李積雲(yún) 胡永強(qiáng) 牛青松 丁紅

摘 要：本研究采用野外定位試驗(yàn)和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，利用“3S”技術(shù)， 對(duì)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究，建立各要素遙感信息監(jiān)測(cè)模型，實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)生態(tài)環(huán)境要素現(xiàn)狀，構(gòu)建資源環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)，合理區(qū)劃宜牧地區(qū)，為政府和有關(guān)部門全面掌握研究區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況，為 生態(tài)養(yǎng)畜信息化、智能化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，建立數(shù)學(xué)模型， 智能優(yōu)化及數(shù)值計(jì)算技術(shù)，給出科學(xué)的草場(chǎng)劃分方案、理清種群的支配關(guān) 系，確定合理的牲畜結(jié)構(gòu)和數(shù)量，為科學(xué)發(fā)展地區(qū)畜牧業(yè)提供信息和技術(shù)支持。采用抽樣的方式，為部分牲畜安裝信息收集芯片，通過(guò)建立物聯(lián)網(wǎng) 收集生長(zhǎng)信息，調(diào)整飼料的成分及數(shù)量，建立基于物聯(lián)網(wǎng)的精細(xì)化放牧和養(yǎng)殖的方案。

關(guān)鍵詞：“3S”技術(shù);遙感監(jiān)測(cè);數(shù)學(xué)模型;養(yǎng)殖方案

一、背景

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)資源環(huán)境形勢(shì)日益嚴(yán)峻，資源短缺與生態(tài)環(huán)境惡化趨勢(shì)尚未得到逆轉(zhuǎn)，環(huán)境污染仍在加重，生態(tài)系統(tǒng)退化依然嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題更加復(fù)雜化，區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展面臨新的挑戰(zhàn)與新的問(wèn)題。

青海湖是我國(guó)最大的內(nèi)陸湖泊，其流域?qū)儆谌驓夂蜃兓拿舾械貐^(qū) 和生態(tài)系統(tǒng)的典型脆弱地區(qū)，也是世界生物多樣性保護(hù)的重要場(chǎng)所和世界 著名的濕地和自然保護(hù)區(qū)。青海湖流域處于我國(guó)東部季風(fēng)區(qū)、西北部干旱 區(qū)和青藏高寒區(qū)的交匯地帶，具有明顯的大陸性氣候特點(diǎn)，青海湖巨大的湖體及湖周豐茂的草地植被不僅控制和調(diào)節(jié)湖區(qū)流域的生態(tài)環(huán)境，而且還是一個(gè)控制我國(guó)西部荒漠化向東蔓延的天然屏障。近幾十年來(lái)，由于受全球氣候變暖等自然因素和過(guò)度放牧、開(kāi)墾草地等人為因素的影響，青海湖流域生態(tài)環(huán)境不斷惡化，湖水位下降、濕地萎縮、土地沙漠化面積不斷擴(kuò) 大，草地退化日趨嚴(yán)重，草地鼠、蟲(chóng)災(zāi)害頻繁，魚、鳥(niǎo)共生系統(tǒng)遭到破壞， 珍稀瀕危野生動(dòng)物面臨威脅，使本已十分脆弱的生態(tài)環(huán)境變得更加脆弱， 直接影響到流域、青海省乃至西北地區(qū)生態(tài)和資源安全，進(jìn)而影響到西北 地區(qū)、青藏高原地區(qū)人民的生活、生產(chǎn)。因此，研究青海湖周邊牧區(qū)的生 態(tài)環(huán)境、優(yōu)化畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)是十分必要的。

二、技術(shù)路線

通過(guò)遙感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和實(shí)地監(jiān)測(cè)獲取生態(tài)環(huán)境和環(huán)境信息 數(shù)據(jù)，構(gòu)建資源庫(kù);然后利用數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建高原草甸草生長(zhǎng)與消耗動(dòng)態(tài)模型、飼養(yǎng)規(guī)模相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)放牧、禁牧和游牧方案;最后設(shè)計(jì)應(yīng) 用系統(tǒng)軟件平臺(tái)，根據(jù)監(jiān)測(cè)到各類數(shù)據(jù)庫(kù)提出智慧放牧的方案，并在實(shí)驗(yàn) 區(qū)實(shí)施和推廣。

三、研究?jī)?nèi)容

（1）研究區(qū)生態(tài)環(huán)境要素遙感本底調(diào)查

通過(guò)野外調(diào)查，結(jié)合研究區(qū)土地利用類型圖、土壤植被分布圖、基礎(chǔ)地理信息，建立遙感解譯標(biāo)志，對(duì)輻射糾正、幾何糾正后的 Landsat-8 和 GeoEye 遙感影像進(jìn)行土地利用分類，從而準(zhǔn)確掌握草地、森林，水文等生態(tài)環(huán)境要素空間分布及其數(shù)量，徹底摸清 2000、2010、2015 年該區(qū)生態(tài)環(huán)境要素本底數(shù)據(jù)。

