3S技术在生态监测中的应用卢志远（云南大学生命科学学院09级生态学，20091070008 ）摘要 : 随着信息技术的发展,3S技术在生态监测中发挥了越来越大的作用。
文章概述了3S技术及其发展趋势, 以及在城市、水资源、森林、农业、海洋等生态环境动态监测中的应用情况, 并展望了３Ｓ技术的应用前景关键词 : 3S技术生态监测“3S”技术是遥感（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS)的统称, 在信息技术迅速发展的今天, “3S”技术日益成熟, 已成为目前对地观测系统中空间信息获取、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监测评价。
1 “3S”技术及其发展趋势1.1 遥感(RS)[１]遥感是利用不同的物体具有不同的电磁波特性的原理来探测地表物体, 并提取这些物体的信息而完成对远距离物体的识别, 具有视域广、信息更新快的特点。
将RS数据作为GIS的数据源, 可实现数据的实时更新, 在与基础上建立数学模型, 实现空间和时间转移, 通过三维空间定量地预测未来。
RS技术现已形成了多星种、多传感器、多分辨率的发展趋势, 所得到的所有影像都是地理信息系统利用的信息源, 不仅可获取生态环境变化的基本数据的图画资料, 还可以提供荒漠化、水土流失、生态恶化、水体污染、海洋污染等发展进程的数据和资料。
1.2 地理信息系统(GIS)[２，３]GIS是综合计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学等为一体, 在计算机技术支持下, 将反映现实世界资源与环境的现状和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特征的属性, 以一定的格式输人、存贮、检索、显示和综合分析立用的技术系统。
自上世纪80年代以来,由于计算机技术的快速发展, GIS软件和应用软件得到飞速的发展, 到90年代, 出现了ArcGIS、ArcViewGIS、Genamap等许多功能强大的软件系统。
目前GIS的应用已扩展到地理、地质、水文、测绘、环境、交通、城市、农业、林业、军事等领域, 它与RS技术相结合, 已开始用于全球变化与环境监测等。
1.3 全球定位系统(GPS)GPS是为所获的空间目标及属性信息提供实时、快速的三维空间定位的一个全球性、全天候、高精度的导航传递系统, 由地面控制站、GPS卫星网和GPS接收机三部分组成。
现覆盖全球的24颗GPS卫星分布在６个轨道平面上，每台GPS接收机无论在任何时候、任何位置都能接收到最少4颗GPS卫星发送的空间轨道信息, 以确定该接收机的位置, 从而提供高精度的二维定位导航及授时系统。
由于GPS提供了查找位置的最新手段, 且速度快、精度高、不受气候和通讯条件的影响, 具有全天候、布点灵活、作业迅速的特点, 现已广泛应用于农业、林业、水利、交通、航空、测绘、安全防范、军事、电力、通讯、城市管理等部门。
1.4 “3S”技术集成“3S”技术集成, 即把RS、GIS和GPS整合为一个完整的技术系统。
其中, GPS主要是实时、快速地提供目标的空间位置, RS用于实时、快速地提供大面积地表物体及其环境的几何与地理信息及各种变化,GIS则是多种来源时空数据的综合处理和应用分析的平台[４]。
3S 技术的集成有多种方式, 较为常见的是3S两两之间的集成, GPS与GIS的集成可用于环境动态监测、环境管理等；GPS与RS的集成可用于自动定时数据采集、环境监测、环境灾害预测等；RS与GIS的集成可用于全球环境变化监测、空间数据自动更新等；而同时集成并使用3S 技术的应用实例则较少。
2 “3S”技术在生态监测中的应用开展生态监测是了解和评价一个国家、一个地区或某一生态区生态环境状况，为生态建设和环境保护提供决策依据的重要工作。
生态监测是一项宏观与微观相结合的复杂的系统工程, 涉及的空间和时间范围广, 监测的对象包括农田、森林、草原、荒漠、湿地、湖泊、海洋、气象、物候、动植物等, 对其数据收集和处理难度大。
传统的生态环境监测、评价技术方法应用范围小, 只能解决局部生态环境监测和评价问题, 很难大范围、适时地开展监测工作, 而综合整体且准确完全的监测结果必须依赖“3S”技术[5], 利用RS和GPS获取、管理地貌及位置信息, 然后利用GIS对整个生态区域进行数字表达形成规划、决策系统。
目前, “3S”技术已经在生态监测中得到了广泛应用, 并取得了较好效果。
2.1 城市生态监测“3S”技术较早应用于城市规划、大气污染监测等。
利用RS资料和GIS平台, 可编绘城市大气污染源的分布图, 同时采用航空多光谱摄影手段可监测大气污染的主要污染物、颗粒大小及空间区域的分布, 分析城市地面辐射温度和城市“热岛”现象形成的关系。
利用“3S”技术, 全国大部分省市都已建立了环境基础数据库, 开发了城市环境地理信息系统、环境污染应急预警预报系统等[6]。
