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摘 要:本文在介绍3S技术的基础上,对3S集成模式进行了研究,并且就3S集成技术在海域使用现状调查、海域使用动态监测、海域可持续利用决策等方面的应用进行了探讨。
关键词:GPS、RS、GIS、3S集成技术、海域管理
1、前言
近年来,随着计算机技术、电子通讯技术、空间技术和地球科学等学科的迅速发展,当今已进入了计算机技术广泛应用、空间技术交叉渗透、信息科学蓬勃发展的时代,以手工作业的传统方法已很难满足时代对海域管理工作的要求。而植根于计算机科学的3S技术即遥感技术(RS)、全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)是当今地理学和管理学界的一场新的革命,3S技术已经在国土资源管理、城市规划、区域管理、车船导航等方面得到了广泛的应用。
隨着沿海地区经济建设的飞速发展,沿海海域使用情况在近年发生了很大的变化,传统的人工调查与监测方法已经跟不上海域使用情况快速变更及管理的需求,而3S技术的结合被认为是进行变化监测与管理的最有效手段。在海域管理工作中,综合应用3S技术,可形成运用RS及影像解译技术获取海域利用现状数据并预判海域利用信息、利用GPS技术快速准确地获取海域利用信息的空间坐标、在GIS平台上进行海域利用现状数据库建设、更新与管理的运行机制,为海洋管理部门提供决策支持和战略决策依据。
2、3S技术介绍
2.1全球定位系统
全球卫星定位系统(简称GPS)是美国自70年代初期开始研制的新一代卫星导航和定位系统,其全天侯、全球性的三维空间定位性能,是其它方法无法比拟的,因而有取代常规光学和电子定位仪器的趋势。目前,美国GPS现代化改进战略,计划用20年时间完成GPSⅠ、GPSⅡ、GPSⅢ战略改造,太空运行卫星多达30夥BLOCKⅢ型星。如今网格GPS技术已趋向成熟,其特点是基于InterNet的现有网络资源支撑差分定位数据发布,应用Inter2Net和移动技术作为高精度GPS定位数据的传输链路,流动站用户采用GSM/GPRS无线上网接收数据而完成定位。
目前海域测量作业模式主要有载波相位动态实时差分(Real—timekine—matic,简称RTK)和差分全球定位系统(Differential G1obal Position System,简称DGPS)两种。在精度要求不是很高的条件下,应用较广的是DGPS,用DGPS仪器获取我国沿海信标台(基站)信号对GPS信号进行实时信标差分,即测量主要依靠的是中国沿海RBN——DGPS系统。
2.2遥感技术
遥感技术(简称RS),是一种不直接接触物体而通过物体反射或发射的电磁波信号取得其信息的探测技术。是指在高空或外层空间各种平台上利用可见光、红外光、微波等电磁波探测仪器,通过摄影和扫描、信息感应、传输和处理,从而研究地面物体的形状、大小、位置和相互关系及变化的现代综合性技术。
近年来,航天和航空遥感技术发展飞速,遥感数据的获取技术趋向多传感器、多平台、多角度和高空间分辨率、高光谱分辨率、高时相分辨率发展,利用这些影像数据,能观察和了解何时、何地、何种目标和发生了何种变化问题。遥感信息的分析应用已从单一遥感资料向多时相,多数据源的融合与分析,从静态分析向动态监测发展,从定性调查向定量分析过渡,从对各种现象的表面描述向软件分析和定量探索过渡,具有广阔的发展空间。
2.3地理信息系统
