技術及相關產業(yè)發(fā)展綜述

1、3S技術及相關產業(yè)發(fā)展綜述一 概述3S技術是遙感（RS: Remote Sensing）、地理信息系統(tǒng)（GIS: Geographical Information System）、全球定位系統(tǒng)（GPS: Global Positioning System）的統(tǒng)稱,是以處理地球表面信息為主要特征的空間信息技術。 3S技術與數(shù)字地球的概念緊密相連。數(shù)字地球是前美國副總統(tǒng)戈爾于1998年提出的，主要指應用地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、遙感等技術，以數(shù)字的方式獲取、處理和應用關于地球自然和人文因素的空間數(shù)據，并在此基礎上解決全球各種問題。近年來的信息技術革命使人類對地球空間數(shù)據進行處理、分析的技術手段和

2、觀念發(fā)生了翻天覆地的變化。在這種情況下，人們可以把有關地球的大量的、多分辨率的、三維的、動態(tài)的數(shù)據按地理坐標集成起來，形成一個地球。借助于這個數(shù)字地球，人們可以按地理坐標了解地球上任何一處、任何方面的信息。數(shù)字地球是對真實地球及其相關現(xiàn)象統(tǒng)一性的數(shù)字化重現(xiàn)和認識，其核心思想有兩點：一是用數(shù)字化手段統(tǒng)一性處理地球問題；二是最大限度地利用信息資源。數(shù)字地球由下列體系構成：數(shù)據獲取與更新體系、數(shù)據處理與存儲體系、信息提取與分析體系、數(shù)據與信息傳播體系、數(shù)據庫體系、網絡體系、專用軟件體系等。 數(shù)字地球是未來信息資源的主體核心。近幾年來，全球數(shù)字化取得了突飛猛進的發(fā)展。在全球信息數(shù)字化的實施過程中，以3

3、S技術為代表的地球空間信息技術起著十分重要的作用，3S技術的集成構架了數(shù)字地球。二 3S技術詳述地理信息系統(tǒng)（GIS）是近二十年來發(fā)展起來的一門綜合應用系統(tǒng)，它能把各種信息同地理位置和有關的視圖結合起來，并把地理學、幾何學、計算機科學及各種應用對象、CAD技術、Internet、多媒體技術及虛擬現(xiàn)實技術等融為一體，利用計算機圖形與數(shù)據庫技術來采集、存儲、編輯、顯示、轉換、分析和輸出地理圖形及其屬性數(shù)據。這樣，就可根據用戶需要將這些信息圖文并茂地輸送給用戶，便于用戶分析及輔助用戶決策。隨著“數(shù)字地球”這一概念的提出和人們對它的認識的不斷加深，從二維向多維動態(tài)以及網絡方向發(fā)展是地理信息系統(tǒng)發(fā)展的主

4、要方向，也是地理信息系統(tǒng)理論發(fā)展和諸多領域的迫切需要，如資源、環(huán)境、城市等。在技術發(fā)展方面，一個發(fā)展是基于ClientServer結構，即用戶可在其終端上調用在服務器上的數(shù)據和程序。另一個發(fā)展是通過互聯(lián)網絡發(fā)展InternetGIS或Web-GIS，可以實現(xiàn)遠程尋找所需要的各種地理空間數(shù)據，包括圖形和圖像，而且可以進行各種地理空間分析，這種發(fā)展是通過現(xiàn)代通訊技術使GIS 進一步與信息高速公路相接軌。另一個發(fā)展方向，則是數(shù)據挖掘(DataMining)，從空間數(shù)據庫中自動發(fā)現(xiàn)知識，用來支持遙感解譯自動化和GIS空間分析的智能化。 全球定位系統(tǒng)（GPS）是本世紀70年代由美國國防部批準，陸?？杖?/p>

