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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 Positioning ()()

统GIS、遥感RS技术的总称。因为三者常常集成)

n Global

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 ( ) 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

时

( ) 定性向定量 、从静态向动态的发展变化 的 GLONAS、S 美 国 的

o

统 , 如 俄 罗 斯 新 一 代

()()()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