1、国外地理信息技术应用调查国外地理信息技术应用调查贾 丹 摘 要：地理信息技 术正改 变着人类的生存和发展方式，广泛应用到社会发展的各个方面，发挥着不可替代的作用。本文对美国等发达国家地理信息技 术应用的现状进行了深入调查，以期为我国发展地理信息技 术提供借鉴。关键词：地理信息技术 遥感 地理信息系统 全球定位系统 技术应用前言当今时代，信息技术飞速发展，地理信息技术正在改变人类的生存和发展方式。地理信息技术是处理地理空间信息的专业技术，主要包括遥感技术（RS） ，全球卫星定位系统（GPS）,地理信息系统（GIS） 。地理信息技术对资源与环境可持续发展、国家经济建设与社会进步的巨大作用日益显著，
2、其应用具体形式，大到地球村、数字国家，小到数字居民区、数字家庭，无处不在。随着工业化和信息化水平的进一步发展，城市实现了富足、繁荣，但也带来人口拥挤、交通紧张、资源短缺、用地紧张等一系列问题，这也为地理信息技术提供了大显身手的机会。世界各国的城市，尤其在经济发达和发展水平较高的城市，数字城市研究日趋成熟，信息化管理成为热门研究领域，利用地理信息技术进行社会、经济、文化、基础设施、交通通讯、城市规划等数字管理，成为构筑新世纪人类生存环境的新模式。地理信息技术对政府部门获得资源与环境方面的信息，科学地执行可持续发展战略具有重要作用。 贾丹，博士，国家测绘局测绘发展研究中心。地理信息技术在国外的研究
3、和应用比较成熟，了解国外地理信息技术应用现状，具有十分重要的意义。一 美国美国在遥感卫星领域处于领先地位。近十余年来美国遥感卫星应用产业迅速发展。其中卫星通信已实现产业化，成为了商业遥感领域的领跑者。美国 1972 年发射了第一颗陆地卫星，用它来监视自然变化和人类活动对地球表面的影响。它获取了大量的、不断更新的卫星图像资料，这些资料被广泛应用于科学研究和实践中。陆地卫星系列具有持续时间长、综合性能好及波段设置合理等特点，对全球的遥感技术与应用产生了重要而广泛的影响。美国已发射了 5 颗陆地卫星，目前 2 颗在轨。Landsat卫星数据的应用面非常广，主要的在调查地下矿藏、海洋资源和地下水资源、
4、调查国土资源、勘探地质、监测旱涝灾情、农作物估产、修测修编地图、林业资源调查、水利规划、城市规划和环境污染监测等众多领域发挥积极作用，是目前利用最为广泛的地球观测数据。太空影像公司（Space Imaging）1999 年发射的商用高分辨率观测卫星 IKONOS 不仅提供高清晰度且分辨率达 1 米的卫星影像，而且开拓了一个新的更快捷、更经济获得最新基础地理信息的途径，更是创立了崭新的商业化卫星影像的标准。目前 IKONOS 影像被广泛用于国防、地图更新、国土资源勘查、农作物估产与监测、环境监测与保护、城市规划、防灾减灾、科研教育等领域。此外，美国 Digital Globe 公司所拥有 Qui
5、ck Bird(快鸟)卫星的商用高分辨率光学卫星，2001 年顺利发射升空，是目前世界上分辨率最高的遥感数据，可以为全球提供 0.61m 分辨率的商用卫星光学影像。该影像被广泛用于国防、地图更新、国土资源勘查、农作物估产与监测、环境监测与保护、城市规划、防灾减灾、科研教育等领域。在 GIS 方面，美国是当今世界上应用地理信息技术最广泛、最普及的国家之一。GIS软件发展一直以美国等北美的技术为主导，主要的软件有 ARC/INFO、Intergraph 和Mapinfo 等。美国 GIS 的应用遍及政府管理、城市规划建设、环境保护、资源保护、灾害预测、投资评价、军事应用等众多领域。在美国电子政务的
6、发展历程中，地理信息系统的开发与应用占据了非常重要的地位。现在，美国功能强大的地理信息系统可以快速地把多层数字地理空间数据制作成地图等数字产品，进行广泛的相关地理空间分析的准实时操作。地理信息系统技术与适当的地理信息数据集相结合，成为分析、处理和显示各种信息的重要工具，被广泛应用于从美国的国土安全直至老百姓的日常生活等各个领域。超过一半以上的政府部门直接运用地理信息系统资源改进工作方式，提高工作效率。政府将地理信息系统广泛用于为市民提供地理资讯查询服务，市民只需键入自己的家庭地址，即可在地图上清楚地了解到周围政府部门、医院、学校、公园、图书馆、博物馆等与市民生活相关的各种公共服务机构的资讯，也
