RS、GIS和GPS集成——3S技術系統

當前，以地理信息系統為核心的三S技術（遙感技術RS、地理信息系統GIS、全球定位系統GPS）與多媒體（MM）技術有機結合一體化，以其強大的空間信息（數據）采集、處理、分析綜合和表達與管理能力，為各行業實際應用部門提供了各種有用的決策信息，大大提高應用部門的生產力及其管理水平，已成為直接為國土資源勘查、生態環境和自然災害調查、評價、監測與防治等工作及社會生產與管理部門服務的一種實用技術方法。

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20.2.1 地理信息系統（GIS）

20.2.1.1 地理信息系統的概念及其作用

地理信息系統（Geographical Information System，簡稱GIS）集計算機科學、地理學、測繪、環境科學、空間科學、地質學、信息科學和管理科學等為一體的多學科結合的新興邊緣學科。它以空間數據為研究對象，以計算機為工具，通過人的參與進行一系列空間操作和分析，為地球科學、環境科學、災害監測與評價、工程設計乃至企業經營等工作提供規劃管理的決策科學信息。

地理信息系統已被廣泛用于國土資源勘查和環境監測與評價等方面，特別在遙感制圖、礦產資源定量預測、工程布置的點位優選、勘探靶區優選等等方面，已有相當的成功實例與經驗。目前，地理信息系統已經作為一種主要的信息產業，取得了顯著的社會與經濟效益。實際上，地理信息系統所研究的對象及覆蓋面遠遠超出了地理學的范疇。

地理信息系統是管理空間數據的計算機系統。空間數據是指不同來源的用遙感和非遙感手段所獲取的數據，它有多種數據類型，包括地圖、遙感影像、統計數據等，其共同特點是都有確定的空間位置——地理坐標參照系統。其工作過程主要是通過空間實體的空間位置與空間關系來進行的，當然也可以通過它們的屬性來進行。它對空間數據除管理、檢索、查詢外，還必須進行各種運算和分析。其輸出除表格、文字、數據外，主要的形式是圖形。地理信息系統主要用來分析和管理在一定地理區域內分布的各種地學、社會現象和過程。它是地學、計算機、系統工程等學科知識的融合，是跨學科的技術系統。

遙感是地理信息系統重要的數據源和強有力的數據更新手段。遙感的多時相、量綱統一的、動態的全球范圍內的快速監測數據，是其他手段所不能替代和比擬的，因而地理信息系統作為一種空間數據管理、分析的有效技術，可為遙感提供各種有用的輔助信息和分析手段。目前，地理信息系統的一個重要發展趨勢，是加強空間信息管理系統與遙感圖像處理系統的結合，以提高資源與環境信息系統在動態分析、監測與預報方面的能力，改善遙感分析的精度。

20.2.1.2 系統構成

地理信息系統主要是由GIS的硬件、軟件、地理數據（庫）和系統的管理操作人員四個部分組成。

GIS硬件主要是計算機，包括必備的外部設備如數字化儀、打印機及繪圖儀。可選設備有掃描儀、激光繪圖儀及打印機、磁帶機等。

地理空間數據是指以地球表面空間位置作為參照系的各種景觀數據（如自然的、社會的、人文經濟的等）。這些數據可以是圖形、圖像、文字、表格和數字等形式，由系統的建立者通過有關的量化工具和介質輸入GIS，是系統程序作用的對象，是GIS所表達的現實世界經過模型抽象的實質性內容。

早期的GIS一直是以各種類型的地圖作為主要的數據源。隨著遙感技術的興起，遙感信息以其周期性、動態性、信息豐富、獲取效率高并可直接以數字方式記錄傳送等優點成為重要的GIS信息源和數據更新手段。遙感與GIS的結合是空間技術發展的趨勢。

系統開發、管理和使用人員是GIS的重要構成因素。因為GIS是一個動態的地理模型，光有系統軟硬件和數據不能構成完整的GIS，需要由人進行系統的組織、管理、維護和數據更新，使系統不斷得到完善，并合理使用地理分析模型提取多種信息，為研究和決策服務。

GIS軟件是GIS技術的核心，它既是GIS技術的集中體現，又是這一技術的應用基礎。一般商品化產品，如美國的ARC／INFO系統，中國的MAPGIS，主要由數據采集、數據管理、數據分析、數據轉換和數據輸出五部分構成。

（1）數據采集

其功能是完成地學數據采集與輸入工作，可用掃描儀、數字化儀、圖形終端或其他系統的磁盤數據文件輸入。主要的信息源有：專題地圖（包括地形圖）、統計表格、遙感影像、實測數據以及其他系統的數據文件。

