第九章 3S系统

3S系统是GIS，RS，GPS的简称。即地理信息系统，遥感(Remote Sensing)及全球定位系统(Global Positioning System)的总称。

作为空间信息处理的这三个技术系统，在空间信息管理中各具特色，均可独立完成自身的功能。同时，它们所能解决的问题之间又有很多关联性，在解决问题的功能上又各自存在着优点和不足。因此，三者的结合和集成已成为空间信息系统的发展方向，也是空间科学发展的必然趋势。

    在3S系统中，简单的说，GIS相当中枢神经，RS相当传感器，GPS相当定位器，三者的共同作用将使地球能实时感受到自身的变化，使其在资源环境和区域管理等众多领域中发挥巨大作用。

    在3S系统中GIS具有较强的空间查询，分析和综合处理能力，但获取数据困难；RS能高效地获取大面积的区域信息，但受光谱波段的限制，且数据定位及分类精度差；GPS能快速地给出目标的位置，对空间数据的确定具有特殊意义，但它本身通常无法给出目标点的地理属性。因此，只有三者结合起来形成一个有机系统，实现各种技术的综合，才能发挥更大的作用。

    遥感是以航空摄影技术为基础，在本世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航空遥感，自1972年美国发射了第一颗陆地卫星后，标志着航天遥感时代的开始。经过几十年的发展，目前遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象，地质地理等领域，成为一门实用的，先进的空间探测技术。

    9．1．1 概述

    遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的，它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，具有遥远感知事物的意思。也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录、传送、分析和判读来识别地物。

    遥感技术主要特点为：

    1．可获取大范围数据资料。遥感用航摄飞机飞行高度为10km左右，陆地卫星的卫星轨道高度达910km左右，从而，可及时获取大范围的信息。例如，一张陆地卫星图象，其覆盖面积可达3万多km2。这种展示宏观景象的图象，对地球资源和环境分析极为重要。

    2．获取信息的速度快，周期短。由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。例如，陆地卫星4、5，每16天可覆盖地球一遍，NOAA气象卫星每天能收到两次图象。Meteosat每30分钟获得同一地区的图象。

    3．获取信息受条件限制少。在地球上有很多地方，自然条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。采用不受地面条件限制的遥感技术，特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。

    4．获取信息的手段多，信息量大。根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线，红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。例如，地面深层、水的下层，冰层下的水体，沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候的工作。

    遥感技术所获取信息量极大，其处理手段是人力难以胜任的。例如Landsat卫星的TM图象，一幅覆盖185km×185km地面面积，象元空间分辨率为30m，象元光谱分辨率为28位的图，其数据量约为6000×6000=36Mb。若将6个波段全部送入计算机，其数据量为：

36Mb×6=216Mb

    为了提高对这样庞大数据的处理速度，遥感数字图象技术随之得以迅速发展。

    目前，遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域。在未来的十年中，预计遥感技术将步入一个能快速，及时提供多种对地观测数据的新阶段。遥感图象的空间分辨率，光谱分辨率和时间分辨率都会有极大的提高。其应用领域随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，将会越来越广泛。

    9．1．2 卫星遥感系统

    卫星遥感系统是实现遥感目的的方法，设备和技术的总称。

    卫星遥感系统的基本结构见图9-1

    其中记录景物目标信息的仪器为传感器，携带遥感传感器的工具称遥感平台。通常，利用遥感手段获取遥感信息有两种方法：一种是主动遥感，它是从遥感平台发出能源到地面，然后接收反射回来的信息；另一种是被动遥感，它接收外部能源，如太阳能反射回的信息。遥感平台可以是卫星、飞机、气球，这与所解决问题的目的和用途有关。

    遥感平台和遥感器用于获取遥感数据。遥感数据的获取，信息的提取和遥感应用是遥感技术的三个基本环节。遥感平台和遥感器的种类都具有自己的适用范围及局限性。因此，随着所解决问题的性质和要求的不同，应选择不同方式。几种遥感平台的应用如表9-1所示。

    9．1．3 遥感图象数据处理

    遥感传感器获得的遥感影象含有丰富的信息。为了从遥感影象中获取更多的信息，需对原始的遥感影象进行技术处理，这种处理称为遥感图象数据处理，它是计算机图象处理的一个重要应用方向。

    从遥感影象中获取信息的步骤主要包括图象的恢复，图象的增强和图象的分类等。

    图象恢复用来校正在成象、记录、传输或回放过程中引入的数据误差、噪声与畸变等。主要包括辐射校正，在分析图象与地面物体性质关系时，分离出大气的影响，恢复原有的辐射；也包括几何校正，以校正恢复由于卫星飞行姿态，飞行高度和速度等微小变化而引起的畸变等。

    图象的增强处理是把原始图象数据经过某些数学计算变成一幅新的图象，新图象和原有图象相比更为清晰或对某些特征更为突出。例如，通过边缘增强突出灰度变化，从而获取边界信息；通过对比度增强使灰暗不清的图象变得黑白分明，以识别某些细节等。

    遥感图象的分类是在完成了遥感图象的校正，增强等工作后，从中进一步提取分类信息。遥感分类方法很多，主要采用统计分析方法，频谱分析方法，集群分析等识别分类方法。为了获得满意的分类结果，可采用监督分类和非监督分类两种。监督分类是选择有代表性的场地，取其光谱特性作为分类标准，采用合适的判别原则进行分类；非监督分类无需已知样品，而是按图象各象元亮度相似性进行分类，并同实地调查对照确定。此外，在遥感图象识别与分类中常常结合目视判读，通过遥感图象的识别和分类可形成专题影象图。

    目前，遥感技术应用也正经历着一场质的变化，即从定性向定量，静态向动态，试验性研究向产业过渡。要实现上述目标，单纯依靠遥感数据源是不够的，通常需要专业模型或描述自然资源的专题图等的配合，从而出现了遥感技术和地理信息系统相结合的技术方法。