1、3S综合应用,Dept. of Geography，Chuzhou University,什么是3S集成？,GIS：(Geographic Information System，简称GIS)是一种对地理空间信息进行采集、存储、管理、分析和图象表达的实用工具。其特点是数据量庞大；且具有信息载体的多变性，可以是数字、文字、地图等。RS技术：(Remote Sensing,简称RS)是一种非接触性的，与目标隔有一段距离，以图象方式进行表达的观测、测量手段。其特点是宏观、中观性的；快速；可计算机处理；可数字化。GPS技术：（Global Positioning System ，简称GPS）用于信息获取
2、和实施的准确定位，特点是定位精度高，根据不同的目的可自由选择不同精度的GPS系统。GPS能实时准确地回答“我在哪里”这个简单的问题。它利用地球外空间有一定分布的24颗卫星，使地面上任何一点可以同时与其中4颗收星通讯，分别测量该点与卫星的距离，最后将该点的几何坐标推算出来。这项技术在海湾战争后开始转向民用，并且已商业化，最高地面精度可达到厘米级。“3S”技术：就是以地理信息系统为中心，把遥感和全球定位系统的数据进行合理结合的系统。,遥感技术及其在3S技术中的应用,GIS数据库的数据源。建立地学遥感影像解译知识库获取地学专题数据地理数据库更新,遥感数字高程获取（叠加了影像）,立体地形图数字沙盘,3
3、S技术应用领域,在海洋渔业资源开发中的应用21世纪是海洋的世纪。海洋渔业资源是人类重要的自然资源，利用高新技术手段发展海洋捕捞业，已为世界各海洋国家所重视。传统海洋捕鱼主要依靠“鱼老大”的直观经验在茫茫大海中确定渔场的位置。很难稳定高产，海洋的鱼群运动以及饵料的时空分布是有规律可循的。由于鱼群对海洋生态环境有极大的依赖性，水温、海流、风场、盐度等海洋环境参数及其变化控制着鱼类的生存、繁殖、泅游、分布，影响着中心渔场位置、渔汛早晚和捕获量。由于海洋渔类与海水物理性质及海洋生态环境因子具有一定的相关性，因此通过对其进行遥感监测可以获取鱼类的生态信息。,RS在海洋渔业资源开发中的应用,不同的鱼种有不
4、同的温度习性，色饵料场往往分布在冷热海水交界面上。利用海面温度图可以推断渔场的分布。利用遥感数据进行处理分析，绘制海洋表面温度分布图，使遥感技术成为发现渔场的有力工具。在20世纪80年代初期，日本渔业已应用旬平均海温图来指导渔业生产，其远洋渔业也利用遥感指导捕鱼活动。 利用卫星遥感技术获得的信息，反演海面水温、叶绿素浓度及分布、海面风场以及流场分布等信息，有利于获取大面积、准实时的综合渔场环境参数。,GIS在海洋渔业资源开发中的应用,地理信息系统支持海洋数字地图的分析与管理。渔船在海洋上捕鱼，可以方便的使用GIS来显示电子地图，在电子地图上渔民可以看到GIS模拟出的海洋渔场分布，中心渔场位置、
5、渔场边界、渔场密度分布等状况。在计算机上，海况信息可以采用二维、三维图像方式来表达，各种统计信息也可以来用直方图、曲线图或二维表的形式来表现，这为渔民观察、使用与分析鱼情提供了方便。GIS数据库中存有不同海区的水温、叶绿素浓度及分布、海洋表面风场、流场分布、海水深度、盐度等信息。海洋渔业资源与环境数据库具有“多文档、巨容量”特点，它包括渔业资源与环境生态数据，以及遥感数据。,GPS在海洋渔业资源开发中的应用,利用GPS接收机可确定捕鱼船随时所在的位置。GPS接收机进入定位状态后，可显示当前渔船的经纬度及时间，这比利用太阳和星星辨认方向要精确得多。 利用GPS提供的导航功能，用户可以输入一个有效
