A. 「3S」技術簡介
「3S」技術是全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System,GNSS）、地理信息系統（Geographical Information System,GIS）和遙感（Remote Sensing,RS）的統稱。因這三個技術的英文中都含一個S而得名。
1.全球導航衛星系統
全球導航衛星系統是一種空間無線電定位系統，包括一個或多個衛星星座，為支持預定的活動視需要而加以擴大，可為地球表面和地球外空任意地點用戶提供24小時三維位置、速率和時間信息。GNSS核心組成部分目前主要有：美國的全球定位系統、俄羅斯的全球軌道導航衛星系統（即軌道導航系統），以及伽利略定位系統和我國的北斗衛星定位系統。
全球定位系統（Global Position System,GPS）是20世紀70年代由美國國防部批准，陸海空三軍聯合研製的新一代空間衛星導航定位系統。其目的是為海、陸、空三大領域，提供實時、全天候和全球性的導航服務，並用於情報收集、核爆監測和應急通信等一些軍事目的，是美國全球戰略的重要組成部分。20世紀80年代，尤其是90年代以來，GPS衛星定位和導航技術與現代通信技術相結合，在空間定位技術方面引起了革命性的變化。用GPS同時測定三維坐標的方法將測繪定位技術，從陸地和近海擴展到整個海洋和外層空間，從靜態擴展到動態，從單點定位擴展到局部與廣域差分，從事後處理擴展到實時（准實時）定位與導航，絕對和相對精度擴展到米級、厘米級乃至毫米級，從而大大拓寬它的應用領域范圍。
全球軌道導航衛星系統（GLONASS），又稱「格洛納斯」系統。最早開發於前蘇聯時期，1993年俄羅斯開始獨自建立本國的軌道導航系統。該系統主要服務內容包括確定陸地、海上及空中目標的坐標及運動速度信息等。GLONASS系統的衛星星座由24顆衛星組成，均勻分布在3個近圓形的軌道平面上，每個軌道面8 顆衛星，軌道高度19100km，運行周期11 小時15分，軌道傾角64.8°。
伽利略定位系統（Galileo Positioning System）是歐盟正在建造中的一個衛星定位系統，有「歐洲版GPS」之稱，也是繼美、俄外，第三個可供民用的定位系統。伽利略定位系統的建立已於2007年底之前完成，2008年投入使用，總共發射30顆衛星，其中27顆衛星為工作衛星，3顆為候補衛星，還有2個地面控制中心。伽利略定位系統將為歐盟成員國和中國的公路、鐵路、空中和海洋運輸甚至徒步旅行者有保障地提供精度為1m的定位導航服務，預計將於2010年開始運作。
北斗衛星定位系統（BD System）是由中國建立的區域導航定位系統。該系統由4顆（2顆工作衛星、2顆備用衛星）北斗定位衛星（北斗一號）、地面控制中心為主的地面部分、北斗用戶終端三部分組成。北斗定位系統可向用戶提供全天候、24小時的即時定位服務，授時精度可達數l0ns（納秒）的同步精度，北斗導航系統三維定位精度約幾十米，授時精度約100ns。北斗一號導航定位衛星由中國空間技術研究院研究製造。4顆導航定位衛星的發射時間分別為：2000年10月31日，2000年12月21日，2003年5月25日，2007年4月14日，第三、四顆是備用衛星。2008年北京奧運會期間，它在交通、場館安全的定位監控方面和已有的GPS衛星定位系統一起，發揮「雙保險」作用。北斗一號系統的基本功能包括：定位、通信（短消息）和授時。北斗二代衛星定位系統的英文為Compass（即指南針），在ITU登記的無線電頻段為L波段，其功能與GPS相同，即定位與授時。北斗系統可廣泛應用於交通運輸、海上作業、環境監測等行業單位。
目前，地質行業使用的全球導航衛星系統GNSS是美國的全球定位系統GPS。
2.遙感技術
遙感技術包括航空和航天遙感。遙感是指從遠距離高空及外層空間的各種平台上利用可見光、紅外、微波等電磁波譜控測儀器，通過攝影和掃描、信息感應、傳輸和處理，從而查明地面物體的形狀、大小、位置及其和環境相互作用機理的現代科學技術。隨著遙感技術的發展和感測器光譜解析度和空間解析度的提高，遙感技術將在國土地質大調查中以及構造解譯和岩性辨識、甄別蝕變、圈定地質異常、檢測烴類微滲漏方向等方面有重大突破。當代遙感的發展主要表現在它的多感測器、高解析度和多時相特徵。遙感信息的應用分析已從單一遙感資料向多時相、多數據源的融合與分析，從靜態分析向動態監測過渡，從對資源與環境的定性調查向計算機輔助的定量自動制圖過渡，從對各種現象的表面描述向軟體分析和計量探索過渡。近年來，由於航空遙感具有的快速機動性和高解析度的顯著特點使之成為遙感發展的重要方面。
3.地理信息系統
地理信息系統是集計算機、地理、測繪、遙感、環境、城市、空間、信息、管理等科學為一體的新興邊緣學科，是採集、存儲、管理、分析和描述空間數據的空間分析系統。
隨著「數字地球」這一概念的提出和人們對它的認識的不斷加深，從二維向多維動態以及網路方向發展是地理信息系統發展的主要方向，也是地理信息系統理論發展和諸多領域（資源、環境、城市等）的迫切需要。在技術發展方面，一個發展是基於Cljent/Server結構，即用戶可在其終端上調用在伺服器上的數據和程序；另一個發展是通過互聯網路發展IntemetGIS或Web-GIS，可以實現遠程尋找所需要的各種地理空間數據，包括圖形和圖像，而且可以進行各種地理空間分析，這種發展是通過現代通訊技術使GIS進一步與信息高速公路相接軌；還有一個發展方向，則是數據挖掘（Data Mining），從空間資料庫中自動發現知識，用來支持遙感解譯自動化和GIS空間分析的智能化。
目前區域地質調查中的數字填圖技術就是基於GIS、GPS、RS技術為一體的區域地質調查野外數據和信息的數字化獲取技術及其數字化成果的一體化的組織、一體化的管理、一體化處理和社會化服務的計算機科學技術。
B. 「3S」技術集成與應用
「3S」系統是GIS,RS,GPS的簡稱，即地理信息系統、遙感及全球定位系統的總稱。作為空間信息處理的這三個技術系統，在空間信息管理中各具特色，均可獨立完成自身的功能。同時，它們所能解決的問題之間又有很多關聯性，在解決問題的功能上又各自存在著優點和不足。因此三者的結合和集成已成為空間信息系統的發展方向，也是空間科學發展的必然趨勢。在「3S」系統中，GIS具有較強的空間查詢、分析和綜合處理能力，但獲取數據困難；RS能高效地獲取大面積的區域信息，但受光譜波段的限制，且數據定位及分類精度差；GPS能快速地給出目標的位置，對空間數據的確定具有特殊意義，但本身通常無法給出目標點的地理屬性。因此，只有三者結合起來形成一個有機系統，實現各種技術的綜合，才能發揮更大的作用。
一、全球定位系統（GPS）
GPS（Global Positioning System）是建立在無線電定位系統、導航系統和定時系統基礎上的空間導航系統。它以距離為基本觀測量，通過同時對多顆衛星進行偽距離測量來計算接收機的位置。由於測距是在極短時間內完成的，故可實現動態測量。GPS主要由空間導航衛星、地面監控站組和用戶設備三部分組成。
1.GPS衛星
