3S技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

1、3S技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用,目錄,3S技術(shù)概念,3S技術(shù)簡(jiǎn)介,3S技術(shù)的集成模式,3S技術(shù)簡(jiǎn)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(dǎo)航技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合，多學(xué)科高度集成的對(duì)空間信息進(jìn)行采集、處理、管理、分析、表達(dá)、傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)。,獲取,遙感,管理、查詢、更新、空間分析、應(yīng)用、評(píng)價(jià),地理信息系統(tǒng),全球定位系統(tǒng),空間定位,地理信息,3S技術(shù)簡(jiǎn)介,

2、3S技術(shù)簡(jiǎn)介,3S技術(shù)的集成模式,目前，還沒(méi)有實(shí)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(tái),GIS與 GPS的結(jié)合,比較成功的集成,3S技術(shù)在環(huán)監(jiān)上的應(yīng)用,水體污染監(jiān)測(cè),土壤變化監(jiān)測(cè),城市污染環(huán)境監(jiān)測(cè),植被演化監(jiān)測(cè),農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè),森林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè),草原及荒漠生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè),大氣污染監(jiān)測(cè),固體廢物堆場(chǎng)污染監(jiān)測(cè),熱污染監(jiān)測(cè),公路環(huán)境監(jiān)測(cè),地面污染監(jiān)測(cè),噪聲污染監(jiān)測(cè),3S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測(cè) 大氣污染,不同的大氣污染程度和種類會(huì)使遙感信息產(chǎn)生一定的失真，通過(guò)對(duì)這種失真現(xiàn)象的研究，可以建立大氣污染的評(píng)價(jià)模型。利用遙感圖像作為基本資料，結(jié)合地

3、面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和資料，可獲得直觀、準(zhǔn)確的信息。其研究通常用間接解譯標(biāo)志進(jìn)行，即用植物對(duì)大氣環(huán)境的指示作用來(lái)判別大氣環(huán)境質(zhì)量、污染程度及擴(kuò)散影響。例如，生長(zhǎng)正常的植物葉片對(duì)紅外線反射強(qiáng)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(píng)價(jià)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，可以對(duì)大氣污染作出客觀、可靠的判斷,3S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測(cè) 熱污染,熱島,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,3S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測(cè) 熱污染,采用3S的解決思路,其主要思路是研究城市綠地與城市

4、熱島的關(guān)系，通過(guò)模擬綠地的變化來(lái)預(yù)測(cè)城市熱島的變化。,3S技術(shù)應(yīng)用,利用熱紅外遙感圖像能夠?qū)Τ鞘械臒釐u效應(yīng)進(jìn)行有效的調(diào)查，對(duì)城市下墊面的熱輻射進(jìn)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(guò)影像判讀分析、調(diào)查，可以查明城市熱源、熱場(chǎng)的位置和范圍，并利用GIS空間分析技術(shù)，對(duì)熱島的時(shí)空分布、熱島強(qiáng)度等進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，綜合分析城市熱力分布特征和變化規(guī)律。,3S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測(cè) 固體廢物堆場(chǎng)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(xué)分解作用，其溫度一般高于周?chē)匚?，在熱紅外圖像上顯示明顯的色

5、調(diào)特征。根據(jù)有關(guān)的遙感圖像解譯標(biāo)志，定期利用遙感圖像為信息源進(jìn)行固體廢棄物堆的監(jiān)測(cè)，并通過(guò)GPS技術(shù)確定相應(yīng)的空間位置，然后在GIS中對(duì)不同時(shí)相的固體廢棄物污染信息進(jìn)行比較，以確定其發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合城市產(chǎn)業(yè)布局及垃圾處理系統(tǒng)設(shè)置，實(shí)施相應(yīng)的管理策略，以實(shí)現(xiàn)對(duì)固體廢棄物的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和有效管理。,3S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測(cè) 噪聲污染,背景,隨著工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和城市建設(shè)的發(fā)展，環(huán)境噪聲污染日益嚴(yán)重，城市環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)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(biāo)準(zhǔn)、目標(biāo)的制定，環(huán)境噪聲空間分布特征和發(fā)展趨勢(shì)的研究，城市總體規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)，還可