6、目标点或者从接收机存贮的多个渔场位置中选择一个有效目标点，从而在船只行驶时，不断得到船只航向、速度、距目标点的距离等导航信息，将点连接成路线。利用该功能，渔民可以选取最近航线、最佳海况航线，及时抓住渔汛。,3S技术在海洋渔业资源开发中的综合应用,遥感技术与地理信息系统的综合应用从海洋遥感数据可获得大面积、准实时的渔场综合环境参数。在GIS支持下，利用遥感技术提供的海洋生态环境参数，结合渔场预测模型和专家知识库，可推测海洋鱼群的繁殖、泅游、分布及中心渔场的位置，实现对海洋渔场的预测、预报。在海洋电子地图上可直接显示中心渔场、渔场边界、鱼群密度分布等信息，并对鱼群维持的时间作出预报。,全球定位系统
7、与地理信息系统结合地理信息系统可以提供包括岛屿、暗礁、洋流、主要鱼群泅游路线和渔场分布范围等信息的数字电子地图。全球定位系统则提供了当前船只的实时状态。这种以数字形式产生的两个系统的接口，可以将船只及航线信息实时记录在GIS的地理数据库中，从而充分发挥了GIS对捕鱼操作的分析、决策支持功能。,3S技术在海洋渔业资源开发中的综合应用,3S技术与精细农业,农业是一个国家的基本产业，依据农业地域分异规律、因地制宜地发展农业，合理利用农业资源，发挥地区优势，是农业生产的基本原则和规律。在信息社会，精细农业代表着农业发展的方向，将信息融入农业带动农业发展。,精细农业的概念,精细农业也被称为因地制宜农业(
8、site specific farming)、处方农业 (prescription farming)。它可以在遥感、地理信息系统和全球定位系统技术支持下，进行抽样调查，获取作物生长的各种影响因素信息(如土壤结构、含水量、地形、病虫害等)。通过进行农田小区作物产量对比，分析影响小区产量差异的原因，获取农业生产中存在的空间和时间差异性信息，可以根据每个地块的农业资源特点，按需实施微观调控，最大限度地优化使用各项农业投入，充分利用现代化和机械化，精耕细作，以获取最高产量和最大经济效益。遥感与地理信息系统的发展，为精细农业发展作了技术上的准备。80年代遥感与地理信息系统和决策支持系统开始在农业较大范围
9、中应用。90年代初期卫星定位系统技术的民用化，推动了3S在农业生产中的应用，导致了精细农业的诞生并推动了精细农业的发展。,数字农业,数字农业：是将遥感、地理信息系统、全球定位系统、计算机技术、通讯和网络技术、自动化技术等高新技术与地理学、农学、生态学、植物生理学、土壤学等基础学科有机地结合起来，实现在农业生产过程中对农作物、土壤从宏观到微观的实时监测，以实现对农作物生长、发育状况、病虫害、水肥状况以及相应的环境进行定期信息获取，生成动态空间信息系统；对农业生产中的现象、过程进行模拟，达到合理利用农业资源，降低生产成本，改善生态环境，提高农作物产量和质量的目的。,3S技术支持下的精细农业具有以下
10、特点：,技术性强：3S技术涉及到电磁波理论、图像处理，图像解译、计算机硬件与软件技术、空间分析技术、卫星导航原理、测量等多个领域，将这些理论、方法和技术与农业生产结合，具有很强的技术性。农民也要掌握3S。,技术性强：定量化：精细农业的目的是通过尽可能精确地规划诸如劳动力、种子、肥料、农药等用量指标，来最大限度的降低劳动成本和物质与能量消耗。计算机可以精确控制着种子、肥料、农药等用量，它可以根据不同的土质、作物长势和其他农业生态环境特点，定量投放种子、肥料、农药等。因此，它具有定量化的特点。,3S技术支持下的精细农业具有以下特点：,技术性强：定量化：定位化：传统农业进行田间管理时，农民不能顾及每
