。
90年代中期，全球信息产业的总产值已超过$1万亿；发达国家信息产业的产值占国民生产总值的比重已达到50%左右；世界首富是比尔·盖兹，而不再是“石油大王”或“汽车大王”。
1995年1月国务院批准了《中华人民共和国计算机信息网络国际联网管理暂行规定》，正式拉开了我国信息化建设的序幕。
江泽民总书记1999年6月1日在两院院士会上指出:“数字地球”是继信息高速公路和知识经济之后又一新的国际科技发展动向,对此要认真地进行思考,研究提出符合国情的发展思路,确定切实可行的行动对策。
3S技术的集成技术
3S技术的集成与应用重点3S技术的集成：由英文Integration一词翻译而来包含有使完整、整合、融合、合而为一等含义，其核心含义是要在不同的部分之间建立一种有机的联系。
目的：多源信息（多时相、多尺度、多类型）在同一坐标系的动态管理、分析与应用。
地理信息系统（GIS , Geographic Information System）：以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。
简言之，地理信息系统是综合处理和分析空间数据的一种技术系统。
全球定位系统（GPS）：Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System 简称GPS，有时也被称作NA VSTAR GPS遥感（Remote Sensing)：指遥远的感知，它是从不同高度的遥感平台(Platform)上，使用各种传感器(Remote Sensor)，接收来自地球表层各类地物的各种电磁波信息，并对这些信息进行加工处理，从而对不同的地物及其特性进行远距离的探测和识别的综合技术。
集成的模式分为：广度：建立了联系的子系统或要素的多少，包括三种两要素集成方式（GIS+RS / GIS+GPS / RS+GPS）和一种三要素集成方式（GIS+GPS+RS）。
深度：联系的紧密程度，包括三个层次，即数据层次的集成、平台层次的集成和功能层次的集成。
数据层次的集成，是通过数据的传递来建立子系统之间的联系，此时平台处于分离状态，数据传递要通过网络或人工干预完成，故效率较低。
平台层次的集成是在一个统一的平台中分模块实现两个以上子系统的功能，各模块共用同一用户界面和同一数据库，但彼此保持相对的独立性。
功能层次的集成是一种面向任务的集成方式，此种集成方式同样要求平台统一，数据库统一，界面统一，不同的是，它不再保持子系统之间的相对独立性，而是面向应用设计菜单、划分模块，往往在同一模块中包括了属于不同子系统的功能实现。
《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、引言在当今科技飞速发展的时代，3S 技术——即遥感（Remote Sensing，RS）、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）和全球定位系统（Global Positioning System，GPS），正以其独特的优势和强大的功能，在众多领域得到了广泛的应用。
3S 技术的集成，更是为我们解决各种复杂的地理空间问题提供了有力的手段。
接下来，让我们一起深入了解 3S 技术的集成及其应用。
二、3S 技术概述（一）遥感（RS）遥感是一种不直接接触目标物，通过传感器获取目标物的电磁波信息，并对其进行处理、分析和应用的技术。
它能够快速、大面积地获取地表的各种信息，如土地利用、植被覆盖、水体分布等。
（二）地理信息系统（GIS）GIS 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。
它可以将各种地理数据进行整合、处理和分析，为决策提供支持。
（三）全球定位系统（GPS）GPS 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。
它在导航、测量、监测等领域发挥着重要作用。
三、3S 技术的集成方式（一）两两集成1、 RS 与 GIS 的集成RS 为 GIS 提供丰富的数据源，GIS 则对 RS 数据进行处理、分析和管理，实现对地表信息的更深入理解和应用。
2、 GPS 与 GIS 的集成GPS 为 GIS 提供精确的空间定位信息，使 GIS 中的数据具有更准确的地理位置，便于进行空间分析和决策。
3、 RS 与 GPS 的集成GPS 可以为 RS 图像的几何校正和定位提供地面控制点，提高 RS数据的精度和准确性。
（二）完全集成将 RS、GIS 和 GPS 三种技术有机地结合在一起，形成一个功能强大的综合系统。
这种完全集成的系统能够实现数据的实时采集、处理、分析和应用，大大提高了工作效率和决策的科学性。
地理信息系统原理第9章 3S集成技术及应用
西藏全区多时像TM/ETM数据的搜集
分别搜集了西藏全区90年代、2000年左右、最近 的TM/ETM数据200余景。数据为UTM投影 (Universal Transverse Mercator，通用横轴墨卡托投 影)。
西藏全区70年代MSS数据
湖泊信息提取 ① 路线 ② 方法 ③ 提取
水文、气象资料
3S集成…….
