第十一章 3S技术的应用

第十一章 3S技术的应用 遥感、地理信息系统与全球卫星定位系统综合称为3S。 在发展应用中，较为常见的是RS、GIS和GPS之间的两结合，如RS与GIS的集成或者RS与GPS集成等，而3S三者合一集成应用于生产实践中，也在逐步地发展起来，进一步为用户接收。 同时3S与专家系统的结合，使得其应用的领域不断扩大，并随着各方面技术的发展，其应用也进一步的专业化、多元化。

GIS GPS RS 1、3S之间的关系 GPS是定位器 RS是传感器 GIS是统帅是中枢 几何校正、遥感定位 几何配准辅助分类 定位显示专题 信息查询 空间定位信息 定位信息查询 动态区域信息 GPS RS GPS是定位器 RS是传感器 几何校正、遥感定位

（Integration(Assembling) of GIS,RS,GPS ) 3S的初级集成 3S的真正集成 功能的互补 实现信息获取、存储处理和应用的一体化

第十一章 3S技术的应用--- GIS及其在3S技术中的作用 一、基本概念 地理信息系统（GIS）是在计算机硬件和软件支持下，运用地理信息科学和系统一和理论，科学管理和综合分析各种地理数据，提供管理、模拟、决策、规划、预测和预报等任务所需要的各种地理信息的技术系统。 GIS的开发起源于加拿大土地管理局在20世纪60年代初期开展的土地资源调查。1990Coulson将地图学、遥感、一理信息系统和统计学一起称这“地理学的通用工具”。

第十一章 3S技术的应用--- GIS及其在3S技术中的作用 从技术角度看，地理信息系统具有以下基本功能： 1、地理数据采集：将地球表层目标地物的分布位置与属性通过输入设备输入计算机，成为地理信息系统能够操作与分析的数据的功能。常用的数据采集方法有： 计算机键盘数据采集 手扶跟踪数字化方法 地图扫描数字化 实测地图数据的输入 GPS数据采集

第十一章 3S技术的应用--- GIS及其在3S技术中的作用 2、地理数据管理功能 地理属性数据管理（地理数据分为四级：数据项、记录、文件和数据库） 空间数据管理（包括空间数据的编辑修改和检索查询） 3、空间分析与属性分析功能 分析功能是GIS的核心，分析功能主要依赖于一进信息模型来实现，而模型是对客观事物和现象的概括与抽象。按地理信息模型作用对象不同，地理信息模型分为两种： 属性数据分析模型 属性数据分析模型主要对地理属性数据进行分析与处理。 空间数据分析模型 空间数据分析模型操作的对象为空间数据。

第十一章 3S技术的应用--- GIS及其在3S技术中的作用 空间数据分析模型 基于矢量数据分析模型 基于栅格数据的分析模型(主要有数字地面模型等) 拓扑叠加模型 定距离空间搜索模型 地理网线分析模型 地理信息模型 属性数据分析模型 统计系列模型 相关分析系列模型 分类系列模型 评价系列模型 预测系列与动态模拟模型 规划系列模 型

空间信息模型 用简化了的模型去模拟地球系统所表达的各种信息 动力模型 信息模型 认知模型和信息图谱 地球空间场信息 全息信息与记忆信息模型

基于层次分析法的多准则评估模型 评价准则成对赋权重 准则赋值

系统模型 用系统论观点去研究和模拟整个地球的变化过程，包括： 地球系统模型 自组织、自相似与自相关模型 空间结构与空间功能模型 人口承载力与可持续发展理论

系统稳定模型 n=0.211K 基于分维几何学的 物种多样性模型 基于超熵理论的地理系统稳定性模型

离散地理系统动力模拟-元胞自动机模型

基于WWW的分布式协同 空间决策系统的结构体系

空间数据库挖掘与知识发现 空间数据的知识挖掘是指由已知的空间数据经过分析、对比或其它处理，产生新的空间数据或新的空间知识的过程。

第十一章 3S技术的应用--- GIS及其在3S技术中的作用 4、 地理信息的可视化表现 地理信息的可视化表现依赖于可视化技术的发展，通常包括软件开发阶段和利用计算机图形图像技术和方法两个方面。GIS提供了地理信息可视化的多种功能： 数字地图的显示 数字地图整饰功能 数字地图的可视化输出 GIS与Internet技术结合，构成网络地理信息系统，利用互联网产生许多服务功能。 地理信息在3S技术中具有采集、存贮、管理、分析的描述整个或部分地球上与空间和地理颁布有关的数据的重要作用。

第十一章3s技术的应用---GPS及其在3S技术中的作用 空间定位系统由3部分组成：导航卫星、地面站和空间定位导航仪。 定位原理如图8.1 从理论上讲，知道3颗卫星至观测站之间的几何距离，并利用GPS接收机收到卫星的信号，推算出卫星瞬时坐标，就可算出观测站的位置。

