技术及相关产业发展综述

1、3S技术及相关产业发展综述一 概述3S技术是遥感（RS: Remote Sensing）、地理信息系统（GIS: Geographical Information System）、全球定位系统（GPS: Global Positioning System）的统称,是以处理地球表面信息为主要特征的空间信息技术。 3S技术与数字地球的概念紧密相连。数字地球是前美国副总统戈尔于1998年提出的，主要指应用地理信息系统、全球定位系统、遥感等技术，以数字的方式获取、处理和应用关于地球自然和人文因素的空间数据，并在此基础上解决全球各种问题。近年来的信息技术革命使人类对地球空间数据进行处理、分析的技术手段和

2、观念发生了翻天覆地的变化。在这种情况下，人们可以把有关地球的大量的、多分辨率的、三维的、动态的数据按地理坐标集成起来，形成一个地球。借助于这个数字地球，人们可以按地理坐标了解地球上任何一处、任何方面的信息。数字地球是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现和认识，其核心思想有两点：一是用数字化手段统一性处理地球问题；二是最大限度地利用信息资源。数字地球由下列体系构成：数据获取与更新体系、数据处理与存储体系、信息提取与分析体系、数据与信息传播体系、数据库体系、网络体系、专用软件体系等。 数字地球是未来信息资源的主体核心。近几年来，全球数字化取得了突飞猛进的发展。在全球信息数字化的实施过程中，以3

3、S技术为代表的地球空间信息技术起着十分重要的作用，3S技术的集成构架了数字地球。二 3S技术详述地理信息系统（GIS）是近二十年来发展起来的一门综合应用系统，它能把各种信息同地理位置和有关的视图结合起来，并把地理学、几何学、计算机科学及各种应用对象、CAD技术、Internet、多媒体技术及虚拟现实技术等融为一体，利用计算机图形与数据库技术来采集、存储、编辑、显示、转换、分析和输出地理图形及其属性数据。这样，就可根据用户需要将这些信息图文并茂地输送给用户，便于用户分析及辅助用户决策。随着“数字地球”这一概念的提出和人们对它的认识的不断加深，从二维向多维动态以及网络方向发展是地理信息系统发展的主

4、要方向，也是地理信息系统理论发展和诸多领域的迫切需要，如资源、环境、城市等。在技术发展方面，一个发展是基于ClientServer结构，即用户可在其终端上调用在服务器上的数据和程序。另一个发展是通过互联网络发展InternetGIS或Web-GIS，可以实现远程寻找所需要的各种地理空间数据，包括图形和图像，而且可以进行各种地理空间分析，这种发展是通过现代通讯技术使GIS 进一步与信息高速公路相接轨。另一个发展方向，则是数据挖掘(DataMining)，从空间数据库中自动发现知识，用来支持遥感解译自动化和GIS空间分析的智能化。 全球定位系统（GPS）是本世纪70年代由美国国防部批准，陆海空三军

5、联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是：为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务。全球定位系统共由三部分构成：地面控制部分、空间部分、用户装置部分等。GPS的主要特点是全天候、全球覆盖、三维定速定时高精度、快速省时、高效率及应用广泛等多功能。全球定位系统作为地球空间信息技术中感知用户时间和位置等空间信息的重要传感器，除GPS系统外，目前还有俄罗斯的GLONASS系统，中国的北斗卫星导航系统可用，未来将有中国的二代导航系统和欧洲的Galileo系统。全球定位系统将会呈现多系统并存、互补的局面。卫星导航系统作为一种全新的现代定位方法，己逐渐在越来越多的领域取代了常规光学和

6、电子仪器。80年代以来，尤其是的90年代以来，GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变化。用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静态扩展到动态，从单点定位扩展到局部与广域差分，从事后处理扩展到实时(准实时）定位与导航，绝对和相对精度扩展到米级、厘米级乃至亚毫米级，从而大大拓宽它的应用范围和在各行各业中的作用。现在和不久的将来，所有的移动电子设备将具备卫星和地面导航功能，所有人和物体的活动可以自动在数字地球框架中体现。 遥感（RS），顾名思义，就是遥远地感知。人类通过大量的实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸

7、收、发射和反射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的形式电磁波，并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。 目前遥感平台包括卫星、飞机、气球等，它们的作用就是稳定地运载传感器。当在地面试验时，还会用到地面象三角架这样简单的遥感平台。针对不同的应用和波段范围，人们已经研究出很多种传感器，探测和接收物体在可见光、红外线和微波范围内的电磁辐射。传感器会把这些电磁辐射按照一定的规律转换为原始图像。原始图像被地面站接收后，要经过一系列复杂的处理，提供给不同的用户使用。当代遥感的发展主要表现在它的多传

8、感器、高分辨率和多时相特征。1)多传感器技术。当代遥感技术己能全面覆盖大气窗口的所有部分。光学遥感可包含可见光、近红外和短波红外区域。热红外遥感的波长可从814m,微波适感观测目标物电磁波的辐射和散射，分被动微波遥感和主动微波遥感，波长范围为lmm100cm。2)遥感的高分辨率特点。全面体现在空间分辨率、光谱分辨率和温度分辨率三个方面，长线阵CCD成候扫描仪可以达到l2m的空间分辨率，成像光谱仪的光谱细分可以达到56nm的水平。热红外辐射计的温度分辨率可从05K提高到O3K乃至01K。 3)遥感的多时相特征。随着小卫星群计划的推行，可以用多颗小卫星，实现每23天对地表重复一次采样，获得高分辨率