GPS衛星由21顆工作衛星和3顆備用衛星組成。工作衛星分布在6個軌道面內，衛星軌道面相對地球赤道面的傾角為55°，每個軌道平面配置3顆衛星，每隔一條軌道平面配備一顆備用衛星，軌道的平均高度約為20200km，衛星運行周期為11小時58分鍾。因此，在同一測站上，每天出現的衛星分布圖相同，只是每天提前幾分鍾。每顆衛星對地球的可見面積為地球總面積的38%，每顆衛星每天約有5小時在地平線上。同時位於地平面上的衛星數目最少為4顆，最多為11顆。這樣的空間配置，可保證在地球上任何時間、任何地點至少可同時觀測到4顆衛星，加上衛星信號的傳播和接收不受天氣的影響，因此，GPS是一種全球、全天候的連續實時導航定位系統。
2.地面控制系統
GPS的地面監控部分由5個監控站、3個注入站和1個主控站組成。監控站是數據自動採集中心，它包括雙頻GPS接收機、高精度原子鍾、感測器及計算設備，它主要為主控站提供各種觀察數據。主控站是系統管理和數據處理的中心，其主要任務是用監控站和本站提供的觀測數據計算衛星的星歷、衛星鍾差和大氣延遲修正參數，提供全球定位系統時間基準，並將這些數據傳到注入站，調整衛星運行軌道，啟動備用衛星等。注入站將主控站推算出的衛星星歷、鍾差、導航電文等控制指令注入到相應衛星的存儲系統，並監測注入信息的正確性。
3.用戶設備系統
用戶設備系統包括GPS接收機、天線、計算設備和相關軟體。用戶設備的核心是GPS接收機，以利用定位衛星提供信號來得到位置、時間、運動方向、速度等信息。接收機按功能分為GPS導航接收機和GPS接收機兩種，按接收信號方式分並行和串列接收機。並行接收機具有多個信道，每個信道追蹤一顆衛星，並解調各信道信號；串列接收機只有一個信道，利用內部切換逐步處理各個衛星信號。
二、「3S」技術
1.GIS與RS的結合
遙感與地理信息系統是近年來迅速發展起來的空間信息獲取和處理的新技術，已廣泛應用於資源與環境管理各個領域。遙感信息具有周期性、動態性、信息豐富、獲取效益高，可直接以數字方式記錄傳送等特點；GIS（地理信息系統）則是具有高效的空間數據管理和靈活的空間數據綜合分析能力的計算機技術系統，二者相結合，既可保證GIS具有高效穩定的信息源，也可以對遙感信息進行實時處理、科學管理和綜合分析，實現監測、預測和決策的目的，這是空間技術發展的必然趨勢。二者的結合主要有以下方面：
（1）從地理信息系統本身的角度出發，隨著其應用領域的開拓和深入，首先要求存儲大量的數據，通過不斷的積累和延伸，從而具備反映自然歷史過程和人為影響的趨勢的能力，揭示事物發展的內在規律。但是，地理信息系統資料庫幾乎只是通過地圖數字化建立起來的，用戶不能接觸到原始資料及其有關信息。
（2）地理信息系統為了保持系統的動態性和現勢性，它還要求及時地更新系統中的數據。這是因為一切事物都處在發展變化之中，而地理信息系統中存儲的信息只是現實世界的一個靜態模型，需要及時、定時地更新。遙感作為一種獲取和更新空間數據的強有力手段，能及時地提供准確、綜合和大范圍內進行動態監測的各種資源與環境數據，因此遙感信息就成為地理信息系統十分重要的信息源，尤其是大范圍的以統計為主的地理信息系統。當前遙感的應用也正經歷著一場質的轉變，它正逐漸從單一的遙感數據的分析應用向多波段、多時相的分析應用過渡，從靜態分布向動態過程預測過渡，從定性調查到定量分析過渡。
2.RS與GPS的結合
從GIS的角度看，GPS與RS都可看作為數據源獲取系統。然而GPS和RS既分別具有獨立的功能，又可以互相補充完善對方，這就是GPS和RS結合的基礎。
（1）GPS的精選定位功能克服了RS定位困難的問題。在沒有GPS以前，地面同步光譜測量、遙感的幾何校正和定位等都是通過地面控制點進行大地測量才能確定，這不但費時費力，而且當無地面控制點時便無法實現，從而嚴重影響數據實時進入系統。而GPS的快速定位為RS數據實時、快速進入GIS系統提供了可能。也就是說，藉助GPS可使RS迅速進入GIS分析系統，保證了RS數據及地面同步監測數據獲取的動態配准。
（2）利用RS數據實現GPS定位遙感信息查詢。
（3）利用GPS形成的新技術，如GPS氣象遙感技術，利用GPS衛星和接收機之間無線電信號在大氣電離層和對流層中的延遲時間，可了解電離層中電子濃度和對流層中溫度濕度等大氣參數及其變化情況。因而目前建立和正在建立的全球許多GPS觀測網將是提供大氣參數的一個重要新數據源，對天氣預報尤其是短期天氣預報將發揮巨大作用。
3.GPS與GIS的結合
GPS和GIS的結合，不僅能取長補短使各自的功能得到充分的發揮，而且還能產生許多更高級的功能，從而使GPS和GIS的功能都邁上一個新台階。
通過GIS系統，可使GPS的定位信息在電子地圖上獲得實時的、准確的、形象的反映及漫遊查詢。通常GPS接收機所接收的信號無法輸入底圖。若從GPS接收機上獲取定位信息後，再回到地形圖或專題圖上查找，核實周圍地理屬性，該工作十分復雜，而且花費時間長，在技術手段上也是不合理的。如果把GPS的接收機同電子地圖相配合，利用實時差分定位技術，加上相應的通信手段組成各種電子導航和監控系統，可廣泛用於交通、車船駕駛及科學種田等方面。
GPS可為GIS及時採集、更新或修正數據。例如在外業調查中通過GPS定位得到的數據，輸入給電子地圖或資料庫，可對原有數據進行修正、核實，賦予專題圖屬性以生成專題圖。
三、喀斯特資源與環境研究中的「3S」技術
喀斯特地區自然條件復雜，環境差異特殊，給開發、治理、保護的決策與實施造成極大困難。例如，喀斯特峰叢峽谷和峰叢窪地地區，由於地表破碎、切割幽深、可進入性差，使用遙感技術研究環境現狀及其演化趨勢甚為必要。高質量的信息能給我們提供資源優化開發、利用與環境保護的基礎和依據。因此，提高決策科學化水平的關鍵在於掌握高質量的信息。利用遙感與地理信息系統這一高新技術建立資源環境信息系統，在知識經濟與信息化時代的今天，不僅是在喀斯特地區通過建立人口、資源、環境、經濟系統動態監測與評價運行模型，提出在具有喀斯特特色的多目標優化決策理論模式，其經驗對全國同類喀斯特地區也有指導意義。
1.喀斯特資源與環境資料庫建設
自從20世紀90年代以來，「3S」技術之間的密切結合，共同發展，在全球和區域資源與環境動態監測、趨勢預報，重大自然災害監測預報以及災情評估與減災對策，城市經濟開發區的規劃、開發與管理，全球環境變化等方面發揮了科技的先導作用。「3S」技術在喀斯特資源與環境資料庫建設上主要體現在以下幾方面：
（1）基本資料庫建設，包含了行政區劃、交通運輸、地形地貌、碳酸鹽岩、地勢坡度、社會經濟、區域人口、民族、交通、城鎮以及區域外其他信息等基本資料庫。
（2）資源與環境信息系統，首先涉及的內容是資源，在考慮喀斯特資源在自然界中的空間位置、資源的屬性、用途、開發利用條件等，對喀斯特地區的不同類型資源建立相應的資料庫，如土地資源信息資料庫（土壤、水田、旱地、耕地、坡耕地等）、陸地水資源資料庫（流域、水系、水量、水質等）、生物資源資料庫（森林、灌叢、草地、陸生動物、水生動物等）、氣候資源資料庫（氣溫、降水、風力等）、旅遊資源資料庫（風景名勝區、自然保護區、客源市場等）、礦產資源信息資料庫（煤炭、石油、天然氣、黑色金屬、有色金屬、稀土元素及非金屬等）。
（3）生態環境資料庫建設，如環境條件資料庫（地質構造、地貌類型、坡度、降水、氣溫等）、環境質量資料庫（生態環境質量類型，如污染源等）、環境災害資料庫（水土流失、石漠化、滑坡、泥石流等）、環境污染資料庫（污染源、污染監測、污染影響等）、環境保護與環境管理等資料庫（環境規劃、環境治理、生態恢復等）。
2.利用「3S」技術的分析與應用模型
