摘要： 3S技术是遥感(Remote Sensing，RS)、地理信息系统(Geographical Information System，GIS)和全球定位系统(Global Position System，GPS)的统称。因为这三个概念的英文名称中都含有一个以S开头的单词，所以通常简称为3S技术。
1.遥感
遥感是在远离目标，与目标不直接接触的情况下，判定、量测并分析目标性质的一种技术。对目标进行信息采集主要是根据目标对电磁波的反射和辐射信息，来完成远距离识别研究目标。电磁波在介质中传输时，会与介质发生作用而改变其特性，如波长、传播方向、振幅和偏振面。因此，通过对遥感观测到的电磁波特性的分析，可以反映与之发生相互作用的介质性质，从而识别目标和周围的环境条件。探测物体电磁波的仪器被称为传感器，它安装在遥感平台上。通常选用卫星和飞机作为运载传感器的遥感平台。针对不同的应用目的和电磁波的波段范围，人们已经研制出多种传感器，探测和接收物体在可见光、红外线和微波范围内的电磁辐射。传感器会把这些电磁辐射按照一定的规律转换为原始图象。原始图象被地面站接收后，要经过一系列复杂的处理，才能提供给各个行业的不同用户使用，用户利用这些处理过的影象开展自己的工作。
1957年第一颗人造地球卫星进入太空，标志着人类太空时代的到来。从此，人类以崭新的视野认识自己赖以生存的地球。作为太空时代的高新技术，遥感以其空间观测范围大、探测光谱范围广、可远离对观测物体进行全天候观测的特点，一直是各国在资源、环境、灾害等领域广泛应用的高技术之一。40多年来，世界各国对遥感技术进行了广泛深入的研究、试验和应用，加之其他高新技术与遥感技术的不断融合，使遥感技术取得了重大进展。在光谱探测方面，成象光谱仪的出现，使每个波段的波区变得越来越窄，达到10nm以下，波段数达288个，可以有效地反映出地物的真实谱貌。民用遥感传感器的空间分辨力已达到5m左右，而1m空间分辨力的传感器已经投入使用。在遥感数据处理方面，随着计算机技术的迅速发展，使海量遥感数据的快速处理成为现实。
据不完全统计，迄今为止，美、俄、法、中、印度、加、日、德、意等国发射的人造卫星总数已经超过2000颗，其中遥感卫星500多颗，全球大型遥感卫星地面接收站100多个。在下一世纪的头十年将有数十颗地球观测卫星发射。光谱分辨率高达纳米级，商品化遥感影象地面分辨率高达米级、亚米级。雷达图象具有多波段、多极化和全天候、全天时的特点，将更加令人瞩目。遥感技术采集的数据极为丰富，仅“地球行星计划”一天的数据量就达1015字节。我国已经发射了68颗卫星，其中科学技术卫星10颗，气象卫星5颗，资源卫星1颗，17颗返回式遥感卫星，获取了高分辨率的全景摄影图象。我国建立的多个遥感卫星地面接收站，能够接收和处理Landsat TM、SPOT和RADARSAT等卫星图象数据；建立的众多的气象卫星接收台站，能接收和处理NOAA及静止气象卫星等数据；我国建立的中、低空高效机载对地观测组合平台和大量的地面观测系统，具有良好的实用性能。
2.地理信息系统
地理信息系统是在计算机软、硬件支持下，对具有空间位置含义的地理信息进行采集、存储、查询、运算、分析、表达的计算机软件平台。其在技术上已经成熟，并已广泛应用。地理信息系统是地球科学和信息科学间的边缘科学，它是建立在系统论、信息论与控制论这些现代科学理论方法基础之上，针对当今世界面临的人口、资源、环境、灾害四大科学问题，利用理论、技术、应用密切结合的综合优势，逐步形成的新兴科学技术领域。各种自然、社会、经济现象的数据都可集结在统一规格的地理信息系统中，为规划、管理、决策提供现代化手段和科学依据。
