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摘 要：文章总结了以GIS，RS，GPS为主的现代测绘科技发展现状、技术特点，进一步讨论了“3S”技术在水质动态监测、精确农业、矿山可持续发展、油气田生产与管理中的应用。
关键词：3S；水污染；动态监测；精确农业；矿山可持续发展；油气田
由空间技术和其他相关技术（计算机、信息、通讯等技术）发展起来的3S（GPS、RS、GIS）技术在测绘学中的不断出现和应用，使测绘学从理论到手段都发生了根本的变化。随着数字地球构想的实施，测绘学面临一个历史性的发展新机遇，现代测绘学将以地球空间信息学的新面目立足于地球科学分支学科之林，以更强的活力向前发展［1］。
1、现代测绘科技的发展现状、技术特点
1.1现代测绘科技的现状
现代测绘科技的核心技术是空间技术，包括GPS、卫星遥感和航测，测绘的范围扩展到整个近地空间，例如近地空间航天器的导航定位，近地空间重力场测定，大气层甚至电离层的信息；其支撑技术是信息技术，包括电磁波信息和影像信息的处理技术、通讯、计算机网络技术等，这在理论和技术体系上都比传统的测绘学有了很大的发展和更新。
（1）遥感与摄影测量技术成为获取信息的主要方式之一。可以说遥感代表了摄影测量的发展方向。尤其遥感中的合成孔径雷达（SAR）、具有所谓的利用微波干涉的INSAR或更进一步具有差分算法的INSAR、称之为D-INSAR，可用以精确地求一片地区的面高差，这一点，为GPS所不及。这将成为大地测量发展的范畴，称之为影像大地测量学（Im a-Geodesy）［1、2］］。现代测量科技的发展，也是当前学科综合交叉发展的体现。
（2）地理信息系统日益成为多行业管理的基础平台。GIS技术的应用非常广泛，如气象预测、灾害预报、城市规划、土地利用管理、环境评价与管理、水土保持、生态研究、人口统计研究等。
（3）GPS与大地测量。大地测量的发展前沿是空间大地测量。空间大地测量中主要包括甚长基线干涉仪（VLBI）、人卫激光测距（SLR）、全球定位系统（GPS）等，其中最主要的还是GPS。它可应用于测量的所有方面，精度根据需要安排，而且，还很有发展改进的余地。所以，可以说GPS技术可以代表大地测量最重要一部分的发展。
（4）如今光缆通讯、卫星通讯、数字化多媒体网络技术可使测绘产品从单一纸介质信息转变为磁盘和光盘等电子信息，产品分发可从单一邮路转到“电路”（数字通讯和计算机网络传真），测绘产品的形式和服务社会的方式由于信息技术的支持发生了很大变化，实现了向信息化的发展。
1.2现代测绘科技的技术特点
（1）测绘工作在社会发展中的重要性正在逐步提高。
（2）测绘工作的业务范围日益扩大。
（3）现代测绘的速度更快、更及时。而当代的测绘事业将以建立空间数据基础设施（SDI）为主。为了加速成图的周期，除在科技方面改进测图的方法外，提出4D产品的模式：即DEM（数字高程模型）、DOM（数字正射影像）、DRG（数字栅格图形）和DLG（数字线划矢量图形，分为交通、水系、境界等若干层），其中以DLG为4D中最重要的一种。这种4D相辅相成，可以根据使用者具体的需要，采用不同模式的一种或叠合其中的一二种。
（4）测绘行业更加产业化、商业化。测绘事业中的商品化是指其地理信息产品和技术服务。由于现代化的地理信息产品和技术服务在经济与社会可持续发展中的重要作用越来越明显，许多相关领域都看好这一新兴的产业，纷纷跻身于竞争行列。为了在商业竞争的行列中取得胜利，测绘工作者还必须学会多做一些为用户服务的工作。