7、可方便地查询体育馆、剧院、餐馆、酒吧等休闲娱乐场所 2。城市管网都建立了基于 GIS 的信息系统，提高了对这些设施的管理水平，同时还能极大地提高设计与施工、设备维护与故障排除、线路改造等方面的效率，从而产生巨大的经济效益和社会效益。军事应用方面，海湾战争期间，美国国防制图局采用 GIS 实时服务，为战争需要，在工作站上建立了 GIS 与遥感的集成系统，它能用自动影像匹配和自动目标识别技术处理卫星和高低侦察机实时获得战场数字影像，及时地将反映战场现状的正射影影像叠加到数字地图上，数据直接传送到海湾前线指挥部和五角大楼，为军事决策提供 24 小时的实时服务。目前国际上比较常用的一些 GIS 软件大
8、部分来自美国，主要有 ESRI、Intergraph 和MapInfo 等公司的软件产品。美国全球定位系统 GPS 于 20 世纪 60 年代末开始研制，目前被广泛应用。GPS 导航仪不仅是私人轿车的时尚配置，而且应用范围越来越广泛，在航天、交通、金融、农业、军事、应急救援等众多领域发挥着重要作用，广泛应用于精确制导、车辆调度、远洋航行、大气观测、地理勘察、野外探险等。金融机构利用 GPS 可使遍布世界的电脑网络保持同步；发电厂和供电站在发生停电事故时，工程师可迅速追查到断电的确切地点。GPS 已经成为现代灾难应急系统必不可少的一部分。纳入地震监测网络的 GPS 系统，能帮研究人员快速确定地震
9、震中。飞机配置 GPS 和红外探测仪后，可以确认山火的边界和“热点” ，数分钟之内火灾图就可传送到消防员驻地的手提电脑上，以帮助消防员更有效地灭火。福特汽车公司开发的“911 助手”软件，把碰撞传感器和 GPS 结合起来，一旦车主发生事故无法呼救，“911 助手”会自动报警，并报告车主的准确位置。现代农业也用上了 GPS。美国约翰迪尔公司研发出“星火”精准农业系统，农户驾驶装有该系统的拖拉机，能够沿着误差不到 10 厘米的路线运行，精确地决定播种数量和播种深度。用 GPS 指导施肥，可减少化肥施用总量，提高耕地的产量，经济效益显著。配备了 GPS 的空中喷洒机，可以在耕地上空准确地飞行，只在需
10、要的区域喷洒化学药剂，减少了使用的化学药剂量，降低其扩散度，从而保护了环境。二 欧洲欧洲遥感卫星(ERS)系列及其后继的 EVISAT 卫星是欧空局发射和经营的遥感卫星。ERS-1 卫星于 1991 年 7 月发射，2000 年 8 月停止使用。第 2 颗 ERS-2 于 1995 年 4 月发射，到 2002 年 3 月失效，后继环境卫星-1 于 2002 年 3 月 28 日发射。该卫星搭载了九款地球观测装备，能利用各种不同的测量原则，收集地球上陆地、水、冰以及环境的各种资讯。法国是能代表欧洲整个地区空间技术水平的国家之一，在航天遥感领域，是世界上技术领先的国家之一。1986 年，法国发射
11、了世界上第一颗以商业模式运作的中等分辨率军民两用遥感成像卫星 SPOT-1，开创了民用航天测绘的新时代。SPOT 卫星系列尽管只有 10 米全色和 20 米多光谱的地面分辨率，但由于覆盖范围广，影像几何关系严密，非常适合中小比例尺地图制图，在全球广受欢迎。为满足市场需求，提高 SPOT 卫星的竞争力，2002 年，法国发射了分辨率为 2.5 米的 SPOT-5 卫星。SPOT 系列卫星的性能不断提高，提供的影像、数据可用于地学立体判读分析、测图、制图等方面，其产品广泛应用于土地利用调查与更新、陆地表面资源与环境监测、4D 产品制作和城市规划等研究领域。欧洲 GIS 技术发展较早，特别是在自动制
