3S技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

1、.1 3S技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用.23S環(huán)監(jiān)上應(yīng)用環(huán)監(jiān)上應(yīng)用3S存在的不足總結(jié)與展望發(fā)展的趨勢.33S技術(shù)概念3S技術(shù)簡介3S技術(shù)的集成模式.43S技術(shù)簡介 3S技術(shù) 是遙感技術(shù)(Remote sensing，RS)、 地理信息系統(tǒng)(Geography information systems，GIS) 全球定位系統(tǒng)(Global positioning systems，GPS)的統(tǒng)稱，是空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導航技術(shù)和計算機技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合，多學科高度集成的對空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)。.5 獲取 遙感 地理信息系統(tǒng) 全球定位系統(tǒng)空間定位

2、地理信息3S技術(shù)簡介.63S技術(shù)簡介.73S技術(shù)的集成模式目前，還沒有實現(xiàn) RS 、GIS 和 GPS三者的真正集成。RS 與 GIS 的結(jié)合RS與 GPS的結(jié)臺GIS與 GPS的結(jié)合.83S技術(shù)在環(huán)監(jiān)上的應(yīng)用水體污染監(jiān)測土壤變化監(jiān)測城市污染環(huán)境監(jiān)測植被演化監(jiān)測農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測森林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測草原及荒漠生態(tài)環(huán)境監(jiān)測大氣污染監(jiān)測固體廢物堆場污染監(jiān)測熱污染監(jiān)測公路環(huán)境監(jiān)測地面污染監(jiān)測噪聲污染監(jiān)測.93S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測 大氣污染 不同的大氣污染程度和種類會使遙感信息產(chǎn)生一定的失真，通過對這種失真現(xiàn)象的研究，可以建立大氣污染的評價模型。利用遙感圖像作為基本資料，結(jié)合地面監(jiān)測數(shù)據(jù)和資料，可

3、獲得直觀、準確的信息。其研究通常用間接解譯標志進行，即用植物對大氣環(huán)境的指示作用來判別大氣環(huán)境質(zhì)量、污染程度及擴散影響。例如，生長正常的植物葉片對紅外線反射強烈，在彩色紅外照片上色澤鮮艷、明亮；受到污染的葉子，反映在彩色紅外照片上顏色較暗。在GIS中應(yīng)用相應(yīng)的空間分析與評價模塊進行數(shù)據(jù)處理和分析，可以對大氣污染作出客觀、可靠的判斷.103S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測 熱污染 城市氣溫高于外圍郊區(qū)的現(xiàn)象，我們稱為“熱島效應(yīng)”。城市熱島效應(yīng)是一種熱污染現(xiàn)象。成都市區(qū)比郊區(qū)溫度高4以上.113S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測 熱污染 其主要思路是研究城市綠地與城市熱島的關(guān)系，通過模擬綠地的變化來預(yù)測城市

4、熱島的變化。 利用熱紅外遙感圖像能夠?qū)Τ鞘械臒釐u效應(yīng)進行有效的調(diào)查，對城市下墊面的熱輻射進行白天和夜間掃描，在熱紅外圖像上，溫度高的地區(qū)色調(diào)為淺色，溫度低的地區(qū)則為深色。通過影像判讀分析、調(diào)查，可以查明城市熱源、熱場的位置和范圍，并利用GIS空間分析技術(shù)，對熱島的時空分布、熱島強度等進行動態(tài)監(jiān)測，綜合分析城市熱力分布特征和變化規(guī)律。.123S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測 固體廢物堆場污染固體廢物居民生活垃圾、建筑垃圾、工業(yè)垃圾以及混合垃圾等3S技術(shù)的應(yīng)用 由于固體廢物自身的物理化學分解作用，其溫度一般高于周圍地物，在熱紅外圖像上顯示明顯的色調(diào)特征。根據(jù)有關(guān)的遙感圖像解譯標志，定期利用遙感圖像為信

5、息源進行固體廢棄物堆的監(jiān)測，并通過GPS技術(shù)確定相應(yīng)的空間位置，然后在GIS中對不同時相的固體廢棄物污染信息進行比較，以確定其發(fā)展趨勢，并結(jié)合城市產(chǎn)業(yè)布局及垃圾處理系統(tǒng)設(shè)置，實施相應(yīng)的管理策略，以實現(xiàn)對固體廢棄物的動態(tài)監(jiān)測和有效管理。.133S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測 噪聲污染背景 隨著工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸和城市建設(shè)的發(fā)展，環(huán)境噪聲污染日益嚴重，城市環(huán)境噪聲監(jiān)測可以正確反映出城市噪聲的總體水平以及暴露在該水平下的人群數(shù)量。了解城市噪聲污染現(xiàn)狀，為噪聲控制標準、目標的制定，環(huán)境噪聲空間分布特征和發(fā)展趨勢的研究，城市總體規(guī)劃等提供科學依據(jù)，還可以通過不同途徑直接或間接地為環(huán)境管理服務(wù)，達到保護和改

