3S技术与测绘学科发展

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1、3S 技术与测绘学科发展姓名：庄敏 学号：21509102 学院：交通学院摘要介绍了3S, 即全球定位系统(GPS)、遥感(RS)、地理信息系统(GIS) 的基本概念及其理论技术与特点, 论述了3S 技术与测绘学科发展的关系。关键词全球定位系统；遥感；地理；信息系统；测绘学科Abstract: The basic concepts, modern techniques and characters of 3S, Global Positioning System (GPS)、Remote Sensing (RS) and Geographical Information System (GIS

2、) , were discussed in this paper. The relationship between 3S techniques and the development of surveying and mapping subject has been discussed. It must have positive influences on the development of surveying and mapping in the future.Key Words：GPS；RS；G IS；surveying and mapping subject0引言测绘学有着悠久的历

3、史，测绘技术起源于社会的生产需求，随着社会的进步而发展。测绘学的一个比较完整的概念是：研究实体（包括地球整体、表面以及外层空间各种自然和人造的物体）中与地理空间分布有关的各种几何、物理、人文及其随时间变化的信息的采集、处理、管理、更新和利用的科学与技术。测绘学的主要研究对象是地球，人类对地球形状认识的逐步深化，要求精确测定地球的形状和大小，从而促进了测绘学的发展。因此测绘学可以说是地球科学的一个分支科学。测绘学的研究成果主要是地图，地图的演变及其制作方法的进步是测绘学发展的重要标志。随着空间技术、计算机技术和信息技术以及通信技术的发展，测绘学这一古老的学科在这些新技术的支撑和推动下，出现了以“

4、3S”技术为代表的现代测绘科学技术，使测绘学科从理论到手段发生了根本性的变化。测绘学中出现了3S新技术，包括全球定位系统GPS、遥感RS、地理信息系统GIS。3S技术的集成，是GPS、RS、GIS技术的发展，并走向集成，是当前国内外的发展趋势。1“3S”的基本概念所谓“3S”, 即全球定位系统(GPS)、遥感(RS)、地理信息系统(G IS)。1.1 GPSGPS全球定位系统是英文Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的字头缩写词NAV STAR/GPS 的简称。它的含意是: 导航卫星测时和测距/全球定

5、位系统。该系统是美军自七十年代初开始研制的新一代卫星导航和定位系统, 是由卫星部分、地面控制部分和用户接收机而组成。1.2 RSRS 是英文Remote Sensing 的缩写, 意思是遥远感知。即从远距离高空及外层空间的各种平台上利用可见光、红外、微波等电磁波探测仪器, 通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理, 从而研究地面物体的形状、大小、位置及其环境的相互关系为变化的现代技术学科。1.3 GISGIS 是英文Geographic Information System的缩写, 通称地理信息系统。它是以采集、存贮、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面(包括大气层在内) 与空间和地理分布有关

6、的数据的计算机系统。该系统是由计算机硬件、软件、数据和用户的有机结合而构成。GIS 本身就是集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、空间科学、地球科学、信息科学等为一体的多学科的新兴边缘学科。它研究计算机技术与空间地理分布数据的结合, 通过一系列空间操作和分析, 为地球科学、环境科学、工程设计乃至国民经济发展、城市建设、管理和决策等提供有用的信息, 并回答用户提出的有关问题。2“3S”技术及其特点2.1 GPS技术及其特点GPS 是由24颗工作卫星和3颗备用卫星组成, 工作卫星均匀地分布在6个相对于赤道为55的近似圆轨道面上。轨道面之间的夹角为60, 轨道面的高度为20 200km。这一布

