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摘要：3S技术是指地理信息系统、遥感和全球定位系统。这3项技术形成了对地球进行观测、空间定位和空间分析的完整技术体系。本文对3S技术及其发展状况进行了阐述，着重讨论了3S技术在公路勘察设计中的应用，为3S技术在交通领域的进一步推广应用提供参考。
关键词：3S技术；公路；勘察设计；应用
Abstract: 3 S technique is to point to the geographic information system, remote sensing, and the global positioning system. The three items technology formed on the earth were observed and spatial orientation and spatial analysis of complete technical system. In this paper, the 3 S technique and its development status were introduced, discussed the 3 S technique in the survey and design of highways, the application for 3 S technique in the field of transportation to further promote the applied to provide the reference.
Keywords: 3 S technique; Highway; Survey and design; application
中图分类号：X734文献标识码：A 文章编号：
随着高等级公路建设的快速发展，使交通系统变得越来越复杂，路网管理实现数字化、网络化、智能化和可视化迫在眉睫；另外大跨度桥梁、长大隧道的出现，公路交通事故、自然灾害的频繁发生，使人们愈加重视道路的交通功能、欣赏价值、线形及对自然生态环境的保护。
一、关于3S技术
目前，3S技术的结合与集成研究经历了一个从低级向高级的发展和完善过程，其低级阶段，是系统之间相互调用一些功能；高级阶段，则直接共同作用，形成有机的一体化系统，以快速准确地获取定位的现实信息，对数据进行动态更新，实时分析和查询。其具体表现为四种集成方式：
1、RS与GPS的集成
GPS的快速精确定位功能弥补了RS的不足，能将RS获取的数据实时、快速进入GIS系统，并保证RS数据与地面同步监测数据获取的动态配准，动态地进入GIS数据库。同时，利用RS数据可实现GPS定位遥感信息查询。
2、GIS与RS的集成
GIS与RS的结合主要表现为RS是GIS的重要信息源，GIS是處理和分析应用空间数据的一种强有力的技术保证。两者结合的关键技术在于栅格数据和矢量数据的接口问题：遥感系统普遍采用栅格格式，其信息是以像元存储的；而GIS主要是采用图形矢量格式，是按点、线、面(多边形)存储的，它们之间的差别是影像数据和制图数据用不同的空间概念表示客观世界的相同信息而产生的。
3、GIS与GPS的集成
GPS与GIS结合，不仅能取长补短使各自的功能得到充分的发挥，而且还能产生许多更高级功能，从而使GPS和GIS的功能都迈上一个新台阶。通过GIS系统，可使GPS的定位信息在电子地图上获得实时、准确而又形象的反映及漫游查询。
4、GIS、GPS和RS的集成
3S集成包括以GPS、RS为中心的集成方式和以GIS为中心的集成方式。前者是同步数据处理为目的，通过RS和GPS提供的实时动态空间信息结合GIS的数据库和分析功能为动态管理、实时决策提供在线空间信息支持服务。后者目的主要是非同步数据处理，通过利用GIS作为集成系统的中心平台，对包括RS和GPS在内的多种来源的空间数据进行综合处理、动态存贮和集成管理，同样存在数据、平台和功能两个集成层次，可认为是RS与GIS集成的一种扩充。
二、3 S技术与公路勘察设计
公路勘察设计离不开地理信息、空间信息、社会信息。公路勘察设计是在全面掌握了地形、地貌、地质构造、城镇发展规划、现有路网、社会经济状况以及预测未来社会经济发展、交通量发展趋势等综合因素上确定公路建设的可行性、公路等级和公路在路网中的功能。将3S技术合理的运用在公路勘察设计中可迅速得到所需信息并合理加以管理，智能化的给出决策建议，从而加快设计速度，提高设计质量、经济效益和社会效益，具有广阔的发展前景。
三、3S技术在公路勘察设计中的应用
1、RS的应用
利用RS进行公路勘测是利用航片或卫星照片上含有的丰富的地表信息，通过立体观察后，经过计算机的自动处理、自动识别，从而获得与路线相关的地质、水文、建材等资料，获取的信息具有视域广、整体性强、影像逼真、信息量大、宏观、直观的特点，因此对地形、地貌、植被等信息的反映最为直接。遥感图像的宏观性、真实性、全面性，为我们提供了可靠的地形地貌、地质构造和地物的识别分析依据，具有其他方法无可比拟的优势。应用卫星遥感TM数字图像编制中大比例尺公路设计图，在实施中有突出的效果。应用常规方法进行高等级公路的方案规划与比选十分困难， 只有从大区域卫星遥感图像上才能看出地形地貌和大地构造特征。通过大区域卫星遥感图像的处理，清晰直观地显示出公路设计方案的走向和地形地貌之间的关系，开阔了眼界和思路，提出了新的具有较高对比价值的方案，加快了方案比选的速度提高了认识水平。