9、成像光谱仪数据，多波段、多极化方式的雷达卫星，将能解决阴雨多雾情况下的全天候和全天时对地观测，通过卫星遥感与机载和车载遥感技术的有机结合，是实现多时相遥感数据获取的有力保证。遥感信息的应用分析己从单一遥感资料向多时相、多数据源的融合与分析，从静态分析向动态监测过渡，从对资源与环境的定性调查向计算机辅助的定量自动制图过渡，从对各种现象的表面描述向软件分析和计量探索过渡。近年来，由于航空遥感具有的快速机动性和高分辨率的显著特点使之成为遥感发展的重要方面。3S技术集成是指将上述三种对地观测新技术及其他相关技术有机地集成在一起。这里所说的集成是指一种有机的结合，在线的连接、实时的处理和系统的整体性。G

10、PS、 RS、 GIS集成的方式可以在不同技术水平上实现。3S集成包括空基3S集成与地基3S集成。空基3s集成：用空一地定位模式实现直接对地观测，主要目的是在无地面控制点 (或有少量地面控制点)的情况下，实现航空航天遥感信息的直接对地定位、侦察、制导、测量等。地基3s集成：车载、舰裁定位导航和对地面目标的定位、跟踪、测量等实时作业。三 3S技术的应用领域在人类所接触到的信息中有80与地理位置和空间分布有关，地球空间信息是信息社会和应用中具体的信息，数字地球不仅包括高分辨率的地球卫星图像，还包括数字地图，以及经济、社会和人口等方面的信息，数字地球将进入干家万户和各行各业。3S技术及3S技术集成将

11、应用在信息社会的各个领域。l、全球变化与促进杜会可持续发展全球变化与社会可持续发展己成为当今世界人们关注的重要问题，数字化表示的地球为我们研究这一问题提供了非常有利的条件。在计算机中利用数字地球可以对全球变化的过程、规律、影响以及对策进行各种模拟和仿真，从而提高人类应付全球变化的能力。数字地球可以广泛地应用于对全球气候变化，海平面变化，荒漠化，生态与环境变化，土地利用变化的监测。与此同时，利用数字地球，还可以对社会可持续发展的许多问题进行综合分析与预测，如自然资源 与经济发展，人口增长与杜会发展，灾害预测与防御等。中国是一个人口多，土地资源有限，自然灾害频繁的发展中国家，经过二十年的高速发展，

12、资源与环境的矛盾越来越突出。近年来的洪灾、黄河断流、耕地减少、荒漠化加剧现象等已经引起了杜会各界的广泛关注，必须采取有效的技术和法律手段，从宏观的角度加强土地资源和水资源的监测和保护，加强自然灾害特别是洪涝灾害的预测、监测和防御。数字地球和3S技术在这方面可以发挥更大的作用。2、对社会经济和生活的影响 数字地球将容纳大量行业管理部门、企业和个人信息，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和相关管理部门的规划，全国铁路、交通运翰的规划， 城市发展的规划，海岸带开发和土地资源的综合利用等。涉及到企业应用，房地产公司、旅游公司、商店等可以将企业的信息与数字地球有机地结合起来

13、，为用户提供直观、真实的可视化信息。同样，日益增加的个人消费应用可以与真实的空间信息结合，满足用户的各种应用。3、精准农业 未来农业要走高效农业的道路，实现节水农业、优质高产和无污染农业。这就要依托3S技术，为农民提供高质量的农田和作物的卫星影像和相关分析。农民通过卫星影像获取作物的长势征兆，通过GIS作出相关分析并制定出行动计划，然后在车载GPS和电子地图指引下实施农田作业，及时地预防病虫害，把杀虫剂、化肥和水用到必须用的地方，而不致使化学残留物污染土地、粮食和种子，实现真正的绿色农业和精准农业。4、智能交通 智能运输系统是基于数字地球建立国家和省市、自治区的路面管理系统、桥梁管理系统、交通

14、阻塞、交通安全以及高速公路监控系统，并将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集成运用于整个地面运输管理体系，而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合运输和管理系统，实现运输工具在道路上的运行功能智能化。从而，使公众能够 高效地使用公路交通设施和能源。具体地说， 该系统将采集到的各种道路交通及服务信息经交通管理中心集中处理后，传输到公路运输系统的各个用户(驾驶员、居民、警察局、 停车场、运输公司、医院、救护排障等部门)， 出行者可实时选择交通方式和交通路线；交通管理部门可自动进行合理的交通疏导、控制和事故处理；运输部门可随