第十一章3s技术的应用--- GPS及其在3S技术中的作用 二、目前我国可以利用的定位系统： 全球定位系统（由美国国防部控制） 全球轨道导航卫星系统（前苏联采用27颗GLONASS卫星构成） 双星导航定位系统（又称为无线电测向卫星业务系统，是我国研制的导航和个人通信技术结合的卫星定位系统） GPS及其在3S技术中的作用： 精确定位能力 准确定时及测速能力

第十一章3s技术的应用--- RS及其在3S技术中的作用 遥感技术能动态、周期地获取遥感数据体现地表信息，广泛应用于各个领域。 遥感数据在3S技术中的作用主要表现在以下几方面： 作为GIS数据库的数据源 利用遥感数字影像获取地面高程，更新GIS中高程数据库。

第十一章 3s技术的应用---3S综合应用实例 第四节 3S综合应用实例---在车辆导航与车辆监控系 统中的综合应用 一、技术系统 车辆导航与车辆监控系统主要由硬件、通讯环境、GPS导航仪和地理信息系统等组成：见图。

3S综合应用实例---在车辆导航与车辆监控系统中的综合应用

3S综合应用实例---在车辆导航与车辆监控系统中的综合应用 1、车辆导航与车辆监控系统作用与主要功能： 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。 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、不同区域锁定式监控提供决策依据。 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。这样控制中心可以动态跟踪、高度与监控各入网车辆。

3S综合应用实例---在车辆导航与车辆监控系统中的综合应用 2、GPS在车辆导航与监控系统中的应用 GPS导航仪在移动车辆上主要功能有： 对行驶中的车辆进行定位 提供导航功能 3、GIS在车辆导航与监控系统中的综合应用 车辆安装GIS后，司机可利用GIS查询如城市每条道路信息、最优路线等信息。 在控制中心，GIS可提供如车辆运行的实时位置、任一街区信息等相关信息，助于提供相应的决策支持信息。

3S综合应用实例---在车辆导航与车辆监控系统中的综合应用 4、RS在车辆导航与监控系统中的综合应用 利用RS所产生的高分辨率遥感影像图作为电子地图 利用RS所产生的高分辨率遥感影像图更新城市矢量道路图

3S综合应用实例---在车辆导航与车辆监控系统中的综合应用 在车辆导航与监控系统中，RS提供城市道路相关因子变化的信息，可在GIS中作为电子数字地图使用。GPS提供车辆实时所处的“点”，直观地显示了车辆在道路上的位置，同时通过电波将信号传送回中心。管理平台与监控操作台装有GIS系统，可把GPS的信息在电子图的表现出来，为管理人员的同机提供辅助决策。 3S技术各有侧重，相互补充，共同完成车辆导航与监控系统所承担的各项任务。

3S综合应用实例---在海洋资源开发中的综合应用 二、在海洋资源开发中的综合应用 （1）、RS在海洋渔业资源开发中的应用 利用RS技术可提大量海洋遥感数据，通过卫星遥感技术获得的关于海洋的信息，反演生活经验面水温、叶绿素浓度及分布、海面风场以及流场分布等信息，有利于获取大面积、准实时的综合渔环境参数。 （2）、GIS在海洋渔业资源开发中的应用 GIS支持海洋数字地图的分析与管理，可通过GIS实现模拟海洋渔场分布、位置、边界等状况；渔民可通过GIS查询不同海区的表面风扬、深度、盐度等信息。 GIS提供的分析与决策支持功能对开发海洋资源具有重要的指导意义。

3S综合应用实例---在海洋资源开发中的综合应用 RS与GIS合成或从海洋遥感数据获得大面积、准实时的渔场综合环境参数，实现对海洋渔场的预测、预报。 GPS与GIS合成提供船只在海洋中的行驶实时状态、充分发挥GIS对捕鱼的分析、决策支持功能。

3S综合应用实例---在其他领域的综合应用 三、在其他领域的综合应用 ①3S技术在精细农业发展中的综合应用 GPS和GIS结合提供了科学种田需要的定位和定量进行田间操作管理的技术手段，GPS可确定拖拉机在田间作业中的精确位置，GIS可对各种田间数据进行处理和定量分析。 RS与GIS结合提供多种数据源，为建立农田基础数据源奠定基础，这是农业生产辅助决策支持系统的重要科学依据。

3S综合应用实例---在其他领域的综合应用 自20世纪80年代我国利用RS技术进行土地资源调查和土地利用动态监测，增强了对土地资源调查的及时、准确和全方位信息的提取。GIS的加入使得土地利用更加规范先后建立了土地信息管理系统、土地利用动态监测系统和地籍管理系统。GPS的应用为土地调查中进行空间定位提供了一种主要手段。在土地利用动态监测中，GPS还可以作为遥感的辅助定位手段。