數據采集方式主要有以下幾種：① 手工式，是早期和試驗時采用的方法，效率和精度均低。② 手扶跟蹤數字化，是當前最有效的地圖數字化方式，在手扶跟蹤數字化儀和數字化板支持下進行。通過這種方式可得到矢量格式的地圖數字化數據。③ 自動掃描，是最有前途的數字化方式。由掃描儀進行，掃描儀可以每英寸300～600點（線）采集地圖或影像的灰度或顏色，形成點陣像元數據或多波段數據。④ 數據通訊，是在聯網方式下獲取有關的其他信息系統的一種方式。無論用何種方式采集，其目的都是要把數據源變為GIS可以存貯管理和分析的形式。

（2）數據管理

其功能是實現空間（幾何）數據和屬性（非幾何）數據的存儲、檢索、查詢、編輯、修改。GIS與其他信息系統最大的不同之處是對空間數據的管理。如何實現空間數據與屬性數據的統一存儲、檢索、查詢、編輯和修改是評價GIS的一個重要方面。

一個功能強大的GIS產品能夠提供一個統一的空間數據庫管理系統，提供各種范圍內的雙向查詢、編輯、建模功能，允許快速地修正并更新空間數據及有關的描述數據。例如，最新推出的許多GIS軟件都使用了一個優化的、面向目標的數據庫管理系統，可以快速地存取大型關系文件，它把現實物體的空間關系、特征和屬性存儲在同一個網絡分布式關系數據庫中，所以做圖、拓撲數據結構是這種數據模型的特征。

（3）數據分析

數據分析部分借助地學模型（預置式模型或用戶自定義模型），完成地理數據的分析和計算工作，是GIS的核心內容。目前比較成熟的分析功能有地面數字高程模型、網絡分析模型、鄰近分析模型、區域分析模型、拓撲分析模型以及空間距離搜索模型等。

數字地面模型（DTM）在自然地理、地貌、水利、工程設計、管道布線等領域有著廣泛的應用。當地圖被數字化后，利用等高線通過插值可以生成數字地面高程模型（DEM），并由DEM進一步產生坡度、坡向、溝谷、山脊、地表粗糙度等10多個地形要素，構成DTM數據。利用這些地表信息與植被、土壤、人文要素的相關性，可建立不同的地學應用模型。

網絡分析模型在經濟地理、市場分析、交通管理等領域有著廣泛的應用。此模型根據網絡拓撲性質，可以在兩點間選擇最短路徑，并繪出其長度和有關信息，也可以比較各個市場中心服務范圍和影響區域。

定距離空間搜索（Buffer）模型和鄰近區域分析模型在區域規劃、國土整治、土地管理等領域有著廣泛的應用。通過指定空間搜索距離，用戶可以方便地進行空間檢索、查詢，了解在一定范圍內地理現象的空間分布；通過鄰近區域分析模型，用戶可方便地進行鄰近區域檢索、查詢、了解區域周圍的環境情況。由于用模式來定義表，表和空間數據聯系在一起，這樣用戶能進行集成的空間和屬性處理、報表生成、專欄處理、屬性標記和相互作用的屬性修改、更新等項內容。

點、線、多邊形是GIS圖形數據的基本單元，與之相應的拓撲分析模型在自然資源管理、生態評價、土地評價和規劃等領域有著廣泛的應用。它通過多幅專題圖或專題圖與圖像合并辦法，生成新的專題圖及新的屬性表，為運用不同評價和規劃模型，完成地理信息的分析和地理數據的計算提供了極大方便。

上述系統底層通用分析模型僅提供了某些數據分析的工具。在具體應用領域還需結合專業知識和實際要求建立用戶的應用模型。

（4）數據轉換

是提供不同空間數據集的集成途徑。空間數據都是用矢量和柵格格式進行采集、存貯和處理的。矢量結構的數據更能表達我們的空間想像，因此它最常用于手工的數據采集。但是，數據自動采集方式往往產生與計算機的規則結構相匹配的柵格結構數據。因此，現代GIS應兼容矢量和柵格兩種數據格式，提供多種方法進行兩種數據的相互轉換，滿足多源信息綜合分析的需求。

（5）數據輸出

數據輸出部分將GIS信息或分析結果以可視的形式表示，如屏幕，繪圖儀、打印機輸出等。系統同時支持軟硬件拷貝顯示，使用戶能夠獲得在屏幕上所見結果，即在地圖成圖之前，用戶能預先看到硬拷貝輸出的圖形。用戶還可以在圖形窗口內編輯地圖，包括彩色設計，圖廓整飾、生成比例尺、注記、圖例、表格、公里網格等，最后由繪圖儀或打印機輸出。