2、3S技术在水质动态监测中的应用
目前，GPS、RS与GIS技术在水环境中的应用越来越广。尤其近年来，随着遥感器几何与光谱分辨率的提高，使利用遥感技术进行水质研究和水污染研究宏观监测成为可能。
2.1利用GPS实现动态水质数据采集
在水质动态监测中，GPS主要用在实际研究区域动态获取实测水质的地理位置，进而和遥感数据建立对应关系，为水质监测的遥感模型的建立提供可靠的依据。
2.2利用遥感数据建立水质监测模型
遥感的主要目的在于识别地物，其识别地物的机理在于不同地物具有不同的光谱特征。地物之间光谱特征差异越大，越容易为遥感器所识别。对于水体而言，最常用、最敏感的波段为可见光波段和近红外波段［3、4］。清洁水体、自然水体和污染水体在可见光、近红外波段的光谱特性将直接影响到其遥感灵敏度。污染水体与清洁水组成之间的差别不仅反映在光谱上，也反映在遥感图像上。
2.3利用GIS技术建立水质动态监测系统
GIS作为信息处理和系统服务的用户界面，为用户提了系统各种功能实现接口。为了实现系统的目标，系统应采用多媒体计算机技术、网络技术、专家系统技术等，以增强系统的功能。在此项研究中，可以通过对最新遥感数据的处理，结合对区域或流域水污染的变化趋势和对污染源的研究，利用GIS系统建立区域或流域污染预警系统，为污染的宏观监测研究以及水资源保护的决策提供新的信息。
3、现代测绘技术与精确农业
精确农业中，利用GPS技术对采集的农田信息进行空间定位；利用RS技术获取农田小区内作物生长环境、生长状况和空间变异的大量时空变化信息，即“征兆图”；利用GIS技术建立农田土地管理、自然条件土壤、地形、地貌、水分条件等、作物产量的空间分布等的空间数据库；对作物苗情、墒情的发生发展趋势进行分析模拟，为分析农田内自然条件、资源有效利用状况、作物产量的时空差异性和实施调控提供处方信息，即“诊断图”。在获取上述信息的基础上，利用作物生产管理辅助决策支持系统对生产过程进行调控，合理地进行施肥、灌溉、施药、除草等耕作措施，即“实施计划”以达到对田区内资源潜力的均衡利用和获取尽可能高的产量［4-9］。
4、现代测绘技术及其在矿业中的应用
4.1现代测绘技术在采矿生产中的应用
RS技术在矿山测量中的应用。航空遥感资料可作为进行矿区地形图测绘的资料源。航天遥感在矿山测量中应用的关键理论与技术也在处于深入研究之中。应用遥感资料，可获取矿区实时、动态、综合的信息源。遥感资料用于找矿、矿区地质条件研究、煤层顶底板研究等方面都已得到应用。
GPS技术在矿区的应用，如利用GPS技术对矿区地表移动进行监测，利用GPS技术对水文观测孔高程进行监，GPS技术用于矿区控制网建立或复测、改造，用于矿区地面各项测量工作的开展。随着GPS接收机性能价格比不断上升，其应用于矿山测量工作的地面部分已成为现代矿山测量的一项重要支撑技术。
GIS在矿区应用为矿区地理信息系统，或称为矿区资源环境信息系统（MRIES），已成为矿山测量的重要发展方向。以矿区资源环境信息系统为平台，以各种测量技术为数据获取的途径，可以建立集数据采集、处理、管理、分析、输出于一体的自动化、智能化的技术系统，作为矿山可持续发展的决策支持系统。
4.2现代测绘技术在矿山环境保护中应用
（1）矿区环境监测、评价中应用现代空间信息技术。现代空间信息技术在矿山资源开发、环境保护与整治、灾害监测及防灾等方面应用，优越性明显。在数据快速获取、运算，高精度目标定位，空间瞬时模拟，区域发展规划决策等领域起关键作用。
