3S技術(shù)的應(yīng)用

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1、3S技術(shù)的應(yīng)用 1、 遙感技術(shù)在關(guān)于氣候變化、臭氧耗損監(jiān)測(cè)及土地覆被監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)等影響地球生命支撐， 系統(tǒng)的全球環(huán)境變化研究中發(fā)揮著不可替代的作用。衛(wèi)星遙感技術(shù)在氣象上的應(yīng)用是目前遙 感技術(shù)應(yīng)用最成功、效益最顯著的領(lǐng)域之一。美國(guó)用于整個(gè)業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星系統(tǒng)的費(fèi)用每年 6000萬(wàn)美元，而由于臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)成功減少的損失就可達(dá)20億美元。 海洋是水圈中最主要的水體，面積約為地球表面的70.8%。遙感在海洋調(diào)查中顯示了 它獨(dú)特的大范圍、多時(shí)相、高分辨率的特點(diǎn)，在河口泥沙規(guī)律研究、海水監(jiān)測(cè)、海溫監(jiān)測(cè)、 海況監(jiān)測(cè)、海洋初級(jí)生產(chǎn)力及漁場(chǎng)監(jiān)測(cè)、海洋污染監(jiān)測(cè)等方面已發(fā)揮了重要作用，對(duì)空間 規(guī)模宏大和時(shí)間變化迅速的厄爾

2、尼諾效應(yīng)、黑潮、赤潮、墨西哥灣流等的監(jiān)測(cè)已取得較好 的效果。 植被是地球環(huán)境中的重要組成部分，是反映地球環(huán)境的最好標(biāo)志，也是遙感圖像反映 的最直接信息。植物又是動(dòng)物包括人類賴以生存的基礎(chǔ)，由于人口增加、超載過(guò)牧、不合 理的開墾利用已造成水土流失，沙化和荒漠化土地不斷擴(kuò)大。因此對(duì)植被進(jìn)行宏觀監(jiān)測(cè)不 僅具有現(xiàn)實(shí)意義，也具有深遠(yuǎn)的歷史意義，它關(guān)系到我們留給子孫后代將是什么樣的地球。 目前利用NOAA氣象衛(wèi)星AVHRR遙感數(shù)據(jù)通道1和通道2計(jì)算出的歸一化差植被指數(shù)可以彳艮 好地反映植被的生物量狀況，植被生物量越高，植被指數(shù)值也越高。 地理信息處理軟件已能進(jìn)行多時(shí)相、多數(shù)據(jù)源的融合分析，可以對(duì)全球的

3、環(huán)境演變進(jìn) 行動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)，借助于高速計(jì)算機(jī)和專家系統(tǒng)的支持，通過(guò)多時(shí)相的遙感圖像就能對(duì)過(guò)去 歷史過(guò)程進(jìn)行近似的再現(xiàn)與模擬，溫故知新，對(duì)未來(lái)的環(huán)境演變進(jìn)程進(jìn)行仿真模擬預(yù)測(cè)。 環(huán)境演變的周期綿長(zhǎng)，一旦環(huán)境失衡，很難復(fù)原，同時(shí)，造成的災(zāi)難也是致命的，因此監(jiān) 測(cè)環(huán)境的演變、模擬環(huán)境演變帶來(lái)的后果，預(yù)警環(huán)境災(zāi)難的發(fā)生，防禍于未然具有非?，F(xiàn) 實(shí)的意義，3s技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用已體現(xiàn)了它的強(qiáng)大功能和實(shí)際價(jià)值。 2、 RS+GPS在區(qū)域環(huán)境治理中的應(yīng)用 RS+GPS所獲得的遙感圖像和數(shù)據(jù)，是極其重要的信息源。不僅為掌握區(qū)域的環(huán)境狀況提 供高精度的定位數(shù)據(jù)，還可實(shí)現(xiàn)環(huán)境狀況的多時(shí)相信息及形象的圖像圖形顯示。而

