空间信息技术综述

空间信息技术综述

空间信息技术综述

14空间

摘要：空间信息技术是在20世纪60年代兴起并快速发展的一门新兴技术，令我们

不得不注重它的

发展前景与重要性。以此为背景，我想对该领域内主要观点与应用进行归纳。力求从

另一个侧面去理解它的实质。它在未来发展方向如何？主要应用在那些领域？我将同大家

一起探讨问题的答案。

关键词：空间信息技术，全球定位系统，地理信息系统，遥感测绘技术

1引言

中国先后在2000年10月31日、2000年12月21日和2019年5月25日发射了3颗“北斗”静止轨道试验导航卫星，组成了“北斗”区域卫星系统。北斗一号卫星在汶川地

震后发挥了重要作用。截至2019年12月27日，中国北斗系统已发射了10颗卫星，建成

了基本系统，开始提供定位、导航、授时等运行服务。

2空间信息技术

空间信息技术(Spatial Information technology)是20世纪60年代兴起的一门新兴

技术，70年代中期以后在我国得到迅速发展。主要包括卫星定位系统、地理信息系统和遥感等的理论与技术，同时结合计算机技术和通讯技术，进行空间数据的采集、量测、分析、存储、管理、显示、传播和应用等。空间信息技术在广义上也被称为"地球空间信息科学"，在国外被称为GeoInformatics。相比于20世纪空间信息科学主要以信息技术、通信技术、航天遥感、导航定位技术的发展为主，21世纪发展主要包括时空信息获取、加工、管理和服务4个方面。 1天地一体化遥感信息应用网络体系是包括地面应用系统在内的、多种卫星体系组成的集成化和天地一体化网络系统。其中遥感信息获取、传输的基准将以天基为

主 ,由各类卫星和天基平台完成。将所有能完成空间遥感信息获取、传输、处理和分配的

卫星体系纳入遥感信息网 ,目的是为了解决天基遥感信息的条块分割、不便访问、信息融

合差、系统间不能很好地转换信息等问题。2时空信息加工与处理的自动化、智能化与实

时

化。3时空信息管理和分发的网格化。4时空信息服务的大众化。

地球空间信息技术也称“3S”技术，即由地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）和遥感测绘技术（RS）三大技术构成，与纳米技术、生物技术并称国际三大科技前沿领域

之一。从20世纪90年代开始，3S技术日益受到关注和重视，人们认识到只有将它们集成在一个统一的平台中才能充分发挥其各自的优势。

3空间信息的三大技术

3.1 全球定位系统

全球定位系统（Global Positioning System，通常简称GPS）是一个中距离圆型轨道卫星定位系统。GPS系统包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座，地面控制部分——

地面监控系统以及用户设备部分——GPS信号接收机。它可以为地球表面绝大部分地区提

供准确的定位和高精度的时间基准。世界上第一个卫星导航系统（海军导航卫星系统）出

现于1964年1月，它是在美国海军授权下，由霍普金斯应用物理实验室开发，用于美国

海军舰队导航与定位的卫星系统。GPS从1973年开始研制，1978年2月发射第一颗试验

卫星，到1994年3月发射第24颗工作卫星，1995年宣布达到全运行工作能力，历经20年，耗资300多亿美元。GPS是基于三边测量定位的原理，延伸了光速测距和恒定的概念。通过测量从远距离源发射信号的传输时间，观察者可以确定他与发射体的距离。如果知道

在已知位置处三个发射体的距离，观察者可以准确计算出

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他所在的位置。这就是GPS无线电导航的原理。GPS由24颗卫星的星系组成，其中每颗卫星上均装有多台原子钟。卫星在地球轨道上方约以20000km/s的速度在运动，每天绕

地球几圈。由于卫星的位置估计的准确度可以到米的量级，它们就代表了“已知位置的发

射体”。现在GPS于现代通信技术相结合，使得测定地球表面三维坐标的方法从静态发展

到动态，从数据后处理发展到实时定位与导航，极大地扩展了它的应用广度和深度。全球

定位系统具有全天候、高精度和自动测量的特点，因此它作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。军事领域主要用来