2. 3S集成
3S技术的集成方式：
GPS与GIS集成：
环境动态监测、自动驾驶、环境管理… 作为实时提供空间定位数据的技术，GPS可以与地理信息 系统进行集成，以实现不同的具体应用目标：
1）定位 、导航 2）测量 3）授时。
GPS 接收机
地理信息系统
数据接口
数据处理
显示 数据记录
定位 测量 监控导航
遥感素的提取 2）DEM数据的生成 3）土地利用变化以及地图更新
3.3S集成应用实例
3S集成车辆监控、调度、应急指挥 3S集成在生态环境 管理中的应用 3S集成用于精准农业 3S在数字城市中的应用
3.3S集成应用实例
一、3S集成车辆监控、调度、应急指挥
3.3S集成应用实例
一、3S集成车辆监控、调度、应急指挥
3.3S集成应用实例
一、3S集成车辆监控、调度、应急指挥
3.3S集成应用实例
一、3S集成车辆监控、调度、应急指挥
功能丰富
车辆定位 紧急报警 超速报警 远程监听 历史回放 车辆在线查询 车辆事件统计 车辆超速统计 车辆巡线统计
车辆监控 区域报警 远程控制 远程调度 地图功能 车辆里程统计 区域查询车辆 车辆巡点统计 车辆轨迹播放
全球定位系统
地面监控部分：有分布在全球的5个地面站组成，其中包括卫星 监测站、主控站和信息注入站
3S技术的集成及其应用
GIS
GPS 定位与导航
RS
遥感技术
地理信息系统 全球定位系统
概 利用一定的技术 专门处理地理空 利用卫星在全
念 装备在航空器或 间数据的计算机 球范围内适时
航天器上对地物 系统
进行导航、定
进行遥远的感知
位的系统
代 RS 号
GIS
GPS
别 人的视力的延伸 地图的延伸 名
技 遥感平台、传感 计算机硬件、软 GPS卫星星座、
合动态预测③计
算机系统支持
作 短时间内获得全面 能对地理空间数 为各类用户提
用 资料以便即使安排 据进行输入、管 供精密的三维
防灾、救灾
理、分析和表达 坐标、速度和
时间
应 农业、林业、国土资源、地矿、军事、交通、测绘、 用 水利、通讯、交通、公安、教育、能源等各行业
二、GIS与RS的集成应用
遥感数据是GIS的重要信息来源，GIS则可作 为遥感图像解译的强有力的辅助工具。GIS作为 图像处理工具，可以进行几何纠正和辐射纠正， 图像分类和感兴趣区域的选取；遥感数据作为 GIS的重要信息来源，可以进行线和其他地物要 素的提取，DEM数据的生成，以及土地利用变化 和地图更新。
情感态度与价值目标：
培养关注世界地理信息技术的发展的意识， 养成动脑思考问题的良好习惯;
培养科研兴趣，体会研发高科技产品的乐 趣与成就感。
教学重难点
重点：
1．GIS与RS以及GIS与GPS的集成应用； 2．3S技术的综合应用。
难点：
阐述3S的技术优势, 分析它们之间的 互补性, 总结3S集成应用的优势和意义。
息 技
及
术
其
体
应
GIS与GPS得集成应用
第11章3S技术的应用-3s技术概论
3S综合应用实例 在车辆导航与车辆监控系统中 综合应用实例---在车辆导航与车辆监控系统中 综合应用实例 的综合应用
3S综合应用实例 在车辆导航与车辆监控系统 综合应用实例---在车辆导航与车辆监控系统 综合应用实例 中的综合应用
1、车辆导航与车辆监控系统作用与主要功能： 、车辆导航与车辆监控系统作用与主要功能： 技术支持下， 在3S技术支持下，监控中心计算机陈列联网后形成车辆信息监 技术支持下 测与控制系统，管理人员可以对受控车辆进行动态编组管理、 测与控制系统，管理人员可以对受控车辆进行动态编组管理、 导航与调度。 导航与调度。 在控制中心，具有大画面、高清晰度的大荧屏显示系统， 在控制中心，具有大画面、高清晰度的大荧屏显示系统，管理 人员可实量看到车辆运行情况，对空发事件、 人员可实量看到车辆运行情况，对空发事件、不同区域锁定式 监控提供决策依据。 监控提供决策依据。 移动车辆配备GPS导航仪、车载GIS、数据收发信机的话音收 导航仪、车载 移动车辆配备 导航仪 、 发信机等。行驶时，车载收发信机通过无线集群通讯网， 发信机等。行驶时，车载收发信机通过无线集群通讯网，通过 信号将其状态，实时地传送回监控中心。 信号将其状态，实时地传送回监控中心。这样控制中心可以动 态跟踪、高度与监控各入网车辆。 态跟踪、高度与监控各入网车辆。