地理信息系统(简称GIS)是一种由软硬件、数据集和用户组成的,以研究地理和地学数据的存储、管理、描述、检索、分析和应用的计算机支持系统。其具有2个显著特征:一是,它不仅可以像传统的数据库管理系统那样管理数字和文字等属性信息,而且可以管理空间的图形、图像信息;二是,可以利用各种空间分析的方法,对各种不同的信息进行综合分析,寻求空间实体间的相互关系,分析和处理在一定区域内分布的现象和过程。地理信息系统是一种特定而又十分重要的空间信息系统,它是以采集、存贮、管理、分析和描述整个或局部地球上的物体空间和地理分布有关数据的空间信息系统。由于地球是人类赖以生存的基础,所以GIS是与人类生存、发展进步密切相关的一门信息科学和技术,越来越受到人们的关注,它必将成为“数字城市”、“数字地球”的基础。
3、3S技术的集成
3.1 3S集成的必要性
地球信息从其内容来看有空间、时间和属性3个方面的特征。但由于人类认识的局限性,在信息描述上人为的采用了可分的手段。这种人为的分割表现在实际应用中就是分别从各个方面描述信息流,把从不同方面获取的信息收集加工,最后加以利用,即把信息技术分割为信息获取、信息处理和信息应用3个互不关联的方面。RS、GIS和GPS中的任意一个都主要侧重于信息流的3个特征中的1个或2个方面,其中GPS侧重于空间定位特征的获取,RS侧重于时间动态特征的获取,GIS侧重于属性与空间、时间的特性联结和管理。在海域管理中,如果能够利用“3S”技术集成,同时得到空间、时间和属性3个特征,就会提高工作效率,加快海域使用管理信息化的步伐。
3.2 3S集成模式
3S集成的核心含义是要在这3个不同的部分之间建立一种有机的联系。目前主要表现为下述4种集成方式。
3.2.1 GIS和RS的集成
RS与GIS集成是3S集成中最重要也是最核心的内容。GIS和RS的集成主要表现为RS是GIS的重要信息源,将RS影像经纠正、处理,形成正射像图,进一步判读之后,可编制出多种专题用图。这些数据作为GIS的数据源,实现了数据的快速获取和保持一定的现势性;而GIS可以为RS影像提供区域背景信息,提高其解译精度,RS影像存在“同物异谱”和“同谱异物”的问题,将GIS和RS结合起来,有助于解决此类问题,张继贤在国内较早提出综合GIS信息中的地学、海洋学知识和遥感数据可以提高遥感分类的精度,消除应用单一遥感图像判读所存在的若干弊端。
GIS和RS各种可能性的结合方式包括:分开但是平行的结合(不同的用户接口,不同的工具库和不同的数据库),表面无缝的结合(同一用户接口,不同的工具库和不同的数据库)和整体的集成(同一个用户接口,工具库和数据库)。整体的集成是未来的发展趋势和要求。GIS和RS之间的集成主要用于地理信息变化监测和实时更新。
3.2.2 GIS和GPS的集成
这种集成的基本思想时把差分GPS(Different GPS,DGPS)的实时数据通过串口实时导入GIS中,可使GPS的定位信息在电子地图上获得实时、准确而又形象的显示,利用它可以进行漫游、查询、定位、纠正,以及线长、面积等参数的实时计算、显示和记录。GPS可以为GIS及时采集、更新或者修正数据。二者的集成可利用地面与空间的GPS数据进行载波相位差分测量以满足GIS不同比例尺的数据库要求。
将高精度的GPS数据定位技术与计算机技术相结合,使GIS的数据采集更为精确、快速、可靠。与其它GIS数据采集手段如地图数字化、航空摄影测量、遥感等相比,利用GPS采集GIS数据具有独特的优势:GPS能为GIS快速提供米级甚至厘米级精度的空间信息;GPS与GIS集成进行数据采集,可视实现空间数据和属性数据的采集一体化,提高了GIS数据的完整性和准确性;GPS用于GIS数据采集使GIS数据采集的数字化程度更高、速度更快、成本更低。
GIS与GPS的集成存在几种复杂程度不同、价格也不同的集成模式:GPS单机定位与栅格式电子地图集成应用,GPS单机定位与向量电子地图集成应用,GPS差分定位与向量/栅格电子地图集成应用。
3.2.3 RS与GPS的集成