（1）多年遙感數據分析：採用多時相、多波段的遙感數據對喀斯特地區遙感在資源及環境方面的應用與解譯方法和模式研究。
（2）地理信息系統的建立與分析：GIS的設計模型、系統的建立、資料庫的研究與建立、資料庫的發展、計算機輔助制圖研究及開放地理信息系統與互操作技術。
（3）「3S」技術的集成研究與應用：各種資源衛星、氣象衛星與航空、地面觀測、物探數據的復合和分析；解決RS數據、GPS數據與GIS的介面，增強遙感及GPS信息處理分析能力，並反饋用於地理信息系統的更新；向智能化方向發展，改進應用系統的數據管理，提高識別能力與解譯水平。
（4）喀斯特資源環境評價預測規劃模型：資源環境的控制系統模型、資源環境的數學規劃模型、資源環境的開發與分配模型等。
（5）喀斯特資源環境空間決策支持系統：資源環境的空間分布模型、資源環境的持續利用策略、資源環境的總體態勢與對策等。
3.「3S」技術在貴州典型喀斯特區域的研究及應用示範
（1）喀斯特地貌與洞穴信息系統研究。貴州喀斯特地貌與洞穴信息系統研究，以「3S」技術為基礎的新型空間信息管理系統，將為喀斯特地貌與洞穴數據資料查詢、發生分布規律、空間相關關系、潛在資源開發、部門輔助決策和把貴州的洞穴信息走向「信息高速公路」等方面作出重要的貢獻，具有重大的理論意義和社會經濟價值。該研究是將全貴州的喀斯特地貌與洞穴（群）從整個面上進行計算機統計分析，以1:5萬地形圖為基礎，從發育分布規律方面建立相關信息庫，其中包含了洞穴的洞口海拔高程、洞穴長度、發育方向、岩性、水洞的流量以及經緯度坐標等參數。以GIS技術為平台進行數據處理，並採用其相應的集成技術GPS和RS進行洞穴的地址糾正及匹配，提高信息的可靠性，建立一個動態的貴州喀斯特地貌與洞穴信息系統。此外，應用「3S」技術研究喀斯特地貌與洞穴，從統計的角度，從大量的信息資料上研究喀斯特地貌與洞穴的成因（洞穴的形成與水、岩石、地質構造運動有關），洞穴的形成蘊含有大量古氣候、古水文地質及構造運動的信息，數理統計分析能更有效地揭示這些信息，為研究貴州地區地質構造運動、河流的下切、侵（溶）蝕喀斯特地貌與洞穴成因提供有力證據。在此基礎上，得出洞穴的分布規律及要素間的相關關系，並為貴州喀斯特地貌與洞穴的開發、利用及保護等提出建議。
（2）喀斯特地區水土流失監測系統研究。土壤侵蝕是土地退化的根本原因，也是導致生態環境惡化的重要因素。中國是世界上水土流失最嚴重的國家之一。近幾年來，水土流失狀況仍呈加劇趨勢，不斷出現的洪澇災害，對水土保持工作提出了更高的要求。在GIS支持下的遙感技術，同時結合GPS野外調查，是目前普遍採用的國內外最先進的大面積水土流失調查、評價方法，可用來了解、掌握水土流失現狀，並完善相關的技術方法，為水土流失的防治提供可靠的技術資料。貴州省水土流失監測系統研究是在「3S」技術的支持下完成的貴州省多年水土流失空間分布及分地（市）、縣（市）資料庫，利用多時相的遙感TM影像對水土流失情況進行解譯，可以得出不同年分的水土流失空間分布並預測其發展趨勢，特別是在喀斯特地區，地形地貌復雜，水土流失破壞性大，生態環境趨於惡劣，與其他地區相比，在解譯和監測上有著較大的特殊性，利用「3S」技術成功地解決了這一難題，為貴州省的水土保持規劃及生態環境建設提出了相應的治理對策及合理建議。
（3）喀斯特土地石漠化研究。以完成空間定位的TM衛星影像數據為基礎，進行TM衛星影像數據的多光譜信息提取，獲得喀斯特地區石漠化的空間分布狀況，結合喀斯特地貌分布，對典型區域的石漠化解譯結果進行驗證，完成喀斯特地貌與土地石漠化的空間分布資料庫。喀斯特石漠化狀況的研究在貴州已有較長時間，但迄今為止，由於研究條件所限，技術手段不統一等原因，石漠化狀況面積、分布等數據不夠統一。項目首次採用「3S」作為技術支持，利用多學科結合的優勢進行綜合性的相關分析，以統一的標准對貴州石漠化現象及成因、對策進行研究，技術方法嚴密、客觀，避免了傳統方法進行這類大面積研究中人力物力投入過大、標准難以控制等帶來的弊病。對貴州喀斯特地區石漠化問題做專項研究，通過應用多時相（1959年、1979年、1995年）、多波段、多平台的遙感數據，在大量野外GPS技術調查驗證的基礎上編制研究區域不同年代的喀斯特土地石漠化圖；利用GIS對數據資源進行分析、處理，旨在查明貴州喀斯特石漠化的現狀、分布及發展趨勢，分析土地石漠化的主要原因、發生機制和演變過程。本項研究採用目前最先進的監測、評價技術，以地理信息系統技術為支撐，以遙感資料為主要信息源，同時採用野外GPS調查驗證，結合由地形圖派生的坡度圖，由區域地質圖派生出喀斯特與非喀斯特及石山半石山的石漠化背景圖。採用植被覆蓋、土壤背景、地面坡度等決定石漠化的主要因素，參考降水量、降雨強度等有關因素建立石漠化定量分析模型，應用現代建模技術進行石漠化強度評價和調查制圖；結合行政區劃，得到全貴州省喀斯特地區各地（市）、縣（市）石漠化空間分布圖和數據。
（4）喀斯特地區國土資源綜合調查與資料庫建設：①喀斯特地區林業資源與生態信息資料庫建設，以TM遙感影像數據、DEM數據、土地利用數據為基礎，建立分布式與集中式相結合的林業資源與生態信息共享資料庫，實現屬性數據的空間化與網路化共享（數據資源內容包括：林業資源信息，森林資源數據，省級森林資源空間分布數據，森林災害數據，森林生物多樣性資料庫，林產市場發展數據等；林業生態環境信息，省、縣級生態環境背景數據，重點縣生態環境現狀數據，生態建設規劃屬性數據與空間數據，重點生態工程信息數據，資源與生態環境基礎數據，常用樹種、草種數據等）; ②喀斯特典型地區國土資源環境信息平台建設及其應用，喀斯特典型地區國土資源環境空間資料庫建設，以TM衛星遙感影像為數據源，以地形圖為空間定位基礎，對TM圖像進行空間定位，由人工對定位遙感影像進行解譯，獲取全省土地利用狀況分布空間數據，建立分布式與集中式相結合的國土資源信息共享資料庫群；③喀斯特典型地區人口、社會經濟數據的空間化及資料庫建設，以喀斯特典型地區人口及社會經濟統計數據為基礎，建立該地區人口、社會經濟資料庫，利用相關空間數據處理手段，處理這些統計數據，使其能夠與其他空間數據，如國土資源調查空間數據，在同一平台上實現有機集成。在此基礎上，建立該地區的人口、社會經濟資料庫。
另外，還可進行自然保護區和風景名勝區信息系統及生物資源信息系統等工作。
C. RS、GIS和GPS集成——3S技術系統
當前，以地理信息系統為核心的三S技術（遙感技術RS、地理信息系統GIS、全球定位系統GPS）與多媒體（MM）技術有機結合一體化，以其強大的空間信息（數據）採集、處理、分析綜合和表達與管理能力，為各行業實際應用部門提供了各種有用的決策信息，大大提高應用部門的生產力及其管理水平，已成為直接為國土資源勘查、生態環境和自然災害調查、評價、監測與防治等工作及社會生產與管理部門服務的一種實用技術方法。
20.2.1 地理信息系統（GIS）
20.2.1.1 地理信息系統的概念及其作用
地理信息系統（Geographical Information System，簡稱GIS）集計算機科學、地理學、測繪、環境科學、空間科學、地質學、信息科學和管理科學等為一體的多學科結合的新興邊緣學科。它以空間數據為研究對象，以計算機為工具，通過人的參與進行一系列空間操作和分析，為地球科學、環境科學、災害監測與評價、工程設計乃至企業經營等工作提供規劃管理的決策科學信息。
