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面向星球探测的岩石三维表面评估技术

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第３８卷　

、，０Ｉ－３８　第２期　

Ｎｏ．２　计算机工程　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｆｆｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１２年１月　

Ｊａｎｕａｒｙ　２０１２　

・工程应用技术与实现・　文章编号：１ｏ００－＿＿３４２８（２ｏ１２）ｏ２—＿ｏ２４０＿＿一ｌ２　文献标识码：Ａ　中图分类号；ＴＰ３９１　

面向星球探测的岩石三维表面评估技术　

高宏伟，李斌，陈付国　

（沈阳理工大学信息科学与工程学院，沈阳１１０１５９）　

摘要：针对星球探测任务中的岩石采样问题，利用双目立体视觉装置采集不同岩石图像，采用立体视觉算法获得岩石表面的三维点云数　

据。以三角剖分后生成的三角片法向量夹角为基本元素，提出基于Ｃ均值聚类的岩石表面评估算法，对岩石平整三维表面进行评估计算，　

并用不同颜色加以区分。仿真结果证明了该算法的有效性。　关健诃：星球探测；立体视觉；Ｃ均值聚类；岩石评估　

Ｒｏｃｋ　３Ｄ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｐｌａｎｅｔａｒｙ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　

ＧＡＯ　Ｈｏｎｇ・ｗｅｉ，ＬＩ　Ｂｉｎ，ＣＨＥＮ　Ｆｕ－ｇｕｏ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ｌｉｇｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１　１０１５９，Ｃｈｉｎａ）　

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｏｃｋ　ｓａｍｐｌｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｉｎ　ｐｌａｎｅｔａｒｙ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｔａｓｋ，ｂｉｎｏｃｕｌａｒ　ｖｉｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｓａｍｐｌｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｒｏｃｋ　ｉｍａｇｅｓ　

ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｏｃｋｓ’ｓｕｒｆａｃｅ　３Ｄ　ｐｏｉｎｔ　ｃｌｏｕｄ　ｄａｔａ　ａｒｅ　ａｃｑｕｉｒｅｄ　ｂｙ　ｓｔｅｒｅｏ　ｖｉｓｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｐｌａｎｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｏｃｋ　ｉｓ　ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ　ｅｖａｌｕａｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｃ—ｍｅａｎｓ　ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ　ｐｉｅｃｅｓ’ｎｏｒｍａｌ　ｖｅｃｔｏｒ　ａｆｔｅｒ　ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　

ｐｌａｎｅ　ｉｓ　ｓｉｇｎｅｄ　ｂｙ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｌｏｒ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈｅ　ｖａｌｉｄｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓｌ　ｐｌａｎｅｔａｒｙ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ；ｓｔｅｒｅｏ　ｖｉｓｉｏｎ；Ｃ—ｍｅａｎｓ　ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ；ｒｏｃｋ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　

Ｄ０Ｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—３４２８．２０１２．０２．０８０　

１概述　

我国月球探测系统工程已正式立项并实施，月球探测二　

期工程将发射月球探测器登陆月球，而实施这一目标的重要　

手段之一就是月球漫游车。目前，国内已有一批高校和科研　院所进行了一些月球车方面的预研工作，并取得了一些成　

果…。实现月面漫游是月球车进行其他后续工作的基础，而　

立体视觉系统提供的地形信息则是实现月球车安全漫游的关　键。除此之外，立体视觉系统还可以为车载机械臂提供待考　

察岩石的三维信息。本文以双目立体视觉定位技术为依托，　

针对车载机械臂待考察的岩石为目标，研究岩石重建及表面　

评估技术。　

２双日立体视觉　

２．１双日传感器标定　采用考虑径向畸变的Ｔｓａｉ经典两步方法在高精度的标定　

台上进行标定。在Ｔｓａｉ两步法的第１步中要标定３ｘ３的旋转　

矩阵　、尺度因子Ｓ　、ｔ　和ｔ、，是平移矩阵　的前２个元素。　

第２步要标定焦距　厂、ｆ　和径向畸变ｋｔ。在七ｌ＝０时计算＿厂　

和ｔ　的初值，然后根据ＲＡＣ（Ｒａｄｉａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ　Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ）模　

