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遥感作为信息获取和更新的重要技术手段之一,已经在海洋、渔业、测绘和军事等许多领域得到了迅猛发展和广泛应用。上海海洋大学海洋技术专业培养目标是具备坚实的数理基础,掌握海洋科学的基本理论和基本知识,受到海洋信息探测与应用方面的基本训练,能在海洋信息技术、空间测量技术、遥感技术、地理信息系统技术及其相关领域从事科研、教学、管理及技术工作的高素质海洋科技人才。遥感是上海海洋大学海洋技术专业主要方向之一,而《遥感原理》是海洋技术专业遥感类基础课程。《遥感原理》课程涉及了大量的数学和物理知识,这些大量的数学和物理公式对相当一部分同学来讲枯燥、难懂,使同学们在课程学习过程中,缺乏对课程学习的兴趣。笔者结合教学过程中经验,针对相关问题,在此浅谈一下在该课程教学上的思考和实践。
1 关注遥感科学的最新进展
要让同学们喜欢遥感课程,首先要激发他们对课程的兴趣。现在的大学生有个性、有主见,接收新生事物快,是一个开放的群体。同学们普遍对所学学科的发展动态和发展前沿感兴趣,他们迫切希望知道所学课程对将来就业和相关课程进一步学习有什么作用。遥感知识更新很快,新理论、新方法和新研究领域不断地出现,遥感研究猛烈地冲击着各学科的前沿,这一特点正符合年轻大学生的好奇心[1]。
在教学过程中,在完成学生对遥感基本知识体系的构建的基础上,把遥感科学的最新进展的一些内容融到课程讲授内容中。例如:告诉同学们,近几十年来,欧美发达国家对资源与环境问题日益重视,而遥感信息技术已成为在国家层面上调查与获取环境资源基本数据,评估国家社会经济和生态环境可持续发展能力的有力工具。在美国、瑞典、澳大利亚、德国和日本等国家,几乎在所有较大规模的资源调查和开发规划中都利用遥感资料和常规资料相结合,提供综合分析数据供有关部门使用。我国已经成功发射了海洋卫星、气象卫星和资源卫星,初步显示了可为生态环境监测提供大量数据。同时,近十几年来在应用空间信息技术进行资源、环境的动态监测及可持续发展综合管理研究方面,也已经积累了大量数据信息和许多较为成熟的经验。遥感应用已从定性向定量发展。加强多源、多模态、多时相数据的融合和同化应用技术研究;注重高空间分辨率、高光谱分辨率和高时间分辨率及全天时、全天候和全频段的监测和研究;注重遥感数据真实性校验和地面定标技术研究;充分开发遥感数据资源,解决全球或区域性的环境和资源问题,为社会经济发展服务,是遥感发展的主要特点。通过国内外遥感现状的对比,使同学们认识到我们国家遥感的基础理论和技术在国际上的地位,以及我们在遥感的基础理论方面和发达国家的差距。这些遥感的基础理论也就是那些大量枯燥、难懂的数学和物理公式。这样既激发了同学们的争强好胜、不服输的天性,又让他们理解遥感基础理论在学科发展中的重要性,他们看到这些枯燥、难懂的数学和物理公式也就感到亲切了。同时,也明白了这些基础理论知识是他们将来遥感类课程进一步学习的基础。
2 引入最新的遥感案例
遥感具有比较明显的应用技术学科的特点,它把地学研究中的概念逻辑思维变成直观的、形象的空间模型,深化了人们对自然现象的认识,其涉及到的知识面十分广泛,如果面面俱到,势必导致走马观花。因此,遥感原理课程的授课过程主要讲授遥感的基本数学和物理原理,完成对基本知识体系的构建。通过教学内容的优化,使学生对遥感在整体把握的前提下,能够抓住重点,以点带面,引导学生自主学习其他知识。在讲授遥感在地学中的应用部分,适当介绍当前遥感在卫星研制、有效载荷、地面处理、应用研究和业务化监测等方面发展的最新案例。并且将原理、算法等注重数学物理基础知识等环节融合到每一部分的案例教学内容里,使学生在学习案例的过程中自然地掌握那些枯燥、难懂的物理原理和数学算法[2-3]。
例如:以近年来每年爆发的黄海绿潮遥感监测为案例,介绍了光学遥感和微波遥感不同的遥感技术对监测绿潮时空分布监测方法的差异。在此案例讲解过程中,介绍了TM/ETM+数据、MODIS各级数据产品和微波数据ENVISATASAR,针对每种遥感影像,分别介绍其传感器和成像的基本原理。从空间分辨率、波谱分辨率、辐射分辨率和时间分辨率4个方面重点讲解遥感图像的特征,并且结合黄海绿潮监测实例讲授光学遥感和微波遥感的不同物理原理。同时在案例讲解过程中,引申出藻类遥感数学反演算法,这些算法只讲述基本原理和思路,而具体推导过程,引导有兴趣的学生在课后通过文献阅读资料查找自行学习。
关键词 : 地理信息系统;测绘;规划;数字地图;数据库
中图分类号: P2 文献标识码: A
地理信息系统(GIS)是计算机科学、地理学、测量学和地图学等多门学科的交叉,利用计算机建立地理数据库,将地理环境中的各种要素,包括它们的地理空间分布状况和所具有的属性数据,进行数字存贮、处理和分析,建立有效的数据管理系统。通过对多种要素的综合分析,方便快速地获取信息,满足各种不同的应用或科学研究的需要,并以图形和数字的方式表示结果。
目前GIS早已不限于地理学研究和应用的领域,目前已与各行各业和我们的日常生活产生了千丝万缕的联系,更重要的是它的应用领域还在不断扩大,广泛应用于资源开发、环境保护、城市规划、工程设计、天气预报、防灾减灾、投资项目评估、社会统计、公安交通与管理等方面。本文仅就城市规划与测绘中的地理信息系统进行讨论。
1测绘科学是GIS的基础学科
地理信息系统的主要组成部分是数字地图――以数字形式存贮的地图,也是当代测绘科技的重要成果之一。通过数字地图数据库,规划设计人员可以获取准确可靠的信息,并可资源共享。因此,建立GIS的第一步是设计并建立数字地图数据库。
1.1数字地图的制作
数字地图的制作分为数据采集和数据编辑两大步骤。数据采集方法主要有:
1)通过外业实测和电子手簿的自动记录及数据转换。
2)在航测内业测图过程中,以仪器对航片进行采集。
3)用数字化仪对已有成图进行数字化。
数据经过编辑处理,便可形成数字地图。
1.2数字地图的优点
1)经缩放编辑后,可形成任意比例尺的可视图。
2)分层编辑,不同层次存贮不同的地图要素。按不同层次的内容输出、组合,可以编制不同用途的各种专业用图。
3)修测十分方便。在AUTOCAD环境下,可对基础图内容实行特殊配置注记,进行设计、量算和修改。
1.3城市规划综合数据库
城市规划综合数据库包括基础地理信息、土地使用状况、城市基础设施、资源和环境保护信息等多种内容,其中最重要的是基础地理信息。它包括矢量化地形图,遥感影像图,4D数字化产品,空间化的社会经济统计资料等。
2 GIS在城市规划与测绘中的重要作用
常规的城市规划设计都在测绘人员提供的测绘图件、资料下进行。由于测绘与规划设计严重脱节,既不能发挥测绘人员对规划设计的参与作用,又难以使规划设计人员吃透客观实际的信息,因而不利于提高规划设计工作的质量和效益。数字地图的出现和GIS的发展,使这一状况得到了改变。由于GIS主要以数字地图的形式输入输出,查询、分析直观易懂,因此很易为规划设计人员所接受。
在GIS中,由于所获取的测绘基础数据详尽、可靠、准确,大大提高了城市规划的科学性。同时计算机的高速运算和具有极强的逻辑判断功能,可在短时间内提供多方案比选,增加了规划设计方案的合理性。而且,计算机可以自动地生成各种规划用图、表格和报告,利用数据库又易于删补、更新,因而还可以实现城市规划的动态监控和动态设计。通过对GIS的研究和使用,还可增强测绘人员和城市规划人员的协作,使信息的获取和使用臻于统一,促进城市规划工作。
近年来,随着获取和处理遥感数字图像的明显进步,预计在不久的将来,数字化、航天遥感在费用、质量、信息量上的优势将更加明显。因此,应将遥感信息列为城市规划基础地理信息的重要组成部分,尽量采用影像图作为规划成果的背景图,并吸引更多的遥感应用机构为城市规划提供技术支持与服务。通过对GIS空间信息的查询、分析和应用,可望大大增加规划设计的深度和广度。
3前景展望
GIS的发展速度和规模空前。它正在与GPS(全球定位系统)、RS(遥感系统)、DPS(数字摄影测量系统)、ES(专家系统)和多媒体技术进一步融合,扩展其功能。一旦更全面地解决了地图信息的自动采集问题,加强了空间技术的研究,将空间数据库与方法库、知识库联接起来,GIS又将向集成化、智能化方向发展。
对于测绘学来说,GIS、GPS、和RS的有机结合,将从根本上改变其传统学科的内涵,测绘将由原来单纯提供信息的服务性工作转变为参与规划设计和决策管理的重要组成部分,将有力地推动管理的严格性,决策的科学性,规格的合理性和设计的高效率。也将更显示出测绘工作的高科技晶位和在国民经济建设中的重要性!