2、GPS的应用
差分动态GPS在道路勘测方面主要应用于数字地面模型的数据采集、控制点的加密、中线放样、纵断面测量等方面。由于其定位精度可达厘米级，因此能够用于线路控制网的加密。在中线平面位置放样的同时，可获得纵断面，在中线放样中需实时把基准站的数据由数据链传到流动站，从而提供流动站的实时位置。高等级公路选线多是在大比例尺(1：1 000或1：2 000)带状地形图上进行。用传统方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。这种方法工作量大，速度慢，花费时间长。而用实时GPS动态测量可以完全克服这个缺点，只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟，即可获得每点的坐标、高程。结合输入的点特征编码及属性信息，构成带状所有碎部点的数据，在室内即可用绘图软件成图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，而且采集速度快，因此大大降低了测图难度，既省时又省力，非常实用。
GPS在公路勘测中的应用，对高等级公路的勘测手段和作业方法产生了革命性的变革，极大地提高了勘测精度和勘测效率，特别是实时动态(RTK)定位技术将在公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景。
3、GIS的应用
利用RS，GPS及地形图数字化技术可生成电子地图，构建公路GIS。公路GIS是综合处理二维公路信息的信息系统，它是GIS在公路建设中的应用，是GIS与多种公路信息分析和处理技术的集成。利用公路GIS可以为我们很方便地打开路线沿线的电子地形图，我们可以在地形图上选取控制点，利用GIS中生成的数字高程模型及其空间分析功能可实时、准确地进行公路选线，利用电子地形图估算占地拆迁工作量，可在电子地图上划定拆迁占地线范围，GIS可帮助设计人员自动计算出占地面积，可以估算出占地线范围内各项工程的分项拆迁工作量，可大大提高公路占地拆迁的工作效率，可以利用GIS进行公路工程建设项目评估和可行性研究分析等。
4、3S集成与虚拟现实的应用
目前的公路设计大都是在二维的地形图上进行的，设计人员需要有一定的地图学专业知识和经验才能正确判断地形特征。在地形的三维真实感立体模型上进行公路设计，使设计过程和设计结果可视化一直是工程设计人员的追求目标。GPS与Rs技术结合，可以获得具有三维地理信息的遥感图像信息，再应用GIS三维地形模型叠加遥感图像技术，可生成真实三维数字地形模型，模型可以任意旋转、缩放、地形剖面切制和生成动画，实现公路环境的计算机屏幕显示。
三维可视地理信息系统能将可视现实和虚拟现实进行高度集成，利用三维可视地理信息系统可实现三维公路设计、桥梁设计、景观设计、环境分析、工作量计算、概预算等。采用数字高程模型，运用地理信息系统和地质信息系统把地形、地质数据直接输入计算机，利用计算机自行布线，并经分析提炼、优化，使所选的公路线形达到组合最优、工作量最省，同时也能与自然地形和周围景观相互协调。利用GIS技术，还可以进行路线的纵横剖面分析，坡度坡向分析以及各种剖面图、坡度图、不同色阶等值线图的自动绘制，并可根据线路在地面模型上的分布估算出路线的填挖方量和总方量，用以综合分析、评价设计线路的合理性，这对于道路建设部门提高设计质量，加快设计进度，将发挥重要作用。
四、结束语
随着3s技术基础理论和应用技术研究的发展，利用3S技术可以全面掌握公路走廊带内的地形、地貌、地质构造等各种因素，为公路勘察设计的前期规划(预可阶段)、工可研究及后续的详细设计阶段提供技术平台和决策支持，对提高决策水平和设计质量、优化设计方案、节约投资成本都会起到关键的作用。
参考文献：
[1】李德仁，关泽群．空间信息系统的集成与实现[M]．武汉大学
出版社，2002．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：3S技术；公路；勘察设计；应用
Abstract: 3 S technique is to point to the geographic information system, remote sensing, and the global positioning system. The three items technology formed on the earth were observed and spatial orientation and spatial analysis of complete technical system. In this paper, the 3 S technique and its development status were introduced, discussed the 3 S technique in the survey and design of highways, the application for 3 S technique in the field of transportation to further promote the applied to provide the reference.
