3s

3s

"3S"是遙感(Remote Sensing)、全球定位系統GPS (Global Position System) 和地理信息系統(Geographic Information System) 的簡稱,是空間技術、感測器技術、衛星定位與導航技術和計算機技術、通信技術相結合,多學科高度集成的對空間信息進行採集、處理、管理、分析、表達、傳播和套用的現代信息技術的總稱。

基本信息

由來

人類有一個夢想,就是想只用一種方法,就把世間一切事物都管起來。而遙感技術(RS)、地理信息系統(GIS)、全球定位系統(GPS),它們具有天然的優勢互補性,因此,它們就自然而然的"走到"一起來了。

它們在3S體系中各自充當著不同的角色,遙感技術是信息採集(提取)的主力;全球定位系統是對遙感圖像(像片)及從中提取的信息進行定位,賦予坐標,使其能和"電子地圖"進行套合;地理信息系統是信息的"大管家"。

將這三者有機的組合,人類的夢想就實現了。"3S"是一個動態的、可視的、不斷更新的、通過計算機網路能夠傳輸的、三維立體的、不同地域和層次都可以使用的、"活"的系統。

GPS

一種系統,由處於2萬公里高度的6個軌道平面中的24顆衛星組成。此系統用於在任何時間,向地球上任何地方的用戶提供高精度的位置、速度、時間信息,或給用戶提供其鄰近者的這種信息。

我們知道,一張像片是沒有坐標的,而像片上的信息,特別是遙感圖像上的信息,是需要定出位置的,只有 "有位置的信息",才能成為地理信息。那么怎樣來給遙感像片確定位置呢?有一種方便、快捷的手段,就是"全球衛星"定位系統。該系統是通過太空中的24顆GPS衛星來完成的。只需其中4顆衛星,就能迅速確定您在地球上的位置。您在確定位置時,僅需要一台像手機大小的"衛星定位儀"就可以了。這可比傳統的測量定位、羅盤定位等先進多了。

全球定位系統(GPS,Global Positioning System)是利用人造地球衛星進行點位測量導航技術的一種。GPS全稱是NAVSTAR(Navigation Satellite Timing and Ranging)/GPS,由美國軍方組織研製建立,從1973年開始實施,90年代初完成。

隨著冷戰結束和全球經濟的蓬勃發展,美國政府宣布2000年至2006年期間,在保證美國國家安全不受威脅的前提下,取消SA政策,GPS民用信號精度在全球範圍內得到改善,利用C/A碼進行單點定位的精度由100米提高到10米,這將進一步推動GPS技術的套用,提高生產力、作業效率、科學水平以及人們的生活質量,刺激GPS市場的增長。

全球定位系統主要有六大特點:

....第一,全天候,不受任何天氣的影響;

....第二,全球覆蓋(高達98%);

....第三,七維定點定速定時高精度;

....第四,快速、省時、高效率;

....第五,套用廣泛、多功能;

....第六,可移動定位。

....總之,一旦擁有GPS,浩瀚天際任你行。

由於GPS技術所具有的全天候、高精度和自動的測量特點作為先進的測量手段和新的生產力,已經融入了國民經濟建設、國防建設和社會發展的各個套用領域。

全球定位系統的主要用途

(1)陸地套用,主要包括車輛導航、應急反應、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監測、地殼運動監測、 市政規劃控制等;(2)海洋套用,包括遠洋船最佳航程航線測定、船隻實時調度與導航、海洋救援、海洋探寶、水文地質測量以及海洋平台定位、海平面升降監測等;(3)航空航天套用,包括飛機導航、航空遙 感姿態控制、低軌衛星定軌、飛彈制導、航空救援和載人太空飛行器防護探測等。

RS遙感技術

"遙感",顧名思義,就是遙遠的感知。地球上的每一個物體都在不停地吸收、發射和反射信息和能量。其中的一種形式-電磁波,早已經被人們所認識和利用。人們發現不同物體的電磁波特性是不同的。遙感就是根據這個原理來探測地表物體對電磁波的反射和其發射的電磁波,從而提取這些物體的信息,完成遠距離識別物體。