RS与GPS都是数据源获取系统,二者分别具有独立的功能,又可以互相补充完善对方,这就是RS与GPS的结合的基础。GPS的精度定位功能解决了RS定位精度不高的问题。另外,利用将GPS接收机安置于遥感平台上,可以测定摄影或扫描时遥感平台的瞬时位置与飞行姿态,利用设在地面固定点上和在飞机上的GPS接收机可以测定航摄飞行中摄站相对于该地面已知点的三维坐标。
3.2.4 GIS、GPS和RS的集成
3S技术为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。“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、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,并从RS和GPS提供海量的数据中心提取有用信息,进行综合集成,使之成为决策的科学依据。三者之间的相互作用和关系如图1所示。
目前,3S技术的结合与集成研究经历了一个从低级向高级发展和完善的过程,其低级阶段,是系统之间相互调用一些功能;高级阶段,则直接共同作用,形成有机的一体化系统,以快速准确地获取定位的实时信息,对数据进行动态变更,实时分析和查询。RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技术水准上实现,最简单的办法是3种系统分开而由用户综合使用,进一步是三者有共同的接口,做到表面上无缝的集成,数据传输则在内部通过特征码相结合,最好的办法是整体的集成,成为统一的系统。
GPS、RS和GIS技术的整体集成,无疑是人们追求的目标。这种集成系统形成了综合的、完整的对地测系统,不仅能自动、实时地采集、处理和更新数据,而且能职能式的分析和运用这些数据,为各种应用提供科学的决策咨询,并能解决用户可能提出的各种复杂问题。
4、3S集成技术在海域管理中的应用
4.1基于3S集成技术的海域使用现状调查
在海域使用状况调查中,遥感(RS)用于基础地理信息的修正和海域使用类型的识别;全球定位系统(GPS)用于野外特征地物点坐标的获取和宗海界址点的测量;地理信息系统(GIS)用于基础地理信息图层的建立与补充修正、海域使用遥感信息的提取、GPS数据的导入与处理、海域使用现状图的编绘、面积量算和属性信息的提取。其基本流程如图2所示。
(1)基于RS技术的数据源实现。通过对经预处理的遥感影像特征(如形状、大小、色调、位置和布局等)分析,结合已掌握的部分海域使用状况,并辅以必要的地面实况核准,建立影像特征与实地地物之间的对应关系——即主要基础地理要素和海域使用类型的遥感解译标志。运用相关分析方法,根据解译标志首先对遥感正射影像进行解译,精确描绘出主要基础地理要素特征,准确勾绘不同海域使用类型单元界限,形成解译图,供野外调查和海域使用现状图编绘参考。
(2)基于GPS技术的外业调查。利用差分定位方式获取遥感影像校正特征地物点坐标、及GPS勘测的宗海界址坐标导入GIS时进行坐标转换的重要依据性数据点坐标。完成用海图斑的边界测量。并在实地根据测量的情况和实际情况填写外业调查表。
(3)基于GIS技术的数据库。首先,利用RS对海域使用信息进行提取,根据解译标志,结合GPS对预解译图野外核准结果,对已经配準的遥感影像进行海域使用图斑界限和内部结构特征界限的识别与定位,并输入相关属性信息,形成海域使用信息图层。
其次,野外用GPS采集、核准的宗海边界拐点坐标经坐标变换后,通过GIS提供的创建点对象功能,即可以点对象的形式标注在GIS图层中,然后根据野外调查记录等资料联成相应的宗海图形,再经属性信息录入,形成海域使用信息图层。
4.2基于3S集成技术的海域使用动态监测
