第1卷第1期
1997年2月
遥 感 学 报
J OU RNAL OF REMO TE SENSIN G
Vol 11,No 11
Feb 1,1997
3该文得到国家科学基金重点项目支持1
收稿日期:1996年9月13日;收到修改稿日期:1996年10月28日
论RS ,GPS 与GIS 集成的定义、理论与关键技术3
李 德 仁
(武汉测绘科技大学 武汉 430070)
摘 要 该文从什么是GPS 、RS 与GIS (简称三S )的集成开头,讨论三S 集成中需要研究和解决的一些理论与关键技术,最后介绍各种可能的集成应用系统。关键词 遥感,全球定位系统,地理信息系统,集成
1 GPS 、RS 与GIS 的集成
空间定位系统(目前主要指GPS 全球定位系统)、遥感(RS )和地理信息系统(GIS )是目前对地观测系统中空间信息获取、存贮管理、更新、分析和应用的3大支撑技术(以下简称“3S ”),是现代社会持续发展、资源合理规划利用、城乡规划与管理、自然灾害动态监测与防治等的重要技术手段,也是地学研究走向定量化的科学方法之一。
这3大技术有着各自独立、平行的发展成就:GPS 是以卫星为基础的无线电测时定位、导航
系统,可为航空、航天、陆地、海洋等方面的用户提供不同精度的在线或离线的空间定位数据;RS 在过去的20年中已在大面积资源调查、环
境监测等方面发挥了重要的作用。在未来5年之中还将会在空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率3个方面,全面出现新的突破;
GIS 技术则被各行各业用于建立各种不同尺度
的空间数据库和决策支持系统,向用户提供着多种形式的空间查询、空间分析和辅助规划决策的功能。随着“3S ”研究和应用的不断深入,科学家们和应用部门逐渐地认识到单独地运用其中的一种技术往往不能满足一些应用工程的需要。事实上,许多应用工程或应用项目需要综合地利用这3大技术
的特长,方可形成和提供所需的对地观测、信息处理、分析模拟的能力。例如海湾战争中“3S ”技术的集成代表了现代战争的高技术特点,而且“3S ”技术的集成应用于工业、农业、交通运输、导航、捕鱼、公安、消防、保险、旅游等不同行业,将产生愈来愈大的市场价值。
近几年来,国际上“3S ”的研究和应用开始向集成化(或综合化)方向发展。在这种集成应用中:
GPS 主要被用于实时、快速地提供目标,包括
各类传感器和运载平台(车、船、飞机、卫星等)
的空间位置;
RS 用于实时地或准实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息,发现地球表面上的各种变化,
及时地对GIS 进行数据更新;GIS 则是对多种来源的时空数据进行综合处理、
集成管理、动态存取,作为新的集成系统的基础平台,并为智能化数据采集提供地学知识。
集成是英语Integration 的中译文,它指的是一种有机的结合,在线的连接、实时的处理和系统的
整体性。目前,由于对“集成”的含义理解不清,
似有“集成”泛滥化之势头。譬如说,对于已得到
的航空航天遥感影象,到实地用GPS 接收机测定其
空间位置(X 、Y 、Z ),然后通过遥感图象处理,将结果经数字化送入地理信息系统中,这同样使用了“3S ”技术,但它不是一种集成。它不符合上述的集成概念。一个较好的“3S ”技术集成系统的例子
是美国俄亥俄州立大学、加拿大卡尔加里大学分别在政府基金会和工业部门资助下进行的集CCD 摄像
机、GPS 、GIS 和惯性导航系统(INS )为一体的移动式测绘系统(Mobile Mapping System )。该系统将GPS/INS ,CCD 实时立体摄像系统和GIS 在线地装
在汽车上。随着汽车的行驶,所有系统均在同一个
时间脉冲控制下进行实时工作。由空间定位、导航系统自动测定CCD 摄象瞬间的象片外方位元素。据此和已摄得的数字影象,可实时/准实时地求出线路上目标(如两旁建筑物、道路标志等)的空间坐标,并随时送入GIS 中,而GIS 中已经存贮的道路网及数字地图信息,则可用来修正GPS 和CCD 成象中
的系统偏差,和作为参照系统,以实时地发现公路
上各种实施是否处于正常状态。
显然,这样的集成还应当有现代通讯技术和专家系统技术相配合,只是“3S”的提法已经广为流传开了。从以上讨论不难看出,空间定位技术,遥感技术和地理信息技术的集成是一项技术难度极高的高科技。
2 “3S”技术集成中需要解决的理论问题和关键技术
为了实现真正的“3S”技术集成,需要研究和解决“3S”集成系统设计、实现和应用过程中出现的一些共性的基本问题,如“3S”集成系统的实时空间定位、一体化数据管理、语义和非语义信息的自动提取、数据自动更新、数据实时通讯、集成化系统设计方法以及容图形和影象的空间可视化等,为进一步设计和研制实用的“3S”集成系统提供理论、方法和工具。这里不妨再作一些更具体的分析和说明。
211 “3S”集成系统的实时空间定位
研究“3S”集成系统的传感器实时空间定位、系统行进过程中快速确定相关地面目标的方法和实现技术。包括:
———广域和局域差分GPS网的构建方法与实时数据处理的理论与算法;
———遥感传感器位置和姿态的测定及在航空、航天遥感中的应用;
———GPS辅助的遥感地面目标的自动重建与量测方法。
212 “3S”集成系统的一体化数据管理
研究“3S”数据的集成管理模式、数据模型,设计和发展相应的数据管理系统,以实现图形、图象、属性、GPS定位数据等的一体化管理,为“3S”的集成处理和综合应用提供基础平台。包括:———非均质、多尺度、多时态空间数据的组织与管理;
———面向对象的一体化数据结构与数据模型的研究;
———大容量影象数据的压缩、传输、建库和存贮的理论与方法。
213 语义和非语义信息的自动提取理论方法
研究从航空、航天遥感数据和CCD立体象对中自动、快速和实时地提取空间目标位置、形状、结构及相互关系和空间目标的语义信息的理论与方法。主要包括:
———遥感影象地物结构信息的自动提取和精确图形表达;
———多种传感器、多分辨率和多时相遥感图象的融合理论与方法;
———基于知识工程的遥感影象解译与分类系统的研究。
214 基于GIS的航空、航天遥感影象的全数字化
智能系统及对GIS数据库快速更新的方法
研究如何依托已建立的GIS系统来实现航空、航天遥感影象的智能化全数字过程,并从中快速发现在哪些地区空间信息发生了变化,进而实现GIS 数据库的自动/半自动快速更新。主要内容为:———GIS信息与现势的航空、航天影象复合;
———从GIS信息与航空、航天影象之配准中,自动(或半自动)检测空间信息的变化和增加;
———由GIS的属性数据以及它与现势影象配准之结果,自动(或半自动)提取语义信息与获取知识;
———GIS信息的自动(或半自动)更新。
215 “3S”集成系统中的数据通讯与交换
数据通讯是“3S”技术集成中的一个关键问题。例如在环境监测、灾害应急、自动导航和自动加强系统中,需要将GPS记录数据和遥感成象数据(CCD记录和雷达记录等)实时传送到信息处理中心或反之将所有数据传送到量测平台上去,为此,需要研究:
———数据单向实时传送的理论和方法;
———数据双向实时传送的理论和方法;
———数据交换的理论和方法。
216 “3S”集成系统中的可视化技术理论与方法