遙感技術的實際操作雖然很複雜,但其結果在我們每個人的生活中,天天都能用到!您也許每天都收看電視台的"天氣預報"吧,"天氣預報"中所播放的"衛星氣象雲圖"就是由"氣象衛星"拍攝的"雲"的圖像。氣象觀測只不過是遙感技術眾多套用的一個領域。

各種衛星通過不同的遙感技術實現不同的用途,如氣象衛星是用於氣象的觀測預報;海洋水色衛星用於海洋觀測;陸地資源衛星用於陸地上所有土地、森林、河流、礦產、環境資源等的調查;雷達衛星是以全天候(不管陰天、雲霧)、全天時(不管黑天、白天)以及能穿透一些地物(如水體、植被及土地等)為特點的對地觀測遙感衛星。

遙感技術使用的負載工具,不僅僅是衛星,還可以是太空梭、飛機、氣球、航模飛機、汽車、照相機的三角架等,從而實現了在不同高度上套用遙感技術,使之為我們不同的工作目的服務。我們目前最常用的是衛星遙感技術和航空遙感技術。

成像方法

簡單歸納遙感技術的成像方法,一般有兩種:第一種是用照相機拍的膠捲,它用的照相機和膠捲和我們平常生活中用的照相機和膠片基本一樣,所不同的是遙感的專業照相機要大一些,當然膠片也相應要大一些,另外有些膠片是專用膠捲,如"彩色紅外"專用膠捲。將拍攝完畢的膠捲沖洗、印像、放大,即成為遙感像片;第二種是"數字成像"的,成像原理類似於我們看的電視。電視節目是從由電視台發射數字電信信號,這種信號在空中傳播,到用戶電視接收、回放信號,一幅圖像的信號傳輸完畢,就實現了"可視化"。遙感技術也可理解為上述的信息傳輸過程,即把地面信息,通過衛星上的設備"拍攝"下來,然後將拍攝的信號傳輸到計算機中回放出來,我們就可以看到遙感圖像了!

解析度

解析度是用於記錄數據的最小度量單位,一般用來描述在顯示設備上所能夠顯示的點的數量(行、列),或在影像中一個象元點所表示的面積。

因為遙感"拍攝"的"像片"是由位於不同高度,裝在不同載體(如飛機、衛星等)上的不同清晰度(解析度)"照相"設備,以不同的"照相"(採集)方式,獲取的遙感"像片"(圖像、數據、影像等),這些遙感圖像是具有不同清晰度、不同解析度的"照片"。類似我們在生活中用"135" 照相機拍攝一棵樹,從汽車上拍一張,然後再從飛機上拍一張,兩張"135"底片在放大同一棵樹時,其放大效果是不一樣的。肯定是高度低的"135"照片放大後的效果最清晰,也就是說解析度最高。

遙感衛星的飛行高度一般在4000km(千米)~600 km(千米)之間,圖像解析度一般從1 km(千米)~1m(米)之間。圖像解析度是什麼意思呢?可以這樣理解,一個象元,代表地面的面積是多少。象元是什麼意思呢?象元相當於電視螢幕上的一個點(電視是由若干個點組成的圖像畫面),相當於計算機顯示螢幕上的一個象素,相當於一群舉著不同色板拼成畫圖的人中的一個。

當解析度為1km時,一個象元代表地面1kmX1km的面積,即1k㎡(平方千米);當解析度為30m時,一個象元代表地面30mX30m的面積;當解析度為1m時,也就是說,圖像上的一個象元相當於地面1m x 1m的面積,即1㎡(平方米)。

