饒 丹,劉雅旋,梁 柱,劉 壯
(湖北省生態(tài)環(huán)境廳孝感生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,湖北 孝感 432100)
所謂3S技術(shù),它是集遙感技術(shù)(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)為一體的高科技技術(shù)的統(tǒng)稱。科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天,3S技術(shù)也獲得了長足發(fā)展,逐漸成了當(dāng)前獲取空間地理信息、空間信息分析、空間信息應(yīng)用的重要的核心高科技技術(shù),同時,在生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測和測評中也得到了廣泛應(yīng)用,具有良好的應(yīng)用前景。
遙感技術(shù)是利用外層空間對地球表面的各類生態(tài)環(huán)境事物進行監(jiān)測,對其所產(chǎn)生的電磁波信息,通過掃描、攝影等方式進行數(shù)據(jù)傳遞,相關(guān)工作人員對采集到的信息進行歸類和處理,最終還原出電磁波信息想要傳遞的物體形態(tài)或性能等各種信息。該技術(shù)具有采集信息多樣化、廣泛化,且采集效率高的特點,將其應(yīng)用到生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中,可以提高30%~50%的數(shù)據(jù)采集速度,從而實現(xiàn)對地球上各種生態(tài)環(huán)境事物的大范圍治理,更好地保護生態(tài)環(huán)境。但是,遙感技術(shù)并不能對采集到的數(shù)據(jù)信息進行有效的分類和定位,因而增加了相關(guān)工作人員的工作量和工作難度,影響了生態(tài)環(huán)境治理和保護工作的高效開展[1]。
從目前的發(fā)展情況來看,全球定位系統(tǒng)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用,如軍事領(lǐng)域、環(huán)境保護領(lǐng)域、地質(zhì)勘察領(lǐng)域等,成為人們生活的重要組成部分。全球定位系統(tǒng)在應(yīng)用中,具有準(zhǔn)確性高、及時性強等特點,技術(shù)的工作原理在于,設(shè)置的信息接收器,會將采集到位置信息直接傳送到連接設(shè)備中,利用計算機軟件來對各類信息進行計算與轉(zhuǎn)化,同時也會根據(jù)需求,在對應(yīng)位置以地圖坐標(biāo)的方式進行直接展示,利于信息的查詢與觀看。將其應(yīng)用到生態(tài)環(huán)境監(jiān)測活動中,能夠?qū)⒈O(jiān)測工作效率提高1.5倍以上,根據(jù)獲取到的數(shù)據(jù)來擬定生態(tài)環(huán)境保護措施,提高生態(tài)環(huán)境保護質(zhì)量[2]。
地理信息系統(tǒng)可以將空間中不同領(lǐng)域的地理信息進行實時、動態(tài)監(jiān)測,該系統(tǒng)的形成需要運用到多種學(xué)科,地理以及信息技術(shù)是形成地理信息系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)和保障。地理信息系統(tǒng)在應(yīng)用中,可以對各類地理數(shù)據(jù)進行科學(xué)化采集,同時按分類要求將其存儲在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫當(dāng)中,在計算機軟件的輔助下,可以對各類原始數(shù)據(jù)進行自動整理與分析,最終以地理圖形的方式直接呈現(xiàn)出來。地理信息系統(tǒng)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用,能夠有效彌補遙感技術(shù)能力不足的問題,從而得到更加容錯率小于2%的分析數(shù)據(jù),為生態(tài)環(huán)境保護活動的推動提供良好參考[3]。
利用遙感技術(shù)獲取到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后,需要先對數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理,具體的處理要點如下:(1)做好數(shù)據(jù)預(yù)處理,遙感圖像的數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié),會根據(jù)要求依次進行幾何校正、輻射校正、信息去噪、圖像增強、圖像分類處理等工作,以此來得到完整可靠的遙感圖像,便于下階段數(shù)據(jù)處理活動的進行。(2)遙感圖像假彩色合成處理,利用ERDAS8.7軟件,來對假彩色進行合成化處理,從而得到研究區(qū)域的假彩色合成圖像與彩色合成圖像。(3)圖像色彩調(diào)整,在遙感圖像的采集中,會包含一些被云或者雪覆蓋的圖像,這些圖像則需要進行增強處理,一般情況下會先處理無云或者無雪的圖像,隨后再疊加到其他圖像上,得到所需的遙感圖像[4]。(4)完成信息幾何精度校正,利用投影轉(zhuǎn)換的方式來校正信息精度,前期遙感圖像采集階段,需要科學(xué)控制影像控制點數(shù)量,并對其進行均勻分布處理,以得到準(zhǔn)確可靠的信息處理結(jié)果。