“3S”集成系统中将有不同分辨率、不同时相的大量图形和影象数据,需要研究它们的多级分辨率和多尺度表示在各种介质和终端上的可视化问题。包括:
———空间图形图象数据库的多级分辨率的存贮,显示和表达;
———可视化空间数据库的构建与应用;
———从空间数据库至地图数据库的自动综合和
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第1期李德仁:论RS,GPS与GIS集成的定义、理论与关键技术
符号化理论与方法;
———容图形和影象的可视化技术与虚拟现实。217 “3S”集成系统的设计方法及CASE工具的研究
主要研究基于计算机辅助软件工程(CASE)技术的“3S”集成系统的设计方法和软件开发、维护的自动化技术,设计和发展专用于“3S”集成系统设计的CASE工具,例如:
———可视化编程技术的研究和工具开发;
———“3S”集成系统的结构化分析和设计规格的自动生成;
———综合考虑时空关系及语义信息的数据实体关系表达与数据字典生成;
———“3S”集成中的分量方法(Component ap2 proach)及关键技术。
218 “3S”集成系统中基于客户机/服务器的分布
式网络集成环境
“3S”集成系统研究是一项涉及到多专业、多用户、多数据的综合研究课题,它需要一个强大而又有效的硬环境支持。这其中包括:多种软件系统(GIS软件ARC/IN FO、M GE、G eoStar等,全数字化摄影测量系统VirtuZuo,遥感图象处理系统ER2 DAS,GPS数据处理软件WuCAPS等)的综合使用;多类型数据的快速传输;多用户的工作方式。该项研究应根据“3S”集成系统研究的特点与特殊要求,为“3S”集成研究设计提供一个多种空间信息数据获取方式与地理信息管理系统融为一体的基础研究环境。这种集成化环境的研究完成,可以将多种数据集中在一起实现共享,特别是网络化的数据传送方式可以快速有效地将数据传送到各用户,为“3S”集成的深入研究提供条件。此项研究包括:
———“3S”集成系统网络集成环境的硬、软件组织;
———分布式多用户间的数据快速传送;
———多类型数据的数据通讯与格式转换。
以上是就“3S”整体集成系统来讨论的,具体应用时可视应用目的和集成方式不同而有可能加以简化。
3 “3S”技术中实用的集成模式这里,简要地对实际应用中可能用到的“3S”技术集成模式加以讨论。
311 GIS与GPS的集成
利用GIS中的电子地图和GPS接收机的实时差分定位技术,可以组成GPS+GIS的各种电子导航系统,用于交通,公安侦破,车船自动驾驶。也可以直接用GPS方法来对GIS作实时更新。这是最为实用、简便、低廉的集成方法。
这时存在几种复杂程度不同、价格也不同的集成模式:
(1)GPS单机定位+栅格式电子地图。该集成系统可以实时地显示移动物体(如车、船、飞机)所在位置,从而进行辅助导航,优点是价格便宜,不需要实时通讯。缺点是精度不高,自动化程度也不高。
(2)GPS单机定位+矢量电子地图。该系统可根据目标位置(工作时输入)和车船现在位置(由GPS测定)自动计算和显示最佳路径,引导驾驶员最快地到达目的地。并可用多媒体方式向驾驶员提示。但矢量地图(交通图)数据库需要化较大成本。GPS测定误差可设法加以补偿和改正。
(3)GPS差分定位+矢量/栅格电子地图。该系统通过固定站与移动车船之间两台GPS伪距差分技术,可使定位精度达到±(1—3)m,此时需要通讯联系,可以是单向的,也可以是双向的,即GIS系统可以放在固定站上,构成车、船现状监视系统,可以放在车、船上,构成自动导航系统,双方均有GIS加通讯,则可构成交通指挥、导航、监测网络,上述GPS+GIS集成系统可用于农作物耕作运营中。
312 GIS和RS的集成
遥感是GIS重要的数据源和数据更新的手段,而反过来,GIS则是遥感中数据处理的辅助信息,用于语义和非语义信息的自动提取,图1表示了GIS与RS各种可能的结合方式,包括:分开但是平行的结合(不同的用户界面,不同的工具库和不同的数据库),表面无缝的结合(同一用户界面,不同的工具库和不同的数据库)和整体的集成(同一个用户界面,工具库和数据库)。未来要求的是整体的集成。
GIS与RS的集成主要用于变化监测和实时更新,它涉及到计算机模式识别和图象理解,在海湾战争中,这种集成方式用来作战场实况的快速勘查,
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图1 GIS与RS结合的3种方式
Fig11 Three forms of integration of GIS and RS
为战场指挥服务,也用于全球变化和环境监测。313 GPS/INS与RS的集成
遥感中的目标定位一直依赖于地面控制点,如果要实时地实现无地面控制的遥感目标定位,则需要将遥感影象获取瞬间的空间位置(Xs、Xs、Zs)和传感器姿态(φ、ω、κ)用GPS/INS方法同步记录下来。对于中低精度不用伪距法,对于高精度定位,则要用相位差分法。
目前GPS动态相位差分已用于航空/航天摄影测量进行无地面空中三角测量,并称为GPS摄影测量,它虽不是实时的,但经事后处理可达到厘米至米级精度,已用生产。可提高作业效率,缩短周期一年以上,节省外业工作量90%,成本70%左右。实时相位差分需解决O TF(On the flying)技术。
4 “3S”的整体集成
空间定位技术、
遥感技术和地理信息技术的整
图2 “3S集成的V ISA T”系统
注:引自加拿大卡尔加里大学
Fig12 V ISA T system of GPS/INS,RS and GIS
体集成无疑是人们所追求的目标。这种系统,不仅具有自动、实时地采集、处理和更新数据的功能,而且能够智能式地分析和运用数据,为各种应用提供科学的决策咨询,并回答用户可能提出的各种复杂问题。
图2是加拿大卡尔加里大学Schwarz教授为首研制的车载“3S”集成系统(V ISA T)。车上前置的一对CCD相机代表遥感摄象系统,GPS与INS 联合使用,可互为补偿运动中可能的失锁和其它系统误差。GIS系统安装在车内。GPS/INS为两个CCD相机提供外方位元素,影象处理可求出点、线、面地面目标的实时参数,通过与GIS中数据比较,可实时地监测变化、数据更新和自动导航。
机载/星载“3S”集成系统在美国已研制成功。通过装在飞机上的GPS/INS系统和O TF技术实时地求出遥感传感器的全部外方位元素,然后利用CCD扫描成象和激光断面扫描仪可同时求出地面目标(物元)的空间位置和灰度(光谱测量)值(X、Y、Z、G)。该系统飞行高度必须大于60m以免激
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第1期李德仁:论RS,GPS与GIS集成的定义、理论与关键技术
光伤人,但又不能太高,目前主要用于大城市进行GIS实时数据采集和更新。但是,这种整体集成系统价格昂贵,整个系统需300—500万美元以上的成本,目前仍处于研究和试运行之中,我国863高技术研究中也有类似项目,攻关成功后,可望推广应用。
“3S”集成具有重大意义,也具有相当难度,集成方式多种多样,宜从简单到复杂,从低成本到高成本,关键在于要找到它的应用市场。应当肯定地说,“3S”技术集成大有作为!