20.2.2 全球定位系統（GPS）

全球定位系統（GPS：Global Position System）是美軍自20世紀70年代初期開始研制的新一代衛星導航和定位系統。它由21顆工作衛星和3顆備用衛星組成。工作衛星分布在6個軌道面內，衛星軌道面相對地球赤道面的傾角為55°，每個軌道平面配置3顆衛星，每隔一條軌道平面配備一顆備用衛星，軌道的平均高度約為20200 km，衛星運行周期為11小時58分。因此，在同一測站上，每天出現的衛星分布圖相同，只是每天提前幾分鐘。每顆衛星對地球的可見面積為地球總表面積的38%，每顆衛星每天約有5小時在地平線上。同時位于地平線上的衛星數目最少為4顆，最多為11顆。這樣的空間配置，可保證在地球上任何時間，任何地點至少可同時觀測到4顆衛星，加上衛星信號的傳播和接收不受天氣的影響，因此GPS是一種全球、全天候的連續實時導航定位系統。GPS的出現，為大量的野外高精度定位工作提供了極大方便，使定位與導航在精度和速度上都產生了質的飛躍，進入了電子化和自動化時代。

GPS作為新一代衛星導航與定位系統。不僅具有全球性、全天候、連續的精密三維導航與定位能力，而且具有良好的抗干擾性和保密性等優點，現在已廣泛地在全球應用。需要指出，全球定位系統的導航和定位在概念上是有所不同的，所謂定位是指運動載體，如汽車上安裝GPS信號接收機，然后實地測出接收天線所在的位置，這稱為GPS定位，也稱GPS動態定位。動態的意思是指定位是在極短的時間內完成的。如果GPS接收機在測得運動載體實時位置的同時，還測得運動載體的速度，時間和方位等狀態參數，進而可“引導”運動載體駛向預定的目標位置，這稱為導航。由此可知，導航是一種廣義的動態定位。

GPS是從軍事方面發展起來的，出于軍事目的，它提供兩種服務即標準定位服務SPS（Standard Positioning Service）和精確定位服務PPS（Precise Positioning Service）。前者用于民用事業，后者為美國軍方服務。美國政府為限制非軍事用戶和其他國家使用GPS的精度，分別在 1991年和 1994年實施了“SA（Selective Availability）”技術和“AS（Anti-spoofing）”技術，即“有選擇可用性”技術和“反電子欺騙技術”。使SPS服務水平定位精度降低到100 m，而在密碼保護下的PPS服務精度提高到1 m。

針對實施的“SA”技術，各國紛紛采用技術對策，出現了差分GPS即DGPS（Differential GPS）。“差分”的概念在無線電導航領域早就被采用，差分GPS的提出，使差分技術提高到過去從未有過的重要地位。采用差分GPS幾乎可以完全消除“選擇可用性”帶來的誤差。它利用某些地面發射站送出的已知精確位置的基準信號，將其與GPS的定位信號進行比較和修正。這樣，通過建立基準通訊鏈方式，使GPS數據實現精確校正。目前利用差分技術可使定位精度超過單獨使用PPS所得到精度。因此，美國比其他許多國家更快地將DGPS投入到實際使用中，目前其精度可達1 cm，用它可監視地球和冰川的微小運動。2001年美國取消了“SA”技術限制，GPS的定位精度大大提高。

全球衛星定位系統的迅速發展，引起了各國軍事部門和廣大民用部門的普遍關注。GPS定位技術的高度自動化及其所達到的高精度和具有的潛力，也引起了廣大測量工作者的極大興趣。特別是近十多年來，GPS定位技術在應用基礎的研究、新應用領域的開拓、軟件和硬件的開發等方面都取得了迅速發展。廣泛的科學實驗活動為這一新技術的應用展現了極為廣闊的前景，經典的大地測量技術經歷了一場意義深遠的變革，從而進入一個嶄新的時代。

目前，GPS精密定位技術已經廣泛地滲透到了經濟建設和科學技術的許多領域，尤其對經典大地測量學的各個方面產生了極其深刻的影響。它在大地測量學及其相關學科領域，如地球動力學、海洋大地測量學、天文學、地球物理勘探、資源勘察、航空與衛星遙感、工程變形監測、運動目標的測速以及精密時間傳遞等方面的廣泛應用，充分地顯示了這一衛星定位技術的高精度與高效益。

