關於3S技術的整合

 

3S技術整合的方式

 

目前“3S”技術的結合與整合研究已經有了一定的發展,正在經曆一個從低級向進階的發展和完善過程。“3S”系統的低級階段,系統之間是通過互相調用一些功能來實現的;“3S”整合的進階階段,三者之間不只是相互調用功能,而是直接共同作用,形成有機的一體化系統,以快速準確地擷取定位的現勢資訊,對資料進行動態更新,實現即時實地的現場查詢和分析判斷。其具體主要表現四種結合方式: (1) GIS與RS的結合; (2) GIS與GPS的結合; (3) RS與GPS的結合; (4) GIS、GPS和RS的結合。下面分別介紹：

GIS與RS結合

　  GIS與RS的結合主要表現為RS是GIS的重要訊息源, GIS是處理和分析應用空間資料的一種強有力的技術保證。兩者結合的關鍵技術在於柵格資料和向量資料的介面問題:遙感系統普遍採用柵格格式,其資訊是以像中繼存放區的;而GIS主要是採用圖形向量格式,是按點、線、面(多邊形)儲存的,它們之間的差別是影象資料和製圖資料用不同的空間概念表示客觀世界的相同資訊而產生的。目前, RS與GIS一體化的整合應用技術漸趨成熟,在植被分類、災害估算、影像處理等方面均有相關報道。

GIS與GPS結合

　  GPS和GIS結合,不僅能取長補短使各自的功能得到充分的發揮,而且還能產生許多更進階功能,從而使GPS和GIS的功能都邁上一個新台階。通過GIS系統,可使GPS的定位資訊在電子地圖上獲得即時、準確而又形象的反映及漫遊查詢。通常GPS接受機所接受的訊號無法輸入底圖,若從GPS接受機上擷取定位資訊後,再回到地形圖或專題圖上尋找,核實周圍地理屬性,如果把GPS接受機同電子地圖相配合,利用即時差分定位技術,加上相應的通訊手段組成各種電子導航和監控系統,可廣泛應用於交通、公安偵破、車船自動駕駛等方面，GPS可以為GIS及時採集、更新或修正資料。如在地籍測量或外業調查中,通過GPS定位得到的資料,輸入給電地圖或資料庫,可對原有資料進行修正、核實、賦予專題圖屬性以產生專題圖。

RS與GPS結合

　  從GIS的角度說, GPS和RS都可看作資料來源擷取系統。然而, GPS和RS既分別具有獨立的功能,又可以互相補充完善對方,這就是GPS和RS結合的基礎。GPS的精確定位功能克服了RS定位困難的問題。傳統的遙感對地定位技術主要採用立體觀測、二維空間變換等方式,採用地—空—地模式先求解出空間資訊影像的位置和姿態或變換係數,再利用它們來求出地面目標點的位置,從而產生DEM和地學編碼映像。但是,這種定位方式不但費時費力,而且當地面不控制點時更無法實現,從而影響資料即時進入系統。而GPS的快速定位為RS即時、快速進入GIS系統提供了可能,其基本原理是用GPS/GPS/INS方法,將感應器的空間位置(Xs, Ys, Zs)和姿態參數(Φ、ω、k)同步記錄下來,通過相應軟體,快速產生直接地學編碼。此外,利用RS資料也可以實現GPS定位遙感資訊查詢。

2GIS、GPS和RS整合

空間定位技術、遙感技術和地理資訊技術的整體整合無疑是人們所追求的目標。這種系統不僅具有自動、即時地採集、處理和更新資料的功能,而且能夠智能式地分析和運用資料,為各種應用提供科學決策諮詢,並回答使用者可能提出的各種複雜問題。在這個系統內, GIS相當於中樞神經, RS相當於感應器, GPS相當於定位器,三者的共同作用將使地球能即時感受到自身的變化,使其在資源環境與地區管理等眾多領域中發揮巨大作用。

 

  3S技術整合的應用前景

 