2
=
∑Pi1/ 2 (r, t) ln i =1 ln[S (r, t)]
m(r ,t )
2
基于分维几何学的 物种多样性模型
种群增 长率
0 .30
0 .25
0 .20
0 .15
n=0.211K
0 .10 0 .05
n=0.788K
基于超熵理论的地 理系统稳定性模型
3S集成技术及其应用PPT(38张)
本内容仅限于测量专业适用
1．遥感简介
遥感(Remote Sensing)：通常是指通过某种传感器装置 ，在不与研究对象直接接触的情况下，获得其特征信 息，并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一 门科学技术。
遥感技术的基础，是通过观测电磁波，从而判读和分 析地表的目标以及现象，其中利用了地物的电磁波特 性，即“一切物体，由于其种类及环境条件不同，因 而具有反射或辐射不同波长电磁波的特性” 。
1．遥感简介
首先，遥感器不与研究对象直接接触， 也就是说，这里的“遥”并非指“遥远 ”；
其次，遥感的目的是为了得到研究对象 的特征信息；
最后，通过传感器装置得到的数据，在 被使用之前，还要经过一个处理过程。
遥感数据过程
目标物的电磁波特征
电磁能量(E)
波长(λ )
影响因子
太阳位置 大气状态 气象 季节 地表状态 遥感器性能 遥感器位置
三峡大坝局部仿真图片
2）、数字地球对社会经济和生活的影响
数字地球将容纳大量行业部门、企业和私人添加的信 息，进行大量数据在空间和时间分布上的研究和分析 。例如国家基础设施建设的规划，全国铁路、交通运 输的规划，城市发展的规划，海岸带开发，西部开发 。从贴近人们的生活看，房地产公司可以将房地产信 息链接到数字地球上；旅游公司可以将酒店、旅游景 点，包括它们的风景照片和录象放入这个公用的数字 地球上；世界著名的博物馆和图书馆可以将其收藏以 图像、声音、文字形式放入数字地球中；甚至商店也 可以将货架上的商店制作成多媒体或虚拟产品放入数 字地球中，让用户任意挑选。另外在相关技术研究和 基础设施方面也将会起推动作用。因此，数字地球进 程的推进必将对社会经济发展与人民生活产生巨大的 影响。
第05章 “3S”集成的基本原理
中南大学GIS研究中心 中南大学地理信息系
3S集成与应用
5.2.2 时空参数的一体化
时间和空间参数在描述空间对象的特征时一般是不可分 割的。
RS：空间参数表达的信息包括地表植被分布与类型、地形地貌、 地物分布、区域景观等。时间参数可以是成像日期，也可以是 成像的周期性。 GIS：时态GIS。基于空间的时空数据模型、基于时间的时空数 据模型、时空一体化数据模型、时空专题复合集成数据模型。 GPS：定位、导航过程中时空参数一直相关出现。
3S集成与应用
5.1.1 空间参数
根据空间分布的平面形态，把地面对象分成三类：面状、 线状和点状。 从四个方面确定空间分布特征：空间位置、大小、形状、 空间关系。 获取地面目标信息的方式不同，空间参数的表达方式也 不同。
RS：通过像元位置和像元值来表达，不同的空间像元对应地表 不同的空间位置； GIS：通过不同投影下的地理坐标来表达； GPS：除表达准确的地理坐标外，还表达高程信息。
RS与GIS在信息更新方面的互补性
RS与GIS在信息分析方面的互补性
中南大学GIS研究中心 中南大学地理信息系
3S集成与应用
5.3 技术方法的互补性
5.3.2 GPS与RS的互补
GPS实时、精确的定位功能克服了RS定位问题。
GPS快速定位为RS数据快速进入GIS系统提供了可能，保证 了RS数据与地面同步监测数据获取的动态匹配。
利用RS数据可以实现GPS定位遥感信息查询。 在数据采集中的技术互补。 基于GIS的GPS定位信息查询。
5.3.3 GIS与GPS的互补
3S集成原理及应用