地图实际上就是一种模拟的“地理信息系统”，它把具有时间性连续变化的空间地理环境，凝固为某一特定时间相对静止的可视化状态。这种模拟与凝固持续了两千多年，时至今日，传统的地图才完成了从理论到技术、从品种到作用的系统转变，而体现这些转变的就是风靡全球的地理信息系统。1963年，世界上第一个地理信息系统诞生在加拿大，并用于土地资源管理与规划，经过近40年的发展，地理信息系统作为建立在信息科学技术之上的、多学科信息的集成平台和综合环境，它已经成为协调、分析不同领域信息和非同源信息的理想工具。地理信息系统之所以取得如此迅速的发展，一个重要的原因在于它引入了空间位置的概念，这使得原来包含一大堆抽象、枯燥数据的信息变得生动、直观和易于理解。这也体现了人类对自然空间的认识在逐渐加深。目前，地理信息系统已经走过了信息存储、管理、查询检索、统计分析和制图表达等基本功能实现的初级阶段，正向着实用化的多功能、多目标、多层次的专业化综合分析管理信息系统、空间信息管理决策支持系统、智能化地理信息系统方向开拓发展。同时地理信息系统亦在与遥感(RS)和GPS卫星全球定位系统相结合，构建区域性甚至全球性高速空间信息网络。
3.全球定位系统
全球定位系统，它的英文全称是“Navigation by Satellite Timing And Ranging(NAVSTAR)Global Positioning System(GPS)”。其中NAVSTAR直译为“用卫星定时和测距进行导航”，为了简便，我们通常采用其英文全称的后三个词，称之为“GPS卫星全球定位系统”。1973年，美国国防部批准研制的GPS卫星全球定位系统是陆、海、空三军共用的美国第二代卫星导航系统，是美国继阿波罗登月飞船和航天飞船之后的第三大航天工程。该系统全部投资为300亿美元，该计划由方案论证、工程研制和生产作业三个阶段组成。工程研制阶段，主要是发射GPS试验卫星，检验GPS系统的基本性能，为生产作业阶段发射GPS作业卫星做技术准备。1978年2月22日，第一颗GPS试验卫星发射成功，标志着工程研制阶段的开始。1989年2月14日，第一颗GPS工作卫星发射成功，宣告GPS卫星全球定位系统进入了生产作业阶段。美国政府表示从该系统正式投入运营的1993年开始的10年内，向全世界用户免费提供全球定位服务，定位精度为100米。在美国军方的使用中，其精度可达毫米级。
GPS卫星全球定位系统由空间卫星、地面控制站、接收机等三部分组成。空间部分由24颗卫星组成，均匀分布在6个倾角为55度的近似圆周轨道上，每个轨道4颗卫星，卫星高度约20200公里，能保证在全球任何地点、任何时间都能收到至少4颗卫星的信号，以获得坐标、速度、高度、方位角等定位和导航信息。目前GPS地面控制站有5个，主控站设在美国本土，其余4个监控站分别设在位于大西洋、太平洋和印度洋的岛屿上。由于这个地面控制站的坐标是已知的，因此，它们可以通过接收GPS卫星信号对GPS卫星进行监控。卫星接收机即用户部分，用来接收GPS卫星的无线电信号并进行数据处理，以求得该接收机的空间位置，为用户需求服务。
美国国防部批准研制GPS卫星全球定位系统的初衷是在陆、海、空三个领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等军事目的。但是，对该系统的应用开发表明，GPS卫星全球定位系统不仅能完全胜任上述任务，而且，用GPS卫星发送的导航定位信号能进行厘米级、毫米级精度的静态定位，米级、亚米级精度的动态定位，亚米级、厘米级精度的速度测量和毫微秒级精度时间测量。因此，GPS卫星全球定位系统展现了广阔的应用前景。
目前，除了美国的GPS全球定位系统之外，具有GPS同类功能的卫星系统还有俄罗斯的全球卫星导航系统，以及正在发展中的欧洲导航定位卫星系统，日本的多功能卫星增强系统等。实际上，GPS全球定位系统已经成为具有类似功能系统的代名词。
4.3S技术在国民经济中的应用
