發(fā)布時間：2019-07-16所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：3S技術(shù)出現(xiàn)至今，已在諸多領(lǐng)域成功運用并產(chǎn)生了巨大的價值。文章簡單介紹了3S三大組成部分：GIS、RS、GNSS的基本概念，分析了3S技術(shù)目前在農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、土地資源管理以及智慧城市方面的應(yīng)用現(xiàn)狀以及對其在該方面未來的發(fā)展趨勢進行展望。最后對
摘要：3S技術(shù)出現(xiàn)至今，已在諸多領(lǐng)域成功運用并產(chǎn)生了巨大的價值。文章簡單介紹了3S三大組成部分：GIS、RS、GNSS的基本概念，分析了3S技術(shù)目前在農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、土地資源管理以及智慧城市方面的應(yīng)用現(xiàn)狀以及對其在該方面未來的發(fā)展趨勢進行展望。最后對目前3S在應(yīng)用中遇到的一些問題進行了探討，給未來3S技術(shù)的發(fā)展提供一些參考。
關(guān)鍵詞：3S;GIS;RS;GNSS;發(fā)展
3S技術(shù)即地理信息系統(tǒng)(GeographyInformationSys-tems，GIS)，遙感技術(shù)(RemoteSensing，RS)以及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)的統(tǒng)稱。3S技術(shù)在上世紀90年代初被提出，至今發(fā)展已接近30年，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、災(zāi)害監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境保護、智慧城市等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用并產(chǎn)生出巨大的經(jīng)濟效益與社會效益。隨著信息技術(shù)的不斷普及和大眾需求的增加，3S技術(shù)發(fā)展方興未艾。
1基本概念
(1)地理信息系統(tǒng)。
地理信息系統(tǒng)是在計算機軟硬件的支持下，對地理空間數(shù)據(jù)進行采集、存儲、管理與分析的一種空間信息系統(tǒng)，由人員、數(shù)據(jù)、硬件、軟件和過程五部分組成。GIS作為一門交叉學(xué)科，綜合了計算機科學(xué)、地理學(xué)、測繪科學(xué)等多個領(lǐng)域的成果。隨著地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其在政府、企業(yè)、產(chǎn)業(yè)及科學(xué)研究等方面取得廣泛應(yīng)用。
(2)遙感。
遙感即在遠距離或高空利用傳感器采集地物輻射的電磁波譜信息，根據(jù)地物產(chǎn)生的波譜信息進行地物識別、分析與應(yīng)用。衛(wèi)星遙感可根據(jù)采集的電磁波段分為可見光遙感、紅外遙感、多譜段遙感、紫外遙感和微波遙感;根據(jù)傳感器平臺，其可分為地面遙感、航空遙感和航天遙感。遙感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于氣象觀測、災(zāi)害監(jiān)測、生態(tài)資源、地圖測繪及軍事偵察等領(lǐng)域。
(3)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)是利用一組衛(wèi)星的偽距、星歷等數(shù)據(jù)對地面進行點位觀測的一種技術(shù)。GNSS在政治、經(jīng)濟及國防等領(lǐng)域有著重大意義，是國家安全和社會經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也是一個國家綜合國力的重要體現(xiàn)。
中國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)是繼美國全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)和歐盟伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GalileoSatelliteNavigationSystem)之后的第四個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。除軍事應(yīng)用以外，GNSS技術(shù)也在交通運輸、氣象、個人位置服務(wù)、應(yīng)急救援等民用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，并產(chǎn)生出巨大的經(jīng)濟社會價值。