随着RS和GIS等高新技术的发展,利用3S进行海域使用动态监测的技术日趋完善。它在宏观的海域使用动态监测上具有其他技术难以比拟的优势,可以及时地反映海域使用中存在的问题,为各级政府决策提供基本依据。
以RS技术和GIS技术为核心,以GPS技术为补充,利用遥感这种快速获取地面宏观信息的技术手段。结合地理信息系统,对不同时期的遥感图像数据进行迭加,分析海域利用类型的变化,可以准确、客观、及时、大面积地得到海域使用现状信息,为海域使用科学管理服务。
(1)室内判别。利用已有的海域使用现状数据及处理后的遥感影像进行叠加对比,以遥感影像图为基准,自动解译或人工勾绘与海域使用现状不一致的图斑及新增地物,并对其进行编码。
(2)外业调查。将在室内判别中有变化的图斑所对应的区域分别加载地形图,制作外业调查工作底图,并根据需要制作外业调查表。根据工作底图对解译过程中产生变化的地物逐一进行实地调查,必要时利用GPS进行定位寻找、实地观测、丈量、绘制草图并填写外业调查表中的信息。
(3)数据处理及分析。根据外业调查结果对海域使用数据库中的空间和属性数据进行修正和补充,然后进行图形与属性数据的正确性和一致性核查、拓扑错误检查、接边情况检查等。利用GIS在海域使用数据采集、管理、分析及制图中具有明显优势,在数据库更新后可利用GIS进行叠加分析、统计分析,通过GIS强大的查询、显示、分析等功能,对各类信息进行对比、搜寻、叠加、筛选等处理,实现海域使用动态监测。
4.3 3S集成技术在海域可持续利用决策中的应用
在海域使用研究过程中,GPS用于对空间数据快速定位,为遥感实况数据提供空间坐标,用于建立实况海域使用数据库并对遥感数据进行校正和检核;RS可用于提供实时、动态、快速的海域现状覆盖、海域使用信息,及时发现海域动态变化区域,为GIS提供信息源;GIS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,形象地展示海域使用变化规律。
应用3S技术的空间数据处理和评价模型等功能可以对用海项目的选址、海域的整体空间布局等进行分析、评价和研究,并实现其动态、连续、准确的监测、评价。利用3S技术进行海域使用现状及动态监测主要通过不同时期的遥感图像对比来提取差别信息。在专业遥感图像处理软件中,经过几何校正、信息自动识别、影像拼接、人机交互式信息修正等遥感信息处理办法,获取原始差别信息(一般表现为多个小的多边形),再经过多边形聚合,人工目视解译等步骤排除干扰因素及遥感图片投影参数不同造成“伪”变化信息,得到的真正海域使用变化信息,从而获得不同时期的海域使用现状图,运用地理信息系统空间分析、面积计算等功能获得各海域使用类型的面积变化。3S技术和仿真模拟技术的结合还可以对海域使用规划实施跟踪管理和实时调整,为区域海域使用规划提供全面的服务支持,为国家和地方进行宏观决策提供科学依据。
5、结论
本文研究3S集成在海域管理中的应用模式,得到的主要结论如下:
(1)遥感影像信息量大、具有宏观性,但是由于其存在着“同物异谱、同谱异物”的特性,因此不能完全依赖遥感影像在室内判读进行图斑的识别和变更,可以利用具有精度高、使用灵活便捷的GPS协助遥感影像进行图斑识别与变更。GIS实现对RS、GPS采集的数据进行存储、分析,并完成图斑编辑、管理工作。
(2)总结了3S集成的4种模式,包括:GIS与RS集成,GIS与GPS集成,GPS与RS集成以及GIS、RS、GPS集成,并讨论了这4种集成模式在海域使用现状调查、海域使用动态监测、海域可持续利用决策中具体的应用方法。
参考文献:
[1]张安全。“3S”技术在新一轮土地利用更新调查中的应用方案探讨[J]。现代测绘,2006(4)。
[2]宫照庆。浅谈海域面积测量的实施方法[J]。福建水产,2008(1)。