（2）矿山环境演变模拟与预测中应用地理信息系统。地理信息系统是进行矿山环境演变模拟和预测的有力工具，可将矿山环境演变的动态过程进行数值模拟，进而根据资料分析对未来一段时间内的矿山环境演变状况进行预测。
（3）矿山开采沉陷监测及机理的研究。对于地表沉陷，可利用测绘技术实现开采沉陷及地表移动的监测，及时地采集有关地表沉陷的信息，通过处理后以图形、数据等形式提供原始资料，从而进行开采沉陷研究，找出其中的规律，以便更好地服务于生产。特别是“3S”技术集成后，能实现各种条件下的实时监测。
（4）矿山生态环境重建与土地复垦理论与技术。在矿山，针对由于矿山资源的开采引起的矿区地表的破坏、环境的污染进而引起的生态环境破坏，大批良田被毁而进行的矿区土地复垦与生态重建的研究，也取得了积极的效果［10-11］。
4.3现代测绘技术与数字矿山的关系
现代测绘技术在数字矿山建设中具有重要作用。测绘的成果——矿山数据本身就是数字矿山信息的重要组成部分，可供用户访问、获取、收集和应用。数字矿山建设离不开现代测绘技术，同时，数字矿山战略也恰到好处地为现代测绘技术实现跨越式发展提供了不可多得的良好契机，使测绘技术得到升华［12-13］。
5、现代测绘技术在油气田中的应用
GIS，RS，GPS三者具有优势互补性，在3S体系中各自充当着不同的角色，现代测绘技术在石油行业得到了日益广泛的应用。RS是信息采集的主力；GPS对遥感图像及从中提取的信息进行定位，赋予坐标，使其能和“电子地图”进行套合；GIS是信息的“大管家”。将三者有机的组合，就可以实现一个动态的、可视的、不断更新的、通过计算机网络能够传输的3维立体与不同地域和层次都可以使用的空间信息系统［16］。包括RS和GIS在油气田防洪防汛减灾系统中的应用、数字管道、数字沙盘、数字油田［17］。
6、结语
实用化将是今后一段时间内3S技术应用的主要目标和趋势。综上所述，测绘科技发展将从单一学科走向多学科的相互渗透与融合，从静态数据获取、处理、分发走向动态数据获取、处理与分发，从多项技术的集成走向多源空间信息系统的集成，从数字化走向信息化、智能化、网络化。国家空间数据基础设施建设将是未来全球各国在空间数据领域的主要发展方向。作为“数字中国”、“数字省区”、“数字城市”地理空间基础框架，国家和省、市级基础地理信息系统建设所涉及到的空间数据动态快速获取与更新、智能化处理与一体化管理、网络化分发服务与共享等技术问题将是测绘科技的研究重点。
参考文献：
［1］王之卓.当代测绘学科的发展［J］.测绘学报，1998，27（4）：283-286.
［2］徐冠华，田国良，王超等.遥感信息科学的进展和展望［J］.地理学报，1996，5（5）：385-397.
［3］王云鹏，闵育顺，傅家，等.水体污染的遥感方法及在珠江广州河段水污染监测中的应用［J］.遥感学报，2001，5（6）：460-466.
［4］王长耀，牛铮，唐华俊，等对地观测技术与精确农业［M］.北京：科学出版社，2001.
［5］刘昌明，精确农业研究［M］，北京：气象出版社，1999.
［6］邝朴生.精细农业基础，北京：中国农业大学出版社，1999.
［7］田魁祥，刘金铜，王容信息农业研究［M］，北京气象出版社，1998.
［8］加拿大钾磷研究所北京办事处精确农业译文集［R］，北京：1999.
［9］汪慰华，精细农业发展与工程技术创新，农业工程学报，1999，15（1）：1-8.
［10］王瑞海.矿山可持续发展中的测绘技术保障［J］.邯郸职业技术学院学报，2002，（2）：59-60.
