1、3S集成应用,2018/5/24,1,1.1 RS、GIS与GPS集成概述,空间定位系统(目前主要指GPS全球定位系统)、遥感(RS)和地理信息系统(GIS)是目前对地观测系统中空间信息获取、存贮管理、更新、分析和应用的3大支撑技术(以下简称“3S。,2018/5/24,2,1.1 RS、GIS与GPS集成概述,这3大技术有着各自独立、平行的发展成就： GPS是以卫星为基础的无线电测时定位、导航系统，可为航空、航天、陆地、海洋等方面的用户提供不同精度的在线或离线的空间定位数据； RS在过去的20年中已在大面积资源调查、环境监测等方面发挥了重要的作用。在未来数年之中还将会在空间分辨率、光谱分辨率
2、和时间分辨率3个方面，全面出现新的突破； GIS技术则被各行各业用于建立各种不同尺度的空间数据库和决策支持系统，向用户提供着多种形式的空间查询、空间分析和辅助规划决策的功能。,2018/5/24,3,1.1 RS、GIS与GPS集成概述,事实上，许多应用工程或应用项目需要综合地利用这3大技术的特长，方可形成和提供所需的对地观测、信息处理、分析模拟的能力。例如海湾战争中“3S”技术的集成代表了现代战争的高技术特点，而且“3S”技术的集成应用于工业、农业、交通运输、导航、捕鱼、公安、消防、保险、旅游等不同行业，将产生愈来愈大的市场价值。,2018/5/24,4,1.1 RS、GIS与GPS集成概述
3、,3S的结合应用，取长补短，是一个自然的发展趋势，三者之间的相互作用形成了“一个大脑，两只眼睛”的框架，即RS和GPS向GIS提供或更新区域信息以及空间定位，GIS进行相应的空间分析（图1-1），以从RS和GPS提供的浩如烟海的数据中提取有用信息，并进行综合集成，使之成为决策的科学依据。,2018/5/24,5,1.1 RS、GIS与GPS集成概述,图1-1：3S的相互作用与集成,2018/5/24,6,RS,GPS,GIS,几何配准、辅助分类等,提供或更新区域信息,提供或更新空间定位,定点查询专题信息,几何校正、训练区选择及分类验证等,提供定位遥感信息查询,1.1 RS、GIS与GPS集成概
4、述,在实际的应用中，较为常见的是3S两两之间的集成，如GIS/RS集成，GIS/GPS集成或者RS/GPS集成等，但是同时集成并使用3S技术的应用实例则较少。 美国Ohio大学与公路管理部门合作研制的测绘车是一个典型的3S集成应用，它将GPS接收机结合一台立体视觉系统载于车上，在公路上行驶以取得公路以及两旁的环境数据并立即自动整理存储于GIS数据库中。测绘车上安装的立体视觉系统包括有两个CCD摄象机，在行进时，每秒曝光一次，获取并存储一对影象，并作实时自动处理。,2018/5/24,7,2018/5/24,8,LD 2002 外观图,特点：采用DGPS/INS组合导航系统 两台车用电子计算机四
5、台CCD黑白相机+一台彩色数码相机测量精度0.1-0.3米量测范围：道路及两侧各50米以内,2018/5/24,9,车内的两台电脑与电源,2.1 GIS的基本概念,地理信息系统（Geographic Information System或 GeoInformation system，GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位
6、数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。,2018/5/24,10,2.1 GIS的基本概念,有的学者断言，“地理信息系统和信息地理学是地理科学第二次革命的主要工具和手段。如果说GIS的兴起和发展是地理科学信息革命的一把钥匙，那么，信息地理学的兴起和发展将是打开地理科学信息革命的一扇大门，必将为地理科学的发展和提高开辟一个崭新的天地”。GIS被誉为地学的第三代语言用数字形式来描述空间实体。,2018/5/24,11,2.2 地理信息系统的构成,完整的GIS主要由四个部分构成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、