在遙感圖像解譯處理活動中,會基于地理信息系統(tǒng)來進行處理,具體的處理步驟如下:(1)數(shù)據(jù)預(yù)處理,在軟件正式解譯前需要對投影的中央經(jīng)線進行統(tǒng)一轉(zhuǎn)化,使其可以成為滿足軟件處理的相關(guān)數(shù)據(jù),利于后續(xù)活動的快速推進。(2)遙感圖像解譯,利用Arc GIS軟件來對圖像進行判讀,在判讀活動中會先判讀影像頂部,然后從左到右、從上到下依次完成判讀,在判讀活動中,會根據(jù)圖像顏色、形狀、陰影情況、紋理等內(nèi)容來確定目標(biāo)地類,便于后續(xù)處理活動的進行[5]。(3)在遙感圖像的判讀活動中,也需要從中提取出目標(biāo)地物的最小單元,一般情況下,面狀地類的最小單元應(yīng)大于120 m×120 m,而圖斑短邊寬度的最小值為2個像元,以滿足后續(xù)數(shù)據(jù)分析活動的推進。另外,整個判讀過程的精度應(yīng)大于85%,而且描邊需要保持圓潤,便于信息提取與整合活動的進行。
為了方便生態(tài)環(huán)境監(jiān)測活動的進行,需要在原始數(shù)據(jù)完成處理后,建立起相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫,提高所整理數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值。在具體的處理活動中,會在Arc/Info WorkStation當(dāng)中,對錯誤情況進行檢查,如果發(fā)現(xiàn)懸掛點存在沒碼、重碼的問題,此時則需要在ArcEdit當(dāng)中,使用已經(jīng)編輯好的菜單命令,對于懸掛點進行刪除,同時根據(jù)遙感圖像將錯誤屬性的代碼進行清除,同時建立起相應(yīng)的拓撲關(guān)系,對于各項信息進行重新整理,直到完成所有懸掛點的處理,建立契合需求的數(shù)據(jù)庫[6]。
在人機交互判斷活動中,也存在著遙感圖像特征清晰度不足的問題,而這些容易出現(xiàn)誤判的遙感圖像,也需要建立代表性線路進行修正,以得到準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)。在具體實踐中也需注意以下內(nèi)容:(1)做好核查點的布置工作,根據(jù)遙感影像分析結(jié)果,確定需要野外核查的區(qū)域,并在區(qū)域內(nèi)根據(jù)地形特征、地塊類別來布置核查點,以得到完整、可靠的分析數(shù)據(jù)[7]。(2)為了提高驗證解譯精度,在應(yīng)用中也需要基于土地利用情況和交通情況,在合適區(qū)域內(nèi)布置了若干臨時點,做好這些點的編號工作,并按要求對這些數(shù)據(jù)進行整理,確定準(zhǔn)確數(shù)據(jù)后也會對數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)內(nèi)容進行更換,從而提高所整理圖像的科學(xué)性與合理性。
從現(xiàn)階段的發(fā)展情況來看,城市化進程處于較快的發(fā)展?fàn)顟B(tài),同時也帶來了較為嚴(yán)重的城市生態(tài)環(huán)境污染問題,影響到城市居民的生活質(zhì)量。將3S技術(shù)應(yīng)用于城市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測活動中,對于解決城市污染問題有著積極作用。具體體現(xiàn)在以下幾方面:(1)分析生態(tài)環(huán)境形成分類,例如,在某城市開展生態(tài)環(huán)境監(jiān)測活動時,基于3S技術(shù)獲取到的相關(guān)數(shù)據(jù),將城市區(qū)域劃分為居民區(qū)、生態(tài)建設(shè)區(qū)、工業(yè)區(qū)等,依托獲取到的數(shù)據(jù)幫助地方生態(tài)管理部門了解該城市的生態(tài)情況,制定針對性環(huán)保措施。過程中也會利用GIS技術(shù)來對這些采集到的信息進行整理,依托豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),提高決策科學(xué)性[8]。(2)處理城市垃圾污染問題,實際應(yīng)用中會使用RS技術(shù)了解目前城市垃圾的分布情況,完成圖像數(shù)據(jù)整理后,會使用GIS技術(shù)整理垃圾的具體分布點,根據(jù)垃圾分布點所屬區(qū)域、垃圾堆積情況,來對垃圾進行有效管理,起到減少城市垃圾的作用。