12、图方面，是世界的发源地之一。欧洲 GIS 的应用范围比较广泛，如土地管理、城市规划、环境管理等。但欧洲 GIS 应用最热门的领域是地籍管理和公用设施管理，几乎所有欧洲国家的大型 GIS 项目均与这两个方面有关。虽然欧洲大多数国家开发了自己的 GIS 软件，如英国的 VTRAK、GIMMS、德国的西门子以及荷兰的小型软件 ILWIS 等在国际上均有一定的用户，但是北美软件产品仍在欧洲市场上占主导地位。在导航定位领域，为了打破美国 GPS 的垄断地位，摆脱对 GPS 的依赖，欧盟实施了“伽利略”计划，以建立欧洲自主、独立的民用全球定位导航系统。该计划实现完全非军方控制、管理，具有覆盖全球的导航和定
13、位功能，可为用户提供误差不超过 1 米的高精度、高可靠性的定位服务。 “伽利略”卫星定位系统作为未来交通管理和测量系统的核心部分，在公路导航系统应用方面将有效降低成本，产生可观的经济效益。目前，欧洲车载导航技术十分成熟。汽车音响型导航产品和便携式媒体的导航产品各自占有一定的市场份额，汽车音响型产品的新车前装率约 25%，便携式媒体市场率略低，但增长快速。三 加拿大加拿大的遥感技术应用非常成熟，加拿大 Radarsat-1 号卫星是世界上第一颗投入商业运行的雷达遥感卫星，现已向全世界提供雷达卫星遥感资料。可广泛用于全球气候和环境监测、极区冰覆盖情况观测、多云的热带和温带雨林观测以及海洋观测等。2
14、007 年，加拿大发射了 Radarsat-2 雷达卫星，该卫星集合 Radarsat-1 的功能，并采用多极化工作模式，大大增加可识别地物或目标的类别，可为用户提供 3m-100m 分辨率、幅宽 10km500km 范围的雷达数据，用于全球环境和自然资源的监测、制图和管理，尤其是在海冰监测、制图、地质勘探、海事监测、救灾减灾、农林资源监测以及地球上的一些脆弱生境的保护等。加拿大是世界上最早建成地理信息应用系统的国家。加拿大 GIS 技术的发展和应用已进入相对成熟、稳定的时期,应用范围涉及政府管理、专业领域和社会公众等许多方面。从全球地理信息系统领域来看，加拿大以其自然资源开发、市政规划、农业
15、、农业地理和商业地理方面的专业开发和应用在世界各国享有声誉。在公众服务方面，GIS 技术与主流 IT技术的融合,充分利用互联网、移动通讯技术，发展 Web GIS 和 Mobile GIS，为社会公众提供在线的、移动的地理信息服务。加拿大 GIS 发展进程为 MapGISWebGISSensor Web GIS(表现形式 2D3D4D),发展方向为 Sensor Web GIS。传感器网络可使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息。因此,这种网络系统可被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐、抗灾等领域。传感器网络是信息感知和采集的一场
16、革命,它为 GIS 研究提供了强大的技术支持 6。目前加拿大利用 Sensor Web 技术的领域有:精细农业(农业信息技术与农业生物技术)、智能化交通、环境监测、现代化作战技术等。GPS 的应用在加拿大已十分广泛，涉及国民经济的各个领域,以 GPS 为代表的卫星导航应用产品,由于能比较方便的提供位置、速度和时间信息等,很快成为现代社会的信息来源,成为国家重要的基础设施。GPS 被广泛应用到精细农业、通信、交通等行业。几乎 100%的汽车上都装有 GPS 导航产品；飞机的每个座位背后都安装了 GPS 导航器,可让乘客实时地了解飞机所在的位置及飞机的状态(高度、速度、经纬度等参数)；公交 GPS
17、 电子牌可让乘客实时地了解下一班公交所处的位置等信息；通信 GPS 可解决固定电话的移动使用；几乎所有的 GPS 接收机都集成了北美、欧洲较精确的道路网图,可直接利用该数据进行导航。四 日本日本的遥感发展重视目的性和效果。初期主要是应用国外卫星的图像数据做应用研究。随着日本经济的发展，遥感技术也开展起来。1992 年发射的日本地球资源卫星一号用来观测地球的全部陆地，以资源探测为主要目标。它的图像数据不仅是资源考察的信息，还能获得对环境保护、农林、渔业、国土利用等领域有价值的信息，该卫星 1998 年停用。2006年发射 ALOS 卫星，其采用了先进的陆地观测技术，能够获取全球高分辩率陆地观测数
