3S技术在"战疫"中的应用

概述

遥感技术是20世纪60年代兴起的一种探测技术，是根据电磁波的理论，应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息，进行收集、处理，并最后成像，从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术。

3S技术是什么

早期3S是指遥感(Remote Sensing)、全球定位系统GPS(Global Position System) 和地理信息系统(Geographic Information System) 的简称，广义的说法则是遥感(Remote Sensing)、地理信息系统(Geographic Information System) 和全球导航卫星系统（ Global NavigationSatelliteSystem），其中GNSS泛指所有卫星定位系统，包括GPS。"3S"是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通信技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术的总称。

工作流程

 

随着3S技术的不断发展，将遥感、全球卫星定位系统和地理信息系统紧密结合起来的"3S"一体化技术已显示出更为广阔的应用前景。以RS、GIS、GPS为基础，将RS、GIS、GPS三种独立技术中的有关部分有机集成起来，构成一个强大的技术体系，可实现对各种空间信息和环境信息的快速、机动、准确、可靠的收集、处理与更新。

3S技术有哪些应用场景

3S技术在我国发展很快，而且由于地理信息的普适性，使得其应用早已突破了地学研究的领域，目前, 3S已广泛应用于城市规划、城市管网规划、交通、电讯管网及配线、电力配网、测绘、环境保护与监测、国土详查、土地利用、地籍管理、 公安、国防、作战指挥、教育、地质勘察、矿产资源、旅游业及卫生事业等。

➤GPS与GIS的集成与应用。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的各种自动电子导航系统，用于交通指挥调度、公安侦破、车船自动驾驶、农田作业管理、渔船捕鱼等多方面。也可以利用GPS的方法对GIS进行实时更新。

➤RS与GIS的集成与应用。RS是GIS重要的数据源和数据更新的手段，而反过来，GIS则是遥感中数据处理的辅助信息。两者集成可用于全球变化监测、农业收成面积监测和产量预估、空间数据自动更新等方面。

➤GPS与RS的集成与应用。在遥感平台上安装GPS可以记录传感器在获取信息瞬间的空间位置数据，直接用于空三平差加密，可以大大减少野外控制测量的工作量。可在自动定时数据采集、环境监测、灾害预测等方面发挥着重要作用。

➤3S技术集成与应用。3S的整体集成应用更为广泛，例如在由GPS+GIS组成自动导航系统中加入CCD摄像机组成移动式测绘系统可用于高速公路、铁路和各种线路的自动监测和管理，也可建立战时现场自动指挥系统。美国的巡航导弹和爱国者导弹上安装了3S集成系统，可以实现自动导航、自动跟踪、自动识别目标，以进行准确的拦截和打击。

3S技术

 

3S技术在公共健康与疾病防控方面的应用案例

01国家SARS疫情控制与预警地理信息系统

在2003年非典时期，中科院地理所、国家疾控中心等单位联合研制了"国家SARS疫情控制与预警地理信息系统"，将空间定位、空间信息管理、空间信息分析技术和通信技术进行有机整合，形成了一体化的SARS疫情实时传输、处理、分析信息系统，在SARS疫情的信息采集、管理、分析及其防治与监控措施的发布等方面发挥了重要的作用。

02基于遥感技术的流行病学研究工具

1971年, 美国学者Cline首次提出将航空遥感影像作为流行病学研究工具的设想。随后, 众多学者利用诺阿(NOAA)、梅托沙(ME-TEOSAT)等气象卫星影像数据对气温、湿度、饱和差、降雨量、植被覆盖等与疫情发生与流行有关的气候环境因素进行研究和分析, 以及利用斯鲍特(SPOT)、地球资源探测(LANDSAT)、蒂姆(TM)等系列卫星对地形、地貌、植被结构、植被丰度、地表湿度等可以用于疫情识别、预警的地理因素进行研究和分析。

03基于GIS的公共卫生综合管理

近年来（特别是2003年非典疫情之后），GIS技术较广泛地应用于医疗和公共卫生领域。通过GIS技术建立疾病防治预警系统、监控系统、疫情信息报告系统和社区防控系统，采用决策辅助系统对突发信息进行有效的采集、处理，并提供应急预案，及时掌握重点传染病的流行规律，有助于提高医疗系统应急处理及反应能力。

3S技术在当前新冠肺炎疫情防控中所发挥的作用

1、对人群流动进行高精度定点定位，揭示疫情时空格局与空间传播规律。通过GNSS定位技术精准获取逐日人群迁移数据，再借助GIS技术从不同尺度上展示疫情空间传播的过程和规律，通过对空间数据的分析，分析武汉周边及湖北毗邻省份的人口感染上升趋势，并进一步分析空间扩散的风险和主要路径，对于政府部门和公众正确研判疫情发展态势具有直观、实时的优势。同时还能为公众提供直观的可视化数据。

1月22日武汉迁出主要目的地示意图

 

