3S技術(shù)及其在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用探析

徐昌　王曉玉　王斌

摘要：近年來，科學(xué)和信息技術(shù)以日新月異的速度飛快發(fā)展，推動了3S技術(shù)的不斷進步。3S技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來越廣，其在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域中的應(yīng)用切實提升了環(huán)境管理水平。文章對3S技術(shù)進行簡要概述，并對其在城市、農(nóng)業(yè)、森林和草原生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的具體應(yīng)用進行了分析。

關(guān)鍵詞：3S技術(shù)；生態(tài)環(huán)境監(jiān)測；環(huán)境管理；遙感技術(shù)；地理信息系統(tǒng)；全球定位系統(tǒng) 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：X870 文章編號：1009-2374（2017）08-0120-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.058

資源和環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來，由于城市的快速膨脹、資源的過度開發(fā)，環(huán)境不斷惡化，生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，環(huán)境保護和資源可持續(xù)利用面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作的重要性日益凸顯。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，由遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）集成的3S技術(shù)已成為空間信息獲取、管理、分析和應(yīng)用中的核心支撐技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于資源與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作中。

1 3S技術(shù)概述

1.1 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)（RS）是通過遙感器這類對電磁波敏感的儀器，在應(yīng)用這一技術(shù)識別探測目標(biāo)的過程中，受距離的限制性被減少。遙感技術(shù)發(fā)揮功能時所需的物質(zhì)包括可見光和電磁波等。由于該技術(shù)受探測距離的限制性越來越小，因此開始被廣泛應(yīng)用于各個高科技領(lǐng)域。而其在軍事領(lǐng)域中發(fā)揮的功能更是不容忽視的，它能夠更加高效地收集、儲存并分析各種數(shù)據(jù)；在氣象分析以及偵查工作開展中的重要性也越來越大；在利用RS技術(shù)進行土地資源勘察的過程中，有助于相關(guān)工作人員更加科學(xué)的進行土地規(guī)劃設(shè)計。

1.2 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)（GIS）是在計算機支持下管理、處理、分析空間數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)。從應(yīng)用的角度看，GIS最重要的應(yīng)用對象是與地理空間分布密切相關(guān)的地球資源與環(huán)境信息，是為資源與環(huán)境的信息管理、定量分析、綜合評價與輔助決策服務(wù)的重要技術(shù)手段。

1.3 全球定位系統(tǒng)

全球定位系統(tǒng)（GPS）是利用衛(wèi)星星座、地面控制部分和信號接收機對監(jiān)控對象進行動態(tài)定位和跟蹤的系統(tǒng)。將相關(guān)的通訊技術(shù)同GPS進行有效結(jié)合，能夠更加高效地進行時間、距離的測量，并進行空間定位，由此可見，該技術(shù)可以實現(xiàn)全天候的測試。并且精確度高是在應(yīng)用該技術(shù)進行測量中的主要特點，這樣一來，就極大地減少了工作人員的工作量，同時監(jiān)測的質(zhì)量和效率都有所提升。GPS可以在任何天氣狀態(tài)下發(fā)揮監(jiān)測功能，還能夠靈活地進行移動定位。在這種情況下，新時期該技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在了交通系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)勘查中。

2 3S技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的實際應(yīng)用

2.1 城市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

近年來，社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，我國加大了城市規(guī)劃和建設(shè)的力度，而科學(xué)的城市規(guī)劃必須建立在有效保護城市生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)之上，因此積極加強城市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作勢在必行。為了快速、準(zhǔn)確地獲取各種空間信息和環(huán)境信息，在開展城市規(guī)劃時，利用3S技術(shù)可以從宏觀上對城市土地利用現(xiàn)狀有效測算，并對未來發(fā)展趨勢進行預(yù)測評估，在考慮土地承載力的情況下，制定出有助于城市健康發(fā)展的規(guī)劃和設(shè)計。3S技術(shù)在應(yīng)用于城市大氣污染監(jiān)測時，可繪制城市大氣污染源分布圖，同時采用航空多光譜攝影手段監(jiān)測主要大氣污染物成分、顆粒組成以及空間分布，對城市熱島以及地面輻射之間的關(guān)系進行全面分析。在城市水污染監(jiān)測中，通過3S技術(shù)可以獲取地表水體懸浮泥沙、有機質(zhì)、葉綠素等水質(zhì)要素，并排查污染源源強、擴散方向、影響范圍等，同時可以獲得地下水三維水文狀況、地質(zhì)構(gòu)造、水流系統(tǒng)等重要信息。由此可見，3S技術(shù)在城市規(guī)劃、城市污染監(jiān)測中應(yīng)用較廣，可實現(xiàn)全方位、多角度、深層次監(jiān)測，為提升城市規(guī)劃科學(xué)性、促進城市健康可持續(xù)發(fā)展提供重要的技術(shù)支持。

