3S技术在城市规划中的应用研究.doc

目 录

摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1 引言 2
2 3S技术及其集成 2
2.1 3S技术的概述 2
2.2 全球定位系统——GPS的发展过程 2
2.3 遥感技术——RS的发展过程 4
2.4 地理信息系统——GIS的发展过程 7
2.5 3S集成 10
3 3S技术在城市规划中的综合应用 13
4 结束语 22
致谢 24
参考文献 25

3S技术在城市规划中的应用研究

摘 要

3S技术的形成与发展，使得空间信息技术在军事、资源与环境、土地管理、测绘、土建工程、交通运输、城市规划与管理等所有涉及空间信息的领域，得到了更加广泛的应用。城市规划是城市建设管理中的一个重要环节，对城市的发展起到了不可忽视的作用。所谓的3S技术指的是地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、遥感（RS）的简称，应用到城市规划中可以使城市建设信息化，使其更加具有科学性、实用性、可操作性。

关键词：全球定位系统 地理信息系统 遥感 3S集成

3S Technologies In Urban Planning Of The
Applied Research

ABSTRACT

The formation and development of 3S technology, makes the spatial information technology in military, resources and environment, land management, surveying and mapping, civil engineering, transportation, city planning and management of all relates to the spatial information domain, has been more widely used. City planning is an important link in the construction and management of the city, a role not to be ignored on the city development. The so-called 3S technology refers to the geographic information system (GIS), global positioning system (GPS), remote sensing (RS) abbreviation, is applied to the city planning can make the city construction information, make it more scientific, practical, maneuverability.

KEYWORDS : Global positioning system Geography information system Remote sensing 3S Integration

1引言
城市是人类现代科技进步、经济蓬勃发展和社会精神文明的结晶，是人类文明的象征，也是社会物质和精神财富生产、积聚和传播的中心，是经济发展最为迅速的敏感地区。现代化城市是一个多功能、社会化的有机综合体，是一个高度复杂的动态大系统。而城市规划是对城市在一定的时期内发展的战略性指导，是人居环境各层面上的、以城市层次为主导工作对象的空间规划，是经济、社会、环境协调发展的重要手段。城市的内部功能完善、结构的合理化迫切需要城市规划的引导，城市建设本身不可能自发的朝着可持续发展的方向健康有序的迈进。因此，进行城市规划的根本目的是通过对城市土地和空间资源的合理配置，来发展建设适合人类生活的美好家园。
城市规划是城市复杂系统运转、创造良好人居环境的根本保障，否则，将会阻碍国家和地区社会经济的发展。现代城市规划的内涵和外延有了一些新的变化，涉及面越来越广，内容越来越多，工作量及其难度也越来越大，因此就要考虑合理的技术规划方案，科学合理的城市规划能为国家与地区的建设带来巨大的综合效益。
当今时代是一个信息化的时代，随着3S技术的迅速发展和日渐成熟，演变成了信息发展模式中的一种突出表达形式，是结合遥感技术、全球定位系统及地理信息系统的各种特殊功能为一体的优化集成技术，具有不可忽视的广阔应用领域和发展前景，尤其在城市规划领域的的应用已经达到了一个相当高的水平。3S技术能够快速准确的获取有关城市的多时相的、多维的、多平台的、多波段的、高精度与高分辨率的海量空间数据，也能将经过处理后的相关数据数据进行空间分析，高效率的为城市规划建设提供实时的、动态的、准确的信息。鉴于3S技术的这些突出的特点，使其在现代城市规划中，尤其是在城市空间布局和土地利用规划中得到了更为广泛的应用。以GIS、GPS、RS为基础，将其三种分别独立技术根据不同的应用功能把相关联的部分有机的结合在一起，形成了一个功能非常优越的集成式技术，合理有效的运用这种技术体系，可以实时快速、准确可靠地完成对各种空间的、环境的、能源等信息资料的收集、存储、分析、处理和更新。