7、局可保证地球上任何一点在任意时刻均可同时收到4颗以上的卫星信号, 实现实时定位。GPS卫星发射的是一对相干波, 频率和波长分别为:fL1=157242MHz,L1=19cmfL2=122760MHz, L1=24cm在这个载波段上分别加上了C/A 码(粗码)和P码(精码)伪随机噪声码, p= 29.3m, c/p=293m。GPS 实时定位采用伪距法,测量卫星伪随机噪声的传播时间(伪距), 在任意时刻的瞬间同时观测4颗卫星的距离,则按距离交会法解算出四个未知数。载波相位差分是记录卫星信号与接收机参数信号之间的相位差,将许多单测点瞬时载波相位观测值进行组合,形成单差、双差和三差方式, 以后处理方

8、法消除各种系统误差，以提高精度,另外还可以减弱美国实施的SA 和A S 技术的干扰。实时差分GPS 是近年来研究的一个热门课题, 并取得了很大进展。从早期的仅仅位置改正数、伪距改正数到目前能将各种误差分离开来向用户提供卫星星历改正、卫星钟改正以及电离层延迟模型和对流延迟模型; 从单基准站差分系统发展到多基准站的局部或区域差分系统, 最近又出现了广域差分GPS 系统。GPS 的主要用途是实时导航和定位。在测绘学科中可以取代常规的大地测量仪器进行各种精度的定位, 其特点为:(1) 用途广泛。近年来对GPS 卫星应用开发表明, 用GPS 信号可以测量全球性的地球动态参数和全国性的大地测量控制网; 建

9、立陆地海洋大地测量基准; 监测现代板块运动状态、捕获地震信息、测定航空、航天摄影瞬间的像机位置, 甚至航片、主片的姿态参数, 进行工程建筑的设计、施工、验收和监测。因此, GPS 卫星定位技术在工程测量中有着极其广泛的应用前景。(2) 观测简便。GPS 系统的问世, 为解决测量外业观测时间长, 劳动强度大等问题开拓了广阔的途径。实践表明, 野外测量只需测量人员将天线单元准确安置在测站上, 接通电源, 启动接收单元。测量结束时, 再量天线高度即可。(3) 定位精度好。近年来, GPS 相对定位数据经过精细的处理, 可以达到 (5mm + 110- 8D) 的精度, 3cm 左右的三维精度, 这充

10、分说明GPS 卫星定位测量已达到厘米级的点位精度。对动态用户而言, 采用一定的精细测量方法(实时定位) 可获得高精度的动态测量结果。可以预计, 在下一个世纪初, GPS 卫星定位精度可以达到毫米级。另外, 据武汉测绘科技大学的研究结果表明, 用静态相对定位方法测出的大地高差误差可达34ppm , 当距离小于20km 时, 可达到厘米级精度。若引入高级水准点进行高程转换后, 在平地和丘陵地可达到5cm , 山区可小于20cm , 因此它可以代替四等水准测量。22RS 技术及其特点遥感的定义上已提及。遥感过程如下图所示:实现这个过程所采取的各种技术手段统称为遥感技术。包括: 遥感器技术, 是专门研

11、究制造感测目标信息和收集目标信息设备的技术; 信息传输技术, 是专门研究如何将遥感器收集、记录的信息资料传送到信息处理中心的技术; 实地采样技术, 是专门研究收集目标信息特征, 为处理目前信息资料时判别目标提供依据的技术; 信息处理技术, 是分析判释和应用技术, 包括信息数据的压缩、传输和校正技术、图象显示记录技术; 识别分析判释技术以及信息存贮和应用技术。遥感技术的主体是空间遥感技术。比较典型的如资源环境监测、气象预报等技术。美国在70年代初就发射了地球资源技术卫星, 我国也成功地发射了气象卫星。空间技术的主要特点是: 获取信息量大; 资料新颖, 能迅速反映动态变化; 获取的信息内容丰富;