2、实现"非接触式"操作，避免交叉感染。利用遥感热成像测温系统大大降低社区及人员密集场所出现的"接触式"、"遗检漏检"、"高误差"的防疫风险。

遥感防疫车（图片源于网络）

 

3、卫星遥感技术（RS）在疫情监测及紧急施工上的应用。通过实时遥感图像进行社会活动分析、旅游活动分析等，为政府提供真实有效的信息，便于对群众的定点疏散和管控，抑制疫情的蔓延。除此之外，通过遥感图像还可为疫情期间的紧急建设场地提供生态环境监测，保障施工生态安全。

4、全球导航定位系统（GNSS）为抗疫一线提供时空体系精准服务。在疫情期间紧急施工建设中，基于卫星导航系统的高精度定位设备确保工地迅速完成，为施工争取了宝贵时间。

▲ 央视《新闻联播》报道：中国北斗全面助力抗击新冠肺炎疫情

在定位导航支持下的载重无人机以及物流车等运输工具对医疗物资的进行精准投放。车载定位终端向入网车辆推送疫情信息，推荐道路行驶及运输服务信息。另外，定位导航系统还可应用于物流行业，缓解疫情期间迅速增长的物流配送压力。

载重无人机对医疗物资的进行精准投放

 

5、基于GIS的疫情应急管理信息系统建设。比如，构建不同部门和不同区域的联防联控信息系统，疫情实时空间信息上报及共享系统、应急物流管理信息系统、医疗物资定点救助（物资捐助）信息系统等，为地方政府实现更高效的应急公共管理提供决策服务。其中，GIS是必不可少的技术手段。

3S技术在此次疫情中应用实例

卫星遥感监测武汉火神山医院、雷神山医院

武汉作为这场抗击疫情战役的最前线，有两座为对抗此次疫情所兴建的医院格外引人关注：火神山医院和雷神山医院。

2020年1月25日农历正月初一，在武汉大学李德仁院士的指导下，成立了包含多个单位遥感骨干力量的联合工作组，决定用航天遥感手段见证火神山医院、雷神山医院建设进程，提供医院建设对周围环境影响的初步评估。

工作组调度高分辨率光学卫星（吉林一号高分03星、高分二号卫星、法国pleiades高分辨率光学卫星等）进行多时相对比，调度高光谱卫星（珠海一号高光谱卫星）进行水环境监测，调度干涉合成孔径雷达（哨兵1号A星）进行监测。同时利用高分辨率夜光卫星（吉林一号视频03星）见证了医院的一步步建成。

高分二号影像（2019年10月29日）火神山医院建设前情况

 

火山神医院周边白天和夜间对比

 

珠海一号高光谱影像拍摄的火神山医院建设前与建设中邻近水域水环境高光谱对比分析

 

北斗智慧防疫定位系统助力数字防疫

当前处于新型冠状病毒感染的肺炎疫情防控关键期，北斗企业为保障自身企业安全有序复工，积极利用自主研发的北斗高精度位置服务技术开发出了北斗智慧防疫定位服务系统，通过北斗系统高精度位置服务及轨迹精准定位技术，成功在自身企业和员工中开展有效运行，为复工员工和企业安全运营保驾护航。

该系统在北斗导航、互联网、大数据时代下，围绕病情疫区现场"人、车"等因素，利用防疫定位手环、WiFi、北斗定位等应用，实现网格化区域的易感人群防疫监控监管管理。该系统通过对居家隔离人员佩戴手环，可主动更新政府部门发布的疫情分布细节，提醒员工避开高风险防疫场所，提高自主防控意识。同时，系统也能根据公布的确诊患者行踪轨迹，自动呈现比对员工与确诊患者的活动轨迹，给员工提出防范建议。

 

北斗智慧防疫定位服务系统

 

ESI疫情防控地理信息系统

ESI地理信息系统(GIS)是为地理研究、综合评价、管理、定量分析、决策而建立的计算机应用系统。GIS已被广泛应用于医疗和公共卫生领域，为疾病监测、环境健康和危险因素分析、公共卫生资源计划和配置以及社区医疗保健控制等方面服务。

2019-nCoV疫情传播有一定空间规律如区内传播、区际传播、距离衰减等特征，同时具有一定的时间过程，且与空间分布规律相耦合，因此，完全可以充分利用地理信息系统在时空格局、区域差异、空间治理的特长，从时空过程、信息综合管理、预测预警等方面为疫情防控提供服务。

感染人数示意图

 

ESI地理信息系统在此次疫情中发挥了不少作用，例如：

疫情上报机制：

发现疫情后，可将疫情通过系统第一时间上报至相关部门，减少中间过程，提升防控效率，最大程度降低范围传播风险。

疫情上报

 

在线规划，实时调配：

疫情管理部门接到上报的疫情后，可通过系统查询患者时空动态，划定管控范围、管控时限及管控力度，提出调配人员物资方案及后期处置至区域内疫情结束。

医院查找

 

疫情发展态势分析：

根据感染人的居住小区，行驶路线对传播和感染进行态势分析。

态势分析

 

文章来源：中山大学测绘科学与技术学院