- 3 -
2 3S技术及其集成
2.1 3S技术的概述
所谓的3S技术实际上就是地理信息系统(Geography information system，GIS) 、全球定位系统(Global positioning system，GPS)和遥感技术(Remote sensing，RS)的统称，一般来说，三者常常集成为一个综合的应用系统，形成“一个大脑，两只眼睛”的框架，即GPS技术进行实时定位，能够实时、快速、准确地为人们提供所需目标的空间位置；RS技术进行数据的快速采集与更新，一般常用于采集大面积的地表物体及其周围环境的几何的、物理的、各种变化的信息；而GIS则进行空间分析和综合处理，为多种来源的空间数据提供有力的支持平台。三者既是相互独立的，又有着密切的关联，可以共同运用，解决一些相关的问题。3S技术作为一种强大的多学科的现代信息技术，是多种先进技术的高度集成，如获得遥感影像的传感器技术，快速实时定位的卫星导航定位系统，空间信息技术等，它们与国内外的计算机软件技术、快捷的现代通讯技术结合在一起，就能实现对空间信息的快速收集、高效处理、有序管理、合理分析、准确表达、形象显示、传播应用等功能。
2.2 全球定位系统——GPS的发展过程
由美国建立，在全球范围内进行导航与定位的系统，称为全球定位系统，即Global positioning system，简称为GPS。
GPS由地面监控部分、空间卫星和用户设备三部分组成。利用GPS技术，在地理空间参考系中，根据卫星的已知瞬时位置与卫星至目标的测量距离，即计算机确定被测目标的空间位置。其中，被测目标可以是陆地或者海上目标，也可以是空中目标；可以是固定目标，也可以是运动的目标。
目前，GPS已经具备在海、陆、空进行全方位、全天候、实时三维导航与定位能力，同时可以测时、测速。其动态精度可达米级至分米级，静态相对定位精度可达厘米甚至毫米级，测时精度可达毫微秒级，测速精度可达分米至厘米级。
美国建立的GPS，实现了海、陆、空的侦察机、轰炸机、军舰、坦克的导航和导弹制导等军事目的。现在的研究与发展，GPS已广泛的应用于国民经济等许多领域，乃至人们的日常生活。海上船舶民事飞行、陆地车辆、交通运输、旅行探险的导航，公路与铁路的勘察、石油与地质勘察、地形与工程测量、地震与灾害监
4
测、大陆版块运动、环境监测等定位，都在使用GPS。随着GPS接收机成本的降低，人们的日常生活将越来越离不开GPS。具有高度可靠性、灵活性、快速实时性的全球定位系统，已经在传统的测量界发生了翻天覆地的变化。它的基本理论是：利用空间三角测量的基本原理，根据空中的定位卫星发射的信号和地面接收机接受到的卫星信号，从而获取目标的地面坐标、对应高程、传输时间，分析处理和计算它们之间的关系，更广泛的为导航定位、各种测量、测距等提供方便的服务。GPS定位系统由美国的海、陆、空三军联合开发研制的，最初使用军事国防方面，也是经过美国国防部批准的，从1973年12月开始，经过二十多年的改进研究，花费了将近二百亿美元，最终于1994年渐渐发展和建成，并很快的投入军事、民用方便，成为了迄今为止一项伟大的的跨世纪杰作。历经方案论证设计、研制试验和生产试验三个阶段，并从五项指标来进行分析，即观测时信号的覆盖范围是否广泛，信号的可靠性是否达到标准，数据的内容是否完整，数据的准确度是否达到要求，还有数据都有哪些其它的用处。因此就可以知道GPS技术除了能满足一系列军事导航定位等军事目的外，还能完成米级或厘米级精度的精密相对定位，当然是通过对接收的卫星信号进行载波相位测量达到的。就发展方向来看，GPS技术要从以下几个部分来考虑并改善。
第一，空中发射卫星信号的卫星定位系统
卫星发射信号的准确度和可靠性关系到卫星定位的精度，就目前发展的阶段而言，定位精度的服务不外乎有两种。一种是为美国军用服务的精密定位服务系,即PPS。该服务系统保守估计的单点实时定位精度是10m,经过不断改善而实际上可以达到3m的实时定位精度。另一种所谓的标准定位服务系统是为广大的一般用户服务的，是一种民用服务系统，也可称为SPS。它的定位精度较军用系统的精度要求比较低，因此也是比较常用的一种，一般系统开发时的估计单点定位精度是100m,后来实际应用中所达到的精度是14m,精度大大的提高了。由于科学技术的不断发展和美国SA政策的取消，越来越对多的卫星定位系统也随之加快更新，定位精度也在此基础上不断地有所提高。我们不难看出普通用户从中所受的极大利益，因为全球定位系统精度的不断提高，使得城市规划建设在进行规划实施时的现场勘察和土地利用监督工作顺利快捷的展开，甚至与之相联系的实时性和准确性都有很大程度的提升。
第二，改善软件技术可以使定位精度大幅度的提升