(4)3S技術(shù)集成。
GIS、RS和GNSS結(jié)合自身優(yōu)勢，彌補彼此的不足，3S的集成應(yīng)用分為GPS與RS的結(jié)合、RS與GIS的集合和GPS與RS的兩兩結(jié)合和三者的集成應(yīng)用，其中三者的集成應(yīng)用成為人們追求的目標。早前的3S集成應(yīng)用基本處于系統(tǒng)間相互調(diào)用功能的基礎(chǔ)階段，目前3S集成向一體化系統(tǒng)發(fā)展，利用GNSS快速獲取地面實時位置信息，RS為應(yīng)用研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS進行數(shù)據(jù)實時查詢與分析。“3S”集成具有重大意義，也具有相當難度，集成方式多種多樣，宜從簡單到復(fù)雜，從低成本到高成本，關(guān)鍵在于要找到它的應(yīng)用市場[1]。
23S技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢
2.1農(nóng)業(yè)
目前3S技術(shù)在農(nóng)林業(yè)的應(yīng)用較為廣泛，能夠有效管理農(nóng)業(yè)資源信息，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動進行監(jiān)測與評估，大大提高了農(nóng)業(yè)管理的效率，也為政府有關(guān)部門政策規(guī)劃提供決策支持。3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要有以下幾個方面：
(1)農(nóng)業(yè)資源管理：通過RS提供的影像數(shù)據(jù)以及GPS采集的空間位置信息，利用GIS進行數(shù)據(jù)管理并根據(jù)已有數(shù)據(jù)進行空間分析，分析區(qū)域農(nóng)業(yè)差異性，為土地的合理應(yīng)用提供決策信息。
(2)作物估產(chǎn)：利用3S技術(shù)分析作物長勢以及作物產(chǎn)量評估的方法已經(jīng)較為成熟。RS具有多時相的特點，其能夠宏觀反應(yīng)作物生長規(guī)律，利用GIS進行作物識別，計算播種面積并構(gòu)建作物生長模型，對作物產(chǎn)量進行評估。
(3)農(nóng)業(yè)災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)：自然災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動有著巨大的影響，因此對災(zāi)害的響應(yīng)以及評估顯得尤為重要。如利用RS影像波段信息，利用GIS系統(tǒng)對不同波段組合進行分析，便可區(qū)分出受病蟲害影響的作物與正常作物的差異，生成病蟲害分布圖、分級圖并進行蔓延預(yù)測分析，能夠?qū)τ嘘P(guān)災(zāi)情及時預(yù)警預(yù)報并提前做好規(guī)劃處理。除此以外，3S技術(shù)還能用于洪澇災(zāi)害、土壤侵蝕、氣候災(zāi)害等方面的預(yù)測預(yù)報及災(zāi)情分析，提高農(nóng)業(yè)災(zāi)情的響應(yīng)速度，為政府部門決策提供及時、可靠、直觀的決策支持。
3S上述農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用中已取得廣泛應(yīng)用，目前精細農(nóng)業(yè)是3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的又一個發(fā)力點。精細農(nóng)業(yè)需要更高精度的RS影像信息以及準確的坐標定位，結(jié)合更多其他傳感器進行環(huán)境監(jiān)測，在GIS建立高精度分析與決策模型。例如農(nóng)業(yè)機械跟蹤管理、農(nóng)藥精準噴灑、作物生產(chǎn)溯源等等，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)管理的自動化和智能化，助力實現(xiàn)我國建設(shè)資源節(jié)約型社會及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標。
2.2生態(tài)環(huán)境監(jiān)測
“綠水青山就是金山銀山”，目前我國對生態(tài)環(huán)境保護尤為重視，3S技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域也扮演著重要的作用。利用3S技術(shù)，結(jié)合RS遙感影像數(shù)據(jù)以及地形、氣象等其他觀測數(shù)據(jù)，構(gòu)建評估模型，對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行動態(tài)監(jiān)測。