在城市化進程快速推進的背景下,空氣和水土質(zhì)量問題也日益嚴(yán)重,影響到區(qū)域居民的生活質(zhì)量和身體健康。將3S技術(shù)應(yīng)用于空氣和水土質(zhì)量監(jiān)測活動中,對于環(huán)保治理措施的擬定有著積極的促進作用。3S技術(shù)的具體應(yīng)用表現(xiàn)為以下幾點:(1)開展空氣污染監(jiān)測工作,例如,某城市環(huán)境監(jiān)管部門,利用3S技術(shù)獲取到的相關(guān)數(shù)據(jù),對該區(qū)域的空氣污染情況進行初步分析,在實際分析中,根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況在重點區(qū)域提高監(jiān)測點密度,獲得完整且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。根據(jù)獲取到的數(shù)據(jù)環(huán)境監(jiān)管部門來制定大氣污染治理措施,將環(huán)境污染治理速度提高了10%~30%。而且在得到相應(yīng)數(shù)據(jù)后,利用GIS技術(shù)來快速整合分析信息,確定大氣污染治理順序,加快了當(dāng)?shù)匚廴締栴}的處理速度[9]。(2)開展水環(huán)境污染監(jiān)測工作,基于3S技術(shù)獲取到的相關(guān)數(shù)據(jù),可以得到準(zhǔn)確可靠的水環(huán)境污染情況,各區(qū)域水系的水質(zhì)等級,最后所有數(shù)據(jù)都會在GIS軟件中進行快速整合,確定水系污染的治理順序,并根據(jù)水循環(huán)特征選擇恰當(dāng)治理策略,有序改善區(qū)域水環(huán)境。(3)開展土壤污染監(jiān)測工作,基于3S技術(shù)來對土壤質(zhì)地、土壤特征等數(shù)據(jù)進行整理,從而判斷出區(qū)域土壤環(huán)境污染情況,污染問題的危害性,以此來擬定針對性處理措施,并做好相應(yīng)的隔離措施,避免土壤污染問題威脅周圍環(huán)境的安全性。
森林資源作為一類重要的生態(tài)資源,森林生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性也將直接影響到地方氣候和水土環(huán)境。將3S技術(shù)應(yīng)用到森林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測活動中,可以提升森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性,及時處理森林災(zāi)害等活動,確保森林資源利用價值的充分發(fā)揮。3S技術(shù)的具體應(yīng)用表現(xiàn)為以下幾點:(1)開展森林資源分布情況的監(jiān)測工作,基于3S技術(shù)獲取到的相關(guān)森林?jǐn)?shù)據(jù),可以對目標(biāo)區(qū)域內(nèi)森林資源的分布情況、具體范圍、森林資源邊界線等內(nèi)容進行整理。為保證分析結(jié)果的精準(zhǔn)度,也會根據(jù)地形波動合理布置控制點,以此來作為像素校正時的重要參考,提高所整理數(shù)據(jù)的合理性,為森林資源開發(fā)活動的進行提供可靠數(shù)據(jù)。(2)開展森林災(zāi)害防治,基于3S技術(shù)獲取到的相關(guān)數(shù)據(jù),可以得到準(zhǔn)確可靠的森林病蟲害侵襲、火災(zāi)蔓延等數(shù)據(jù),最后所有數(shù)據(jù)都會在GIS軟件中進行快速整合,以此來估計災(zāi)害影響情況,針對性擬定處理措施,提高森林災(zāi)害防治結(jié)果的可靠性。
農(nóng)業(yè)作為國家民生的重要基礎(chǔ),農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性也將直接影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量,進而影響到農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展。將3S技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測活動中時,可以及時了解農(nóng)業(yè)病蟲害蔓延情況、農(nóng)作物收割情況等內(nèi)容,為農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境管理活動的推進提供可靠依據(jù)。3S技術(shù)的具體應(yīng)用體現(xiàn)在以下幾方面:(1)開展農(nóng)業(yè)資源分布情況的監(jiān)測工作。基于3S技術(shù)來對該區(qū)域的農(nóng)業(yè)資源分布圖像進行采集,并在GIS軟件中完成處理后,可以得到農(nóng)業(yè)資源分布情況、具體范圍等數(shù)據(jù),基于軟件來提高信息共享水平,便于農(nóng)業(yè)地方管理活動的有序推進。(2)開展農(nóng)業(yè)災(zāi)害防治。結(jié)合3S技術(shù)提供的相關(guān)數(shù)據(jù),可以初步了解一些病蟲害、氣候條件帶來的影響,如整理強降雨天氣過后農(nóng)作物淹沒情況、大風(fēng)天氣下農(nóng)作物倒伏情況、病蟲害蔓延情況等,這些數(shù)據(jù)都會在GIS軟件中進行快速整合,從而確定這些災(zāi)害帶來的影響情況,及時制定相應(yīng)的扶助政策和防治策略,從而降低災(zāi)害問題帶來的負面影響,提升農(nóng)業(yè)災(zāi)害防治結(jié)果的可靠性。