通常被人们所熟知的GPS处理技术是差分GPS技术，可以对一些误差进行减弱或消除，从而提高定位精度。在进行全球卫星定位误差的分析处理时，要先了解误差来源的组成成分，包括所有用户共有的那部分误差和用户无法测量或校正的一部分误差以及各接收机所固有的误差。共有误差部分是指卫星星历误差、卫星钟的误差、电离层误差和对流层误差等，不能通过测量或校正的误差是指信号在传播过程中的延迟误差，而美国取消SA政策就是因为人为的加强了这两部分误差。鉴于这些误差因素，就要求一种能够减弱甚至消除这些误差的方法，而差分GPS技术就能满足这些要求。所谓的差分GPS技术实际上就是利用多台地面接收机，同时接受观测目标有关的信号，以消除产生的伪距来减少用户共有的那部分误差。利用差分GPS技术可以使定位精度从原来的100m提升到更加有利的精度，即可以达到0.5m～5m。
第三，通过提升地面接收机的性能使定位精度升高
与GPS接收机有关的误差，主要包括观测误差、接收机钟差、天线相位中心位置偏离和整周未知数等。所以GPS接收机的功能要强，产生的误差尽可能的要小，接收机的型号要尽可能的向小型化发展，可以更加方便的应用在人们的日常生活中。例如，经过改良后的微型GPS接收机，如果将其安装在日常的普通照相机上，就可以获得带有拍摄景点的平面坐标和高程的照片，这样将会大大减少由各种特殊因素而引起的野外作业困难，不仅给测量工作人员带来了便捷，同时也可以随时随地获取大量的空间数据。
2.3 遥感技术——RS的发展过程
遥感技术对于测量技术人员来说并不是很陌生，它的概念也可以浅显的认为是遥远的感知，用英文表示是 Remote Sensing，简称RS。具体的定义是指在不直接接触目标物体的情况下，通过搭载在人造飞机或卫星等平台上的遥感器对目标或自然现象进行远距离的探测和感知的一种技术。具体地讲，是指在高空和外层空间的各种平台上，运用各种传感器获取反映地表特征的各类数据，通过传输，变换和处理，提取有用的信息，实现研究地物空间形状、位置、性质、变化及其与环境的相互关系的一种现代应用科学技术。它的工作原理依据是不同的目标或事物遇到电磁波谱时所产生的结果不同，可以由此来对地表物体进行识别分类。
在遥感学中，收集目标物电磁波信息的设备，称为传感器，如航空摄影中的
4
摄影仪等。搭载传感器的的载体，称为遥感平台，如飞机、人造卫星等。一般来讲，人们把不接触物体本身，用遥感平台搭载的传感器手机目标物的电磁波信息，经处理分析后，识别目标物，揭示其几何与物理性质、相互关系及其变化规律的科学技术。
遥感技术开始产生的时间是1962年，在世界范围内得到飞速发展和广泛应用的阶段是自1972年以后。具体的发展项目是由美国发射的第一颗地球资源卫星—LANDSAT-1,发射成功后得到了许多遥感卫星图像，以此遥感技术得到了更加突飞猛进的发展。简单的来说，遥感技术有许多值得注意和应用的优点，如信息覆盖的范围比较大，可以获取大量的信息数据，而且精度相对较高，除此之外还有获取信息的周期短、手段多、遥感图像的直观性、真实性和实时性等显著的特点。随着遥感技术越来越高端的发展，在许多专业领域的应用相当广泛，比较常见的领域有城市规划方面，土地利用资源管理方面，还有环境监测方面，不可或缺的需要实时更新的方面有水文地质、气象观测、海洋监测、农林业和军事防护等。随着空间信息技术的不断发展，特别是GPS技术和GIS的发相渗透、相互依赖和发展，RS技术的应用领域将会越来越广泛。
遥感探测的电磁波来源于探测器发射和地物反射或发射，有探测器发射电测波能量到地物，并接受地物后向散射信号的遥感，称为主动遥感；探测器仅被动接收地物反射太阳电磁波信号或地物发射的热辐射信号的遥感，称为被动遥感。遥感应用领域日益广泛，按照大的领域划分为外层空间遥感、城市遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、军事遥感、环境遥感、地质遥感、气象遥感、工程遥感、灾害遥感等。遥感探测的空间主要是地球表面，包括陆地与海洋，也可以是地表层（底下靠近地表面部分）空间、大气层空间和太空等。利用航空遥感技术，可以同步观测地表大范围区域，特别是对洪涝、干旱、森林火灾、海啸等瞬时变化的灾害探测、监测以及受灾的区域分布、灾害面积及其损失评估等，具有常规方法无法比拟的优势。遥感常规应用包括传统地形图、电子地图的各种功能和遥感影像数据的一些应用,可直接在遥感影像上识别居民地、建筑物、交通网络、水系、地貌、土质和植被等，也可自动对各种类别地物进行分类处理。
在已进行处理的遥感影像上，可以直接量测地物影像点的平面坐标、两点之间的水平距离和指定范围的面积。特别是进行计算机分类后，求同类地物面积尤为方便。利用立体像对建立数字高程模型后，可以直接量测地面点的高程、两点
之间的倾斜距离和三维立体要素计算，如根据设计道路面的高程位置计算工程的土石方量等。
利用遥感影像，可以对土地、森林、草原、水等各种天然资源进行调查，特别是大范围的同步调查。RS技术大致发展方向是提高传感器的分辨率以及其综合利用所获信息的能力，首先要研制先进的遥感传感器和信息传输、处理设备，以实现遥感系统的全天候工作能力，实时快速获取信息的能力，以及增强其抗干扰的能力。
遥感平台上的传感器有很多，一般搭载在飞机或人造卫星上，常见的有可见光、红外、紫外、微波、激光等。通过遥感技术获取信息的范围比较大，还能突出的表示出地表物体的特征及其周围的环境状况，进而获得实时的、不同分辨率的、形象化的遥感图像作为数据信息。一般的遥感图像都是经过在空中远距离观测后，再依照由观测目标反射或辐射的电磁波信号而获得的，通常都不精准，都要经过对影像的校正、投影变换、图像增强及识别分类等处理才能更加准确的被应用。从国际的发展趋势来讲，遥感技术的发展形势为：
第一种，许多遥感特性相结合的多层次、多方位的综合性遥感。根据其优越的功能可以构建对地球环境进行监测的卫星网络系统，可以实时大量的获取地表信息，并且所获的遥感影像数据具有不同的空间信息和空间分辨率。
第二种，遥感传感器逐渐向立体遥感、器件固体化、小型化、高灵敏度、高分辨率、高光谱方向发展，趋于覆盖全波段的电磁波波谱。
第三种，遥感图像与其它信息系统的结合，并建立必要的遥感图像信息系统。想要实现这一过程，需要将遥感图像与信息处理系统，即光学电子计算机，巧妙的结合起来，以便进行信息的实时、统一规整处理。在进行该程序时，需要实时的引入一些合理的技术，对遥感图像进行自动分类和模式识别。一般常用的一些理论技术有小波段变换技术，分形技术，还有人工的神经网络系统，再加上模糊分类技术，还要经专家系统进行分析评价，将遥感图像信息更加充分显示，更加方便操作和应用。
第四种，在相关已知理论基础上，研究并构建地球表面事物的电磁波谱以及相应的图像特征之间的关系模型。这种关系模型的建立需要通过研究分析地物波谱的一般形成机制，再结合传输遥感信息的一些相关知识，就可以达到定量化和精确化进行遥感信息分析解译的目的。