我國學(xué)者利用3S技術(shù)在生態(tài)方面進行了諸多研究：肖榮波等人利用3S技術(shù)對城市綠地進行覆蓋清查、三維量估測、生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測等研究[2]，將3S技術(shù)用于城市綠化生態(tài)監(jiān)測;胡廣錄等人利用3S技術(shù)構(gòu)建模型模擬方法，分析干旱荒漠區(qū)斑塊狀植被空間格局及其防沙效應(yīng)研究[3]，將其應(yīng)用于土壤風(fēng)蝕研究領(lǐng)域;朱衛(wèi)紅等人利用3S技術(shù)構(gòu)建濕地生態(tài)安全預(yù)測模型，對圖們江流域濕地生態(tài)安全進行預(yù)測研究[4]。
2.3土地資源管理結(jié)合
3S技術(shù)進行土地資源管理，有助于推進國土治理現(xiàn)代化發(fā)展，對國土資源有效保護、社會發(fā)展規(guī)劃及政府宏觀調(diào)控有著重要意義。3S技術(shù)在土地資源管理領(lǐng)域主要被應(yīng)用于土地利用現(xiàn)狀調(diào)查和土地利用規(guī)劃。傳統(tǒng)土地調(diào)查方法主要基于人力調(diào)查方式，此過程費時費力，而3S技術(shù)可以利用遙感手段快速收集地表信息直觀反應(yīng)地表變化，配合GNSS獲取地物坐標信息，將解譯數(shù)據(jù)導(dǎo)入GIS數(shù)據(jù)庫，高效精確地管理土地資源信息，節(jié)省大量人力與時間成本，3S技術(shù)在近期我國“第三次全國國土調(diào)查”中也發(fā)揮了巨大的作用。
根據(jù)基礎(chǔ)土地利用數(shù)據(jù)，可以利用GIS的空間分析功能，可以反映土地利用類型變化，進行例如城市擴張、農(nóng)田撂荒、植被面積變化等方面的監(jiān)測分析，查處違法土地利用，提升土地執(zhí)法效率，對土地利用進行合理規(guī)劃，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展以及國土資源管理的需要。隨著高性能對地觀測衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星和遙感手段的多樣化，它們所提供信息的精確度將會大大提高，時效性也會大大增強[5]，3S技術(shù)在土地資源調(diào)查及管理方面的優(yōu)勢將更加明顯。3S結(jié)合快速發(fā)展的大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能地物識別等高新技術(shù)，構(gòu)建一個全國覆蓋的高精度土地利用規(guī)劃系統(tǒng)，實現(xiàn)實時、動態(tài)、全方位監(jiān)測國土資源，是未來3S技術(shù)在土地資源管理領(lǐng)域的一個發(fā)展方向。
2.4智慧城市
隨著中國城市化速度的加快，人地矛盾問題逐漸突出，如何高效智能地管理城市成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問題。智慧城市的建設(shè)涉及基礎(chǔ)影像地圖數(shù)據(jù)和大量空間位置數(shù)據(jù)信息，因此智慧城市的建立離不開3S技術(shù)的支撐。3S技術(shù)在智慧城市中主要可應(yīng)用于以下幾個方面：
(1)智慧交通：根據(jù)GNSS提供的實時位置信息，在利用GIS已有的路徑分析功能上，進一步提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和處理能力，在短時間提供最優(yōu)路徑規(guī)劃，合理對車流量進行導(dǎo)流，有助于緩解目前我國大城市交通擁堵的現(xiàn)狀。利用收集的交通數(shù)據(jù)，還可生成直觀的統(tǒng)計報表，方便政府了解道路狀況并合理規(guī)劃道路路線。
(2)城市管線建設(shè)與維護：由于我國目前城市快速擴張，導(dǎo)致很多城市基礎(chǔ)管線鋪設(shè)不合理，經(jīng)常出現(xiàn)燃氣管道爆炸、水管泄露，電網(wǎng)損壞等現(xiàn)象。結(jié)合3S技術(shù)可有效解決這一問題，利用GIS系統(tǒng)可對城市管線實現(xiàn)精準化、動態(tài)化、可視化管理，及時發(fā)現(xiàn)危險隱患，做到爆管分析預(yù)警，優(yōu)化城市管線鋪設(shè)。
(3)城市突發(fā)災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)：受人類活動及氣候變化影響，自然災(zāi)害頻發(fā)，對城市安全構(gòu)成嚴重威脅。利用3S技術(shù)可以對例如氣溶膠數(shù)據(jù)、地質(zhì)條件、降水量等數(shù)據(jù)進行綜合監(jiān)測分析，為市民提供準確的出行建議及災(zāi)害預(yù)警信息，減輕自然災(zāi)害對城市及市民安全的影響。目前智慧城市的建設(shè)還受很多限制因素制約，解決好地理數(shù)據(jù)繁雜、結(jié)構(gòu)標準不統(tǒng)一的問題，將3S與醫(yī)療、教育、服務(wù)行業(yè)等更多領(lǐng)域進行深度整合，有助于3S技術(shù)在智慧城市的建設(shè)中迸發(fā)出更大的活力。
