徐昌　王曉玉　王斌

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

關(guān)鍵詞：3S技術(shù)；生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)；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(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：X870 文章編號(hào)：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(lái)，由于城市的快速膨脹、資源的過(guò)度開(kāi)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(hù)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(cè)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(cè)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(guò)遙感器這類對(duì)電磁波敏感的儀器，在應(yīng)用這一技術(shù)識(shí)別探測(cè)目標(biāo)的過(guò)程中，受距離的限制性被減少。遙感技術(shù)發(fā)揮功能時(shí)所需的物質(zhì)包括可見(jiàn)光和電磁波等。由于該技術(shù)受探測(cè)距離的限制性越來(lái)越小，因此開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于各個(gè)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(chǔ)存并分析各種數(shù)據(jù)；在氣象分析以及偵查工作開(kāi)展中的重要性也越來(lái)越大；在利用RS技術(shù)進(jìn)行土地資源勘察的過(guò)程中，有助于相關(guān)工作人員更加科學(xué)的進(jìn)行土地規(guī)劃設(shè)計(jì)。

1.2 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)（GIS）是在計(jì)算機(jī)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(duì)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(píng)價(jià)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(hào)接收機(jī)對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)定位和跟蹤的系統(tǒng)。將相關(guān)的通訊技術(shù)同GPS進(jìn)行有效結(jié)合，能夠更加高效地進(jìn)行時(shí)間、距離的測(cè)量，并進(jìn)行空間定位，由此可見(jiàn)，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全天候的測(cè)試。并且精確度高是在應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行測(cè)量中的主要特點(diǎn)，這樣一來(lái)，就極大地減少了工作人員的工作量，同時(shí)監(jiān)測(cè)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(cè)功能，還能夠靈活地進(jìn)行移動(dòng)定位。在這種情況下，新時(shí)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(cè)中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 城市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)

近年來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，我國(guó)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(hù)城市生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)之上，因此積極加強(qiáng)城市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作勢(shì)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(kāi)展城市規(guī)劃時(shí)，利用3S技術(shù)可以從宏觀上對(duì)城市土地利用現(xiàn)狀有效測(cè)算，并對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)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(jì)。3S技術(shù)在應(yīng)用于城市大氣污染監(jiān)測(cè)時(shí)，可繪制城市大氣污染源分布圖，同時(shí)采用航空多光譜攝影手段監(jiān)測(cè)主要大氣污染物成分、顆粒組成以及空間分布，對(duì)城市熱島以及地面輻射之間的關(guān)系進(jìn)行全面分析。在城市水污染監(jiān)測(cè)中，通過(guò)3S技術(shù)可以獲取地表水體懸浮泥沙、有機(jī)質(zhì)、葉綠素等水質(zhì)要素，并排查污染源源強(qiáng)、擴(kuò)散方向、影響范圍等，同時(shí)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(jiàn)，3S技術(shù)在城市規(guī)劃、城市污染監(jiān)測(cè)中應(yīng)用較廣，可實(shí)現(xiàn)全方位、多角度、深層次監(jiān)測(cè)，為提升城市規(guī)劃科學(xué)性、促進(jìn)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(cè)

現(xiàn)階段，在對(duì)森林病蟲(chóng)害、荒漠化、森林火災(zāi)以及野生動(dòng)植物等展開(kāi)監(jiān)測(cè)工作的過(guò)程中，3S技術(shù)已經(jīng)開(kāi)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(kù)，包括森林生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)、主要生態(tài)過(guò)程等相關(guān)信息，有針對(duì)性地制定森林合理利用方案和資源保護(hù)政策，提升森林發(fā)展規(guī)劃的科學(xué)性。3S技術(shù)有機(jī)結(jié)合，在宏觀上對(duì)森林病蟲(chóng)害進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，獲取害蟲(chóng)空間分布范圍以及變化趨勢(shì)，并開(kāi)展害蟲(chóng)適宜生境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，同時(shí)與專家系統(tǒng)、人工智能相結(jié)合建立森林害蟲(chóng)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(lái)有害生物的傳入和擴(kuò)散。

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

在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中，3S技術(shù)能夠更加科學(xué)地評(píng)價(jià)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(shí)還可以有效地監(jiān)測(cè)土地次生鹽漬化和土地沙化等問(wèn)題。為了開(kāi)展土地資源評(píng)價(jià)，可將不同時(shí)期遙感影像進(jìn)行迭加、對(duì)比，結(jié)合定位觀測(cè)和實(shí)地勘察，準(zhǔn)確掌握土地資源現(xiàn)狀以及動(dòng)態(tài)過(guò)程、農(nóng)作物生長(zhǎng)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(píng)價(jià)科學(xué)理論與模型的基礎(chǔ)上，借助GIS數(shù)據(jù)庫(kù)與系統(tǒng)分析功能，達(dá)到快速、客觀、科學(xué)評(píng)價(jià)的目的。另外，在監(jiān)測(cè)土地退化活動(dòng)的過(guò)程中，要想實(shí)現(xiàn)全過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，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(shí)定量分析土地退化過(guò)程中的現(xiàn)狀，同時(shí)在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)土地退化狀況時(shí)，還可以從不同時(shí)空尺度的角度出發(fā)，從而對(duì)土地現(xiàn)狀做出及時(shí)、精確的評(píng)價(jià)，相關(guān)工作人員可以利用這一評(píng)價(jià)，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(cè)

在對(duì)3S技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，相關(guān)資源的傳輸和儲(chǔ)存都是以數(shù)字的方式進(jìn)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(duì)較大時(shí)，通過(guò)對(duì)3S技術(shù)的有效應(yīng)用，可以加大資源的監(jiān)測(cè)和調(diào)查力度。針對(duì)草原生態(tài)環(huán)境來(lái)講，其具有主體豐富、層次多的特點(diǎn)，在展開(kāi)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，需要首先構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)中包含各種大量數(shù)據(jù)，為工作人員靈活地進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳、存儲(chǔ)以及使用奠定良好的基礎(chǔ)。從我國(guó)的草原生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)來(lái)看，相關(guān)部門(mén)在展開(kāi)監(jiān)測(cè)工作的過(guò)程中，應(yīng)同時(shí)展開(kāi)地面定位監(jiān)測(cè)和宏觀航天遙感監(jiān)測(cè)，同時(shí)構(gòu)建專門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù)，草原生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)相關(guān)內(nèi)容應(yīng)在宏觀遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)有所體現(xiàn)。所以在積極定量評(píng)價(jià)行區(qū)域生態(tài)安全性的過(guò)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(yǔ)

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作越來(lái)越受到人們的高度重視。由于傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)工作無(wú)法從根本上達(dá)到預(yù)期的監(jiān)測(cè)目的，只有將3S監(jiān)測(cè)技術(shù)充分融入到生態(tài)環(huán)境各個(gè)領(lǐng)域中，才能對(duì)生態(tài)環(huán)境存在的問(wèn)題以及今后的演變趨勢(shì)進(jìn)行全方位的了解和掌握。隨著3S技術(shù)的不斷完善，我國(guó)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)水平將大大提高，這將為各級(jí)政府和管理部門(mén)提供及時(shí)、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)的數(shù)字化信息，為保護(hù)環(huán)境、造福人類做出巨大貢獻(xiàn)。

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（責(zé)任編輯：王 波）