本科毕业论文---全球定位系统gps文献综述.doc

文献综述摘 要 :通过参考文献资料，围绕着3S技术在城市规划中的应用这个问题，阐述了地理信息系统、全球定位系统、遥感技术的优点还有它们在城市规划领域中的作用及3S技术向着集成化智能化发展给城市规划这一古老的学科带来的飞速发展。并通过案例分析阐明了充分利用3S技术进行城市规划工作，可以降低成本、减少工作量、提高工作效率还可增加规划的准确性。关键词：全球定位系统 地理信息系统 遥感技术 城市规划1 引言城市规划（urban planning）研究城市的未来发展、城市的合理布局和综合安排城市各项工程建设的综合部署。是一定时期内城市发展的蓝图，是城市建设和管理的依据。城市规划需完成以下任务：根据国家城市发展和建设方针、国民经济和社会发展长远计划、区域规划，以及城市所在地区的自然条件、历史情况、现状特点和建设条件，布置城市体系；确定城市性质、规模和布局；统一规划、合理利用城市土地；综合部署城市经济、文化、基础设施等各项建设，保证城市有秩序地、协调地发展，使城市的发展建设获得良好的经济效益、社会效益和环境效益。3S技术的整体结合是集遥感、地理信息系统和全球定位系统技术的功能于一体，构成高度自动化、实时化、智能化和网络化的地理信息系统，是空间信息适时采集、存储、管理、更新以及动态过程的现势性分析与提供决策辅助信息的有利手段，其中GIS是3S技术的核心，它的出现使测量领域产生了一场深刻革命。2 3S在城市规划中的应用2.1全球定位系统GPS 全球定位系统GPS的工作原理：类似于传统的后方交会，如果在需要的位置某点P架设GPS接收机，在某一时刻同时接收3颗GPS卫星所发射的信号，即测得卫星到测站点的几何距离，就可根据后方交会原理确定出测站点的三维坐标。全球定位系统GPS的应用：GPS技术在我国的测绘领域得到了应用，例如大地测量中高精度大地控制网的建立，特别足国家的 A、B级网平均边长在 50Km以上，常规的测角、测距手段，网精度很难保证，并且费时又费力。而利用GPS技术较常规测量可以节省80%的时间，并且精度达到1- 2cm，所以说GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立国家大地控制网。2.2 遥感技术RS 遥感技术的RS 原理：遥感是20世纪60年代新兴的科学领域之一，光谱学是遥感的物理基础。遥感技术系统包括：空间信息采集系统，地面接收和预处理系统，地面实况调查系统，信息分析应用系统。遥感技术RS 的应用：遥感技术广泛用于军事侦察、导弹预警、军事测绘、 海洋监视、气象观测和互相侦查等。遥感技术总的发展趋势是：提高遥感器的分辨率和综合利用信息的能力，研制先进遥感器、信息传输和处理设备以实现遥感系统全天候工作和实时获取信息，以及增强遥感系统的抗干扰能力。2.3 地理信息系统GIS 地理信息系统的原理（Geographical Information System ）也称作土地资源信息系统，它是20世纪60年代开始迅速发展起来的地理学研究新技术，是多种学科交叉的产物。地理信息系统是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。地理信息系统的应用：地理信总系统应用于交通、能源、农林、水利、测绘、 国土资源等方面。例如：我国在三峡地区研究中，通过利用地理信息系统和机助制图的方法，建立环境监测系统，为三峡宏观决策提供了建库前后环境变化的数量、速度和演变趋势等可靠的数据。3S技术的发展,不断提供新的信息获取、处理、分析和利用手段,将在城市规划中得到日益广泛的应用,在更新城市规划的技术手段、提高工作效率、改变工作模式等方面发挥重要的作用。(1)城市基本地形图更新:城市规划的基本条件就是大比例尺地形图，但传统的线划地图不仅建立周期长，更新困难，而且比较抽象，已经从原始信息中筛去了很多环境成分。4D产品包括数字线划地图(DLG)、数字高程模型(DEM)数字栅格地图(DRG)、数字正射影像图(DOM)是新一代测绘产品的标志，有着现势性强、更新速度快、信息含量丰富等优点，将转变传统地图的观念，加快数据更新，丰富表现手段，也是对传统测绘方法的现代化改造。(2)现状调查与数据管理:城市规划的初始阶段就是现状调查，往往要耗费大量的人力、物力、财力，又难以做到实时、准确。运用RS技术可以迅速进行城市地形地貌、湖泊水系、绿化植被、景观资源、交通状况、土地利用、建筑分布的调查;运用GIS技术则能将大量的基础信息和专业信息进行数据建库，实现空间信息和属性信息的一体化管理与可视化表现，提供方便的信息查询和统计工具，克服CAD辅助制图的局限性。