Keywords: 3 S technique; Highway; Survey and design; application
中图分类号：X734文献标识码：A 文章编号：
随着高等级公路建设的快速发展，使交通系统变得越来越复杂，路网管理实现数字化、网络化、智能化和可视化迫在眉睫；另外大跨度桥梁、长大隧道的出现，公路交通事故、自然灾害的频繁发生，使人们愈加重视道路的交通功能、欣赏价值、线形及对自然生态环境的保护。
一、关于3S技术
目前，3S技术的结合与集成研究经历了一个从低级向高级的发展和完善过程，其低级阶段，是系统之间相互调用一些功能；高级阶段，则直接共同作用，形成有机的一体化系统，以快速准确地获取定位的现实信息，对数据进行动态更新，实时分析和查询。其具体表现为四种集成方式：
1、RS与GPS的集成
GPS的快速精确定位功能弥补了RS的不足，能将RS获取的数据实时、快速进入GIS系统，并保证RS数据与地面同步监测数据获取的动态配准，动态地进入GIS数据库。同时，利用RS数据可实现GPS定位遥感信息查询。
2、GIS与RS的集成
GIS与RS的结合主要表现为RS是GIS的重要信息源，GIS是處理和分析应用空间数据的一种强有力的技术保证。两者结合的关键技术在于栅格数据和矢量数据的接口问题：遥感系统普遍采用栅格格式，其信息是以像元存储的；而GIS主要是采用图形矢量格式，是按点、线、面(多边形)存储的，它们之间的差别是影像数据和制图数据用不同的空间概念表示客观世界的相同信息而产生的。
3、GIS与GPS的集成
GPS与GIS结合，不仅能取长补短使各自的功能得到充分的发挥，而且还能产生许多更高级功能，从而使GPS和GIS的功能都迈上一个新台阶。通过GIS系统，可使GPS的定位信息在电子地图上获得实时、准确而又形象的反映及漫游查询。
4、GIS、GPS和RS的集成
3S集成包括以GPS、RS为中心的集成方式和以GIS为中心的集成方式。前者是同步数据处理为目的，通过RS和GPS提供的实时动态空间信息结合GIS的数据库和分析功能为动态管理、实时决策提供在线空间信息支持服务。后者目的主要是非同步数据处理，通过利用GIS作为集成系统的中心平台，对包括RS和GPS在内的多种来源的空间数据进行综合处理、动态存贮和集成管理，同样存在数据、平台和功能两个集成层次，可认为是RS与GIS集成的一种扩充。
二、3 S技术与公路勘察设计
公路勘察设计离不开地理信息、空间信息、社会信息。公路勘察设计是在全面掌握了地形、地貌、地质构造、城镇发展规划、现有路网、社会经济状况以及预测未来社会经济发展、交通量发展趋势等综合因素上确定公路建设的可行性、公路等级和公路在路网中的功能。将3S技术合理的运用在公路勘察设计中可迅速得到所需信息并合理加以管理，智能化的给出决策建议，从而加快设计速度，提高设计质量、经济效益和社会效益，具有广阔的发展前景。
三、3S技术在公路勘察设计中的应用
1、RS的应用
利用RS进行公路勘测是利用航片或卫星照片上含有的丰富的地表信息，通过立体观察后，经过计算机的自动处理、自动识别，从而获得与路线相关的地质、水文、建材等资料，获取的信息具有视域广、整体性强、影像逼真、信息量大、宏观、直观的特点，因此对地形、地貌、植被等信息的反映最为直接。遥感图像的宏观性、真实性、全面性，为我们提供了可靠的地形地貌、地质构造和地物的识别分析依据，具有其他方法无可比拟的优势。应用卫星遥感TM数字图像编制中大比例尺公路设计图，在实施中有突出的效果。应用常规方法进行高等级公路的方案规划与比选十分困难， 只有从大区域卫星遥感图像上才能看出地形地貌和大地构造特征。通过大区域卫星遥感图像的处理，清晰直观地显示出公路设计方案的走向和地形地貌之间的关系，开阔了眼界和思路，提出了新的具有较高对比价值的方案，加快了方案比选的速度提高了认识水平。
2、GPS的应用