地理信息系統已被廣泛用於國土資源勘查和環境監測與評價等方面，特別在遙感制圖、礦產資源定量預測、工程布置的點位優選、勘探靶區優選等等方面，已有相當的成功實例與經驗。目前，地理信息系統已經作為一種主要的信息產業，取得了顯著的社會與經濟效益。實際上，地理信息系統所研究的對象及覆蓋面遠遠超出了地理學的范疇。
地理信息系統是管理空間數據的計算機系統。空間數據是指不同來源的用遙感和非遙感手段所獲取的數據，它有多種數據類型，包括地圖、遙感影像、統計數據等，其共同特點是都有確定的空間位置——地理坐標參照系統。其工作過程主要是通過空間實體的空間位置與空間關系來進行的，當然也可以通過它們的屬性來進行。它對空間數據除管理、檢索、查詢外，還必須進行各種運算和分析。其輸出除表格、文字、數據外，主要的形式是圖形。地理信息系統主要用來分析和管理在一定地理區域內分布的各種地學、社會現象和過程。它是地學、計算機、系統工程等學科知識的融合，是跨學科的技術系統。
遙感是地理信息系統重要的數據源和強有力的數據更新手段。遙感的多時相、量綱統一的、動態的全球范圍內的快速監測數據，是其他手段所不能替代和比擬的，因而地理信息系統作為一種空間數據管理、分析的有效技術，可為遙感提供各種有用的輔助信息和分析手段。目前，地理信息系統的一個重要發展趨勢，是加強空間信息管理系統與遙感圖像處理系統的結合，以提高資源與環境信息系統在動態分析、監測與預報方面的能力，改善遙感分析的精度。
20.2.1.2 系統構成
地理信息系統主要是由GIS的硬體、軟體、地理數據（庫）和系統的管理操作人員四個部分組成。
GIS硬體主要是計算機，包括必備的外部設備如數字化儀、列印機及繪圖儀。可選設備有掃描儀、激光繪圖儀及列印機、磁帶機等。
地理空間數據是指以地球表面空間位置作為參照系的各種景觀數據（如自然的、社會的、人文經濟的等）。這些數據可以是圖形、圖像、文字、表格和數字等形式，由系統的建立者通過有關的量化工具和介質輸入GIS，是系統程序作用的對象，是GIS所表達的現實世界經過模型抽象的實質性內容。
早期的GIS一直是以各種類型的地圖作為主要的數據源。隨著遙感技術的興起，遙感信息以其周期性、動態性、信息豐富、獲取效率高並可直接以數字方式記錄傳送等優點成為重要的GIS信息源和數據更新手段。遙感與GIS的結合是空間技術發展的趨勢。
系統開發、管理和使用人員是GIS的重要構成因素。因為GIS是一個動態的地理模型，光有系統軟硬體和數據不能構成完整的GIS，需要由人進行系統的組織、管理、維護和數據更新，使系統不斷得到完善，並合理使用地理分析模型提取多種信息，為研究和決策服務。
GIS軟體是GIS技術的核心，它既是GIS技術的集中體現，又是這一技術的應用基礎。一般商品化產品，如美國的ARC／INFO系統，中國的MAPGIS，主要由數據採集、數據管理、數據分析、數據轉換和數據輸出五部分構成。
（1）數據採集
其功能是完成地學數據採集與輸入工作，可用掃描儀、數字化儀、圖形終端或其他系統的磁碟數據文件輸入。主要的信息源有：專題地圖（包括地形圖）、統計表格、遙感影像、實測數據以及其他系統的數據文件。
數據採集方式主要有以下幾種：① 手工式，是早期和試驗時採用的方法，效率和精度均低。② 手扶跟蹤數字化，是當前最有效的地圖數字化方式，在手扶跟蹤數字化儀和數字化板支持下進行。通過這種方式可得到矢量格式的地圖數字化數據。③ 自動掃描，是最有前途的數字化方式。由掃描儀進行，掃描儀可以每英寸300～600點（線）採集地圖或影像的灰度或顏色，形成點陣像元數據或多波段數據。④ 數據通訊，是在聯網方式下獲取有關的其他信息系統的一種方式。無論用何種方式採集，其目的都是要把數據源變為GIS可以存貯管理和分析的形式。
（2）數據管理
其功能是實現空間（幾何）數據和屬性（非幾何）數據的存儲、檢索、查詢、編輯、修改。GIS與其他信息系統最大的不同之處是對空間數據的管理。如何實現空間數據與屬性數據的統一存儲、檢索、查詢、編輯和修改是評價GIS的一個重要方面。
一個功能強大的GIS產品能夠提供一個統一的空間資料庫管理系統，提供各種范圍內的雙向查詢、編輯、建模功能，允許快速地修正並更新空間數據及有關的描述數據。例如，最新推出的許多GIS軟體都使用了一個優化的、面向目標的資料庫管理系統，可以快速地存取大型關系文件，它把現實物體的空間關系、特徵和屬性存儲在同一個網路分布式關系資料庫中，所以做圖、拓撲數據結構是這種數據模型的特徵。
（3）數據分析
數據分析部分藉助地學模型（預置式模型或用戶自定義模型），完成地理數據的分析和計算工作，是GIS的核心內容。目前比較成熟的分析功能有地面數字高程模型、網路分析模型、鄰近分析模型、區域分析模型、拓撲分析模型以及空間距離搜索模型等。
數字地面模型（DTM）在自然地理、地貌、水利、工程設計、管道布線等領域有著廣泛的應用。當地圖被數字化後，利用等高線通過插值可以生成數字地面高程模型（DEM），並由DEM進一步產生坡度、坡向、溝谷、山脊、地表粗糙度等10多個地形要素，構成DTM數據。利用這些地表信息與植被、土壤、人文要素的相關性，可建立不同的地學應用模型。
網路分析模型在經濟地理、市場分析、交通管理等領域有著廣泛的應用。此模型根據網路拓撲性質，可以在兩點間選擇最短路徑，並繪出其長度和有關信息，也可以比較各個市場中心服務范圍和影響區域。
定距離空間搜索（Buffer）模型和鄰近區域分析模型在區域規劃、國土整治、土地管理等領域有著廣泛的應用。通過指定空間搜索距離，用戶可以方便地進行空間檢索、查詢，了解在一定范圍內地理現象的空間分布；通過鄰近區域分析模型，用戶可方便地進行鄰近區域檢索、查詢、了解區域周圍的環境情況。由於用模式來定義表，表和空間數據聯系在一起，這樣用戶能進行集成的空間和屬性處理、報表生成、專欄處理、屬性標記和相互作用的屬性修改、更新等項內容。
點、線、多邊形是GIS圖形數據的基本單元，與之相應的拓撲分析模型在自然資源管理、生態評價、土地評價和規劃等領域有著廣泛的應用。它通過多幅專題圖或專題圖與圖像合並辦法，生成新的專題圖及新的屬性表，為運用不同評價和規劃模型，完成地理信息的分析和地理數據的計算提供了極大方便。
上述系統底層通用分析模型僅提供了某些數據分析的工具。在具體應用領域還需結合專業知識和實際要求建立用戶的應用模型。
（4）數據轉換
是提供不同空間數據集的集成途徑。空間數據都是用矢量和柵格格式進行採集、存貯和處理的。矢量結構的數據更能表達我們的空間想像，因此它最常用於手工的數據採集。但是，數據自動採集方式往往產生與計算機的規則結構相匹配的柵格結構數據。因此，現代GIS應兼容矢量和柵格兩種數據格式，提供多種方法進行兩種數據的相互轉換，滿足多源信息綜合分析的需求。
（5）數據輸出
數據輸出部分將GIS信息或分析結果以可視的形式表示，如屏幕，繪圖儀、列印機輸出等。系統同時支持軟硬體拷貝顯示，使用戶能夠獲得在屏幕上所見結果，即在地圖成圖之前，用戶能預先看到硬拷貝輸出的圖形。用戶還可以在圖形窗口內編輯地圖，包括彩色設計，圖廓整飾、生成比例尺、注記、圖例、表格、公里網格等，最後由繪圖儀或列印機輸出。
20.2.2 全球定位系統（GPS）