型　迭代求取ｆ、ｔ，和ｋ．的最优值。　

２．２立体匹配　本文采用双向灰度相关匹配技术，对于一个候选匹配点　

进行双向确认，这对于剔除奇异点会起到较好的作用　ｊ。具　

体做法是读取２幅图像，以存储左图数据数组的第】个元素　

为基准，在算法设定的搜索空间内在右图中通过灰度相关法　

搜索候选匹配点，记录分数值最大的点。以刚才记录的右图　

中最大分数值的点为基准，反过来在左图中进行相关分数值　

最大的候选匹配点的搜索并记录，判断该点与左图中的基准　

点是否相同，相同则认为匹配正确并保存匹配点对。依次类　推完成剩余的交叉互相关匹配工作。　

２．３三维重建　最为常用的方法是利用标定得到的相机参数根据最小二　

乘法求解空间点三维坐标，然后再根据三角剖分算法和纹理　映射算法在计算机屏幕上形成重建物体的三维造型　ｌ。　

３岩石三维表面评估技术　

３．１　Ｃ均值禀类　由于研磨对象由操作者选取指定，一般多选取人眼能分　

辨出来的有平整表面的岩石，且近似平整表面个数可以凭肉　

眼直接判断，这便使得岩石表面自动评估算法的实现成为可　

能。Ｃ均值算法只用一个聚类中心点作为一类的代表，一个　

点往往不能充分反映该类的分布结构，从而损失很多有用的　

信息。为此，可以对Ｃ均值算法的Ｃ类进行调整，采用类核　代替类心，即采用改进的Ｃ均值算法，以提高其分类性能　０。　

Ｃ均值聚类算法步骤如下：　

（１）设己标准化的待分类特征向量集ｘ．，Ｘ　，…，Ｘ　），Ｎ为　

待分类的特征向量的总数，希望它们分为Ｃ类。令特征向量　

Ｘｉ＝（　，ｘ２　，　）　，定义ｓｕｍ（ｉ）＝∑　。，且令ＭＡ＝ｍａｘ［ｓｕｍ（ｉ）】，　

ＭＩ＝ｍｉｎｌ　ｓｕｍ（ｉ）Ｉ，计算：　

ａｉ：—（ｃ－１）［ｓｕｍ—（ｉ）－Ｍ１］＋】，ｊ：１，２，…，Ⅳ　（】）　ＭＡ—ＭＩ　显然１≤ｑ≤ｃ，若ａ　最接近整数　，则把ｘ　分划至Ｗ　

中。对所有样本进行上述处理，就可实现初始分类，从而产　

基金项目：辽宁省教育厅基金资助项目（２００８０６１１）　作者筒介：高宏伟（１９７８一），男，副教授、博士，主研方向：计算机　

视觉，图像处理；李斌、陈付国，硕士研究生　收稿日期：２０１１－０７—１１　Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｈｗ１９７８＠ｓｏｈｕ．