3S综合应用实例---在其他领域的综合应用 RS技术是全球变化动态监测的重要手段，利用RS技术达到了时间周期短，全天候等优势，获取全方位的全球变化信息。GIS承担全球变化各方面的各种分析任务，利用数据库，预测全球变化对某一区域的演变趋势，同时对各种可能出现的结果进行模拟分析。GPS定位技术监测气候变暧导致的海平面上升、测量地球表层的板块运动等，从而利用三者结合的运用对全球变化进行监测、研究、利用。

3S综合应用实例---在其他领域的综合应用 ④3S在另外一些的领域中也有着广泛的应用，并起着重要的作用：如在环境动态监测与环境保护、防灾、减灾、救灾以及城市规划与城市管理中都发挥着重要的作用。随着3S技术的发展与专家系统的相结合，其应用将更进一步的专业化，更易操作。其服务范围与服务质量也将不断地提升，将成为我国的现代化建设当中一个重要的手段之一。

第十一章3s技术的应用--- 3S技术与数字地球 1、数字地球的提出 体现数字地球权威性和重要性的两次重要讲演 美国前副总统戈尔 中国国家主席江泽民 1998年1月31日在美国加利福尼亚科学中心发表的题为 1998年6月1日在两院院士大会上的讲演 The Digital Earth: Understanding our planet in the 21st Century 纵论世界社会、经济、科学技术发展趋势

2、 什么是数字地球 数字地球是指数字化的地球，更确切的说是信息 化的地球。 戈尔说：数字地球是一种可以嵌入海量地理数据的、多分辨率的、三维地球的表示。 具体说，数字地球是以地球为对象，在全球范围内建立一个以空间位置为主线，把各种相关多维信息组织起来的，具有数字化、空间化、网络化、智能化、可视化的技术系统。 建立数字地球可以对真实地球及其相关现象有统一的数字化的认识。

数字地球是地球科学与信息科学技术的综合，是一门综合性的科学技术。其定义归结为： 数字地球是指数字化的三维显示的虚拟地球，或指信息化地球，包括数字化、网络化、智能化与可视化的地球技术系统。 实施数字地球计划，需要有政府、企业和学术界共同协力参加。 数字地球是一次新的技术革命，将改变人类的生产和生活方式，进一步促进科学技术的发展和失去社会经济的进步。

从数字地球的概念和结构体系可看出，构成数字地球应该由数字获取、数字存贮、数字管理、数据处理、数据流通几个部分组成，可以看出数字地球中的数据结成中与3S技术有着紧密的关系。目前已有了数字农业、数字长江、数字交通、数字城市等各方面的研究。

3、数字地球特点 数字地球本质上是一个超巨大信息系统，其特点: 数字地球具有空间性、数字性和整体性三者的融合统一，形成了它与其他信息系统的根本区别。 数字地球的数据具有无边无缝的分布式数据层结构，包括多源、多比例尺、多分辨率的、历史和现时的、矢量格式和栅格格式的数据。 数字地球具有迅速充实、联网的地理数据库。 数字地球以图象、图形、图表、文本报告等形式提供服务。 数字地球采用开放平台、构件技术、动态互操作等最先进的技术方案。

数字地球的用户可以以多种方式从中获取信息、实时调用，无论生产者是谁，也无论数据在什么地方； 国际互联网上的用户可以根据自己的权限查询数字地球中的信息； 运用具有传感器功能的特制数据手套，还可以对数字地球进 行各类可视化操作。 数字地球的服务对象覆盖整个社会层面，无论政府机关还是私人公司，无论 科教部门还是生产单位，无论专业技术人员还是普通老百姓，都可以找到自己所需要的信息。

数字地球是一个信息服务系统。它按地理空间位置，以极高的分辨率（如1m)为人类提供各种信息资源。 1）从用户角度看数字地球 数字地球是一个信息服务系统。它按地理空间位置，以极高的分辨率（如1m)为人类提供各种信息资源。 不同比例尺的数字专题图及 相应的自然、资源、人文、社会、 经济、、军事、生活数据 多光谱、多时相、 高分辨率影象数据 各种应用模型

2）从技术角度看数字地球 数字地球是一个具有空间性、数字性和整体性的超巨大信息系统。它以因特网为基础，以空间数据为依托，以虚拟现实技术为特征的具有三维界面和多种分辨率的面向公众开放的系统。 数字地球核心： 用数字化手段统一处理地球问题； 可最大限度地利用信息资源。

4、数字地球的体系结构 数字地球的基础理论 数字地球的技术体系 数字地球的应用领域

以建立地理现象发生、发展的物理模型、数学模型、信息模型。 1）数字地球的基础研究部分 （1） 研究地球系统的信息理论； （2） 研究地球系统的系统理论； （3） 研究地球系统的非线性与复杂性特征。 以建立地理现象发生、发展的物理模型、数学模型、信息模型。

