3S 技术的发展_现状及其趋势综述
3S 技术的发展、现状及其趋势综述
1 ,
2 1 ? 曾文英, 王明文
( 1 . 江西师范大学计算机科学与技术学院, 江西南昌330027 2 . 新余高等专科学校计算机与信息工程系, 江西新余)338031
摘要: 对GPS , GIS , RS 3 种技术的起源及各自发展历程进行了回顾, 并且阐述了 3 种技
术在发展中的交叉渗透, 相互融合而成为现在一个在理论和应用两方面都受到广泛关注
的研究热点。特别地对3S 技术在我国的应用和发展作了详细介绍。最后对
3S 技术的
发展趋势作了一点预测。
关键词:3S ; GPS ; GIS ; RS ; 发展; 趋势
() 中图分类号:P208 ;TP18 ;TP75 文献标识码:A 文章编号:1008 -
6765200302 - 0016 - 09
)(全球定位系统是英文缩写词NAVSTARGPS GP引言()所谓3S技术即全
球定位系统GPS 地理信息系(Navigation System Time And Ranging n Global Positioning ()() 统GIS、遥感RS技术的总称。因为三者常常集成)
System的简称。全称为“测时测距导航系统n全球定为一个综合的应用系统,GPS进行实时定位,RS进行位系统”。GPS是由美国研制，并于九十年代投入实数据采集更新, GIS 进行空间分析和综合处理等。其际应用的卫星定位系统。其主要目的是为飞机和船实三者既相对独立, 又密切关联。3S 在工业、农业、国
防、交通、环保等众多领域得到广泛应用, 并且不断拓舶导航定位等多种目的。GPS技术已在航空、航天、展应用范围，取得了巨大的社会效益和经济效益, 受航海、军事、地质、石油、勘探、交通、测绘等领域得到到世界各国的重视和社会公众的关注, 是当前IT 界广泛的应用。 1 及相关应用行业的热门技术之一。( GPS 定位分为标准定位服务SPSStandard Position2
3S 作为空间信息技术的代名词, 包含了卫星通) ( ing Service 和精确定位服务PPSPrecise Positioning Ser2 信、航天航空遥感、卫星定位技术和地理信息系统技) vie 。标准定位服务的主要对象是广大的民间用户; 术等专业领域, 是当前人类快速获取大区域地球动态精确定位服务的主要对象是美国军事部门和其他特和定位信息的唯一手段。3S 的应用改变人类观测地( 许的部门。主要原因是美国实施的SA 策略Selective 球和信息处理的方式, 大大开拓了人类的视野, 极大) () Availability2000 年5 月美国总统宣布停止SA 政策。增强了人类认识世界的能力, 对21 世纪人类的世界鉴于此, 国际社会致力于研制发展与美国GPS 类似的观和生活、生产以及信
息交流方式将产生深远的影纯民用的GNSS。
响。 1. 2 GIS 1 3S 基本概念( ) GISGeographic Information System 即地理信息系 1. 1 GPS 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
[ 收稿日期]2003 - 04 - 16() [ 作者简介] 曾文英1967 - , 女, 江西乐安人, 在职硕士生, 新余高等专科学校副教授, 主要从事GIS 、Agent 技术研究。
取、检索、分析、显示、制图, 实现综合管理和分析应用间数据为基础的国家级大项目一一上马, 使得3S 产的技术系统。可应用于测绘、勘探、管
线、水利、环保、品大量地涌向市场, 为3S 技术进入市场创造了良好军事、资源利用、城市规划和管理、土地利用与管理、的条件。
经过“六五”至“九五”连续四个五年科技计划的自然灾害预测、人口统计等领域。GIS是空间数据的
管理系统, 是空间数据和属性数据的综合体。它可以支持, 尤其在“八五” 和“九五”期间科技攻关计划和高( () 管理海量数据, 浏览、查询, 进行空间分析路径分析、技术研究发展计划863 计划的大力支持下, 我国遥
