3S技術在智慧環保領域中的應用

馮廣明

(黑龍江省牡丹江市環境保護局信息中心，黑龍江 牡丹江 157000)

一 智慧環保的內涵

我國社會經濟日新月異的發展，許多盲目的開發和建設伴隨其中，致使環境問題日益嚴重，如北冰洋消融、印度洋地震和海嘯、我國的松花江水污染事件，給人類生存環境造成了極大危害。在如今嚴峻的環保形勢面前，國家各級管理機關和企業采取各種政策、措施、手段以控制環境污染、改善生存環境。“智慧環保”是“數字環保”概念的延伸和拓展，它是借助物聯網技術，把感應器和裝備嵌入到各種環境監控對象(物體)中，通過超級計算機和云計算將環保領域物聯網整合起來，可以實現人類社會與環境業務系統的整合，以更加精細和動態的方式實現環境管理和決策的智慧。智慧環保的目標主要是利用數字技術匯集、整理環境數據，整合環境保護的日常業務，提高環境保護的信息化水平，提高環保工作的協同水平，支持環保數據共享，支持環保決策和新業務的開發，其基本特點為:對技術數據進行規范化處理，應用功能開放式接入，重視業務的過程、可控性。為了將智慧環保更好的應用于產業發展中，需要在智慧環保概念的基礎上，建立智慧環保整體解決方案，針對企業、地市級環保局、省級環保局、國家環保部，提出不同的業務

二 3S技術的概念

3 S技術是遙感技術、全球衛星定位系統和地理信息系統的統稱，它借助傳感器、導航、計算機等，通過采集、整理、分析等手段獲得空間信息。

(一)RS技術

RS是英文Remote sensing的縮寫，意即遙感，它一般借助航天飛機、氣球或者汽車、航模飛機等從高空中獲得來源于地球的電磁波，并通過對數據、圖片的整理分析，掌握地球表面的各種信息，從而為社會服務。遙感觀測能夠在很短的時間幫助人們獲得大范圍空間數據資料，有助于人們對地球掌握宏觀的了解，它能夠提供的信息量大，且速度快，對于一個范圍事物的監測不只停留在表層，更注重其動態的變化，具有可對比性。它包括衛星、航空兩大遙感技術。RS是一門對地觀測綜合性技術，它的實現既需要一整套的技術裝備，又需要多種學科的參與和配合，因此實施遙感是一項復雜的系統工程。根據遙感的定義，遙感系統主要由遙感平臺、傳感器、地面接收站、分析解譯系統四大部分組成。

(二)GPS技術

GPS全稱Global positioning systems，由美國最先發明而來，開始多用于軍事，而后才用于生活。它由高空中二十四顆人造衛星組合而成，分部在三個軌道上，也就是說一個軌道上有八顆衛星，覆蓋了地球，它具有定位功能且定位精確，現在汽車中的導航儀就是借助這種技術，它能夠準確定位用戶所在位置，并提供時間等信息。GPS系統主要由空間星座部分、地面監控部分和用戶設備三大部分組成。

(三)GIS技術

GIS(地理信息系統)同樣是借助計算機，獲取數據，通過存儲、整理、運算，顯示出地球表面信息，與此同時，它還可以分類進行系統分析，或者組合再分析。借助這種技術的“可視化”，我們可以通過反饋出來的圖片掌握信息變化。我國特大災情出現之時，都是借助這種技術，來發現其分布地區與范圍的。它常常被用于探索地球以發現可用資源，通過圖片顯示，讓人能夠了解自然氣候變化。

三 3S技術在智慧環保中的應用

智慧環保實施的前提是對地球表面狀況有一個細致的了解，，如何將3S技術與智慧環保相結合，這是業內多年來致力研究的內容。3S技術正好能夠最大限度的滿足這個要求。GPS精確快捷低確定目標，RS可以第一時間發現地球變化，GIS在這兩者提供的數據基礎上進行智能分析，轉而有效地提升RS和GPS的信息獲取能力。

(一)RS技術在智慧環保中的應用

1.環境質量監測。通過衛星影讓人們了解到城市、沿海、江河、湖泊等環境變化，以及城鎮白色污染、金屬污染等狀況，通過地面設置的監測點提供的信息，對造成污染的原因做一個分析。

監測大氣質量。借助遙感技術，可以發現大氣污染源所在地，并顯示部分造成污染比較重的高耗能工廠，通過計算機對數據的處理，可以知道大氣中主要的污染物是什么，還有塵埃顆粒大小等。通過RS也可以觀察到大氣的鉛垂分布，據此得出城市“熱島”效應形成原因。

監測內陸水體環境。同樣的借助遙感技術，可以準確發現水體污染發生地區，及污染源種類，工廠排出污水中所含的有害物質。

監測海洋環境。通過對比紅外掃描儀在白天和黑夜所攝熱圖像，可以了解海面是否被石油所污染，然后分析溫度差，可以得出被污染區油膜厚度。海洋里面不同的物質，通過RS會有不同的顯示，在判讀后，可以了解到污染類型。

2.污染防治規劃。城鎮建設中由于不重視環境，造成了諸多污染，包括水源污染、大氣污染、海域污染等，借助衛星遙感，我們首先可以了解地球污染的大體情況，取得相關數據，然后通過現場勘查，了解更為具體的信息，這樣解決問題會更有針對性，以往的環境報告只依靠行政部門統計上表，停留在書面文字上，不符合實際。遙感技術可以補充這一弊端，除了必要的數據顯示，還提供影響資料。