关键词 遥感;应用;发展趋势
中图分类号TP75 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2012)68-0209-02
1 遥感的定义与分类
1.1 遥感的定义
遥感,从广义来说泛指各种非接触、远距离探测物体的技术;而本文谈论的遥感是指电磁波遥感,即狭义的遥感,其定义是:从远距离、高空以至外层空间的平台上,利用可见光、红外、微波等探测仪器,通过摄影扫描、信息感应、传输和处理等技术过程,识别地面物体的性质和运动状态的现代化技术系统。
1.2 遥感的分类
按照研究对象遥感可分为资源遥感与环境遥感两大类[1],资源遥感以调查自然资源状况和监测再生资源的动态变化为主。环境遥感则是对自然与社会环境的动态变化进行监测并做出评价与预报的统称。此外,按照应用空间尺度遥感可以把遥感分为全球遥感、区域遥感和城市遥感三种类型。
遥感是一门综合性的技术,它涉及地理学、测绘学、计算机科学与技术、规划管理等许多学科。它的概念和基础是物理学、测绘学、地质学、地理学;它的技术支撑是航天技术、计算机技术和图像处理技术。伴随着航天技术的不断进步,空间遥感对地观测获得了巨大的发展,可以预计,在今后的遥感发展过程中,全方位、全覆盖、多角度、高分辨及高时效的遥感观测系统,将会被广泛的应用在各个领域的调查研究工作中。
2 遥感应用
遥感的应用已从上世纪早期单纯的军事用途扩大到现代生活的各个方面,如土地管理、气象预报、全球变化研究、灾害监测、资源调查与动态变化监测、生态调查、旅游、交通等各行各业,成为服务人类现代生活的重要高科技手段之一。
2.1 遥感在土地资源中的应用
遥感技术是土地资源状况调查评价与动态监测的重要技术手段。随着遥感技术在空间识别、地物波谱识别和变化时间识别方面能力的提高,土地遥感正在成为遥感科学的重要分支。我国历来对国土资源十分重视[2],特别是自国土资源部成立以来,非常重视土地资源的动态监测工作,从1999年开始,遥感监测工作作为国土资源大调查的重要组成部分,连续16年,每年开展对全国重点地区的遥感监测。
土地遥感的应用领域包括[1]:监测建设用地变化趋势、布局及规模;为土地资源管理提供现势基础资料;辅助检查土地利用总体规划执行情况;复核土地变更调查;辅助开展土地变更调查;辅助开展土地利用现状图更新;基本农田保护区监测;配合土地执法检查。
2.2 遥感在矿产资源中的应用
不论用什么方法找矿,了解矿床形成过程和成矿原理都是非常重要的,遥感找矿也不例外。在漫长的地质年代里,沉积、岩浆及变质三大类岩石也在不停地进行转化,在地质构造等作用下,可以在不同类型的岩石中,形成由各种不同的金属矿物和非金属矿物富集而形成的各种矿床,而遥感影像能够真实
地记录地球表面三大类岩石的光谱与纹理特征。同时,采用遥感技术圈定各类构造形态、色异常等现象,对于矿产调查、圈定成矿远景区、成矿预测也有着重要的指导作用。遥感技术寻找油[3]是通过提取遥感影像的烃类微渗漏信息来预测油区的烃类微渗漏晕以其特有的波谱特性可以被遥感技术检测,从而实现油气预测,这也是遥感技术直接找油的原理。
2.3 遥感在城市建设中的应用
城市是一个时代经济、社会、科学和文化的汇聚点,在全面建设小康社会中,我国城市化速度还将加快。遥感在城市建设中应用主要为以下三个方面:1)城市景观结构调查。土地是城市赖以存在的物质基础,城市遥感首先就是调查城市土地利用状况,提供工商业、文化、交通、绿地和水体的分布和面积;2)城市道路规划与交通环境分析。低空航空摄影[4]对全市车流的瞬时调查,就可以几乎同时测出各个路段和交叉路口的机动车和自行车的车流密度,编绘出主要道路交叉口的车流量图,既简便易行,又准确可靠,在交通管理、道路拓宽和过街桥、立交桥选址等方面,都能够发挥作用;3)城市环境污染调查。受污染损害的植物[5],叶片叶绿素降低,在彩色红外像片上红的成分减少,污染程度通过影像色调的变化被记录下来,再参考树木缺株、形态或冠幅变小的程度,就可以绘制出分轻、中、重三级的污染程度。
2.4 遥感在海洋领域的应用
海洋遥感[6]是指以海洋及海岸带作为监测、研究对象的遥感,包括物理海洋学遥感、生物海洋学、化学海洋学遥感与海水监测、海洋污染监测等。海洋遥感大幅度提升了海洋调查技术水平,与其余调查手段相比,具有很明显的优势。如:不受恶劣自然条件的限制、拓展了海洋调查的广度、能够实时长效的进行检测、庞大的信息获取量以及应用范围的多样性。
2.5 遥感在气象中的应用
气象卫星的出现,为人类自上而下观测大气层和地表、生态的变化提供了一种新型可靠的手段,由此应运而生的卫星气象[3]成为大气科学发展史上又一新的里程碑。气象遥感的研究内容主要包括两个方面:一是寻找从卫星上探测和获取大气中主要气象要素和大气现象的理论和方法;二是研究卫星资料的处理技术和使用方法。例如利用红外通道和可见光通道中对比,可以很好解决大雾区、中高云区及地表的区分问题,区别出哪些是雾,哪些是云,哪些是地表,此外利用遥感还可以对沙尘暴有很好的监控作用。
2.6 遥感在地质灾害管理中的应用
传统的获取灾害损失评估信息方法主要依靠地面调查以及历史资料,耗费时间过长且因资料更新滞后,不能及时的体现地质灾害管理的作用。随着遥感技术及其他相关高新技术的高速发展,地质灾害遥感调查正处于逐步推广的阶段。卫星遥感技术的宏观性、全天候和全天时以及周期性,为地质灾害的研究提供了强有力的手段,并逐渐成为地球灾害监测系统工程中的主要技术。遥感技术已经应用于地质灾害管理的整个过程。在地质灾害调查、监测、预警、评估的四个阶段中,均能够及时准确的提供调查、评估、预警,为地质灾害管理工作的开展提供依据。
2.7 遥感在考古中的应用
考古工作,是探索人类文明发展的重要手段。随着考古研究工作的扩展,考古学家们从了解个别的考古遗址文化上升到对某一地区、某一国家,或者是更大范围的一个时空去认识人类文明的发展,这就需要考察更大的范围与空间,仅依靠地面的考古资料就显得不足,而且也很难使资料收集得完整,利用肉眼去观察分析考古遗迹现象受时间、地点、气候、光照等诸多因素影响,具有很大的局限性[8]。而高分辨率遥感图像、航拍像片的分辨率均可达到1m左右,同时可全球、全天候覆盖,加上特殊信号可以穿透地表,开展更加精确探测的探测工作,这些先进技术在考古研究、文物保护管理上可起到决定性的作用。