作 者 简 介
李德仁,男,1939年12月生,教授,博士生导师,中国科学院院士,中国工程院院士。主要从事高精度摄影测量定位理论与方法、GPS空中三角测量、测量系统可靠性和可区分性理论与方法、SPO T卫星象片解析处理、数学形态学及其在测量数据库中的应用、影象理解及象片自动解译以及地理信息理论等方面研究。发表论文110多篇,专著教材5部。
On Def inition,Theory and K ey T echnics of the Integration of GPS,RS and GIS
Li Deren
(W TUS M,W uhan 430070)
Abstract Starting from the question what the integration of GPS,RS and GIS is,the main tasks to be inves2 tigated in the integration of GPS,RS and GIS and their theory and key techincs are described in this paper1The different integration possibilities are discussed briefly1
K ey w ords Remote Sensing,G lobal positioning systems,G eographic information systems,Integration 86遥 感 学 报第1卷
3S技术及其发展与应用 一、3S的概念及基本知识 "3S"技术是英文遥感技术（Remote Sensing RS）、地理信息系统（Geographical information System GIS）、全球定位系统（Global Positioning System GPS）这三种技术名词中最后一个单词字头的统称。 "遥感"，顾名思义，就是遥远的感知。地球上的每一个物体都在不停的吸收、发射和反射信息和能量。其中的一种形式-电磁波早已经被人们所认识和利用。人们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。 遥感技术的实际操作虽然很复杂，但其结果在我们每个人的生活中，天天都能用到！您也许每天都收看电视台的"天气预报"吧，"天气预报"中所播放的"卫星气象云图"就是由"气象卫星"拍摄的"云"的图像。气象观测只不过是遥感技术众多应用的一个领域。 地理信息系统技术（GIS）,信息总量中有85%的信息是与地理位置有关的信息。与地理位置有关的信息，就叫地理信息。这样的信息相当广泛，如耕地的分布、林地的分布、城镇的分布、楼房等建筑物的分布、道路、河流、海岸、人口、医院、学校、企事业单位、管线、派出所、商店、井位、门牌、电闸、水表、开关等等，只要能用"位置"去描述的东西，都属于"地理信息"，遥感所提取的信息也全部包含在地理信息之中。 全球定位系统（GPS）,一种系统，由处于2万公里高度的6个轨道平面中的24颗卫星组成。此系统用于在任何时间，向地球上任何地方的用户提供高精度的位置、速度、时间信息，或给用户提供其邻近者的这种信息。 我们知道，一张像片是没有坐标的，而像片上的信息，特别是遥感图像上的信息，是需要定出位置的，只有 "有位置的信息"，才能成为地理信息。那么怎样来给遥感像片确定位置呢？有一种方便、快捷的手段，就是"全球卫星"定位系统。该系统是通过太空中的24颗GPS卫星来完成的。只需其中3颗卫星，就能迅速确定您在地球上的位置。您在确定位置时，仅需要一台像手机大小的"卫星定位仪"就可以了。 二、3S技术的应用及发展 随着3S技术的不断发展，将遥感、全球卫星定位系统和地理信息系统紧密结合起来的“3S'’一体化技术已显示出更为广阔的应用前景。以RS、GIS、GPS为基础，将RS、GIS、GPS三种独立技术中的有关部分有机集成起来，构成一个强大的技术体系，可实现对各种空间信息和环境信息的快速、机动、准确、可靠的收集、处理与更新。下面将举例说明。 1、精准农业与3S的应用 精准农业(Precision Agriculture，Precision Farming，Precision Crop Management)又称精细农业、精确农业、精准农作和处方农作．是近年来国际上农业科学研究的热点领域，实际上是主要应用3S技术，还有作物生产管理辅助决策支持系统和智能化农业机械装备技术，在定位采集地块信息的基础上，根据各地块土壤、水肥、作物病虫害、杂草、产量等在时间与空间上的差异，进行相适宜地耕种、施肥、灌水、用药，其目的是以合理的投入获得最好的经济效益，并保护环境，确保农业可持续发展．通俗地说：精准农业就是利用RS作宏观控制；
3S技术 3S技术是遥感技术(Remote sensing，RS)、地理信息系统(Geography informationsystems，GIS)和全球定位系统(Global positioning system s，GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。 RS是指从高空或外层空间接收来自地球表层各类地物的电磁波信息，并通过对这些信息进行扫描、摄影、传输和处理，从而对地表各类地物和现象进行远距离控测和识别的现代综合技术（见图1-6）。遥感技术可用于植被资源调查、气候气象观测预报、作物产量估测、病虫害预测、环境质量监测、交通线路网络与旅游景点分布等方面。例如，在大比例尺的遥感图像上，可以直接统计烟囱的数量、直径、分布以及机动车辆的数量、类型，找出其与燃煤、烧油量的关系，求出相关系数，并结合城市实测资料以及城市气象、风向频率、风速变化等因数，估算城市大气状况。同样，遥感图像能反映水体的色调、灰阶、形态、纹理等特征的差别，根据这些影像显示，一般可以识别水体的污染源、污染范围、面积和浓度。另外，利用热红外遥感图像能够对城市的热岛效应进行有效的调查(陈建飞，200 0)。 GIS就是一个专门管理地理信息的计算机软件系统，它不但能分门别类、分级分层地去管理各种地理信息；而且还能将它们进行各种组合、分析、再组合、再分析等；还能查询、检索、修改、输出、更新等。地理信息系统还有一个特殊的“可视化”功能，就是通过计算机屏幕把所有的信息逼真地再现到地图上，成为信息可视化工具，清晰直观地表现出信息的规律和分析结果，同时还能在屏幕上动态地监测“信息”的变化。总之，地理信息系统具有数据输入、预处理功能、数据编辑功能、数据存储与管理功能、数据查询与检索功能、数据分析功能、数据显示与结果输出功能、数据更新功能等。通俗地讲，地理信息系统是信息的“大管家”。地理信息系统一般由计算机、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型图形用户界面及系统人员组成。地理信息系统技术现已在资源调查、数据库建设与管理、土地利用及其适宜性评价、区域规划、生态规划、作物估产、灾害监测与预报、精确农业等方面得到广泛应用。 GPS是美国从20世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS 是由空间星座、地面控制和用户设备等三部分构成的。GPS测量技术能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标以及其他相关信息，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于军事、民用交通(船舶、飞机、汽车等)导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、