[3]陶信宽,周俊杰。澳大利亚3S技术应用和集成的发展趋势及对我们的启示[J]。农机化研究,2004(5)。
[4]马荣华,黄杏元,蒲英霞。数字地球时代“3S”集成的发展[J]。地理科学进展,2001,20(1)。
[5]高伟明,刘军会。3S技术在海域使用状况调查中的应用[J]。海岸工程,2006(3)。
[6]刘兴权,龙熊,吴涛。3S技术在土地利用动态监测中的应用[J]。地理空间信息,2009(5)。
关键词:GPS、RS、GIS、3S集成技术、海域管理
1、前言
近年来,随着计算机技术、电子通讯技术、空间技术和地球科学等学科的迅速发展,当今已进入了计算机技术广泛应用、空间技术交叉渗透、信息科学蓬勃发展的时代,以手工作业的传统方法已很难满足时代对海域管理工作的要求。而植根于计算机科学的3S技术即遥感技术(RS)、全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)是当今地理学和管理学界的一场新的革命,3S技术已经在国土资源管理、城市规划、区域管理、车船导航等方面得到了广泛的应用。
隨着沿海地区经济建设的飞速发展,沿海海域使用情况在近年发生了很大的变化,传统的人工调查与监测方法已经跟不上海域使用情况快速变更及管理的需求,而3S技术的结合被认为是进行变化监测与管理的最有效手段。在海域管理工作中,综合应用3S技术,可形成运用RS及影像解译技术获取海域利用现状数据并预判海域利用信息、利用GPS技术快速准确地获取海域利用信息的空间坐标、在GIS平台上进行海域利用现状数据库建设、更新与管理的运行机制,为海洋管理部门提供决策支持和战略决策依据。
2、3S技术介绍
2.1全球定位系统
全球卫星定位系统(简称GPS)是美国自70年代初期开始研制的新一代卫星导航和定位系统,其全天侯、全球性的三维空间定位性能,是其它方法无法比拟的,因而有取代常规光学和电子定位仪器的趋势。目前,美国GPS现代化改进战略,计划用20年时间完成GPSⅠ、GPSⅡ、GPSⅢ战略改造,太空运行卫星多达30夥BLOCKⅢ型星。如今网格GPS技术已趋向成熟,其特点是基于InterNet的现有网络资源支撑差分定位数据发布,应用Inter2Net和移动技术作为高精度GPS定位数据的传输链路,流动站用户采用GSM/GPRS无线上网接收数据而完成定位。
目前海域测量作业模式主要有载波相位动态实时差分(Real—timekine—matic,简称RTK)和差分全球定位系统(Differential G1obal Position System,简称DGPS)两种。在精度要求不是很高的条件下,应用较广的是DGPS,用DGPS仪器获取我国沿海信标台(基站)信号对GPS信号进行实时信标差分,即测量主要依靠的是中国沿海RBN——DGPS系统。
2.2遥感技术
遥感技术(简称RS),是一种不直接接触物体而通过物体反射或发射的电磁波信号取得其信息的探测技术。是指在高空或外层空间各种平台上利用可见光、红外光、微波等电磁波探测仪器,通过摄影和扫描、信息感应、传输和处理,从而研究地面物体的形状、大小、位置和相互关系及变化的现代综合性技术。
近年来,航天和航空遥感技术发展飞速,遥感数据的获取技术趋向多传感器、多平台、多角度和高空间分辨率、高光谱分辨率、高时相分辨率发展,利用这些影像数据,能观察和了解何时、何地、何种目标和发生了何种变化问题。遥感信息的分析应用已从单一遥感资料向多时相,多数据源的融合与分析,从静态分析向动态监测发展,从定性调查向定量分析过渡,从对各种现象的表面描述向软件分析和定量探索过渡,具有广阔的发展空间。
2.3地理信息系统