从考古的角度来看,人类遗产的挖掘是继承和弘扬古代文明的重要途经。利用遥感技术开展古遗址寻找、普查研究是最为有效的手段。遥感信息古遗址研究不仅可以填补或充实人类文明历史,而且对研究古代地缘政治,确定历史时期的军事和疆域争议十分重要,且将大大提高田野考古的效率和质量,把我国的考古学提高到一个新的高度。
3 遥感应用的发展趋势
随着遥感技术应用研究的深入发展,遥感数据分辨率不断提高,数据量持续增长,数据处理的方法和程序也日趋复杂,从而导致GIS系统所需要解决的问题也越来越多,GIS的发展也更加偏向于解决数据的存储、管理和处理,但这样并不能从根本解决问题。经过不断的总结,最终发现如果想要解决实际应用中出现的问题,就必须多技术、多方法、多角度、多渠道对数据进行搜集处理。遥感技术,是一种信息获取的技术,相对缺乏信息处理、提取以及解决问题的能力。因而科学家们将遥感技术与GIS、GPS、计算机、仿真、虚拟等多种信息技术紧密结合,共同应用解决复杂的综合问题。
“3S”技术集成就是在这样的背景下产生的,3S技术[10]即指遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、全球卫星定位系统(GPS)3种技术集成的总称。“3S”集成技术的应用,是一个自然的发展趋势,RS和GPS为GIS进行空间分析提供了更新区域信息和空间定位信息,从RS和GPS提供的大量数据中提取有用信息,并进行综合集成,使之成为决策的科学依据。GIS、RS和GPS三者技术的集成,形成了一个更加完整、准确及实施的对地观测、分析及应用系统,从而推动了遥感技术的进步。
4 结论
综上,遥感应用既是系统科学又是系统工程,既是区域性的又是全球性的,既是边缘科学又是交叉科学。通过对以上土地监测、地质矿产调查、城市建设、环境与灾害监测、海洋、气象与考古遥感等几个主要方面遥感技术应用的介绍,可以看出遥感已经渗透到社会生活及科研领域的各个方面,3S技术的集成已经成为必然,我们应该进一步发掘遥感技术应用的潜力,开拓遥感技术应用的新局面,更加有效的保护和科学的利用好我国的资源与环境。
参考文献
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前言:矿山测量是研究和处理矿山地质勘探建设和采矿过程中由矿体到围岩,从井下到地面在表态和动态下各种空间几何问题的一门科学它是由测绘采矿地质等学科交叉而成的边缘性学科学科的综合性内容的实践性和生产的应用性是其最主要的特点矿山工程测量是矿山工程建设中一项必不可少的技术工作,测量成果不但要为矿山采掘 地质等专业提供基础型数据,服务于生产建设,也要为矿山安全如地质灾害边坡监测掘进工程提供准确稳定
的信息,为决策者提供矿山工程项目规模技术论证基本建设安全风险等的基础资料矿山测量在矿山工程中的应用已成为矿山建设和生产时期的重要一环,它为矿山开发建设和生产管理提供与地理位置有关的各种综合性的基础信息随着测绘技术的迅速发展,矿山工程测量也在不断创新和发展矿山测量对矿山发展过程中的环境监测矿山交通水利重大灾害监测预报等矿山工程项目中的安全保证起着重要的作用
一.矿山测绘新发展
矿山测量学科的发展是与社会的需求和科学技术的发展密切相关的并且显示出不同的时代
特点和内涵。随着计算机的发展与广泛应用,测量学科有了革命性的发展.地理信息系统( GIS ) 遥感 (S R)、全球卫星定位系统 GP(S) 的发展,带动了矿山测量学科的发展全球卫星定位系统(GSP ) 技术被厂’泛应用于矿区控制及地面测量还被集中应用在矿山变形监测、卜车调度等方面。我国一些大型金属矿山和露天煤矿运用无线通信和GSP 技术调度系统,较好地解决了车铲设备的最佳配合和设备中途出故障后的动态重组等问题,提高了设备的台时效率,实现了爆破孔的自动定位。在矿料场的体积测量与重量计算工作中,有关单位针对f 程测区范围大、矿料种类多、分布广等特点,采用GSP 实时动态差分测量技术,多快好省地完成了这项工作。
遥感( RS) 近年来已发展成为矿区生态环境受采矿影响的监测、调查与分析的重要手段。中国与荷兰合作项目“中国北方煤田自嫩环境监测”应用遥感技术首次全面系统地掌握了中国北方煤田自嫩灾害分布、区划、等级及危害程度,提出了煤田火区遥感技术探侧方法和工作程序,建立了中国北方煤田火区计算信息系统,并将图像处理技术和地理信息系统技术有机地结合起来,为各级政府对煤火的防治决策、灭火工程设计施工、监测提供了现代方法和手段。“矿产资源开发遥感动态监侧”项目利用不同分辨率卫星数据对试验区矿产资源开发及其引发的生态环境问题进行了深入细致的研究,取得了成功,使我国延续多年的矿产资源开发利用状况逐级统计上报制度逐步被遥感动态监测所替代
地理信息系统( GI )S 在矿业界出现了应用推广与理论研究并重的局面。应用研究涉及矿山地测信息系统、矿山安全、工况监侧及生产调度指挥系统等专业信息系统的开发研制。墓于Gis 的矿区资源评价、开采沉陷环境影响评价、土地复垦规划、煤岩煤质资料分析、矿井地质构造及煤矿底板突水预测、煤矿通风网络表达、矿体实体模型建立等方面,已有一些专业性的矿山地理信息系统投入应用,带动了矿山地测信息数字化管理、矿图自动维护与网络共享、矿山开采损害可视化评估等技术的发展.
21世纪将是科学技术的世纪,是信息社会的世纪。测绘科学技术涉及的领域不断增加,测绘仪器的应用领域迅速扩大,正朝着综合化的方向发展。不仅它本身的几个学科相互渗透和交叉,同时也在向外延伸,同他相互融合;在解决生产中遇到问题时,势必出现大t 能减轻人的劳动强度,提高工作效率的专用测绘仪器或仪器系统、致力于数字测绘化的现代侧绘技术,都已为或为侧绘数字化打下坚实的基础.数字侧绘提供的是整体解决方案,数字成图,数字管线,数字控制。他们分别为测图、管线测量、导线、水准等常规化工程任务提供完整解决方案,大力促进侧t 技术和手段的更新换代.积极推动新技术的推广应用,是测绘技术向电子化、自动化、数字化方向迈进.