差分动态GPS在道路勘测方面主要应用于数字地面模型的数据采集、控制点的加密、中线放样、纵断面测量等方面。由于其定位精度可达厘米级，因此能够用于线路控制网的加密。在中线平面位置放样的同时，可获得纵断面，在中线放样中需实时把基准站的数据由数据链传到流动站，从而提供流动站的实时位置。高等级公路选线多是在大比例尺(1：1 000或1：2 000)带状地形图上进行。用传统方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。这种方法工作量大，速度慢，花费时间长。而用实时GPS动态测量可以完全克服这个缺点，只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟，即可获得每点的坐标、高程。结合输入的点特征编码及属性信息，构成带状所有碎部点的数据，在室内即可用绘图软件成图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，而且采集速度快，因此大大降低了测图难度，既省时又省力，非常实用。
GPS在公路勘测中的应用，对高等级公路的勘测手段和作业方法产生了革命性的变革，极大地提高了勘测精度和勘测效率，特别是实时动态(RTK)定位技术将在公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景。
3、GIS的应用
利用RS，GPS及地形图数字化技术可生成电子地图，构建公路GIS。公路GIS是综合处理二维公路信息的信息系统，它是GIS在公路建设中的应用，是GIS与多种公路信息分析和处理技术的集成。利用公路GIS可以为我们很方便地打开路线沿线的电子地形图，我们可以在地形图上选取控制点，利用GIS中生成的数字高程模型及其空间分析功能可实时、准确地进行公路选线，利用电子地形图估算占地拆迁工作量，可在电子地图上划定拆迁占地线范围，GIS可帮助设计人员自动计算出占地面积，可以估算出占地线范围内各项工程的分项拆迁工作量，可大大提高公路占地拆迁的工作效率，可以利用GIS进行公路工程建设项目评估和可行性研究分析等。
4、3S集成与虚拟现实的应用
目前的公路设计大都是在二维的地形图上进行的，设计人员需要有一定的地图学专业知识和经验才能正确判断地形特征。在地形的三维真实感立体模型上进行公路设计，使设计过程和设计结果可视化一直是工程设计人员的追求目标。GPS与Rs技术结合，可以获得具有三维地理信息的遥感图像信息，再应用GIS三维地形模型叠加遥感图像技术，可生成真实三维数字地形模型，模型可以任意旋转、缩放、地形剖面切制和生成动画，实现公路环境的计算机屏幕显示。
三维可视地理信息系统能将可视现实和虚拟现实进行高度集成，利用三维可视地理信息系统可实现三维公路设计、桥梁设计、景观设计、环境分析、工作量计算、概预算等。采用数字高程模型，运用地理信息系统和地质信息系统把地形、地质数据直接输入计算机，利用计算机自行布线，并经分析提炼、优化，使所选的公路线形达到组合最优、工作量最省，同时也能与自然地形和周围景观相互协调。利用GIS技术，还可以进行路线的纵横剖面分析，坡度坡向分析以及各种剖面图、坡度图、不同色阶等值线图的自动绘制，并可根据线路在地面模型上的分布估算出路线的填挖方量和总方量，用以综合分析、评价设计线路的合理性，这对于道路建设部门提高设计质量，加快设计进度，将发挥重要作用。
四、结束语
随着3s技术基础理论和应用技术研究的发展，利用3S技术可以全面掌握公路走廊带内的地形、地貌、地质构造等各种因素，为公路勘察设计的前期规划(预可阶段)、工可研究及后续的详细设计阶段提供技术平台和决策支持，对提高决策水平和设计质量、优化设计方案、节约投资成本都会起到关键的作用。
参考文献：
[1】李德仁，关泽群．空间信息系统的集成与实现[M]．武汉大学
出版社，2002．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。