地理信息系统(简称GIS)是一种由软硬件、数据集和用户组成的,以研究地理和地学数据的存储、管理、描述、检索、分析和应用的计算机支持系统。其具有2个显著特征:一是,它不仅可以像传统的数据库管理系统那样管理数字和文字等属性信息,而且可以管理空间的图形、图像信息;二是,可以利用各种空间分析的方法,对各种不同的信息进行综合分析,寻求空间实体间的相互关系,分析和处理在一定区域内分布的现象和过程。地理信息系统是一种特定而又十分重要的空间信息系统,它是以采集、存贮、管理、分析和描述整个或局部地球上的物体空间和地理分布有关数据的空间信息系统。由于地球是人类赖以生存的基础,所以GIS是与人类生存、发展进步密切相关的一门信息科学和技术,越来越受到人们的关注,它必将成为“数字城市”、“数字地球”的基础。
3、3S技术的集成
3.1 3S集成的必要性
地球信息从其内容来看有空间、时间和属性3个方面的特征。但由于人类认识的局限性,在信息描述上人为的采用了可分的手段。这种人为的分割表现在实际应用中就是分别从各个方面描述信息流,把从不同方面获取的信息收集加工,最后加以利用,即把信息技术分割为信息获取、信息处理和信息应用3个互不关联的方面。RS、GIS和GPS中的任意一个都主要侧重于信息流的3个特征中的1个或2个方面,其中GPS侧重于空间定位特征的获取,RS侧重于时间动态特征的获取,GIS侧重于属性与空间、时间的特性联结和管理。在海域管理中,如果能够利用“3S”技术集成,同时得到空间、时间和属性3个特征,就会提高工作效率,加快海域使用管理信息化的步伐。
3.2 3S集成模式
3S集成的核心含义是要在这3个不同的部分之间建立一种有机的联系。目前主要表现为下述4种集成方式。
3.2.1 GIS和RS的集成
RS与GIS集成是3S集成中最重要也是最核心的内容。GIS和RS的集成主要表现为RS是GIS的重要信息源,将RS影像经纠正、处理,形成正射像图,进一步判读之后,可编制出多种专题用图。这些数据作为GIS的数据源,实现了数据的快速获取和保持一定的现势性;而GIS可以为RS影像提供区域背景信息,提高其解译精度,RS影像存在“同物异谱”和“同谱异物”的问题,将GIS和RS结合起来,有助于解决此类问题,张继贤在国内较早提出综合GIS信息中的地学、海洋学知识和遥感数据可以提高遥感分类的精度,消除应用单一遥感图像判读所存在的若干弊端。
GIS和RS各种可能性的结合方式包括:分开但是平行的结合(不同的用户接口,不同的工具库和不同的数据库),表面无缝的结合(同一用户接口,不同的工具库和不同的数据库)和整体的集成(同一个用户接口,工具库和数据库)。整体的集成是未来的发展趋势和要求。GIS和RS之间的集成主要用于地理信息变化监测和实时更新。
3.2.2 GIS和GPS的集成
这种集成的基本思想时把差分GPS(Different GPS,DGPS)的实时数据通过串口实时导入GIS中,可使GPS的定位信息在电子地图上获得实时、准确而又形象的显示,利用它可以进行漫游、查询、定位、纠正,以及线长、面积等参数的实时计算、显示和记录。GPS可以为GIS及时采集、更新或者修正数据。二者的集成可利用地面与空间的GPS数据进行载波相位差分测量以满足GIS不同比例尺的数据库要求。
将高精度的GPS数据定位技术与计算机技术相结合,使GIS的数据采集更为精确、快速、可靠。与其它GIS数据采集手段如地图数字化、航空摄影测量、遥感等相比,利用GPS采集GIS数据具有独特的优势:GPS能为GIS快速提供米级甚至厘米级精度的空间信息;GPS与GIS集成进行数据采集,可视实现空间数据和属性数据的采集一体化,提高了GIS数据的完整性和准确性;GPS用于GIS数据采集使GIS数据采集的数字化程度更高、速度更快、成本更低。