矿山测量技术的创新及应用
现代高新空间技术信息技术和计算机技术等先进技术的发展也影响着测绘技术的发展,并不断赋予矿山测量专业新的内涵;各种新型测量仪器 测量手段的出现及服务对象的变化,也对传统测绘技术形成了巨大冲击这些都对测绘工程专业技术人员提出了更高的要求因此,矿山测绘工作中,要不断学习更新信息技术,了解技术发展的最新动态,矿山测量是一门发展的科学,其应用领域随社会发展矿山生产的发展而处在动态的变化之中,矿山测量既要巩固传统的应用领域,又要不断开拓新的 有潜力的应用领域,这就要求在其应用领域 应用体系应用模式上进行创新只有通过不断创新,矿山测量才能处在不断的发展与进步之中
譬如,在矿山测量中,利用GPSRTK测量技术加强对地下资源开采的监督和积极开展矿区环境监测和土地复垦研究;在测量方法 仪器等开发与应用研究方面推广摄影测量技术尤其是大比例尺图的绘制缩短成图周期加快矿图更新实现矿图绘制自动化;已开展于井下的矿用轻便经纬仪和自动跟踪数字显示的防爆陀螺经纬仪等研究
在矿山现状与地形测量 现在采用RTK ,在一般的地形地势下,设站一次即可测完10km 为半径的测区,大大减少传统测量所需的控制点数量和测量仪器的搬站次数,仅需一个操作,在地形地貌碎部点上待 1-2小时,可以得到该点的三维坐标值 同时输入地物编码,在测量过程中实时知道点位精度,这样使作业速度加快,节省了外业费用,也提高了劳动效率 RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级,并且误差没有累加,数据安全可靠,当一个测区测完后回到室内,由成图软件通过接口,就可以绘制输出所需求的地形图
针对钻孔征地边界境界线等工程放样,把设计好的点位在实地标定出来,采用 RTK技术放样时,放样效率会大大提高,一个人仅需把设计好的点位坐标输入到电子手薄中,手薄动态直观显示会自动提醒你走到要放样的位置,既迅速又方便,它可以设置给出两点不通视的放样线上的点不足之处是不能像全站仪在现场就能给定角度和方向
针对土方工程量验收测量 ,利用GPS 配合成图软件形成管理一体化数据链,减少数据转抄 输入等中间环节并实现 CAD化 月底采集碎部点位超过5000测点 采用传统的方法,现有人员采用测量仪器是无法实现大型露天矿月工程量的验收
结束语
随着数字化测绘技术的提高测绘新技术的不断成熟测绘技术也在各行各业中得到广泛应用现代矿山工程测量必将朝着测量数字工程化的方向发展开展数字化矿山建设已成为矿山企业提升自身竞争实力和创造经济效益的重要手段
在这种时代背景下,矿山测绘工作者除了具备矿山测量专业知识外,还需要具备地质 采矿及环保等学科的知识
1)全方面掌握测量方面的基本知识的 如地形图测绘矿区控制测量及 卫星定位技术测量
误差及平差矿山测量及矿图绘制大地测量仪器学摄影测量等
(2)掌握地质基本理论及矿井地质 矿体几何等知识,以便研究矿体的形状性质及斌存规律和计算储量损失贫化及确定合理的回采率等
3)了解采矿知识 主要是通过学习采矿方法来了解采矿的全过程,以便更好地参加采矿计划的编制并进行监督检查和研究岩层与地表移动等问题
(4)了解遥感与地理信息系统和矿区土地复耕知识,以便对采矿引起的环境问题进行监测,对开采沉陷造成的生态环境问题进行综合治理在人才培养上,注重加强基础理论拓宽专业知
识面,培养开拓型人才
【关键词】遥感技术;水土保持;监测;应用
遥感信息技术的理论和方法在环境监测、评估以及环境灾害的分析,以及在地理信息系统协助下的分析预测等领域有着更加可观的前景。遥感技术在水土保持及水土治理中也发挥了重要作用。
1. 遥感技术的主要特点
遥感技术与其他技术相比,具有其自身的特点,主要优点如下:(1)遥感技术可以大范围的获取数据资料,呈现宏观景象。遥感技术所采用的卫星,其在轨高度可达910km左右;即使是航摄飞机,其飞行高度也可以达到10km。高度的优势可以使遥感技术覆盖面积广,大范围的获取数据资料。例如,一张普通的卫星图像,其覆盖面积多达3万多km2;(2)遥感技术具有获取信息速度快,周期短的特点。卫星在围绕地球运转时能及时获取所经区域的各种的最新资料,以更新原有的旧资料,或者根据新旧资料的对比来进行动态的监测,这是人工实地测量所无法比拟的;(3)获取信息受到很少的限制条件。地球上很多地方的自然条件是极其恶劣的,人类是难以直接到达的。而采用遥感技术则可以避免地面条件限制,能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。利用不同波段对物体不同的穿透性,还可获取地物的内部信息。
2.遥感技术在水土保持监测工作中应用的策略
水土保持监测主要包括两部分内容,即土壤侵蚀监测和水土保持治理监测。土壤侵蚀监测核心内容即监测土壤侵蚀类型、范围、程度、强度等信息,水土保持治理监测则监测水土保持治理措施内容及治理措施对于减缓、抑制流失的发展所起的作用,即水土保持成效监测,如治理前后土壤侵蚀动态变化、环境因子、社会经济因子等的变化,通过定量指标来监测这些变化。由于水土保持监测的复杂性,实际执行难度较大,准确性有待提高。随着遥感技术及遥感信息技术的应用,解决了水土保持监测工作中的难题,极大地提高了工作准确性和工作效率。
2.1遥感技术应用于土壤侵蚀监测
土壤侵蚀遥感监测不同于其他生态环境遥感监测,主要表现在:(1)影像的时相对土壤侵蚀信息获取影响比较大。地球上的植被具备明显的物候变化,也就是说不同季节会有明显不同的植被覆盖度,而植被覆盖度又是判别土壤侵蚀强度最重要指标之一。在土壤侵蚀调查中,影像时相的影响是不能忽略的。(2)土壤侵蚀强度在遥感影像上无法直接进行判读,得不到直观的信息。(3)土壤侵蚀强度分类工作复杂多样,分类时,不仅要兼顾遥感和非遥感信息进行综合分析,而且即使对遥感信息源来说,也需要对其反映的直接信息再作进一步分析。
2.2遥感技术应用于水土流失监测
水土流失的发生与发展不是一个静态的过程,而是一个时空变化的动态过程,它的监测与评估需要根据不同的目的而采用不同的尺度。不同的卫星遥感影像其特点也有所区别,如气象卫星影像具有监测范围大、时间分辨率高和数据处理费用低廉等优点,而其缺点是时间分辨率低,像元所反映的信息具有较大的地域混合。因此,气象卫星遥感技术适用于大范围,植被盖度、地表、坡度等组成物质比较均一的地方;资源卫星具有多时相特段、性多波,高空间分辨率等优点,有效地获取精确的地表信息,为水土流失信息的提取以及模型的分析提供数据保障。但它也具有对一个地区重复观测周期长,在关键时期有可能得不到所需的资料等缺点。为了满足水土流失监测在空间分辨率、时间分辨率等方面的要求,通常需要将不同来源的信息进行组合来提高了水土流失监测的数据源精度。
2.3 遥感技术应用于水资源污染监测
遥感技术能应用于水资源污染监测是因为污染水的光谱效应。水中溶解或悬浮的污染物,其组成与浓度也不同,这样水体反射能量的变化在遥感图像上也表现出纹理、结构、灰度、色调的微细差别。水的反射包含着水的镜面与表面反射、水体及水底地形反射等不同的类型,具有高度复杂性。当遥感技术应用于水资源污染监测时,对海洋与内陆水质监测也有区别。如遥感技术监测海洋石油污染的效果就比较好,可以发挥实时、同步和大范围连续监测的特点。遥感技术监测内陆水质时,由于内陆水体本身的光谱特征复杂多变,并且大气散射影响严重辐射信息,遥感监测所能得到的水质参数种类较少,所以内陆水质监测中虽然遥感技术得到了广泛应用,但还应仔细分析,区别对待。内陆水质遥感监测的主要对象为各类湖泊富营养化的监测与江、河污染监测(包括排污口、污染带);主要环境遥感指标有可溶性有机物、浮游植物、悬浮物、总氮、总磷等。目前对水体中浮游植物的监测主要靠测定叶绿素含量,遥感技术已经能达到监测规定的要求;而可溶性有机物、悬浮物、总氮、总磷等的遥感监测还存在或多或少的问题,有待进一步的研究。
2.4遥感信息在生产建设项目水土保持方案审批中的应用
在生产建设项目的水土保持方案的审批阶段,通过遥感影像得到生产建设项目所在地的植被覆盖情况、土地利用情况等,结合水土保持分区图、土壤侵蚀强度图、水文气象数据和其它资料进行综合分析,可以提高对该项目可能造成的水土流失情况预测的准确性,辅助判断方案中的水土保持措施的是否满足相关规定要求,能否有效防止水土流失。从而判断上报的水土保持方案是否合理,为生产建设项目的审批决策提供依据。
结束语
随着GPS和RS技术的发展,在进行水土保持监测时,可将GIS作为信息平台,综合利用GPS、RS以及各种常规的地观测数据的地面接收技术监测方式,从而对水土保持实施监测。 总体来说,遥感技术依靠及时快速的提供信息和真实客观、形象的优点,可对水资源污染进行良好、有效地监测为及时采取防护、疏导措施和环境评价提供了基础,是水资源污染监测中非常行之有效的技术手段。
参考文献
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摘要:地理信息测绘广泛应用于国家建设的方方面面,传统意义上的经纬仪及测距仪等测绘方式严重阻碍了测绘的精度和效率,GIS技术的应用给广大测绘研究者带来了很大便捷,那么GIS的应用又有哪些新趋势呢?本论文将就此问题展开。
正文:
测绘工作以及测绘数据的重要性,以及被越来越多的人所人士,不但是测绘专业人员,无论是地籍管理还是建筑工程规划,都需要使用测绘人员所提供的地理数据进行计算。如何能更好的解决这个问题呢?