第1卷第1期 1997年2月 遥 感 学 报 J OU RNAL OF REMO TE SENSIN G Vol 11,No 11 Feb 1,1997 3该文得到国家科学基金重点项目支持1 收稿日期:1996年9月13日;收到修改稿日期:1996年10月28日 论RS ,GPS 与GIS 集成的定义、理论与关键技术3 李 德 仁 (武汉测绘科技大学 武汉 430070) 摘 要 该文从什么是GPS 、RS 与GIS (简称三S )的集成开头,讨论三S 集成中需要研究和解决的一些理论与关键技术,最后介绍各种可能的集成应用系统。关键词 遥感,全球定位系统,地理信息系统,集成 1 GPS 、RS 与GIS 的集成 空间定位系统(目前主要指GPS 全球定位系统)、遥感(RS )和地理信息系统(GIS )是目前对地观测系统中空间信息获取、存贮管理、更新、分析和应用的3大支撑技术(以下简称“3S ”),是现代社会持续发展、资源合理规划利用、城乡规划与管理、自然灾害动态监测与防治等的重要技术手段,也是地学研究走向定量化的科学方法之一。 这3大技术有着各自独立、平行的发展成就:GPS 是以卫星为基础的无线电测时定位、导航 系统,可为航空、航天、陆地、海洋等方面的用户提供不同精度的在线或离线的空间定位数据;RS 在过去的20年中已在大面积资源调查、环 境监测等方面发挥了重要的作用。在未来5年之中还将会在空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率3个方面,全面出现新的突破; GIS 技术则被各行各业用于建立各种不同尺度 的空间数据库和决策支持系统,向用户提供着多种形式的空间查询、空间分析和辅助规划决策的功能。随着“3S ”研究和应用的不断深入,科学家们和应用部门逐渐地认识到单独地运用其中的一种技术往往不能满足一些应用工程的需要。事实上,许多应用工程或应用项目需要综合地利用这3大技术 的特长,方可形成和提供所需的对地观测、信息处理、分析模拟的能力。例如海湾战争中“3S ”技术的集成代表了现代战争的高技术特点,而且“3S ”技术的集成应用于工业、农业、交通运输、导航、捕鱼、公安、消防、保险、旅游等不同行业,将产生愈来愈大的市场价值。 近几年来,国际上“3S ”的研究和应用开始向集成化(或综合化)方向发展。在这种集成应用中: GPS 主要被用于实时、快速地提供目标,包括 各类传感器和运载平台(车、船、飞机、卫星等) 的空间位置; RS 用于实时地或准实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息,发现地球表面上的各种变化, 及时地对GIS 进行数据更新;GIS 则是对多种来源的时空数据进行综合处理、 集成管理、动态存取,作为新的集成系统的基础平台,并为智能化数据采集提供地学知识。 集成是英语Integration 的中译文,它指的是一种有机的结合,在线的连接、实时的处理和系统的 整体性。目前,由于对“集成”的含义理解不清, 似有“集成”泛滥化之势头。譬如说,对于已得到 的航空航天遥感影象,到实地用GPS 接收机测定其 空间位置(X 、Y 、Z ),然后通过遥感图象处理,将结果经数字化送入地理信息系统中,这同样使用了“3S ”技术,但它不是一种集成。它不符合上述的集成概念。一个较好的“3S ”技术集成系统的例子 是美国俄亥俄州立大学、加拿大卡尔加里大学分别在政府基金会和工业部门资助下进行的集CCD 摄像 机、GPS 、GIS 和惯性导航系统(INS )为一体的移动式测绘系统(Mobile Mapping System )。该系统将GPS/INS ,CCD 实时立体摄像系统和GIS 在线地装 在汽车上。随着汽车的行驶,所有系统均在同一个 时间脉冲控制下进行实时工作。由空间定位、导航系统自动测定CCD 摄象瞬间的象片外方位元素。据此和已摄得的数字影象,可实时/准实时地求出线路上目标(如两旁建筑物、道路标志等)的空间坐标,并随时送入GIS 中,而GIS 中已经存贮的道路网及数字地图信息,则可用来修正GPS 和CCD 成象中 的系统偏差,和作为参照系统,以实时地发现公路
一、名词解释： 1．多光谱合成图像：multi-spectral composite imagery，把同一地区多光谱影像，配以红、绿、蓝等多波段图像进行校正、配准、融合形成的图像。 2.二值图像：binary image，是指每个像素不是黑就是白，其灰度值没有中间过渡的图像。 3.非监督分类：是以不同影像地物在特征空间中类别特征的差别为依据的一种无先验（已知）类别标准的图像分类，是以集群为理论基础，通过计算机对图像进行集聚统计分析的方法。根据待分类样本特征参数的统计特征，建立决策规则来进行分类。而不需事先知道类别特征。把各样本的空间分布按其相似性分割或合并成一群集，每一群集代表的地物类别，需经实地调查或与已知类型的地物加以比较才能确定。是模式识别的一种方法。 4.辐射校正：radiometric correction，是指对由于外界因素，数据获取和传输系统产生的系统的、随机的辐射失真或畸变进行的校正，消除或改正因辐射误差而引起影像畸变的过程。 5.几何配准：geometric registration，将不同时间、不同波段、不同遥感器系统所获得的同一地区的图像(数据)，经几何变换使同名像点在位置上和方位上完全叠合的操作。 6.拓扑关系：topological relation，指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接、关联、包含和连通关系。 7.导航电文：导航卫星信号一般由3部分组成：载波信号、伪随机噪声码(测距码)和数据码。其中，数据码是卫星以二进制码流形式发送给用户的导航定位数据，通常称为导航电文。导航电文（Navigation Message）是由GPS卫星在L1和/或L2信号上，以50bps电文包含播发的1500bit导航电文。电文包含有系统时间、时钟改正参数、电离层延迟模型参数、卫星星历及卫星健康状况、由C/A码捕获P码的信息等。这是为了给用户提供时间、位置坐标。速度等结果数据，而用于GPS信号处理的有关信息。导航电文同样以二进制码的形式播送给用户，因此又叫数据码，或称D码。