7、地理空间数据和系统管理操作人员，其核心部分是计算机软硬系统，空间数据库反映了GIS的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。地理信息系统的组成可综合表示为图2-1。,2018/5/24,12,图2-1 地理信息系统的组成,2018/5/24,13,2.3 地理信息系统的应用,地理信息系统的博才取胜和运筹帷幄的优势，使它成为国家宏观决策和区域多目标开发的重要技术工具。也成为与空间信息有关各行各业的基本工具，以下简要介绍地理信息系统的一些主要应用方面： 一、测绘与地图制图 地理信息系统技术源于机助制图。地理信息系统（GIS）技术与遥感（RS）、全球定位系统（GPS）技术在测绘
8、界的广泛应用，为测绘与地图制图带来了一场革命性的变化。集中体现在：地图数据获取与成图的技术流程发生的根本的改变；地图的成图周期大大缩短；地图成图精度大幅度提高；地图的品种大大丰富。数字地图、网络地图、电子地图等一批崭新的地图形式为广大用户带来了巨大的应用便利。测绘与地图制图进入了一个崭新的时代。,2018/5/24,14,2.3 地理信息系统的应用,二、资源管理 资源清查是地理信息系统最基本的职能，这时系统的主要任务是将各种来源的数据汇集在一起，并通过系统的统计和覆盖分析功能，按多种边界和属性条件，提供区域多种条件组合形式的资源统计和进行原始数据的快速再现。以土地利用类型为例，可以输出不同土地
9、利用类型的分布和面积，按不同高程带划分的土地利用类型，不同坡度区内的土地利用现状，以及不同时期的土地利用变化等，为资源的合理利用、开发和科学管理提供依据。再如，美国资源部和威斯康星州合作建立了以治理土壤侵蚀为主要目的的多用途专用的土地GIS。该系统通过收集耕地面积、湿地分布面积、季节性洪水覆盖面积、土壤类型、专题图件信息、卫星遥感数据等信息，建立了潜在威斯康星地区的土壤侵蚀模型，据此，探讨了土壤恶化的机理，提出了合理的改良土壤方案，达到对土壤资源保护的目的。,2018/5/24,15,2.3 地理信息系统的应用,三、城乡规划 城市与区域规划中要处理许多不同性质和不同特点的问题，它涉及资源、环境
10、、人口、交通、经济、教育、文化和金融等多个地理变量和大量数据。地理信息系统的数据库管理有利于将这些数据信息归并到统一系统中，最后进行城市与区域多目标的开发和规划，包括城镇总体规划、城市建设用地适宜性评价、环境质量评价、道路交通规划、公共设施配置，以及城市环境的动态监测等。这些规划功能的实现，是以地理信息系统的空间搜索方法、多种信息的叠加处理和一系列分析软件(回归分析、投入产出计算、模糊加权评价、0-l规划模型、系统动力学模型等)加以保证的。我国大城市数量居于世界前列，根据加快中心城市的规划建设，加强城市建设决策科学化的要求，利用地理信息系统作为城市规划、管理和分析的工具，具有十分重要的意义。,
11、2018/5/24,16,2.3 地理信息系统的应用,四、灾害监测 利用地理信息系统，借助遥感遥测的数据，可以有效地用于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测和洪水淹没损失的估算，为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息。1994年的美国洛杉机大地震，就是利用ARCINFO进行灾后应急响应决策支持，成为大都市利用GIS技术建立防震减灾系统的成功范例。通过对横滨大地震的震后影响作出评估，建立各类数字地图库，如地质、断层、倒塌建筑等图库。把各类图层进行叠加分析得出对应急有价值的信息，该系统的建成使有关机构可以对象神户一样的大都市大地震作出快速响应，最大程度地减少伤亡和损失。再如，据我国大兴安岭地区的研究，
12、通过普查分析森林火灾实况，统计分析十几万个气象数据，从中筛选出气温、风速、降水、温度等气象要素、春秋两季植被生长情况和积雪覆盖程度等14个因子，用模糊数学方法建立数学模型，建立微机信息系统的多因子的综合指标森林火险预报方法，对预报火险等级的准确率可达73%以上。,2018/5/24,17,2.3 地理信息系统的应用,五、环境保护 利用GIS技术建立城市环境监测、分析及预报信息系统；为实现环境监测与管理的科学化自动化提供最基本的条件；在区域环境质量现状评价过程中，利用GIS技术的辅助，实现对整个区域的环境质量进行客观地、全面地评价，以反映出区域中受污染的程度以及空间分布状态；在野生动植物保护中的