6、以通過(guò)不同途徑直接或間接地為環(huán)境管理服務(wù)，達(dá)到保護(hù)和改善城市區(qū)域環(huán)境質(zhì)暈的目的。,3S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測(cè) 噪聲污染,以往方法的不足,城市區(qū)域環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)采用網(wǎng)格法，即將測(cè)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(jìn)行測(cè)量。在以往區(qū)域環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)工作中，網(wǎng)格中心點(diǎn)位的確定是靠步測(cè)或者某些工具簡(jiǎn)易測(cè)量，其結(jié)果往往與中心點(diǎn)位偏離。一旦點(diǎn)位固定，以后數(shù)年的監(jiān)測(cè)就可能會(huì)因人員變換等原因引起系統(tǒng)誤差。,3S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測(cè) 噪聲污染,采用GPS技術(shù)，當(dāng)某網(wǎng)格中心點(diǎn)坐標(biāo)被保存在GPS中后，即使該點(diǎn)周?chē)晫W(xué)環(huán)境發(fā)生明顯變化、監(jiān)測(cè)人員更換，也可以利用GPs的自動(dòng)導(dǎo)航功能

7、，按照儀器中的方位指示輕易找到目標(biāo)。將該點(diǎn)測(cè)量值與歷年的值進(jìn)行比較時(shí)，可比性將大大增加。對(duì)于經(jīng)理論計(jì)算，經(jīng)緯度的測(cè)點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)必須偏移的，可將偏移后的該點(diǎn)經(jīng)緯度保存至GPS中，監(jiān)測(cè)工作結(jié)束后，將GPS中的點(diǎn)位圖下載至計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行處理后，編制實(shí)際測(cè)點(diǎn)示意圖，以利于今后監(jiān)測(cè)時(shí)高效快速地進(jìn)行工作。,3S技術(shù)應(yīng)用,3S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測(cè) 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(jìn)行規(guī)劃性的預(yù)防。當(dāng)灌溉的農(nóng)田遭受污染后，作物的生長(zhǎng)在色調(diào)上有特殊變化，就能同其他禾苗區(qū)分開(kāi)來(lái)。此外，地下水的污染也會(huì)引起地面植被的變化，有與正常生長(zhǎng)區(qū)的作物不同的光譜表現(xiàn)，多

8、光譜成像儀能監(jiān)測(cè)這些變化。對(duì)污水的排放造成的地面污染，可通過(guò)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(duì)地面污染做出預(yù)防規(guī)劃。地礦部門(mén)應(yīng)用航空紅外掃描儀，煤炭總公司應(yīng)用地而紅外測(cè)溫儀，按地表溫度的細(xì)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(yàn),3S技術(shù)在城市環(huán)境污染中的監(jiān)測(cè) 公路環(huán)境,隨著人們對(duì)公路環(huán)境問(wèn)題及其規(guī)律認(rèn)識(shí)的不斷深化，公路環(huán)境監(jiān)測(cè)正從一般意義上的環(huán)境污染因子監(jiān)測(cè)開(kāi)始向生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)渡和拓寬。公路生態(tài)監(jiān)測(cè)是對(duì)公路兩邊范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的宏觀監(jiān)測(cè)，是一項(xiàng)宏觀與微觀監(jiān)測(cè)相結(jié)合的工作。,國(guó)內(nèi)已經(jīng)成功地應(yīng)用“3S”技術(shù)進(jìn)行了公路生態(tài)