包含分析、断面分析、格网分析、专业分析、生成数字, 地理信息系统技术和全球导航定位系统技术感技术) () 模型、制图等。从系统论和应用的角度出发, 地理信一般统称“地理空间信息技术”得到了重大发展并息系统被分为四个子系统, 即计算机硬件和系统软取得了一系列重大成果。
件, 数据库系统, 数据库管理系统, 应用人员和组织机 2. 1 GPS 构。( 自1957 年10 月第一颗人造地球卫星以下简称GIS 融合了多门学科成果, 包括计算机科
学、地理) 卫星发射成功,40 多年来, 航天技术在通信、资源勘学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、信息论、应用数察、气象、导航、遥感、测绘、地球动力、天文和生物等学、管理科学等。它的主要任务是空间分析, 具有知各个学科领域得到极其广泛地应用, 对政治、经济、军识维、逻辑维、时间维三维结构。从学术观点来看, 人事以至人类社会生活都产生了广泛而深刻的影响, 促 2 3 们对GIS 有如下三种观点: 地图观, 数据库观, 空间进了现代科学技术的进步。分析观。它们分别来自景观、制图学派, 计算机学派, 全球定位系统GPS 是在美国1964 年建成的“海地理学派。而GIS 的空间分析功能是它与AD 、MIS 等军导航卫星系统” NNSS〔Navy Navigation Satellite 系统的主要区别之一, 也是GIS 理论和技术方法发展
Syetem〕的基础上发展起来的。它采纳了NNSS成功的的动力。经验,克服了NNSS的缺点，采用“多星、高轨、高频、测
时一测距”体制, 实现了全球覆盖、全天候、高精度、实 1. 3 RS ( ) 时导航定位。RSRemote Sensing 即遥感, 是在高空或远距离处, 利用传感器接受物体辐射的电磁波信息, 经加工GPS 始于70 年代, 由美国政府组织研制,90 年代处理成可识别的图像或电子计算机用的记录磁带, 揭全部建成, 这一系统主要由空间星座、地面监控和用示被测物体的性质、形状和变化动态。遥感技术包括户设备组成。自1973 年以来, 经过三个研制阶段, 耗传感器技术, 信息传输技术, 信息处理、提取和应用技时20 年, 投资300 亿美元。美国于1993 年6 月26 日术, 目标信息特征的分析与测量技术等。遥感技术可已将GPS21 颗卫星和 3 颗备用卫星全部发射入轨。
应用于气象、地质、地理、农业、林业、陆地水文、海洋、故空间星座部分由24 颗卫星组成, 卫星轨道帄均高
测绘、污染监测及军事侦察等领域。20200km , 在地球上和近地空间上任何一点, 均可连度
遥感通常按其承载传感器的帄台不同分为航天续同步地观测 4 颗以上卫星、实现全球、全天候连续遥感、航空遥感、地面遥感。根据获取的电磁波波段导航定位。后为了提高精确度, 美国国防部在实际运
行时, 又增加了 4 颗卫星, 使得卫星总数达到28 颗。不同, 可分为可见光遥感、红外遥感、微波遥感、紫外
遥感。遥感具有可获取大范围资料、信息量大、快速、一些国家和地区, 从自身的技术经济和国家安全利益周期短和受限制少等特点, 目前遥感技术正经历着从出发, 纷纷建立或规划建设新的区域性的卫星定位系
( ) 定性向定量、从静态向动态的发展变化o 统, 如俄罗斯新一代的GLONAS、S 美国的
()()()WASS 、欧洲的EGNOSS日本的MTSAS等,这一2 3S 发展及其现状领域的国际竞争和国际合作正在出现新的格局。现(从2000 年开始, 由于“数字地球” 1998 年美国副在以GPS 为核心的卫星导航定位技术应用在) 总统戈尔首次公开提出这一概念在美国的兴起, 中4 中国已经有15 年左右的发展历程。我国已建立了国政府也开始认识到数字化不仅仅是硬件、软件和帄
国家GPS A 级、 B 级网和由若干GPS 跟踪站组成的国台技术, 而更多的应该与空间技术相关, 与3S 技术相
家GPS 连续观测网络, 形成了一个以卫星定位技术为关的空间技术应用也被越来越多的人所认知。近一
主, 绝对精度为0. 1 - 0. 2 米, 相对精度较好的并纳入两年, 像“数字奥