5、聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。其主要目的是：為陸、海、空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務。全球定位系統(tǒng)共由三部分構成：地面控制部分、空間部分、用戶裝置部分等。GPS的主要特點是全天候、全球覆蓋、三維定速定時高精度、快速省時、高效率及應用廣泛等多功能。全球定位系統(tǒng)作為地球空間信息技術中感知用戶時間和位置等空間信息的重要傳感器，除GPS系統(tǒng)外，目前還有俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)，中國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可用，未來將有中國的二代導航系統(tǒng)和歐洲的Galileo系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)將會呈現(xiàn)多系統(tǒng)并存、互補的局面。衛(wèi)星導航系統(tǒng)作為一種全新的現(xiàn)代定位方法，己逐漸在越來越多的領域取代了常規(guī)光學和

6、電子儀器。80年代以來，尤其是的90年代以來，GPS衛(wèi)星定位和導航技術與現(xiàn)代通信技術相結合，在空間定位技術方面引起了革命性的變化。用GPS同時測定三維坐標的方法將測繪定位技術從陸地和近海擴展到整個海洋和外層空間，從靜態(tài)擴展到動態(tài)，從單點定位擴展到局部與廣域差分，從事后處理擴展到實時(準實時）定位與導航，絕對和相對精度擴展到米級、厘米級乃至亞毫米級，從而大大拓寬它的應用范圍和在各行各業(yè)中的作用?，F(xiàn)在和不久的將來，所有的移動電子設備將具備衛(wèi)星和地面導航功能，所有人和物體的活動可以自動在數(shù)字地球框架中體現(xiàn)。 遙感（RS），顧名思義，就是遙遠地感知。人類通過大量的實踐，發(fā)現(xiàn)地球上每一個物體都在不停地吸

7、收、發(fā)射和反射信息和能量，其中有一種人類已經認識到的形式電磁波，并且發(fā)現(xiàn)不同物體的電磁波特性是不同的。遙感就是根據這個原理來探測地表物體對電磁波的反射和其發(fā)射的電磁波，從而提取這些物體的信息，完成遠距離識別物體。 目前遙感平臺包括衛(wèi)星、飛機、氣球等，它們的作用就是穩(wěn)定地運載傳感器。當在地面試驗時，還會用到地面象三角架這樣簡單的遙感平臺。針對不同的應用和波段范圍，人們已經研究出很多種傳感器，探測和接收物體在可見光、紅外線和微波范圍內的電磁輻射。傳感器會把這些電磁輻射按照一定的規(guī)律轉換為原始圖像。原始圖像被地面站接收后，要經過一系列復雜的處理，提供給不同的用戶使用。當代遙感的發(fā)展主要表現(xiàn)在它的多傳

8、感器、高分辨率和多時相特征。1)多傳感器技術。當代遙感技術己能全面覆蓋大氣窗口的所有部分。光學遙感可包含可見光、近紅外和短波紅外區(qū)域。熱紅外遙感的波長可從814m,微波適感觀測目標物電磁波的輻射和散射，分被動微波遙感和主動微波遙感，波長范圍為lmm100cm。2)遙感的高分辨率特點。全面體現(xiàn)在空間分辨率、光譜分辨率和溫度分辨率三個方面，長線陣CCD成候掃描儀可以達到l2m的空間分辨率，成像光譜儀的光譜細分可以達到56nm的水平。熱紅外輻射計的溫度分辨率可從05K提高到O3K乃至01K。 3)遙感的多時相特征。隨著小衛(wèi)星群計劃的推行，可以用多顆小衛(wèi)星，實現(xiàn)每23天對地表重復一次采樣，獲得高分辨率

9、成像光譜儀數(shù)據，多波段、多極化方式的雷達衛(wèi)星，將能解決陰雨多霧情況下的全天候和全天時對地觀測，通過衛(wèi)星遙感與機載和車載遙感技術的有機結合，是實現(xiàn)多時相遙感數(shù)據獲取的有力保證。遙感信息的應用分析己從單一遙感資料向多時相、多數(shù)據源的融合與分析，從靜態(tài)分析向動態(tài)監(jiān)測過渡，從對資源與環(huán)境的定性調查向計算機輔助的定量自動制圖過渡，從對各種現(xiàn)象的表面描述向軟件分析和計量探索過渡。近年來，由于航空遙感具有的快速機動性和高分辨率的顯著特點使之成為遙感發(fā)展的重要方面。3S技術集成是指將上述三種對地觀測新技術及其他相關技術有機地集成在一起。這里所說的集成是指一種有機的結合，在線的連接、實時的處理和系統(tǒng)的整體性。G