9、環(huán)境監(jiān)測(cè)保護(hù)并獲得成功，如邱豐收等以京福高速濟(jì)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(diǎn)資料等為基礎(chǔ)，獲取京福高速濟(jì)南至泰安段沿線地區(qū)土地利用覆蓋變化（）情況，結(jié)合實(shí)際調(diào)查的樣地的生物環(huán)境資料，對(duì)其生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀和變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)。,背景,3S應(yīng)用,土壤變化監(jiān)測(cè),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(dòng)態(tài)演化模擬分析、水土流失遙感監(jiān)測(cè)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),土壤變化監(jiān)測(cè),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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中。通過(guò)多年的研究, 3S 技術(shù)在水土流

10、失監(jiān)測(cè)和水土保持管理領(lǐng)域中已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。 雖然我國(guó)3S技術(shù)應(yīng)用起步較晚，在應(yīng)用過(guò)程中還存在一些問(wèn)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(cè)與保持水土流失上會(huì)發(fā)揮更加重要的作用。,監(jiān)測(cè)原理,水體污染監(jiān)測(cè),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(dǎo)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(cè),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(dú)特的大范圍、多時(shí)相、高分辨率的特點(diǎn)，在河口泥沙規(guī)律研究、海水監(jiān)測(cè)、海溫監(jiān)測(cè)、海況監(jiān)測(cè) 、海洋初級(jí)生產(chǎn)力及漁場(chǎng)監(jiān)測(cè) 、海

11、洋污染監(jiān)測(cè)等方面 已發(fā)揮了重要作用 ，對(duì)空間規(guī)模宏大和時(shí)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(cè)已取得較好的效果。,水體污染監(jiān)測(cè),湖泊水體監(jiān)測(cè),水體的富營(yíng)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(duì)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(dǎo)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(huì)出現(xiàn)差別。根據(jù)這一特點(diǎn)，系統(tǒng)綜合利用RS、GPS 及常規(guī)監(jiān)測(cè)技術(shù)，以GIS為信息處理平臺(tái)，通過(guò)對(duì)被污染水體與正常水體的光譜資料的比較，

12、可對(duì)水體的污染源、影響范圍、面積和濃度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而對(duì)一個(gè)地區(qū)的水資源和水環(huán)境等做出科學(xué)評(píng)價(jià)。,植被演化監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)原理,由于綠色植被具有顯著的、獨(dú)特的光譜特征，遙感作為植被調(diào)查的信息源主要是通過(guò)植物的反射光譜特征來(lái)實(shí)現(xiàn)的。不同的植物以及同一種植物在不同的生長(zhǎng)發(fā)育階段 ，其反射光譜曲線形態(tài)和特征不同，由于病蟲(chóng)害、施肥以及灌溉等條件的不同也會(huì)引起植物反射光譜曲線的變化。,監(jiān)測(cè)應(yīng)用,利用植物這一特征準(zhǔn)確獲得群落植被的遙感影像特征信息，GPS可實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確地提供植被的空間位置，結(jié)合少量的實(shí)地調(diào)查，通過(guò)對(duì)遙感影像的處理， 增加必要的地理信息，通過(guò) GIS的綜合分析，可對(duì)區(qū)域的植被類型、植物季相節(jié)律

13、、植被演化等進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析，了解植被演化的動(dòng)態(tài)。,農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè),“3S”技術(shù)在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中可用于土地的生產(chǎn)潛力評(píng)價(jià)、土地的適宜性評(píng)價(jià)、土地持續(xù)利用評(píng)價(jià)及土壤侵蝕、土地沙化和土地次生鹽漬化等監(jiān)測(cè).對(duì)土地環(huán)境的監(jiān)測(cè)除實(shí)地進(jìn)行定位觀測(cè)外,還可用不同時(shí)期的同一幅影像進(jìn)行影像迭加、對(duì)比,來(lái)準(zhǔn)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(zhǎng)狀況也都可通過(guò)遠(yuǎn)紅外和熱紅外接收的遙感影像探測(cè)到 .另外,還可以建立基于“3S”技術(shù)的耕地退化定量評(píng)價(jià)模型和評(píng)價(jià)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,森