在您使用遙感圖像數據時,請您千萬注意,您所要解決的工作問題,應選擇相應解析度的遙感數據資料。有關遙感數據樣板,請您查看本網站"衛星遙感影像"欄目。

用途

就像我們生活中拍攝的照片一樣,遙感像片同樣可以"提取"出大量有用的信息。從一個人的像片中,我們可以辨別出人的頭、身體及眼、鼻、口、眉毛、頭髮等信息。遙感像片(圖像)一樣可以辨別出很多信息,如水體(河流、湖泊、水庫、鹽池、魚塘等)、植被(森林、果園、草地、農作物、沼澤、水生植物等)、土地(農田、林地、居民地、廠礦企事業單位、沙漠、海岸、荒原、道路等)、山地(丘嶺、高山、雪山)等等;從遙感圖像上能辨別出較小的物體如:一棵樹、一個人、一條交通標誌線、一個足球場內的標誌線等。大量信息的提取,無疑決定了遙感技術的套用是十分廣闊的,據統計,有近30個領域、行業都能用到遙感技術。由於遙感技術是從人們一般不能站到的高度去"拍照",故從巨觀視野上,也有著人力所不能及的優勢。

衛星軌道

人造衛星的軌道根據形狀不同可以有各種名稱。

1) 圓軌道、橢圓軌道、拋物線軌道等,您可以根據名字想像出來。

2) 靜止軌道

衛星繞地球一周的周轉時間等於地球的自轉周期,這樣的軌道叫地球同步軌道,如果從地面上各地方看過去,衛星在赤道上的一點靜止不動,這種軌道叫靜止軌道。由於靜止軌道能夠長期觀測特定地區,並能將大範圍的區域同時收入視野,因此被廣泛套用於氣象衛星、通訊衛星等。

3)太陽同步軌道

太陽同步軌道是指衛星的軌道運行面在1恆星年中以地球的公轉方向相同方向而同時鏇轉的軌道。在太陽同步軌道上,對同一地點,衛星總以同一方向通過。因此,太陽光的入射角度幾乎是固定的。

4) 準回歸軌道

回歸軌道是指衛星星下點的軌跡每天通過同一地點的軌道,而每隔N天通過的情況叫準回歸軌道。要覆蓋整個地球適於採用準回歸軌道。

有關概念

航天攝影(space Photography)藉助大氣層以外的平台,進行的攝影稱為航天攝影,它包括從宇宙飛船,衛星等等載體上對地球的攝影,筆者考慮藉助月球等星球為平台對地球的攝影也應該稱為航天攝影。

波寬(bandwidth)在某一波段中一定範圍的光譜頻率。

基圖(base map)表示平面的、立體的、地理的、政治的、地籍的基本地圖,有各種不同的類型。基圖信息與其它主題變化信息一起提取。

效益(benifi analysis)研究遙感套用技術套用於某特殊領域中的特殊效益。

緩衝帶(buffer)在某物理實體(如點、線、多邊形)周圍一定距離的一個地帶。

地籍(cadastral,cadastre)關於土地性質及範圍的記錄。一般指說明地塊等內容的地圖和說明,以及誰擁有該土地所有權的證明。地籍信息常包括關於地塊的其它信息的說明。