3S技术：是遥感技术(Remote sensing，RS)、地理信息系统(Geography information systems，GIS)和全球定位系统(Global positioning systems，GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。 GIS（地理信息系统）：是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。GIS是一种基于计算机的工具，它可以对空间信息进行分析和处理（简而言之，是对地球上存在的现象和发生的事件进行成图和分析）。GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。 RS：Remote sensing，遥感是指非接触的，远距离的探测技术。一般指运用传感器/遥感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测，并根据其特性对物体的性质、特征和状态进行分析的理论、方法和应用的科学技术。 GPS：是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统。GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息。系统由空间星座、地面控制和用户接收机三部分组成。 数字地球：一个以地球坐标为依据的、具有多分辨率的海量数据和多维显示的地球虚拟系统。数字地球看成是“对地球的三维多分辨率表示、它能够放入大量的地理数据”。戈尔的数字地球学是关于整个地球、全方位的GIS与虚拟现实技术、网络技术相结合的产物。 大数据：或称巨量资料，指的是所涉及的资料量规模巨大到无法通过目前主流软件工具，在合理时间内达到撷取、管理、处理、并整理成为帮助企业经营决策更积极目的的资讯。大数据的4V特点：Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多样）、Value（价值）。 云计算：（cloudcomputing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云计算是通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将与互联网更相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通，取用方便，费用低廉。最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。 智慧城市：就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。其实质是利用先进的信息技术，实现城市智慧式管理和运行，进而为城市中的人创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续成长。 RS的最新发展 1、应用卫星的发展：遥感的多平台、多传感器和多角度； 2、传感器分辨率的发展：空间、时间、波谱； 3、分析处理技术的发展：对地定位和智能化分析； 4、应用卫星的发展：信息获取向三维动态方向发展，定性描述向定量表达过渡，应用方向转向环境研究。 GIS的最新发展 1、空间数据库趋向“三库”一体化：面向对象的数据模型及图形矢量库、影像栅格库和DEM格网库； 2、空间数据表达趋向多尺度； 3、数据挖掘技术可发现更多知识； 4、互联网推进互操作及地学信息服务业； 5、将形成较完整的理论框架体系。 3S技术的集成模式 目前，3S技术集成主要还是采用两两集成的模式，即通过3S技术与功能的两两组合，共同作用，形成有机的一体化系统，已快速准确的获取具有定位功能的对地观测信息，实现对系统信息的实时更新和对地表现象与过程的综合分析。其主要技术思路如图。 两两集成和整体集成（手机） 3S技术的集成的关键技术 1、多源、多时相、多尺度信息的获取技术：遥感技术、GPS技术、空三摄影测量技术、定位定向系统技术、
名词解释: 1 多光谱合成图像：multi-spectral posite imagery ，把同一地区多光谱影像，配以 红、绿、蓝等多波段图像进行校正、配准、融合形成的图像。 2. 二值图像：binary image ，是指每个像素不是黑就是白，其灰度值没有中间过渡的图像。 3. 非监督分类：是以不同影像地物在特征空间中类别特征的差别为依据的一种无先验（已知）类别标准的图像分类，是以集群为理论基础，通过计算机对图像进行集聚统计分析的方法。根据待分类样本特征参数的统计特征，建立决策规则来进行分类。而不需事先知道类别特征。把各样本的空间分布按其相似性分割或合并成一群集，每一群集代表的地物类别，需经实地调查或与已知类型的地物加以比较才能确定。是模式识别的一种方法。 4. 辐射校正：radiometric correction ，是指对由于外界因素，数据获取和传输系统产生 的系统的、随机的辐射失真或畸变进行的校正，消除或改正因辐射误差而引起影像畸变的过程。 5. 几何配准：geometric registration ，将不同时间、不同波段、不同遥感器系统所获得 的同一地区的图像（数据），经几何变换使同名像点在位置上和方位上完全叠合的操作。 6. 拓扑关系：topological relation ，指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关 系。即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接、关联、包含和连通关系。 7. 导航电文：导航卫星信号一般由3部分组成：载波信号、伪随机噪声码（测距码）和数据码。其中，数据码是卫星以二进制码流形式发送给用户的导航定位数据，通常称为导航电 文。导航电文（Navigation Message ）是由GPS卫星在L1和/或L2信号上，以50bps电文 包含播发的1500bit导航电文。电文包含有系统时间、时钟改正参数、电离层延迟模型参 数、卫星星历及卫星健康状况、由C/A码捕获P码的信息等。这是为了给用户提供时间、 位置坐标。速度等结果数据，而用于GPS B号处理的有关信息。导航电文同样以二进制码 的形式播送给用户，因此又叫数据码，或称D码。 8. GPS多路径误差：测站周围的反射物所反射的卫星信号（反射波）进入接收机天线，将 和直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏低，产生所谓的“多路径误 差”。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。
3S参数及主要特征（P6） ?"3S"集成的关键技术 集成的关键技术可分为五个方面 （1）多源、多时相、多尺度信息的获取技术（2）多源、多时相、多尺度信息的集成技术 （3）空间信息的动态管理与综合分析技术（4）"3S"技术集成的数据通信与交换技术 （5）"3S"技术集成的虚拟现实与可视化技术 RS 遥感定义：通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获得其反射、散射和辐射的电磁波信息，进行处理、分析与应用的一门科学和技术 主动遥感：传感器主动的发射一定的电磁波能量并接收目标的后向散射信号。 被动遥感：传感器不向目标发射电磁波，仅被动的接收目标物的自身发射和对自然辐射的反射能量。 遥感的特点与应用：大面积同步观测、时效性强、数据的综合性和可比性好、较高的经济效益和社会效益、一定的局限性、大面积实时观测、信息客观真实、20世纪地球科学进步的一个突出标志是人类脱离地球从太空观测地球 电磁波普：按电磁波在真空中的传播波长和频率，递增或递减的排列，则构成了电磁波普 大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的波段 地球辐射的分段特性：1）0.3-2.5微米波段（主要在可见光与近红外波段），地表以反射太阳辐射为主，地球自身的辐射可以忽略。2）2.5-6.0微米波段（主要在中红外波段），地表反射太阳辐射和地球自身的热辐射为被动遥感的辐射源。3）6.0以上的红外热波段，地球自身的辐射为主，地表反射太阳辐射可以忽略不计。 植被的波普特征：1）可见光波段：在0.45微米附近区间兰色波段有一个吸收谷，在0.55微米附近区间绿色波段有一个反射峰，在0.67微米附近区间红色波段有一个吸收谷。2）近红外波段：从0.76微米处反射率迅速增大，形成一个爬升的陡坡，至1.1微米附近有一个峰值，反射率最大可达50%，形成植被的独有特征。3）中红外波段：1.5-1.9微米光谱区反射率增大，在1.45微米，1.95微米和2.7微米为中心的附近区间受到绿色植物含水量的影响，反射率降低，形成低谷。遥感数据的分辨率：