ｃｏｍ　第３８卷第２期　高宏伟，李斌，陈付国：面向星球探测的岩石三维表面评估技术　２４１　

生初始聚类中心ｚ　ｚ　，…，ｚ　，且ｋ＝０，ｋ代表迭代次数。　位置之间存在一定的偏离。三角剖分图像如图３所示。　

（２）计算各聚类Ｗ，的均值矢量“，和协方差阵　，。　

１　１　一　一　“，＝—　∑　，　７＝—Ｉ＿∑（　一ＵｆＵ　）　（２）　Ｊ　Ｊ　，　（３）将各样本　按最小距离原则分划到某一类中。采用类　

核代替类心的方法来定义一个类核函数Ｋ。：Ｋ（ｘ，Ｖｉ），表示　

类１．，，的分布情况。其中，　，是关于类　，的一个参数集，　

是一个样本。为了刻画待识别的样本　到　ｉ的接近程度，定　

义距离：　

．　一　ｄ（ｘ，ｗ　）　ｌｎｌｌ￣ｌ＋（　—ｕｊ）　’　（　—ｌｌＪ）一２１“　（３）　

（４）计算新类的聚类中心：　

，　、　１　ｚ　＝—　。　（４）　ｉＥｌ＇￣＿　如果没有样本改变其类别则停止算法，否则转步骤（２）。　

３．２基于ｃ均值聚类的岩石表面评估算法　以各个三角片的法向量为基本元素，采用ｃ均值聚类法　

对各三角片平面进行聚类，聚类算法步骤如下：　

（１）观察岩石图像判断岩石表面有几个近似的平整表面，　

以此作为聚类分析算法的输入，从而确定待分类个数　（大多　

数情况下，一般Ｋ＝２）。　

（２）求出构成岩石表面的所有三角片的重心和法向量。　（３）任意选取２个三角片的重心和法向量作为初始聚类　

中心。　

（４）对各法向量进行聚类，以向量间的夹角作为优化准　

则。与聚类中心法向量夹角小于５。的聚为一类。　（５）重新计算每类的重心法向量（每类所有法向量与各轴　

夹角的均值），以此作为下一次聚类的中心法向量，如此循环　

聚类直到相邻２次的聚类中心法向量夹角基本不变为止。输　

出聚类中心法向量及相应的重心三维坐标，供机械臂定位　

使用。　

４实验结果与分析　

为了验证本文算法的可行性，分别采集了不同距离与尺　寸的岩石图片，每种岩石上都有２个近似平整的表面。采用　

立体视觉算法对其进行三维重建，如图１、图２所示。　

圈＿　

（ａ）大岩石　（ｂ）小岩石　

图１原始岩石图像　

（ａ）大岩石　（ｂ）小岩石　

图２三维点云图像　

在摄像机标定过程中，本文采用欧式空间下的强标定，　

采样点的位置和数量决定了该标定模型应用到实际场景中的　

重建精度。图中重建数据包括了岩石、地面和背景，由于背　景距离摄像机镜头过远，超过了标定时的采样范围，对于这　

一类点的重建是根据原有标定模型推算出来的，因此与实际　嗣黛　

（ａ）大岩石　（ｂ）小岩石　

图３三角嗣分图像　

由三角剖分及纹理映射效果可以看出，距大岩石很远的　

背景树木精度并不高，但这并不会影响对岩石的重建和评估，　

只要在图像采集时使岩石在标定模型测量范围内即可，虽然　

远处背景的重建效果粗糙，但岩石的主体却十分清晰，并且　

三角剖分和纹理映射效果较好。　

图４是分别对２组岩石数据进行聚类后的结果。　

适　

（ａ）大岩石侧视图　（ｂ）大岩石聚类结果　

■薅　

（ｃ）小岩石侧视图　（ｄ）小岩石聚类结果　

图４岩石聚类结果　

大岩石被分为２类：岩石正表面和岩石上表面，虽然岩　

石正面的右下部分也是一个过渡圆滑的平整面，可供机械臂　

研磨，但其较小的曲率仅限制于相邻三角片之间，对于该圆　

滑平整面的整体来说，其最大角度范围已经超出三角片法向　量聚类的交角阈值，并且该表面的点云数据在数量上相对其　

他２个平整面较少，因此，在对三角片法向量进行聚类时，　

该部分的点云数据被滤除。　

５结束语　为解决星球探测科学考察任务中漫游车立体视觉系统的　

安全漫游问题，本文研究了岩石三维表面评估技术，提出聚　

类评估算法，并以实验证明了算法的有效性。下一步将实现　

全自动的多个岩石的分割与评估，为漫游车进行科学考察提　

供技术支撑。　

参考文献　

［１】　胡群芳，陈永杰．中国掀起月球车研制热［ＪＪ．中国航天，２００４，　

（５１：８－９．　［２］Ｔｓａｉ　Ｒ　Ｙ　Ａ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｃａｍｅｒａ　Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　Ｈｉｇｈ—　ａｃｃｕｒａｃｙ　３Ｄ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｖｉｓｉｏｎ　Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ　Ｕｓｉｎｇ　Ｏｆｆ－ｔｈｅ—ｓｈｅｌｆ　ＴＶ　

Ｃａｍｅｒａｓ　ａｎｄ　Ｌｅｎｓｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｏｂｏｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，　

１９８７，３（４）：３２３—３４４．　【３】高宏伟，李斌，梁英，等．立体视觉中误匹配滤波方法的　

研究［Ｊ］．计算机工程，２００８，３４（２０）：２１０—２１２．　

［４］　Ｍａ　Ｙｏｎｇｚｈｕａｎｇ，Ｌｉｕ　Ｗｅｉｊｕｎ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ　Ｍａｔｃｈｉｎｇ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　３Ｄ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．ｏｆ　ｔｈｅ　５ｔｈ　

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆ．ｏｎ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　

Ｓｈａｎｇｈａｉ，Ｃｈｉｎａ：ＩＥＥＥ　Ｐｒｅｓｓ，２００５．　［５】李峰，刘顺利，熊平，等．基于改进Ｃ一均值聚类算法的空　

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TRT物理探测法

TRT物理探测法

TRT物理探测法

ＴＲＴ探测法ＴＲＴ是隧道地震波反射层析成像技术的简称，该技术采用空间分布震源和检波器，采集空间波场信息，被用来构建描述隧道工作面前方及高于或低于隧道走向的不同地质状况（如异常岩体、岩性和喀斯特特征等）的三维结构图。

