遥感（RS）、地理信息（GIS）、全球导航卫星系统（GNSS）一体化融合研究

王宇翔

（航天宏图信息技术股份有限公司，北京 100195）

1 技术概述

1.1 遥感（RS）

遥感（RS）技术以电磁辐射为基础，航空摄影技术为手段。遥感技术可以简单地理解为遥远的感知，在不与物体进行直接接触的情况下实现对其属性和基本情况的认知。遥感技术利用遥感器通过不同体对电磁波反射的不同特性来实现感知识别。传统的航空测量完成的是几何量的测量，测量指标以高层、面积以及相关形态等基本几何信息为主，而遥感测量完成的是对物质实质成分的判断，包含属性、成分等基本信息，能够完成大范围内数据资料的获取，并且随时根据卫星系统完成信息资料的更新以及识别[1]。

遥感（RS）技术与传统的人工实地测量以及信息核实效率相比，速度更快周期更短。而且当前的当前遥感技术的发展能够根据不同任务完成对不同波段和仪器的选取，利用不同波段的穿透性最大限度地获取物体的内部数据信息，即便是难以到达的高山峻岭，难以潜入的沼泽海底，利用遥感技术都能够突破种种限制获取宝贵资料。在计算机的辅助处理之下，能够完成对遥感（RS）采集到的图像的恢复、增强以及分类工作，从而真正发挥出信息的参考作用。当今的遥感技术（RS）完成了与光学、电学、计算机学等全新科学领域的结合，在基础信息以及动态数据的提取上表现十分出色[2]。

1.2 地理信息（GIS）技术

地理信息技术（GIS）以地理空间为基础、以地理模型分析为方法，具备高空间分辨率属性，是一个复杂的工作系统，能够完成多种空间动态以及地理信息的收集、存储、管理，是一个对地球表面与地理分布进行描述的空间信息处理流程，如果说遥感技术描述的是一种静态状态，那么地理信息技术则实现了从静态到动态的跨越。

地理信息系统在计算机的辅助之下完成信息处理，能够将注意力集中在空间实体并完成相互关系的探索，通过对地理区域内相关现象或者过程的分析处理可以为自然资源以及环境管理提供决策支持，在农业生产、矿山判断等方面应用广泛，在城市规划管理、基础设施建设、网络交通规划等方面也具有十分重要的作用。随着科学数字化进程的加快，地理信息技术得到了充分的应用与拓展，数据标准化、系统集成化以及平台网络化、应用社会化是未来地理信息系统的重要发展方向[3]。

1.3 全球导航卫星系统（GNSS）

全球导航卫星系统（GNSS）以卫星信号描述为基础，以用户接收机为根本，具备高空间分辨率属性，具备连续的全球覆盖能力，能够在全球范围内同时为海陆空用户提供精确的三维位置、速度以及时间信息。全球导航卫星系统包含所有在轨工作的卫星导航系统，其中以美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的BDS、欧盟的GALILEO为主要代表，而中国的BDS正如一颗冉冉升起的新星闪耀于太空，并成为全球导航卫星系统（GNSS）的典型。

全球卫星导航系统基本上完成了地基无线电导航以及传统大地测量等导航定位技术的取代应用，完成了多个领域的覆盖，从军用到民用体现了技术的前进步伐，也展现了时代的发展规律。不仅是国家安全以及经济提升的基础设施，更是展现综合国力的重要标志。我国的北斗卫星导航系统集智攻关，以芯片、模块、天线、板卡等基础产品为应用基础，是一条完整的产业链，实现了卫星导航基础产品的自主可控，在互联网、大数据、云计算、物联网等技术的推动下融合效益显著，完成了嵌入式、融合性的深度发展。