一、名词解释：1．多光谱合成图像：multi-spectral posite imagery，把同一地区多光谱影像，配以红、绿、蓝等多波段图像进行校正、配准、融合形成的图像。
2.二值图像：binary image，是指每个像素不是黑就是白，其灰度值没有中间过渡的图像。
3.非监督分类：是以不同影像地物在特征空间中类别特征的差别为依据的一种无先验（已知）类别标准的图像分类，是以集群为理论基础，通过计算机对图像进行集聚统计分析的方法。
根据待分类样本特征参数的统计特征，建立决策规则来进行分类。
而不需事先知道类别特征。
把各样本的空间分布按其相似性分割或合并成一群集，每一群集代表的地物类别，需经实地调查或与已知类型的地物加以比较才能确定。
是模式识别的一种方法。
4.辐射校正：radiometric correction，是指对由于外界因素，数据获取和传输系统产生的系统的、随机的辐射失真或畸变进行的校正，消除或改正因辐射误差而引起影像畸变的过程。
5.几何配准：geometric registration，将不同时间、不同波段、不同遥感器系统所获得的同一地区的图像(数据)，经几何变换使同名像点在位置上和方位上完全叠合的操作。
6.拓扑关系：topological relation，指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。
即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接、关联、包含和连通关系。
7.导航电文：导航卫星信号一般由3部分组成：载波信号、伪随机噪声码(测距码)和数据码。
其中，数据码是卫星以二进制码流形式发送给用户的导航定位数据，通常称为导航电文。
导航电文（Navigation Message）是由GPS卫星在L1和/或L2信号上，以50bps电文包含播发的1500bit导航电文。
电文包含有系统时间、时钟改正参数、电离层延迟模型参数、卫星星历及卫星健康状况、由C/A码捕获P码的信息等。
这是为了给用户提供时间、位置坐标。
3S及北斗导航系统的原理和应用
七、3S系统在智慧林业发展中面临的问题。
3s技术因其发展时间较短涉及的技术含量高 投入成本大的原因其应用价值远未发掘，目 前，“3S”技术在林业上的应用还属于起步 阶段，国内从事“3S”技术研究和应用的专 业、技术人员还不多，因此，必须进一步加 大人才培养的力度，尽快培养出“3S”专业 技术队伍，更好的将“3S”技术应用于林业 生产中，提高工作效率。拓宽“3S”技术的 应用范围
（一）地理信息系统(GIS) 是在计算机软件和硬件支持下，以一定格式输入、存储、 检索、显示和综合分析应用的技术系统，具有数据输入存 储、编辑、操作运算、数据查询检索、应用分析、数据显 示及结果输出、数据更新等基本功能，具有标准化、数字 化和多维结构等基本特点，是综合处理与分析多源时空数 据的理想平台，是空间信息的“大管家”和公共的地理定 位基础。
六、3S系统对智慧林业发展的深远意义。
3S一体化"技术在多资源综合调查及态监测中的应用地理信系 统(GIS)、遥感技术(RS)和全球定位系统(GPS)随着计算机技术、 无线电技术以及地球环境科学的发展从各对独立发展阶段进 入相互融合、相互渗透和共同发展阶段。"3S一体化"技术为森 林资源清查、森林消防，野生动植物资源等多资源调查提供 有力的技术手段,通过不同年度卫片光谱特征性质的分析来进 行动态监测。同时,地理信息系统可以将森林的自然及社会经 济属性转述数字形式，从而为森林资源全方位多层次的综合 管理提供有力的技术支持在遥感、地理信息系统和全球定位 系统现有技术的基础上，进一步完善森林资源清查、灾害调 查、监测与预测预报、森林信息动态更新的“3S”一体化技术与 分析处理系统；开发网络GIS与微型GIS系统，逐步形成以网络 为传输工具、网络GIS为传输平台、微型GIS为林业数据管理、 遥感为数据更新信息源的林业信息共享服务信息产业，为林 业生产和生态监测、灾害预报等提供遥感制图、信息更新、 辅助决策等信息技术服务，提高林业生产整体水平。
