試論"3S"技術在沙化土地監測中的應用

林樹才

摘 要：本文論述了黑龍江省荒漠化現狀，形成原因，利用3S技術在我省沙化土地監測工作中進行了探討。3S技術減輕工作強度，提高了工作效率，為了解決林區森林資源調查工作量大、周期長、提供數據速度慢的問題，為沙化土地監測各項政策制定提供了科學依據。

關鍵詞：3S技術應用 沙化土地監測 荒漠化

我國是世界上沙化面積較大、分布較廣、危害嚴重的國家之一，全國沙漠總面積130.8萬hm2，約占國土總面積的13.6%，其中沙漠、荒漠占45.3%，沙漠化土（沙地）占11.2%，戈壁占43.5%，沙漠化相當嚴重。我省沙化土地面積378571.4 hm2，沙土耕地432993.1 hm2，占全省總土地面積的26%，分布較為集中，給該區的經濟、環境和人民生活帶來嚴重影響。土地沙化已成為全球性災難，是當今世界十大環境問題之首，所以荒漠化土地的治理和利用是擺在我們當前的主要任務。為了更好地掌握沙化土地類型、程度、面積、分布及消長狀況，分析動態變化原因，制定防沙治沙宏觀決策，需要我們建立一套較為完善的沙化土地監測體系。遙感與GIS相結合，既可以保證GIS 具有高效和穩定的信息源，又可以對遙感信息進行實時處理、科學管理和綜合分析，實現監測、預測和決策的目的，為沙化監測提供高效的技術支持。利用RS技術采集現勢性強的空間數據，應用GIS技術建立圖形庫和與之相匹配的屬性庫，利用GPS技術進行準確定位，對土地現狀進行檢查和監測。根據本次調查結果和前期調查數據在監測區可比范圍內進行動態變化分析。

一、荒漠化土地的分布狀況

黑龍江省沙區處于我國北方萬里風沙線東端，主要集中于我省西南半干旱地區，分布在嫩江流域下游的沖積平原上，統稱嫩江沙地。地理位置：東經122°10′-125°10′，北緯43°30′-48°30′。沿嫩江干流兩側寬242km，長400km的范圍內，形成東北向西南走向的帶狀沙區。

二、沙漠化形成的原因

1、森林遭受破壞：伐木開荒，種植農作物；雨水沖刷裸地，出現溝壑，導致水災；在干旱時期，風把干燥表土吹走，造成山地巖石裸露，寸草不生。這就是沙漠化的開始，也是破壞森林造成的惡性循環的結果。

2.土壤鹽漬化導致田原荒廢：沒有排水設施的農田經過灌溉或水淹之后，鹽分上升到地面，出現大面積的鹽堿地。到目前為止，全世界已有幾百萬公頃，可耕地因鹽漬化、沼澤化而變成荒漠。毀林開荒，暴雨沖刷表土促成紅壤化，高溫氣候進一步加速氧化過程。在這些作用配合之下，地表有機質很快消失，土壤發生衰竭，從而逐漸趨向沙漠化。

3、人類的有害活動：沙漠擴大的另一個原因是人類自身的破壞行為。例如游牧部落把一片片森林變成牧場、牲畜啃食樹皮和矮枝。干旱季節，高部枝葉也成為羊群的飼料。由于人、畜增加，甚至在年降水150mm的地區也實施開發。這類地區，一旦干旱期再次來臨，就很快被風蝕。人類制造了沙漠，并使其有擴張的趨勢。

三、土地沙漠化危害

土地沙漠化給沙區農牧業生產和人民生活帶來了嚴重災害，在我省千里風沙線上有30萬hm2農田，25萬hm2草原受風沙危害，據調查，每年因風沙危害所造成的直接損失高達11億元。

1、剝失表土、肥力減退：據觀測：≥5m/s風速開始引起沙地風蝕；≥8m/s大風，剝蝕表土2mm；≥11m/s大風剝蝕表土5mm。在沙地原始黑鈣土上，年剝蝕表土0.7～10cm，平均每年跑土5.6～6.6 hm2，相當于損失N、P、7.5～10kg，K17.5～22.5kg，在沙區每年因風蝕毀種面積約占耕地總面積5%左右。風沙嚴重地區在旱情嚴重的年份，毀種面積更大，毀種次數達3次。隨著風沙侵蝕程度的加重，土壤理化性質越來越差，肥力不斷減弱，產量逐年下降。