2）数字地球技术体系的基础技术 . 国家信息基础设施（NII） . 国家空间信息基础设施（NSII） . 对地观测系统（EOS） . 全球观测信息网络（GOIN） . 元数据（Metadata) . 标准与规范、法轨 . 系统安全

3）数字地球技术体系的核心技术 空间数据智能获取 OPEN GIS标准与互操作技术 海量数据存取技术 数据仓库和数据挖掘技术 仿真与虚拟技术 数据融合与数据的立体表达

4）数字地球技术体系的前沿技术 数字地球的网络生活方式 数字地球的智能体及进化机制 数字地球模型 数字地球的数字神经系统

5、从IT看数字地球涉及的主要技术 数字地球涉及许多理论、技术和方法以解决数据获取与更新、数据与信息的传播、数据与信息存储、提取和分析和应用。 以3S技术为代表的空间信息技术； 以分布式网络为基础的宽带通信技术； 以海量存储和超高速的计算机硬件技术； 以数据互操作技术、信息集成技术和三维可视化技术为代表的计算机软件技术等等。

6、 数字地球对社会和经济发展的影响 数字地球在未来以知识经济为主体的经济建设中将发挥巨大的作用。预计数字化地球将包容80%以上的人类信息资源。 世界的经济模式从现行的以自然资源为主的工业经济模式转换成以信息资源为主的知识经济模式。 数字地球将引起产业结构的变化、增加就业机会，将人类社会推向更高的发展阶段。

7、数字地球的应用示范 数字地球通过计算机硬软件的开发和集成，建立可运行的、分布式的、开放式的巨型信息系统，为人类的科学研究、环境保护、知识传播、社会经济的发展等提供服务。 行业看 区域看 数字地球 数字地球 数字环保 数字中国 数字省 数字水利 数字城市 数字林业 数字企业 数字社区 数字农业 数字个人

数字化本身的意义不仅是体现于一种技术，重要的是向人类展现一种新的生存方式。 20世纪信息化的标志是 信息高速公路 21世纪信息化的标志是 数字地球 数字化本身的意义不仅是体现于一种技术，重要的是向人类展现一种新的生存方式。

二、3S技术和数字地球 3S技术是数字地球的核心技术和基础技术。 数字地球的提出得益于3S技术的应用，也进一步推动了3S技术的发展 。

数字地球将成为3S技术发展强大的推动力！！

数字交通 数字交通，即智能化交通系统(Intelligent Transportation system，ITS)，是将现代信息技术，包括传感与传输技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地集成，运用于交通管理系统，实现实时、准确、高效的管理。 美国芝加哥公路实时状况 北京蓟门桥交通状况

数字城市 城市管网 虚拟城市 城市规划

海洋经济管辖区的争议

远程教育 运用Internet-Web进行交互式教育过程的多媒体计算机网络系统

数字农业 数字农业(Digital Agriculture)，是指运用数字地球技术，包括多种分辨率的遥感技术，遥测技术，GPS技术，计算机网络技术，地理信息系统(GIS)技术等信息技术；土壤快速分析，自动滴灌与喷灌技术及自动耕作与收获技术，保存技术；定位到中、小尺度的农田，在微观尺度上直接与农业生产活动与生产管理相结合的高新技术系统。 精细农业

数字长江 数字长江的目标：实现长江流域的可持续发展。尤其是长江经济带，即中下游沿江地区的社会经济的持续繁荣。 信息技术系统建设：包括NII, NSDI和监测体系(EOS)建设。 流域智能化数字地球技术系统建设：包括长江洪涝灾害的预测与对策的智能化技术系统，长江洪水防治与调控系统建设， 长江流域生态环境规划， 长江流域的可持续发展规划与实施。

数字海南 目的和意义： “数字海南”是海南省地理、资源、生态、环境、人口、经济、社会等复杂系统的数字化、虚拟仿真、优化决策支持和可视化再现。 1 、为海南的可持续发展提供解决方法、手段和决策支持。 2、建立起一个区域性信息节点，为“中国数字地球计划”的全面展开奠定基础。 3、在海南先进的信息技术基础设施上研究、开发和实现数字地球，为全国提供项目试点和应用示范。 “数字海南”是海南省地理、资源、生态、环境、人口、经济、社会等复杂系统的数字化、虚拟仿真、优化决策支持和可视化再现。 “数字海南”的集成应用 国土综合规划地理信息系统 基本单位普查统计地理信息系统 人口普查统计地理信息系统 热带农产品营销信息网络 海南旅游预订信息系统 海南省小型商业电子化应用 公益收费服务系统