【文章內(nèi)容簡介】 、圖形數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等，從而為土地利用、資源管理、環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、經(jīng)濟建設(shè)、城市規(guī)劃以及政府部門行政管理提供新的知識，為工程設(shè)計和規(guī)劃、管理決策服務(wù)[1] “3S”技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用[J]. 中國知網(wǎng)。GIS、RS和GPS三者集成利用，構(gòu)成為整體的、實時的和動態(tài)的對地觀測、分析和應(yīng)用的運行系統(tǒng)，提高了GIS的應(yīng)用效率。在實際的應(yīng)用中，較為常見的是3S兩兩之間的集成，如GIS/RS集成，GIS/GPS集成或者RS/GPS集成等，但是同時集成并使用3S技術(shù)的應(yīng)用實例則較少。目前3S技術(shù)在環(huán)境動態(tài)監(jiān)測與環(huán)境保護、城市規(guī)劃與城市管理、車輛導(dǎo)航與監(jiān)控系統(tǒng)、海洋漁業(yè)資源開發(fā)、土地研究等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。RS與GIS的集成是“3S”集成中最重要也最核心的內(nèi)容。對于地理信息系統(tǒng)（GIS）而言，遙感技術(shù)（RS）是其重要的外部信息源，是其數(shù)據(jù)更新的重要手段。反之，地理信息系統(tǒng)亦可為遙感技術(shù)的圖像處理提供所需要的一切輔助數(shù)據(jù)。兩者結(jié)合的關(guān)鍵技術(shù)在于柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)的接口問題：遙感系統(tǒng)普遍采用柵格格式，其信息是以像元存儲的，而地理信息系統(tǒng)主要是采用圖形矢量格式，是按點、線、面（多邊形）存儲的。GPS和GIS集成是利用GIS中的電子地圖結(jié)合GPS的實時定位技術(shù)為用戶提供一種組合空間信息服務(wù)方式，通常采用實時集成方式。從嚴格的意義上說，GPS提供的是空間點的動態(tài)絕對位置，而GIS提供的是地球表面地物的靜態(tài)相對位置，二者通過同一個大地坐標系統(tǒng)建立聯(lián)系。通過GIS系統(tǒng)，可使GPS的定位信息在電子地圖上獲得實時、準確而又形象的反映及漫游查詢。GPS可以為GIS及時采集、更新或修正數(shù)據(jù)。GPS與RS集成的主要目的是利用GPS的精確定位解決RS定位困難的問題，GPS作為一種定位手段，可應(yīng)用它的靜態(tài)和動態(tài)定位方法，直接獲取各類大地模型信息，既可以采用同步集成方式，也可以采用非同步集成方式。GPS的快速定位為RS實時、快速進入GIS系統(tǒng)提供了可能，其基本原理是用GPS/INS方法，將傳感器的空間位置（X，Y，Z）和姿態(tài)參數(shù)（δ，ω，K）同步記錄下來，通過相應(yīng)軟件，快速產(chǎn)生直接地學(xué)編碼。GIS、RS、GPS的三者集成可構(gòu)成高度自動化，實時化和智能化的地理信息系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不僅能夠分析和運用數(shù)據(jù)，而且能為各種應(yīng)用提供科學(xué)的決策依據(jù)，以解決復(fù)雜的用戶問題。按照集成系統(tǒng)的核心來分，主要有兩種。一是以GIS為中心的集成系統(tǒng)，目的主要是非同步數(shù)據(jù)處理，通過利用GIS作為集成系統(tǒng)的中心平臺，對包括RS和GPS在內(nèi)的多種來源的空間數(shù)據(jù)進行綜合處理、動態(tài)存貯和集成管理，存在數(shù)據(jù)、平臺（數(shù)據(jù)處理平臺）和功能三個集成層次，可以認為是RS與GIS集成的一種擴充。