20.2.3 RS、GIS和GPS多功能綜合

作為空間信息處理的3S技術系統，在空間信息管理中各具特色，均可獨立完成自身的功能。同時，它們所能解決的問題之間又有很多關聯性，在解決問題的功能上又各自存在著優點和不足：GIS具有較強的空間查詢，分析和綜合處理能力，但獲取數據困難；RS能高效地獲取大面積的區域信息，但受光譜波段的限制，且數據定位及分類精度差；GPS能快速地給出目標的位置，對空間數據的精確定位具有特殊意義，但它本身通常無法給出目標點的地理屬性。因此，只有三者有機結合起形成一個多功能綜合的技術系統，才能發揮更大的作用（圖20-3）。在3S系統中，簡單地說，GIS相當中樞神經，RS相當傳感器，GPS相當定位器，三者的共同作用將使地球能實時感受到自身的變化，使其在資源環境和區域管理等眾多領域中發揮巨大作用。RS，GIS和GPS三者的結合與集成已成為當今空間信息系統的發展方向，也是空間科學發展的必然趨勢。

圖20-3 3S技術系統

20.2.3.1 GIS與RS的結合

GIS和RS都是獨立發展起來的支撐現代地學的空間科學技術，其中GIS是管理與分析空間數據的有效工具，RS是空間數據采集和分類的有效工具，它們的研究對象都是空間實體，二者關系十分密切。

GIS和RS的結合主要表現在RS對GIS動態地提供和更新各種數據，而GIS作為空數據處理分析的技術工具，可大大提高RS空間數據的分析能力及分析精度。在實踐中，RS和GIS結合的主要形式是利用遙感圖像經過計算機圖像處理、信息提取、目視解譯等方式，編制各種專題圖，而后通過數字化儀等輸入設備將專題圖上所需信息輸入到地理信息系統中，或者遙感數據經圖像處理、分類和模式識別等方式提取有關信息直接進入地理信息系統數據庫。這種結合方式的實質是用遙感形成專題系列數據庫（包括遙感圖像庫）提供給地理信息系統。數據庫中各專題要素因來自同一信息源，保證了時相和圖幅位置配準，所以很適合在地理信息系統中進行多重信息的綜合與復合分析，從而派生出綜合性數據及圖件，最大限度地發揮有關數據的作用。例如，在流域綜合治理中，根據單要素的坡度圖、土壤類型圖、地貌類型圖及植被類型圖，通過地理信息系統中的有關模型分析可得到土地利用評價圖及土地利用規劃圖等。

20.2.3.2 RS與GPS的結合

GPS和RS都可看作為GIS的數據源的獲取系統，而且，GPS和RS既分別具有獨立的功能，又可以互相彌補其不足。

首先，GPS的精確定位功能解決了RS獲取目標信息定位困難的問題。在GPS問世以前，地面同步光譜測量、遙感的幾何校正和定位等都是通過地面控制點進行大地測量才能確定的，這不但費時費力，而且當無地面控制點時更無法實現，從而嚴重影響數據實時進入系統。GPS的快速定位為RS數據實時、快速進入GIS系統提供了可能。也就是說，借助GPS可使RS迅速進入GIS分析系統，保證了RS數據及地面同步監測數據獲取的動態配準、動態地進入GIS數據庫。

其次，利用RS數據實現GPS定位遙感信息查詢。此外，利用GPS形成了一系列新技術，如GPS氣象遙感技術，利用GPS衛星和接收機之間無線電訊號在大氣電離層和對流層中的延遲時間，了解電離層中電子濃度和對流層中溫度濕度獲得大氣參數及其變化情況。因而目前建立和正在建立的全球許多GPS觀測網將是提供大氣參數的一個重要新數據源。對天氣預報尤其是短期天氣預報發揮巨大作用。

20.2.3.3 GPS與GIS的結合

GPS和GIS的結合，不僅能取長補短使各自的功能得到充分的發揮，而且還能產生許多更高級功能，從而使GPS和GIS的功能都邁上一個新臺階。

通過GIS系統，可使GPS的定位信息在電子地圖上獲得實時的，準確的形象的反映及漫游查詢。通常GPS接收機所接收信號無法輸入底圖。若從GPS接收機上獲取定位信息后，再要回到地形圖或專題圖上查找，核實周圍地理屬性，該工作十分繁雜，而且花費時間長，在技術手段上也是不合理的。如果把GPS的接收機同電子地圖相配合，利用實時差分定位技術，加上相應的通信手段組成各種電子導航和監控系統，可廣泛用于交通、公安偵破、車船自動駕駛、科學種田和海上捕魚等方面。

GPS為GIS及時采集、更新或修正數據，例如在外業調查中通過GPS定位得到的數據，輸入給電子地圖或數據庫，可對原有數據進行修正、核實、賦予專題圖屬性以生成專題圖。