13、应用，世界野生动物基金会采用GIS空间分析功能，帮助世界最大的猫科动物改变它目前濒于灭种的境地。都取得了很好的应用效果。,2018/5/24,18,2.3 地理信息系统的应用,六、国防 现代战争的一个基本特点就是“三S”技术被广泛地运用到从战略构思到战术安排的各个环节。它往往在一定程度上决定了战争的成败。如海湾战争期间，美国国防制图局为战争的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，处理卫星和高空侦察机实时获得的战场数字影像，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。,20
14、18/5/24,19,2.3 地理信息系统的应用,七、宏观决策支持 地理信息系统利用拥有的数据库，通过一系列决策模型的构建和比较分析，为国家宏观决策提供依据。例如系统支持下的土地承载力的研究，可以解决土地资源与人口容量的规划。我国在三峡地区研究中，通过利用地理信息系统和机助制图的方法，建立环境监测系统，为三峡宏观决策提供了建库前后环境变化的数量、速度和演变趋势等可靠的数据。 总之，地理信息系统正越来越成为国民经济各有关领域必不可少的应用工具，相信它的不断成熟与完善将为社会的进步与发展作出更大的贡献。,2018/5/24,20,3.1 GPS概念,全球定位系统(GPS)是利用人造地球卫星进行点位
15、测量导航技术的一种，其它的卫星定位导航系统有俄罗斯的GLONASS，欧盟GALILEO等等。GPS全称是NAVSTAR(NAVigation Satellite Timing And Ranging)/GPS，由美国军方组织研制建立，从1973年开始实施，到九十年代初完成。中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。,2018/5/24,21,3.2 GPS系统介绍,GPS系统包括三大部分：空间部分-GPS卫星星座；地面控制部分-地面监控系统；用户设备部分-GPS信号接收机。 3.2.1 GPS卫星及其星
16、座 GPS由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成，它们均匀分布在六个相互夹角为60度的轨道平面内，即每个轨道上有四颗卫星。卫星高度离地面约20000公里，绕地球运行一周的时间是12恒星时，即一天绕地球两周。GPS卫星用L波段两种频率的无线电波（1575.42MHz和1227.6MHz）向用户发射导航定位信号，同时接收地面发送的导航电文以及调度命令。,2018/5/24,22,3.2 GPS系统介绍,3.2.2地面控制系统 对于导航定位而言，GPS卫星是一动态已知点，而卫星的位置是依据卫星发射的星历描述卫星运动及其轨道的参数计算得到的。每颗GPS卫星播发的星历是由地面监控系统提供的，同时卫星设备的工
17、作监测以及卫星轨道的控制，都由地面控制系统完成。 GPS卫星的地面控制站系统包括位于美国科罗拉多的主控站以及分布全球的三个注入站和五个监测站组成，实现对GPS卫星运行的监控。,2018/5/24,23,3.2 GPS系统介绍,3.2.3 GPS信号接收机 GPS信号接收机的任务是，捕获GPS卫星发射的信号，并进行处理，根据信号到达接收机的时间，确定接收机到卫星的距离。如果计算出四颗或者更多卫星到接收机的距离，再参照卫星的位置，就可以确定出接收机在三维空间中的位置。,2018/5/24,24,33 GPS定位基本原理,GPS定位基本原理是利用测距交会确定点位。如图3-1所示，一颗卫星信号传播到接
18、收机的时间只能决定该卫星到接收机的距离，但并不能确定接收机相对于卫星的方向，在三维空间中，GPS接收机的可能位置构成一个球面；当测到两颗卫星的距离时，接收机的可能位置被确定于两个球面相交构成的圆上；当得到第三颗卫星的距离后，球面与圆相交得到两个可能的点；第四颗卫星用于确定接收机的准确位置。因此，如果接收机能够得到四颗GPS卫星的信号，就可以进行定位；当接收到信号的卫星数目多于四个时，可以优选四颗卫星计算位置。,2018/5/24,25,3.3 GPS定位基本原理,图3-1：测距交会定位示意图,2018/5/24,26,4.1 遥感概述,遥感(Remote Sensing)，通常是指通过某种传感