GIS与GPS的集成存在几种复杂程度不同、价格也不同的集成模式:GPS单机定位与栅格式电子地图集成应用,GPS单机定位与向量电子地图集成应用,GPS差分定位与向量/栅格电子地图集成应用。
3.2.3 RS与GPS的集成
RS与GPS都是数据源获取系统,二者分别具有独立的功能,又可以互相补充完善对方,这就是RS与GPS的结合的基础。GPS的精度定位功能解决了RS定位精度不高的问题。另外,利用将GPS接收机安置于遥感平台上,可以测定摄影或扫描时遥感平台的瞬时位置与飞行姿态,利用设在地面固定点上和在飞机上的GPS接收机可以测定航摄飞行中摄站相对于该地面已知点的三维坐标。
3.2.4 GIS、GPS和RS的集成
3S技术为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。“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、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,并从RS和GPS提供海量的数据中心提取有用信息,进行综合集成,使之成为决策的科学依据。三者之间的相互作用和关系如图1所示。
目前,3S技术的结合与集成研究经历了一个从低级向高级发展和完善的过程,其低级阶段,是系统之间相互调用一些功能;高级阶段,则直接共同作用,形成有机的一体化系统,以快速准确地获取定位的实时信息,对数据进行动态变更,实时分析和查询。RS、GIS、GPS集成的方式可以在不同的技术水准上实现,最简单的办法是3种系统分开而由用户综合使用,进一步是三者有共同的接口,做到表面上无缝的集成,数据传输则在内部通过特征码相结合,最好的办法是整体的集成,成为统一的系统。
GPS、RS和GIS技术的整体集成,无疑是人们追求的目标。这种集成系统形成了综合的、完整的对地测系统,不仅能自动、实时地采集、处理和更新数据,而且能职能式的分析和运用这些数据,为各种应用提供科学的决策咨询,并能解决用户可能提出的各种复杂问题。
4、3S集成技术在海域管理中的应用
4.1基于3S集成技术的海域使用现状调查
在海域使用状况调查中,遥感(RS)用于基础地理信息的修正和海域使用类型的识别;全球定位系统(GPS)用于野外特征地物点坐标的获取和宗海界址点的测量;地理信息系统(GIS)用于基础地理信息图层的建立与补充修正、海域使用遥感信息的提取、GPS数据的导入与处理、海域使用现状图的编绘、面积量算和属性信息的提取。其基本流程如图2所示。
(1)基于RS技术的数据源实现。通过对经预处理的遥感影像特征(如形状、大小、色调、位置和布局等)分析,结合已掌握的部分海域使用状况,并辅以必要的地面实况核准,建立影像特征与实地地物之间的对应关系——即主要基础地理要素和海域使用类型的遥感解译标志。运用相关分析方法,根据解译标志首先对遥感正射影像进行解译,精确描绘出主要基础地理要素特征,准确勾绘不同海域使用类型单元界限,形成解译图,供野外调查和海域使用现状图编绘参考。
(2)基于GPS技术的外业调查。利用差分定位方式获取遥感影像校正特征地物点坐标、及GPS勘测的宗海界址坐标导入GIS时进行坐标转换的重要依据性数据点坐标。完成用海图斑的边界测量。并在实地根据测量的情况和实际情况填写外业调查表。
(3)基于GIS技术的数据库。首先,利用RS对海域使用信息进行提取,根据解译标志,结合GPS对预解译图野外核准结果,对已经配準的遥感影像进行海域使用图斑界限和内部结构特征界限的识别与定位,并输入相关属性信息,形成海域使用信息图层。
其次,野外用GPS采集、核准的宗海边界拐点坐标经坐标变换后,通过GIS提供的创建点对象功能,即可以点对象的形式标注在GIS图层中,然后根据野外调查记录等资料联成相应的宗海图形,再经属性信息录入,形成海域使用信息图层。