3S技术原理与应用
（3）监控导航
用于车辆船只的动态监控。 方法： ——根据车辆船只发回的位置数据，确定车船的运行轨迹， ——进而利用GIS空间分析工具判断其运行是否正常，是否偏离 预定的路线、速度是否异常静止等等。 ——在出现异常时监控中心可以提出相应的处理措施，其中包 括向车船发布导航指令。
系统由安装在监控中心的中央监控系统、安装在每辆车上的移 动单元以及GSM通信网络三个部分组成。移动单元设备可以为控制 中心实时提供每一辆车的最新位置数据、车辆的状况和报警信息， 并自动记录这些信息以便事后分析。中央监控系统将收到的位置信 息经过处理，在大屏幕显示器上实时显示出当前监控车辆的地理位 置。
1.遥感与地理信息系统的集成
GIS是分析、处理和显示空间数据的系统，而遥感影像则是空 间数据的一种形式，类似于GIS中的栅格数据。因此，GIS和RS很 容易在数据的功能上进行集成： 1）GIS作为RS图像处理的工具： ——GIS为RS提供空间数据管理和分析的技术手段； ——基于GIS数据的几何纠正和辐射纠正； ——借助GIS数据库中空间数据（如DTM），可解决遥感的“异物 同谱” 问题，从而提高对遥感数据的识别精度和效率。 2）RS作为GIS的数据来源： ——地物要素的提取； DEM数据生成； ——土地利用变化以及地图数据更新； ——及时准确地为GIS提供综合和大范围的资源和环境数据；
4.3S的集成应用
GIS
提供定位遥感信息查询
GPS
RS
几何纠正、训练区域选择以及分类验证等
3S技术为科学研究、政府管理、社会生活、数字地球提供 了新的观测手段、描述语言和思维工具。3S结合应用，三者相 互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即RS和GPS向 GIS提供或更新区域信息及空间定位，GIS进行相应的空间分析， 提取有用的信息，进行综合集成，为决策提供科学的依据。
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一、名词解释：1．多光谱合成图像：multi-spectral composite imagery，把同一地区多光谱影像，配以红、绿、蓝等多波段图像进行校正、配准、融合形成的图像。
2.二值图像：binary image，是指每个像素不是黑就是白，其灰度值没有中间过渡的图像。
3.非监督分类：是以不同影像地物在特征空间中类别特征的差别为依据的一种无先验（已知）类别标准的图像分类，是以集群为理论基础，通过计算机对图像进行集聚统计分析的方法。
根据待分类样本特征参数的统计特征，建立决策规则来进行分类。
而不需事先知道类别特征。
把各样本的空间分布按其相似性分割或合并成一群集，每一群集代表的地物类别，需经实地调查或与已知类型的地物加以比较才能确定。
是模式识别的一种方法。
4.辐射校正：radiometric correction，是指对由于外界因素，数据获取和传输系统产生的系统的、随机的辐射失真或畸变进行的校正，消除或改正因辐射误差而引起影像畸变的过程。
5.几何配准：geometric registration，将不同时间、不同波段、不同遥感器系统所获得的同一地区的图像(数据)，经几何变换使同名像点在位置上和方位上完全叠合的操作。
6.拓扑关系：topological relation，指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。
即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接、关联、包含和连通关系。
7.导航电文：导航卫星信号一般由3部分组成：载波信号、伪随机噪声码(测距码)和数据码。
其中，数据码是卫星以二进制码流形式发送给用户的导航定位数据，通常称为导航电文。
导航电文（Navigation Message）是由GPS卫星在L1和/或L2信号上，以50bps电文包含播发的1500bit导航电文。