ＴＲＴ法有速度快、成本低、探测范围大与成果可视化的优势，但其预报精度相对较低。水平钻探方法有精度高、可排除水及有害气体的特点，但其有施工困难、作业时间长及费用高的缺点。为保证隧道超前地质预报速度的同时提高预报精度，综合应用上述两种方法可发挥两种方法各自特点，先采用ＴＲＴ做全洞段大范围预报，对ＴＲＴ预报中发现的不良地质段再结合水平钻探进行精确预报。

TRT(TrueReflectionTomography)真地震反射成像法是利用岩体中不均匀面的反射地震波进行超前探测，它是美国NSA工程公司开发的新方法，国外已实际应用。该法在观测方式和资料处理方法上与TSP法及负视速度法均有很大不同，它采用空间多点激发和接收的观测方式，其检波点和激发点呈空间分布，以便充分获得空间场波信息，从而使前方不良地质现象的定位精度大大提高；它的数据处理关键技术是速度扫描和偏移成像，不需要走时，因此，对岩体中反射界面位置的确定、岩体波速和工程类别的划分都有较高的精度，而且还具有较大的探测距离，应该说较TSP法有较大的改进。

测绘技术岩石工程测量方法

测绘技术岩石工程测量方法

测绘技术岩石工程测量方法

1. 引言

测绘技术在工程测量中发挥着重要的作用，尤其是在岩石工程中的测量方法更是关乎项目的安全和质量。本文将介绍测绘技术在岩石工程测量中的应用以及相关的方法和技术，以期为相关从业人员提供参考和指导。

2. 摄影测量法

摄影测量法是岩石工程测量中常用的一种方法。通过使用数码相机、航空相机等设备，将目标物体的照片进行拍摄，然后通过测量照片中的特定点的坐标，利用几何关系求解出目标物体的三维坐标。该方法可以高效地获取大范围的测量数据，并且精度可以达到亚米级。

3. 激光扫描法

激光扫描法是岩石工程测量中一种近年来新兴的技术。利用激光雷达设备对目标物体进行扫描，可以获取高精度的三维点云数据。通过对点云数据的处理和分析，可以得到目标物体的形状、尺寸和表面特征等信息。激光扫描法具有高精度、高效率和非接触的特点，被广泛应用于岩石工程中的隧道、堡垒和岩层等测量任务。

4. 非接触式测距仪

非接触式测距仪是一种通过光学或无线电技术实现测距的仪器。在岩石工程测量中，常用的非接触式测距仪有激光测距仪和雷达测距仪。这些仪器可以通过发射射线或电磁波并接收反射信号来测量目标物体的距离。非接触式测距仪具有高度自动化、精度高和快速测量的优势，在岩石工程中广泛应用于距离测量、位移监测等任务。

5. 全站仪 全站仪是一种综合测量仪器，集观测、计算和处理于一体。在岩石工程中，全站仪主要用于角度测量和距离测量，可以快速获取目标物体的空间坐标。全站仪具有测量精度高、测量范围广和操作简便等特点，被广泛应用于岩石工程中的地形测量、建筑测量和隧道测量等任务。

6. 地面形变监测

地面形变监测是岩石工程测量的重要内容之一。通过监测地面的形变情况，可以评估岩石工程的稳定性和安全性，并及时采取相应的措施。常用的地面形变监测方法包括测斜仪、水准仪和GPS监测等。这些方法可以实时监测地面的变形情况，并通过数据分析和处理，得出结论和预测。

烃源岩的定性评价

烃源岩的定性评价

烃源岩的定性评价

烃源岩评价主要回答研究区能否生烃、生成了多少烃类？即一个探区是否值得勘探、有利区在哪？

烃源岩定性评价

在第三～五篇中，已经分别介绍了有机质的产生、沉积及组成，有机质的演化和油气的生成及成烃模式，油气的组成、分类及蚀变。这些内容构成了油气地球化学的理论基础。不过，作为一门应用性学科，油气地球化学必需落实到应用上，其生命力也将与应用效果密切相关。因此，本篇将集中讨论油气地球化学在油气勘探开发中的应用。