给航行中的军舰、飞机及导弹等设施提供定位和导航信息，同时也广泛应用于野外行进中

单兵和移动装备的定位及跟踪。测量领域则广泛应用于大地测量、资源勘探、地壳运动观测、地理测量等。GPS还大量应用于交通、救援、农业娱乐等领域。3.2 遥感技术

遥感技术（（Remote Sensor,RS）是20世纪60年代兴起的一种不直接与目标物接触

而感知其性质和状态的探测技术，是根据电磁波的理论，应用各种传感仪器对远距的像元

分辨率可从1000m至0.5m，形成多层次、多尺度的综合观测体系。应用中可根据不离目标所辐射和反射的电磁波信息，进行收集、处理，并最后成像，从而对地面各种景物进行探

测和识别的一种综合技术。随着传感器技术、航天航空技术和数据通讯技术的不断发展，

现代遥感技术已经进入一个能动态、快速、多平台、多时相、高分辨率地提供对地观测地

新阶段。遥感技术的特点为：1宏观性，遥感图像或数据的宏观性，指一张23cmX23cm的

航片可覆盖60平方千米到30000平方千米的地表面积，并可同时获取任何范围的地表物

性参数。航空遥感飞行高度通常为10km左右，陆地卫星的卫星轨道高度达910km左右。2

时效性，遥感图像或数据的时效性，指卫星遥感可覆盖获取地表及最新图像数据，如陆地

卫星每16天

可覆盖地区一遍、NOAA气象卫星每天能接收2次图像数据、Meteosat每30分钟可获

得同一地区的图像。3连续性，遥感图像或数据的连续性，指卫星图像具有连续覆盖特性，可获取一个区域的完整图像数据，进行各类资源与环境变化的调查。4多尺度性，遥感图

像或数据的多尺度性，指遥感图像同的任务选用不同平台和空间尺度的图像数据进行解释。5综合性，遥感图像或数据的综合性，指光谱数据（紫光、可见光、红外、微波的地物电

磁辐射信息差异）的综合和不同季节物候现象的综合。6可比性，遥感图像或数据的可比性，指热红外遥感可比目标物质昼夜之间的信息差异，微波遥感数据可对目标进行全天候、全天时探测，并对同一地域的多时相图像，进行空间结构综合分析和动态监测。7普适性，遥感图像或数据的普适性，指遥感信息可广泛应用于城市地理分析的许多方面和各种专题

研究等。8局限性，遥感图像或数据的局限性，指电磁波特性、探测深度、空间尺度等方面。

遥感技术如此重要，应用范围也是十分广阔，例如：1地质包括地质找矿、岩性分类、地震和火山活动、地下水、地热2土地资源土地利用调查：利用不同分辨率的图像融合，增强空间分辨率和光谱特性。3城市建设利用高分辨率影像，动态监测和规划城市基础设施、工业、零售业分布、房地产规划居民区分布、人口、占用耕地等等。4 林业林木覆

盖类型、森林立地因子的界定、城市园林绿化5线路工程工程稳定性分析、线路规划、

选线（润阳大桥、青藏铁路、南水北调、西气东输、西电东送工程）地质稳定性分析（地

质构造）6生态环境城市热岛效应监测：利用热红外扫描影像，分析城市热岛分布和产生原因石漠化水土保持和土壤侵蚀：三维动态模型分析灾害：如滑坡，河流淤积滩涂。7军

事全天候和全天时侦察：微波和热红外优势揭露军事伪装, 军事目标的识别。遥感技术

与我们的生活息息相关，俨然成为了不可或缺的一部分。

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3.3 地理信息系统

地理信息系统(Geographic Information 台，并为智能化数据采集提供地学知识。3S

是高度自动化、实时化和智能化的对地观测系统，不仅具有自动、实时地采集、处理和System,GIS)为信息的展示与管理提供了一种新的方法，就是在计算机硬件、软件系统支

持下，形成了对研究现实世界（资源与环境）的现状和变迁的各类空间数据特性的属性进

行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统作为集计算机

科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一

体的新兴边缘学科迅速发展起来。近年来，GIS被世界各国普遍重视，尤其是“数字地球”概念的提出，使其核心技术GIS更为各国政府所关注。其具有以下4个方面的特征：1.具

有采集、管理、分析、和输出多种地理空间信息的能力。2.以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高

层次的地理信息。3.具有公共的地理定位基础，使其中隐含的信息得以显示和表达，形成

空间和时间上连续分布的综合信息。4.由计算机系统进行空间地理数据管理，并由计算机

程序模拟常规或专门的地理分析方法，处理空间数据，产生有用信息，从而完成人类难以