遙感（RS）、地理信息（GIS）、全球導航衛星系統（GNSS）一體化融合研究

王宇翔

（航天宏圖信息技術股份有限公司，北京 100195）

1 技術概述

1.1 遙感（RS）

遙感（RS）技術以電磁輻射為基礎，航空攝影技術為手段。遙感技術可以簡單地理解為遙遠的感知，在不與物體進行直接接觸的情況下實現對其屬性和基本情況的認知。遙感技術利用遙感器通過不同體對電磁波反射的不同特性來實現感知識別。傳統的航空測量完成的是幾何量的測量，測量指標以高層、面積以及相關形態等基本幾何信息為主，而遙感測量完成的是對物質實質成分的判斷，包含屬性、成分等基本信息，能夠完成大范圍內數據資料的獲取，并且隨時根據衛星系統完成信息資料的更新以及識別[1]。

遙感（RS）技術與傳統的人工實地測量以及信息核實效率相比，速度更快周期更短。而且當前的當前遙感技術的發展能夠根據不同任務完成對不同波段和儀器的選取，利用不同波段的穿透性最大限度地獲取物體的內部數據信息，即便是難以到達的高山峻嶺，難以潛入的沼澤海底，利用遙感技術都能夠突破種種限制獲取寶貴資料。在計算機的輔助處理之下，能夠完成對遙感（RS）采集到的圖像的恢復、增強以及分類工作，從而真正發揮出信息的參考作用。當今的遙感技術（RS）完成了與光學、電學、計算機學等全新科學領域的結合，在基礎信息以及動態數據的提取上表現十分出色[2]。

1.2 地理信息（GIS）技術

地理信息技術（GIS）以地理空間為基礎、以地理模型分析為方法，具備高空間分辨率屬性，是一個復雜的工作系統，能夠完成多種空間動態以及地理信息的收集、存儲、管理，是一個對地球表面與地理分布進行描述的空間信息處理流程，如果說遙感技術描述的是一種靜態狀態，那么地理信息技術則實現了從靜態到動態的跨越。

地理信息系統在計算機的輔助之下完成信息處理，能夠將注意力集中在空間實體并完成相互關系的探索，通過對地理區域內相關現象或者過程的分析處理可以為自然資源以及環境管理提供決策支持，在農業生產、礦山判斷等方面應用廣泛，在城市規劃管理、基礎設施建設、網絡交通規劃等方面也具有十分重要的作用。隨著科學數字化進程的加快，地理信息技術得到了充分的應用與拓展，數據標準化、系統集成化以及平臺網絡化、應用社會化是未來地理信息系統的重要發展方向[3]。

1.3 全球導航衛星系統（GNSS）

全球導航衛星系統（GNSS）以衛星信號描述為基礎，以用戶接收機為根本，具備高空間分辨率屬性，具備連續的全球覆蓋能力，能夠在全球范圍內同時為海陸空用戶提供精確的三維位置、速度以及時間信息。全球導航衛星系統包含所有在軌工作的衛星導航系統，其中以美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、中國的BDS、歐盟的GALILEO為主要代表，而中國的BDS正如一顆冉冉升起的新星閃耀于太空，并成為全球導航衛星系統（GNSS）的典型。

全球衛星導航系統基本上完成了地基無線電導航以及傳統大地測量等導航定位技術的取代應用，完成了多個領域的覆蓋，從軍用到民用體現了技術的前進步伐，也展現了時代的發展規律。不僅是國家安全以及經濟提升的基礎設施，更是展現綜合國力的重要標志。我國的北斗衛星導航系統集智攻關，以芯片、模塊、天線、板卡等基礎產品為應用基礎，是一條完整的產業鏈，實現了衛星導航基礎產品的自主可控，在互聯網、大數據、云計算、物聯網等技術的推動下融合效益顯著，完成了嵌入式、融合性的深度發展。