18、据，其分辨率星下点为 2.5 米，单程通过即可测得地面“立体像对”数据，主要用于立体测绘、农业、森林管理、区域环境观测、灾害监测、资源调查等领域。GIS 在日本应用已基本普及。农林渔业省为其下属机构装备了 GIS，以保护环境，减轻灾害，推动日本农业的发展。日本主要的县一级地方政府都已将 GIS 用于城市和区域规划。环境部门采用 GIS 进行环境制图、环境规划和森林资源保护等。其它部门如运输省、警视厅和统计局等都引进了 GIS 技术。目前在日本越来越多的系统和产品涉及到了 GIS 技术，但是日本的 GIS 学习环境比较落后，在软件方面，日本市场上主要引进的国外 GIS 系统以美国 ERSI 的
19、ARC/INFOO 为主，由 PASCO 公司代销。中国的超图软件 SuperMap 已经进入“日本市场 GIS 软件五强” 。日本公司开发的 GIS 软件多是运行于大型计算机上的，或由软硬件一起组成的系统，为某些特定目的和特定项目服务。在导航定位方面，日本导航技术的发展处于领先地位。日本最早从 1992 年开始大规模应用 GPS 导航系统，从 1996 年开始车辆导航系统进入快速发展期。目前年销售量维持在几百万套，超过 60%的新车出厂时就已安装了车辆导航系统。日本导航系统功能丰富，使用方便，在满足导航诱导的同时还能提供多种服务。导航技术的普及大大缓解了交通拥堵，提高了交通效率，环境也有所改
20、善。由于日本属于多山地区，大部分城市位于峡谷地带，GPS 提供的定位服务难以满足城市车载用户的导航定位需求。为了提高空间卫星的分布几何，确保信号遮挡地区的导航定位需求，日本将在今年的 8 月 2 号发射“准天顶卫星”计划的首颗卫星“指路”号卫星。“指路”号卫星将用于解决在部分城市地区和多山地区，卫星定位信号经常被摩天大楼和山脉阻挡，或是反射波导致信号错误等问题。由于总有至少一颗准天顶卫星处于日本上空，日本可以在无法获得足够 GPS 卫星无线电波进行定位的多山区域和城市区域，扩大定位服务的范围和时间。未来“准天顶卫星系统”采用日本三菱电机公司在美国 GPS 的基础上开发出的新定位技术，能使汽车、
21、火车在速度 100 千米/小时的情况下，定位精度 0.2 米；日本海上保安厅甚至宣称，如果新系统与美国 GPS 的 24 颗卫星配合使用，定位精度可提高到0.1 米。参考文献1 周胜利. 美国的遥感计划及政策:中国测绘,2005, 7(1):50-532 宫冠英 美国城市地理信息系统建设应用现状及借鉴. 成都行政学院学报 ,2009,第4期.3 现代农业助手 美国正在研发第三代GPS.人民日报.4 钟耳顺 欧洲地理信息系统发展特点. 计算机世界报,1994,第26期 .5 白华. 国外导航卫星系统的最新发展:电子信息对抗技术,2009, 24(2):41-46.6 肖剑平.加拿大3S技术发展动
22、态:测绘信息与工程,2007,32(5):48-507 罗名海. 加拿大GIS技术的应用与发展:地理空间信息,2007, 5(1):5-78 潘黎明. 日本国应用GPS 、GIS和地图制图技术状况:现代测绘,2003, 26(5):20-229 任伏虎. 日本地理信息系统的发展与产业化,计算机世界报,1994 ,第26期.10 石卫平.国外卫星导航定位技术发展现状与趋势.航天控制,2004(8):30-45.11 王杰华. 日本卫星导航系统J.中国航天,2008(1):39-42.12 Eissfeller B,Schueller T.Das Europaeische Satelliten navigations system GALILEOJ.DVW Schriftreihe Band 2006,49:17-40.13 HIGGINS M. Next Generation Global Navigation Satellite SystemsR.Copenhagen: International Federation of Sur-veyors,2006.