10、PS、 RS、 GIS集成的方式可以在不同技術水平上實現(xiàn)。3S集成包括空基3S集成與地基3S集成。空基3s集成：用空一地定位模式實現(xiàn)直接對地觀測，主要目的是在無地面控制點 (或有少量地面控制點)的情況下，實現(xiàn)航空航天遙感信息的直接對地定位、偵察、制導、測量等。地基3s集成：車載、艦裁定位導航和對地面目標的定位、跟蹤、測量等實時作業(yè)。三 3S技術的應用領域在人類所接觸到的信息中有80與地理位置和空間分布有關，地球空間信息是信息社會和應用中具體的信息，數(shù)字地球不僅包括高分辨率的地球衛(wèi)星圖像，還包括數(shù)字地圖，以及經濟、社會和人口等方面的信息，數(shù)字地球將進入干家萬戶和各行各業(yè)。3S技術及3S技術集成將

11、應用在信息社會的各個領域。l、全球變化與促進杜會可持續(xù)發(fā)展全球變化與社會可持續(xù)發(fā)展己成為當今世界人們關注的重要問題，數(shù)字化表示的地球為我們研究這一問題提供了非常有利的條件。在計算機中利用數(shù)字地球可以對全球變化的過程、規(guī)律、影響以及對策進行各種模擬和仿真，從而提高人類應付全球變化的能力。數(shù)字地球可以廣泛地應用于對全球氣候變化，海平面變化，荒漠化，生態(tài)與環(huán)境變化，土地利用變化的監(jiān)測。與此同時，利用數(shù)字地球，還可以對社會可持續(xù)發(fā)展的許多問題進行綜合分析與預測，如自然資源 與經濟發(fā)展，人口增長與杜會發(fā)展，災害預測與防御等。中國是一個人口多，土地資源有限，自然災害頻繁的發(fā)展中國家，經過二十年的高速發(fā)展，

12、資源與環(huán)境的矛盾越來越突出。近年來的洪災、黃河斷流、耕地減少、荒漠化加劇現(xiàn)象等已經引起了杜會各界的廣泛關注，必須采取有效的技術和法律手段，從宏觀的角度加強土地資源和水資源的監(jiān)測和保護，加強自然災害特別是洪澇災害的預測、監(jiān)測和防御。數(shù)字地球和3S技術在這方面可以發(fā)揮更大的作用。2、對社會經濟和生活的影響 數(shù)字地球將容納大量行業(yè)管理部門、企業(yè)和個人信息，進行大量數(shù)據在空間和時間分布上的研究和分析。例如國家基礎設施建設和相關管理部門的規(guī)劃，全國鐵路、交通運翰的規(guī)劃， 城市發(fā)展的規(guī)劃，海岸帶開發(fā)和土地資源的綜合利用等。涉及到企業(yè)應用，房地產公司、旅游公司、商店等可以將企業(yè)的信息與數(shù)字地球有機地結合起來

13、，為用戶提供直觀、真實的可視化信息。同樣，日益增加的個人消費應用可以與真實的空間信息結合，滿足用戶的各種應用。3、精準農業(yè) 未來農業(yè)要走高效農業(yè)的道路，實現(xiàn)節(jié)水農業(yè)、優(yōu)質高產和無污染農業(yè)。這就要依托3S技術，為農民提供高質量的農田和作物的衛(wèi)星影像和相關分析。農民通過衛(wèi)星影像獲取作物的長勢征兆，通過GIS作出相關分析并制定出行動計劃，然后在車載GPS和電子地圖指引下實施農田作業(yè)，及時地預防病蟲害，把殺蟲劑、化肥和水用到必須用的地方，而不致使化學殘留物污染土地、糧食和種子，實現(xiàn)真正的綠色農業(yè)和精準農業(yè)。4、智能交通 智能運輸系統(tǒng)是基于數(shù)字地球建立國家和省市、自治區(qū)的路面管理系統(tǒng)、橋梁管理系統(tǒng)、交通