［11］周立.面向21世纪矿山测量与矿业可持续发展［J］.矿山测量，1998，（4）：17-18.
［12］吴立新，殷作如，邓智毅，等.论21世纪的矿山—数字矿山［J］.煤炭学报，2000，（4）：337-341.
［13］吴立新，殷作如，钟亚平.再论数字矿山：特征、框架与关键技术［J］.煤炭学报，2003，（1）：2-6.
［14］刘学锋，何幼斌，孟令奎等.地理信息系统应用于油气勘探开发的历史、现状与发展趋势［J］.古地理学报，2004，6（1）：122-123.
［15］卜繁志.综合GIS、RS、GPS技术的油田地面建设信息系统研究［J］.油气田地面工程，2002，3：92.
［16］韩江龙，王者云，张燕等.信息技术在油田地面工程地理信息系统建设中的应用研究［J］.石油工程建设，2005，5：102-103.
［17］毛峰，艾丽双，何生厚等.基于GIS技术的“数字油田”建设与应用［J］.地理信息世界，2004，02（01）：36-37.
关键词：3S；水污染；动态监测；精确农业；矿山可持续发展；油气田
由空间技术和其他相关技术（计算机、信息、通讯等技术）发展起来的3S（GPS、RS、GIS）技术在测绘学中的不断出现和应用，使测绘学从理论到手段都发生了根本的变化。随着数字地球构想的实施，测绘学面临一个历史性的发展新机遇，现代测绘学将以地球空间信息学的新面目立足于地球科学分支学科之林，以更强的活力向前发展［1］。
1、现代测绘科技的发展现状、技术特点
1.1现代测绘科技的现状
现代测绘科技的核心技术是空间技术，包括GPS、卫星遥感和航测，测绘的范围扩展到整个近地空间，例如近地空间航天器的导航定位，近地空间重力场测定，大气层甚至电离层的信息；其支撑技术是信息技术，包括电磁波信息和影像信息的处理技术、通讯、计算机网络技术等，这在理论和技术体系上都比传统的测绘学有了很大的发展和更新。
（1）遥感与摄影测量技术成为获取信息的主要方式之一。可以说遥感代表了摄影测量的发展方向。尤其遥感中的合成孔径雷达（SAR）、具有所谓的利用微波干涉的INSAR或更进一步具有差分算法的INSAR、称之为D-INSAR，可用以精确地求一片地区的面高差，这一点，为GPS所不及。这将成为大地测量发展的范畴，称之为影像大地测量学（Im a-Geodesy）［1、2］］。现代测量科技的发展，也是当前学科综合交叉发展的体现。
（2）地理信息系统日益成为多行业管理的基础平台。GIS技术的应用非常广泛，如气象预测、灾害预报、城市规划、土地利用管理、环境评价与管理、水土保持、生态研究、人口统计研究等。
（3）GPS与大地测量。大地测量的发展前沿是空间大地测量。空间大地测量中主要包括甚长基线干涉仪（VLBI）、人卫激光测距（SLR）、全球定位系统（GPS）等，其中最主要的还是GPS。它可应用于测量的所有方面，精度根据需要安排，而且，还很有发展改进的余地。所以，可以说GPS技术可以代表大地测量最重要一部分的发展。
（4）如今光缆通讯、卫星通讯、数字化多媒体网络技术可使测绘产品从单一纸介质信息转变为磁盘和光盘等电子信息，产品分发可从单一邮路转到“电路”（数字通讯和计算机网络传真），测绘产品的形式和服务社会的方式由于信息技术的支持发生了很大变化，实现了向信息化的发展。
1.2现代测绘科技的技术特点
（1）测绘工作在社会发展中的重要性正在逐步提高。
（2）测绘工作的业务范围日益扩大。