草原作為重要的自然資源,起到了固土固沙的作用,草原生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性也將直接影響到當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境,影響到居民的正常生活。將3S技術(shù)應(yīng)用到草原生態(tài)環(huán)境監(jiān)測活動中時,能夠?qū)δ壳安菰纳L情況、退化情況進行科學(xué)整理,以此來擬定可靠的畜牧管理計劃,提高草原生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。從實際發(fā)展情況來看,3S技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)為以下幾點:(1)開展草原資源分布情況的監(jiān)測工作,利用RS技術(shù)來對草原資源分布圖像進行采集,所有圖像在GIS軟件中進行處理后,可以通過對比上一年圖像的方式,了解草原面積增長或退化情況,針對性擬定管理措施,推動草原生態(tài)環(huán)境管理活動的進行。(2)開展草原生長情況的整理工作,根據(jù)3S技術(shù)獲取到的數(shù)據(jù),能夠?qū)Ω鱾€區(qū)塊內(nèi)草生長情況、放牧情況進行整理,根據(jù)獲取數(shù)據(jù)來合理規(guī)劃放牧途徑,確定禁牧區(qū),以此來維持草原生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,推動地方畜牧業(yè)經(jīng)濟的健康發(fā)展。
礦山開采過程中會對周圍生態(tài)環(huán)境帶來較大的負面影響,若不及時進行治理和修復(fù),也會對周圍居民生活環(huán)境、區(qū)域自然環(huán)境帶來較大的負面影響。將3S技術(shù)應(yīng)用到礦山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測活動中后,可以了解礦山生態(tài)環(huán)境治理與修復(fù)情況、潛在地質(zhì)災(zāi)害等內(nèi)容,為后續(xù)環(huán)境管理活動的推進提供可靠依據(jù)。3S技術(shù)具體應(yīng)用要點如下:(1)對礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)情況進行監(jiān)測,利用RS技術(shù)來對不同時期植被覆蓋情況、廢棄物存儲情況等信息進行采集,所有圖像在GIS軟件中進行處理后,可以通過對比的方式來了解植被修復(fù)情況、廢棄物存留情況等內(nèi)容,并根據(jù)分析結(jié)果來擬定下階段工作計劃,有序改善礦山生態(tài)環(huán)境。(2)開展礦山地質(zhì)災(zāi)害評估,根據(jù)3S技術(shù)獲取不同時期的地質(zhì)數(shù)據(jù),可以對地質(zhì)波動情況進行科學(xué)預(yù)測,提前擬定相應(yīng)的防治措施,維持礦山生產(chǎn)環(huán)境的安全性,創(chuàng)造出更多的礦山經(jīng)濟效益。
湖泊作為重要的自然資源,起到了調(diào)節(jié)區(qū)域氣候、供給生活用水等作用,湖泊生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性也直接影響到當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境穩(wěn)定性。將3S技術(shù)應(yīng)用到湖泊生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的主要目的,是對湖泊生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)情況進行整理,了解生態(tài)環(huán)境的污染情況,從而擬定可靠的環(huán)境保護策略,維持湖泊生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展。具體應(yīng)用中需注意以下幾點:(1)對湖泊生態(tài)環(huán)境污染情況進行監(jiān)測,利用RS技術(shù)來整理不同時期湖泊范圍、顏色變化、漂浮物分布、漂浮物所占面積等信息進行采集,得到的圖像信息也會錄入到GIS軟件中進行處理,以此來判斷湖泊的生態(tài)環(huán)境污染情況,擬定針對性治理策略,持續(xù)改善湖泊的生態(tài)環(huán)境。(2)開展湖泊周圍環(huán)境資料的整理,包括工業(yè)建筑分布情況、林木情況等,根據(jù)3S技術(shù)得到的科學(xué)數(shù)據(jù),來判斷出這些內(nèi)容對于湖泊生態(tài)環(huán)境的影響,以此來擬定可靠的管理策略,以可持續(xù)發(fā)展角度來保護湖泊生態(tài)環(huán)境。