二是以GPS/RS為中心的集成，它以同步數(shù)據(jù)處理為目的，通過RS和GPS提供的實時動態(tài)空間信息結(jié)合GIS的數(shù)據(jù)庫和分析功能為動態(tài)管理、實時決策提供在線空間信息支持服務(wù)。該模式要求多種信息采集和信息處理平臺集成，同時需要實時通訊支持。GIS系統(tǒng)的常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有2種，即矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，地理實體用一系列X，Y坐標作為位置標志符，用于描述各種地理要素。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用格網(wǎng)單元的行和列作為位置標志符，以描述格網(wǎng)單元內(nèi)的某些特性，一般包括DEM、遙感數(shù)據(jù)、航測數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)等。歐氏空間是對物理空間的一種數(shù)學(xué)理解與表達，是GIS中常用的一種重要空間。大多數(shù)空間實體在GIS中用二維方法描述，其關(guān)于距離以及方位的度量依賴于歐氏空間，許多地理信息模型均以歐氏空間為基礎(chǔ)。歐氏（Euclidean）空間是歐氏幾何所研究的空間，是對現(xiàn)實空間簡單而確切的近似描述，分為平面和立體兩種，可以看作是描述空間的坐標模型。其中平面通過一個簡單的二維模型把空間特征轉(zhuǎn)變成實數(shù)元組特征，該二維模型建立在包括一個固定原點和相交于原點的兩條坐標軸的平面直角坐標框架下，對點、線、面特征的描述均有相關(guān)規(guī)定。4. 設(shè)計方案的提出與構(gòu)想 解決問題的方案針對本課題研究的草原生態(tài)問題發(fā)現(xiàn)不及時、草原管理工作復(fù)雜等現(xiàn)實問題，我經(jīng)過研究相關(guān)文獻和技術(shù)后提出相應(yīng)的解決方案如下：方案以遙感技術(shù)（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）等三大技術(shù)的相互集成作為技術(shù)依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)代先進的信息采集和信息通訊技術(shù)，建立一個草原信息綜合管理平臺，實現(xiàn)定點對多點的實時監(jiān)測管理。這三大技術(shù)在本方案中的應(yīng)用方法如下：遙感技術(shù)（RS），它的含義是遙遠的感知，也就是不直接接觸物體，從遠處通過探測儀器接收地物的電磁波信息一般是電磁波的反射、輻射，通過對信息的處理，從而識別地物。本方案中運用該技術(shù)對草原的牧草長勢動態(tài)、牧草產(chǎn)量及分布、草原旱蟲災(zāi)狀況等草原資源信息進行實時的監(jiān)測和采集，并對這些原始數(shù)據(jù)初步處理后轉(zhuǎn)給地理信息系統(tǒng)。草原動態(tài)的原始數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息初步處理和提取RS數(shù)據(jù)庫所需草原動態(tài)信息 RS技術(shù)作業(yè)流程圖全球定位系統(tǒng)（GPS）是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電測時定位、導(dǎo)航系統(tǒng)，可為航空、航天、陸地、海洋等方面的用戶提供不同精度的在線或離線的空間定位數(shù)據(jù)。該技術(shù)被用于實時、快速地提供目標，包括各類傳感器和運載平臺（車、船、飛機、衛(wèi)星等）的空間位置，具有的全天候、高精度和自動測量的特點。本方案中運用該技術(shù)對草原區(qū)域的地理位置信息進行采集，并對這些原始數(shù)據(jù)初步處理后轉(zhuǎn)給地理信息系統(tǒng)。