6、善城市區(qū)域環(huán)境質(zhì)暈的目的。.143S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測 噪聲污染以往方法的不足 城市區(qū)域環(huán)境噪聲監(jiān)測采用網(wǎng)格法，即將測量的某一區(qū)域劃分成等距離的網(wǎng)格(500mx500m)，在其中心位置進行測量。在以往區(qū)域環(huán)境噪聲監(jiān)測工作中，網(wǎng)格中心點位的確定是靠步測或者某些工具簡易測量，其結(jié)果往往與中心點位偏離。一旦點位固定，以后數(shù)年的監(jiān)測就可能會因人員變換等原因引起系統(tǒng)誤差。.153S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測 噪聲污染 采用GPS技術(shù)，當某網(wǎng)格中心點坐標被保存在GPS中后，即使該點周圍聲學環(huán)境發(fā)生明顯變化、監(jiān)測人員更換，也可以利用GPs的自動導航功能，按照儀器中的方位指示輕易找到目標。將該點測量值

7、與歷年的值進行比較時，可比性將大大增加。對于經(jīng)理論計算，經(jīng)緯度的測點在現(xiàn)場必須偏移的，可將偏移后的該點經(jīng)緯度保存至GPS中，監(jiān)測工作結(jié)束后，將GPS中的點位圖下載至計算機中，進行處理后，編制實際測點示意圖，以利于今后監(jiān)測時高效快速地進行工作。 3S技術(shù)應(yīng)用.163S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測 地面污染3S應(yīng)用 應(yīng)用遙感技術(shù)，不但能夠圈定地面污染的分布范圍，而且還能夠?qū)Φ孛嫖廴具M行規(guī)劃性的預(yù)防。當灌溉的農(nóng)田遭受污染后，作物的生長在色調(diào)上有特殊變化，就能同其他禾苗區(qū)分開來。此外，地下水的污染也會引起地面植被的變化，有與正常生長區(qū)的作物不同的光譜表現(xiàn)，多光譜成像儀能監(jiān)測這些變化。對污水的排放造成的地

8、面污染，可通過遙感技術(shù)拍攝的照片清楚地圈定出污染分布范圍，從而對地面污染做出預(yù)防規(guī)劃。地礦部門應(yīng)用航空紅外掃描儀，煤炭總公司應(yīng)用地而紅外測溫儀，按地表溫度的細微差異圈定隱火區(qū)，區(qū)分出燃燒區(qū)和燃盡區(qū)，分析其蔓延方向及規(guī)律，為大規(guī)模整治煤炭隱火提供了新的方法和經(jīng)驗.173S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測 公路環(huán)境 隨著人們對公路環(huán)境問題及其規(guī)律認識的不斷深化，公路環(huán)境監(jiān)測正從一般意義上的環(huán)境污染因子監(jiān)測開始向生態(tài)環(huán)境監(jiān)測過渡和拓寬。公路生態(tài)監(jiān)測是對公路兩邊范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的宏觀監(jiān)測，是一項宏觀與微觀監(jiān)測相結(jié)合的工作。 國內(nèi)已經(jīng)成功地應(yīng)用“3S”技術(shù)進行了公路生態(tài)環(huán)境監(jiān)測保護并獲得成功，如邱豐收等以京福高

9、速濟南至泰安段沿線兩側(cè)各 的生態(tài)環(huán)境為研究區(qū)，研究區(qū)的遙感影像（，（，），）、地形圖、野外定位的樣點資料等為基礎(chǔ)，獲取京福高速濟南至泰安段沿線地區(qū)土地利用覆蓋變化（）（）情況，結(jié)合實際調(diào)查的樣地的生物環(huán)境資料，對其生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀和變化進行了監(jiān)測和評價。背景3S應(yīng)用.18土壤變化監(jiān)測研究包括土壤水分研究、土壤沙化、鹽堿化及土壤侵蝕研究等目前研究的應(yīng)用 荒漠化動態(tài)演化模擬分析、水土流失遙感監(jiān)測等，為水土流失治理、生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供了決策依據(jù).19土壤變化監(jiān)測3S技術(shù)的應(yīng)用 積極探索將3S 技術(shù)應(yīng)用于公路兩旁山坡水土流失動態(tài)監(jiān)測中。通過多年的研究, 3S 技術(shù)在水土流失監(jiān)測和水土保持管理領(lǐng)域中已經(jīng)取得