2 遥感（RS）、地理信息（GIS）、全球导航卫星系统（GNSS）的体系融合应用

2.1 多重技术融合，构成智慧管理

伴随着大数据、云计算以及物联网技术成为了IT领域中最新的发展趋势，与3S技术的融合也被赋予了更多的全新内涵。云计算拥有海量信息存储以及管理的能力，完成了各类信息的整合和优化，而大数据以云计算为根基，通过对其中关键信息的挖掘分析，诸多重要数据得以提取，而对于二者而言，物联网技术是成长的温床，物联网技术的发展带来了数据产生方式的改变，推动了大数据云计算时代的到来。不过这其中的关键点不能忽略，那就是数据的来源，物联网数据的收集以传感器为主，3S技术的融合完成了更加全面完备的数据支撑，展现了更透彻的信息感知，搜集了更集中的资源，完成了更广泛的联通，构成各行各业智慧管理的基础。

2.2 网络通信融合，更高更快发展

地理信息技术实现的是空间数据的管理和分析，而遥感技术完成的是空间数据的采集和分类，二者能够对空间实体进行深入研究，遥感技术在获取空间数据的同时，可以为地理信息提供精准、及时、覆盖全面的资源和环境数据，保证整个地理信息系统的活力和应用范围，实现了内容的扩充和内容，展现了从低级段到高级阶段的转换。全球导航卫星系统和遥感定位完成的都是数据源的采集和获取工作，全球导航卫星系统能够实现精确的定位，克服了遥感技术定位困难的问题，同时为遥感技术数据进入地理信息系统提供了更多的可能。保证了数据的动态配准，也保证了与地面同步监测的完成。不过数据的采集是起点，分析是终端，在互联网技术的飞速发展之下，5G通信技术完成了全面的覆盖，为3S技术的运行以及信息数据的传输提供了更加快速便捷的通道。

2.3 多重数据融合，实现深层突破

3S技术的结合不仅是一个取长补短的过程，更是一个高级功能衍生的过程。遥感、地理信息系统的接入保证整个全球卫星导航系统能够完成电子地图上的漫游查询以及准确形象地反映。全球导航卫星系统同电子地图相配合，利用地理信息系统完成数据的处理和分析，在此基础上数字地图得以完善，更多的行业数据也被记录下来。对于数字地图而言，完成了确定坐标之内确定属性的地理面信息要素和现象的离散数据搜集。通过计算机的识别形成一个概括性且有序地集合，在保证正确提供信息的同时实现更深层次的突破。

当前，智慧城市建设如火如荼，3S技术功不可没。智慧城市的建设旨在于将整个城市构建融合为一个有机体，保证各种功能板块的集合与融通，从而实现优化城市管理、提高运行效率、改善民生质量的根本目标。作为一种全新的城市形态，整个智慧城市的建设根本就在于3S技术、多媒体以及诸多科技元素的融合，在整个构架过程中以城市地理信息为研究坐标，完成了城市管理过程中由传统到知识、信息、技术等创新驱动的转变，以城市地理信息为研究坐标，通过对各种地理信息、数字信息的抓取，形成了一张完整的数字地图，在5G技术的辅助下，完成了整个城市多分辨率、多空间、多尺度以及多种类的三维描述。在整个三维环境当中实现进一步管理、分析、决策。

2.4 综合终端融合，科技元素尽显

近年来智能手机以及可穿戴智能设备发展迅速，是全球范围内竞争激烈的高科技行业。以智能穿戴为例，当前的智能手机完成的不仅仅是简单的通信任务，小小的机身内科技元素尽显，是各种智能应用以及信息处理的集成。而智能穿戴设备是整个生命健康、移动互联以及多重科技元素的融合。实际上，无论是智能手机还是智能穿戴，除了显示技术、无线通信技术，3S技术的应用也是其核心技术之一。

例如，在智能手机以及智能穿戴设备当中，各种语音控制、面部识别、手势识别，以及环境感知、心率等健康数值的监测是十分重要的技术指标，而这些技术指标皆以传感技术为根基，通过重力感测、影像感测，以及光体及序号变化感测等衍生遥感技术得以实现，并在信息的集中处理之下完成智慧地判断。当然，在整个智能手机和可穿戴设备当中，定位技术不容忽视，地理信息技术以及全球导航卫星系统实现了功能的深度发挥，是数字地图的嵌入，让智能手机以及可穿戴产品有了更深度地存在意义。