地理信息系统(GIS)为测绘人员提供了一个一体化工具,使他们可以将各种格式和来源的数据整合在一起,进行维护和管理、并且使用动态地图来可视化数据和关联信息,可以对资源管理进行更好的分配和管理,还可以进行建模和分析工作。GIS技术还可以扩展出为测绘人员和工程师的特殊需求而开发出的新的工具。先来了解GIS。
一、GIS相关介绍
GIS即地理信息系统(GeographicInformationSystem),经过了40年的发展,到今天已经逐渐成为一门相当成熟的技术,并且得到了极广泛的应用。尤其是近些年,GIS更以其强大的地理信息空间分析功能,在GPS及路径优化中发挥着越来越重要的作用。GIS地理信息系统是以地理空间数据库为基础,在计算机软硬件的支持下,运用系统工程和信息科学的理论,科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据,以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说,地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。
谈到了GIS技术,在地籍测绘领域中应用技术,不得不提还有GPS(RTK)技术和RS技术。
GPS即以卫星为基础的定位导航服务系统。卫星(空间部分),地面监控系统(地面控制部分),信号接收机(用户部分)是其三个主要组成部分。全球定位系统的主要特点是精度高,灵活性强,速度快,操作简单灵活,连续全球覆盖,提供准确的三维立体坐标以及相关信息,可以持续连续全天候作业等强大的优势和特点,已被广泛应用于各个领域。全球定位系统已经成为地籍测绘领域较为重要的核心技术,在现代地籍测绘中发挥着重要的作用和影响,是进行地籍测绘的重要手段,现代地籍测绘工作中不可或缺的一个重要组成部分。
RS技术的全称是遥感技术,遥感技术主要是是利用飞机、卫星等空间平台上的包括可见光、红外、微波、激光等传感器,远距离从空中对地面进行观测(扫描、摄影、传输和处理),主要根据目标反射或辐射的电磁波,经过校正、变换、图像增强和识别分类等处理。从而快速地获取大范围地物特征和周围环境信息,获得实时、形象化、不同分辨率的遥感图像。具有蕴含信息量丰富,全天候工作。获取信息的周期短,多时相多光谱的特点,成为高效获取信息的重要手段和途径。
二、GIS在测绘中的应用
2.1 GIS在相关领域的应用
GIS技术在现代社会中有着广泛的应用,涉及到测量、勘探、规划、管理等各个领域。GIS在现代测绘工程中起着重要的作用。大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为GIS中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数;电子速测仪、GPS全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用,可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品,为GIS提供丰富和更为实时的信息源,并促使GIS向更高层次发展。
另外,GIS系统结合我省水利部门的需求,增加了大量的水文站、降雨量站、蒸发量站、堤坝、水库、湖泊等水利信息以及长江宜昌以东和淮河上游的信息。该系统能够完成全省和长江、淮河、新安江三个流域水利信息的查询、显示、打印等功能。
再如,对于城市煤气管网信息系统的建设,GIS系统也发挥着重要的作用。GIS可以为对城市规划管理部门提供可视化管理信息,为了市煤气公司及城市规划管理部门合理利用城市地下空间提供管理手段,对城市地下管线实行实时动态管理。在功能上力求适用,以查询统计、管网分析、成果输出为系统重点。
2.2 GIS在地籍测绘中应用
数据标准化、平台网络化、数据多维化、系统集成化、系统智能化、应用社会化是 GIS 技术目前的发展方向。CIS 技术的系统集成平台是互操作地理信息系统。它实现异构环境下多个地理信息系统及其应用系统之间的通讯协作。面向对象和构件的 GIS 系统,主要是把 GIS 功能模块划分为多个标准控件,完成不同功能,借助可视化工具集成起来,形成最终 GIS 应用。GIS 技术在地籍测绘中发挥着重要的作用和积极的影响,是当今地籍测绘领域较为广泛应用和较为先进的新技术。
三、GIS应用于地籍测绘新趋势
3.1 开放型(Open)GIS
目前一种多用户、跨平台的OpenGIS技术正在被国外的许多研究机构、政府部门和高等院校所研究和开发利用。开放型GIS的研究和应用使得各政府部门及企业之间不同格式的数据能够方便地互访,有利于网络GIS及分布式GIS空间数据库的建立,使GIS的应用领域及其功能大大拓宽。
土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容,借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作。
3.2虚拟现实技术
虚拟现实是目前GIS研究领域的另一重要方向。虚拟现实是对人类真实世界某一部分或某一过程的逼真模拟,给人提供视觉、听觉、触觉、力觉、嗅觉等信息,令人完全置身于虚拟世界中,感受与现实系统一致或接近,从而让人产生一种虽幻犹真的沉浸感。美国MultiGen公司生产的MultiGen软件已可以利用地理信息中心的数字地形海拔数据(DTED)、数字文化特征数据(DFAD)和与之配套的航空或卫星照片,快速高效地构造任何地区的地形地貌和文化特征。
3.3 高分辨率遥感与GIS结合
现在,高分辨率的遥感影像已逐渐应用到商业领域当中,其最高精度可以达到1m左右。高分辨率遥感影像意味着什么?它意味着人们在数据采集和数据更新上的一场革命。在传统的地图数据采集过程中,人们是采用手工作业方式,这要耗费大量的人力和物力,而且数据更新的周期很长。但是,利用卫星拍摄的高分辨率的遥感影像,人们可以迅速得到几周前甚至几天前的最新更新数据使得数据更加真实准确,成本还可以降低十几倍。高分辨率的遥感影像在商业领域有很多应用,如国土资源统计、灾害评估、自然环境监测以及城建规划等各个领域。
以GIS为核心的高分辨率遥感影像与GIS、GPS(全球定位系统)的集成,使得人们能够实时地采集数据、处理信息、更新数据以及分析数据。GIS已发展成为具有多媒体网络、虚拟现实技术以及数据可视化的强大空间数据综合处理技术系统。高分辨率遥感影像是实时获取、动态处理空间信息对地观测、分析的先进技术系统,是为GIS提供准确可靠的信息源和实时更新数据的重要保证。GPS主要是为遥感实时数据定位提供空间坐标,以建立事实数据库。
四、结论
GIS作为计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的一种边缘性学科,其发展与其他学科的发展密切相关。近年来GIS技术发展迅速,其主要的源动力来自日益广泛的应用领域对地理信息系统不断提高的要求。另一方面,计算机科学的飞速发展为地理信息系统提供了先进的工具和手段。GIS目前虽还未被定义为一门科学,而仅被认为是一项专门的技术,但由于其潜在的科学与经济价值巨大,而且应用领域极为广泛,随着计算机软、硬件技术的发展和GIS数据处理与数据建库技术的进步,GIS将会在理论研究和应用开发方面得到更大的发展
参考文献:
[1]刘南.地理信息系统[M].北京:高等教育出版社,2002.
[2]朱光,季晓燕,戎只.地理信息系统基本原理及应用.北京:测绘出版社,1997
关键词:地理信息系统;遥感;全球定位系统;“3S”集成
3S Technology and 3S Integration
Li Bi-wen
(Shenzhen Investigation & Research Institute CO.,LTD, 15 Fuzhong Road,Shenzhen,518026)
Abstract: By introducing GIS, GPS, RS concept, development and the relationship between expounded 3S integration is the inevitable trend of development of information systems, summarized the current application of 3S integration technology status and development prospects.