3.生態環境規劃與監測。利用衛星影像得到植被覆蓋率，全球植被分布地區，植被對于環境的維護有著不可替代的價值意義，能夠凈化空氣，調節氣溫，RS技術能夠監測到森林退化、沼澤消失等環境變化，尤其是對很多無人能涉足的地區，也可以獲得一些線索。

4.環境影響評價區域。無論是跨區域還是跨流域，環境影響評價都是必須重視的工作，在今天環境污染日益嚴重的背景下，它愈顯的不可忽視，其影響范圍深廣，對于城鎮經濟發展有重要作用，除了一般的建設施工這種具體項目會需要環境影響評價，關鍵是對局部地區整個宏觀的勘測。

5.環境災害監測遙感技術可調查與滑坡、泥石流有關的環境因素，從中獲取這些自然事故發生原因，以及分布規律，為下一次災害來臨做好預防工作。此外，RS可監測赤潮所含葉綠素A，從而判斷海邊發生的赤潮是由什么造成的，它的污染范圍之類，并在第一時間提供報道。

6.全球環境問題。遙感技術可監測全球環境問題，如大氣中所含的有害氣體，包括CO，CH4，O3，N2O，NO2，NH3，H2S和SO2等，同時為當今世界上環境焦點問題如氣候變暖、酸雨、上下游污染、鄰國空氣環境污染、SO2擴散等提供技術支持。

(二)GPS技術在智慧環保中的應用

1.全球衛星定位GPS技術能提供連續、實時的三維位置、三維速度和時間，在地球任何地點、任何時間均可連續同步觀測到4顆以上的衛星，且測站之間不需點間透視。GPS技術不受陰天黑夜、起霧刮風、下雨下雪等氣候的影響，可隨時進行定位和測量。目前，GPS全球衛星定位技術可在環境監控管理平臺中準確定位污染源和放射源所在位置，當放射源被移開正常位置時，利用全球定位技術可輔助環境監控管理平臺進行報警。

2.遙感影像校正GPS技術可方便準確地校正遙感影像、分析地形圖，改變了傳統的通過幾個點定位來尋求幾何校正，使圖像更容易復合，方便了分析工作的實施。利用GPS校正的遙感圖像可為環保業務提供可靠的數據基礎。

(三)GIS技術在智慧環保中的應用

1.環境質量監測前端監控的環境質量狀況可在基于GIS的監控管理平臺中進行存儲、處理、顯示、分析，以達到輔助決策的作用。

2.生態環境分析，在對地球表面狀況進行分析的進程中，利用地球信息系統可以提供精確的水土流失、森林退化、沼澤消失的面積數據等，且會自動對生態環境的破壞程度做一個評估，為政府部門實施關于環境保護政策提供依據。

3.水環境監測。空間性與層次性是水環境的兩大特征，借助GIS可以知道水質、水污染、污染類型、污染范圍，還可以更明了的污染源、排污處的空間分布，利用這種技術還可以預測水污染，結合圖表為水環境保護部門提供支持。

4.環境應急預警。自然災害或者人為災害時有發生，并且多出于毫無防備的狀況之下，所以有必要建立環境應急預警，對于發生事故的地方，能夠探測得到，對傷亡損失有所估測，為抗災搶險提供必備的充足的準確的信息，甚至在災害還沒發生之前，可以模擬海洋污染擴散，大氣污染流動，提出應急解決措施。

5.環境影響評價。3S技術中，前面說到RS應用于環境影響評價，GIS同樣也能應用其中，充分利用其集成管理數據優勢，形成嚴謹的綜合分析，對于社會發展大背景下的改建、擴建、項目做出評價，預測影響，并提出如何減弱不良影響所造成的危害。建立對整體環境評價的模型。

6.制作專題圖。GIS技術除了能夠提供必需的數據，還可以繪制出民眾所需要的各種類型地形圖，相比于傳統人工地圖繪制，它的精確度更高，同時提供數據，也顯得更加準確靈活。如通訊、電力、交通、公安、環保、土地、旅游、水利等專題地圖。

7.幫助建立環境地理信息系統。對于環境管理來說，地理信息是必不可少的，在平日的生活或者工作中，會接觸到很多的環境信息。它們以空間為主，借助GIS可以建造一個環境空間數據庫，包括污染源空間，如農藥造成的水源污染、工廠排除的有毒氣體、交通尾氣，它們的影響范圍，污染強度等，利用計算機的強大功能對數據進行存儲、整理、分析，就可以建造一個“可視化”環境地理信息系統。

四 結語

“智慧環保”從概念的形成到全社會的參與，是社會進步的必然結果，為二十一世紀環境保護提供了新途徑。“智慧環保”是一個龐大的科學技術體系，參與這一宏偉工程既要有科技工作者的參與，又要有科學技術的支持。在智慧環保領域中采用3S技術進行設計和開發，能夠全面涵蓋環保的日常業務、擴展業務以及增值業務的處理系統，可大大降低環保的監督成本以及業務運行成本，最終達到促進智慧環保領域飛速發展的作用。

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