（2）研究區(qū)生態(tài)環(huán)境要素遙感監(jiān)測(cè)研究

借助野外實(shí)測(cè)生態(tài)環(huán)境要素光譜數(shù)據(jù)，結(jié)合遙感解譯標(biāo)志，對(duì)經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理的多源遙感影像，進(jìn)行遙感反演研究，建立適合不同生態(tài)環(huán)境要素遙感反演算法，構(gòu)建草地、森林、水文等生態(tài)環(huán)境要素遙感監(jiān)測(cè)模型，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生態(tài)環(huán)境要素質(zhì)量及其變化。

（3）構(gòu)建生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

運(yùn)用區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系理論，結(jié)合青海湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，利用層次分析法，建立適合該區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量遙感評(píng)價(jià)指標(biāo)體系， 合理區(qū)劃宜牧地區(qū)，為生態(tài)養(yǎng)畜信息化、智能化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)

該數(shù)據(jù)庫(kù)包括行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、地形要素?cái)?shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)。行政區(qū)劃數(shù)據(jù)包括：研究區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)行政區(qū)劃圖。

生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)

包括草場(chǎng)資源信息數(shù)據(jù)庫(kù)，水資源信息數(shù)據(jù)庫(kù)，土地資源信息數(shù)據(jù)庫(kù)，氣候資源信息數(shù)據(jù)庫(kù)，生物資源信息數(shù)據(jù)庫(kù)，土壤資源信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)

以歷年的各級(jí)統(tǒng)計(jì)年鑒或年報(bào)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，結(jié)合野外調(diào)研，建立社會(huì)經(jīng)濟(jì)基本信息（ 數(shù)據(jù)信息、圖像信息和文字信息）。建立的子庫(kù)有： 牧業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)（飼料儲(chǔ)備基地、育肥基地等、牲畜種類、數(shù)量等）、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)、人口數(shù)據(jù)庫(kù)。

遙感影像數(shù)據(jù)庫(kù)

遙感影像數(shù)據(jù)庫(kù)包括 GeoEye 高分辨率影像數(shù)據(jù)、LandSat-8 多光譜影像數(shù)據(jù)，MODIS 中分辨率影像數(shù)據(jù)。

災(zāi)害信息數(shù)據(jù)庫(kù)該數(shù)據(jù)庫(kù)

包括 2 個(gè)子數(shù)據(jù)庫(kù)：氣象災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)、洪澇災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)處理與管理子系統(tǒng)

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各級(jí)各類數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、輸入、輸出，以及各類信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的制定，并對(duì)所有系統(tǒng)及系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行和數(shù)據(jù)的安全管理，主要包括數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)管理與組織、數(shù)據(jù)顯示輸出等模塊。

數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng)

該系統(tǒng)為用戶提供系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)比較功能，通過(guò)該系統(tǒng)用戶可以查詢檢索不同來(lái)源及不同格式的各種空間與屬性數(shù)據(jù)，包括位置查詢、圖形查詢、坐標(biāo)查詢、屬性查詢、按區(qū)域（縣、鄉(xiāng)） 查詢等， 將查詢結(jié)果以報(bào)表和圖片等格式輸出。

空間分析子系統(tǒng)

該系統(tǒng)為用戶提供對(duì)生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)的分析、信息挖掘和模型演示等，是生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的主體，包括以下 3個(gè)子系統(tǒng)。

A.生態(tài)環(huán)境監(jiān)控與評(píng)價(jià)系統(tǒng)

利用遙感資料和部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，根據(jù)各生態(tài)環(huán)境要素的反演模型， 對(duì)研究區(qū)內(nèi)自然條件（ 地貌、水系、植被等） 、資源（草地資源 ?土地資源、水資源、土壤資源） 、生態(tài)環(huán)境變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)更新，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)綜合數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)模型對(duì)生態(tài)環(huán)境及其變化進(jìn)行評(píng)價(jià)，依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，合理規(guī)劃宜牧地區(qū)，輪牧地區(qū)、禁牧地區(qū)，為政府和有關(guān)部門全面掌握研究區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況，為生態(tài)養(yǎng)畜信息化、智能化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

B.應(yīng)急輔助決策支持系統(tǒng)

當(dāng)發(fā)生雪災(zāi)等大規(guī)模災(zāi)難性事件時(shí)，根據(jù)遙感積雪監(jiān)測(cè)的結(jié)果、交通狀況、飼料儲(chǔ)備基地、通過(guò)空間網(wǎng)絡(luò)分析，借助 Dijkstra 算法，為車輛救援，牲畜轉(zhuǎn)移提出解決方案，為政府相關(guān)部門提供輔助決策支持。

C.宏觀決策支持系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行適時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、直觀顯示和統(tǒng)計(jì)分析，建立決策模型庫(kù)和專家知識(shí)庫(kù)，為政府資金安排、區(qū)域政策制定、干部考核提供客觀數(shù)字依據(jù)和分析評(píng)估，為政府實(shí)施宏觀調(diào)控和政府資源配置提供參考。

（3）環(huán)境信息系統(tǒng)集成

基于微軟 C#開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用 GIS 組件與面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，根據(jù)ArcSDE+SQLServer2005+ASP.NET 的數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建理論，構(gòu)建生態(tài)環(huán)境信息系統(tǒng)。

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