參照點(cartographic reference)指圖像中其位置已知的點,從而可以決定圖像其他部分的準確的位置和方向。

輪廓線圖(contour mapping)線上參數值相等的圖。

COSMOS俄羅斯的系列衛星。

數據轉換(data conversion)數據從一種圖像形式轉換成另一種(紅外波段一可見光波段;把象元轉換成新的類別;圖像表示的變化;等等)。

數據層(data layer)可以用來疊加的一組數據。每一層一般為一種主題(例如灌溉級別,森林種類,道路,等等)並由一個公共坐標系統與其他各層相聯繫。

製圖局(DMA)是美國政府機構。

地形模型(digital terrain model,DTM)以數字形式表示地球的地形,即用坐標及高度的數字表達。

邊緣匹配(edge matching)在把兩張圖連線為一張時,消除相鄰圖幅中特徵及邊緣表示的差異的過程。

特徵(feature)一種地理本質的表示,如點、線、多邊形。

特徵數據(feature data)以空間位置、屬性、關係來描述特徵的一般術語。例子有:道路、湖泊、鐵路。

地理編碼(geocodin)校正圖像的過程、校正全部與數據來源有關的誤差並通過重採樣成標準大小的方形象元而在幾何上轉換成需要的地圖投影。

地理參考(georeference)在兩種坐標之間建立聯繫:紙質地圖或底稿上的坐標,已知真實坐標。

地面控制構(ground control)系統的點,其位置與/或高程由地面測量獲得,這種點用於決定地圖特徵的位置並加以關聯。

地面實況(ground truth)在現場獲取的信息,其目的是標定與/或驗證遙感數據。

圖像糾正(image rectification)把圖像做成平面的過程,它並不去除高程畸變或透視畸變。

圖像配準(image registration)在兩個以上重疊的圖像上匹配點以便與地面的點相對應。

圖像重採樣(image resampling)在數字圖像處理中用於幾何校正的技術。通過插值過程,輸出的象元值是作為輸入象元值的函式推導而得,其間結合了計算所得的畸變。最近鄰、雙線性插入,立方卷積是常用的重採樣技術。

圖像處理(image processing)包括全部可用於照相數據或圖像數據的各種全部不同的處理方法,包括圖像壓縮、圖像恢復、圖像增強、預處理、定量化、空間濾波及其他圖像模式識別技術。

地圖投影(Map projection)把地球表面的一部分或全部在平面上表示出來的方法。

鑲嵌(mosaic)把有重疊部分的航空或航天圖像的邊緣部分進行匹配而形成地球表面的一部分的連續圖像

多光譜圖像(multispectral imagery)同時獲取的兩個以上的圖像,但每一圖像都在電磁譜中的不同部分獲取。

正射照相(orthophoto)從通常的透視照相通過簡單的或差分糾正而推導得到的照相。經過糾正,相機傾斜及地形高低所造成的圖像位移得以去除。

全色膠捲(panchromati film)對可見光譜段內所有波長都感光的膠捲,但不一定那么均勻地感光。

照相測繪(Photogrammetry)把照相原理套用於製圖科學。這是從圖像獲得可靠空間測量值的科學。

象元(Pixel)"圖像單元,Picture element"是對應於一幅數字圖像數據集的一個數。

點(point)只有X、Y坐標,說明一個地理太小,不足以顯示為一條線或一個面積。

快視(Quich look)在線上或傳送數據時產生的、或在數據接收後立刻產生的圖像。這種圖像未經計算機校正,但具有的解析度及清晰度可對大多數套用提供看得見的信息。

糾正(rectification)網象或網路從圖像坐標轉成實際坐標的處理過程,糾正通常涉及格線的鏇轉、縮放、故需要數值的重採樣。

彈性伸縮(rubber-sheeting)對地圖特徵進行幾何調整,強制數字地圖適配進入一種指定的基圖。

SPIN-2俄羅斯衛星、2米解析度、正射校正、全色、數字數據。

SPIN一種費用及時間都經濟的從SPIN-2數據產生地面控制點的方法,用於幾何校正其他衛星數據。

信息分析(stereo analysis)從圖像(單的或成對的)推導立體信息的技藝。

立體圖像(stereo imagery)同一地區的兩幅圖像,但是是從不同的感測器平台攝取的,從而可以產生立體視覺。

照相(stereo orthophoto)利用正射照相的象對(Pairs),象對中的一個是從另一個原始正射照相人工製造的。

熱圖像(thermal imargery)由發射的熱輻射(紅外或微波)產生的圖像。

技術(triangulation)擴展水平或垂直的控制點,利用照相術的透視原理在重疊的照相上把角度和距離的測量與空間坐標聯繫起來。

USGS美國測繪局(United States Geo-logical Survey。)

向量數據(vector data)利用點、線、多邊形來表示空間數據,這些點、線、多邊形是根據它們的原點、斷點、終點進行數字編碼的。

VTU俄羅斯國防製圖局。

航空攝影(Aerial Photography)從機載平台所攝照相。

GIS

信息總量中有85%的信息是與地理位置有關的信息。與地理位置有關的信息,就叫地理信息。這樣的信息相當廣泛,如耕地的分布、林地的分布、城鎮的分布、樓房等建築物的分布、道路、河流、海岸、人口、醫院、學校、企事業單位、管線、派出所、商店、井位、門牌、電閘、水錶、開關等等,只要能用"位置"去描述的東西,都屬於"地理信息",遙感所提取的信息也全部包含在地理信息之中。

怎樣才能將這些信息管理起來呢?