5
第五种，将遥感技术与GPS技术、GIS进行结合，形成集数据采集、处理、传输、存储及显示一体化的综合模式。在未来的发展形势中，独立的GPS技术、RS技术和GIS已不能很大程度的满足广大用户的要求，许多领域也急需更加方便快捷的技术来实现其发展的目的。除了城市规划建设需要运用3S集成技术外，还有不容忽视的资源环境、交通管理、市政工程等部门也对此有极大的需求，因此就会逐渐成为地球科学、资源环境、测绘勘探、农林、水利等部门开展工作的重要技术方法和辅助决策手段。在未来的数十年里，对于信息数据的处理，需要通过加快应用技术的整合，实现遥感制图技术与GPS技术和GIS的一体化、全数字化。并强调应用领域的信息共享，逐步实施环境空间信息基础、国家自然资源的网络化，提高综合分析能力，加大空间信息应用的社会经济效益。
2.4 地理信息系统——GIS的发展过程
地理信息系统这一术语并不为陌生，其英语全拼为Geography information system，简称GIS，是20实际60年代迅速发展起来的一门新型技术与科学，在地理和空间问题相关的各个领域得到了普遍的应用。不同的应用目的，对地理信息系统有不同的定义。一般认为，地理信息系统指的是为特殊应用目标建立的空间信息系统，是由计算机软硬件、地理数据和用户组成。在不同方法的支持下，通过对地理数据的采集、输入、管理、处理、存储、检索、操作、分析、建模和显示，生成并输出各种地理数据，从而为工程设计、土地利用、资源管理、环境监测、管理决策等应用服务的计算机系统用于解决复杂的规划和管理问题。
众所周知，地理信息系统与许多学科都有紧密的联系，更是一门交叉性学科。它的发展除了与计算机科学的发展有很大的联系之外，还受全球定位技术和遥感技术发展的影响，在有关数据方面还受数据库系统发展的限制。人口、土地、工业、农业、矿业等的普查和统计，海洋、陆地和大气等的监测，陆地测量、航空摄影测量特别是近二十多年的航天遥感等资料，给社会提供了丰富的信息资源。这些信息不断的积累，造成地理信息的膨胀，促成了处理海量地理信息的GIS的产业和发展。
城市规划与设计、区域规划与发展、环境保护、土地评价与资源利用、人口控制、健康状况和疾病的地理分布的研究与预测等，在使用地理信息方面，以模拟数据形式、手工操作查询为代表的传统方式，已远远不能满足现代科学规划、