4、GIS強(qiáng)大 的對(duì)空間數(shù)據(jù)的綜合處理能力，又可將RS+GPS所獲得的海量的地理信息，從定量、動(dòng)態(tài)和機(jī) 制等方面進(jìn)行綜合集成，實(shí)現(xiàn)了圖形、圖像處理系統(tǒng)完全合一（統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），可為解決 具體問(wèn)題提供有力的技術(shù)支持。借助地理信息系統(tǒng)手段建立區(qū)域環(huán)境的空間變化模型，具有 實(shí)時(shí)、空間表達(dá)詳盡和便于與全球生態(tài)變化的其它模型連接等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)區(qū)域環(huán)境變化的 遙感觀測(cè)，結(jié)合環(huán)境現(xiàn)狀的地面調(diào)查，分析影響環(huán)境變化的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄟ^(guò)對(duì)遙感圖像的分 析，了解過(guò)去若干年內(nèi)該區(qū)域環(huán)境變化過(guò)程，并將其與驅(qū)動(dòng)因子聯(lián)系起來(lái)，建立解釋環(huán)境變 化和推斷未來(lái)若干年環(huán)境變化的經(jīng)驗(yàn)性診斷模型，為該區(qū)域環(huán)境的治理提供科學(xué)的依據(jù)。 GPS+

5、GIS在區(qū)域環(huán)境治理中具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，這在由中科院承擔(dān)的“三江源”科考中得 到了很好的驗(yàn)證。在遙感地理信息系統(tǒng)支持下，可以即時(shí)將所考察到的有關(guān)資料和GPS的精 確定位信號(hào)同步輸入到地理信息庫(kù)中，并由系統(tǒng)的分析功能模塊給出該地點(diǎn)的自然環(huán)境評(píng)介 及合理的保護(hù)策略，指導(dǎo)該區(qū)的土地利用、資源開發(fā)、生態(tài)保護(hù)等的總體規(guī)劃。進(jìn)一步通過(guò) 多時(shí)序遙感圖像的分析，結(jié)合考察實(shí)際，總結(jié)出該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境演變過(guò)程，為該區(qū)域的環(huán) 境治理提供科學(xué)的分析工具。 3、 3s技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人口的增加，環(huán)境的污染日趨嚴(yán)重。環(huán)境已不再是“免費(fèi)”的資源， 它已變?yōu)橄∮械慕?jīng)濟(jì)財(cái)富，在城市中的環(huán)境污染種類

6、有空氣污染、水質(zhì)污染、噪聲污染等。 隨著污染問(wèn)題的日益突出，愈來(lái)愈要求大范圍、經(jīng)常性和連續(xù)地監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)，并要求有 效地管理和迅速地處理這些環(huán)境信息。而GPS與GIS結(jié)合則可構(gòu)成環(huán)境實(shí)況數(shù)據(jù)采集與環(huán) 境GIS分析系統(tǒng)。環(huán)境實(shí)況數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由環(huán)境傳感器（如瞬時(shí)光譜儀、紅外輻射儀、溫 度計(jì)、酸堿度測(cè)定儀、噪聲儀等）與GPS接收機(jī)組成。傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件處 理記錄在數(shù)據(jù)文件中，并與GPS測(cè)定的坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入到GIS數(shù)據(jù)庫(kù)或在GIS電子屏幕上與 圖像圖形復(fù)合顯示，然后利用GIS的空間分析功能進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的定量、定性分析及環(huán)境 動(dòng)態(tài)變化的預(yù)測(cè)分析。 GIS還可用于區(qū)域環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的評(píng)價(jià)，利用實(shí)