(3)现状评价与空间分析:利用多个时期的航空遥感影像图进行城市用地变迁动态研究，结合数理统计方法进行城市重心移动、离散度、紧凑度和放射状指数等形态测度评价，利用叠加分析、缓冲区分析、拓扑分析等工具进行商业服务设施和中小学的服务范围分析、交通可达性评价和建设条件适宜性评价，这有助于总结城市发展规律，发现存在的问题，增加空间分析的深刻性。(4)交通调查与模拟分析:利用GIS进行城市交通小区出行分布的数据建库，可以对现状路网密度、出行距离和时间、交通可达性、公交服务半径进行合理性评价，结合专业软件能进行城市交通的规划预测、出行分布和流量分配，开展交通环境容量影响评价。利用遥感数据进行道路勘测设计，可以快速完成对路线所经区域的地形、地貌、河流、建筑以及交通网系的概要判读。利用虚拟现实技术和三库一体(影像数据库、矢量图形库、数字高程模型)技术可以进行道路方案的仿真表现和环境模拟，实现全方位、立体化、多层次的规划和评价新模式。(5)方案评价与成果表现:针对规划方案，进行土地价格分布影响、土石方填挖平衡、房屋拆迁量计算等经济分析，结合专业模型进行城市外围用地建设适宜性评价、内部用地功能更新时序分析、发展方向与用地布局优化研究，可以预测和评价规划方案的社会效益和经济合理性。利用GIS的专题图丰富规划成果的表现形式。利用遥感、摄影测量和虚拟现实(VR)技术可以建立规划蓝图的动态模型，重现历史，展示未来，加强城市规划的宣传性。3 3S技术应用探讨目前3S技术的结合与集成研究已经有了一定的发展，正在经历一个从低级向高级的发展和完善过程。3S系统的低级阶段，系统之间是通过互相调用一些功能来实现的。其具体主要表现四种结合方式：GIS与GPS的结合，GIS与RS的结合，RS与GPS的结合 GPS、RS、GIS三者的结合。3.1 GIS与GPS的结合基本原理：利用GIS中的电子地图和GPS接收机的实时差分定位技术，可以组成 GPS+GIS的各种电子导航系统，用于交通，公安侦破，车船自动驾驶，也可以直接用GPS方法来对GIS作实时更新，这是最为实用、简便、低廉的集成方法。实际应用：我国关于二者的结合文献不是太多，时加新在研究城市地理信急系统中的指挥监控报警子系统中运用技术建立城市电子地图，运用GPS技术对城市主要道路干线、重点设施进行精确定位，为城市内的盗警、火警等突发性事件提供信息上的支撑。3.2 GIS与RS的结合基木原理：GIS与RS的结合主要表现为RS是GIS的重要信息源，GIS是处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。 实际应用：近年来我国关于二者的结合集成研究较多，经历有初步探索到逐渐成熟的阶段。其主要的应用包括两个方面：一是RS数据作为GIS的信息源，二是GIS为RS提供空间数据管理和分析的手段。目前，二者的结合集成应用技术渐趋成熟，在植被分布，灾害估算，图像处理等方面均有相关的报道，在应用GIS空间分析的功能为RS数据提供空间管理和分析研究中，多是考虑的数据， 气候，环境等因素地空间分布。3.3 RS与GPS的结合基本原理：二者的结合都可以看成数据源获取系统，然而，二者的结合分别具有独立的功能，又可以互相补充完善对方，这就是二者结合的基础。GPS的精确定位功能克服了RS定位困难的问题，传统的遥感对地定位技术主要采用立体观测、二维空间变换等方式，采用地-空-地模式先求解出空间信息影像的位置和姿态或变换系数，再利用它们来求出地面目标点的位置，从而生成DEM和地学编码图像。 实际应用：李德仁等人20世纪80年代提出了二者的结合的研究，在他们的研究中，应用GPS技术，结合惯性导航系统INS，探索了空-地定位模式，随后， 李树楷于20世纪90年代初创造性地提出了将激光测距和扫描成像仪在硬件上实现严格匹配形成了扫描测距- 成像组合遥感器，再和GPS，INS进行集成构成三维遥感影像制图系统。4 GPS、RS和GIS集成在这个系统内GPS相当于定位器，RS相当于传感器，GIS相当于中枢神经， 三者的共同作用将地球能实时感受到自身的变化使其在资源环境与区域管理等众多领域中发挥巨大作用。GPS、RS和GIS集成应用。随着3S的结合与集成目前在许多领域已经得到了应用。王丹在1995年探讨了3S集成系统在地震灾害调查与研究中的应用，并根据对唐山地震灾害分析和研究的认识，结合自己工作实践经验和国内外有关资料，提出在具体实施中应重点注意以下四个方面的问题:(1)卫星遥感资料的收集与利用；(2)航空遥感的实施方案；(3)利用GPS 直接获取震害信息和为专题震害信息定位；(4)震害信息系统的建立。 此外，3S集成在环境监测和分析、水利工程、公路自动测绘、土地利用动态监测等方面也有许多成功的经验。