决策的要求，需要地理信息为数字方式，能定量分析、实时更新、自动化和智能
化。1946年世界上诞生的第一台计算机，主要目的是科学计算。随后发展到处理文字、图形、图像、语言等。近些年来，计算机发展迅猛，存储设备的容量、微机运算器的主频速度、各种用途的平台和应用软件不断提高与更新，GIS随着计算机的发展而发展。地理信息系统是信息膨胀、社会普遍需求和计算机科学飞速发展的必然产物。城市地理信息系统涉及范围广，技术复杂。如城市规划管理信息系统、市政管网管理系统、基于GIS的土地评价系统、110报警与公安消防管理系统、城市设施管理系统、电力、供水的设施与资源调配系统等。
人们越来越多的运用不同的地理信息系统，发展形势也多种多样，以下是其中的几个方面:
第一，多元数据的集成使数据库之间的联系更加紧密
数据多元化是研究各种比例尺数据库之间、各种类型数据库之间进行集成管理,形成统一的数据库，主要涉及到GIS多源空间数据的集成、融合等问题，实现多尺度、异构数据库一体化、协同方式的维护管理，保证数据库管理的高效性、方便性和数据的一致性管理。在建立数字地球时，要运用的技术要求会更加的高，想要获取高分辨率的遥感数据，就要想办法减弱和消除其影响因素。除此之外，还要做到快速高效的处理海量信息数据，数据的表示方式要多样化。并且由于数据的来源很多，就需要对这些数据源进行融合分析，也将会对遥感技术产生一定的影响，由此可见，多源数据的集成和融合在GIS的发展中占据着无法预测的地位。
第二，开发更加便易的组件式对象模型地理信息系统
组件式GIS的英文全称是Component Object Mode GIS,也称为嵌入式 GIS。较常用技术而言，它可以说是一种相对先进的技术了，在GIS软件开发中，用到的不仅有面向对象技术，还有及组件式软件。组件式对象模型GIS技术开发的基本思想可以描述为：利用被用户所熟知的GIS的六大功能模块，把它们划分为具有不能功能的几个控件部分，各个控件各尽其责，并要保证它们之间可以集成，也要保证与其它非GIS控件之间也能进行集成，这些集成可由可视化软件来完成，最终获得功能更加强大的地理信息系统。这类组件式GIS拥有四大特性，一是这种集成是无缝的并且效率较高，二是无需专门的GIS开发语言，再者是比较大众化，最后是成本相对来说比较低。