经典的油气地球化学以烃源岩为核心，它主要服务于油气勘探，其应用主要体现在两方面，一是烃源岩评价，二是油源对比。烃源岩评价主要回答研究区能否生烃、生成了多少烃类？即一个探区是否值得勘探、有利区在哪？油源对比则主要回答源岩所生成的烃类到哪里去了？或者，所发现的油气来自哪里？从而为明确有利勘探方向服务。现代油气地球化学的研究重心已逐渐向油气藏转移，需要回答油气藏形成的机理、历史、过程和组分的非均质性及其在油田开发过程中的变化。它既可以服务于油气勘探，也可以服务于油气藏评价和油气田开发。 烃源岩对应的英文为Source rock，从本意上讲，它应该既包括能生油的油源岩，也包括能生气的气源岩，但过去多将它译为生油岩。其中的重要原因可能在于国内早期的油气勘探主要瞄准着对油的勘探。因此，油气地球化学所关注和研究的对象主要是油而不是气。这可能是早期的有关专著和教材也多冠以“石油”

而不是“油气”的原因所在。相应地，生油岩这一术语在地化文献中得到了相当广泛的沿用。随着我国对天然气重视程度的逐步、大幅提高，有关天然气的勘探和地球化学研究也越来越多，很多时候，需要区分油、气源岩。因此，本教材中以烃源岩替代早期的生油岩来涵盖油源岩和气源岩。由于这样便于“顾名思义”，目前已有不少学者都在这样使用术语，但不少文章、专著、科研报告广泛存在沿用和混用的情况。

关于烃源岩，不同学者的定义并不完全一致。Hunt（1979）认为，烃源岩指自然环境下，曾经生成并排出过足以形成商业性油气聚集数量烃类的任一种细粒沉积物。而Tissot等（1978，1984）倾向于认为烃源岩系指已经生成、或有可能生成，或具有生成油气潜力的岩石。从原理上理解，Hunt的定义更为合理。因为任一岩石都会或多或少含有有机质，因而都会有生成或者具有生成一定数量油气的能力，但它们并不都是烃源岩，只有对成藏做出过贡献的才能成为烃源岩。但从应用上看，可能Tissot等的定义更为实用。因为商业性的油气藏本身是一个随油价及勘探开发技术而变化的概念。同时，当对一个新区进行早期地球化学研究时，人们往往事先并不知道某一地层是否已经生成并排出过商业性的油气，但仍然将这种研究称为烃源岩评价。后面将会看到，烃源岩评价的结果，某些地层可能会归入差（烃）源岩（生油岩）中。文献中常常会见到未成熟源岩的概念。显然，差源岩、未成熟源岩就不一定生成并排出过商业性的油气，但仍然被称为源岩。

3S技术在地理教学中的应用

3S技术在地理教学中的应用

1

“3S”技术是英文遥感（Remote Sensing RS）、地理信息系统（Geographical

information System GIS）、全球定位系统（Global Positioning System GPS）的统称。遥感技术是信息采集（提取）的主力；全球定位系统是对遥感图像（像片）及从中提取的信息进行定位，赋予坐标，使其能和“电子地图”进行套合；地理信息系统是信息的“大管家”，为3S技术的核心。目前3S技术是解决人口、资源、环境及经济发展等重大地理问题的重要手段和关健技术。因此，《普通高中地理课程标准》要求：新的高中地理课程在必修、选修模块中必须介绍有关3S的知识，这是课程内容本身的要求。

另一方面，3S技术是地理课程独特的辅助教学技术。目前，中学生普遍不喜欢地理课，《普通高中新课程试验监测报告》显示：在七门学科当中，地理仅排在物理之后，居于第二难学课程，造成这一结果的一个重要原因是目前地理课程教学手段落后，在中学地理教学过程中，大多数教师仍然偏重如何辅助学生记忆，其手段仍然是以地理挂图和幻灯片等作为辅助工具，学生感到枯燥无味，因而教学效果不甚理想。因此地理教学改革的一个重要课题是使课堂教学整体优化，将信息技术引入地理教学，是改革教学方法和教学模式的重要途径之一，结合地理学科的特点，将信息技术中的高端3S技术用于地理教学，是地理教学发展的必然。

1.GIS技术及其在地理教学中的应用

地理信息系统是20世纪60年代中期才发展起来的新技术，至今已40多年，始终发展迅猛。国内外学者由于对GIS技术研究视角、应用目的的不同，所给出的定义也不尽相同，例如，美国学者Parker认为“GIS是一种存储、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统”；加拿大的Roger Tomlinson博士认为“GIS是全方位分析和操作地理数据的数字系统”；我国著名GIS专家陈述彭院士认为“GIS是在计算机软硬件支持下，把各种地理信息按空间分布或地理坐标，以一定格式输入、存储、查询检索、显示和综合分析应用的技术系统”。虽然这些学者对GIS的定义不尽相同，但都认为GIS具有数据的采集、管理、处理、分析和输出等基本功能。目前，GIS广泛应用于国民经济的各行各业，如环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。