全球定位系統（GPS：Global Position System）是美軍自20世紀70年代初期開始研製的新一代衛星導航和定位系統。它由21顆工作衛星和3顆備用衛星組成。工作衛星分布在6個軌道面內，衛星軌道面相對地球赤道面的傾角為55°，每個軌道平面配置3顆衛星，每隔一條軌道平面配備一顆備用衛星，軌道的平均高度約為20200 km，衛星運行周期為11小時58分。因此，在同一測站上，每天出現的衛星分布圖相同，只是每天提前幾分鍾。每顆衛星對地球的可見面積為地球總表面積的38%，每顆衛星每天約有5小時在地平線上。同時位於地平線上的衛星數目最少為4顆，最多為11顆。這樣的空間配置，可保證在地球上任何時間，任何地點至少可同時觀測到4顆衛星，加上衛星信號的傳播和接收不受天氣的影響，因此GPS是一種全球、全天候的連續實時導航定位系統。GPS的出現，為大量的野外高精度定位工作提供了極大方便，使定位與導航在精度和速度上都產生了質的飛躍，進入了電子化和自動化時代。
GPS作為新一代衛星導航與定位系統。不僅具有全球性、全天候、連續的精密三維導航與定位能力，而且具有良好的抗干擾性和保密性等優點，現在已廣泛地在全球應用。需要指出，全球定位系統的導航和定位在概念上是有所不同的，所謂定位是指運動載體，如汽車上安裝GPS信號接收機，然後實地測出接收天線所在的位置，這稱為GPS定位，也稱GPS動態定位。動態的意思是指定位是在極短的時間內完成的。如果GPS接收機在測得運動載體實時位置的同時，還測得運動載體的速度，時間和方位等狀態參數，進而可「引導」運動載體駛向預定的目標位置，這稱為導航。由此可知，導航是一種廣義的動態定位。
GPS是從軍事方面發展起來的，出於軍事目的，它提供兩種服務即標準定位服務SPS（Standard Positioning Service）和精確定位服務PPS（Precise Positioning Service）。前者用於民用事業，後者為美國軍方服務。美國政府為限制非軍事用戶和其他國家使用GPS的精度，分別在 1991年和 1994年實施了「SA（Selective Availability）」技術和「AS（Anti-spoofing）」技術，即「有選擇可用性」技術和「反電子欺騙技術」。使SPS服務水平定位精度降低到100 m，而在密碼保護下的PPS服務精度提高到1 m。
針對實施的「SA」技術，各國紛紛採用技術對策，出現了差分GPS即DGPS（Differential GPS）。「差分」的概念在無線電導航領域早就被採用，差分GPS的提出，使差分技術提高到過去從未有過的重要地位。採用差分GPS幾乎可以完全消除「選擇可用性」帶來的誤差。它利用某些地面發射站送出的已知精確位置的基準信號，將其與GPS的定位信號進行比較和修正。這樣，通過建立基準通訊鏈方式，使GPS數據實現精確校正。目前利用差分技術可使定位精度超過單獨使用PPS所得到精度。因此，美國比其他許多國家更快地將DGPS投入到實際使用中，目前其精度可達1 cm，用它可監視地球和冰川的微小運動。2001年美國取消了「SA」技術限制，GPS的定位精度大大提高。
全球衛星定位系統的迅速發展，引起了各國軍事部門和廣大民用部門的普遍關注。GPS定位技術的高度自動化及其所達到的高精度和具有的潛力，也引起了廣大測量工作者的極大興趣。特別是近十多年來，GPS定位技術在應用基礎的研究、新應用領域的開拓、軟體和硬體的開發等方面都取得了迅速發展。廣泛的科學實驗活動為這一新技術的應用展現了極為廣闊的前景，經典的大地測量技術經歷了一場意義深遠的變革，從而進入一個嶄新的時代。
目前，GPS精密定位技術已經廣泛地滲透到了經濟建設和科學技術的許多領域，尤其對經典大地測量學的各個方面產生了極其深刻的影響。它在大地測量學及其相關學科領域，如地球動力學、海洋大地測量學、天文學、地球物理勘探、資源勘察、航空與衛星遙感、工程變形監測、運動目標的測速以及精密時間傳遞等方面的廣泛應用，充分地顯示了這一衛星定位技術的高精度與高效益。
20.2.3 RS、GIS和GPS多功能綜合
作為空間信息處理的3S技術系統，在空間信息管理中各具特色，均可獨立完成自身的功能。同時，它們所能解決的問題之間又有很多關聯性，在解決問題的功能上又各自存在著優點和不足：GIS具有較強的空間查詢，分析和綜合處理能力，但獲取數據困難；RS能高效地獲取大面積的區域信息，但受光譜波段的限制，且數據定位及分類精度差；GPS能快速地給出目標的位置，對空間數據的精確定位具有特殊意義，但它本身通常無法給出目標點的地理屬性。因此，只有三者有機結合起形成一個多功能綜合的技術系統，才能發揮更大的作用（圖20-3）。在3S系統中，簡單地說，GIS相當中樞神經，RS相當感測器，GPS相當定位器，三者的共同作用將使地球能實時感受到自身的變化，使其在資源環境和區域管理等眾多領域中發揮巨大作用。RS，GIS和GPS三者的結合與集成已成為當今空間信息系統的發展方向，也是空間科學發展的必然趨勢。
圖20-3 3S技術系統
20.2.3.1 GIS與RS的結合
GIS和RS都是獨立發展起來的支撐現代地學的空間科學技術，其中GIS是管理與分析空間數據的有效工具，RS是空間數據採集和分類的有效工具，它們的研究對象都是空間實體，二者關系十分密切。
GIS和RS的結合主要表現在RS對GIS動態地提供和更新各種數據，而GIS作為空數據處理分析的技術工具，可大大提高RS空間數據的分析能力及分析精度。在實踐中，RS和GIS結合的主要形式是利用遙感圖像經過計算機圖像處理、信息提取、目視解譯等方式，編制各種專題圖，而後通過數字化儀等輸入設備將專題圖上所需信息輸入到地理信息系統中，或者遙感數據經圖像處理、分類和模式識別等方式提取有關信息直接進入地理信息系統資料庫。這種結合方式的實質是用遙感形成專題系列資料庫（包括遙感圖像庫）提供給地理信息系統。資料庫中各專題要素因來自同一信息源，保證了時相和圖幅位置配准，所以很適合在地理信息系統中進行多重信息的綜合與復合分析，從而派生出綜合性數據及圖件，最大限度地發揮有關數據的作用。例如，在流域綜合治理中，根據單要素的坡度圖、土壤類型圖、地貌類型圖及植被類型圖，通過地理信息系統中的有關模型分析可得到土地利用評價圖及土地利用規劃圖等。
20.2.3.2 RS與GPS的結合
GPS和RS都可看作為GIS的數據源的獲取系統，而且，GPS和RS既分別具有獨立的功能，又可以互相彌補其不足。
首先，GPS的精確定位功能解決了RS獲取目標信息定位困難的問題。在GPS問世以前，地面同步光譜測量、遙感的幾何校正和定位等都是通過地面控制點進行大地測量才能確定的，這不但費時費力，而且當無地面控制點時更無法實現，從而嚴重影響數據實時進入系統。GPS的快速定位為RS數據實時、快速進入GIS系統提供了可能。也就是說，藉助GPS可使RS迅速進入GIS分析系統，保證了RS數據及地面同步監測數據獲取的動態配准、動態地進入GIS資料庫。
其次，利用RS數據實現GPS定位遙感信息查詢。此外，利用GPS形成了一系列新技術，如GPS氣象遙感技術，利用GPS衛星和接收機之間無線電訊號在大氣電離層和對流層中的延遲時間，了解電離層中電子濃度和對流層中溫度濕度獲得大氣參數及其變化情況。因而目前建立和正在建立的全球許多GPS觀測網將是提供大氣參數的一個重要新數據源。對天氣預報尤其是短期天氣預報發揮巨大作用。
20.2.3.3 GPS與GIS的結合
GPS和GIS的結合，不僅能取長補短使各自的功能得到充分的發揮，而且還能產生許多更高級功能，從而使GPS和GIS的功能都邁上一個新台階。