地理信息系統就是一個專門管理地理信息的計算機軟體系統,它不但能分門別類、分級分層的去管理上述信息;而且還能將它們進行各種組合、分析、再組合、再分析等;還能查詢、檢索、修改、輸出、更新等。地理信息系統還有一個特殊的"可視化"功能,就是通過計算機螢幕把所有的信息逼真地再現到地圖或遙感像片上,成為信息可視化工具,清晰直觀的表現出信息的規律和分析結果,同時還能動態的在螢幕上監督"信息"的變化。總之,地理信息系統,您可以通俗的理解為信息的"大管家"。從上面的敘述中,我們可以看到,整個地理信息系統由計算機、地理信息系統軟體、空間資料庫、分析套用模型和圖形用戶界面及系統人員組成。

從20世紀70年代中葉開始,就開發出許多專業化的計算機系統,這些系統採用各種手段來處理地理信息,包括以下幾個方面:

(1)輸入地理信息,將信息轉化成數位化形式的技術。

(2)將這類信息以壓縮的格式存儲在磁碟、壓縮磁碟(CD)以及其他數位化存儲介質上的技術。

(3)對地理數據進行自動分析、完成數據樣式的搜尋、不同種類數據的合併、數據測量、最佳地點或路徑的獲取以及其他相關任務的方法。

(4)對各種不同情況下的結果進行預測的方法。

(5)以地圖、影像和其他格式的形式來表達數據的技術。

(6)以數字和表格的形式輸出結果的能力。

這類系統共同的名稱就是地理信息系統(GIS,Geographical Information System)。

地理信息系統是一個決策支持系統,它具有信息系統的各種特點。地理信息系統與其他信息系統的主要區別在於其存儲和處理的信息是經過地理編碼的,地理位置及與該位置有關的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。在地理信息系統中,現實世界被表達成一系列的地理要素和地理現象,這些地理特徵至少由空間位置參考信息和非位置信息兩個部分組成。

地理信息系統首先是一種計算機系統:該系統通常又由若干個相互關聯的子系統構成,如地理數據採集子系統、地理數據管理子系統、地理數據處理和分析子系統、地理數據可視化表達與輸出子系統等。這些子系統的構成影響著地理信息系統硬體的配置,功能與效率、數據處理的方式和產品輸出的類型等。

地理信息系統可分為四個部分:計算機系統、GIS軟體、智囊(Brainware)、設施。計算機系統包括運行GIS的計算機和作業系統;GIS軟體包括用於驅動硬體的程式和用戶界面;智囊指的是目的和目標,並為使用GIS提供動機和理由;設施指的是GIS操作必要的物質、組織、管理和文化環境。

技術結合

作為實時提供空間定位數據的技術,GPS可以與地理信息系統進行集成,以實現不同的具體套用目標,例如:定位、測量、監控導航等。為了實現GIS技術與GPS技術的集成,GIS系統必須能夠接受GPS接收器傳送的GPS數據(一般是通過串口通信),然後對數據進行處理,最後進行各種分析運算,其中坐標數據的動態顯示以及數據存儲是其基本功能。

數字地圖

通常我們所看到的地圖是以紙張、布或其他可見真實大小的物體為載體的,地圖內容是繪製或印製在這些載體上。而數字地圖是存儲在計算機的硬碟、軟碟或磁帶等介質上的,地圖內容是通過數字來表示的,需要通過專用的計算機軟體對這些數字進行顯示、讀取、檢索、分析。數字地圖上可以表示的信息量遠大於普通地圖。