2 遙感（RS）、地理信息（GIS）、全球導航衛星系統（GNSS）的體系融合應用

2.1 多重技術融合，構成智慧管理

伴隨著大數據、云計算以及物聯網技術成為了IT領域中最新的發展趨勢，與3S技術的融合也被賦予了更多的全新內涵。云計算擁有海量信息存儲以及管理的能力，完成了各類信息的整合和優化，而大數據以云計算為根基，通過對其中關鍵信息的挖掘分析，諸多重要數據得以提取，而對于二者而言，物聯網技術是成長的溫床，物聯網技術的發展帶來了數據產生方式的改變，推動了大數據云計算時代的到來。不過這其中的關鍵點不能忽略，那就是數據的來源，物聯網數據的收集以傳感器為主，3S技術的融合完成了更加全面完備的數據支撐，展現了更透徹的信息感知，搜集了更集中的資源，完成了更廣泛的聯通，構成各行各業智慧管理的基礎。

2.2 網絡通信融合，更高更快發展

地理信息技術實現的是空間數據的管理和分析，而遙感技術完成的是空間數據的采集和分類，二者能夠對空間實體進行深入研究，遙感技術在獲取空間數據的同時，可以為地理信息提供精準、及時、覆蓋全面的資源和環境數據，保證整個地理信息系統的活力和應用范圍，實現了內容的擴充和內容，展現了從低級段到高級階段的轉換。全球導航衛星系統和遙感定位完成的都是數據源的采集和獲取工作，全球導航衛星系統能夠實現精確的定位，克服了遙感技術定位困難的問題，同時為遙感技術數據進入地理信息系統提供了更多的可能。保證了數據的動態配準，也保證了與地面同步監測的完成。不過數據的采集是起點，分析是終端，在互聯網技術的飛速發展之下，5G通信技術完成了全面的覆蓋，為3S技術的運行以及信息數據的傳輸提供了更加快速便捷的通道。

2.3 多重數據融合，實現深層突破

3S技術的結合不僅是一個取長補短的過程，更是一個高級功能衍生的過程。遙感、地理信息系統的接入保證整個全球衛星導航系統能夠完成電子地圖上的漫游查詢以及準確形象地反映。全球導航衛星系統同電子地圖相配合，利用地理信息系統完成數據的處理和分析，在此基礎上數字地圖得以完善，更多的行業數據也被記錄下來。對于數字地圖而言，完成了確定坐標之內確定屬性的地理面信息要素和現象的離散數據搜集。通過計算機的識別形成一個概括性且有序地集合，在保證正確提供信息的同時實現更深層次的突破。

當前，智慧城市建設如火如荼，3S技術功不可沒。智慧城市的建設旨在于將整個城市構建融合為一個有機體，保證各種功能板塊的集合與融通，從而實現優化城市管理、提高運行效率、改善民生質量的根本目標。作為一種全新的城市形態，整個智慧城市的建設根本就在于3S技術、多媒體以及諸多科技元素的融合，在整個構架過程中以城市地理信息為研究坐標，完成了城市管理過程中由傳統到知識、信息、技術等創新驅動的轉變，以城市地理信息為研究坐標，通過對各種地理信息、數字信息的抓取，形成了一張完整的數字地圖，在5G技術的輔助下，完成了整個城市多分辨率、多空間、多尺度以及多種類的三維描述。在整個三維環境當中實現進一步管理、分析、決策。

2.4 綜合終端融合，科技元素盡顯

近年來智能手機以及可穿戴智能設備發展迅速，是全球范圍內競爭激烈的高科技行業。以智能穿戴為例，當前的智能手機完成的不僅僅是簡單的通信任務，小小的機身內科技元素盡顯，是各種智能應用以及信息處理的集成。而智能穿戴設備是整個生命健康、移動互聯以及多重科技元素的融合。實際上，無論是智能手機還是智能穿戴，除了顯示技術、無線通信技術，3S技術的應用也是其核心技術之一。