19、器装置，在不与研究对象直接接触的情况下，获得其特征信息，并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门科学技术。,2018/5/24,27,4.1 遥感概述,遥感技术的基础，是通过观测电磁波，从而判读和分析地表的目标以及现象，其中利用了地物的电磁波特性，即“一切物体，由于其种类及环境条件不同，因而具有反射或辐射不同波长电磁波的特性 ，所以遥感也可以说是一种利用物体反射或辐射电磁波的固有特性，通过观测电磁波，识别物体以及物体存在环境条件的技术。 在遥感技术中，接收从目标反射或辐射电磁波的装置叫做遥感器（Remote Sensor），而搭载这些遥感器的移动体叫做遥感平台（Platform），包括飞机
20、、人造卫星等，甚至地面观测车也属于遥感平台。通常称用机载平台的为航空遥感（Aerial Remote Sensing），而用星载平台的称为航天遥感。,2018/5/24,28,4.2 遥感技术的应用,1 、遥感技术在测绘中的应用 遥感图像在测绘中主要被用来测绘地形图、制作正射影像图和经专业判读后编绘各种专题图。使用现时的遥感图像补测和修编地形图和地图，以及在一些特殊条件下，如云覆盖、森林覆盖、水下、雪原上测绘地形图等。所测绘的地形图或地图已是数字形式，通过格式变换直接存入GIS的数据库，修测的内容可以更新GIS数据库。,2018/5/24,29,4.2 遥感技术的应用,2 、遥感技术在环境和灾
21、害监测中的应用 地球环境是一个庞大而复杂并且在不断变化的系统。出于人类活动和自然本身演变的原因，使地球环境产生急剧地，甚至发生一些灾难性的变化。如地球温室效应、厄尔尼诺现象、海洋赤潮、洪涝和旱灾、臭氧空洞、沙尘暴、南北极和珠峰的冰雪线退化等。遥感是监测这些环境现象的最佳方法之一。,2018/5/24,30,4.2 遥感技术的应用,3、遥感技术在地质调查中的应用 （1） 遥感图像上的地质构造解译 地质构造是指岩层和岩体在地壳运动所引起的构造作用力的作用下，所发生的各种永久性的变形和变位。地质构造是岩浆活动、沉积作用、变质作用、风化作用及地球内部放射物质迁移、集中和裂变等地质作用的综合结果。 地质
22、构造与地貌类型密切相关，所以研究地质构造往往从地貌类型的调查开始。卫星遥感图像上对各种地貌类型显示得十分清楚，有时可将整个盆地或山脉容纳在一张像片中。由于卫片具有宏观观察的特点，使地面上许多构造特征历历在目，如山地和平原的交界、支流河谷的线性排列、洪积扇、断裂、褶皱等等。 （2）遥感图像的岩性分类 在地面无植被覆盖的岩石探露地区，利用不同岩石间光谱特性差异，可对岩性进行识别分类。,2018/5/24,31,4.2 遥感技术的应用,（3）遥感方法调查地质灾害 地质灾害的产生主要是不良地质引起的，不良地质是指地球的外营力和内营力所产生的对人类活动造成危害的地质作用和现象。这些现象主要包括滑坡、崩塌
23、、岩堆、错落、泥石流、沙丘、河岸冲刷、水库坍岸、冲沟、岩溶、黄土陷穴、地面塌陷、溜坍、人工采空区突然下陷、地裂缝、潜蚀、风化、冻胀、融陷、坑道涌水、断层破碎带、岩爆、高烈度地震等。利用遥感图像判释调查可以直接按影像勾绘出发生灾难的范围，并确定其类别和性质，同时还可查明其产生原因、分布规律和危害程度。某些不良地质的发生较快，利用不同时期的遥感图像进行对比研究，往往能对其发展趋势和危害程度做出准确的判断。,2018/5/24,32,4.2 遥感技术的应用,4 、遥感技术在农林牧等方面的应用 （1）遥感信息应用于农作物估产 研究作物冠层反向光谱特征与冠层状态参数之间的关系，是用MSS、TM和NOAA
24、等卫星遥感信息进行作物估产的基础。已有研究表明，可见光和近红外波段反射率组成的植被指数随作物冠层状态参数变化呈有规律变化。 （2）遥感影像用于土壤解译 （3）卫星影像用于土壤侵蚀调查 （4）遥感技术在森林立地类型调查中的应用 森林立地是指一定的空间位置及与之相关的环境因子的总和，凡具有相同或相似的林木生长环境或生长效果的地段谓之一种立地类型。它决定一个地段的植被适生条件及林木生产能力，在营林、造林和规划设计中具有重要的意义。近年来迅速发展的遥感技术，为我们对森林生态环境的研究，提供了新的手段。,2018/5/24,33,4.2 遥感技术的应用,5、遥感技术在其他领域中的应用 （1）遥感技术在考