數字地圖可以非常方便地對普通地圖的內容進行任意形式的要素組合、拼接,形成新的地圖。可以對數字地圖進行任意比例尺、任意範圍的繪圖輸出。它易於修改,可極大的縮短成圖時間;可以很方便地與衛星影象、航空照片等其他信息源結合,生成新的圖種。可以利用數字地圖記錄的信息,派生新的數據。如地圖上等高線表示地貌形態,但非專業人員很難看懂,利用數字地圖的等高線和高程點可以生成數字高程模型,將地表起伏以數字形式表現出來,可以直觀立體地表現地貌形態。這是普通地形圖不可能達到的表現效果。

空間數據

空間數據是指用來表示空間實體的位置、形狀、大小及其分布特徵諸多方面信息的數據,它可以用來描述來自現實世界的目標,它具有定位、定性、時間和空間關係等特性。定位是指在已知的坐標系裡空間目標都具有唯一的空間位置;定性是指有關空間目標的自然屬性,它伴隨著目標的地理位置 ;時間是指空間目標是隨時間的變化而變化;空間關係通常一般用拓撲關係表示。空間數據是一種用點、線、面以及實體等基本空間數據結構來表示人們賴以生存的自然世界的數據。

空間數據是數字地球的基礎信息,數字地球功能的絕大部分將以空間數據為基礎。空間數據已廣泛套用於社會各行業、各部門,如城市規劃、交通、銀行、航空航天等。隨著科學和社會的發展,人們已經越來越認識到空間數據對於社會經濟的發展、人們生活水平提高的重要性,這也加快了人們獲取和套用空間數據的步伐。

海量數據

海量數據是一個形容詞,它是用來形容巨大的、空前浩瀚的數據。很多業務部門中都需要操作海量數據,如規劃部門有規劃方面的數據,水利部門有水利方面的數據,氣象部門有氣象方面的數據,這些部門處理的數據量都非常大。它包括各種空間數據、報表統計數據、文字、聲音、圖像、超文本等各種環境和文化數據信息。

其他領域

旅遊中的“3s”

主要指的是陽光(Sun)、沙灘(Sand)、大海(Sea)

睡眠領域的3S

是指睡眠涵蓋基礎知識大類的統稱,也就是:睡眠知識 Sleep knowledge 睡眠健康 Sleep Health 脊椎健康 Spinal health的第一個字母。 3S量體定製系統---原翻譯自Suitable Shaping System,後來延伸到3S體驗的3步流程即:專家諮詢(Specialist)、解決方案( Solution )、跟蹤管理(Shadow Management)。這是一整套專業化、科技化、人性化的健康睡眠解決方案,其核心部分為是枕頭網聯合專家開發的一套枕頭專業化、個性化定做系統,系統採用了先進的測量技術和方法,通過人體身高、頭圍、頸弧、肩寬等多個主要參數的測量,通過電腦來來科學計算人體頭部與頸肩之間的曲線幅度,幫助顧客製作更適合自己身體特徵、更加合乎人體脊柱生理曲線的枕頭。

企業管理中的3S是指

S1:計畫於責任——為企業建立一套計畫體系,使企業的所有成員都成為企業戰略實施的責任人。S2:檢查與監督——為企業建立一套計畫執行監督控制系統,確保企業各項計畫的順利執行。S3:獎懲與總結——為企業建立一套評估獎懲體系,使企業成為一個良性循環的組織,從而形成“好人有好報,壞人必懲罰”的氛圍。

對個人,3S執行力是一套基本的做事方式:⑴幫助個人獲得結果的基本做事方式。⑵知道自己要什麼,找到怎么實現的辦法。⑶讓公司員工形成“承諾-結果-獎懲”的自我提高機制。

對公司,3S執行力是一套戰略實施工具:⑴幫助企業獲得戰略結果的管理方式。⑵把老闆腦子裡的戰略變成員工的行動。⑶讓所有員工“心往一處想,勁往一塊使”。⑷建立不依賴於任何人的制度運營系統。

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