城市建设3S(RS、GIS、GPS)技术基础

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3S 技术导论(Introduction To “3S” Technology)

城市建设系

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第一章 绪论

本章学习目的:

通过本章的学习，初步了解“3S”技术即遥感技术、全 球定位系统、地理信息系统的基本概念，应用现状及 发展前景，明确“3S”技术的学习目的。

本章学习内容:1. 地球信息科学2. “3S”技术的含义及其应用领域 3. 遥感的概念、发展及应用 4. 全球定位系统(GPS)的概念、发展和应用 5. 地理信息系统(GIS)概念、发展和应用

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第一节 地球信息科学一、含义：地球信息科学(Geoinformatics或 Geomatics),又译为地理信息科学，是测绘 学、摄影测量与遥感学、地图学、地理科学、计 算机科学、卫星定位技术、专家系统技术与现代 通讯技术等的有机集成，即多种学科的综合。是 用各种现代化方法采集、量测、分析、存储、管 理、显示、传播和应用与地理和空间分布有关数 据的一门综合的计算机信息科学、技术和产业实 体。

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第一节 地球信息科学Geomatics作为解决空间问题的工具，是一门应 用科学。地球——空间系统本身是复杂的、开放的、动态 的，因此要用动态的、系统的方法来研究。 “3S”技术是Geomatics的核心内容， Geomatics是3S技术的广义定义 。

二、特点：动态性、系统化、实时性、空间特征、信息科 学

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第一节 地球信息科学三、组成 GIS:多种学科集成的基础平台，用来搜索、存储、 管理和分析空间信息数据。 RS、DPS(摄影测量)、GPS:快速获取和更新地理 信息的主要技术手段。 地图学与图象图形学：用作地理信息的表示、分析和 处理，以及地理信息成果的表达和显示。 人工智能：如专家系统(ES)和人工神经网络，使数 据采集、更新、分析和应用更加自动化和智能化，达 到决策层次的应用。

现代通讯技术：为地理信息在各部门的传播和应用提 供保证

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第二节 “3S”技术的含义及其应用领域一、3S技术的含义

实质：RS、GIS、GPS 3种技术的集成 遥感RS(Remote Sensing):获取地面信息，并更 新。 地理信息系统GIS(Geographic Information System):对地理信息进行采集、存储、管理、分析 和显示的基础平台。

全球定位系统GPS(Global Position System):实 现精确的定位。(实时、动态、多维)

3S技术：GPS技术，RS技术和GIS技术的简称。

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第二节 “3S”技术的含义及其应用领域二、应用领域 地图制图：RS和GPS 获取和更新数据，GIS 编辑、 存储、显示和输出。 自然资源管理、监测和评价：森林资源、土地资源、 矿产等。 城市与区域规划：需综合自然环境、地形、地貌、人 口密度等多种因素，同时考

虑生态、经济、社会等多 种效益。设计交通网络、地下管线、绿地设施、水系 和利用等等。 交通管理：导航系统，实时监控、调度。 环境监测和分析：污染监测、评价和分析。确定污染 源、蔓延过程、评价污染程度、预测。 工商管理：客户位置、相关信息(邮编、电话、销售 状况、负责销售员等),销售分析。

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3S应用实例：3S集成用于精准农业GPS和GIS设备装载于联合收割机上

图1 联合收割机外貌

图2 监视器和控制面板

图3 作物产量传感

上图(1,2,3)显示了GPS和GIS设备装载于联合收割机上 的情景，可以通过GPS随时提供收割机当前的精确位置，通 过作物产量传感器给出当前时段的收割作物流量，通过GIS搜 集和存储这些信息，以提供查询、分析和制图之用。

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3S应用实例： 3S与数字城市数字城市工程关 键技术1) 遥感对地观测技术2) GIS技术 3) 差分GPS技术 4) 虚拟现实(VR)技

术5)空间数据管理系统 (SDM)

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3S应用实例： 3S在耕地保护中的应用

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第三节 全球定位系统的概念、发展和应用一、全球定位系统(GPS)的概念：全球定位系统GPS:Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System(NAVSTAR GPS), 以卫星为基础的无线电授时、定位、测距导航 系统。(GPS——Global Positioning System)

利用多颗导航卫星 的无线电信号，对地 球表面某地点进行定 位、报时或对地表移 动物体进行导航的技 术系统。

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第三节 全球定位系统的概念、发展和应用二、GPS定位系统的组成： GPS定位系统由三部分组成，即由GPS卫星组成的空间 星座部分、由若干地面站组成的地面监控系统、以接 收机为主体的广大用户部分，三者有各自独立的功能 和作用，但又是有机地配合而缺一不可的整体系统。

地面监控部分由一个主控站，三个注入站和五个监控 站组成

卫星由分布在6根轨道上的24颗工作卫星和若干备用卫 星所组成。 用户部分主要由GPS接收机构成

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GPS卫星组成的卫星网

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GPS卫星组成的卫星网

GPS卫星工作示意图

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GPS卫星

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第三节 全球定位系统的概念、发展和应用

二、GPS定位系统的组成：GPS接收机只要可以同时接收到3个卫星的信 号，就可以间接推算出观测者的位置(经纬 度、高程),同时可以利用第4颗卫星进行纠 正。从而实现了可以实时、连续的提供地球 表面任意一点的经纬度和高程。