2.5 先进应用融合，服务更加全面

前面我们说到，在全球导航卫星系统中我国的北斗系统已经展现出了十分亮眼的表现，北斗卫星导航系统是我国自主创新的结晶，也是我国科技的浓缩。北斗系统当中所有的原部件皆由中国制造，整个北斗系统由空间段、地面段以及用户段三部分组成，在空间段拥有三种轨道卫星，因此在抗遮挡能力上有着十分突出的表现，而且北斗系统能够提供多个频点的导航信号，定位更加精准，数据提供更加精确。另外，北斗系统实现了通信能力以及导航能力的创新，与遥感技术以及地理信息、物联网技术的融合更是体现了智慧的赋能，构建了一个强大的综合时空体系。自北斗卫星导航系统进入轨道提供服务以来，完成了交通运输、水文监测、电力调度，以及公共安全等多个领域的覆盖，并被电子商务、移动终端等产业深度开发利用，服务于国家建设以及百姓日常，展现了十分显著的社会效益以及经济效益。

在新冠疫情暴发期间，雷神山火神山两座医院的建设格外引人注目，在此建设过程当中，充分利用了遥感技术对医院建设场地进行相关检测，并一步步见证了医院的建设和启动过程。在此过程当中，更离不开北斗卫星导航系统进行复杂地形地貌的定位以及标绘。在湖北神农架林业巡护过程中，复杂的地形以及繁重的任务为人工巡护带来了极大的困难，而通过北斗系统终端巡护的应用，不仅能够及时向指挥中心发送巡护信息，更能通过智能的判断标准实现绿水青山的精准守护。实际上，北斗系统的应用远不止于此，无论是无人驾驶、自动泊车，还是自动物流等创新领域，北斗系统的应用都展现出了强大的魅力。同时中国北斗系统也具备极强的世界开放性、共享性。缅甸的农业数据采集土地管理、俄罗斯的电力巡线都离不开北斗系统的辅助。可以说，北斗系统的建立是中国的进步，也是世界的进步，是科技的进步，更是3S集成的进步。

3 遥感（RS）、地理信息（GIS）、全球导航卫星系统（GNSS）体系的融合目标

3S系统实现了信息获取、遥感监测服务以及态势感知服务、高精度定位的结合，为授时地理信息服务提供了良好的依据。以地理信息作为集成系统的平台，能够对遥感技术以及全球卫星导航系统在内来源的多种空间数据进行综合处理，实现方位数据的动态存储以及集成管理。如今的地理信息系统已经实现了云计算地理信息系统、虚拟现实地理信息系统、开放式地理信息系统、三维地理信息系统以及网络地理信息系统的同步发展，在此基础之上，实现了任何地方、任何时候的信息服务的全面覆盖，如今的3S技术已经脱胎于地图，完成了众多交叉学科的融合。

4 结束语

以遥感（RS）、地理信息（GIS）、全球导航卫星系统（GNSS）为系统构成的3S技术是当前空间信息发展的重要方向，已经完成了多个应用领域的覆盖。在实际的应用过程中，三个系统一体化融合使用既能保证信息的获取又能实现定位和导航，并根据地理信息进行综合分析处理，最终提出决定性策略。随着遥感（RS）、地理信息（GIS）、全球导航卫星系统（GNSS）一体化融合集成的进步、计算机技术飞速发展，整个系统完成了从低级段到高级的进阶，实现了多种技术的结合，并通过紧密地联系实现了功能的扩大和层次的提升，能够快速获取信息、及时更新数据、完善信息处理，未来，3S技术将会与更多的科学技术相结合推动社会前进，推动科技发展。■