2、草原沙漠化、生產力下降：據統計，沙區草原沙漠化面積25.7萬hm2，占沙區草原面積77.3萬hm2的33%。由于草原沙漠化，草場質量下降，單位面積載畜量減少，嚴重影響牧業生產發展。50年代優質草原占53%，現已下降到了13%。50年代產干草多在1500～2250kg/ hm2。而現在產干草532.5kg/ hm2，草原生產力和利用率明顯下降。

四、RS遙感技術應用

本次沙化土地監測遙感技術的應用，主要是對遙感數據進行幾何精確校正、增強、融合等處理后，以調查總體為單位制成 1：5萬比例尺的遙感影像圖。通過建立的解譯標志進行目視判讀區劃圖斑，再到現地驗證調查。遙感技術就是用裝在平臺上的傳感器來收集（測定）由對象輻射或反射來的電磁波，再通過對這些數據的分析和處理，獲得對象信息的技術。以林場為單位的高精度的森林資源調查，利用RS數據作為小（細） 班區劃的依據，結合林班、等高線、特征高程點等矢量數據，在小（細）班外業區劃調查前進行室內預判、分類、區劃設計、輔以原有影像和圖面資源，加上野外勘察驗證，能夠準確、快速區劃森林小班，將外業圖紙區劃80%的工作放到室內進行，減少野外繪圖的工作量，提高外業調查的速度。遙感方法由于覆蓋范圍廣，能夠跟蹤動態變化，并重復不斷地提供森林資源信息，在沙化土地監測調查中具有強大優勢。不同的森林覆蓋類型具有不同的生物物理特性，特別是表現在隨波長而變化的輻射亮度差異，可見光傳感器產生的圖像記錄了不同土地類型和不同森林植被覆蓋類型的輻射亮度值，據此利用專業遙感圖像處理軟件和相應的數學模型可以提取森林特數據采集（錄入）GPS 地圖資料文字、圖片、錄像數據庫管理子系統圖形和圖像處理子系統RS查詢 分析 輸出用戶GIS128升飛機或無人駕駛飛機，配合DGPS、航攝、掃描儀實現數據更新.更大的區域則可采用航天遙感數據更新，應該肯定，一個實時化的系統必然是一個動態化而且充分采用了趨勢預測空間分析模型的系統.

1、圖像的校正是指從具有幾何畸變的圖像中消除畸變的過程。也可以說是定量地確定圖像坐標與目標物的地理坐標的對應關系。本次研究利用控制點的圖像坐標和目標物坐標的對應關系，用多項式模型確定所給的圖像坐標系和應輸出的地圖坐標系之間的坐標變換式，坐標變換式的系數可從控制點的圖像坐標值和目標物坐標中求出。

2、解譯標的建立：建立不同地區、不同時相衛星遙感圖像解譯標志。根據監測范圍的地理氣候和社會經濟特點、遙感圖像特征，選擇不同類型的試驗區，現地調查土地利用類型、沙化土地類型、土壤、植被及地形地貌等，拍攝與衛星遙感圖像相接近的野外景觀數碼圖像，與相同地點的衛星遙感圖像構成像對，建立土地利用類型與遙感圖像特征對應的關系，即不同土地利用類型在遙感圖像上表現出的色調、紋理、形狀、分布不同特征等。遙感解譯標志，是判讀人員準確判斷目標地物遙感圖像信息參照標準。它既能直接反映和表現目標地物信息的色調、大小、形狀、陰影、紋理、圖形，又能間接反映和表現地物信息的遙感各種特征。根據現地調查核實結果，在現地對衛星圖像目視解譯形成的圖斑界線進行修正，利用 GPS對有關調查圖斑進行現地定位。

五、3S技術的應用

GIS的應用解決了調查人員手工制圖及與繪圖員之間相銜接存在的問題。直接用 DBF 數據導入繪圖軟件，減輕了調查員工作強度并解決面積計算精度問題，各地類面積精度分別為98%以上；通過對各類地物及樣點采集數據進行信息處理； 建立圖形數據庫及其屬性數據庫文件，完成沙化土地面積計算及專題圖的繪制，使沙化監測工作實現了數字化，可視化，易于修改調用，為沙化土地監測的各項政策制定提供了科學依據。

3S技術中的RS圖像含有巨大的信息量，GPS可以精確地導航定位，利用GIS強大的制圖功能，可以根據用戶需要快速、精確地滿足多種專題圖制作的要求。直接輸出包括地形在內的各種專業圖件，編制時間大大縮短，精度也有了較高的保證。所以，用合適的遙感數據源結合地面抽樣技術，利用GPS對樣地進行空間定位，最后用GIS對各種調查數據進行匯總和分析，這種3S集成技術在林區森林資源調查中的應用，極大地提高了決策的適時性、監測的準確性、管理的高效性和科學研究的精確性。endprint