12、成图迅速; 获取信息方便全天时、全天候, 不受地形限制等。这些特点, 不仅人类对宇宙和自然的认识有了新的飞跃, 而且还大大增强了改造自然, 开发和保护资源的能力。空间遥感技术可以在数百万公里的高度通过遥感平台获取各种大、中、小比例尺的遥感影像。可称之为现代遥感技术。现代遥感发展的特点: 不断研制新型传感器, 如航天摄影机、光电扫描仪、成像光谱仪、测视雷达等; 提供从粗到精的对地观测数据源; 可以反复地获得同一地区影像数据的多时相性; 能增加多谱段的遥感数据, 一方面充分利用能透过大气的各类电磁波谱段, 向红外、远红外和微波方面扩展, 另一方面则是细分光谱段。23 GIS技术及其特点计算机用于制

13、图和空间分析的历史表明, 在一些较为广泛相关的科学领域中, 数字自动获取、数据分析和数字表示等得到了同步发展。这些领域包括地籍、地形制图、专题制图、市政工程、地理、空间变化的数字研究, 等等。同步发展的结果是各领域应用做了许多重复工作, 也使学科间专用术语变得复杂, 当克服了技术和概念上的问题之后, 就可能将多种空间数据处理科学地连在一起, 即组成目前应用广泛的地理信息系统。如下图所示:地理信息系统是由三个重要部分组成: 计算机硬件设备; 一组应用软件模块; 恰当的组织联系。与一般的管理信息系统相比，地理信息系统具有以下特征：（1）地理信息系统在分析处理问题中使用了空间数据与属性数据，并通过数

14、据库管理系统将两者联系在一起共同管理、分析和应用，从而提供了认识地理现象的一种新的思维方法；而管理信息系统则只有属性数据库的管理，即使存储了图形，页往往以文件形式等机械形式存储，不能进行有关空间数据的操作，如空间查询、检索、相邻分析等，更无法进行复杂的空间分析。（2）地理信息系统强调空间分析，通过利用空间解析式模型来分析空间数据，地理信息系统的成功应用依赖于空间分析模型的研究与设计。43S 技术与测绘学科的发展3S 技术与测绘学科的发展有着密切的关系, 为测绘学科的发展提供了强有利的技术支撑。41GPS 使测绘学科发生了根本性转变GPS 定位系统由于其定位的高度灵活性和常规测量技术无法比拟的高

15、精度, 成为测绘学科中革命性的变化。因为测量点位不像经典三角测量那样有等级之分, 不存在误差的累积, 测点可以在真正需要的地方进行。无需过渡点, 而且观测点又与重力场发生关系, 避免了繁杂的运算, 取消了传统的平高分开的布网形式。除此之外, GPS 在科学研究中也有着极大的价值, 例如对板块运动的监测等等。42遥感技术所获得的遥感图像是重要的信息源遥感图像所提供的是景观实体影像, 又是一种空间信息。它与全球定位系统结合可为地理现象的空间分布提供了较高精度的定位、定量数据。此外, 卫星遥感信息具有覆盖面广和周而复始的特点, 更为测绘学科的宏观观测提供了前所未有的技术手段。即通过摄影式扫描、信息感

16、应、传输和处理, 来达到研究地面物体的形状、大小、位置及其与所处环境的相互关系之目的。43GIS 对空间数据综合处理能力提供了有力的技术支持地理信息系统具有强大的对空间数据处理能力, 特别是分析功能是测绘产业所不能比拟的, 它是一种管理工具和决策支持系统。地理信息系统的发展扩大了测绘学科的研究领域, 深化了研究深度, 使得现代测绘学科日益走上综合, 并且它以数字形式综合或分析空间信息, 有了质的飞跃, 为测绘学科的全球性研究创造了条件。5结束语综上所述, 3S 技术是使测绘学科走向决策定量化的有力手段, 是使测绘学科与各相关学科相互交叉、相互融合的有力工具, 在科学技术走向市场的今天, 掌握3S 技术以研究测绘信息。发展高科技、服务于社会实践是测绘学科发展的必由之路。参考文献1 李德仁地理信息系统导论北京: 测绘出版社, 1993, 41 452 李德仁RS、GIS、GPS 的集成与应用北京: 测绘出版社,1995，25 353陈述彭地理信息系统导论北京：科学出版社