电文包含有系统时间、时钟改正参数、电离层延迟模型参数、卫星星历及卫星健康状况、由C/A码捕获P码的信息等。
这是为了给用户提供时间、位置坐标。
速度等结果数据，而用于GPS信号处理的有关信息。
导航电文同样以二进制码的形式播送给用户，因此又叫数据码，或称D码。
8.GPS多路径误差：测站周围的反射物所反射的卫星信号（反射波）进入接收机天线，将和直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏低，产生所谓的“多路径误差”。
这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。
9.GPS静态定位：所谓静态定位，就是在进行GPS定位时，认为接收机的天线在整个观测过程中的位置是保持不变的。
也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。
在测量中，静态定位一般用于高精度的测量定位，其具体观测模式多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测，时间由几分钟、几小时甚至数十小时不等。
10. GPS绝对定位：绝对定位又称单点定位，这是一种采用一台接收机进行定位的模式，它所确定的是接收机天线的绝对坐标。
这种定位模式的特点是作业方式简单，可以单机作业。
绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。
二、论述3S集成的模式及数据流程的结构。
“3s”技术的集成有多种方式，对地观测的“3S”集成系统的发展趋势是引入专家系统和现代通信技术，从而形成地理信息科学与工程。
专家系统的引人将力求使数据采集、更新、分析和应用更加自动化和智能化。
RS与GPS相结合：这两者集成可用于自动定时数据采集、环境监测、环境灾害预警等方面。
RS用于实时地或准实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息，发现地球表面上的各种变化。
GPS主要被用于实时、快速地提供目标，包括各类传感器和运载平台(车、船、飞机、卫星等)的空间位置。
RS与GIS相结合：遥感是GIS重要的数据源和数据更新的手段，而反过来，GIs则是遥感中数据处理的辅助信息，用于语义和非语义信息的自动提取。
二者相结合主要是运用GIs中的图形及其属性作为辅助数据对遥感图像中的地物进行识别、信息提取。
两者集成可用于土地利用动态监测、空间数据自动更新等。
GIS和GPS相结合：这两者集成可用于环境动态监测、自动驾驶、环境管理等方面。
GPS 技术的广泛应用，特别是实时动态定位测量的实施，使得GPS已经成为地面上实行GIS的前端数据采集的重要手段。
GPS数据是数码数据，可以通过相应软件直接、自动进入GIS，而不需要人工转换，因此可以有效提高数据的准确度与精确度。
一旦建成GIS，只需要在运动目标上安放GPS接收机和通信设备，就可以在主控站监测到目标的具体位置，也可以在运动目标处了解到自身所处位置或相对周围环境的位置。
例如，汽车、火车、飞机等运行调度GIS系统，在运输工具上安装GPS后，一方面指挥中心实时知道各运输工具的运行轨迹，另一方面驾驶员也能即时知道自身所在的地面或空间位置。
三、阐述3S集成原理的定义和3S集成的应用领域。
3Sintegration,integration of GPS,RS and GIS technology;将全球定位系统（GPS），航空航天遥感（RS）技术和地理信息系统（GIS）技术根据应用需要，有机地组合成一体化。
功能更强大的新型系统的技术和方法。
RS与GIS集成：遥感数据是GIS的重要信息来源，GIS则可作为遥感图像解译的强有力的辅助工具。
GIS作为图像处理工具，可以进行几何纠正和辐射纠正，图像分类和感兴趣区域的选取；遥感数据作为GIS的重要信息来源，可以进行线和其他地物要素的提取，DEM数据的生成，以及土地利用变化和地图更新。
