3S技术及其在生态环境监测中的应用探析

徐昌　王晓玉　王斌

摘要：近年来，科学和信息技术以日新月异的速度飞快发展，推动了3S技术的不断进步。3S技术的应用范围也越来越广，其在生态环境监测领域中的应用切实提升了环境管理水平。文章对3S技术进行简要概述，并对其在城市、农业、森林和草原生态环境监测中的具体应用进行了分析。

关键词：3S技术；生态环境监测；环境管理；遥感技术；地理信息系统；全球定位系统 文献标识码：A

中图分类号：X870 文章编号：1009-2374（2017）08-0120-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.058

资源和环境是人类赖以生存和发展的物质基础。近年来，由于城市的快速膨胀、资源的过度开发，环境不断恶化，生态环境遭到严重破坏，环境保护和资源可持续利用面临严峻挑战，生态环境监测工作的重要性日益凸显。随着信息技术的发展，由遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）集成的3S技术已成为空间信息获取、管理、分析和应用中的核心支撑技术，并广泛应用于资源与生态环境监测工作中。

1 3S技术概述

1.1 遥感技术

遥感技术（RS）是通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在应用这一技术识别探测目标的过程中，受距离的限制性被减少。遥感技术发挥功能时所需的物质包括可见光和电磁波等。由于该技术受探测距离的限制性越来越小，因此开始被广泛应用于各个高科技领域。而其在军事领域中发挥的功能更是不容忽视的，它能够更加高效地收集、储存并分析各种数据；在气象分析以及侦查工作开展中的重要性也越来越大；在利用RS技术进行土地资源勘察的过程中，有助于相关工作人员更加科学的进行土地规划设计。

1.2 地理信息系统

地理信息系统（GIS）是在计算机支持下管理、处理、分析空间数据的信息系统。从应用的角度看，GIS最重要的应用对象是与地理空间分布密切相关的地球资源与环境信息，是为资源与环境的信息管理、定量分析、综合评价与辅助决策服务的重要技术手段。

1.3 全球定位系统

全球定位系统（GPS）是利用卫星星座、地面控制部分和信号接收机对监控对象进行动态定位和跟踪的系统。将相关的通讯技术同GPS进行有效结合，能够更加高效地进行时间、距离的测量，并进行空间定位，由此可见，该技术可以实现全天候的测试。并且精确度高是在应用该技术进行测量中的主要特点，这样一来，就极大地减少了工作人员的工作量，同时监测的质量和效率都有所提升。GPS可以在任何天气状态下发挥监测功能，还能够灵活地进行移动定位。在这种情况下，新时期该技术已经被广泛应用在了交通系统和农业勘查中。

2 3S技术在生态环境监测中的实际应用

2.1 城市生态环境监测

近年来，社会经济飞速发展，我国加大了城市规划和建设的力度，而科学的城市规划必须建立在有效保护城市生态环境的基础之上，因此积极加强城市生态环境监测工作势在必行。为了快速、准确地获取各种空间信息和环境信息，在开展城市规划时，利用3S技术可以从宏观上对城市土地利用现状有效测算，并对未来发展趋势进行预测评估，在考虑土地承载力的情况下，制定出有助于城市健康发展的规划和设计。3S技术在应用于城市大气污染监测时，可绘制城市大气污染源分布图，同时采用航空多光谱摄影手段监测主要大气污染物成分、颗粒组成以及空间分布，对城市热岛以及地面辐射之间的关系进行全面分析。在城市水污染监测中，通过3S技术可以获取地表水体悬浮泥沙、有机质、叶绿素等水质要素，并排查污染源源强、扩散方向、影响范围等，同时可以获得地下水三维水文状况、地质构造、水流系统等重要信息。由此可见，3S技术在城市规划、城市污染监测中应用较广，可实现全方位、多角度、深层次监测，为提升城市规划科学性、促进城市健康可持续发展提供重要的技术支持。

2.2 森林生态环境监测

现阶段，在对森林病虫害、荒漠化、森林火灾以及野生动植物等展开监测工作的过程中，3S技术已经开始发挥不可取代的作用。结合历史资料，利用3S技术更新并完善森林数据库，包括森林生態系统组成、结构、主要生态过程等相关信息，有针对性地制定森林合理利用方案和资源保护政策，提升森林发展规划的科学性。3S技术有机结合，在宏观上对森林病虫害进行有效监测，获取害虫空间分布范围以及变化趋势，并开展害虫适宜生境风险评估，同时与专家系统、人工智能相结合建立森林害虫治理决策模型和支持系统。在防灾减灾体系建设中，可利用3S技术建立完善的森林火灾预警和扑火指挥系统、森林有害生物预警和管理系统以及生态防灾减灾应急系统，提高预防和扑救森林火灾的综合能力，防止外来有害生物的传入和扩散。

2.3 农业生态环境监测

在农业生态环境监测中，3S技术能够更加科学地评价土地生产潜力、土地适宜性、土地限制性、土壤受侵蚀程度等，同时还可以有效地监测土地次生盐渍化和土地沙化等问题。为了开展土地资源评价，可将不同时期遥感影像进行迭加、对比，结合定位观测和实地勘察，准确掌握土地资源现状以及动态过程、农作物生长状况、土壤水分旱涝状况以及地面温度等信息，并在土地资源评价科学理论与模型的基础上，借助GIS数据库与系统分析功能，达到快速、客观、科学评价的目的。另外，在监测土地退化活动的过程中，要想实现全过程动态监测，就必须综合应用RS与GIS两种技术。在这两种技术的基础上，可以及时定量分析土地退化过程中的现状，同时在动态监测土地退化状况时，还可以从不同时空尺度的角度出发，从而对土地现状做出及时、精确的评价，相关工作人员可以利用这一评价，快速地制定相应治理方案，提升土地退化治理工作的科学性。

2.4 草原生态环境监测

在对3S技术进行应用的过程中，相关资源的传输和储存都是以数字的方式进行的，因此定量分析、数字处理成为3S技术的核心。在这种情况下，空间研究的效率有所提升。当空间尺度相对较大时，通过对3S技术的有效应用，可以加大资源的监测和调查力度。针对草原生态环境来讲，其具有主体丰富、层次多的特点，在展开监测的过程中，需要首先构建统一的数据库，该数据库中包含各种大量数据，为工作人员灵活地进行数据的上传、存储以及使用奠定良好的基础。从我国的草原生态环境特点来看，相关部门在展开监测工作的过程中，应同时展开地面定位监测和宏观航天遥感监测，同时构建专门的数据库，草原生态环境监测相关内容应在宏观遥感监测区域范围内有所体现。所以在积极定量评价行区域生态安全性的过程中，可以综合应用GIS技术和RS技术，提高草原信息化、智能化、科学化管理水平。

3 结语

综上所述，随着社会经济的高速发展，生态环境监测工作越来越受到人们的高度重视。由于传统的监测工作无法从根本上达到预期的监测目的，只有将3S监测技术充分融入到生态环境各个领域中，才能对生态环境存在的问题以及今后的演变趋势进行全方位的了解和掌握。随着3S技术的不断完善，我国的生态环境监测水平将大大提高，这将为各级政府和管理部门提供及时、准确、动态的数字化信息，为保护环境、造福人类做出巨大贡献。

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（责任编辑：王 波）