草原空間的信息數(shù)據(jù)信息處理GPS數(shù)據(jù)庫草原空間信息 GPS技術(shù)作業(yè)流程圖草原空間的信息地理信息系統(tǒng)（GIS），是在計算機軟件和硬件的支持下，對各類空間數(shù)據(jù)進行輸入、存儲、檢索、顯示和綜合分析的應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)。簡單地說，就是綜合處理與分析空間數(shù)據(jù)的一種技術(shù)系統(tǒng)。該信息系統(tǒng)是本方案設(shè)計的核心，它接收遙感系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)所采集的信息，結(jié)合相關(guān)知識和專家意見，對這些信息進行儲存、管理、運算、分析、顯示和描述。草原綜合信息RS數(shù)據(jù)庫GPS數(shù)據(jù)庫草原動態(tài)信息草原空間信息GIS系統(tǒng)信息處理中心 GIS技術(shù)作業(yè)流程圖根據(jù)本系統(tǒng)的信息需求和使用，將遙感技術(shù)（RS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）合理的集成，使之轉(zhuǎn)化成與系統(tǒng)相適應(yīng)的技術(shù)。在此之前要明確系統(tǒng)目的，本系統(tǒng)需要采集草原實時動態(tài)信息，并對這些信息進行儲存、管理、運算、分析、顯示和描述，最后根據(jù)所得信息進行草原的維護和改善。因此在本方案設(shè)計中，這三大技術(shù)的組合形式可形象描述為“一個大腦，兩只眼睛”，即以地理信息系統(tǒng)（GIS）為核心，遙感技術(shù)（RS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）作為輔助，建立一個草原信息管理系統(tǒng)。其中地理信息系統(tǒng)（GIS）負責(zé)信息存儲、分析和綜合處理，遙感技術(shù)（RS）負責(zé)大面積獲取草原牧草長勢動態(tài)、牧草產(chǎn)量及分布、草原旱蟲災(zāi)狀況等草原資源信息，全球定位系統(tǒng)（GPS）負責(zé)快速定位和獲取草原某區(qū)域的空間數(shù)據(jù)，三者有機結(jié)合形成一個系統(tǒng)，實現(xiàn)各種技術(shù)的綜合。下圖是三大技術(shù)組合方式的圖解。地理信息系統(tǒng)（GIS）全球定位系統(tǒng)（GPS）遙感技術(shù)（RS）提供實時草原動態(tài)提供草原空間信息反饋信息需求反饋信息需求草原動態(tài)信息數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)綜合處理 RS、GIS、GPS組合方式圖解反映草原空間數(shù)據(jù)反映草原動態(tài)數(shù)據(jù) 方案技術(shù)可行性分析本方案以遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）等三大技術(shù)的相互集成作為技術(shù)依據(jù)。目前3S集成技術(shù)已經(jīng)較為成熟，集成技術(shù)模式包括成遙感技術(shù)（RS）與地理信息系統(tǒng)（GIS）的集成、地理信息系統(tǒng)（GIS）與全球定位系統(tǒng)（GPS）的集成、遙感技術(shù)（RS）與全球定位系統(tǒng)（GPS）的集成和三者整體集成模式。（1）RS與GIS集成RS與GIS的集成是“3S”集成中最重要也最核心的內(nèi)容。對于地理信息系統(tǒng)（GIS）而言，遙感技術(shù)（RS）是其重要的外部信息源，是其數(shù)據(jù)更新的重要手段。反之，地理信息系統(tǒng)亦可為遙感技術(shù)的圖像處理提供所需要的一切輔助數(shù)據(jù)。兩者結(jié)合的關(guān)鍵技術(shù)在于柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)的接口問題：遙感系統(tǒng)普遍采用柵格格式，其信息是以像元存儲的，而地理信息系統(tǒng)主要是采用圖形矢量格式，是按點、線、面（多邊形）存儲的。