7、測(cè)值通過(guò)插值或擬合方法擴(kuò)展，得到 有關(guān)環(huán)境參量的濃度分布圖，了解各參量（主要指污染物）的空間分布及超標(biāo)情況，再進(jìn) 行全區(qū)環(huán)境質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)。 4、 在環(huán)境管理中的應(yīng)用 環(huán)境問(wèn)題都具有鮮明的空間地理特性，3S技術(shù)在這方面有良好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用的主 要方面就是建立環(huán)境地理信息系統(tǒng)。環(huán)境地理信息系統(tǒng)是為環(huán)境管理服務(wù)的信息系統(tǒng)，它 采用GIS的一套建庫(kù)、管理和應(yīng)用的方法，可使環(huán)境管理數(shù)據(jù)得到更好的應(yīng)用°GIS在環(huán) 境管理中應(yīng)用廣泛，主要有環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與環(huán)境影響評(píng)價(jià)、環(huán)境預(yù)測(cè)規(guī)劃與環(huán) 境管理以及面源污染控制等。 環(huán)境監(jiān)測(cè)信息的綜合加工與快速而形象的反映是環(huán)境管理的迫切需要，監(jiān)測(cè)信息的綜

8、合分析是一個(gè)復(fù)合型的巨大系統(tǒng)，引入地理信息系統(tǒng)后，不僅可滿足上述要求，而且還可 作為支持系統(tǒng)的有利工具。如已建立的“國(guó)家資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)”及其應(yīng)用模型的研究可對(duì) 中國(guó)基本資源環(huán)境的現(xiàn)狀進(jìn)行較準(zhǔn)確的分析，充分顯示了利用GIS技術(shù)進(jìn)行國(guó)家資源環(huán)境 調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的優(yōu)越性。在建立數(shù)據(jù)庫(kù)與模型庫(kù)的基礎(chǔ)上，環(huán)境地理信息系統(tǒng)可方便地進(jìn) 行環(huán)境預(yù)測(cè)規(guī)劃，如通過(guò)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的環(huán)境定量數(shù)據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)論、信息論及 控制論的觀點(diǎn)分析區(qū)域環(huán)境的變化過(guò)程。面源污染由于受地域氣候條件、土壤結(jié)構(gòu)、土地利 用形式、植被覆蓋和降水過(guò)程等各種因素影響，具有隨機(jī)性、分布廣、形成機(jī)理模糊、潛伏 性強(qiáng)和管理難度大的特點(diǎn)，對(duì)區(qū)域

9、生態(tài)環(huán)境和人類健康形成嚴(yán)重的危害，它已引起國(guó)內(nèi)外的 廣泛關(guān)注。在地理信息系統(tǒng)支持下，利用數(shù)學(xué)模型模擬非點(diǎn)源污染形成機(jī)理是研究非點(diǎn)源污 染和擴(kuò)散的有效手段。其原因是GIS能將不同來(lái)源的空間信息及相互作用與關(guān)系顯示出來(lái)， 還能將空間信息與非空間信息集合起來(lái)，為分析地形的空間變異提供了一致的框架，把地形 和與地理特征相似的統(tǒng)體聯(lián)結(jié)起來(lái)，而這對(duì)非點(diǎn)源污染是至關(guān)重要的。 5、3S技術(shù)在環(huán)境污染檢測(cè)方面的應(yīng)用 通過(guò)地球觀測(cè)衛(wèi)星或飛機(jī)從高空觀測(cè)地球，監(jiān)測(cè)面積大，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)陸地淡水和海水的 污染，大面積空氣污染，森林大火，火山噴發(fā)，洪水淹沒(méi)情況等。利用遙感技術(shù)獲取環(huán)境信 息，時(shí)間周期很短，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)境的

10、變化，便于采取措施控制環(huán)境污染，最大限度避免環(huán) 境危害，保護(hù)環(huán)境。 裝載了差分GRS定位儀的環(huán)境檢測(cè)車，利用差分GPS的準(zhǔn)確定位，能將車輛在移動(dòng)中或在 污染源現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確的反應(yīng)到GIS電子地圖相應(yīng)位置上，而每一個(gè)固定監(jiān)測(cè)采樣 點(diǎn)的空間坐標(biāo)值也能通過(guò)GPS精確導(dǎo)入GIS中，并將不斷變化的監(jiān)測(cè)值和其在電子地圖的相應(yīng) 坐標(biāo)值進(jìn)行關(guān)聯(lián)后儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)的位置中，這些數(shù)據(jù)可以為使用這隨時(shí)調(diào)用進(jìn)行動(dòng)態(tài)分 析或環(huán)境專題圖的輸出等。 RS對(duì)大范圍的環(huán)境動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。人們可以根據(jù)被監(jiān)測(cè)污染物質(zhì)或與 其直接相關(guān)物質(zhì)的最大吸收波長(zhǎng)，來(lái)進(jìn)行大范圍的污染物定性、定量分析。遙感測(cè)得的數(shù)據(jù)，