25、古方面的应用 遥感考古在20世纪源于欧洲，第一次世界大战以来欧美等国已普遍运用遥感技术从事考古调查和研究。 遥感技术用于考古，可以从高空的航片或卫片上发现一些已不存在的古城的遗迹。判读像片时，可以从它们的废墟、城堡护堤、岩堆、古河道、废城墙根基等的空间特征上去推断，例如，我国西安(古长安)的秦姑皇墓，原有两重城墙(内城和外城)围护，现已没有，但从航空像片上可以清楚地看到内城和外城的规则矩形遗迹。,2018/5/24,34,4.2 遥感技术的应用,（2）遥感技术在旅游资源开发中的应用 随着经济的蓬勃发展和人们的物质与精神生活的提高，旅游业也随之飞速发展，旅游人数和旅游业收入增长势头日益受到各国政
26、府的重视，并逐渐发展为国民经济中一个重要行业。在这种国际大趋势下，充分利用各种技术手段调查、开发旅游资源，具有现实和长远的意义。 （3）遥感方法探测南极陨石分布,2018/5/24,35,5.1 GIS与GPS的结合,伴随工农业的发展，资源与环境问题日趋严重，迫切需要实时、准确、可靠地获取环境参数的现状和动态变化数据。过去由于种种限制，主要利用地形图及相关图件，选择少量的点，到实地测量反映环境质量的数据。这样做不仅费时、费力、速度慢，特别是所获取的数据难以实时地管理和处理。为了改变这种情况，可以考虑把地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)集成应用于环境参数的采集、组织和管理上。这个过程
27、涉及将所采集的实况数据与定位数据结合形成实况数据库，并经过GIS和图像处理系统将实况数据库中的数据与图像、图形或其它数据综合处理，用于环境参数的定性、定量分析及动态变化分析。,2018/5/24,36,5.1 GIS与GPS的结合,作为实时提供空间定位数据的技术，GPS可以与地理信息系统进行集成，以实现不同的具体应用目标： 1）定位 主要在诸如旅游、探险等需要室外动态定位信息的活动中使用。如果不与GIS集成，利用GPS接收机和纸质地形图，也可以实现空间定位；但是通过将GPS接收机连接在安装GIS软件和该地区空间数据的便携式计算机上，可以方便地显示GPS接收机所在位置并实时显示其运动轨迹，进而可
28、以利用GIS提供的空间检索功能，得到定位点周围的信息，从而实现决策支持。,2018/5/24,37,5.1 GIS与GPS的结合,2）测量 主要应用于土地管理、城市规划等领域，利用GPS和GIS的集成，可以测量区域的面积或者路径的长度。该过程类似于利用数字化仪进行数据录入，需要跟踪多边形边界或路径，采集抽样后的顶点坐标，并将坐标数据通过GIS记录，然后计算相关的面积或长度数据。 在进行GPS测量时，要注意以下一些问题，首先，要确定GPS的定位精度是否满足测量的精度要求，如对宅基地的测量，精度需要达到厘米级，而要在野外测量一个较大区域的面积，米级甚至几十米级的精度就可以满足要求；其次，对不规则区
29、域或者路径的测量，需要确定采样原则，采样点选取的不同，会影响到最后的测量结果。,2018/5/24,38,5.1 GIS与GPS的结合,3）监控导航 用于车辆、船只的动态监控，在接收到车辆、船只发回的位置数据后，监控中心可以确定车船的运行轨迹，进而利用GIS空间分析工具，判断其运行是否正常，如是否偏离预定的路线，速度是否异常（静止）等等，在出现异常时，监控中心可以提出相应的处理措施，其中包括向车船发布导航指令。,2018/5/24,39,6.1 遥感与GIS集成及层次,简而言之，地理信息系统是用于分析和显示空间数据的系统，而遥感影象是空间数据的一种形式，类似于GIS中的栅格数据。因而，很容易在
30、数据层次上实现地理信息系统与遥感的集成，但是实际上，遥感图像的处理和GIS中栅格数据的分析具有较大的差异，遥感图像处理的目的是为了提取各种专题信息，其中的一些处理功能，如图像增强、滤波、分类以及一些特定的变换处理（如陆地卫星影象的KT变换）等，并不适用于GIS中的栅格空间分析，目前大多数GIS软件也没有提供完善的遥感数据处理功能，而遥感图像处理软件又不能很好地处理GIS数据，这需要实现集成的GIS。,2018/5/24,40,6.1 遥感与GIS集成及层次,在软件实现上，GIS与遥感的集成，可以有以下三个不同的层次： （1） 分离的数据库，通过文件转换工具在不同系统之间传输文件； （2） 两个