動態(tài)環(huán)境監(jiān)測活動的推進,可以及時發(fā)現(xiàn)和處理環(huán)境問題,以推動當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的健康發(fā)展。將3S技術(shù)應(yīng)用到動態(tài)環(huán)境監(jiān)測活動中的主要目的,是利用技術(shù)優(yōu)勢快速整理各類信息,了解生態(tài)環(huán)境的變化情況,針對發(fā)現(xiàn)的問題擬定可靠的環(huán)境保護策略,推動區(qū)域生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展。在具體實踐中會利用RS技術(shù)來整理不同時期該區(qū)域生態(tài)環(huán)境信息,涉及森林、湖泊、礦山等信息,得到的圖像信息也會錄入到GIS軟件中展開預(yù)處理、去噪、整合等工作,從而判斷出目前該區(qū)域的污染情況,確定環(huán)境污染問題的危害性,根據(jù)優(yōu)先級排序來擬定污染問題的處理措施,持續(xù)改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境,以帶動區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟的健康發(fā)展。得到的數(shù)據(jù)具有較強的共享性,可以為其他部門管理活動的推進提供可靠依據(jù)。
生態(tài)災(zāi)害監(jiān)測活動的推進,可以及時預(yù)測潛在災(zāi)害影響范圍、發(fā)生時機等內(nèi)容,提前擬定相應(yīng)的防治措施,以降低生態(tài)災(zāi)害帶來的負面影響。在3S技術(shù)應(yīng)用背景下,可以利用遙感技術(shù)快速整理各類信息,利用圖像分析結(jié)果來判斷區(qū)域生態(tài)環(huán)境波動情況,科學(xué)預(yù)測生態(tài)災(zāi)害的發(fā)生時機、具體位置,據(jù)此來提前擬定可靠的災(zāi)害防治策略,營造健康的生態(tài)環(huán)境。另外,在地面定位以及航天遙感監(jiān)測也可以利用3S技術(shù)來采集相關(guān)數(shù)據(jù),并且可以根據(jù)獲取數(shù)據(jù)來完成生態(tài)評估工作,積累有價值的分析數(shù)據(jù),以推動生態(tài)災(zāi)害監(jiān)測活動的智能化、信息化發(fā)展,提高生態(tài)災(zāi)害監(jiān)測結(jié)果的科學(xué)性與合理性。
整個生態(tài)環(huán)境保護活動中,固體廢棄物屬于非常重要的污染來源,對于周圍生態(tài)環(huán)境將帶來直接影響。固體廢棄物監(jiān)測活動的推進,可以對固體廢棄物堆放位置、具體規(guī)模等內(nèi)容進行整理,以此來加快固體廢棄物處理速度,有序改善區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。將3S技術(shù)應(yīng)用到固體廢棄物監(jiān)測活動中的主要目的,是利用技術(shù)優(yōu)勢能夠快速得到相關(guān)信息,了解固體廢棄物的相關(guān)信息,如利用RS技術(shù)能夠直接分辨固體廢棄物的分布位置、堆放情況、堆放面積、堆放數(shù)量等情況,而這些數(shù)據(jù)在錄入到GIS軟件中進行處理后,也會作為共享信息直接傳輸?shù)娇刂浦行囊约碍h(huán)保部門。而且在GPS技術(shù)的幫助下也可以準(zhǔn)確確定固體廢棄物堆放地點,從而加快固體廢棄物的處理速度,更好地保護區(qū)域生態(tài)環(huán)境。
綜上所述,3S技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測活動中具有良好的應(yīng)用前景,技術(shù)具有數(shù)據(jù)采集效率高、數(shù)據(jù)整合質(zhì)量高等優(yōu)勢,目前已經(jīng)在許多領(lǐng)域中得到了推廣應(yīng)用。在3S技術(shù)的下階段應(yīng)用中,也需要做好設(shè)備調(diào)試、專業(yè)人員管理、數(shù)據(jù)誤差控制等工作,從而提高所整理數(shù)據(jù)的完整性與準(zhǔn)確性,為推動國民經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展活動提供可靠動力,帶動行業(yè)經(jīng)濟的健康發(fā)展。