因而由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的差異，圖像數(shù)據(jù)庫和圖形數(shù)據(jù)庫之間的集成也是兩者集成的難點。柵格結(jié)構(gòu)矢量結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)庫屬性數(shù)據(jù)庫（RDB）圖形數(shù)據(jù)庫（SDB）元數(shù)據(jù)SDE（SDBRDB） 矢量和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的融合目前，RS與GIS一體化的集成應(yīng)用技術(shù)漸趨成熟，在植被分類、災(zāi)害估算、圖像處理等方面均有相關(guān)報道。1998年高志強等利用RS與GIS技術(shù)對中國土地利用和土地覆蓋的現(xiàn)狀進行研究，得出：中國植被值的大小分布同中國植被類型分布密切相關(guān)，其值的大小分布也反映了中國水熱的空間分布格局，中國的東部濕潤、半濕潤地區(qū)的平原、盆地、河沖擊扇區(qū)是我國土地利用程度最高的地區(qū)；1994年吳炳方、黃絢等應(yīng)用RS與GIS技術(shù)進行了植被制圖，分析了地理信息系統(tǒng)模型在改善植被分類中精度問題，并得出結(jié)論：單純對遙感數(shù)據(jù)進行監(jiān)督分類或非監(jiān)督分類的精度低于50%，而通過結(jié)合輔助數(shù)據(jù)和應(yīng)用地理信息系統(tǒng)模型，其精度將大大提高[1] 馬莉；宋慶.“3S”集成技術(shù)研究現(xiàn)狀的綜述[J].中國知網(wǎng),2009年(第2期)。（2）GPS與GIS集成GPS和GIS集成是利用GIS中的電子地圖結(jié)合GPS的實時定位技術(shù)為用戶提供一種組合空間信息服務(wù)方式，通常采用實時集成方式。從嚴格的意義上說，GPS提供的是空間點的動態(tài)絕對位置，而GIS提供的是地球表面地物的靜態(tài)相對位置，二者通過同一個大地坐標系統(tǒng)建立聯(lián)系。通過GIS系統(tǒng)，可使GPS的定位信息在電子地圖上獲得實時、準確而又形象的反映及漫游查詢。GPS可以為GIS及時采集、更新或修正數(shù)據(jù)。兩者集成的主要內(nèi)容有多尺度的空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)，金字塔和LOD空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)，真四維的時空GIS和實時數(shù)據(jù)庫更新等。GIS數(shù)據(jù)庫的實時更新技術(shù)包括實時動態(tài)測量RTK技術(shù)（RealTime Kinematic）和虛擬參考站VRS技術(shù)（Virtual Reference Stations）等。在地形可視化這一領(lǐng)域，著名的LOD算法之一是微軟研究院Hoppe提出的基于TIN格網(wǎng)的VDPM算法，該算法涉及到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但它的最大優(yōu)勢在于對有分化的地形表面具有較強的表達能力。VRS技術(shù)在國外很早就得到了廣泛的推廣和運用。丹麥覆蓋全國的VRS網(wǎng)絡(luò)是全球第一個VRS網(wǎng)絡(luò),1999年就已建成。經(jīng)過7年的發(fā)展，VRS網(wǎng)絡(luò)幾乎覆蓋了整個歐洲。亞洲的網(wǎng)絡(luò)包括日本覆蓋全境的網(wǎng)絡(luò)，韓國、新加坡、馬來西亞和中國已建系統(tǒng)的大部分也都是選用的VRS技術(shù)。澳洲的新西蘭、澳大利亞，非洲的南非，美洲的美國、加拿大等國也有大片區(qū)域為VRS網(wǎng)絡(luò)所覆蓋。（3）GPS與RS集成兩者集成的主要目的是利用GPS的精確定位解決RS定位困難的問題，GPS作為一種定位手段，可應(yīng)用它的靜態(tài)和動態(tài)定位方法，直接獲取各類大地模型信息，既可以采用同步集成方式，也可以采用非同步集成方式。