11、結(jié)合GPS精確地對(duì)分析的對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，再經(jīng)過(guò)相應(yīng)地雪編碼結(jié)合環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系 統(tǒng)、環(huán)境數(shù)據(jù)分析進(jìn)入GIS直接處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)，從而試對(duì)環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)得 以大面積、全天候、全天時(shí)進(jìn)行。 同時(shí)，借助GIS軟件的幫助，可建立水土流失管理信息綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)水土流失的動(dòng)態(tài)監(jiān) 測(cè)。 6、 地理信息系統(tǒng)在冰川邊界自動(dòng)識(shí)別中的應(yīng)用 山地冰川是全球氣候變化理想的指示器，而處于南亞季風(fēng)區(qū)的海洋型冰川對(duì)氣候變化的 響應(yīng)更為敏感。所以，對(duì)我國(guó)海洋型冰川的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是當(dāng)前全球變化研究的重要內(nèi)容之一。 衛(wèi)星遙感作為一種獲取大范圍冰川信息的先進(jìn)手段，具有快速、高效、便捷等優(yōu)點(diǎn)，已 成為當(dāng)前冰川學(xué)研究

12、的重要手段之一。尤其是與GIS技術(shù)的結(jié)合，更為冰川變化的監(jiān)測(cè)和 分析提供了新的視角。但以往有關(guān)這方面的研究多是針對(duì)大陸型冰川區(qū)，把海洋型冰川區(qū)作 為研究實(shí)例的還很少。在選擇我國(guó)代表性海洋型冰川區(qū)進(jìn)行現(xiàn)代冰川變化分析解譯過(guò)程中發(fā) 現(xiàn)，海洋型冰川區(qū)的山谷冰川表面常常覆蓋大量冰磧物，與冰川冰體混雜在一起，極大地影 響了對(duì)冰川遙感圖像的判別。 冰磧物覆蓋型冰川邊界的自動(dòng)識(shí)別是冰川遙感監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)，綜合遙感圖像和DEM等多 種數(shù)據(jù)，提出了一種基于遙感和地理信息系統(tǒng)的改進(jìn)的半自動(dòng)集成分類方法。該方法選擇 NDSI、NDVI作為分類指標(biāo)，通過(guò)柵格DEM反演地表現(xiàn)象，并利用處于熱紅外波段的TM6 探測(cè)地物的熱

13、輻射差異，應(yīng)用柵格圖像和GIS進(jìn)行鄰接空間分析，將冰川及冰磧物覆蓋型 冰川進(jìn)行區(qū)別和分類。 7、 道路交通管理 RS應(yīng)用于交通數(shù)據(jù)的采集和更新，通過(guò)對(duì)高分辨率、大比例尺影像的特征提取、變化 檢測(cè)、目標(biāo)識(shí)別以及與多源數(shù)據(jù)融合實(shí)現(xiàn)來(lái)獲取現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的地理數(shù)據(jù)，并以此作為路網(wǎng)等基 礎(chǔ)地理信息的更新依據(jù)；借助GIS建模，配合通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車輛和路網(wǎng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)， 以及應(yīng)急事件的快速響應(yīng)和處理；依托路網(wǎng)信息，配合歷史和實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)交通信息進(jìn)行長(zhǎng)、 短期交通流量預(yù)測(cè)；基于路網(wǎng)、車輛、環(huán)境和出行者行為等因素來(lái)探索交通需求的生成機(jī)理， 研究路網(wǎng)擁堵形成原因和傳播特性，完善應(yīng)急條件下的人員疏散和交通疏散理論;