15、时掌握车辆的运行情况，进行合理调度。从而，使路网上的交通流运行处于最佳状态，改善交通拥挤和阻塞，最大限度地提高路网的通行能力， 提高整个公路运输系统的机动性、安全性和生产效率。对于公路交通而言，ITS将产生如下效果：提高公路交通的安全队性降低能源消耗，减少汽车运输对环境的影响。 提高公路网络的通行能力。 提高汽车运输生产率和经济效盖，并对社经济的各方面都将产生积极的影响。 通过系统的研究、开发和普及，创造新的市场。 5、数字城市基于高分辨率正射影像、城市GIS、建筑CAD，建立虚以城市和数字化城市，实现真三维和多时相的城市漫游、查询分析和可视化。数字地球服务于城市规划、市政管理、 城市环境、城

16、市通讯与交通、公安消防、发展和提高市民的生活质量等。 6、专业应用 3S技术用数字方式为研究地球及其环境的科学家尤其是地学家服务的重要手段。地壳运动、地质现象、地震预报、气象预报、土地动态监刺、资源调查、灾害预测和防治、环境保护等等无不需要利用数字地球。而且数据的不断积累，最终将有可能使人类能够更好地认识和了解我们生存和生活的这个星球，运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多时空和多种类的三维描述将不再是幻想。 7、军事应用在现代化战争和国防建设中，数字地球具有十分重大意义。建立服务于战略、战术和战役的各种军事地理信息系统，并运用虚拟现实技术建立数字化战场，其中包括了地形地貌侦察、军事目标跟踪监

17、视、飞行器定位、导航、武器制导、打击效果侦察、战场仿真、作战指挥等等方面，对空间信息的采集、处理、更新提出了极高的要求。 在战争开始之前需要建立战区及其周围地区的军事地理信息系统；战时利用 GPS、RS和 GIS进行战场侦察，信息的更新，军事指挥与调度，武器精确制导；战时与战后的军事打击效果评估等等。随着3s技术及相关技术的发展， 数字地球将对杜会生活的各个方面产生巨大的影响。四 目前3S技术相关产业现状1 GPS 目前GPS产业主要包括GPS产品制造和销售、GPS应用测量系统集成等。其中车辆应用和个人消费应用产品是两个主要的发展方向，围绕这两个应用的软硬件产品和应用系统建设有巨大的市场前景。

18、2 遥感 遥感产业的组成包括遥感数据提供、遥感信息增值服务、空间信息服务、卫星遥感配套技术产业等。 遥感数据提供从数据获取开始到提供标准数据，正射影像数据的生产过程包括航摄、扫描、正射纠正、辐射纠正、镶嵌、制图等；卫星遥感数据的生产包括获取系统接收的各种看见数据、图像等原始数据产品或经初级加工的有关信息产品，经加工、整理的原始数据等增值数据产品。主要产品系列为卫星和航空遥感图像及数据产品、常规实地调查测量的数据产品。 目前国内的卫星遥感数据多为代理国外产品，如IKONOS、QuickBird、SPOT等卫星影像产品。 遥感信息增值是在遥感数据的基础上快速准确地向用户提供准确的信息，如利用最新的

19、正射影像和卫星遥感图片数据快速更新或生产出城市用地系列比例尺地图，并根据用户的需求，对各种信息进行综合运用，提供新的信息产品，如城市的三维视图等，实现遥感数据增值。主要的信息产品和技术产品包括以下几类： 基于遥感图像的影像图与精细数据产品； 基于遥感图象的专题图和数据产品； 专题信息快速提取与更新技术与工艺； 遥感信息处理技术，包括通用平台和专业处理技术； 信息增值服务 *适普公司业务即专注于这一领域。 空间信息咨询服务的重点是为用户开发应用系统，为特定用户提供解决方案，如开发城市规划管理信息系统等。包括： 空间信息查询检索服务； 空间动态监测评估服务； 专题变化预测预报服务； 区域发展规划布

20、局服务； 政策制定模拟调控服务 ； 重大项目认证评估服务； 用户关心问题咨询服务等。 空间信息的获取可以通过航天遥感、航空遥感、地面遥感等多层次的采集技术实现，当前卫星遥感技术高度发展，占据主导地位，航空遥感和地面遥感是卫星遥感产业的重要组成部分。卫星遥感配套技术重要包括： 机载遥感仪器及相应的专项服务； 地面生物物理参数测量仪器； 遥感信息处理与管理软件产品等3 GIS地理信息系统是研究与研究对象相关的空间地理分布有关信息的学科，它是以采集、储存、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层）与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统，是数字地球的重要支撑。GPS和RS由于能够长期、不间断地获取空间数据，是地理信息系统最有效和最方便的信息源。GIS产业包括：与GIS相关的空间数据库的建立，目前此项工作由各地测绘部门和相关管理部门进行；GIS平台软件的开发：除国外的GIS软件平台外，目前国内的软件开发在组件式GIS、嵌入式GIS和Internet GIS产品研发与应用等方面已经走在世界前列。在近几年的中国大型地理信息系统(GIS)项目建设中，许多国产软件代替国外软件，取得了成功应用，并逐步走向国际化。GIS应用系统的开发：GIS应用系统已经成为信息技术的重要组成部分，其应用覆盖交通、电力、水利、公安、军事、城市规划、物流管理、军事指挥调度等领域，应用领域逐渐深入。