环境监测的3S技术及RS、GPS、GIS的结合

2023-11-23 理论教育版权反馈

【摘要】：传统的监测手段只能解决局部问题，而综合且准确、完整的监测结果必然要依赖“3S”技术。利用“3S”技术进行生态监测时还要注意RS、GPS、GIS三项技术的结合，单独利用其中任何一项技术很难对生态环境进行综合监测和评价。

生态监测应以空中遥感监测为主要技术手段，地面对应监测为辅助措施，结合GIS和GPS技术，完善生态监测网，建立完整的生态监测指标体系和评价方法，达到科学评价生态环境状况及预测其变化趋势的目的。目前应用的生态监测方法有地面监测、空中监测和卫星监测，以及一些新技术、新方法。

（一）地面监测方法

在所监测区域建立固定监测站，由人徒步或车、船等交通工具按规定的路线进行定期测量和收集数据。它只能收集几千米到几十千米范围内的数据，而且费用较高，但这是最基本也是不可缺少的手段。因为地面监测得到的是“直接”数据，可以对空中和卫星监测进行校核，而且某些数据只能在地面监测中获得，例如降水量、土壤湿度、小型动物、动物残余物（粪便、尿和残余食物）等。地面监测采样线一般沿着现存的地貌，如小路、家畜和野畜行走的小道。采样点设在这些地貌相对不受干扰一侧的生境点上，监测断面的间隔为0.5～1.0km。收集数据包括植物物候现象、高度、物种、种群密度、草地覆盖，以及生长阶段、生长密度、木本植物的覆盖；观察动物活动、生长、生殖、粪便及残余食物等。

（二）空中监测方法

一般采用4～6架单引擎轻型飞机，每架飞机由4人执行任务：驾驶员、领航员和两名观察记录员。首先绘制工作区域图，将坐标图覆盖所研究区域，典型的坐标是10km×10km一小格。飞行速度大约150km/h，高度大约100m，观察记录员前方有一观察框，视角约90。，观察地面宽度约250m。

（三）卫星监测方法

利用地球资源卫星监测大气、农作物生长状况、森林病虫害、空气和地表水的污染情况等。例如：在地球上空900km轨道上运行的地球资源卫星，每隔18d通过地球表面同一地点一次，从传感器获得照片或图像，其分辨率可达10m。通过解析图片可获得所需资料，将不同时间同一地点的图片进行分析，可监测油轮倾覆后油污染扩散情况、牧场草地随季节的变化，以及进行大范围内季节性生产力的评估等。

卫星监测的最大优点是覆盖面广，可以获得人难以到达的高山、丛林的资料。由于目前资料来源增加，因而费用相对降低。但这种监测方法难以了解地面细微变化。因此，地面监测、空中监测和卫星监测相互配合才能获得完整的资料。(www.chuimin.cn)

（四）“3S”技术

生态监测是以宏观监测为主，宏观监测和微观监测相结合的工作。对结构与功能复杂的宏观生态环境进行监测，必须采用先进的技术手段。其中，生态监测平台是宏观生态监测的基础，它必须以“3S”技术作为支持。“3S”技术即遥感（remote sensing，RS）、全球定位系统（global positioning system，GPS）与地理信息系统（geographic information system，GIS）三项技术的集合。

遥感包括卫星遥感和航空遥感。经过几十年的发展，在获取地学信息种类与质量上已有很大进步。它可以提供的生态环境信息为：土地利用与土地覆盖信息（几何精度可有30m、10m、5m、1m不同级别）；生物量信息（植被种类、长势、数量分布）；大气环流及大气沙尘暴信息，气象信息（云层厚度、高度、水蒸气含量、云层走势等）。遥感具有观测范围广、获取信息量大、速度快、实用性好及动态性强等特点，可以节约大量的人力、物力、资金和时间，以较少的投入获得常规方法难以获得的资料，这些资料受人为因素的影响较小，比较可靠。

全球定位系统是利用便携式接收机与均匀分布在空中的24颗卫星中的4颗进行无线电测距而对地面进行三维定位的测试技术。测试点的精度分为十米级、米级、亚米级多种，测试速度可达is/点，全年可以满足生态环境实地调查的需要。还可用于实时定位，为遥感实况数据提供空间坐标，用于建立实况环境数据库，并同时为遥感实况数据发挥校正、检核的作用。

地理信息系统是将各类信息数据进行集中存储、统一管理、全方位空间分析的计算机系统。使用这项技术，可以结合遥感、全球定位系统的数据和多种地面调查数据，按照各种生态模型，测算各种生态指数，预报、统计沙尘暴的发生、发展走向及危害覆盖区域。这一技术还可以在生态环境机理研究的基础上，构建机理模型，定量、可视化地模拟生态演化过程，在计算机上进行虚拟调控实验。

以上三项技术形成了对地球进行空间观测、空间定位及空间分析的完整技术体系。它能反映全球尺度的生态系统各要素的相互关系和变化规律，提供全球或大区域精确定位的宏观资源与环境影像，揭示岩石圈、水圈、大气圈和生物圈的相互作用和关系。

“3S”技术是宏观生态监测发展的方向，也是其发展的技术基础，在今后较长的一个时期内，遥感将在生态监测中得到最广泛的应用，地理信息系统作为“3S”技术的核心将发挥更大的作用。传统的监测手段只能解决局部问题，而综合且准确、完整的监测结果必然要依赖“3S”技术。利用“3S”技术进行生态监测时还要注意RS、GPS、GIS三项技术的结合，单独利用其中任何一项技术很难对生态环境进行综合监测和评价。

环境监测的3S技术及RS、GPS、GIS的结合

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