10
组件式对象模型同传统GIS软件平台相比,具有集成方便、容易开发、良好的扩展性、价格便宜、快捷等特点，还能很大程度地降低系统建设的成本，有效的克服了传统的GIS的许多缺点，如平台较为独立，二次开发比较困难，还有与其他系统的集成不容易实现等。世界各国为感应先进技术应用的热潮，各大开发厂商陆续推出了由本公司集成开发的组件式GIS软件平台。近阶段来，ESRI公司生产的这类软件有MapObject,还有美国MapInfo公司极力开发研制的MapX，还有一个比较突出的是加拿大阿波罗科技集团的生产的TITAN。虽然GIS组件有这么多软件应用上的优势，但仍然存在一些功能上的不足与欠缺，应用技术上的不成熟。例如与专业的GIS客户端软件相比，采用组件式GIS软件的效率比较低，在访问超大空间数据时表现得更为突出，如访问大数据遥感图像时，就可能会不可避免的降低效率。再者是支持的空间数据量有限，还有就是只涵盖了GIS的一部分功能，并且组件式GIS系统的可靠性、兼容性需要进一步提高。
第三，三维GIS的应用也越来越受广大用户的欢迎
在现实生活中存在许多GIS一般软件无法处理的三维现象，如果不想办法进行补救，将会严重影响到GIS的发展前景。值得庆幸的是现在已经有一些可以描述这种现象的先进软件，不仅能够准确形象的表达三维物体，还能对物体的内部进行描述。真正的三维GIS是用来支持三维空间数据库的，而且这个数据库是以真三维的矢量数据模型和栅格数据模型为基础的，进而可以处理一些三维空间操作中出现的问题，并可以分析解决这些问题。如果要处理一些地质、气象、环境、地下矿体、地下水文、道路等的真三维现象，一般的GIS就不能担此重任。目前来说，三维GIS的研究方向主要有三个研究方向：
第一个，要对三维数据结构进行不断的分析研究，所要注意的方面有数据是否能够有效存储，怎样表示数据所处的状态，还有数据要能够进行可视化的显示等。
第二个，提高生成的三维数据的质量，并建立相应的数据库系统便于进行管理。
第三个，由三维现象获得的三维数据要进行三维显示，需要做的工作有三维数据的操作处理，栅格图像的形成，出现的层次处理等。
第四，交互式、分布式WebGIS逐渐流行起来
一般的，地理信息在网络上的分布是多种多样的，对用户来说也就产生了异
构多源的信息，处理起来比较复杂。而伴随着科技的发展诞生的许多先进计算技术，就自然而然的成为了研究人员处理这些问题的有力工具。分布式GIS的简单思想是：利用最先进的分布式计算技术来处理分布在网络上的异构多源的地理信息，集成网络上不同平台上的空间服务，构建一个物理上的分布，逻辑上统一的地理信息系统。网络的大跨步发展使得地理信息系统数据在很多方面的功能具有很好的应用途径，更为GIS提供了崭新的操作平台。两者的结合产生了网络GIS，实现了用户可以在网页上浏览和查找空间数据信息的需求。同时，网络GIS也开启了地理信息系统理论和技术研究的新领域，为GIS的发展提供了新的机遇，使其能快速的发展。
GIS软件技术体系的发展历程大致经历了GIS模块、集成式GIS、模块化GIS、核心式GIS、组件式GIS和WebGIS等六个阶段，网络的国际化和大众化，逐渐把WebGIS推向了研究开发的前沿，但目前有关的理论和应用都好处于发展时期。备受国内外瞩目的WebGIS是以互联网为平台来进行操作发展的，是一个交互式、分布式的、动态的地理信息系统，有很多的优点，如用户访问的范围比较宽泛，平台相对比较独立，操作应用起来比较简单等，被广大用户应用的越来越广泛。
2.5 3S集成
全球定位系统（GPS）的核心作用是对地面目标进行空间精确定位，对海、陆、空中运动目标进行定位于导航；遥感（RS）的主要功能是在可见光波段内对地表地物和各要素的几何信息进行观测，在紫外、红外和微波波段对地表、大气层空间、地下资源进行几何和物理探测；地理信息系统(GIS)对全球定位系统和地面测量以及其他方式勘测、探测和收集的各种信息进行处理、管理，并提供查询、分析等应用。GPS、GIS和RS是相互独立的三种高新技术，同时也是两两结合，甚至是三者集成使用。
（1）GPS与RS结合
在诸多遥感平台上，如航天航空飞机、卫星、地面架台、气球等，安放遥感传感器，在对地扫描、拍摄相片时，利用GPS对扫描、拍摄瞬时遥感平台的空间位置、姿态进行同步测定，可以依据遥感平台的空间位置与姿态参数，很方便计算出拍摄的遥感图像上各种目标的空间位置。
当获得的遥感影像数据不携带平台信息位置与姿态参数时，可以先在遥感影
3S技术在城市规划中的应用研究