11、块田地上的土质差别，按统一标准向田问投入肥料、灭草剂和杀虫剂，这势必造成浪费，或不能满足某些地块上田间管理的要求。GPS提供的准确定位功能，可对田间实施“外科手术”式作业。具有GPS导航仪的收割机在经过每块土地时都记录下作物产量；在GPS定位系统的协助下，农田机械可以根据不同地块的差别，自动调节种子、肥料和化学剂的投放量。,3S技术支持下的精细农业具有以下特点：,3S技术在精细农业中的综合应用,RS在精细农业中的作用。遥感技术可以客观、准确、及时地提供作物生态环境和作物生长的各种信息。它是精细农业获得田间数据的重要来源。遥感技术在精细农业中具有以下的应用：农作物播种面积遥感监测与估算。 搭载遥
12、感器的卫星或飞机通过田地时，可以监测并记录下农作物覆盖面积数据，通过这些数据可以对农作物分类，在此基础上可以估算出每种作物的播种面积。,RS在精细农业中的作用,遥感监测作物长势与作物产量估算。利用遥感技术在作物生长不同阶段进行观测，获得不同时间序列的图像，农田管理者可以通过遥感提供的信息，及时发现作物生长中出现的问题，采取针对措施进行田间管理(如施肥、喷施农药等)。管理者可以根据不同时间序列的遥感图像，了解不同生长阶段中作物的长势，提前预测作物产量。作物生态环境监测。利用遥感技术刃以对土壤侵蚀、土地盐碱化面积、主要分布区域与土地盐碱化变化趋势进行监测，也可以对土壤水和其他作物生态环境进行监测，
13、这些信息有助于田间管理者采取应对措施。灾害损失评估。气候异常对作物生长具有一定影响，利用遥感技术可以监测与定量评估作物受灾程度，作物受旱涝灾害影响的面积，对作物损失进行评估，然后针对具体受灾情况，进行补种、浇水、施肥或排水等抗灾措施。,GPS在精细农业中的作用,GPS接收机在精细农业中的作用包括精确定位、田间作业自动导航和测量地形起伏状况。GPS接收机需要与农田机械结合，随着农因机械在田间作业，同时进行精确定位、田间作业自动导航和测量地形起伏。目前，在美国和一些欧洲国家已经试用一种新型联合收割机、这种联合收割机的一个重要特点是，在机器上安装全球定位系统接收机和地理信息系统，它通过差分GPS系统
14、进行精确定位和高度测量，利用GIS记录与显示联合收割机当前作业位置和土地单位面积产量与微地形起伏状况。由于具有精确定仪功能，农业机械可以将作物需要的肥料送到准确位置，也可以将农药喷洒到准确位置。这不仅有助于提高作物产量，也对以降低肥料和农药的消耗。,地理信息系统可以被用于农田土地数据管理，查询土壤、自然条件、作物苗情、作物产量等数据，并能够方便的绘制各种农业专题地图，也能采集、编辑、统计分析不同类型的空间数据。,GPS在精细农业中的作用,绘制作物产量分布图。安装GPS导航仪的新型联合收割机，在田间收割农作物时，每隔12s记录下联合收割机的位置，同时产量计量系统随时自动称出农作物的重量，置于粮仓
15、中的计量仪器能测出农作物流人储存仓的速度及已经流出的总量，这些结果随时在驾驶室内的显示荧屏上显示出来，并被记录在地理数据库中。利用这些数据，在地理信息系统支持下可以制作农作物产量分布图。在产量分布图上描绘出每个地块在空间的分布轮廓和单位面积土地上农作物产量。农业专题地图分析。通过GIS提供的复合叠加功能将不同农业专题数据组合在一起，形成新的数据集。例如，将土壤类型、地形、作物覆盖数据采用复合叠加，建立三者在空间上的联系，可以很容易分析出土壤类型、地形、作物覆盖之间的关系。从中可以发现它们之间的关系，这对于指导农业生产是很有意义的。,GPS在精细农业中的作用,3S集成用于精准农业,联合收割机外貌
16、,监视器和控制面板,作物产量传感,3S集成用于精准农业,有些载有GPS和GIS设备的农业机械还可以在收割、耕地或其他田间管理的同时，按照预设的采样策略采集土壤样本，并自动记录采样位置和分析样本的PH值和肥力（比如钾和磷的含量），同时输出分析图表。,采样策略示意图,农业机械所载的GIS输出的土壤肥力分析图,3S集成用于精准农业,根据分析图表，农业工人可以因“地”制宜安排施肥方案，农业机械便可以根据该方案自动在指定地点按指定的比例施肥，这样不仅可以避免因盲目施肥，对作物造成损害，还可以节省肥料和农业机械的燃耗。,受GIS和GPS控制的喷洒设备，可以按照预置程序对指定地点按照指定比例施肥或喷洒农药等