RS和GIS的區別是什么

兩者都是3S技術之一

RS是遙感（Remote Sensing），是通過人造地球衛星上的遙測儀器把對地球表面實施感應遙測和資源管理的監視(如樹木、草地、土壤、水、礦物、農家作物、魚類和野生動物等的資源管理)結合起來的一種新技術。

GIS是地理信息系統（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有時又稱為“地學信息系統”。

它是一種特定的十分重要的空間信息系統。

它是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。

其聯系可以說RS利用衛星獲取遙感圖像，然后為GIS提供數據源。

兩者可以互為利用，RS感知物體后，通過GIS的分析功能更好的表達出來，其實RS本身也是具有表達共能的，但是不具有分析的功能，而使用者往往要看他的實用性。

所以兩者同時結合。

3s技術中還包括一個GPS，GPS主要是用于定位，一個強烈表達關系的實例是災情，需要及時獲得信息，分析救援位置，定位救援，應用rs感知某地區出現災情，及時反映，然后通過分析，得到救援位置，并且計算救援面積，點位等，最后利用gps去定位救援。

同RS一樣，也可以說GPS為GIS提供數據源。

下面一個圖可以簡單地說明下其中之間的關系

RS和GIS的區別是什么？

RS和GIS的區別：RS即遙感技術，利用衛星獲取遙感圖像，提供給GIS，是GIS的重要數據源之一；

GIS則是對所獲得的數據（RS數據，GPS數據，地圖數據等）進行挖掘開發。

RS和GIS的區別與對比：

RS遙感：遙感技術的利用促進環境信息采集手段的革新，從而出現了遙感制圖。此外由于遙感技術與計算機技術結合，使遙感制圖從目視解釋走向計算機化的軌道，并為地圖更新、研究環境因素隨時間變化情況提供了技術支持。

GIS是地理學、測量學、地圖學、遙感等與計算機科學相結合發展起來的一門新的邊緣學科。在這些相關學科、技術中，測量和遙感主要從數據源的角度為GIS 服務，而地理學和地圖學是GIS 應用所關注的主要領域。

早期的GIS系統，如加拿大地理信息系統CGIS、美國哈佛大學開發的SYMAP 系統等，都主要以地圖制圖為目標，地理分析功能極為簡單，更接近一個機助地圖制圖系統。在這個時期，GIS和地圖制圖系統基本統一，沒有明顯的區別。隨著GIS在各個專業領域的應用深入，空間關系的建立和空間分析、管理、規劃和決策成為GIS系統發展的主流。

GIS和RS的區別在于什么啊？

地理信息系統(GIS)與遙感(RS)的區別：

1.學科不同：

GIS 是地理學、測量學、地圖學、遙感等與計算機科學相結合發展起來的一門新的邊緣學科。 在這些相關學科、技術中，測量和遙感主要從數據源的角度為GIS 服務，而地理學和地圖學是GIS 應用所關注的主要領域。

2.技術不同：

由于遙感技術與計算機技術結合，使遙感制圖從目視解釋走向計算機化的軌道，并為地圖更新、研究環境因素隨時間變化情況提供了技術支持。

3.應用不同：

RS 獲得的主要是地物的圖像信息， GPS 獲得地物的具體位置信息；而 GIS 則對以上信息及其它渠道的信息進行處理。

4.特點不同：

在自然災害方面， RS 主要獲取圖像信息，速度快、效率高、實時性強。而 GIS 需要對數據進行處理分析以后才能進行監測以及預測等，所以相對而言過程較長、速度較慢、效率低一些，但準確度高。

5.綜合區別：

遙感是利用遙感器從空中來探測地面物體性質的，它根據不同物體對波譜產生不同響應的原理，識別地面上各類地物，具有遙遠感知事物的意思。也就是利用地面上空的飛機、飛船、衛星等飛行物上的遙感器收集地面數據資料，并從中獲取信息，經記錄、傳送、分析和判讀來識別地物。

從技術和應用的角度， GIS 是解決空間問題的工具、方法和技術；從學科的角度， GIS 是在地理學、地圖學、測量學和計算機科學等學科基礎上發展起來的一門學科，具有獨立的學科體系； 從功能上， GIS 具有空間數據的獲取、存儲、現示、編輯、處理、分析、輸出和應用等功能；從系統學的角度， GIS 具有一定結構和功能，是一個完整的系統。

參考資料1.百度百科——RS

參考資料2.百度百科——GIS

網站欄目：RS和GIS集成技術 在3s集成應用中,rsgpsgis分別有何用途?
網站地址：http://m.newbst.com/article28/ddojejp.html

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