通過GIS系統，可使GPS的定位信息在電子地圖上獲得實時的，准確的形象的反映及漫遊查詢。通常GPS接收機所接收信號無法輸入底圖。若從GPS接收機上獲取定位信息後，再要回到地形圖或專題圖上查找，核實周圍地理屬性，該工作十分繁雜，而且花費時間長，在技術手段上也是不合理的。如果把GPS的接收機同電子地圖相配合，利用實時差分定位技術，加上相應的通信手段組成各種電子導航和監控系統，可廣泛用於交通、公安偵破、車船自動駕駛、科學種田和海上捕魚等方面。
GPS為GIS及時採集、更新或修正數據，例如在外業調查中通過GPS定位得到的數據，輸入給電子地圖或資料庫，可對原有數據進行修正、核實、賦予專題圖屬性以生成專題圖。
D. 基於「3S」技術的土地利用規劃環境影響評價——以三峽庫區豐都縣生態敏感性分區為例
敖A鰁 劉秀華
（西南大學資源環境學院，重慶，400715）
摘要：本文在介紹「3S」技術在土地利用規劃應用的基礎上，以三峽庫區豐都縣為例，並通過豐都縣生態敏感性分區來進一步闡述「3S」技術在土地利用規劃環境影響評價的應用，為合理地進行土地利用規劃提供有益的參考。
關鍵詞：土地利用規劃；環境影響評價；「3S」技術；豐都縣
《中華人民共和國環境影響評價法》自2003年9月1日起施行，該法中第2章第7條規定「國務院有關部門、設區的市級以上地方人民政府及其有關部門，對其組織編制的土地利用的有關規劃，區域、流域、海域的建設、開發利用規劃，應當在規劃編制過程中組織進行環境影響評價，編寫該規劃有關環境影響的篇章或者說明」。該法規正式將規劃的環境影響評價確立為我國的一種環境影響評價制度。以往我國開展的環境影響評價多是圍繞建設項目進行的，土地利用規劃的環境影響評價研究在國內仍屬空白。當前我國正在啟動新一輪土地利用總體規劃的編制工作，這就要求我們必須開展土地利用規劃環境影響評價的研究，建立科學的環境影響評價體系與方法。
「3 S」技術指地理信息系統（Geographical Information Systems，GIS）、遙感（RemoteSensing，RS）和全球定位系統（Global Positioning System，GPS）一體化技術。20 世紀90年代以來，「3 S」技術發展迅速並得到廣泛應用。「3 S」技術是實現土地利用規劃工作信息化，土地利用規劃管理工作的現代化的主要手段。然而，由於技術和人才等方面的原因，過去在規劃編制過程中，僅在圖件編制等方面採用「3S」的部分技術，離國土資源信息化工作要求差得很遠，因此，規劃工作完成後又開始建立土地利用規劃管理信息系統。本文旨在思考新一輪土地利用規劃工作開展時應充分利用「3S」技術，提高土地利用規劃的信息化水平，充分適應新形勢對土地利用規劃的需求。
1 區域概況
豐都縣地處三峽庫區腹心地帶和重慶直轄市版圖中心。縣境內地貌為一系列褶皺山系構成，長江橫貫中部。全縣面積2904.07 km2，其中丘陵占 31.7%，低山占 39.4%，中山佔28.9%。氣候隸屬於中亞熱帶濕潤季風氣候，常年氣候溫和，雨量充沛，四季分明，熱量豐富，立體氣候明顯，年均氣溫 18.5℃，年均降水量為 1123.4mm，無霜期為318天，日照時數1311.8 h。豐都縣位於長江三峽旅遊熱線上，旅遊發展為先導的經濟戰略的實施，使全縣社會經濟得以快速發展，城鄉居民生活水平顯著提高。隨著三峽工程的完工，豐都縣的自然生態環境和經濟社會地位都將發生重大的變化。由於特定的地質構造和縣境內的公路建設、中小型水利工程、移民城鎮建設、採石采礦等人類工程活動，使區內地質環境受到不同程度的改造和破壞，地質環境條件日益惡化，土地利用發生較大的變化。同時成庫後，水體自凈能力將大大減弱，易造成泥沙淤積和水體污染，對庫區廣大人民生命財產帶來不利的影響。豐都縣地處三峽庫區腹心地帶，長江流經境內47km，其環境狀況直接關繫到三峽工程長治久安和整個庫區人民的生命財產安全。
2 基於 「3S」 技術的土地利用規劃環境影響評價分析
本輪土地利用規劃環境影響評價的主要任務是：①調查區域生態環境問題，分析資源供給狀況和環境容量。調查區域的主要生態環境問題，特別是土地生態環境問題，分析重要生態環境問題的嚴重程度、分布、范圍和危害；調查區域主要限制資源的供給狀況；調查區域環境容量。②分析區域土地利用與生態環境關系。分析區域土地利用規模、結構與布局、基礎設施建設、土地開發整理、生態建設工程等土地利用活動對生態環境的影響。③提出有利於區域環境保護和生態建設的土地利用調控指標和空間管制措施。根據區域生態環境、土地利用等條件和特點，提出環境友好型土地利用模式；從環境保護和生態改善的角度出發，提出合理布局；根據區域生態環境問題及自然、經濟、社會條件，提出合理地生態建設原則、標准、目標、用地安排和政策保障建議。基於此，在進行此輪土地利用規劃環評時，考慮使用生態敏感性分區來合理地規劃土地利用空間布局，以期為保護生態環境提供有益的參考。而這一部分的細化主要是通過「3S」技術來實現的，主要包括遙感技術，即多光譜衛星遙感數據、雷達遙感數據、航測遙感數據，全球定位系統與野外實地觀測，以及地理信息系統，從而客觀、准確地提供土地類型、土地利用、地貌類型、植被覆蓋、城鎮分布等數據，對規劃范圍進行生態分區。
2.1 基於 「3S」 的土地利用規劃
土地利用規劃是一種空間規劃，藉助「3S」技術不僅能夠進行基本的數據處理工作，而且還能在空間分析模型的支持下，建立土地適宜性評價空間數據模型，輔助編制土地時空最優利用方案。
2.1.1 土地利用總體規劃空間分析模型
（1）基於GIS 的土地適宜性評價 土地適宜性評價是評定土地在一定的經營管理水平下對確定利用類型適宜狀況的過程。通過評價土地單元對不同利用類型的適宜程度，可以明確土地對每一種利用類型的適宜程度及適宜程度的數量、質量和結構特徵，揭示出影響確定利用類型的限制性因子及其限製程度，從而為土地利用總體規劃提供依據。傳統的土地適宜性評價是評價者根據收集到的有關數據，利用自己的經驗，依據一定的原則進行定性評價，因此，評價結果帶有很大的主觀性，且評價成果圖件均需手工繪制，相關的面積計算、統計分析等工作也費時、費力又容易出現誤差，利用GIS技術進行土地適宜性評價可以克服上述問題。藉助GIS技術，依據一定的數學模型，充分利用已有的數據資源，對土地適宜性進行單因素評價和多因素綜合評價，實現評價區土地適宜性的分等定級。它具有相關的統計、分析、規劃和管理功能，集數據管理、土地評價、辦公自動化於一體，有力地促進了土地適宜性工作的規范化、系統化和現代化。
（2）空間預測模型 土地利用規劃具有戰略性，需要較准確地預測一段時間內的土地供需狀況。科學的預測模型和方法是進行成功預測的前提。傳統預測多選用經濟數學模型，如回歸、平滑、曲線擬合、灰色預測四大類近20 種。這些模型以行政單元為基本單位，把空間實體看成點狀，計算結果與實際情況有所偏離。