3問題與探討
雖然3S技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用中取得了巨大的成就，但是在實踐過程中也暴露出不少需要解決的問題，例如：
(1)數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一：受遙感衛(wèi)星不同傳感器影響，導(dǎo)致影像數(shù)據(jù)空間、時間及輻射分辨率的不統(tǒng)一，而目前還沒有能夠較好兼容不同數(shù)據(jù)的方法。另外，柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)擁有不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征，綜合柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)的優(yōu)點，構(gòu)建一個統(tǒng)一標準、兼容不同數(shù)據(jù)的地理信息數(shù)據(jù)庫，是3S技術(shù)發(fā)展的目標。
(2)提升數(shù)據(jù)精度：現(xiàn)階段GNSS技術(shù)大多只能用于室外定位，室內(nèi)定位技術(shù)還未取得突破性進展，難以滿足室內(nèi)高精度應(yīng)用需求;目前的定位信息大多為二維坐標信息，在像重慶這樣的山地城市中往往不能提供精確的導(dǎo)航服務(wù)，因此加入準確的高程信息有助于解決這一問題。另外，提升遙感數(shù)據(jù)和GIS模型的精度，有助于將3S技術(shù)應(yīng)用到更多精細化領(lǐng)域。
(3)多學(xué)科整合：3S技術(shù)作為一門多學(xué)科交叉技術(shù)，不僅需要做到三者的內(nèi)部整合，還需要與計算機網(wǎng)絡(luò)、人工智能、大數(shù)據(jù)等眾多領(lǐng)域深度結(jié)合。目前國內(nèi)的3S主要集中于科研應(yīng)用方向，對3S集成系統(tǒng)的開發(fā)工作還有待加強，而構(gòu)建3S系統(tǒng)需要相關(guān)人員不僅具備3S技術(shù)知識，還應(yīng)有計算機軟硬件等各方面背景，因此應(yīng)該加強培養(yǎng)多學(xué)科高素質(zhì)復(fù)合型人才，為3S技術(shù)的發(fā)展提供充足的人才儲備。
4結(jié)束語
3S技術(shù)在各個領(lǐng)域的成功實踐，為我國生態(tài)保護、社會經(jīng)濟建設(shè)、災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域提供了可靠的技術(shù)支持。除了傳統(tǒng)的科學(xué)研究及政府應(yīng)用以外，隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，3S技術(shù)也逐漸深入到人們生活的方方面面。隨著3S技術(shù)與多學(xué)科的交叉整合，必將釋放出更大的發(fā)展?jié)摿ΑＭ苿涌臻g信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，深化3S技術(shù)應(yīng)用，使其為國民經(jīng)濟建設(shè)提供更加充足的動力。
參考文獻：
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相關(guān)刊物推薦：《生態(tài)學(xué)報》(半月刊)創(chuàng)刊于1981年，是由中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會主管、中國生態(tài)學(xué)學(xué)會中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心主辦的我國生態(tài)學(xué)及生態(tài)學(xué)各分支學(xué)科研究領(lǐng)域的綜合性學(xué)術(shù)期刊。本刊宗旨：報道生態(tài)學(xué)領(lǐng)域最新的基礎(chǔ)理論和原始創(chuàng)新性研究成果，促進國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流和學(xué)術(shù)爭鳴，推動我國的生態(tài)學(xué)研究發(fā)展，培養(yǎng)造就生態(tài)科學(xué)研究人才，為知識創(chuàng)新服務(wù)，為實施國家可持續(xù)發(fā)展和科教興國服務(wù)。