像上选定出若干个有明显标志的地物影像点，在对应的实地采用GPS技术，测定这些地物点的空间位置，结合遥感图像中的影像对，运用遥感地理配准的方法，即可确定出任何影像点的空间位置。
GPS技术是一种新型的数据采集方法和手段，想要直接获取各种大地模型的信息，可以运用其静态定位和快速静态定位的方法。GPS的动态定位技术可以许多定位方面的问题，比如遥感平台中传感器的瞬时位置和变化姿态，可以解决它的快速自动定位问题，节省时间有减少了许多不不要的麻烦。由GPS技术获取的数据和遥感技术获取的数据通常来说都可以作为GIS数据源，如果两者结合，将为GIS提供的是大量的、实时的更新的数据。在现实生活中的应用也是相当广泛的，比如环境监测、环境灾害预警等需要实时进行采集新数据的项目。虽然可以进行结合，但两者又有各自的不同作用，RS为地球表面上的各种变化提供实时准确的语义或非语义模型信息；GPS则能实时快速的锁定目标，同时也可以为RS技术提供定位服务。
（2）GIS与RS结合
遥感技术采集空间数据的覆盖范围大、实时快速、分辨率高，是GIS数据库数据更新的重要来源。特别是一些随时间快速变化的数据，如洪涝灾害、森林火灾、农作物生长及其病虫害的分布、防治等，RS就突出了对GIS的数据更新的优势，这种更新手段是常规方法很难快速实现的。而通过遥感技术采集获取的影像数据，由于数据量较大，数据成分也比较复杂，则需要通应用GIS的数据处理系统，并赋予其相对应的属性特征，将其变成为人们所需的信息。只有与GIS的查询、分析功能相结合，才能使遥感技术获取的大量信息发挥其最大作用。GIS是RS中用于语义和非语义信息的自动提取，是数据处理的辅助信息。RS与GIS的结合可用于土地利用动态监测、空间数据自动更新等，运用GIS中的图形及其属性作为辅助数据对遥感图像中的地物进行识别、分析和信息提取。通常的理解是把RS作为GIS的一种数据源，也是一种比较常用的数据更新手段，反过来可以说，GIS被遥感作为提取遥感图像信息的平台来利用，为遥感技术的综合开发和利用营造更加有利的环境。
（3）GPS与GIS结合
GPS技术实时动态定位测量的应用，使其成为在地面上实施GIS的一种数据源和进行相关数据采集的重要手段和方法。我们知道GPS获得的是数码数据，就
10
可以随机或者结束测量工作后通过相应的软件，如计算机软件，直接自动的输入GIS，操作简单，并不需要人工转换数据，数据的精确度也有了较高的保障。
在建立地理信息系统之后，首先可以把GPS接受机安置在所需的移动目标上，再连接一些相应的通讯设备，就可以在地面主控站上监测到所测目标标移动的具体位置及其相应周边环境的位置。比如，在客运飞机上安装GPS定位导航系统后，地面指挥中心不但可以知道飞机的飞行轨迹，通过客机的GIS系统，机舱驾驶员也能同时了解到飞机所在的空间位置。
（4）GPS、RS、GIS集成
GPS、RS、GIS本身是三种相互独立的技术，可以两两结合，也可以三者集成。例如城市110警务GIS，由于城市路网等现状每天都在发生变化，需要不断通过RS对GIS数据进行实时的更新。对所有警车都安装GPS，她们巡逻期间的具体位置可以在110指挥中心以及巡逻车的屏幕上看到，一旦出现警情，指挥中心可调度最佳路径的警车赶往警情发生的地方。
地理信息系统可以运用其自身所具有的蕴含海量数据的数据库、数据分析软件及其应用模型，对获得的空间数据进行统计分析，当然还有一些其它的实现功能。这样的例子有很多，比如可以对空间信息进行查询和检索，也可以进行各类专题图的制作，对自然环境这方面，可以进行综合评估和监测，还有区域的规划管理、辅助决策等都是人们所熟知的，是一种有利于地理信息管理和空间分析的最有效的工具与技术手段。如果要建立一个地理系信息系统，就要获取充裕的地理数据，但这个工作量相对较大，经济费用的消耗也很高，却又是一个不能忽视和省略的部分。考虑到这种情况，就需要采用快速准确的数据采集技术了，如GPS技术和RS技术，三者的结合使用使我们一直所追求的发展方向。
由GPS、RS、GIS技术集成的3S技术，拥有三者所特有的功能优点，正是因为它们各自的特性太突出，不容我们忽视它们之间相辅相成的关系。在一般的的工作状态下，表面上看着它们是各尽其职，实际上也暗含着紧密的联系的，就如GPS的实时定位的精确性来说，可以作为目标的动态监测。再如遥感技术瞬时获取信息的丰富性和周期性，可以大范围的得到遥感图像数据，通常在进行数据采集时，都会将两者混合起来使用，以达到双重效果。但是，若没有一个像GIS这样的数据处理系统来对所获得数据进行容纳分析，则会造成很多内藏的地理数据因无法被发现和利用而白白的浪费掉，这将会有很大程度上的损失。