3S技术主要应用于与空间数据相关的行业领域，随着数字地球数字城市的概念提出，日益受到重视。
GPS 获得单点3维或4维数据，RS主要获得区域大面积的图像数据，他们作为GIS的数据源，为GIS提供必要的空间决策分析数据，GIS作为一个处理这些空间数据的平台，对这些数据进行转换，分析，查询，显示等操作，辅助决策者进行决策。
目前，3S技术主要应用在军事，交通，公共安全，城市规划，能源调查，灾害监制与预报等一系列领域。
GIS在森林经营中的应用，3S在森林立地分类和质量评定中的应用，以及GPS在林业资源和荒漠化监测中的运用等。
四、根据你的经验和知识基础结合地理国情普查实施方案说明3S技术的应用。
随着3S技术的不断发展，将遥感(Remote sensing，RS)、全球卫星定位系统(Global positioning systems，GPS)和地理信息系统(Geography information systems，GIS)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。
其中，GPS的技术特点，使其能够较好的应用在大地测量、地球动力学研究中；以及在滑坡、矿山地面沉陷等灾害地质监测中、大城市地面沉降监测中、桥梁与隧道控制测量、海洋测绘中、航天及天气预报中得到的较好应用；GIS可广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通信、交通运输、公安、水利、公共设施、商业金融等人们生产生活的各个领域；而RS技术广泛应用于陆地水资源调查、土地资源调查、植被资源调查、地质调查、城市遥感调查、海洋资源调查、测绘、考古调查、环境监测和规划管理等。
三者之间形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即RS和GPS像眼睛一样提供区域信息以及空间定位，GIS像大脑一样分析和处理多源时空数据，并反过来指导RS和GPS的数据采集，三者相互作用相互影响，共同构成一个应用强大的智能系统。
地理国情普查的工作流程：主要利用分辨率优于１ｍ的多资源航空航天遥感影像数据，结合基础地理信息成果数据及多行业专题数据，按照地理国情信息普查内容和指标，针对不同地理要素特点，采用内外业一体化的作业方式和自动与人机交互影像处理、多源信息辅助判读解译、外业调查、空间数据库建模等方法，开展普查信息采集、处理与建库等工作。
RS在地理国情普查中的应用：通过遥感技术可获取遥感影像，可快速高效地为地理国情普查工作提供分辨率优于１ｍ的高分辨率航空航天遥感影像数据源。
对于地理过程普查工作，以高分辨率的遥感影像数据为主要数据源，充分利用１:５万、１:１万的基础地理信息以及大量１:５０００、１:２０００或更大比例尺基础地理信息等资源，整合利用其它部门已有的普查成果或与地理国情普查相关的专题信息。
能够快速获取地表覆盖信息，为下一步工作提供数据基础。
GIS在地理国情普查中的应用：以RS提供的影像数据为底图，使用GIS技术手段提取地表覆盖数据和地理国情要素数据。
地表覆盖分类数据可采用计算机自动分类与人工判读解译结合的方式。
对影像质量、时相较好的区域，可采用面向对象的方法进行计算机自动分类后，人工判读修改；对于影像质量差、时相为冬天、有云雾的影像，直接进行人工解译。
GPS在地理国情普查中的应用：在内业分类与判译中无法确定边界或属性的要素和无法准确确定类型的地表覆盖分类图斑，需要进行实地核实确认和补调。
使用GPS的定位功能，可在外业核查过程中快速准确的找到需要核查的坐标；根据导航功能，可绘出至调查区的行走路线；外业调查过程中，采集获取遥感影像解译样本数据，记录调查路线和工作区域。
状及空间分布，为地理国情普查工作顺利完成提供技术支撑.数据统计分析等方面具有显著优势，客观、真实的展现我国地表自然和人文地理要素的现经过地理过程普查试点项目的实践表明，3s技术在遥感影像数据获取、数据可视化编辑、。