1.国内外测绘卫星发展现状 1.1国内测绘卫星发展现状 1.1.1中国资源一号卫星 我国为主研制的第一代数字传输型地球资源卫星，也称中巴地球资源卫星。时间：1999年10月 功能：用先进的空间遥感技术，为调查、开发、利用和管理国上资源服务，其成果可广泛应用于农、林、牧、地测绘、海洋气象等国民经济众多领域。现状：到2000年12月底，中国3 个地面站和应用中心获取了该卫星9 万多景遥感数据。 1.1.2 中国资源二号卫星 中国自行研制的传输型遥感卫星“中国资源二号”卫星，确保了卫星系统长期连续稳定运行、增强中国国土资源勘察能力、促进航天领城国际合作、推动中国国民经济又好义快发展。 时间：2002 年10 月 功能：现有资源一号、资源二号系列U星可提供中等分辩率遥感影像，用于1：100万和1:25万地形图更新。2007年发射的02B星和计划中的CBF RS-3/4的商分辨率影像原则上可对1：5万和1：2.5万的基础地理信息进行部分要素的更新。 1.1.3中国资源三号高精度立体测绘卫星 时间：2012年1月9 月 特点：搭载有三台三线阵相机和一台多光谱相机、设计寿命为5 年。正视全色相机影像分辩率为2.1米，前后视相机影像分辨率为3.5 米，多光谱相 机影像分科率为5.8 米。 功能：长期、连续、稳定快速地获取覆盖全国的高分率立休影像和多光谱影像，为全国1：5 万基础地理信息产品的生产、1：2.5万与更大比:例尺地图 的修侧更新提供影像资源，为数字中国建设、地理国情监测、经济社会发展提供基础性、战略性地理信息资源，为国土资源调查、防灾减灾、生态建设与坏境保护、城市规划建设与管理，以及国防和军队建设等提供有效服务。 1.2国外测绘卫星发展现状 1.2.1美国 日前，美国商业测绘卫星主要有6颗，分别是GeoEye-I、Worldview 1/2、QUICK-BIRD 和IKONOSS摄影测量卫星，以及GRACE重力测量卫星。
3S技术集成在精细农业中的应用 姓名 学号 摘要：本文分别论述了3S技术中遥感技术（RS），全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）在精细农业中的应用，并总结了它们综合应用给精细农业带来的好处，同时简单分析了目前3S技术应用在精细农业上的不足和缺陷。 关键词：3S技术；精细农业；GPS；RS；GIS 1引言 我国是个以农业为本的国家，同时又是世界第一人口大国，我国的农业必须自给自足，因此提倡“高产，优质，高效”的现代化农业技术迫在眉急。早在1983年国外就有人提出“精细农业”的概念，并在发达国家得到很好的开展应用。所谓“精细农业”[1]指的是：在现代科学技术发展的基础上，特别是在计算机和信息科学技术发展的基础上，适应现代农业“提高产量，减少投入，节约资源，保护环境”的要求而引发的一场新的农业技术革命，代表着信息社会农业的发展方向。发展精细农业可以有效的解决我国农业人多地少，资源浪费的问题，解放农业生产所需的人口，促进农业的现代化、机械化，具有很大的潜力。 精细农业的发展受到3S技术的推动作用。由于民用3S技术的迅猛发展和成本的降低，3S技术在精细农业示范应用中预示着良好的发展前景。在3S技术支持下的精细农业具有技术性强，定量化，定位化的特点，代表了未来农业的发展方向。本文就简单谈谈3S技术在精细农业中的应用。 2 3S技术分别在精细农业上的应用 2.1 遥感（RS）在精细农业中的作用 众所周知，遥感技术指在遥感平台上，通过传感器获取地物的电磁波信息并识别目标几何物理特征的技术，其最大的特点是：对地物不接触而进行大面积的同步观测和具有很好的时效性。在农业生产中，准确及时地了解农作物的生长状况是十分重要的。这刚好给遥感这一先进技术有了发挥的平台，使遥感成为农业数据的重要来源之一。 利用遥感技术可以估算农作物的播种面积。通过较高分辨率的遥感影像可以估算农作物的种植面积；通过遥感影像的判读技术，获取不同农作物的分布区域，
关于3S技术的集成 3S技术集成的方式 目前“3S”技术的结合与集成研究已经有了一定的发展,正在经历一个从低级向高级的发展和完善过程。“3S”系统的低级阶段,系统之间是通过互相调用一些功能来实现的;“3S”集成的高级阶段,三者之间不只是相互调用功能,而是直接共同作用,形成有机的一体化系统,以快速准确地获取定位的现势信息,对数据进行动态更新,实现实时实地的现场查询和分析判断。其具体主要表现四种结合方式: (1) GIS与RS的结合; (2) GIS与GPS的结合; (3) RS与GPS的结合; (4) GIS、GPS和RS的结合。下面分别介绍： GIS与RS结合 GIS与RS的结合主要表现为RS是GIS的重要信息源, GIS是处理和分析应用空间数据的一种强有力的技术保证。两者结合的关键技术在于栅格数据和矢量数据的接口问题:遥感系统普遍采用栅格格式,其信息是以像元存储的;而GIS主要是采用图形矢量格式,是按点、线、面(多边形)存储的,它们之间的差别是影象数据和制图数据用不同的空间概念表示客观世界的相同信息而产生的。目前, RS与GIS一体化的集成应用技术渐趋成熟,在植被分类、灾害估算、图像处理等方面均有相关报道。 GIS与GPS结合 GPS和GIS结合,不仅能取长补短使各自的功能得到充分的发挥,而且还能产生许多更高级功能,从而使GPS和GIS的功能都迈上一个新台阶。通过GIS系统,可使GPS的定位信息在电子地图上获得实时、准确而又形象的反映及漫游查询。通常GPS接受机所接受的信号无法输入底图,若从GPS接受机上获取定位信息后,再回到地形图或专题图上查找,核实周围地理属性,如果把GPS接受机同电子地图相配合,利用实时差分定位技术,加上相应的通信手段组成各种电子导航和监控系统,可广泛应用于交通、公安侦破、车船自动驾驶等方面，GPS可以为GIS及时采集、更新或修正数据。如在地籍测量或外业调查中,通过GPS定位得到的数据,输入给电地图或数据库,可对原有数据进行修正、核实、赋予专题图属性以生成专题图。 RS与GPS结合 从GIS的角度说, GPS和RS都可看作数据源获取系统。然而, GPS和RS既分别具有独立的功能,又可以互相补充完善对方,这就是GPS和RS结合的基础。GPS的精确定位功能克服了RS定位困难的问题。传统的遥感对地定位技术主要采用立体观测、二维空间变换等方式,采用地—空—地模式先求解出空间信息影像的位置和姿态或变换系数,再利用它们来求出地面目标点的位置,从而生成DEM和地学编码图像。但是,这种定位方式不但费时费力,而且当地面无控制点时更无法实现,从而影响数据实时进入系统。而GPS的快速定位为RS实时、快速进入GIS系统提供了可能,其基本原理是用GPS/GPS/INS方法,将传感器的空间位置(Xs, Ys, Zs)和姿态参数(Φ、ω、k)同步记录下来,通过相应软件,快速产生直接地学编码。此外,利用RS数据也可以实现GPS定位遥感信息查询。 2GIS、GPS和RS集成 空间定位技术、遥感技术和地理信息技术的整体集成无疑是人们所追求的目标。这种系统不仅具有自动、实时地采集、处理和更新数据的功能,而且能够智能式地分析和运用数据,为各种应用提供科学决策咨询,并回答用户可能提出的各种复杂问题。在这个系统内, GIS相当于中枢神经, RS相当于传感器, GPS相当于定位器,三者的共同作用将使地球能实时感受到自身的变化,使其在资源环境与区域管理等众多领域中发挥巨大作用。 3S技术集成的应用前景 1在区域(遥感)地质中的应用 区域地质调查的首要任务就是要进行地质信息的获取,其中野外地质数据的采集是信息获取的重要来源。对于物化探测点及钻探井位坐标、水系沉积物或土襄取样等类型的数据,完全可以使用野外数据记录仪、GPS及RS技术来采集,而对于道路、河流等线性特征的数字化则可由GIS 来完成。这样不仅可以提高数据采集的精度,而且可以减少大量野外工作量、大大提高工作效率。2在区域重力勘查中的应用