14、林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè),近年來(lái), “3S”技術(shù)已廣泛應(yīng)用于森林資源、荒漠化、濕地、野生動(dòng)植物、森林火災(zāi)、森林病蟲(chóng)害等資源與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)。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(qiáng)大而完善的森林?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù),利用數(shù)據(jù)庫(kù)以及各種預(yù)測(cè)監(jiān)測(cè)模型和國(guó)家政策,從而選出最優(yōu)的規(guī)劃、監(jiān)測(cè)方案. GIS與RS結(jié)合在宏觀上對(duì)森林害蟲(chóng)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)害蟲(chóng)適宜生境的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、病蟲(chóng)害空間分布動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、病蟲(chóng)害發(fā)生趨勢(shì)預(yù)測(cè),與專家系統(tǒng)、人工智能相結(jié)合還可建立森林害蟲(chóng)治理決策模型和支持系統(tǒng)?！?S”技術(shù)在森林火災(zāi)防控中主要應(yīng)用于火災(zāi)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和災(zāi)后的損失評(píng)

15、估,草原及荒漠生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)背景,草原生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的內(nèi)容是多層次、多專題的,因此建立一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫(kù)才能滿足對(duì)數(shù)據(jù)靈活調(diào)用的需求。基于適合于我國(guó)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的兩個(gè)層次 宏觀航天遙感監(jiān)測(cè)與地面定位監(jiān)測(cè)，把草原生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)分為宏觀遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)字庫(kù)和地面定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)字庫(kù)。,監(jiān)測(cè)方法,宏觀的遙感監(jiān)測(cè)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(dòng)態(tài)變化等，它強(qiáng)調(diào)地域等級(jí)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,草原及荒漠生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)前提,地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)就包括地面定位監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，涵蓋了動(dòng)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(duì)

16、荒漠區(qū)的監(jiān)測(cè)若用常規(guī)的定位觀測(cè)是不夠的，大量布點(diǎn)顯然在人力財(cái)力上不允許，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)體系的建設(shè)也只能是由典型地段的監(jiān)測(cè)站(點(diǎn))構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò),這僅能為宏觀監(jiān)測(cè)提供“窗口”,為遙感解譯提供地面基本數(shù)據(jù)并檢驗(yàn)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(cè)的可能性,通過(guò)航片、衛(wèi)片的解譯，可以監(jiān)測(cè)荒漠區(qū)沙漠、植被等的現(xiàn)狀與動(dòng)態(tài),特別是空間格局的變化,非宏觀監(jiān)測(cè)莫屬。宏觀監(jiān)測(cè)與微觀監(jiān)測(cè)相互補(bǔ)充,相互驗(yàn)證,將保證生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果的全面、準(zhǔn)確和可信。,監(jiān)測(cè)方法,3S技術(shù)的不足,3S技術(shù)的不足,兩兩結(jié)合的缺陷,沒(méi)有統(tǒng)一的坐標(biāo)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(jí)和起步階段，其核心是GI

17、S和RS的結(jié)合，這種兩兩結(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(shí)；,不具備支持?jǐn)?shù)據(jù)封裝能力。,3S技術(shù)的不足,GPS,受系統(tǒng)所有國(guó)的制約性；在森林和高樓群等環(huán)境中信號(hào)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(méi)有實(shí)現(xiàn)RS、GIS和GPS三者的真正集成,其他,費(fèi)用高、技術(shù)難度大,3S技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),發(fā)展趨勢(shì),系統(tǒng)集成一體化 的完善,實(shí)現(xiàn)“3S”系統(tǒng)內(nèi)部的無(wú)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(shì)在必行。,例如：,綜合矢量數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步研究線性四叉樹(shù)的一元化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、R樹(shù)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(biāo)準(zhǔn)化研究、多平臺(tái)的同步互容研究和實(shí)時(shí)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。,發(fā)展趨勢(shì),多學(xué)科之間的 集成研究,在信息時(shí)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