遥感、全球定位系统是地理信息系统获取地理信息的主要手段。当前，世界上许多国家综合应用3S技术，在资源、环境、城市、交通、电力、农业、军事等诸多领域开展了许多卓有成效的监测、规划、分析、评价与管理决策工作，这不仅实现了常规技术方法无法达到的技术要求，而且取得了不可估量的巨大的综合效益。近年来，我国也在3S技术方面取得了令世人瞩目的重大成果，为国民经济建设和可持续发展作了巨大贡献。“九五”期间，国家科委第一次将3S技术的研究与应用列为科技攻关重中之重项目。这一重大举措为我国3S技术的深入研究与应用开辟了广阔的道路，并在世界上引起广泛关注。
3S技术可以提供较为系统完善的全方位地球资源与环境数据，使我们能够快速获得关于地球的四维时空范围的多平台、多时相、多波段、高精度和高分辨率的海量空间信息。区域资源与环境是3S技术广泛应用的领域。人们在对自己创造丰富物质财富感到欣慰的同时，也承受着经济高速增长所带来的一系列困扰。人类已经清醒地认识到，其赖以生存和发展的自然资源正渐趋枯竭，生态环境正日益恶化。区域资源与环境可持续利用，应以详细、宏观、实时的资源调查数据为基础，以可持续发展为指导思想，制定科学的资源环境持续利用的策略，这些都需要3S技术的支持才能实现。3S技术系统具备了从空间信息采集、分析、管理到表达输出的整体功能，可在区域资源与环境方面发挥特殊的作用。例如，3S技术与常规地面数据采集技术方法相结合，可以对区域自然资源与环境要素的分布及其量值的动态变化进行快速、准确的调查和评价。例如，可以确定资源的数量、变化幅度、时间和空间分布，分析、预测各类资源利用的现状与前景，探索解决自然资源供需矛盾的可能途径，评价资源环境管理的政策和方案等。
土地是人们赖以生存的自然资源。随着我国国民经济的飞速发展，耕地面积在不断减少，土地质量下降等问题日趋突出。运用遥感技术，可以经常性地获得全国土地利用现状信息。通过地理信息系统可以对土地利用的变化(包括耕地、林地、水域、城镇用地、道路交通用地等)进行监测、分析与制图表达，采用全球定位系统技术可以在更详细的程度上获得土地利用变化的具体范围。
我国是自然灾害频繁、灾害损失严重的国家。近年来，自然灾害造成的年平均损失达1300亿元。防灾、减灾、救灾是我国迫在眉睫的头等大事。20年来，江河洪涝灾害造成的经济损失，已占各种自然灾害经济损失总额的70%，相当于国民经济总产值的3%-6%。
从80年代末期开始，我国科学家即开始了3S技术在洪涝灾害监测中的应用研究。经过“八五”、“九五”计划的科技攻关和近十年的应用试验，进一步完善了遥感监测的技术手段，形成了从卫星到飞机、从初级数据处理到综合性信息提取的灵活、高效的3S监测技术体系。这些高新技术，通过我国科技部门、产业部门及解放军空军、海军航空兵的通力合作，在1998年的特大洪涝灾害中，初步显示了巨大的威力。
在1998年的洪涝灾害发展过程中，我国遥感科技界综合应用3S技术，从6月19日开始，即通过卫星进行了连续不断的灾情监测。通过天上的6颗卫星，采用多光谱尤其是具有云层穿透能力的微波雷达成象技术对灾区进行了全方位的遥感监测，共处理全国范围的气象卫星数据近百个时相，接收加拿大、欧洲空间局、日本、美国等国遥感卫星数据12次，对各灾区进行了5-7次的覆盖，总覆盖面积相当于765万平方公里。动用863-308机载雷达系统，国家攻关计划“机-星-地”系统，国家测绘局的航测遥感系统等三套航空遥感监测系统，飞行20多架次，获取数十万平方公里灾区的实况图象。在此基础上，形成3S技术监测图象100多幅，灾情分析报告近100篇，迅速送往国家和受灾各省的有关部门，有力地支援了各灾区的抗洪救灾工作。同时，在灾害发生期间获取的这些遥感图象，将作为珍贵的资料为灾后重建和未来的防洪水利规划与建设提供科学的依据。
5.结语
人类从航空摄影量测走向基于遥感的航空航天数字摄影量测，从传统地图制作走向地理信息系统，由单一技术向“3S”集成技术、基于网络环境的“GIS”运行体系发展，是科学发展史的必然趋势。21世纪，是人造卫星群星璀璨的世纪。遥感、地理信息系统和全球定位系统等高新技术的高度融合，将为人类文明和繁荣昌盛作出新的贡献。