运”“、数字城市”、“数字流域”等以空
( ) 国际地球参考框架ITRF 中的现代大地测量基准。, 国产地理信息系统软件产经过“九五”科技攻关
同期, 开发并完成了服务实时和非实时的差分定位系品和软件产业从无到有, 从小到大, 取得了长足的进统, 可广泛应用于公安、银行和公共交通工具的指挥, 步。在地理信息系统软件帄台方面“, 九五”期间已经调度及空间信息的快速获取等领域。研制开发成功二个成熟的基础软件产品和一个应用
开发帄台, 在市场上占有一定的份额, 有相当的知名为了推动我国的全球导航定位系统的应用, 我国
度。例如, 基础软件Map GIS 可对数字、文字、地图、遥除了利用美国的GPS 卫星外,2000 年我国已成功发射
感图像、GPS定位数据等多源地学数据进行有效的采北斗一号双星系统，成为世界上除美国, 俄国以外第 4 集和一体化管理、综合空间分析和可视化表示, 已经三个拥有卫星导航系统的国家。目前在中国, 绝大
形成了一个完整、成熟的地理信息系统基础软件, 每多数应用仍然以美国的
GPS为核心,应用相关市场至
年销售达1000 余套。整体水帄与国外同类软件相少95 % 以上建立在GPS 卫星系统之上, 由北斗一号双
当。特别是它的空间分析性能, 较国外优秀软件有明星系统建立的时间太短, 这种情况在短期内不会改
显的优势。又如, 基础软件GeoStar 具有面向对象的变。还在探索与欧洲的合作, 如GAL IL EO 系统合作计
空间数据管理, 包括数据采集、转换、处理、查询、分划。
析、制图等功能。它的DEM 处理能力, 在精度方面已 2. 2 GIS 5 经超过国外同类优秀软件, 在我国 1 :1 万七大江河流GIS 始于60 年代的加拿大与美国, 尔后各国相域DEM 数据生产上发挥了重要的作用。除了基础软继投入了大量的研究工作。1963年，加拿大学者R.件以外，AM n FM应用开发帄台Grow 具有大数据量管F. Tomlinson 首先提出了地理信息系统这一概念, 并开
()发出了世界上第一个地理信息系统CGIS。随着计
算机软硬件和通讯技术的不断进步, 地理信息系统的理论和技术方法已得到了飞速的发展, 其研究和应用已渗透到自然科学及应用技术的很多领域, 并日益受理和高效的实时三维显示、具备动态拓扑实时重构、到各国政府和产业部门的重视。自80 年代末以来, 面向对象建模、支持网络浮动用户管理与设备全生命地理信息的处理、分析手段日趋先进, GIS 技术日臻成周期管理、与实时通信底层紧密耦合等
AMI FM领域熟，已广泛地应用于环境、资源、石油、电力、土地、交特殊要求的功
能, 可以在广域环境中组织多级分布式
多用户协同工作, 整体技术上达到国际先进水帄, 在
多次与国外软件竞标中获胜。在空间数据获取和加
工生产方面,数据加工软件GeoWay EPS2000系列和
通、公安、急救、航空、市政管理、城市规划、经济咨询、数字正射影像处理软件PhotoMapper 等支持地图扫描
灾害损失预测、投资评价、政府管理和军事等与地理数字化、野外直接采集数字化地理数据、利用卫星和坐标相关的几乎所有领域。, 形成了完整的空航空遥感图像生产数字正射影像图
( ) 中国地理信息系统协会GIS 协会于1994 年4 间数据采集、加工生产帄台, 基本上占领了我国空间
数据生产方面的地理信息系统软件市场。在地图出月25 日在北京成立。1996 年在美国成立了开放地理
( ) 信息联合会OGIS ,Open GIS Consortium, 版领域现有十几个, 国产地图出版软件“方正智绘”和MapCAD在国家的100多个成员,主要研究和建立了开放式地理功能和性能上已经超过了国外同类软件, 牢牢地占据
( 数据交互操作规程OGIS ,Open Geodata Interoperability 了国内工程地图出版市场。此外, 在地理信息系统互
) Specification 。美国ESRI 是目前唯一支持全系列操作联网应用方面, 国产软件已经填补了国内在这一领系统的GIS 厂商, 其Arc GIS 系列是当今世界最完整的域的空白。已经广泛地应用于国内地理信息发布、交