10、了很大的進展。雖然我國3S技術(shù)應(yīng)用起步較晚，在應(yīng)用過程中還存在一些問題，但隨著今后研究的不斷深入，相信3S技術(shù)將在土壤監(jiān)測與保持水土流失上會發(fā)揮更加重要的作用。.20監(jiān)測原理水體污染監(jiān)測 溶解或懸浮于水中的污染成分濃度不同，使水體顏色、密度、透明度和溫度產(chǎn)生差異，導致水體反射波譜能量的變化；而在遙感圖像上，則反映為色調(diào)、灰階、形態(tài)、紋理等特征的差別。海洋水體監(jiān)測 海洋是水圈中最主要的水體，面積約為地球表面的 708。遙感在海洋調(diào)查中顯示了它獨特的大范圍、多時相、高分辨率的特點，在河口泥沙規(guī)律研究、海水監(jiān)測、海溫監(jiān)測、海況監(jiān)測 、海洋初級生產(chǎn)力及漁場監(jiān)測 、海洋污染監(jiān)測等方面 已發(fā)揮了重要作用

11、，對空間規(guī)模宏大和時間變化迅速的厄爾尼諾效應(yīng)、黑潮、赤潮、墨西哥灣流等的監(jiān)測已取得較好的效果。.21水體污染監(jiān)測湖泊水體監(jiān)測 水體的富營養(yǎng)化污染是由藻類等浮游植物大量繁殖引起的，由于浮游植物中的葉綠素對近紅外光具有明顯的“陡坡效應(yīng)”，因而水體兼有水體和植物的光譜特征，水體的顏色在此波段呈紅褐色或紫紅色。又例如，水被油污染后，油質(zhì)污染物覆蓋于水面上，減少了水面的蒸發(fā)，導致受污染水面與未受污染水面的熱效應(yīng)不同，而反映到影像色調(diào)上就會出現(xiàn)差別。根據(jù)這一特點，系統(tǒng)綜合利用RS、GPS 及常規(guī)監(jiān)測技術(shù)，以GIS為信息處理平臺，通過對被污染水體與正常水體的光譜資料的比較，可對水體的污染源、影響范圍、面積和

12、濃度等進行監(jiān)測，從而對一個地區(qū)的水資源和水環(huán)境等做出科學評價。.22植被演化監(jiān)測監(jiān)測原理 由于綠色植被具有顯著的、獨特的光譜特征，遙感作為植被調(diào)查的信息源主要是通過植物的反射光譜特征來實現(xiàn)的。不同的植物以及同一種植物在不同的生長發(fā)育階段 ，其反射光譜曲線形態(tài)和特征不同，由于病蟲害、施肥以及灌溉等條件的不同也會引起植物反射光譜曲線的變化。 監(jiān)測應(yīng)用 利用植物這一特征準確獲得群落植被的遙感影像特征信息，GPS可實時、快速、準確地提供植被的空間位置，結(jié)合少量的實地調(diào)查，通過對遙感影像的處理， 增加必要的地理信息，通過 GIS的綜合分析，可對區(qū)域的植被類型、植物季相節(jié)律、植被演化等進行監(jiān)測、分析，了解

13、植被演化的動態(tài)。.23農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測 “3S”技術(shù)在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中可用于土地的生產(chǎn)潛力評價、土地的適宜性評價、土地持續(xù)利用評價及土壤侵蝕、土地沙化和土地次生鹽漬化等監(jiān)測.對土地環(huán)境的監(jiān)測除實地進行定位觀測外,還可用不同時期的同一幅影像進行影像迭加、對比,來準確地看出土地資源的變化情況、耕地地面溫度、土壤水分的旱澇狀況等,環(huán)境條件以及農(nóng)作物的生長狀況也都可通過遠紅外和熱紅外接收的遙感影像探測到 .另外,還可以建立基于“3S”技術(shù)的耕地退化定量評價模型和評價方法,定量分析土地利用與耕地退化的生態(tài)環(huán)境響應(yīng),從土地利用的角度提出解決耕地退化的調(diào)控措施、政策及建議等.24森林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測 近年來,