Keywords: geographic information systems; remote sensing; Global Positioning System; "3S" integration
空间定位系统(目前主要指GPS全球定位系统)、遥感(RS)和地理信息系统(GIS)是目前对地观测系统中空间信息获取、存贮管理、更新、分析和应用的3大支撑技术(以下简称“3S”),是现代社会持续发展、资源合理规划利用、城乡规划与管理、自然灾害动态监测与防治等的重要技术手段,也是地学研究走向定量化的科学方法之一[1]。
近几年来,国际上“3S”的研究和应用开始向集成化(或综合化)方向发展。在这种集成应用中:GPS主要被用于实时、快速地提供目标, 包括各类传感器和运载平台(车、船、飞机、卫星等)的空间位置;RS用于实时地或准实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息,发现地球表面上的各种变化,及时地对GIS进行数据更新;GIS则是对多种来源的时空数据进行综合处理、集成管理、动态存取,作为新的集成系统的基础平台,并为智能化数据采集提供地学知识。
1.3S概述
1.1地理信息系统GIS
地理信息系统(Geographic Information System)是一种由硬件、软件、数据和用户组成以研究地理或地学数据的数字化或图形化采集、存贮、管理、描述、检索、分析和应用与空间位置有关的相应属性信息的计算机支持系统,它是集计算机学、地理学、测绘遥感学、环境科学、空间科学、信息科学、管理科学和现代通讯技术为一体的一门新兴边缘学科。
地理信息系统是在计算机硬件与软件的支持下,运用系统工程和信息科学的理论,科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据,以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统[2]。地理信息系统主要由计算机硬件系统、计算机软件系统、空间数据和系统使用管理及维护人员组成, 其主要功能模块有空间数据输入模块、空间数据管理模块、空间数据处理分析模块、应用模型和空间数据输出模块。目前市场上流行的GIS软件有ARC/ INFO 、IGDS/ MRS、 TIGRIS、MAPGIS、GEOSTAR、CITYSTAR以及 VIEWGIS等。
1.2全球定位系统GPS
全球定位系统是以卫星为基础的无线电测时定位、导航系统,由分布在与赤道面夹角为55°的6 个轨道上的24 颗工作卫星和3 颗备用卫星组成[3],可为航天、航空、陆地、海洋等方面的用户提供不同精度的在线或离线的空间定位数据。所谓GPS定位是指运动载体实时测出接受天线所在的位置,而导航则是指GPS接收机在测得运动载体实时位置的同时,还测得运动载体的速度,时间和方位等状态参数, 进而可“引导”运动载体驶向预定的目标位置。作为从军方发展起来的产品,根据其用途不同(民用和军用两种),GPS定位分为标准定位服务SPS(Standard Positioning Service)和精确定位服务PPS (Precise Positioning Service),其通常由空间导航卫星、地面监控站组和用户设备三部分组成。
70年代初期,美国国防部为满足其军事部门海陆空高精度导航、定位和定时的需求而建立了GPS。80年代以来尤其90年代以来,GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术相结合,在空间定位技术方面引起了革命性的变革。用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间,从静态扩展到动态,从事后处理扩展到实时(准实时)定位和导航,从而大大拓宽了它的应用范围和在各行各业中的作用
1.3遥感技术(RS)
遥感(Remote Sensing),是一种远距离不直接接触物体而取得其信息的探测技术。即指从远距离高空以及外层空间的各种平台上利用可见光、红外、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、位置及其环境的相互关系与变化的现代综合性技术。
遥感是由美国Pruitt提出的名称,1962 年美国地理学会正式公开使用。1972 年美国陆地卫星发射成功,MSS图像获得巨大效益,得到世界范围的认可和支持,使遥感成为一门高新技术并得以长足发展。遥感用于实时或准实时、快速地提供目标及其环境的语义或非语义信息,发现地球表面的各种变化,及时地对GIS进行数据更新。遥感技术朝着多传感器、多遥感图像的空间分辨率、多光谱分辨率和多时间分辨率,以及对遥感图像自动判读的精确性、可靠性和定量量测的精度都在不断地提高,使之不仅用于观测和监测地面变化,而且主要用于地表信息的采集和更新,成为地理空间基础框架建设中空间数据获取与更新的基本手段之一[4]。遥感技术将进一步与GIS和GPS结合,广泛应用于数字城市建设、生态环境保护、自然灾害监测与预报以及资源调查与评估等领域。
2.3s的关系
GIS、GPS与RS三者功能上存在明显的互补性,在实践中人们渐渐认识到只有将它们集成在一个统一的平台中,其各自的优势才能得到充分发挥。
对于GIS来说,全球定位系统(GPS),遥感(RS)提供了极为重要的实时、动态、精确获取空间数据的方法,是GIS的重要数据源。GPS和GIS结合,不仅能取长补短使各自的功能得到充分的发挥,而且还能产生许多更高级功能,从而使GPS和GIS的功能都迈上一个新台阶。GIS与RS的结合中,RS是GIS的重要信息源,GIS是处理和分析应用空间数据的一种强有力的技术保证.对于RS和GPS而言,从GIS的角度说,GPS和RS都可看作数据源获取系统。然而,GPS和RS既分别具有独立的功能,又可以互相补充完善对方。
从信息和系统运转的流程来说,RS,GPS是数据采集阶段获取信息的的方法和手段,GIS是数据处理阶段信息分析演算的工具,在结果输出和运用阶段,GPS和GIS则协同作用,为用户提供决策参考和依据。
3.3s集成现状与发展
“3S”是指将GIS,GPS,RS三种对地观测新技术及其他相关技术有机地集成在一起。目前,3S在空间信息获取与处理、海量信息管理,以及信息集成分析应用中已日益成熟,并达到产业化应用。
3.1 GIS与RS的集成
遥感是地理信息系统重要的数据源和数据更新的手段。相反,GIS则是遥感中数据处理的辅助信息,用于语义和非语义信息的自动提取。GIS与RS可能的结合方式包括:分开但是平行的结合(不同的用户界面、不同的工具库和不同的数据库)、表面无缝的结合(同一用户界面,不同的工具库和不同的数据库)和整体的结合(同一个用户界面、工具库和数据库) 。
近年来我国关于RS和GIS结合集成研究较多,经历了由初步探讨向逐渐成熟发展的过程。其应用主要包括两个方面:一是RS数据作为GIS的信息源;二是GIS为RS提供空间数据管理和分析的手段。目前,RS与GIS一体化的集成应用技术渐趋成熟,在植被分类、灾害估算、图像处理等方面均有相关报道。在应用GIS空间分析的功能为RS数据提供空间数据管理和分析的研究中,多是考虑GIS的DEM 数据、气候、环境等因素的空间分布。
3.3 GIS与GPS的结合
GPS和GIS结合,不仅能取长补短使各自的功能得到充分的发挥,而且还能产生许多更高级功能,从而使GPS和GIS的功能都迈上一个新台阶。
GPS是全球定位系统,利用GPS接收机,可以直接测定地面上任一点的三维坐标。GPS与GIS相结合可以实现电子导航,用于交通管理、公安侦破、自动导航,也可以用作GIS实时更新。如果再加上CCD摄像机实时摄像和配以影像处理,则可以形成实时GIS运行系统,用于公路、铁路线路状况的自动监测和管理,以及作战指挥系统等。
3.3 RS与GPS的结合
GPS的精确定位功能克服了RS定位困难的问题。传统的遥感对地定位技术主要采用立体观测、二维空间变换等方式,采用地—空—地模式先求解出空间信息影像的位置和姿态或变换系数,再利用它们来求出地面目标点的位置,从而生成DEM和地学编码图像。但是,这种定位方式不但费时费力,而且当地面无控制点时更无法实现,从而影响数据实时进入系统。而GPS的快速定位为RS实时、快速进入GIS 系统提供了可能,其基本原理是用GPS/ GPS/ INS方法,将传感器的空间位置(Xs,Ys,Zs)和姿态参数(Φ、ω、k)同步记录下来,通过相应软件,快速产生直接地学编码[5]。此外,利用RS数据也可以实现GPS定位遥感信息查询。
目前“3S”技术的结合与集成研究已经有了一定的发展, 正在经历一个从低级向高级的发展和完善过程。“3S”系统的低级阶段,系统之间是通过互相调用一些功能来实现的; “3S”集成的高级阶段,三者之间不只是相互调用功能,而是直接共同作用,形成有机的一体化系统,以快速准确地获取定位的现势信息,对数据进行动态更新,实现实时实地的现场查询和分析判断。
为了实现真正的“3S”技术集成,需要研究和解决“3S”集成系统设计、实现和应用过程中出现的一些共性的基本问题,如“3S”集成系统的实时空间定位、一体化数据管理、语义和非语义信息的自动提取、数据自动更新、数据实时通讯、集成化系统设计方法以及容图形和影象的空间可视化等,为进一步设计和研制实用的“3S”集成系统提供理论、方法和工具。
4.结论
“3s”的集成是GIS,GPS和RS三者发展的必然结果。三者最初独立发展,但各有优缺点,因此有了“3S”的两两结合,其中应用最广泛,技术最成熟的当属GIS与RS的结合,二者结合的关键在软件,即实现图形和图象的真正集成。后来,动态监测,作物估产等领域的应用又把“3S”的完全集成推上了历史舞台,从而揭开了地理学等学科发展的新篇章。
What’s GIS?