（3）现代测绘的速度更快、更及时。而当代的测绘事业将以建立空间数据基础设施（SDI）为主。为了加速成图的周期，除在科技方面改进测图的方法外，提出4D产品的模式：即DEM（数字高程模型）、DOM（数字正射影像）、DRG（数字栅格图形）和DLG（数字线划矢量图形，分为交通、水系、境界等若干层），其中以DLG为4D中最重要的一种。这种4D相辅相成，可以根据使用者具体的需要，采用不同模式的一种或叠合其中的一二种。
（4）测绘行业更加产业化、商业化。测绘事业中的商品化是指其地理信息产品和技术服务。由于现代化的地理信息产品和技术服务在经济与社会可持续发展中的重要作用越来越明显，许多相关领域都看好这一新兴的产业，纷纷跻身于竞争行列。为了在商业竞争的行列中取得胜利，测绘工作者还必须学会多做一些为用户服务的工作。
2、3S技术在水质动态监测中的应用
目前，GPS、RS与GIS技术在水环境中的应用越来越广。尤其近年来，随着遥感器几何与光谱分辨率的提高，使利用遥感技术进行水质研究和水污染研究宏观监测成为可能。
2.1利用GPS实现动态水质数据采集
在水质动态监测中，GPS主要用在实际研究区域动态获取实测水质的地理位置，进而和遥感数据建立对应关系，为水质监测的遥感模型的建立提供可靠的依据。
2.2利用遥感数据建立水质监测模型
遥感的主要目的在于识别地物，其识别地物的机理在于不同地物具有不同的光谱特征。地物之间光谱特征差异越大，越容易为遥感器所识别。对于水体而言，最常用、最敏感的波段为可见光波段和近红外波段［3、4］。清洁水体、自然水体和污染水体在可见光、近红外波段的光谱特性将直接影响到其遥感灵敏度。污染水体与清洁水组成之间的差别不仅反映在光谱上，也反映在遥感图像上。
2.3利用GIS技术建立水质动态监测系统
GIS作为信息处理和系统服务的用户界面，为用户提了系统各种功能实现接口。为了实现系统的目标，系统应采用多媒体计算机技术、网络技术、专家系统技术等，以增强系统的功能。在此项研究中，可以通过对最新遥感数据的处理，结合对区域或流域水污染的变化趋势和对污染源的研究，利用GIS系统建立区域或流域污染预警系统，为污染的宏观监测研究以及水资源保护的决策提供新的信息。
3、现代测绘技术与精确农业
精确农业中，利用GPS技术对采集的农田信息进行空间定位；利用RS技术获取农田小区内作物生长环境、生长状况和空间变异的大量时空变化信息，即“征兆图”；利用GIS技术建立农田土地管理、自然条件土壤、地形、地貌、水分条件等、作物产量的空间分布等的空间数据库；对作物苗情、墒情的发生发展趋势进行分析模拟，为分析农田内自然条件、资源有效利用状况、作物产量的时空差异性和实施调控提供处方信息，即“诊断图”。在获取上述信息的基础上，利用作物生产管理辅助决策支持系统对生产过程进行调控，合理地进行施肥、灌溉、施药、除草等耕作措施，即“实施计划”以达到对田区内资源潜力的均衡利用和获取尽可能高的产量［4-9］。
4、现代测绘技术及其在矿业中的应用
4.1现代测绘技术在采矿生产中的应用
RS技术在矿山测量中的应用。航空遥感资料可作为进行矿区地形图测绘的资料源。航天遥感在矿山测量中应用的关键理论与技术也在处于深入研究之中。应用遥感资料，可获取矿区实时、动态、综合的信息源。遥感资料用于找矿、矿区地质条件研究、煤层顶底板研究等方面都已得到应用。
GPS技术在矿区的应用，如利用GPS技术对矿区地表移动进行监测，利用GPS技术对水文观测孔高程进行监，GPS技术用于矿区控制网建立或复测、改造，用于矿区地面各项测量工作的开展。随着GPS接收机性能价格比不断上升，其应用于矿山测量工作的地面部分已成为现代矿山测量的一项重要支撑技术。