GPS的快速定位為RS實時、快速進入GIS系統(tǒng)提供了可能，其基本原理是用GPS/INS方法，將傳感器的空間位置（X，Y，Z）和姿態(tài)參數(shù)（δ，ω，K）同步記錄下來，通過相應(yīng)軟件，快速產(chǎn)生直接地學(xué)編碼。李德仁等于80年代末就開始了GPS在RS中的定位研究。在他們的研究中，應(yīng)用GPS技術(shù)，結(jié)合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS），探討了空—地定位模式，即根據(jù)測出的空中遙感器的位置和姿態(tài)直接求解地面目標點的位置，實現(xiàn)了采用少量的地面控制點或無需控制點而生成DEM。將GPS、INS和激光測距技術(shù)進行集成得到機載掃描激光地形系統(tǒng)已成為國內(nèi)外遙感界研究的熱點。有關(guān)科學(xué)家利用激光雷達獲取數(shù)據(jù)對城市環(huán)境污染進行時空分析，對布拉格的Kobylisy區(qū)域利用LIDAR掃描來獲取臭氧濃度數(shù)據(jù)，研究了空氣污染的分布狀況，及其對生存環(huán)境的影響。（4）RS、GPS、GIS整體集成GIS、RS、GPS的三者集成可構(gòu)成高度自動化，實時化和智能化的地理信息系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不僅能夠分析和運用數(shù)據(jù)，而且能為各種應(yīng)用提供科學(xué)的決策依據(jù)，以解決復(fù)雜的用戶問題。按照集成系統(tǒng)的核心來分，主要有兩種。一是以GIS為中心的集成系統(tǒng)，目的主要是非同步數(shù)據(jù)處理，通過利用GIS作為集成系統(tǒng)的中心平臺，對包括RS和GPS在內(nèi)的多種來源的空間數(shù)據(jù)進行綜合處理、動態(tài)存貯和集成管理，存在數(shù)據(jù)、平臺（數(shù)據(jù)處理平臺）和功能三個集成層次，可以認為是RS與GIS集成的一種擴充。二是以GPS/RS為中心的集成，它以同步數(shù)據(jù)處理為目的，通過RS和GPS提供的實時動態(tài)空間信息結(jié)合GIS的數(shù)據(jù)庫和分析功能為動態(tài)管理、實時決策提供在線空間信息支持服務(wù)。該模式要求多種信息采集和信息處理平臺集成，同時需要實時通訊支持?！?S”集成在環(huán)境監(jiān)測和分析、水利工程、公路自動測繪、土地利用動態(tài)監(jiān)測等方面也有了許多成功的經(jīng)驗。，為利用“3S”技術(shù)對可持續(xù)發(fā)展的研究提供了范例。1997年瑞典隆德大學(xué)的Jonas Ardo利用“3S”技術(shù)對位于捷德邊境由于森林破壞受到嚴重污染的Krusne Hory山區(qū)的范圍、速率及空間特征進行了研究，對森林的破壞進行了評估，探討了森林破壞與海拔高度和坡向的關(guān)系，森林破壞與林區(qū)相對于點污染源的距離和方向的關(guān)系，為環(huán)境監(jiān)測提供了依據(jù)[1] 馬莉；宋慶.“3S”集成技術(shù)研究現(xiàn)狀的綜述[J].中國知網(wǎng),2009年(第2期).。 方案設(shè)計總體構(gòu)架方案以遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）等三大技術(shù)的相互集成作為技術(shù)依據(jù)，建立一個草原信息綜合管理平臺，實現(xiàn)定點對多點的實時監(jiān)測管理。因此該方案總體框架包括遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）之間的集成框架和相應(yīng)的建筑設(shè)施總體框架。各種來源的信息集成處理框架RS、GPS、GIS整體集成GPS與GIS集成RS與GIS集成RS與GPS集成RS數(shù)據(jù)庫GPS數(shù)據(jù)庫GIS數(shù)據(jù)庫 各種來源的信息集成處理框架建筑設(shè)施總體框架RS雷達GPS雷達信息綜合管理平臺GIS系統(tǒng)信息處理注：紅線表示草原地理位置信息流；黑線表示草原動態(tài)信息流。 建筑設(shè)施總體框架