_3S_集成技术研究现状的综述

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 。
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 。
布 拉 格 的 Kobylisy区 域 利 用 LIDAR扫 描 来 获 取 臭 氧 浓 度 数 据 ，研 究 了 空 气 污 染 的 分 布 状 况 ，及 其 对 生 存 环 境 的 影 响 。
2.4 RS，GIS，GPS整体集成
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RESOURCES ENVIRONMENT AND DEVELOPMENT NO．2．2009
植被类型分布密切相关，其值的大小分布也反
图1 矢量和栅格数据结构的融合
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
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，
也 有 大 片 区 域 为 VRS网 络 所 覆 盖 。
2.3 GPS与RS集成
两 者 集 成 的 主 要 目 的 是 利 用 GPS 的 精 确 定 位 解 决 RS定 位 困 难 的 问 题 ，GPS 作 为 一 种 定 位 手 段 ， 可 应 用 它 的 静 态
和动态定位方法，直接获取各类大地模型信息，既可以采用同步集成方式，也可以采用非同步集成方式。 GPS的快速
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资源环境与发展 2009 年第 2 期
“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
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
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。 经过7年的发展，VRS网络几乎覆盖了整个欧洲。 亚洲的网络包括日本覆盖全境的网络，韩国、新加坡、马来西亚
和中国已建系统的大部分也都是选用的VRS技术。 澳洲的新西兰、澳大利亚，非洲的南非，美洲的美国、加拿大等国
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
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
GIS，RS，GPS的三者集成可构成高度自动化，实时化和智能化的地理信息系统，这种系统不仅 能 够 分 析 和 运 用 数据，而且能为各种应用提供科学的决策依据，以解决复杂的用户问题。 按照集成系统的核心来分，主要有两种。 一 是以GIS为中心的集成系统，目的主要是非同步数据处理，通过利用GIS作为集成系统的中心平台，对包 括RS和GPS 在内的多种来源的空间数据进行综合处理、动态存贮和集成管理，存在数据、平台（数据处理平台）和功能三个集成 层次，可以认为是RS与GIS集成的一种扩充。二是以GPS ／ RS为中心的集成，它以同步数据处理为目的，通过RS和GPS 提供的实时动态空间信息结合GIS的数据库和分析功能为动态管理、实时决策提供在线空间信息支持服务。 该模式 要求多种信息采集和信息处理平台集成，同时需要实时通讯支持。
（INS），探讨了空—地定 位 模 式 ，即 根 据 测 出 的 空 中 遥 感 器 的 位 置 和 姿 态 直 接 求 解 地 面 目 标 点 的 位 置 ，实 现 了 采 用
少量的地面控制点或无需控制点而生成DEM。 将GPS、INS和激光测距技术进行集成得到机载扫描激光地形系统已
成为国内外遥感界研究的热点。 而Luboˇs Matˇej1cˇek等人利用激光雷达获取数据对城市环境污染进行时空分析，对
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
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) 。
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 。
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
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
“3S”集 成 在 环 境 监 测 和 分 析 、水 利 工 程 、公 路 自 动 测 绘 、土 地 利 用 动 态 监 测 等 方 面 也 有 了 许 多 成 功 的 经 验 。 1997年印度遥感研究院的S. K. Bhan，S. K. Saha， L. M. Pande和J. Prasad在对印度南部热带雨林 地 区 研 究 的 过 程 中 建立了遥感地理信息模型，为利用“3S”技术对可持续发展的研究提供了范例。 1997年瑞典隆德大学的Jonas Ardo利 用“3S”技术对位于捷德边境由于 森 林 破 坏 受 到 严 重 污 染 的Krusne Hory山 区 的 范 围 、速 率 及 空 间 特 征 进 行 了 研 究 ， 对森林的破坏进行了评估，探讨了森林破坏与海拔高度和坡向的关系，森林破坏与林区相对于点污染源的距离和 方向的关系。 为环境监测提供了依据[12]。
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 （http://www.ucgis.org，2003）。 GIS的定义是多元化
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 。
物理基础 波谱特性 成像机理 波段响应 反演技术
遥感平台
传感器设计 运载工具 通讯技术
信息提取
RESOURCES ENVIRONMENT AND DEVELOPMENT NO．2．2009
“3S”集成技术研究现状的综述
马莉宋庆
（广西师范学院资源与环境科学学院，广西南宁，530001）
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 。
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
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
ຫໍສະໝຸດ Baidu
定位为RS 实时、快速进入GIS系统提供了可能，其基本原理是用GPS/INS方法，将传感器的空间位置（X，Y，Z）和姿态
参 数 （φ、ω、K）同 步 记 录 下 来 ，通 过 相 应 软 件 ，快 速 产 生 直 接 地 学 编 码 。
李德仁等于80年代末就开始了GPS在RS中的定位研究。 在他们的研究中， 应用GPS技术， 结合惯性导航系统
辐射校正 传输模型 提取方法
技术应用
实时处理 三维表达 应用开发
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：