例如，在智能手機以及智能穿戴設備當中，各種語音控制、面部識別、手勢識別，以及環境感知、心率等健康數值的監測是十分重要的技術指標，而這些技術指標皆以傳感技術為根基，通過重力感測、影像感測，以及光體及序號變化感測等衍生遙感技術得以實現，并在信息的集中處理之下完成智慧地判斷。當然，在整個智能手機和可穿戴設備當中，定位技術不容忽視，地理信息技術以及全球導航衛星系統實現了功能的深度發揮，是數字地圖的嵌入，讓智能手機以及可穿戴產品有了更深度地存在意義。

2.5 先進應用融合，服務更加全面

前面我們說到，在全球導航衛星系統中我國的北斗系統已經展現出了十分亮眼的表現，北斗衛星導航系統是我國自主創新的結晶，也是我國科技的濃縮。北斗系統當中所有的原部件皆由中國制造，整個北斗系統由空間段、地面段以及用戶段三部分組成，在空間段擁有三種軌道衛星，因此在抗遮擋能力上有著十分突出的表現，而且北斗系統能夠提供多個頻點的導航信號，定位更加精準，數據提供更加精確。另外，北斗系統實現了通信能力以及導航能力的創新，與遙感技術以及地理信息、物聯網技術的融合更是體現了智慧的賦能，構建了一個強大的綜合時空體系。自北斗衛星導航系統進入軌道提供服務以來，完成了交通運輸、水文監測、電力調度，以及公共安全等多個領域的覆蓋，并被電子商務、移動終端等產業深度開發利用，服務于國家建設以及百姓日常，展現了十分顯著的社會效益以及經濟效益。

在新冠疫情暴發期間，雷神山火神山兩座醫院的建設格外引人注目，在此建設過程當中，充分利用了遙感技術對醫院建設場地進行相關檢測，并一步步見證了醫院的建設和啟動過程。在此過程當中，更離不開北斗衛星導航系統進行復雜地形地貌的定位以及標繪。在湖北神農架林業巡護過程中，復雜的地形以及繁重的任務為人工巡護帶來了極大的困難，而通過北斗系統終端巡護的應用，不僅能夠及時向指揮中心發送巡護信息，更能通過智能的判斷標準實現綠水青山的精準守護。實際上，北斗系統的應用遠不止于此，無論是無人駕駛、自動泊車，還是自動物流等創新領域，北斗系統的應用都展現出了強大的魅力。同時中國北斗系統也具備極強的世界開放性、共享性。緬甸的農業數據采集土地管理、俄羅斯的電力巡線都離不開北斗系統的輔助。可以說，北斗系統的建立是中國的進步，也是世界的進步，是科技的進步，更是3S集成的進步。

3 遙感（RS）、地理信息（GIS）、全球導航衛星系統（GNSS）體系的融合目標

3S系統實現了信息獲取、遙感監測服務以及態勢感知服務、高精度定位的結合，為授時地理信息服務提供了良好的依據。以地理信息作為集成系統的平臺，能夠對遙感技術以及全球衛星導航系統在內來源的多種空間數據進行綜合處理，實現方位數據的動態存儲以及集成管理。如今的地理信息系統已經實現了云計算地理信息系統、虛擬現實地理信息系統、開放式地理信息系統、三維地理信息系統以及網絡地理信息系統的同步發展，在此基礎之上，實現了任何地方、任何時候的信息服務的全面覆蓋，如今的3S技術已經脫胎于地圖，完成了眾多交叉學科的融合。

4 結束語

以遙感（RS）、地理信息（GIS）、全球導航衛星系統（GNSS）為系統構成的3S技術是當前空間信息發展的重要方向，已經完成了多個應用領域的覆蓋。在實際的應用過程中，三個系統一體化融合使用既能保證信息的獲取又能實現定位和導航，并根據地理信息進行綜合分析處理，最終提出決定性策略。隨著遙感（RS）、地理信息（GIS）、全球導航衛星系統（GNSS）一體化融合集成的進步、計算機技術飛速發展，整個系統完成了從低級段到高級的進階，實現了多種技術的結合，并通過緊密地聯系實現了功能的擴大和層次的提升，能夠快速獲取信息、及時更新數據、完善信息處理，未來，3S技術將會與更多的科學技術相結合推動社會前進，推動科技發展。■