GPS、RS、GIS集成的一体化技术，不仅可以服务于现代城市规划并未其提供直接的数据，也可以对被观测目标的动态变化进行快速追踪、观测、分析与模拟，并对这种变化进行高精度的定量分析和描述。三者的集成技术不仅可以使各自的技术优势得到充分的发挥，还可以实时、迅速、准确、经济、有效地为现代城市规划服务，为其提供所需的空间信息和辅助决策信息，并能够快速的解答用户可能提出的各种类型的复杂问题。
3 3S技术在城市规划中的综合应用
城市规划，英文名称是Urban Planning,是指为了实现一定时期内城市的经济和社会发展目标，确定城市的性质、规模和发展方向，在规划设计中做到土地利用要合理，城市空间布局要明确，对各项建设工作进行具体的安排，并由负责人员进行综合部署。就整体而言，城市规划的对象是以城市土地利用为主要内容和基础的城市空间系统。城市规划科学领域是对城市土地利用的综合研究及在土地利用组合基础上的城市空间使用规划。现代城市的快速发展，必然会带来诸如水资源缺乏、用地紧张、交通拥挤、能源不足、环境污染等一系类棘手的问题。面对这一难题，传统的规划和管理手段显得有些力不从心，而逐渐兴起的3S技术则在许多领域占据着越来越不可或缺的作用。就依它的诸多优点而言，如对空间数据的采集与存储、处理与管理、分析与应用、查询与检索、表达与显示等，不论是速度还是准确度方面，都比较适合用于现在城市规划领域的很多方面。
第一，相关城市数据的获取与处理
至今而言，城市地理数据的来源渠道有很多种，常见的有地图数字化数据、实测数据、实验计算数据、遥感影像数据、GPS获取数据、统计分析数据、历史记录数据、理论推测与估计数据等。采集城市环境信息是进行城市规划的第一步，而环境信息有涉及到很多方面的因素，有区域与局域的，有微观与宏观的，还有定性与定量的环境信息之分。这些环境因素也可以具体的表达为大气环境、地质条件、土壤质地、气候变化、覆盖植被、水系、道路交通、居民地等，要特别注意控制这些环境信息的获取的质量，因为它会对城市规划管理的效率产生不可忽视的影响。现代城市规划的数据有很多突出的特点，比如数据量比较大，数据获取或存储处理的格式比较多样化，当然还有数据的更新比较快等等。为了满足现代城市快速发展的要求，就不得不考虑一种新的实时、快速的数据采集方式来融
合这些特点，因而遥感技术就成了被使用最多的最重要的一种数据源。
看似简单的一张遥感图像，事实上却潜在着很多有用的信息，而这些信息本身可能没有太多的不同，然而，遥感技术却赋予它们许许多多的特性。简单的举几个特性例子，如由于覆盖范围比较大而具有宏观性和多层次性，再有就是因瞬时性而含有的重复性和动态性，还有多分辨率的高清性等等。遥感技术所获取的信息具有很多的特性，表现在宏观性、综合性、重复性动态性、多源性等方面。除此之外，遥感技术的应用也是相当广泛的，不仅仅可以用在瞬时获取有关城市地理数据方面，还可以有效的应用在环境污染、道路交通、城市绿化等方面。利用遥感影像，可以从多波段、多时相、多角度、多分辨率等不同角度对城市环境的不同专题信息进行较为准确的反映，并具有大面积同步观测、高时效性、经济性等优点。如果对城市遥感图像中的环境要素进行目标解译，工作人员将会提取出大量的有关环境信息的数据和状态，这对城市规划中的环境监测有很大的帮助。对于遥感图像，我们不仅仅只关注某些信息，要把其他相关的信息也随机提取出来，备用于许多方面，例如土地利用情况，城市建筑物合理布局方面，道路管线的处理，林木水系的规划等。一般获取的城市地理数据有两种表达方式，也是必须要分清楚的两个方面，一中是空间数据的表达，另一种是非空间数据的表达，常见的有社会经济类的统计数据等。不管是哪种数据表达方式，所含的数据都是数据结构比较复杂，并且获取的数据量比较大的情况。
与常规测量方法相比，GPS技术在控制测量中的工作效率与社会经济效益较均有倍增的趋势，为了有利于城市规划的等建设方便的获取所需的基础数据，大多数的城市也都陆续的建立了高精度、高等级的GPS控制网。进年来，许多野外的高难度工作也能顺利进行了，多亏了RTK技术的应用和不断发展。并由于它的操作比较简单，并且获取数据比较快捷，并能随时进行数据的存储和输出，所以获取的数据具有准确和实时的。RTK技术的应用不仅仅局限在测量工程方面，如控制测量、施工放样、地籍或地形要素测量等，还被应用在人们的日常生活中，比较常见的有各种车辆的导航定位，方便工作人员对车辆交通进行监控和疏通等。随着科技的迅速发展，在这个最大的民用市场内，就急需像智能交通系统这样高质量的城市交通系统，这样将