（3）基於 GIS 的土地空間配置模型 利用 GIS 的空間分析功能，可以幫助在空間上最大效益地利用土地資源。有如下准則可以用來指導土地利用規劃的土地配置：①在滿足城市發展的同時，能兼顧到保護優質的農業用地；②城市發展用地的選擇要有合理性，要先開發最具有發展適宜性的土地；③要妥善地解決各種不同用地類型之間的矛盾；④土地開發要有規劃，要防止出現零亂的空間布局。上面的最大空間效益准則就是為了要節省土地資源，首先通過土地資源的評價來獲得研究地區的農業適宜性以及城市發展適宜性的空間分布情況。土地適宜性的計算考慮了土壤、地形、交通和土地利用等要素，如果不考慮其他制約因素，土地利用方式應該與土地適宜性是一致的。在土地規劃中，最常碰到的難題就是如何解決城市用地與農業用地的沖突，適合於城市開發的土地往往也是最適合於農業生產。根據土地的適宜性，可以利用GIS來合理地解決城市發展與農田保護的矛盾，這是一個多目標空間決策問題，解決這個問題可採用Eastman 等提出的一種線性分割的方法。
2.1.2 基於 GIS 制定規劃方案
GIS 支持下的土地規劃方案編制具有模型化、定量化、多元化、動態化等特點，編制出來的規劃方案更科學。規劃方案的確定總是涉及到不同方案的模擬、評價與比較。GIS 可以根據已有信息、規劃模型、上輪規劃情況等自動生成不同參數條件下的規劃方案，採用圖形、表格等形式將不同的方案表現出來，並可模擬執行不同方案的結果。值得提出的是，土地利用規劃涉及到每個公民的切身利益，也關繫到社會可持續發展大計，公眾參與對規劃方案的科學性和最終方案的實施都十分重要，有鑒於此，規劃方案通過Web GIS、電子地圖、虛擬地理環境等可視化手段表達，讓不同用戶群深入了解方案，提出修改建議。土地利用規劃專家和管理、決策部門可以在GIS等技術支持下進行協同規劃。在協同規劃環境下，不僅規劃方案可視化，而且提供研討環境，設置修編規劃方案的操作工具。
2.1.3 編制規劃圖件
按國家有關規程，土地利用總體規劃主要圖件成果的基本圖件有土地利用現狀圖、土地利用規劃圖、基本農田保護圖和城市用地規模圖。GIS 具有強大的制圖能力，可按照規劃方案，輸出所需要的圖件。由於GIS的制圖功能在圖形符號、顏色分配等方面與土地利用規劃圖的要求不適應，因此必須按照土地利用規劃圖的有關規程對GIS的制圖模塊進行完善，或將相應的制圖軟體與GIS資料庫相連接，從GIS中獲取有關的信息進行制圖，輸出要求的各種規劃圖件。GIS 和RS 結合可以編制可視化程度更高的圖件，遙感數據比地圖數據具有更強的現勢性和可視性，把遙感數據作為土地利用規劃圖的背景數據更容易讓一般使用圖件成果的用戶理解規劃成果。基於「3S」的土地利用規劃還有許多中間成果，這些成果多數以圖形形式表達，盡管規程把這些作為必要的成果，但是，它們是土地利用規劃重要的資源和依據。GIS 也提供製這些圖的工具和符號庫，可以方便地編制這些成果。
2.2 生態敏感性分區實例
為保證自然資源的永續利用、協調開發與保護的矛盾，基於「3S」技術，根據景觀價值、飲用水保護、坡度和用地使用狀況等四項因子（見表1），經單因素圖層加權疊加、聚類、數據處理，把豐都縣的土地分為最敏感區、敏感區、低敏感區和不敏感區4個類型（圖1）。
表1 豐都縣用地生態敏感性分析
圖1 豐都縣生態敏感性分區
2.2.1 最敏感區
一般為河流及其影響區和坡度大於 20%、生態價值高的成片林地，主要分布在方斗山東南一帶，高家鎮、興義鎮地區。該區域對城市開發建設極為敏感，一旦出現破壞性干擾，不僅會影響該區域，而且還會給整個區域生態系統帶來嚴重的後果，屬於自然生態系統重點區域。
2.2.2 敏感區
一般為平緩區域上的林地等，對人類活動敏感性較高，生態恢復難、對維持最敏感區的良好功能及氣候環境等方面起到重要的作用，開發時要慎重。它主要分布在長江以南的中山區域和長江以北的十直鎮以及丘陵低山地區的高產田如社壇鎮、保合鄉等長江西北各鎮。
2.2.3 低敏感區
一般為有荒山灌草林等經濟作物分布的區域，能承受一定的人類干擾，但嚴重干擾會產生水土流失及相關自然災害，生態恢復慢；低敏感區分布在許多鄉鎮，但不合理開發很容易向敏感區過渡。
2.2.4 不敏感區
主要是旱地荒廢農田等，能承受一定強度的開發建設，土地可作多種用途開發，主要分布在長江東北以及城區附近。
3 結語
一段時間以來，落後的土地信息技術手段一直是制約我國土地利用規劃環境影響評價發展的重要因素，特別是缺少實時動態信息，不能適時進行土地利用信息變更和規劃方案調整。「3S」技術是土地利用規劃環境影響評價的理想技術支撐手段，並能有效地進行土地利用規劃分析。
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E. 3S 技術的應用
森林是陸地上最大的生態系統，由於森林形成周期的長期性、資源與環境的動態性、森林成熟的不確定性、林區分布的廣域性和空間結構復雜性，人們對其作用和功能的認識必須藉助於一系列的森林信息。空間技術、計算機技術、信息技術、電子儀器技術的發展，使得森林監測儀器、技術及方法體系發生了革命性的變化。目前以遙感(航天遙感、航空遙感、地面近景攝影)、以全站儀、電子經緯儀、電子羅盤儀，配備電子測徑儀、電子年輪儀等為地面量測技術代表，實現從宏觀到中觀、微觀，從森林到小班、單木，從手工到自動化、集成化的現代森林監測技術體系，通過GIS管理與分析，從而使人類詳細地認識森林資源及其生態環境(馮仲科，2002)。
(一)遙感(RS)
在森林景觀研究中，遙感技術提供了從局部具體的林分生態研究跨越到景觀層次計劃和經營的橋梁(QuattrochiandPelletier，1991)。遙感具有快速、實時、大面積同步獲得信息的特點，是獲得豐富地面信息最方便、快捷的技術，因而它成為景觀信息的載體。將遙感等計算機與空間技術運用到景觀生態的研究中，為地物相關數據的快速獲取與實時更新提供了有效的手段，通過對遙感影像的景觀分類制圖和比較，可以研究景觀空間格局特徵，這已經成為景觀生態學中比較有效的實用工具(梅安新等，2001;劉建國，2000;張永生，2000)。
本研究主要利用美國宇航局第五號陸地衛星2000年所掃描的TM2、TM3，TM4圖像，所採用的預處理主要有彩色合成、波段比值、主成分分析、纓帽變換和條紋消除等操作。在判讀之前，對不同時期的遙感影像和林相圖在空間上進行配准，對遙感數據進行了幾何校正。
幾何畸變是指圖像上的地物幾何位置、形狀、尺寸、方位等特徵與地面真實形態產生差異，這種差異是影像平移、縮放、旋轉、偏扭、彎曲等綜合作用的結果。發生畸變的遙感影像對影像位置配准、定量分析及信息提取產生嚴重的影響，應盡量予以消除，消除影像畸變的過程稱為幾何糾正。幾何畸變的成因復雜，受多種內外因素影響，主要有遙感平台位置及其運動狀態的變化、地形起伏、地球表面曲率、大氣折射以及地球自轉等(王橋，2006;黨安榮，2002)。
在實踐中一般選用多項式校正法。該方法的基本思想是不考慮成像空間的幾何過程，直接對影像變形的本身進行數學模擬，將遙感影像的總體變形看成是平移、縮放、旋轉、仿射、偏扭、彎曲等綜合作用的結果。在應用中，多選擇三次多項式進行糾正，其轉換模式為:
森林景觀格局與生態規劃研究:以長白山地區白河林業局為例
合理選取控制點(GCP)是達到高精度幾何校正的另一關鍵，應選取地物明顯的點作為控制點，如橋頭、公路交叉點、河流分叉處等，並盡可能滿幅均勻分布，控制點的最小個數(n+1)×(n+2)/2，n為多項式次數，但實際應用中控制點(GCP)的數量應遠遠多於最低數，以提高影像校正精度。
圖像的重采樣是幾何精糾正的一個重要步驟。影像重采樣常用方法有最鄰近像元(Nearest Interpolate)、雙線性內插法(Bilinear Interpolate)和三次卷積法(Cubic convolu-tion)。