14、應(yīng)用GPS、 攝影測(cè)量和遙感技術(shù)進(jìn)行交通設(shè)施的病害監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁、路基等交通設(shè)施的變化檢測(cè)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)路面病害的檢測(cè)和識(shí)別，通過(guò)GIS將病害與路網(wǎng)信息關(guān)聯(lián)，做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、及時(shí)維修， 保障交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全，確保交通系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 8、 智能導(dǎo)航 據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年我國(guó)裝有導(dǎo)航設(shè)備的車輛僅有幾百臺(tái)，而2006年發(fā)展為上10萬(wàn)臺(tái)。 盡管如此，相對(duì)于擁有3 000萬(wàn)輛的汽車總數(shù)來(lái)說(shuō)，我國(guó)的導(dǎo)航設(shè)備普及率不到1%，而日 本的汽車車載導(dǎo)航安裝率高達(dá)59%，歐美約占25%，中國(guó)的導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)正從發(fā)育期向高速成 長(zhǎng)期發(fā)展，特別是基于實(shí)時(shí)交通信息的智能導(dǎo)航系統(tǒng)是未來(lái)人們所希望的，具有極大的應(yīng)用 價(jià)值和市場(chǎng)前

15、景。車載終端通過(guò)接收衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)，計(jì)算出車輛的當(dāng)前姿態(tài)（位置、速度 和狀態(tài)等信息），借助GIS的圖形界面能方便地顯示GPS接收機(jī)所在位置并實(shí)時(shí)顯示其運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)的軌跡，利用無(wú)線通信技術(shù)接收實(shí)時(shí)交通信息，進(jìn)而通過(guò)路線圖或語(yǔ)音的方式來(lái)引導(dǎo)用 戶行駛，設(shè)定個(gè)性化的行車路線或路徑規(guī)劃方案，滿足個(gè)性化導(dǎo)航需求。此外，高精度GPS 技術(shù)的使用在很大程度上提高了車輛的定位精度;浮動(dòng)車技術(shù)和高分辨率影像的應(yīng)用能提高 交通信息的現(xiàn)勢(shì)性；而不少學(xué)者從用戶認(rèn)知、界面負(fù)載、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫嫜芯恳苿?dòng)終端的可 視化策略可以滿足用戶自適應(yīng)需求。 9、 交通信息服務(wù) 通過(guò)車載終端和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的配合，實(shí)時(shí)獲取車輛的絕對(duì)或相對(duì)位

16、置信息，從而根據(jù)用戶 需求為其提供與位置相關(guān)的交通信息服務(wù)或?qū)崿F(xiàn)決策支持。交通信息服務(wù)不僅為具備車載終 端用戶提供了一種方便、快捷、實(shí)用的增值服務(wù)。而且，隨著商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)信息、路況信息、天 氣信息等多種與空間信息的融合將為所有出行用戶提供功能更加強(qiáng)大、全面、人性化的信息 服務(wù)。 10、 道路交通安全 3s技術(shù)在交通安全方面的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，它與多傳感器、智能識(shí)別、智能控制等 技術(shù)結(jié)合，根據(jù)車身安裝的傳感設(shè)備、雷達(dá)、紅外、攝像機(jī)等設(shè)施，通過(guò)終端系統(tǒng)中的電子 地圖和數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)道路障礙的自動(dòng)識(shí)別、緊急情況自動(dòng)報(bào)警、道路轉(zhuǎn)彎處自動(dòng)轉(zhuǎn)向、安全 車距提示、超速提醒等多種功能的輔助駕駛。同時(shí)，可以實(shí)時(shí)接收來(lái)自道路管理部門的各種 指導(dǎo)信息（如氣象、監(jiān)管等），從而保證實(shí)現(xiàn)安全駕駛。另外，3s技術(shù)為通訊系統(tǒng)與監(jiān)管、 交警、消防、養(yǎng)護(hù)、管理、救援等連成有機(jī)的整體提供了一個(gè)集成平臺(tái)，可方便地為道路管 理者提供現(xiàn)場(chǎng)緊急處理、事故信息發(fā)布以及道路養(yǎng)護(hù)管理等服務(wù)。