首先我们得先搞清楚一个问题:什么是GIS呢?GIS全称为Geographic In-formation System,中文名为地理信息系统。最简单地来说,GIS是以测绘测量为基础,以数据库作为数据储存和使用的数据源,以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。
GIS的功能很强大,目前,已经广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等领域。比如说,大家应该都知道GPS全球定位系统吧,一个小小的接收器却能告诉司机如何快速到达目的地,买时显示汽车速度,并播报道路限速标准,在汽车超速时,会对司机进行提醒。这些实用、方便的技术便是GIS的一大应用。再比如,某山区经常发生泥石流、滑坡等自然灾害,在得知此地的DEM数据和降雨量,植被覆盖情况等数据后,GIS可以轻松分析出危险区域,将危险区域的面积制作成统计图表,并以较高准确率预测出发生灾害的具体地点和时间。
GIS的发展前景和就业情形
选择每个专业自然要考虑这个专业的发展前景,那么,作为在传统地理科学基础上,融合计算机等新技术的GIS的发展前景怎么样呢?我来简单举几个和大家关系比较密切的GIS应用的例子,比如目前比较流行的IM软件提供了地点报到的功能,即可以将使用者状态的地点信息一并,甚至统计出使用者附近好友的信息。再比如,目前人人网上一个很火的应用“好友档案”,系统根据相关信息建立数据库,从而得到“最关心我的人”“好友大学分布”等统计数据,受到大学生的追捧。
由此可见,我们周围世界中的任何事物都已经被牢罕地打上了时空的烙印。数据表明,人们的生产和生活中百分之八十以上的信息和地理空间位置有关。因此,GIS作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和专业,在信息技术的迅速发展的时代,正是其“大展拳脚”的好时机。
谈到GIS的就业问题,网上的说法有看好,也有不抱希望。不过客观地说,就目前而言,GIS的就业形势还算不错。尤其最近几年,从政府到企业、从日常生活到高新产业,需要GIS人才的都比较多;从需求地域来看,大多集中在经济较发达地区。
据了解,在GIS的就业问题上,男生比女生要有不少优势,很多企业更偏向于男生,一方面,男生在体力上有优势,很多需要野外作业的工作女生不太容易完成。另一方面,从实际运用角度看,很多类似工程开发的技术工作女生的能力稍弱于男生。
以上所说不过是GIS就业的客观条件,从自身能力方面说,拥有较强的专业素养是就业最强的竞争力。比如熟练掌握C/C++语言、Java、JSP、C#等语言,熟悉VC++、JBulider编程环境,熟悉设计模式、UML,能用Rose等建模工具构建系统模型,熟练掌握Supermap、Arcgis等主流GIS平台及二次开发技术,有GIS软件平台底层开发背景,熟悉GIS常用算法等。但这些课程并不是所有的大学都会全部开设,所以,建议利用课余时间自学掌握。这对以后的就业有很大的好处。
第一人感受:迷惑与收获
初识GIS
在进入GIS专业后,大一期间主要进行了公共课的学习,期间只有一门GIS导论课,由学院知名教授闾国年老师授课。每次上课,闾国年老师旁征博引,以风趣的语言、奇妙的创意让我们接触到了GIS的神奇。在学习期间,闾老师还举办了google earth学术交流会,让我们借助google earth这个工具,用卫星图像结合其他影像资料全方位立体介绍自己的家乡,更让我们见识到GIS的神奇之处。
迷惑
GIS的学习过程也不是一直很顺利,有时候也会有很多迷惑。比如,由于GIS是一门交叉学科,并没有一个很明确的就业方向,包括我在内的很多同学会对自己的未来充满迷茫,不知道自己将来将从事什么样的行业,有的还会产生消极的情绪。此外,由于GIS涉及知识较多,学业课程比较重,有时候会同时学习好几门很难学科,甚至不知道该如何入手,这让很多同学有很大的压力。
名师风采
在南京师范大学的GIS学习中,我有机会接触到不少GIS方面的专家名师,如司国年教授、汤国安教授、盛业华教授等在国内GIS界有着重大影响力的大家。这些教授都各有特色,他们以自己渊博的知识和鲜明的人格魅力影响我们这批年轻的“GISER”。
最让我印象深刻的是汤国安教授,汤国安老师是个对教学很认真,对学生很负责的老师。上课时,汤老师不拘一格,不会拘泥于课本,而是用生动的例子以及各种奇思妙想带领我们去学习GIS,不过有时候汤老师讲到激动的时候会忘记下课时间,一直讲到很晚才想到下课的事。另外汤老师十分鼓励创新,他会布置很多很开放的课后作业,并让我们将自己的课后作业进行现场讲解展示,并对有创新意识的同学大大奖励一番,还送上自己的著作。刚开始时,大家对这两点颇有微词,不过大家很快就发现自己的专业知识掌握情况以及自己的创新思维大幅度提高,心里充满了对汤老师的感谢。
实践交流
GIS是一个交叉专业,也是一个对实践要求较高的专业,还是一个不断发展创新的专业,因此,在学习期间,GIS专业的老师十分注重学术交流,邀请同城高校相关专业一起切磋。在校期间,我所在的科协每年均面向整个南京市举办软件应用大赛、地图创意大赛以及测绘技能大赛,将全南京的GISER汇集在一起,交流学习经验以及创新思维,同时,学院还会安排GIS专业的学生前往北京,与北京大学、北京师范大学等GIS专业较强的学校进行交流互动,并带领同学参观北京遥感所、ESRI中国(北京)总部(一个GIS的国际性大公司),让我们扩大眼界。
学习GIS两年以来,虽然也曾遇过挑战,让自己和同学熬夜寻找解决的方法,但那种将困难打倒的幸福更让我们体会到收获的满足。以上为笔者参考相关资料,咨询老师和相关GIS毕业生结合自己的心路历程整理而成,希望能对对GIS专业有兴趣的同学有所帮助。
国内GlS名校展台
目前,国内GIS实力较强的高校有:武汉大学、北京师范大学、南京师范大学、南京大学、浙江大学、北京大学等,笔者简单地为读者介绍其中几所。
武汉大学
武汉大学涉及GIS的专业在全国属于最齐全的,横跨理工科,不仅有偏向于工程方向的,还有纯粹的地理信息系统数据集成处理和软件的研发。现在,武汉大学与GIS相关的院系有资源与环境学院、遥感学院、测绘学院及遥感信息与测绘工程国家重点实验室。
北京师范大学
北京师范大学在GIS上实力强悍,几乎可以和武汉大学不分伯仲。北师大在GIS的遥感方向上实力很强,与中科院遥感所共建了遥感科学国家重点实验室,加上师范院校地理学科的强势,由一些院士和长江学者作为学科带头人,将其GIS专业办得红红火火。
南京师范大学
虽然南京师范大学的整体实力和名气在国内并不是很强大,但是其GIS专业却有较强的实力。南师大的林振山教授和汤国安教授在GIS学界有着很大的影响力,他们所领导下的地理科学学院(GIS专业属于该学院)不容小觑,在空间数据处理分析、地理信息的不确定性研究、数字地形分析、土高原地形地貌研究等方面在全国影响很大。同时,南京师范大学的GIS专业还是全国仅有的两所GIS二级国家重点学科院校之一(另外一所是便是武汉大学)。