GIS技术还用于城市生态环境调查、现状和污染源监测、生态功能和环境影响评价等[7]。
2.2 水资源生态监测利用“ 3S ”技术对河流水质、水量等进行监测, 可准确地显示不同区域的水环境状况, 反映水体环境质量在空间上的变化趋势, 更加直观地反映如污染源、排污口等环境要素的空间分布。
利用RS 可以快速监测出水体污染源的类型、位置分布及水体污染的分布范围，还可以对旱涝灾情、水土流失等进行实时监测[8]。
“3S”技术还应用于流域水文模拟和水资源调查评价、生态耗水分析, 开展水域分布变化和水体沼泽化、水体富营养化、泥沙污染等监测。
2.3 森林生态监测近年来, “3S”技术已广泛应用于森林资源、荒漠化、湿地、野生动植物、森林火灾、森林病虫害等资源与生态监测[9]。
RS技术主要用于森林资源的调查和动态监测, 编制大面积的森林分布图, 对宜林荒山荒地进行立地条件调查, 绘制林地立地图、土地利用现状图和土地潜力图等, 测算各类土地面积, 进行土地评价。
目前，基于“3S”技术对森林火灾和森林病虫害的防护与监测的研究取得了较大进展。
2.4 农业生态监测“3S”技术在农业生态环境监测中可用于土地的生产潜力评价、土地的适宜性评价、土地持续利用评价及土壤侵蚀、土地沙化和土地次生盐渍化等监测[10～12]。
对土地环境的监测除实地进行定位观测外, 还可用不同时期的同一幅影像进行影像迭加、对比, 来准确地看出土地资源的变化情况, 耕地地面温度、土壤水分的旱涝状况等环境条件以及农作物的生长状况。
此外，GPS与GIS结合为科学种田提供了所需要的定位和定量的技术手段，RS和GIS结合提供了多种数据源为建立农田基础数据库奠定了基础[13]。
2.5 海洋生态监测利用“3S”技术可以获得海面悬浮泥沙、浮游生物、可溶性有机物、海面油膜和其它污染物等信息, 监测海洋生物体污染、石油污染、洋面温度等。
在海洋资源的开发与利用、海洋环境污染监测、海岸带和海岛调查等方面也已取得了成功的应用[14]。
2.6 区域生态监测“3S”技术可以广泛地应用于区域生态环境质量监测与评价。
在区域环境质量现状评价工作中, 可将地理信息与大气、土壤、水、噪声等环境要素的监测数据结合在一起, 利用软件的空间分析模块, 对整个区域的环境质量现状进行客观、全面的评价, 以反映出区域中受污染的程度以及空间分布情况。
如利用“3S”技术对都阳湖区围湖造田、洪涝、湖盆泥沙淤积、水质污染等监测, 完成了湖区特大洪涝灾害动态监测、坪堤分布及防洪能力评价、湿地生态及生物多样性分布、湖体水质评价等[15]。
3 “3S”应用的展望我国的生态监测是一项新的任务,近年来,以GPS ,RS ,GIS为核心的“3S”技术为大范围的生态监测提供了技术支持,其应用也将越来越广泛。
以往的生态监测多数侧重于污染、灾害等方面,以定性描述为主,在时间序列的比较研究上难以具体化[16]。
“3S”技术应用在生态环境监测中后,能够进行各因子专题分析及多时相的数据分析,还可以建立生态环境动态监测模型,使定量表述、定量结果落实在了每一个空间位置。
随着“3S”技术的发展,我国的生态监测技术将大大提高。
参考文献［1］刘敏.“3S”技术及其在生态环境监测中的应用[J ] . 广东林业科技,2005 ,21 (3):71～74［2］陈述彭, 鲁学军, 周成虎地理信息系统导论北京科学出版社, ２０００［3］陆守一, 唐小明, 王国胜地理信息系统实用教程（第二版）．北京：中国林业出版社，２０００［4］冯仲科．“3S”技术及其应用．北京：中国林业出版社，２０００．２［5］孙天华,刘晓茹,傅桦. 浅评我国生态监测现状[J ] .首都师范大学学报(自然科学版) ,2006 ,27 (3)［6］李莉, 张维志, 陈文英．GIS技术及其在环境保护中的应用．环境科学动态，２００３（１）：10～12［7］邱木清.“3S”技术在城市环境管理中的应用[J ] . 农业网路信息,2008 (1) ［8］邓永光.RS技术在水利建设中的应用[C].第三届广西青年学术年会，2004 ［9］肖化顺．森林资源监测中3S技术应用与展望林业资源管理，２００４［10］王静, 张继贤, 何挺等．基于3S技术的耕地退化监测与评价技术方法探讨．测绘科学，2002,27（4）:45～49［11］王育新, 田卫堂.利用3S技术进行土壤侵蚀调查和动态监测.河北水利水电技术, 2003(2):43～45［12］邝生爱, 田淑芳, 程博.农牧交错带土地沙化遥感监测.国土资源遥感,2002(2):10～14［13］姚建松.3S技术在精细农业中的应用.农业装备技术,2009,35(1):22～25 ［14］侯英姿, 陈晓玲, 李毓湘,基于3S技术的海岸带综合管理研究进展.海洋测绘,2005,25(3):24～27［15］万中英, 钟茂生, 吴福英等.鄱阳湖区洪涝灾害遥感动态监测系统设计与实现.计算机工程与应用，2004,40（8）:229～232［16］于镇华,黄朔.“3S”技术在生态环境监测中的应用.中央民族大学学报(自然科学版)[J],2008,17：66～68。