合肥市测绘设计研究院 安徽省合肥市 230000
摘要：3S集成是将GNSS、RS和GIS技术依据实际需要融为一个统一的整体，进而形成一种功能更强大的空间信息技术与方法的过程，是GNSS、RS和GIS技术发展到一定程度的必然产物
关键词：3S集成；全球导航卫星系统；地图学教学
引言
随着信息技术的飞速发展，3S集成及应用已成为空间信息技术的一种趋势。当前，3S集成系统正在经历一个从低级到高级的发展和完善过程。对于相关学科教学工作而言，3S集成技术发展与集成同时也是深化教学内涵的重要机遇。尤其是对于教学内容围绕3S集成技术开展或以其作为基础平台的地学、测绘学和环境科学等学科而言更是如此。
1 3S集成背景下全球导航卫星系统概述
作为3S的关键技术之一，GNSS泛指中国的北斗卫星导航系统、美国的GPS、欧洲的Galileo以及区域增强卫星导航系统，是一种全球性、全天候、连续和实时提供精密的三维坐标的空间信息获取技术，利用GNSS可精确获取任意点的空间坐标数据，确定各种地表覆盖边界，是GIS获取地理与专题信息的主要方法与手段。
RS即“遥远的感知”，是一种使用空间运载工具和现代化电子、光学探测仪器，探测和识别远距离研究对象的技术，主要用于快速获取地面目标及其环境的属性信息、发现地表的各种变化。随着现代RS技术的迅猛发展，新型传感器平台不断涌现，微波RS、高光谱RS不断成熟，空间、时间及光谱分辨率大幅度提高，现正以空前的速度为人类提供极为丰富的最新地物属性信息，是GIS的空间数据源。RS技术极大地拓展了GIS的应用领域和方式。
GIS是在计算机软硬件系统与互联网技术的支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理数据进行储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统，是3S集成的核心部分。GIS通过空间信息平台，对GNSS和RS来源的时空数据进行综合处理、集成管理及动态存取等操作，并借助数据挖掘技术和空间分析功能提取有用信息，使之成为决策的科学依据。在3S集成体中，三者所扮演角色或发挥的作用而言，GIS相当于人脑。GNSS和RS相则当于人的2只眼睛，负责获取海量信息及其空间定位，是GIS数据采集和及时更新的主要技术手段和有力支撑。GNSS、RS和GIS技术构成一个有机整体，实时对地观测、分析和应用的运行系统，为科学研究、政府管理、社会生产提供了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。
2 3S集成背景下全球导航卫星系统与地图学教学中存在的问题
2.1内容涵盖面广而课时量较少
GNSS横跨多学科，是由多学科相互渗透而形成的一门技术科学。其涉及内容极广，是数学、物理学、天文学、信号与系统、测绘学等科学相互融合的结晶。当前GNSS教学中面临的主要问题是：一方面课程内容涵盖内容众多，需要较多先修课程与基础知识，且实践性很强；另一方面GNSS课时非常有限。高等院校中将GNSS课程一般设为48甚至36学时。这对于地学（地理学、地质学等）与环境科学专业方向的学生而言，欲在先修课程严重不足而又学时如此紧张情况下，从课程中汲取完整的知识体系难度非常大；而对教师而言，在此情况下欲取得较好的教学效果也极富挑战性。
2.2地图学与GNSS教学内容的衔接问题
地图是地学、测绘科学和环境科学等研究成果最直接、最佳的表达方式。地图学是地理信息技术的基础，是地学与测绘专业的核心基础课程。如上所述，地图为3S集成的根基与基础。这就要求在地图学课程教学中，需要将GIS、GNSS与RS各课程内容无缝衔接或对接起来。
然而，现有地图学与GNSS课程教学中并没有真正做到。如国内课程教材的GNSS定位原理部分（绝对、相对定位），介绍用GNSS卫星地球坐标与测码伪距建立观测方程，计算出GNSS接收机在地球坐标系中的坐标即告结束。显然，此内容还没有与地图学中的地理坐标对接起来，是不完整、不完善、不充分的。尤其是在3S集成背景下，更需将GNSS与地图学的内容无缝衔接起来。因为GNSS中的地球坐标系为空间三维直角坐标系，与3S中所使用的地图建立不了对应关系，无法实际应用。即这种空间三维直角坐标系对地学、环境科学技术而言基本无实用价值，必须将其转换为大地坐标系或地图投影坐标系。
3 3S集成背景下全球导航卫星系统与地图学教学探索
3.1GNSS与地图学教学内容的调整与整合
鉴于GNSS内容综合性强而课时量少的问题，采取把握课程主线、突出重点的原则。将重点聚焦在天球与地球坐标系、GNSS卫星载波信号分量、GNSS的伪距测量与相位测量、GNSS绝对与相对定位和GNSS的地学应用等主要知识点上。而对一些非主流的内容，授课时仅做简要介绍，或将其作为课后作业引导学生完成，最大限度地节约了课堂教学时间，在短时间内使学生掌握GNSS定位技术必备的知识与理论体系，对GNSS有一个总体的概念，同时对学生的自学能力也有积极的促进作用，达到具有利用GNSS开展地学（地理学、地质学）、环境科学研究与工程应用的专业水平与工作能力。此外，针对GNSS具有跨多学科、内容涵盖广的特点，在强化该课程先修课程的同时，将尝试请物理学、信号处理等方面专家对GNSS中的相关内容进行必要的深化与补充，以获得更好的效果。另一方面，由于地图与GIS中的空间位置信息越来越多来自GNSS的观测成果，而属性信息来自RS处理成果。为此在地图学中适当增加地图数据来源部分的介绍，实现地图学与GNSS的教学内容的自然无缝衔接。
3.2GNSS教学内容的补充与完善
依据GNSS卫星坐标、观测伪距，建立伪距观测方程，用最小二乘法求解出任意点的空间三维地球坐标系，最后转换为地图坐标系GNSS课程中的定位原理部分，首先介绍利用GNSS卫星坐标与测码（测相）伪距建立观测方程，计算出GNSS接收机在地球坐标系中的坐标。其次补充如何将地球空间三维坐标系任意点的坐标到大地坐标系（地理坐标）的转换，将GNSS求解的结果与地球表面上的点对应起来。不仅如此，绝大多数情况下还要将地理坐标转换为地图投影坐标。最后将大地坐标系（B，L，H）经过高斯⁃克吕格投影或UTM投影转换为地图投影坐标系，以实现大地坐标（地理坐标）到地图投影坐标之间的科学转换，至此彻底完成了GNSS与GIS数据坐标框架的衔接。这就意味着对地图学与GNSS课程的教学内容进行了无缝衔接，为3S技术集成奠定了坚实的基础。
结束语
3S集成理论研究与应用势必将掀起新一轮浪潮。据此，高校教师应勇于探索、开拓创新，努力汲取新知识，优化更新知识结构，进一步丰富与深化教学内容，确保其先进性与实用性，以不断提升教学质量与知识水平，助力教学科研工作迈向新台阶。
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