在1∶5萬地形圖上選取地面控制點(20個)，利用地理信息系統軟體Arc/Info找出各控制點的高斯-克呂格投影坐標，然後運用遙感圖像處理軟體ERDAS8.6對2000年的影像數據進行幾何校正(誤差小於0.5個像元)，使它們具有統一的投影坐標和像元大小，便於以後進行空間分析。再結合地形圖、土壤圖和林相圖等輔助數據，進行實地調查校驗，以保證對遙感圖像具有較高的判讀精度和解譯。
為了對遙感影像數據進行監督分類，首先對研究區進行了詳細的地面調查，選取853個復位樣地，詳細記錄了30個指標，利用統計軟體和吉林省森林資源資料庫代碼表，並借鑒前人研究成果的基礎上，建立了景觀分類系統。其次，採用最大似然法對2000年的遙感影像進行計算機監督分類。第三，採用3×3過濾器對「噪音」進行了消除;第四，為了滿足空間分析的需要，對分類結果圖進行了矢量化，並將其轉換為Arc/Info格式;第五，由於計算機監督分類形成的景觀類型圖的正確率平均只有75%左右，有許多斑塊的分類結果是錯誤的，為此，我們把遙感影像圖(4、3、2波段合成的假彩色影像圖)作背景，在ArcView3.2的支持下，進行人機交互解譯，對錯誤的分類斑塊進行糾正;最後，將結果圖件轉換成Arc/Info格式，並將保護區范圍切割下來，供空間分析使用。見圖2-4。
圖2-42000年白河林業局遙感影像圖
(二)地理信息系統(GIS)
地理信息系統(GIS)是一項以計算機為基礎的新興技術，圍繞著這項技術的研究、開發和應用形成了一門交叉性、邊緣性的學科，是管理和研究空間數據的技術系統，在計算機軟硬體支持下，它可以對空間數據按地理坐標或空間位置進行各種處理、對數據的有效管理、研究各種空間實體及相互關系。通過對多因素的綜合分析，它可以迅速地獲取滿足應用需要的信息，提供決策支持、動態模擬、統計分析、預測預報等服務，並能以地圖、圖形或數據的形式表示處理的結果。GIS的空間分析功能主要有:數字地形分析、空間統計分析、空間疊置分析、緩沖區分析、空間擴展分析、網路分析和三維分析等方法(陳俊等，1998;李琦等，2004;湯國安等，2002)。
本研究應用GIS軟體與景觀生態學原理，以白河林業局有林地為景觀基質應用豐富度、多樣性、優勢度和破碎度指標，進行景觀空間格局及其變化分析，通過建立數字高程模型，分析景觀格局與地形因子的關系，通過建立景觀動態模型，進行動態模擬，為森林經營管理提供理論依據，為景觀規劃提供方法。
(三)全球定位系統(GPS)
GPS主要用於定位，獲取地理坐標，獲取森林樣地的空間數據(表2-4)。
表2-4 GPS獲取的樣地空間坐標
F. 什麼是3s技術
3S技術是遙感、地理信息系統的統稱。因這三個概念的相應英文中都分別含一個S而得名。
一、遙感
遙感，顧名思義，就是遙遠地感知。傳說中的「千里眼」、「順風耳」就具有這樣的能力。人類通過大量的實踐，發現地球上每一個物體都在不停地吸收、發射和反射信息和能量，其中有一種人類已經認識到的形式-電磁波，並且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。
由於遙感在地表資源環境監測、農作物估產、災害監測、全球變化等等許多方面具有顯而易見的優勢，它正處於飛速發展中。更理想的平台、更先進的感測器和影像處理技術正在不斷地發展，以促進遙感在更廣泛的領域里發揮更大的作用。當你旅遊或野外考察時，為了不迷失方向，你可能會自備一個指南針或羅盤幫助你定位，確定行走路線，並在地圖上作標記，而達到定位的目標。不過用這種方法定位時，要求你具備一定的技術，特別是判別周圍目標相對位置的能力。那麼，能否發現一種簡單的儀器，直接告訴我們所處的准確位置呢?有，那就是全球定位系統。
地理信息系統
二、地理信息系統
是利用現代計算機圖形技術和資料庫技術，用以輸入、存儲、編輯、分析、顯示空間信息及其屬性信息的地理資料系統。在地理信息系統中儲存和處理的數據可以分成兩大類：第一類是反映事物地理空間位置的信息，稱空間信息或空間數據(也稱地圖數據，圖形數據);第二類是與地理位置有關的反映事物其它特徵的信息，稱屬性信息或屬性數據(也可稱為文字數據，非圖形數據)。通過系統對這兩類信息的特有管理方式，在它們之間建立雙向對應關系
空間分析是為了解決 地理空間問題而進行的數據分析與 數據挖掘，是從GIS目標之間的 空間關系中獲取派生的信息和新的知識，是從一個或多個空間數據圖層中獲取信息的過程。空間分析是GIS的核心和靈魂，是GIS區別於一般的信息系統、CAD或者電子地圖系統的主要標志之一。
當前空間分析研究主要有3個主要專業研究： 地理學、測繪學和建築學。
空間分析的基本方法有：空間信息量算、空間信息分類、緩沖區分析、疊加分析、網路分析、空間統計分析。最常用的就是緩沖區分析，空間查詢，路徑分析。具體怎麼用，建議看看Arcgis的教程，或者推薦你去華夏論壇學習
H. 什麼是3S技術
3S技術 是遙感（RS）、地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）的統稱，因這三個概念的相應英文中都分別含一個S而得名，它是將遙感技術、地理信息系統技術和全球定位系統技術進行綜合集成的一種技術。簡單說，在3S技術中，RS負責採集信息，GPS負責各類信息的空間定位，GIS則對各類信息進行分析處理，構成完整的地理信息管理系統。
3S技術是目前對地觀測系統中空間信息獲取、存儲、管理、更新、分析和應用的三大技術支撐體系，它們都各自有著獨立、平行的發展和成就。但是，隨著應用的發展，單獨運用其中某一種技術往往難以滿足綜合性工程應用對信息採集、處理、分析等的要求。所以，3S技術的研究和應用向集成（或一體化）方向發展。在3S集成系統中，GPS主要用於實時、快速提供目標、各類感測器和運載平台（車、船、飛機、衛星等）的空間位置，RS用於實時或准實時提供目標及其環境的語義或非語義信息，發現地球表面上的各種變化，及時地對GIS數據進行更新；GIS則對多種來源的時空數據進行綜合處理、集成管理和動態存取，作為新的集成系統的基本平台，並為智能化數據採集提供地學知識。
I. 一 、「3S」技術概述
「3S」技術即指遙感技術 ( RS )、地理信息系統技術 ( GIS ) 和全球定位系統技術 ( GPS ) 的集成，是目前對地觀測系統中空間信息獲取、存貯、管理、更新、分析和應用的三大支撐技術。RS 用於實時地或准時地提供目標及其環境的語義或非語義信息，發現地球表面的各種變化，及時地對 GIS 進行資料庫更新；GIS 則是對多種來源的時空數據採集提供地學知識；GPS主要用於實時、快速地提供目標，包括各類感測器和地面目標的空間位置。
「3S」技術問世以來，由於其快速高效的數據獲取、強大的空間數據處理分析、直觀生動的地圖數據表達顯示能力，在空間信息採集、處理、應用中的優勢很快顯現出來，推動了相關技術迅猛發展，並被廣泛地應用於國土、水利、交通、農業、林業、軍事等領域。從 20 世紀 90年代開始，特別是隨著國土資源大調查項目的實施，「3S」技術已全面地應用到土地資源調查評價領域，如利用 GPS 進行土地資源外業測量，通過 RS 進行土地利用動態變化監測，利用 GIS建立土地資源空間資料庫並進行土地資源利用變化的空間分析與制圖等，為土地資源現狀調查、變化監測、宏觀調控等提供了有力的技術支撐。