17、。,3S技术在土地研究中的应用,RS技术在土地领域的应用常规的土地资源调查方法，获取数据的周期长而且精度差，数据和图件的管理、传输、分析手段落后，无法提供及时、准确、全方位的信息。加上每年土地利用和土地覆盖状况都在变化，往往使耗资巨大的调查结果难以反映当前土地资源现状，而应用遥感技术则可以快速获得土地利用和土地覆盖的动态变化信息。GIS技术在土地领域的应用地理信息系统最早是由土地部门发展起来的。尽管在不同土地部门中应用的地理信息系统名称不同，但它们实质上都是与具体部门相结合的地理信息系统软件。,应用在土地领域的地理信息系统,土地管理信息系统这种系统主要面向土地管理部门，为便于广大基层土地管理部
18、门接受与使用，它往往具有使用灵活便捷、用户界面友好、便于操作等特点。土地利用动态监测系统这类系统主要用于土地利用现状遥感调查和动态变化监测。它主要以TM、SPOT和我国资源卫星获取的遥感信息作为数据源，利用图像分类和模式识别技术，对土地利用变化频繁的地区进行动态监测。在基于GIS的本底数据库支持下，实现土地利用状况变化的调查。地籍管理信息系统地籍是反映土地位置、数量、质量、权属、用途等基本情况的资料。地籍管理信息系统是国家与地方土地管理部门实现地籍管理现代化的支持工具。根据地籍管理的各项事务要求，在地籍管理信息系统支持下，可以实现包括图形库、属性库和法律文件的数据库管理、各种地籍图件的编辑与检
19、索、查询统计以及地籍权属变化的修改和各种图表与文件的输出。,GPS技术在土地领域的应用,GPS由于定位的高精度和应用的灵活性，目前已经成为土地调查中进行空间定位的主要手段。在土地资源分布调查中，GPS可以作为独立数据获取手段之一。对于权属划拨引起的用地类型改变的情况，可以使用GPS接收机在野外获取变化区域的定位数据，在此基础上对土地资源数据库进行更新。由于权属划拨引起的用地类型改变，并没有导致地块物理性质的变化，遥感图像上无法反映出来。,3S技术在其它领域的应用,地质找矿：将3S（GIS、GPS、RS）集成技术的广泛应用大大提高了地质找矿的工作效率和成功率。用GPS同时测定三维坐标的方法，从静
20、态扩展到动态应用在地质找矿工作的全过程，科学地把室内资料和野外工作结合起来，增强了工作的目标性、可行性和有效性。在GIS系统中首先导入遥感图像，并进行与地质图相同坐标系的配准，套合在地形图上，实施计算机解译。对线型构造、环形构造、色斑色块、地层或岩体等同时建立属性库，大大提高了遥感资料的可解译程度。 通过形成的遥感解译、地质、物化探异常、矿床（点）GIS综合图，确定重点工作区，选择合理可行的工作方法。新疆塔里木油气田,将GIS确定的工作点地理坐标，输入到GPS系统，野外就可很方便地找准目标位置。并利用笔记本电脑和GPS将当天观察和采样情况随时随地的按预先设计好的格式输入计算机中，一套完整的数字化野外实际资料就形成了。工作过程中所获得的照片、录像等音像资料和素描图等，以不同的数字化格式输入到GIS系统内，利用GIS提供的强大空间分析功能，以实现找矿远景区圈定、成矿预测和资源潜力的评价工作。 近年来，研究所注重特殊景观地区高精度数据源遥感的应用、开发和研究，尤其是在西藏等高原积雪覆盖区的ETM遥感和东北森林覆盖区的TM、SPOT遥感蚀变信息提取研究取得了一定成效。特别是在工作程度相对较低、环境恶劣、研究范围较大地区的地质找矿工作，通过遥感技术的应用，可以缩短找矿周期，提高找矿命中率。,化探异常与TM遥感影像叠加于同区地形上的复合三维立体模型,