31、软件模块具有一致的用户界面和同步的显示； （3） 集成的最高目的是实现单一的、提供了图像处理功能的GIS软件系统。,2018/5/24,41,2018/5/24,42,RS与GIS的集成,6.2 遥感与GIS集成的应用,二、 遥感数据作为GIS的信息来源 数据是GIS中最为重要的成分，而遥感提供了廉价的、准确的、实时的数据，目前如何从遥感数据中自动获取地理信息依然是一个重要的研究课题，包括： 1）线以及其它地物要素的提取 在图像处理中，有许多边缘检测（Edge Detection）滤波算子，可以用于提取区域的边界（如水陆边界）以及线形地物（如道路、断层等），其结果可以用于更新现有的GIS数据库
32、，该过程类似于扫描图像的矢量化。,2018/5/24,43,6.2 遥感与GIS集成的应用,2）DEM数据的生成 利用航空立体像对(Stereo Images)以及雷达影象，可以生成较高精度的DEM数据。 3）土地利用变化以及地图更新 利用遥感数据更新空间数据库，最直接的方式就是将纠正后遥感图像作为背景底图，并根据其进行矢量数据的编辑修改。而对遥感图像数据进行分类，得到的结果可以添加到GIS数据库中。因为图像分类结果是栅格数据，所以通常要进行栅格转矢量运算；如果不进行转换，可以直接利用栅格数据进行进一步的分析，则需要系统提供栅格/矢量相交检索功能。,2018/5/24,44,6.3 遥感与GI
33、S结合快速发现地表覆盖变化,实时和可靠的地表覆盖变化信息，对于环境监测和资源保护是很有用的。通过经常性地获取大量详细的区域变化数据，可以对区域的变化范围、大小、时间、速度、特点和趋势等基本参数进行细致分析，这是环境监测和资源保护走向科学化的一个重要前提。 已渐为人们熟悉的遥感影像具有可比较性、综合性和动态性，为快速获取区域变化数据提供了条件。不过，至今为止对遥感图像的分析还经常需要借助目视解译的方法。这种状况在很大程度上限制了遥感影像在地表动态监测中的应用。,2018/5/24,45,6.3 遥感与GIS结合快速发现地表覆盖变化,改变这种状况有几个途径：一个是提高遥感数据自动分析水平；另一个是
34、把有经验的专家的知识体现在图像处理中；再一个是在遥感数据动态分析中对图像数据及其它相关数据进行有效的管理。这几种途径在思想方法上有显著的差别，但也存在这样几个共同点： (1)需要一个在计算机操作系统支持下的专门用于空间信息处理的系统软件； (2)具有实用的空间数据结构和数据标准； (3)各类空间数据可以得到及时地更新。 就现在的技术而言，若要满足这些要求就必须把遥感和GIS集成在一起构成一个能在整体上发挥作用的系统。,2018/5/24,46,2018/5/24,47,2018/5/24,48,9.1 3S技术在区域规划中的应用,空间规划成为今后区域规划的重心之一，解决建设项目的空间布局、专题
35、规划之间的彼此矛盾成为空间规划的主要任务。3S技术的发展与成熟为空间规划的实施奠定了良好的基础，基于3S技术的区域规划系统不仅便于统计数据的栅格化处理，还可以实现规划方案的辅助设计、规划对象的时空属性数据管理、规划方案的空间效应分析、规划方案的综合评价和比选等。本文以泰安市为例，介绍了3S技术在区域规划中的应用。,2018/5/24,49,9.1 3S技术在区域规划中的应用,1. 引言 区域规划是对区域内未来一定时期经济社会发展和土地利用的总体部署。长期以来，由于规划体制不适应区域发展的客观要求，区域规划的成果在实施过程中存在许多问题，主要表现在：国民经济与社会发展中长期规划往往侧重于对统计型
36、经济社会发展指标的制定，而忽略了产业、建设项目空间布局的科学性、合理性，存在建设项目的区位与区域承担的生态功能等相冲突的情况；部门独立进行的专项规划，但不同部门的规划内容在空间上往往存在较大的矛盾，如城市规划与土地利用规划中土地利用性质的不一致。为此，国家发展和改革委员会正在对“十一五”地区国民经济与社会发展规划进行规划体制的重大改革，改革的重点之一就是突出强调空间规划的内容。,2018/5/24,50,9.1 3S技术在区域规划中的应用,区域规划中诸多与空间位置相关的问题完全可以借助先进的3S（GPS, GIS,RS）技术加以克服，而且3S技术为区域规划的开展提供了一个崭新的平台。遥感（RS