关键词:3S技术;遗址;保护
3S技术是对地理信息系统GIS、遥感RS、全球卫星定位系统GPS技术的简称。近几十年,随着3S技术的发展,其在考古文保领域的运用越来越多,使遗址的考古调查、信息管理、测绘等方面的工作效率提高,以此为基础建立的数据库,便于文保工作人员和相关工作人员对遗址信息的了解和利用,实现了资源共享和最大利用化。
一、考古调查
遗址是古代人类生产、生活等活动留下来的遗迹,包括人类对自然环境利用和加工而遗留的一些场所(如生活、生产用地、村址、居址) [1] 。通过对各种类型遗址的调查与分析,可以揭示中国历史上社会、经济、文化状况[2] 。
传统查找遗址的方法是徒步调查、钻探等手法,主要依靠人工,工作量大,耗资源、时间多,受自然条件限制等,有时即使花费很长时间也很难确定其位置和范围[3]。20世纪发展起来的3S技术(遥感技术、全球定位系统、地理信息系统)是以获取和分析处理空间信息为目的现代化信息技术,在对地观测的同时记录了大量人类历史文化痕迹,客观保留了它们的分布规律和特性[4]。在遗址调查中,利用3S技术可以缩小实地调查的范围,减少调查工作难度和工作量。
1、GIS方法的应用
地理信息系统作为一种研究对象空间关系的计算机系统,它使考古学家得以借助计算机的信息存储、整合分析、管理检索、模拟展示等优势,实现考古资料的数据管理、更新和空间信息整合、分析功能,为解决考古学的空间性和多变量问题提供了一种有效的方法[5] ,还可以用于精确考古制图。
将GIS 应用于考古学研究开始于20 世纪80 年代初,主要集中于欧洲和北美[6]。欧美应用GIS 在考古学领域的研究和发展,可大致分为三个阶段:70 年代末,计算机图形学、数据库和统计分析等技术开始应用于考古研究;80 年代,遗址预测成为考古GIS的主要研究方向;90 年代,GIS 开始被欧洲考古界所认识并接受,景观考古GIS 分析逐渐盛行[7]。
随着我国信息技术的发展,GIS技术逐渐与考古工作接轨,首先应用在遗址调查和相关资料的管理中。国内相继开展的工作有:1996年6月至8月间,河南省文物考古研究所与美国密苏里州立大学人类学系联合,对河南颍河上游两岸长约100千米范围内的龙山文化晚期至二里头文化时期聚落遗址的调查中,将GPS和GIS成功地运用于考古勘察工作中,利用地理信息系统综合处理了各遗址的调查资料,并且绘制了精确的聚落遗址分布图,取得了较为理想的效果[8];中国社科院考古研究所与美国密苏里州立大学人类学系合作应用GIS进行的洹河流域区域考古研究[9];中国社科院考古研究所齐乌云等将GIS应用于"山东沭河上游人地关系研究"[10]。
2、、GPS方法的应用
在遗址调查中,GPS主要被用于遗址空间位置和范围的勘测。
国外考古中GPS应用已更加成熟,在景观考古中广泛采用了亚厘米级的高精度动态GPS(RTK)来提取精确的地面控制点以建立数字地形模型(DTM)[11-13]。
Chapman和Van de Noort在2处英国铁器时代遗址进行考古探测时,对RTK测量的高分辨率微地形数据进行内插建模,形成连续的数字地形表面,再通过GIS分析和处理,识别出掩藏于湿地景观中的古遗存特征。
2004年和2005年,陕西省考古研究所2次使用GPS对长陵、阳陵2座西汉帝陵地面现存遗迹及部分地下遗迹进行了测量[14]。在田野考古中,除了遗址范围的测量外,GPS对可移动文物的原出土位置或发现位置也能提供准确的方位标定。2006年全国第3次文物普查中,浙江宁波市的文保专家通过GPS对发现的每一件文物都进行了精确定位,记录该文物所处经纬度及地理位置,为普查后期建立文物基本信息数据库、制作文物分布电子地图提供准确的基础资料[15]。
3、、RS方法的应用
遥感考古于20世纪初由英国考古学家创立,在欧美已历经了近百年发展,主要被用于遗址的空间分布探测,为考古调查和发掘提供参考[16]。
我国将遥感技术运用在考古中始于20世纪80年代,经过数十年的发展,已经取得一定的成绩。如:张立等利用遥感技术对苏州及太湖地区做了大面积的地学调查与分析,并在研究史料和前人工作的基础上,完成了春秋吴国都城遗址位置的遥感调查和预测,为进一步有计划地发掘提供了参考[17];2007年,考古人员从陕西唐乾陵地区的航空像片上发现了一组清晰的地下建筑影像,从影像中分析判断出了乾陵下宫的建筑布局及宫垣结构,为唐代帝陵的下宫遗址研究提供了重要资料[18];同年,浙江遥感考古工作站经长期遥感探测,基本确定了江南最大皇家陵园---宋六陵内8位皇帝、皇后陵墓的具置和布局[19]。
二、信息利用
1、信息数据库
基于GIS的信息系统的建立将不仅为全国各级文物保护管理部门提供丰富的遗址基础信息,同时为文物部门的决策提供一定的参考依据。
建立信息系统目前的功能有:普查与管理数据库、地图基本操作、空间查询分析、文物风险评估以及文物信息输出等功能[20]。
在国内的应用实例有:南京师范大学谢志仁等以长江三角洲为例开展了GIS支持的考古信息管理系统研究[21];浙江教育学院祝炜平等开发的"浙江文物管理信息系统"[22];苏州教育学院陈得超教授与华东师范大学刘树人教授开展的"上海考古信息系统研究" [23];南京师范大学裴安平等开展的"田野考古信息系统研究" [6];河南省科学院地理研究所与开封市文物考古工作队联合开发的"开封市文物考古信息系统"[24、25];山西侯马晋国遗址测绘与文物信息管理系统的建立、全国土遗址数据库、三峡库区文物保护信息系统[26]等。许多单位也建立了自己的文物数据库系统如浙江文物管理信息系统[27]滁州市不可移动文物管理信息系统、南阳市文物管理信息系统、重庆市文物管理信息系统等。
2、信息提取处理
单独利用某种技术所提取的信息量十分有限,联合利用3S技术和其他技术可以丰富提取的信息,有利于保护工作的开展。如利用虚拟场景的技术再现古遗址时,既需要应用RS技术(如航空3维扫描成像系统),又要应用GIS技术来共同开发完成[28];在侯马晋国遗址的测绘中联合使用3S技术和4D技术,对文物精确定位;2004年,在陕西岐山周公庙遗址的大规模考古工作中,我国首次将"3S"技术联合应用于考古发掘[16]。这些有益的尝试拓宽了3S技术在文物领域中的应用,也为获得更多文物信息提供了技术支持。
三、3S技术利用的不足
3S技术的应用为科学管理利用文物信息提供了便捷可靠的方法,极大地推动了文物领域的信息化建设。但是也存在一些问题:
目前在国内遗址保护中3S技术的利用更多的是单个技术的应用,并且只利用了其很少的功能,很少将几种技术结合起来,充分利用其功能;学科间的脱节,文物工作者与具体技术操作者的沟通不足,不能很好利用技术将文物工作者的意图表达出来;对于已经建立的数据系统,不能充分利用个,只有系统但是没有具体的数据,不能发挥数据库的功能作用。
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