14、 “3S”技術(shù)已廣泛應(yīng)用于森林資源、荒漠化、濕地、野生動植物、森林火災(zāi)、森林病蟲害等資源與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測。在地理信息系統(tǒng)(GIS)的幫助下,利用原有的各種地理要素和專業(yè)要素,加上遙感 (RS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)獲得的最新數(shù)據(jù)建成強大而完善的森林數(shù)據(jù)庫,利用數(shù)據(jù)庫以及各種預(yù)測監(jiān)測模型和國家政策,從而選出最優(yōu)的規(guī)劃、監(jiān)測方案. GIS與RS結(jié)合在宏觀上對森林害蟲進行有效監(jiān)測害蟲適宜生境的風險評估、病蟲害空間分布動態(tài)監(jiān)測、病蟲害發(fā)生趨勢預(yù)測,與專家系統(tǒng)、人工智能相結(jié)合還可建立森林害蟲治理決策模型和支持系統(tǒng)。“3S”技術(shù)在森林火災(zāi)防控中主要應(yīng)用于火災(zāi)的實時監(jiān)控和災(zāi)后的損失評估.25草原及荒漠生態(tài)環(huán)

15、境監(jiān)測監(jiān)測背景 草原生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的內(nèi)容是多層次、多專題的,因此建立一個大型數(shù)據(jù)庫才能滿足對數(shù)據(jù)靈活調(diào)用的需求。基于適合于我國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的兩個層次 宏觀航天遙感監(jiān)測與地面定位監(jiān)測，把草原生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫分為宏觀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)字庫和地面定位監(jiān)測數(shù)據(jù)字庫。監(jiān)測方法 宏觀的遙感監(jiān)測區(qū)域范圍內(nèi)草原生態(tài)系統(tǒng)及其組合體的分布、結(jié)構(gòu)組成、面積和動態(tài)變化等，它強調(diào)地域等級至少應(yīng)在區(qū)域生態(tài)范圍之內(nèi)，所采用的最有效的方法是遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)手段 .26草原及荒漠生態(tài)環(huán)境監(jiān)測監(jiān)測前提地面監(jiān)測數(shù)據(jù)庫就包括地面定位監(jiān)測的內(nèi)容，涵蓋了動物、植物、土壤、水、大氣、人類干擾以及氣候等各領(lǐng)域的許多因子。對荒漠區(qū)的監(jiān)測若用常規(guī)的

16、定位觀測是不夠的，大量布點顯然在人力財力上不允許，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測體系的建設(shè)也只能是由典型地段的監(jiān)測站(點)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò),這僅能為宏觀監(jiān)測提供“窗口”,為遙感解譯提供地面基本數(shù)據(jù)并檢驗解譯結(jié)果正確與否 。遙感技術(shù)的應(yīng)用提供了宏觀監(jiān)測的可能性,通過航片、衛(wèi)片的解譯，可以監(jiān)測荒漠區(qū)沙漠、植被等的現(xiàn)狀與動態(tài),特別是空間格局的變化,非宏觀監(jiān)測莫屬。宏觀監(jiān)測與微觀監(jiān)測相互補充,相互驗證,將保證生態(tài)環(huán)境監(jiān)測結(jié)果的全面、準確和可信。監(jiān)測方法.273S技術(shù)的不足.283S技術(shù)的不足兩兩結(jié)合的缺陷沒有統(tǒng)一的坐標空間； 目前3S技術(shù)集成還僅僅限于兩兩結(jié)合，這是3S集成的初級和起步階段，其核心是GIS和RS的結(jié)合，這種兩

17、兩結(jié)合雖然優(yōu)于單一系統(tǒng)光譜數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的不同時；不具備支持數(shù)據(jù)封裝能力。.293S技術(shù)的不足GPS受系統(tǒng)所有國的制約性；在森林和高樓群等環(huán)境中信號差。RS受氣象條件和大氣環(huán)境的影響較大。集成目前3S的集成模式大都為兩兩結(jié)合，這是 膚淺的、表面的集成，還沒有實現(xiàn)RS、GIS和GPS三者的真正集成其他費用高、技術(shù)難度大.303S技術(shù)的發(fā)展趨勢.31發(fā)展趨勢系統(tǒng)集成一體化 的完善 實現(xiàn)“3S”系統(tǒng)內(nèi)部的無縫連接，完善系統(tǒng)集成的一體化技術(shù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改造勢在必行。 例如： 綜合矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的優(yōu)點，進一步研究線性四叉樹的一元化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、R樹結(jié)構(gòu)等應(yīng)是這一領(lǐng)域的良好嘗試。 數(shù)據(jù)格式的標準化研究、多平臺的同步互容研究和實時空間信息交流研究，這也是系統(tǒng)集成一體化研究的主要方面。.32發(fā)展趨勢多學科之間的 集成研究 在信息時代的今天，隨著“數(shù)字地球”技術(shù)研究和網(wǎng)絡(luò)化、信息化的發(fā)展，客觀上需要更高層次的 “3S”技術(shù)與其它高新技術(shù)結(jié)合，以形成多功能全方位的