37、）获得的影像资料可以揭示当前的土地利用总体情况和提取多种专题数据，如道路分布、水系分布、矿产资源分布、公矿企业分布等；全球定位系统（GPS）可以确定影像数据校准所需控制点和重要地物的空间坐标；地理信息系统（GIS）为影像数据和各种专题数据提供了公用的平台，不仅可以进行经济社会统计数据的栅格化处理，如格网人口、GDP数据，而且还可以进行规划方案的辅助设计、规划对象的时空属性数据管理、规划方案的空间效应分析、规划方案的综合评价和比选等。,2018/5/24,51,9.1 3S技术在区域规划中的应用,同样，长期以来，泰安市在区域规划中也存在城镇规划、经济功能区划、生态区划、城市规划以及土地利用规划彼
38、此空间上重叠、偏离、矛盾等问题，严重影响了规划的实施。正在进行的泰安市“十一五”规划中，吸收以往规划的经验与教训，充分利用3S技术解决各专题规划因脱节而造成的空间矛盾问题。,2018/5/24,52,9.1 3S技术在区域规划中的应用,2. 基于3S技术的区域规划系统的实现过程 2.1. 系统的设计流程 基于3S技术的泰安市规划系统采用了ESRI公司的ArcGIS进行二次开发的，主要是应用ArcMap、ArcCatalog和ArcScene，并利用可视化分析模块3D Analyst对其进行三维功能扩展，然后在此环境下，应用ArcGIS的内置VBA进行客户化，添加面向区域规划的功能菜单和工具条，
39、实现了面向区域规划的实用功能，系统设计流程图见图1。,2018/5/24,53,9.1 3S技术在区域规划中的应用,2018/5/24,54,9.1 3S技术在区域规划中的应用,2.2. 数据源及多元数据的集成 基于3S的泰安市区域规划系统的制作数据有市域范围1：5万数字化地形图、市区1：1万数字化地形图、数字正射影像数据（DOM）、土地利用数据、经济社会统计数据、专题规划数据。 数字化地形图是国家测绘部门生产的空间基础地理要素的数据，是实现泰安市区域规划系统的最基础的空间数据。它可以派生数字线划地图（DLG）和数字高程模型（DEM）。DLG包括了行政区划境界、河流、水库、道路、居民点等基础地
40、理信息；DEM数据是区域地形的数字表达，是区域规划三维显示与表达的最基础数据。,2018/5/24,55,9.1 3S技术在区域规划中的应用,DOM数据包括航片和卫片。遥感数字图象是地面景观在成像平面上的投影，它客观的反映了某一特定时刻地表的真实景观，具有现实性强、色彩丰富、表现直观、信息量大等特点。遥感影像不仅是提取土地利用数据等的重要数据源，而且由于其有丰富的地表信息，用作三维显示时的地表文理效果很好。为此，我们集成了全市范围内中低分辨率的SPOT数据，并于2004年12月份接收了市区高分辨率的IKONOS数据。 土地利用数据是区域规划的重要基础数据。我们集成了市域1：5万土地利用数据和市
41、区1：1万土地利用数据，能满足土地利用总体规划和城镇体系规划的要求。,2018/5/24,56,9.1 3S技术在区域规划中的应用,栅格化经济社会数据。基于行政单元的统计数据是反映经济社会运行的主要数据，但这种数据对区域规划的需求而言存在很大的局限性。区域规划中，对基于非行政单元的经济社会运行数据需求很到，如按城市建城区、城市吸引范围、流域、交通干道沿线、经济功能区等统计的经济社会指标。目前，解决好这一问题的较好技术手段是将基于行政单元的统计数据进行空间离散化处理，生成一千米（或其他尺度）的栅格数据集。基于3S技术的泰安市区域规划系统集成了1千米格网的人口、GDP等数据，可以在此基础上进行任意
42、类型的区域数据的查询汇总。 专题规划数据集成了各个政府部门进行的各项专题规划，包括2005-2010年的泰安市交通规划、旅游规划、经济区域功能划分和协调空间开发秩序规划、电力规划、燃气管线规划、生态环境保护规划等各专题的规划。,2018/5/24,57,9.1 3S技术在区域规划中的应用,3. 基于3S技术的区域规划系统的功能实现 3.1. 三维立体显示及模拟飞行观察 该系统以数字高程模型为基础，提供了强大的三维交互地形可视化环境，利用DEM和DOM，可以生成三维透视景观，包括以下功能： DEM显示。在ArcMap、ArcScene下，对grid或tin都可以全方位的观察，见图2。系统还支持灰
