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摘 要 ：3S技术的交互和融合,使得空间数据的获取、处理、更新和使用方式有了很大的提高.综述了3S集成技术,介绍了3S技术在地质领域中的应用,并以3S技术在四川省雅安市地震救灾中的具体应用为例进行了分析.揭示了3S技术在地质领域中应用的不足,对3S技术的未来发展进行了展望.
关 键 词 ：3S技术集成；GPS技术 ；RS技术；GPS技术；地质应用
中图分类号：TP301文献标识码：A文章编号文章编号：1672-7800（2013）012-0020-02
作者简介：徐桂敏（1983-）,女,硕士,湖北工业大学讲师,研究方向为智能控制、地质信息技术；杨正祥（1976-）,男,博士,武汉交通职业学院讲师,研究方向为3S技术、智能算法及应用.
13S技术及其系统集成
3S 技术是指地理信息系统（Geography Information Systems,简称GIS） 、遥感技术（Remote Sensing,简称RS）和全球定位系统（Global Positioning Systems,简称GPS）的统称,是空间多角度计算机科学技术、检测与信息技术、卫星定位与导航通讯技术相结合,多学科高度集成的现代信息技术[1].3S系统集成如图1所示.
地理信息系统（GIS）、遥感（RS）和全球定位系统（GPS）作为现代空间处理的三大支撑技术,它们在3S集成系统中各自担任着不同角色.GPS主要是提供实时、全天候和全球性的导航服务,为遥感数据赋予空间坐标,对遥感数据进行校验和补充.RS用于指非接触的,远距离的探测并提供大批量实时动态变化的廉价地理信息.GIS是信息的“大管家”,GPS、RS作为该系统的数据源.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.3S集成系统能够智能化地处理和分析数据,为各种应用提供科学的辅助决策.
目前,3S技术集成研究正在逐步发展和完善,已经有了一定的突破.在3S技术集成的初级阶段,系统之间的集成是通过相互调用一些功能来实现的；在3S技术集成的高级阶段,三者之间的集成不仅仅是功能上的相互调用,而是有机的一体化系统：一个动态的、可视的、不断更新的、通过计算机网络能够传输的、三维立体的、不同地域和层次都可以使用的“活”系统[2].
23S技术集成在地质中的应用
3S集成技术已经在地质科学领域获得了广泛的应用.随着3S技术研究的不断深入发展,其应用方向和层面还在不断扩大.目前的应用主要体现在以下三个方面：
（1）3S技术在矿产预测中的应用.传统的地质找矿是需要人为地进行实时实地现场考察,仅是依靠地质圈范围盲目地钻孔打井来找矿.近年来,随着以 3S技术为基础技术力量的多方向多角度软硬件成矿预测理论和系统的迅速发展,地质找矿从“人为找矿”的路子中解脱了出来,依靠3S技术的高尖端技术捕捉地理异常数据,自动实时地对数据进行处理后分析,成功地预测并开发了大量的成矿靶区,取得了较好的预测找矿效果.
（2）3S技术在地质灾害研究中的应用.在地质灾害的研究过程中, RS为 GIS提供空间数据和反映目标属性的专题数据,是 GIS主要的地质灾害体专题空间数据源.目前,利用RS监测地温变化来预报地震是行之有效的地震预报手段之一.利用 GPS可以对大地进行一系列精密的基准测量研究,该研究提供对多源地学数据的空间分析和发展分析,并对分析结果进行平面或空间形象表达,是 GIS获取地表灾害体目标要素的空间坐标数据的主要方法,也是地壳运动形变和地震预报等科学研究的基础.GIS有着对多源数据进行存储、处理、分析等功能.3S 集成将为灾害预测预报、制定防灾救灾方案、灾后损失评估和治灾工程规划提供现代化的科学手段.
（3）3S技术在土地可持续利用决策中的应用.在土地开发利用的调查研究过程中, RS相当于传感器用于提供最新的土地利用信息,及时发现土地动态变化区域为GIS提供信息源；GPS相当于,用于对空间数据进行快速的定位,为遥感实况数据提供空间坐标,用于建立实况土地利用数据库并对遥感数据进行校正和检核；GIS相当于神经中枢系统,用于对空间数据进行管理、查询、分析与可视化,可以将大量抽象的统计数据变成直观的专题图,形象地展示土地利用变化规律.三者的共同作用将是让人类能实时感受到地球的变化,使其在土地可持续利用决策中发挥巨大作用.