3S技术 "3S"技术是英文遥感技术（Remote Senescing RS）、地理信息系统（Geographical information System GIS）、全球定位系统（Global Positioning System GPS）这三种技术名词中最后一个单词字头的统称。 RS（遥感）技术:RS技术是一种远离目标，在不与目标对象直接接触的情况下，通过某种平台上装载的传感器获取其特征信息，然后对所获取的信息进行提取、判定、加工处理及应用分析的综合性技术。 GIS（地理信息系统）技术:GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件技术的支持下，对空间相关的数据进行采集、管理、操作、分析、显示并采用地理模型分析方法，适时提供各种空间的动态的地理信息，为地理研究和决策服务建立起计算机技术系统。 GPS（全球定位系统）技术:GPS指利用卫星技术，实时提供全球地理坐标的技术系统。该系统具有全球连续覆盖，导航定位精度高、速度快、抗干扰性强等优点，现已在全球广泛应用。 GIS（Geographic Information System）地理信息系统。顾名思义，地理信息系统是处理地理信息的系统。地理信息是指直接或间接与地球上的空间位置有关的信息，又常称为空间信息。一般来说，GIS可定义为："用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术"。从GIS系统应用角度，可进一步定义为："GIS由计算机系统、地理数据和用户组成，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息，从而为土地利用、资源评价与管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策服务"（陈述彭，1999）。 人类生活在地球上，80%以上的信息与地球上的空间位置有关。GIS的出现是信息技术及其应用发展到一定程度的必然产物。地理信息系统萌芽于上世纪的60年代。1962年，加拿大的Roger F. Tomlinson提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用地图数据，并建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息系统（CGIS），以实现专题地图的叠加、面积量算、自然资源的管理和规划等；与此同时，美国的Duane F. Marble在美国西北大学研究利用数字计算机研制数据处理软件系统，以支持大规模城市交通研究，并提出建立地理信息系统的思想。70年代是地理信息系统走向实用的发展期。美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对GIS的研究均投入了大量人力、物力和财力。到1972年CGIS全面投入
h n g s h e r 东 北 大 学 研 究 生 考 试 试 卷 考试科目： 3S 技术集成与应用 课程编号： 阅 卷 人： 考试日期： 2012.06 姓 名： 陈晓玲 学 号： 1101661 注 意 事 项 1．考 前 研 究 生 将 上 述 项 目 填 写 清 楚2．字 迹 要 清 楚，保 持 卷 面 清 洁 3．交 卷 时 请 将 本 试 卷 和 题 签 一 起 上 交 东北大学研究生院
3S技术集成与应用期末考试题 （共5题总分100） 一、简答题 1.简述3S技术集成与应用的目的和意义？（10分） “3S”是中国科学家按照GPS、GIS、RS字尾均有一个S，而这三者关系日趋紧密 结合，而构成的一个对地观测、处理、分析、制图系统。然而，对于3S的理解必须建 立在广义的基础上，包括GPS在内的一切定位、测量手段和多平台、多波段、高分辨 率的RS数据，通过含有ES（专家系统）的GIS，实现空间数据的自动采集、编辑、管理、分析、制图，进而为一切与地学科学相关的行业服务，实现地学信息的实时、自动、数字、智能化的应用，为各行各业的预测和决策服务。因此，3S不是GPS、GIS、RS 的简单组合，而是将其通过数据接口严格地、紧密地、系统地集成起来，使其成为一个大系统。 3S集成的目的是对现实世界或现实世界的自然现象通过计算机进行数字刻画、模 拟和分析，本质是对地理空间对象的地学特征进行空间描述与表达，包括从现实世界到比特世界以及从比特世界到计算机世界的两个转换过程，这两个过程是通过对空间对象的定位、地学信息的空间获取以及空间分析等功能的综合集成来实现的。 3S集成技术的发展，形成了综合的、完整的对地观测系统，提高了人类认识地球 的能力；相应地，它拓展了传统测绘科学的研究领域。目前，3S在资源与环境调查、 监测、评价中，在重大自然灾害监测、预警、评估、消灭对策中，对城市及经济技术开发区规划、开发、管理、评价中，在现代化军事作战指挥系统中有着广阔的应用前景。随着对3S技术研究的不断深入，其应用领域还在不断扩大。 2.简述物联网的定义和内涵？（10分） 顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核 心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的 协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 物联网不是一个简单的信息管理系统，而是一个涉及到多种学科领域（如生物、物理、通信、微电子、计算机等）的复杂信息系统，融合了感知和识别技术、网络通信技术、数据处理技术、信息安全技术等多种技术。 1)感知和识别技术 物联网要实现真正的“物物相连”，用于识别物体的电子标签技术（RFID 射频识别） 和感知物体的传感器技术至关重要。RFID 是通过空间电磁耦合技术利用射频信号实现 无接触信息传递的一项技术，最终能够通过所传递的信息识别物体。传感器是一种检测装置，它能感知到被测量的信息，并能将感知到的信息变换成电信号或其他形式的信号
东北大学 研究生考试试卷 考试科目：3S技术集成与应用 课程编号： 阅卷人： 考试日期：2012.06 姓名：陈晓玲 学号：1101661 注意事项 1．考前研究生将上述项目填写清楚 2．字迹要清楚，保持卷面清洁 3．交卷时请将本试卷和题签一起上交 东北大学研究生院