4.2基于3S集成技术的海域使用动态监测
随着RS和GIS等高新技术的发展,利用3S进行海域使用动态监测的技术日趋完善。它在宏观的海域使用动态监测上具有其他技术难以比拟的优势,可以及时地反映海域使用中存在的问题,为各级政府决策提供基本依据。
以RS技术和GIS技术为核心,以GPS技术为补充,利用遥感这种快速获取地面宏观信息的技术手段。结合地理信息系统,对不同时期的遥感图像数据进行迭加,分析海域利用类型的变化,可以准确、客观、及时、大面积地得到海域使用现状信息,为海域使用科学管理服务。
(1)室内判别。利用已有的海域使用现状数据及处理后的遥感影像进行叠加对比,以遥感影像图为基准,自动解译或人工勾绘与海域使用现状不一致的图斑及新增地物,并对其进行编码。
(2)外业调查。将在室内判别中有变化的图斑所对应的区域分别加载地形图,制作外业调查工作底图,并根据需要制作外业调查表。根据工作底图对解译过程中产生变化的地物逐一进行实地调查,必要时利用GPS进行定位寻找、实地观测、丈量、绘制草图并填写外业调查表中的信息。
(3)数据处理及分析。根据外业调查结果对海域使用数据库中的空间和属性数据进行修正和补充,然后进行图形与属性数据的正确性和一致性核查、拓扑错误检查、接边情况检查等。利用GIS在海域使用数据采集、管理、分析及制图中具有明显优势,在数据库更新后可利用GIS进行叠加分析、统计分析,通过GIS强大的查询、显示、分析等功能,对各类信息进行对比、搜寻、叠加、筛选等处理,实现海域使用动态监测。
4.3 3S集成技术在海域可持续利用决策中的应用
在海域使用研究过程中,GPS用于对空间数据快速定位,为遥感实况数据提供空间坐标,用于建立实况海域使用数据库并对遥感数据进行校正和检核;RS可用于提供实时、动态、快速的海域现状覆盖、海域使用信息,及时发现海域动态变化区域,为GIS提供信息源;GIS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,形象地展示海域使用变化规律。
应用3S技术的空间数据处理和评价模型等功能可以对用海项目的选址、海域的整体空间布局等进行分析、评价和研究,并实现其动态、连续、准确的监测、评价。利用3S技术进行海域使用现状及动态监测主要通过不同时期的遥感图像对比来提取差别信息。在专业遥感图像处理软件中,经过几何校正、信息自动识别、影像拼接、人机交互式信息修正等遥感信息处理办法,获取原始差别信息(一般表现为多个小的多边形),再经过多边形聚合,人工目视解译等步骤排除干扰因素及遥感图片投影参数不同造成“伪”变化信息,得到的真正海域使用变化信息,从而获得不同时期的海域使用现状图,运用地理信息系统空间分析、面积计算等功能获得各海域使用类型的面积变化。3S技术和仿真模拟技术的结合还可以对海域使用规划实施跟踪管理和实时调整,为区域海域使用规划提供全面的服务支持,为国家和地方进行宏观决策提供科学依据。
5、结论
本文研究3S集成在海域管理中的应用模式,得到的主要结论如下:
(1)遥感影像信息量大、具有宏观性,但是由于其存在着“同物异谱、同谱异物”的特性,因此不能完全依赖遥感影像在室内判读进行图斑的识别和变更,可以利用具有精度高、使用灵活便捷的GPS协助遥感影像进行图斑识别与变更。GIS实现对RS、GPS采集的数据进行存储、分析,并完成图斑编辑、管理工作。
(2)总结了3S集成的4种模式,包括:GIS与RS集成,GIS与GPS集成,GPS与RS集成以及GIS、RS、GPS集成,并讨论了这4种集成模式在海域使用现状调查、海域使用动态监测、海域可持续利用决策中具体的应用方法。
参考文献:
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