在城市设计中，我们可选用ArcGIS软件介入本次规划设计的全过程，利用ArcGIS 3DAnalyst扩展模块来对现状地形进行坡度分析、坡向分析、高程分析和洪水淹没分析，并与Sketchup建模充分结合制作大范围三维漫游动面，辅助推敲规划建筑与周边环境相互关系；同时，还充分利用GoogleEarth与ArcGIS和Sketchup之间的接口，将规划方案和建筑模型导入全球卫星影像，从而更好的辅助规划决策和公众参与等。具体步骤如下：（一）现状分析。首先，根据现有电子地形图提取等高线、水系、堤岸范围等相关地形地貌的基础数据，建立为分析必备的基础数据库。然后，根据基础数据库里具有高程值的等高线图层，生成TIN(不规则三角网)模型，并进行坡度、坡向、高程等各项分析。最后，根据现状地形数据建立的基础数据库，利用A reGIS提供的三维场景分析模块ArcScene，导人地形、道路、河流、现状建筑物等图层，对现状进行三维地形模拟。通过对现状地形的深入分析，为后期规划方案的构思提供参考。（二）规划方案设计。充分利用ArcScene的飞行动画功能来实现规划范围内的全景三维动画，将要求不太精细的建筑利用ArcGIS软件进行快速建模，只需要通过建筑层数以及建筑使用功能就可以一次性生成大量建筑的三维模型；另外，与建筑规划行业常用的辅助设计构思软件Sketchup充分结合应用，利用Sketchup模型推敲的优势，将一些重要建筑或精细度要求较高的Sketchup建筑模型导人到ArcGIS软件中，利用ArcGIS的空间分析功能完成所需要的分析，以及利用其动画制作功能制作相应的模型动画。（三）规划方案决策。将最后的规划方案和设计模型导入Google Earth中，将相关属性与描述设置好，打包为kmz文件，可以将这个文件放在网络上提供下载，以便公众查看，也可以通过提交给Google Earth论坛，成为Google Ea rth的一部分数据。只要电脑安装Google Earth软件，并连接网络，就可以在任何地方看到我们的规划设计方案了。5 结论在该案例中，将GIS软件介入到规划设计的全过程，且充分结合3S其他技术(RS、GPS)以及建筑规划行业的辅助制图和建模软件完美结合，实现厂规划前期的辅助分析、规划构思阶段的辅助设计和推敲比对、规划后期的辅助决策。因此，我们有理由相信，现代的城市规划设计更需要结合先进的信息科学技术的成果，数字技术的时代3S等信息技术将在推动城市规划管理的严密性、规划决策的科学性、规划设计的科学性、合理性和高效率等各方面发挥越来越重要的作用。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:武汉测绘科技大学出版社,2000.2刘大杰,施一民,过静珺.全球定位系统GPS的原理与数据处理M.上海同济大学出版社,2003. 3邓良基.遥感基础与应用（面向21世纪课程教材）M.北京:中国农业出版社,20024时加新,杨建.GPS,GIS在指挥监控报警系统中的应用J.导航,1997.5赵巧红,张敬东,何瑞珍.GIS 与 RS 在城市规划中的应用研究J.安徽农学通报,2007.6赵俊兰,冯仲科.基于 GIS 城市规划综合环境质量评价的研究J.测绘科学,2007.7扈震,王勇.基于 GIS 的城市规划空间辅助决策平台J.中国地质大学学报,2006.8柴华,徐纬,王志敏.浅谈技术在土地利用总体规划中的应用J.科苑观察,2009.9罗名海.3S技术的发展趋势与在城市规划中的应用前景J.地理空间信息,2004.10张前勇,马友平,常胜.3S技术导论M.武汉:中国地质大学出版社, 2006.11蓝荣钦,李淑霞，刘阳等.地理信息系统的发展现状和趋势M.地理空间信息,2004.12何香玲,张跃,郑钢,曲天培.GPS全球定位技术的发展现状、动态及应用J.微计算机信息,2002.13罗云启,曾琨,罗毅.数字化地理信息系统建设与MapInfo高级应用M.北京,清华大学出版社,2003.14汤国安,刘学军,闾国年等.地理信息系统教程M.北京:高等教育出版社,2007.15黄杏元,马劲松,汤勤.地理信息系统概论M.北京:高等教育出版社，2001.16杨培峰.城乡空间生态规划理论与方法研究M.北京:科学出版社.200l.17宋小冬，叶嘉安地理信息系统及其在城市规划与管理中的应用M北京:科学出版社,1995.18徐振华,韦松林,张燕妮.3S 技术的发展趋势及其在城市规划中的应用前景J.科技情报开发与经济,2005.19郑朝贵.3S 技术及其在城市规划中的应用J. 滁州学院学报,2004.20杜道生,陈军,李征航.R S、GIS、GPS 的集成与应用M北京：测 绘 出版社. 1995.21毛政元,李霖.3S集成及其应用J.华中师范大学学报(科学版),2002 .22刘祖文.3S原理与应用.北京：中国建筑工业出版社,2006.