1　在地區(遙感)地質中的應用

地區地質調查的首要任務就是要進行地質資訊的擷取,其中野外地質資料的採集是資訊擷取的重要來源。對於物化探測點及鑽探井位座標、水系沉積物或土襄取樣等類型的資料,完全可以使用野外資料記錄儀、GPS及RS技術來採集,而對於道路、河流等線性特徵的數字化則可由GIS來完成。這樣不僅可以提高資料擷取的精度,而且可以減少大量野外工作量、大大提高工作效率。

2　在地區重力勘查中的應用

在地區重力勘查中,應用GPS技術進行控制點加密和測點三維定位工作已比較常見,其平面及高程定位精度完全可以滿足規範要求,工作效率比常規方法定點可提高3倍以上。特別是在青藏高原、戈壁沙漠及灘涂等特殊困難地區應用中,工作效益可提高十倍以上,且生產費用可降低30~50%。

3　在水文地質中的應用

3S技術整合在水文地質中應用的目的,主要是對一定地區內水體環境實施動態監測,及時發現水體環境的變化情況及規律性,為實施水體環境保護提供科學決策依據。滇池流域水體環境動態監控系統的實施,為3S技術在水文地質應用方面積累了經驗〔2〕。該系統通過對地區地理要素的分析評價,得到滇池流域水土流失強度的空間分布、土壤侵蝕強度的差異以及滇池水質要素的現狀分布,為治水工程提供依據。該系統包括三個獨立模型:(1)滇池流域水土流失評定專家模型;(2)滇池水質遙感模型;(3)土壤侵蝕強度模型。其特點是各模型相互獨立運行,但有統一資料格式,資料庫共用。系統的核心是GIS分析處理部分,各類空間資料經過糾正、轉換處理後存放在統一資料庫中,各模型分別從資料庫中擷取自已所需資料,然後產生結果。GPS快速定位保證了RS資料及地面同步監測資料獲得動態配准,以動態進入GIS分析處理子系統,真正實現了3S技術整體結合。該系統的投入運營,為滇池流域水體環境動態監測提供了有為的技術保證,並在該流域治水工程中發揮了重要作用

4　在地質災害研究中的應用

在地質災害的研究中,如泥石流、崩塌、邊坡穩定性、斷裂、地震等方面,目前已基本實現了RS與GIS的緊密結合,個別項目達到了3S技術整體結合。其基本做法是:首先利用GIS建立所研究地區內的數字高程模型,再利用經GPS定位的RS不同時相的航空象片的複合配准處理,形成直觀的三維顯示,則可全面、直觀地觀察地質災害動態變化特徵,然後通過GIS分析處理,即可更加準確地分析判斷地質災害的活動趨勢及危害程度等。因此,RS+GIS是地質災害預報及減災、防災的重要工具和手段。近年來,RS+GIS已在我國地質災害研究中得到了比較廣泛的應用。如水利部、科學院建立的“即時洪水監測系統”和“水災風險評估系統”、南京水文資源研究所研製的“長江防洪決策支援系統”等,在近年來特別是’98長江流域特大洪水防治中發揮了重要作用。

5  3S技術在土地資源規劃中的應用

我國是一個災害頻發、災情嚴重的國家。土地資源由於水土流失、沙漠化、荒漠化、乾旱以及環境汙染損失嚴重。利用3S技術對土地資源利用進行規劃.使土地資源恢複生產力是當務之急。3S技術在土地資源規劃方而卞要是擷取被治理區的基礎資料，採用合適的規劃模型，對規劃區進行規劃，並對規劃的效果進行評價，為土地資源規劃提供最優規劃方案。

6  3S技術在土地可持續利用決策中的應用

在土地利用研究過程中，GPS用於對空間資料快速定位，為遙感實況資料提供空間座標，用於建立實況土地利用資料庫並對遙感資料進行校正和檢核; RS可用於提供即時、動態、快速的土地覆蓋、土地利用資訊源,，及時發現土地動態變化地區，為GIS提供資訊源;GIS用於對空間資料進行管理、查詢、分析與可視化，可以將大量抽象的統計資料變成直觀的專題圖，形象地展示土地利用變化規律。