14、阻塞、交通安全以及高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，并將先進的信息技術、數(shù)據通訊傳輸技術、電子傳感技術、電子控制技術以及計算機處理技術等有效地集成運用于整個地面運輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內、全方位發(fā)揮作用的實時、準確、高效的綜合運輸和管理系統(tǒng)，實現(xiàn)運輸工具在道路上的運行功能智能化。從而，使公眾能夠 高效地使用公路交通設施和能源。具體地說， 該系統(tǒng)將采集到的各種道路交通及服務信息經交通管理中心集中處理后，傳輸?shù)焦愤\輸系統(tǒng)的各個用戶(駕駛員、居民、警察局、 停車場、運輸公司、醫(yī)院、救護排障等部門)， 出行者可實時選擇交通方式和交通路線；交通管理部門可自動進行合理的交通疏導、控制和事故處理；運輸部門可隨

15、時掌握車輛的運行情況，進行合理調度。從而，使路網上的交通流運行處于最佳狀態(tài)，改善交通擁擠和阻塞，最大限度地提高路網的通行能力， 提高整個公路運輸系統(tǒng)的機動性、安全性和生產效率。對于公路交通而言，ITS將產生如下效果：提高公路交通的安全隊性降低能源消耗，減少汽車運輸對環(huán)境的影響。 提高公路網絡的通行能力。 提高汽車運輸生產率和經濟效蓋，并對社經濟的各方面都將產生積極的影響。 通過系統(tǒng)的研究、開發(fā)和普及，創(chuàng)造新的市場。 5、數(shù)字城市基于高分辨率正射影像、城市GIS、建筑CAD，建立虛以城市和數(shù)字化城市，實現(xiàn)真三維和多時相的城市漫游、查詢分析和可視化。數(shù)字地球服務于城市規(guī)劃、市政管理、 城市環(huán)境、城

16、市通訊與交通、公安消防、發(fā)展和提高市民的生活質量等。 6、專業(yè)應用 3S技術用數(shù)字方式為研究地球及其環(huán)境的科學家尤其是地學家服務的重要手段。地殼運動、地質現(xiàn)象、地震預報、氣象預報、土地動態(tài)監(jiān)刺、資源調查、災害預測和防治、環(huán)境保護等等無不需要利用數(shù)字地球。而且數(shù)據的不斷積累，最終將有可能使人類能夠更好地認識和了解我們生存和生活的這個星球，運用海量地球信息對地球進行多分辨率、多時空和多種類的三維描述將不再是幻想。 7、軍事應用在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭和國防建設中，數(shù)字地球具有十分重大意義。建立服務于戰(zhàn)略、戰(zhàn)術和戰(zhàn)役的各種軍事地理信息系統(tǒng)，并運用虛擬現(xiàn)實技術建立數(shù)字化戰(zhàn)場，其中包括了地形地貌偵察、軍事目標跟蹤監(jiān)

17、視、飛行器定位、導航、武器制導、打擊效果偵察、戰(zhàn)場仿真、作戰(zhàn)指揮等等方面，對空間信息的采集、處理、更新提出了極高的要求。 在戰(zhàn)爭開始之前需要建立戰(zhàn)區(qū)及其周圍地區(qū)的軍事地理信息系統(tǒng)；戰(zhàn)時利用 GPS、RS和 GIS進行戰(zhàn)場偵察，信息的更新，軍事指揮與調度，武器精確制導；戰(zhàn)時與戰(zhàn)后的軍事打擊效果評估等等。隨著3s技術及相關技術的發(fā)展， 數(shù)字地球將對杜會生活的各個方面產生巨大的影響。四 目前3S技術相關產業(yè)現(xiàn)狀1 GPS 目前GPS產業(yè)主要包括GPS產品制造和銷售、GPS應用測量系統(tǒng)集成等。其中車輛應用和個人消費應用產品是兩個主要的發(fā)展方向，圍繞這兩個應用的軟硬件產品和應用系統(tǒng)建設有巨大的市場前景。