3S技术集成与应用期末考试题 （共5题总分100） 一、简答题 1.简述3S技术集成与应用的目的和意义？（10分） “3S”是中国科学家按照GPS、GIS、RS字尾均有一个S，而这三者关系日趋紧密结合，而构成的一个对地观测、处理、分析、制图系统。然而，对于3S的理解必须建立在广义的基础上，包括GPS在内的一切定位、测量手段和多平台、多波段、高分辨率的RS数据，通过含有ES（专家系统）的GIS，实现空间数据的自动采集、编辑、管理、分析、制图，进而为一切与地学科学相关的行业服务，实现地学信息的实时、自动、数字、智能化的应用，为各行各业的预测和决策服务。因此，3S不是GPS、GIS、RS的简单组合，而是将其通过数据接口严格地、紧密地、系统地集成起来，使其成为一个大系统。 3S集成的目的是对现实世界或现实世界的自然现象通过计算机进行数字刻画、模拟和分析，本质是对地理空间对象的地学特征进行空间描述与表达，包括从现实世界到比特世界以及从比特世界到计算机世界的两个转换过程，这两个过程是通过对空间对象的定位、地学信息的空间获取以及空间分析等功能的综合集成来实现的。 3S集成技术的发展，形成了综合的、完整的对地观测系统，提高了人类认识地球的能力；相应地，它拓展了传统测绘科学的研究领域。目前，3S在资源与环境调查、监测、评价中，在重大自然灾害监测、预警、评估、消灭对策中，对城市及经济技术开发区规划、开发、管理、评价中，在现代化军事作战指挥系统中有着广阔的应用前景。随着对3S技术研究的不断深入，其应用领域还在不断扩大。 2.简述物联网的定义和内涵？（10分） 顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 物联网不是一个简单的信息管理系统，而是一个涉及到多种学科领域（如生物、物理、通信、微电子、计算机等）的复杂信息系统，融合了感知和识别技术、网络通信技术、数据处理技术、信息安全技术等多种技术。 1)感知和识别技术 物联网要实现真正的“物物相连”，用于识别物体的电子标签技术（RFID 射频识别）和感知物体的传感器技术至关重要。RFID 是通过空间电磁耦合技术利用射频信号实现无接触信息传递的一项技术，最终能够通过所传递的信息识别物体。传感器是一种检测装置，它能感知到被测量的信息，并能将感知到的信息变换成电信号或其他形式的信号输出，以满足信息的传输、处理和控制等要求。 2)网络通信技术
2009年 第3期(总第181期) 黑龙江交通科技 HE I L ON GJ I A N G J I A O T ON G KEJ I No.3,2009 (Sum No.181) 3S 技术集成及其在公路测设中的应用 矫 震1,张彦秋2 (11黑龙江省公路勘察设计院;21绥化市辰兴路桥工程监理咨询有限责任公司) 摘 要:介绍了GPS,RS,GI S 以及3S 集成技术的定义、内容、特征;并阐述了4种集成方式及其在公路测设中 的应用,为开发和推广3S 技术提供参考。 关键词:遥感(RS );地理信息系统(GI S );全球定位系统(GPS );3S;集成;应用中图分类号:U412 文献标识码:C 文章编号:1008-3383(2009)03-0047-02 收稿日期:2009-01-16 3S 技术,系指地理信息系统(GI S,Geographical I nf or ma 2 ti on Syste m )、遥感技术(RS,Re mote Sensing )和全球卫星定位技术(GPS,Gl obal Positi oning Syste m ),这3项技术形成了对地球进行观测、空间定位及空间分析的完整技术体系。1 GPS 、RS 、GI S 简介1.1 GPS (1)定义。 GPS 是以人造卫星为基础的无线电导航定位系统,它是利用天空中均匀分布的24颗GPS 卫星轨道参数及其载波相位信号,通过地面接收设备接收其发射信息,实时地测定地面接收载体的三维位置。 (2)特征。 GPS 作为新一代卫星导航与定位系统,不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力,而且有良好的抗干扰性和保密性。相对于经典测量学来说,GPS 定位技术具有观测点之间无需通视;定位精度高;观测时间短;提供三维坐标;操作简便;全天候作业等主要特点。由于其高度自动化及其所达到的精度和巨大潜力,目前已广泛渗透到经济建设和科学技术的许多领域,在地球科学研究、大地测量、摄影测量的野外控制、普通及精密工程测量以及公路控制测量等各个测绘应用领域得到广泛应用。航空摄影和摄影图像处理为大规模地采集地形数据提供了快捷。 (3)在公路测设中的应用。目前主要有以下几方面。①控制测量;②大比例地形图的绘制;③路线中桩实地放样;④道路纵断放样和土石方计算。 传统方法测图,先要建立控制点,然后进行碎部测量,绘制成图,工作量大,费工费时;用实时GPS 动态测量,只需在沿线每个碎部点停留1～2m in,即可获得每点的坐标。采用实时GPS 测量,只需将中桩点坐标输入到GPS 电子手簿中,系统软件就会自动定出放样点的点位。因每个点测量都是独立完成的,不会产生累计误差。1.2 RS (1)定义。 遥感字面上讲就是遥远感知,一般地就是指从远距离、高空以至于外层空间的平台上利用可见光、红外、微波等探测识别地面物质的性质和运动状态。 (2)特征。 RS 技术的全天候、多时相以及不同的空间观测尺度,是动态监测地球资源与环境的有力武器,当前,遥感技术正在向多尺度、多频率、全天候、高精度、高效快速的方向发展。 (3)在公路测设中的应用。 随着空间技术的飞速发展,遥感图像宏观、逼真、直观、丰富的信息为公路选线提供了有利条件。应用遥感技术,如把野外现场搬回室内进行研究,不但能提高公路的选线质量,而且能加快测设进度,减少测设成本。RS 技术在公路勘测设计中的应用目前主要是利用卫星照片或航片上含有的丰富信息,通过立体观察和像片判译并经过计算机的自动处理,自动识别从而获得与路线设计相关的各种地质、地貌、水文、建材、地质构造等资料。 目前利用遥感技术在公路工程预、工可阶段主要做以下几个方面的工作。 ①帮助设计人员对路线所经区域地形、地貌、水网、路网以及居民地进行概要判读,以了解其对路线的影响,有利于路线方案的优化; ②帮助设计人员了解不良工程地质现象对路线的影响程度,以便提早改线,避免损失; ③帮助设计人员了解沿线土壤和植被类型,了解农作物和经济作物的分布情况,有利于环保对策的制定; ④帮助设计人员了解沿线建筑材料的分布、储量、开挖、运输条件,为施工创造良好条件。1.3 GI S (1)定义。 地理信息系统是以地理空间数据库为基础,在计算机软硬件的支持下,用于空间和地理有关的数据的采集、存储、提取、检索、分析、显示、制图,实现综合管理和分析应用的技术系统。 (2)特征。 GI S 是空间数据的管理系统,是空间数据和属性数据的综合体。从系统论和应用的角度出发,地理信息系统被分为4个子系统,即计算机硬件和系统软件,数据库系统,数据库管理系统,应用人员和组织机构。GI S 融合了多门学科成果,包括计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、信息论、应用数学、管理科学等。它的主要任务是空间分析,具有知识维、逻辑维、时间维三维结构。从学术观点来看,人们对GI S 有如下3种观点:地图观,数据库观,空间分析观。 (3)在公路测设中的应用。 GI S 技术作为信息高速公路建设的核心构件,是各种空间信息在计算机平台上进行装载运送和综合分析的有效工具。目前开发的公路地理信息系统也多是为公路管理和养护部门进行宏观管理、分析决策提供服务。基本信息、道路桥梁信息、管养机构信息查询、图表输出等。在公路勘测设计领域的应用还只是刚刚起步。2 3S 集成2.1 集成的含义 此处的集成是由英文“I ntegrati on ”一词翻译而来,包含 ? 74?