33S技术地质应用典型案例解析
2013年我国四川省雅安市遭遇重大地震,灾害严重威胁着雅安人民的生命财产,打乱了雅安人民的正常生活,对交通、电力、运输各个部门的正常运行都有着巨大的影响,3S集成技术在本次抗灾中有着突出的贡献.
在地震发生后不久,利用覆盖雅安市的0.5m分辨率卫星影像获取正射影像图 （DOM）和人机影像图等影像数据并叠加数字高程模型 （DEM）,北京天元四维科技有限公司、东方道迩集团公司等积极向四川局提供影像数据、软件支持、绘图设备等方面的援助,为开展应急测绘工作提供支撑.RS从高空或外层空间接收来自灾区的地球表层各类地理的电磁波信息,然后对这些信息进行扫描、摄影、传输和处理,实时、快速、动态获取灾区大范围地表信息,并且添加专题数据建立多尺度、多分辨率的满足网络三维快速浏览的影像数据库,从而对地表各类地物和现象进行远距离控测和识别,为应急管理和指挥调度提供雅安市三维空间信息支持以及三维快速漫游.利用GPS准确地监测地质灾害体的形变与蠕动情况,从卫星遥感图像上可实时或准实时地反映灾时的具体情况,监测重点灾害点的发展和预测演化趋势.
从指挥和救援部门的角度出发,随着多波段卫星遥感的诞生,高分辨率的彩像代替了传统的灰白图像,使得地质灾害解译的精度在很大程度上得到了提高.由于地质现象的一些潜在过程的爆发总是很迅猛,通过对不同分辨率、不同比例尺的灾害遥感影像的对比和分析,相关部门就能够确定受灾程度、受灾范围及受灾的规模等,可以对受灾区各因素展开全面的调查分析、对灾区空间数据进行动态监测和更新、对灾区的搜救方针进行布置并给出准确方案、对每一路段的交通状况和危险情况给予图形化说明、对容易发生交通事故的地段予以特别公告.当某地区发生突发情况时, GPS能够快速搜寻并锁定目标,GPS 的导航功能集成三维 GIS的快捷查询及分析功能,三维立体影像能够随时成为人们的出行导航工具,使得救援人员在更加清晰直观的救援路线的指导下快速到达目的地. 3S 技术还能为每一个拥有终端设备的用户提供动态的查询和分析功能,用户在任何一个区域都能获取到灾区的损失状况和救援情况.用户在车载导航系统的指导下能够实时获取重要的路况信息,可以尽量避免危险事故的发生.用户可以利用车载3S技术查询到附近城市的基本生活条件,如食物和电力的供应状况等,以维持基本生活需要.
43S技术在地质领域中应用的不足
随着科学技术的推进,世界已经跨入“数字地球”时代.3S技术集成在地质领域内迅速推广应用,给我国的地质事业带来了一场暴风雨般的改革[3].但是由于3S技术集成本身存在一些问题,其在地质领域中的应用还存在一些不足和缺陷,具体体现在两个方面：
（1）3S技术自身集成的不足.目前,3S技术大多数还处于两两结合的方式,这是浅层次的集成[4].要实现“3S”系统内部的无缝连接,集成的费用高、技术难度大,而且要真正完善系统集成的一体化技术,GIS的数据结构的改造势在必行.
（2）地质数据本身随气象温度条件和环境因素的影响波动较大[5].经3S技术采集处理过得到的光谱数据、影像数据和空间数据在时间上存在延滞,其集成系统内部不具备数据封装能力,所以最后在3S技术处理的成果上对地质事件的分析上并不能实时反应准确状况.此外,3S技术集成在数据匹配方面还存在一些缺陷,遥感影像和地理信息系统的空间数据库没有统一的空间坐标,各种坐标的转换方法因为误差的存在容易出现错误.为了使各个图层的图像匹配的效果更好,RS捕捉实时图像受环境的因素影响还有待克服,还应该进一步研究.
5结语
3S技术是今后全球地质领域应用性研究的必然趋势,应用前景十分广阔.3S技术的不断开发和应用,对地质领域各行各业的研究将会有极大的推动作用,也会给地质领域带来显著的经济和社会效益.