18、2 遙感 遙感產業(yè)的組成包括遙感數(shù)據提供、遙感信息增值服務、空間信息服務、衛(wèi)星遙感配套技術產業(yè)等。 遙感數(shù)據提供從數(shù)據獲取開始到提供標準數(shù)據，正射影像數(shù)據的生產過程包括航攝、掃描、正射糾正、輻射糾正、鑲嵌、制圖等；衛(wèi)星遙感數(shù)據的生產包括獲取系統(tǒng)接收的各種看見數(shù)據、圖像等原始數(shù)據產品或經初級加工的有關信息產品，經加工、整理的原始數(shù)據等增值數(shù)據產品。主要產品系列為衛(wèi)星和航空遙感圖像及數(shù)據產品、常規(guī)實地調查測量的數(shù)據產品。 目前國內的衛(wèi)星遙感數(shù)據多為代理國外產品，如IKONOS、QuickBird、SPOT等衛(wèi)星影像產品。 遙感信息增值是在遙感數(shù)據的基礎上快速準確地向用戶提供準確的信息，如利用最新的

19、正射影像和衛(wèi)星遙感圖片數(shù)據快速更新或生產出城市用地系列比例尺地圖，并根據用戶的需求，對各種信息進行綜合運用，提供新的信息產品，如城市的三維視圖等，實現(xiàn)遙感數(shù)據增值。主要的信息產品和技術產品包括以下幾類： 基于遙感圖像的影像圖與精細數(shù)據產品； 基于遙感圖象的專題圖和數(shù)據產品； 專題信息快速提取與更新技術與工藝； 遙感信息處理技術，包括通用平臺和專業(yè)處理技術； 信息增值服務 *適普公司業(yè)務即專注于這一領域。 空間信息咨詢服務的重點是為用戶開發(fā)應用系統(tǒng)，為特定用戶提供解決方案，如開發(fā)城市規(guī)劃管理信息系統(tǒng)等。包括： 空間信息查詢檢索服務； 空間動態(tài)監(jiān)測評估服務； 專題變化預測預報服務； 區(qū)域發(fā)展規(guī)劃布

20、局服務； 政策制定模擬調控服務 ； 重大項目認證評估服務； 用戶關心問題咨詢服務等。 空間信息的獲取可以通過航天遙感、航空遙感、地面遙感等多層次的采集技術實現(xiàn)，當前衛(wèi)星遙感技術高度發(fā)展，占據主導地位，航空遙感和地面遙感是衛(wèi)星遙感產業(yè)的重要組成部分。衛(wèi)星遙感配套技術重要包括： 機載遙感儀器及相應的專項服務； 地面生物物理參數(shù)測量儀器； 遙感信息處理與管理軟件產品等3 GIS地理信息系統(tǒng)是研究與研究對象相關的空間地理分布有關信息的學科，它是以采集、儲存、管理、分析和描述整個或部分地球表面（包括大氣層）與空間和地理分布有關的數(shù)據的空間信息系統(tǒng)，是數(shù)字地球的重要支撐。GPS和RS由于能夠長期、不間斷地獲取空間數(shù)據，是地理信息系統(tǒng)最有效和最方便的信息源。GIS產業(yè)包括：與GIS相關的空間數(shù)據庫的建立，目前此項工作由各地測繪部門和相關管理部門進行；GIS平臺軟件的開發(fā)：除國外的GIS軟件平臺外，目前國內的軟件開發(fā)在組件式GIS、嵌入式GIS和Internet GIS產品研發(fā)與應用等方面已經走在世界前列。在近幾年的中國大型地理信息系統(tǒng)(GIS)項目建設中，許多國產軟件代替國外軟件，取得了成功應用，并逐步走向國際化。GIS應用系統(tǒng)的開發(fā)：GIS應用系統(tǒng)已經成為信息技術的重要組成部分，其應用覆蓋交通、電力、水利、公安、軍事、城市規(guī)劃、物流管理、軍事指揮調度等領域，應用領域逐漸深入。