GIS在矿区应用为矿区地理信息系统，或称为矿区资源环境信息系统（MRIES），已成为矿山测量的重要发展方向。以矿区资源环境信息系统为平台，以各种测量技术为数据获取的途径，可以建立集数据采集、处理、管理、分析、输出于一体的自动化、智能化的技术系统，作为矿山可持续发展的决策支持系统。
4.2现代测绘技术在矿山环境保护中应用
（1）矿区环境监测、评价中应用现代空间信息技术。现代空间信息技术在矿山资源开发、环境保护与整治、灾害监测及防灾等方面应用，优越性明显。在数据快速获取、运算，高精度目标定位，空间瞬时模拟，区域发展规划决策等领域起关键作用。
（2）矿山环境演变模拟与预测中应用地理信息系统。地理信息系统是进行矿山环境演变模拟和预测的有力工具，可将矿山环境演变的动态过程进行数值模拟，进而根据资料分析对未来一段时间内的矿山环境演变状况进行预测。
（3）矿山开采沉陷监测及机理的研究。对于地表沉陷，可利用测绘技术实现开采沉陷及地表移动的监测，及时地采集有关地表沉陷的信息，通过处理后以图形、数据等形式提供原始资料，从而进行开采沉陷研究，找出其中的规律，以便更好地服务于生产。特别是“3S”技术集成后，能实现各种条件下的实时监测。
（4）矿山生态环境重建与土地复垦理论与技术。在矿山，针对由于矿山资源的开采引起的矿区地表的破坏、环境的污染进而引起的生态环境破坏，大批良田被毁而进行的矿区土地复垦与生态重建的研究，也取得了积极的效果［10-11］。
4.3现代测绘技术与数字矿山的关系
现代测绘技术在数字矿山建设中具有重要作用。测绘的成果——矿山数据本身就是数字矿山信息的重要组成部分，可供用户访问、获取、收集和应用。数字矿山建设离不开现代测绘技术，同时，数字矿山战略也恰到好处地为现代测绘技术实现跨越式发展提供了不可多得的良好契机，使测绘技术得到升华［12-13］。
5、现代测绘技术在油气田中的应用
GIS，RS，GPS三者具有优势互补性，在3S体系中各自充当着不同的角色，现代测绘技术在石油行业得到了日益广泛的应用。RS是信息采集的主力；GPS对遥感图像及从中提取的信息进行定位，赋予坐标，使其能和“电子地图”进行套合；GIS是信息的“大管家”。将三者有机的组合，就可以实现一个动态的、可视的、不断更新的、通过计算机网络能够传输的3维立体与不同地域和层次都可以使用的空间信息系统［16］。包括RS和GIS在油气田防洪防汛减灾系统中的应用、数字管道、数字沙盘、数字油田［17］。
6、结语
实用化将是今后一段时间内3S技术应用的主要目标和趋势。综上所述，测绘科技发展将从单一学科走向多学科的相互渗透与融合，从静态数据获取、处理、分发走向动态数据获取、处理与分发，从多项技术的集成走向多源空间信息系统的集成，从数字化走向信息化、智能化、网络化。国家空间数据基础设施建设将是未来全球各国在空间数据领域的主要发展方向。作为“数字中国”、“数字省区”、“数字城市”地理空间基础框架，国家和省、市级基础地理信息系统建设所涉及到的空间数据动态快速获取与更新、智能化处理与一体化管理、网络化分发服务与共享等技术问题将是测绘科技的研究重点。
参考文献：
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［13］吴立新，殷作如，钟亚平.再论数字矿山：特征、框架与关键技术［J］.煤炭学报，2003，（1）：2-6.
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［17］毛峰，艾丽双，何生厚等.基于GIS技术的“数字油田”建设与应用［J］.地理信息世界，2004，02（01）：36-37.