43、度或分层设色（彩色）显示、放大、缩小等功能。,2018/5/24,58,9.1 3S技术在区域规划中的应用,2018/5/24,59,9.1 3S技术在区域规划中的应用,2018/5/24,60,9.1 3S技术在区域规划中的应用,DEM数据与专题数据的迭合显示。将地形数据与DOM数据迭合显示可以生成立体地面实况图，见图3。使用该功能，不仅能察看地形特征，还能查看地表道路、水系、建筑物、植被等特征。另外，地形数据还可以与土地利用图、城市规划图等专题图像迭合，生成专题立体图，便于分析、研究（图4）。 三维飞行鸟瞰。该功能使观察者任意或沿既定的路径动态的、多方位的观察感兴趣的地段，有逼真的、身临其
44、境的感觉，从而为决策者和市民提供全方位的观察条件，实现足不出户即可巡视泰安。,2018/5/24,61,9.1 3S技术在区域规划中的应用,3.2. 规划数据的时空数据管理 GIS系统为属性数据和空间数据的一体化管理提供了可行的解决途径。在该系统下，可以灵活的实现空间数据、属性数据的互查询，还可以随时的修改和添加属性数据。 3.3. 规划方案的辅助设计 ArcGIS强大的空间编辑功能可以对交通线路等规划对象进行创建、修改和删除。而其完美的空间分析功能，如表面分析、缓冲区分析、重分类、单元统计、坡度分析、等值线分析、最短路径分析、成本分析等功能为交通线选址、建设项目选址、有机蔬菜基地选址、城市污
45、水处理厂、汽车站选址等提供了强有力的工具，可以帮助规划者确定最合理的规划对象的区位。,2018/5/24,62,9.1 3S技术在区域规划中的应用,2018/5/24,63,9.1 3S技术在区域规划中的应用,3.4 规划方案的空间效应分析 各专题规划涉及空间区位的部分可以通过叠置分析、拓扑分析来发现矛盾，并利用辅助设计功能修改局部的规划对象。泰安市开发区区位专题与水文专题叠置后，发现规划的磁窑经济功能区与大汶河的空间距离过近，将来可能形成大汶河及东平湖的潜在污染源，建议功能区南移。 另外通过可视性分析，可以确定待建的工程项目是否影响了其周边的观察点与泰山之间的通视性，为泰安市“城中见山”城市
46、发展战略的实施提供了可行的解决途径。 空间效应分析还可以帮助规划者及时发现地区规划与国家或省级区域规划或专题规划相矛盾的地方，及时纠正问题。通过空间分析，国家的待建京沪高速铁路将严重制约泰安市的中心城区的西部发展空间，发现问题后，市委市政府通过多方面的说服工作将待建京沪高速铁路西移数千米，为泰城的城市发展赢得了空间。,2018/5/24,64,9.1 3S技术在区域规划中的应用,3.5 规划方案的综合评价与比选 做出优化的规划方案是区域规划的主要目标。由于区域发展过程的不确定性和复杂性，规划工作往往通常提出多种规划方案以供比选。方案的比选通常有对不同规划方案的定量评价、公众参与投票、专家评审等
47、多种方式。不同于传统的规划手段，基于3S的区域规划系统，不仅能可视化的展示每个区域规划的效果，还可以借助网络发布技术（如结合ArcGIS的ArcIMS）可以很容易的实现把各种规划方案发布在网上，为社会各界参与规划方案的制定提供了强有力的手段，保证规划的科学与民主。 此外，网络发布还可以使更多的人了解规划地区的资源环境、经济发展、文化背景等；还可以做成多媒体教材，声形并貌，易于接受，进行基础地理知识的普及和教育。,2018/5/24,65,9.1 3S技术在区域规划中的应用,4 结论与展望 基于3S技术的泰安市区域规划系统是一个基于ArcGIS平台进行二次开发的系统，借助ArcGIS强大的编辑、数据管理和空间分析工具，可以完成方案辅助设计、属性数据管理、空间效应分析、方案发布和综合评价以及效果三维展示与查询等功能。它是电子沙盘、虚拟现实、3DGIS技术的在区域规划中的应用和延伸，随着国民经济与社会发展规划体制改革的进行，它将逐渐的成熟与完善。,2018/5/24,66,9.2 基于3S技术数字水利建设,3S技术是数字水利的核心。本文是在3S技术及其相关技术的支持下，探讨数字水利建设的理论和方法。简要介绍了数字水利建设的现状，指出了建设数字水利的必要性。结合数字水利的关键支撑技术，搭建了数字水利的框架结构和运行模式。最后，展望了数字水利的应用前景。,