2.2 森林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

現(xiàn)階段，在對森林病蟲害、荒漠化、森林火災(zāi)以及野生動植物等展開監(jiān)測工作的過程中，3S技術(shù)已經(jīng)開始發(fā)揮不可取代的作用。結(jié)合歷史資料，利用3S技術(shù)更新并完善森林?jǐn)?shù)據(jù)庫，包括森林生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)、主要生態(tài)過程等相關(guān)信息，有針對性地制定森林合理利用方案和資源保護政策，提升森林發(fā)展規(guī)劃的科學(xué)性。3S技術(shù)有機結(jié)合，在宏觀上對森林病蟲害進行有效監(jiān)測，獲取害蟲空間分布范圍以及變化趨勢，并開展害蟲適宜生境風(fēng)險評估，同時與專家系統(tǒng)、人工智能相結(jié)合建立森林害蟲治理決策模型和支持系統(tǒng)。在防災(zāi)減災(zāi)體系建設(shè)中，可利用3S技術(shù)建立完善的森林火災(zāi)預(yù)警和撲火指揮系統(tǒng)、森林有害生物預(yù)警和管理系統(tǒng)以及生態(tài)防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)急系統(tǒng)，提高預(yù)防和撲救森林火災(zāi)的綜合能力，防止外來有害生物的傳入和擴散。

2.3 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中，3S技術(shù)能夠更加科學(xué)地評價土地生產(chǎn)潛力、土地適宜性、土地限制性、土壤受侵蝕程度等，同時還可以有效地監(jiān)測土地次生鹽漬化和土地沙化等問題。為了開展土地資源評價，可將不同時期遙感影像進行迭加、對比，結(jié)合定位觀測和實地勘察，準(zhǔn)確掌握土地資源現(xiàn)狀以及動態(tài)過程、農(nóng)作物生長狀況、土壤水分旱澇狀況以及地面溫度等信息，并在土地資源評價科學(xué)理論與模型的基礎(chǔ)上，借助GIS數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)分析功能，達到快速、客觀、科學(xué)評價的目的。另外，在監(jiān)測土地退化活動的過程中，要想實現(xiàn)全過程動態(tài)監(jiān)測，就必須綜合應(yīng)用RS與GIS兩種技術(shù)。在這兩種技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以及時定量分析土地退化過程中的現(xiàn)狀，同時在動態(tài)監(jiān)測土地退化狀況時，還可以從不同時空尺度的角度出發(fā)，從而對土地現(xiàn)狀做出及時、精確的評價，相關(guān)工作人員可以利用這一評價，快速地制定相應(yīng)治理方案，提升土地退化治理工作的科學(xué)性。

2.4 草原生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

在對3S技術(shù)進行應(yīng)用的過程中，相關(guān)資源的傳輸和儲存都是以數(shù)字的方式進行的，因此定量分析、數(shù)字處理成為3S技術(shù)的核心。在這種情況下，空間研究的效率有所提升。當(dāng)空間尺度相對較大時，通過對3S技術(shù)的有效應(yīng)用，可以加大資源的監(jiān)測和調(diào)查力度。針對草原生態(tài)環(huán)境來講，其具有主體豐富、層次多的特點，在展開監(jiān)測的過程中，需要首先構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫中包含各種大量數(shù)據(jù)，為工作人員靈活地進行數(shù)據(jù)的上傳、存儲以及使用奠定良好的基礎(chǔ)。從我國的草原生態(tài)環(huán)境特點來看，相關(guān)部門在展開監(jiān)測工作的過程中，應(yīng)同時展開地面定位監(jiān)測和宏觀航天遙感監(jiān)測，同時構(gòu)建專門的數(shù)據(jù)庫，草原生態(tài)環(huán)境監(jiān)測相關(guān)內(nèi)容應(yīng)在宏觀遙感監(jiān)測區(qū)域范圍內(nèi)有所體現(xiàn)。所以在積極定量評價行區(qū)域生態(tài)安全性的過程中，可以綜合應(yīng)用GIS技術(shù)和RS技術(shù)，提高草原信息化、智能化、科學(xué)化管理水平。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作越來越受到人們的高度重視。由于傳統(tǒng)的監(jiān)測工作無法從根本上達到預(yù)期的監(jiān)測目的，只有將3S監(jiān)測技術(shù)充分融入到生態(tài)環(huán)境各個領(lǐng)域中，才能對生態(tài)環(huán)境存在的問題以及今后的演變趨勢進行全方位的了解和掌握。隨著3S技術(shù)的不斷完善，我國的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測水平將大大提高，這將為各級政府和管理部門提供及時、準(zhǔn)確、動態(tài)的數(shù)字化信息，為保護環(huán)境、造福人類做出巨大貢獻。

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（責(zé)任編輯：王 波）