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1、3S技术在环境监测中的应用,目录,3S技术概念,3S技术简介,3S技术的集成模式,3S技术简介,3S技术 是遥感技术(Remote sensing，RS)、地理信息系统(Geography information systems，GIS)全球定位系统(Global positioning systems，GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。,获取,遥感,地理信息系统,全球定位系统,空间定位,地理信息,3S技术简介,3S技术简介,3S技术的集成模式,目前，还没
2、有实现 RS、GIS 和 GPS三者的真正集成。,RS 与 GIS 的结合,RS与 GPS的结台,GIS与 GPS的结合,比较成功的集成,3S技术在环监上的应用,水体污染监测,土壤变化监测,城市污染环境监测,植被演化监测,农业生态环境的监测,森林生态环境监测,草原及荒漠生态环境监测,大气污染监测,固体废物堆场污染监测,热污染监测,公路环境监测,地面污染监测,噪声污染监测,3S技术在城市环境污染中的监测 大气污染,不同的大气污染程度和种类会使遥感信息产生一定的失真，通过对这种失真现象的研究，可以建立大气污染的评价模型。利用遥感图像作为基本资料，结合地面监测数据和资料，可获得直观、准确的信息。其研
3、究通常用间接解译标志进行，即用植物对大气环境的指示作用来判别大气环境质量、污染程度及扩散影响。例如，生长正常的植物叶片对红外线反射强烈，在彩色红外照片上色泽鲜艳、明亮；受到污染的叶子，反映在彩色红外照片上颜色较暗。在GIS中应用相应的空间分析与评价模块进行数据处理和分析，可以对大气污染作出客观、可靠的判断,3S技术在城市环境污染中的监测 热污染,热岛,城市气温高于外围郊区的现象，我们称为“热岛效应”。城市热岛效应是一种热污染现象。,成都市区比郊区温度高4以上,3S技术在城市环境污染中的监测 热污染,采用3S的解决思路,其主要思路是研究城市绿地与城市热岛的关系，通过模拟绿地的变化来预测城市热岛的
4、变化。,3S技术应用,利用热红外遥感图像能够对城市的热岛效应进行有效的调查，对城市下垫面的热辐射进行白天和夜间扫描，在热红外图像上，温度高的地区色调为浅色，温度低的地区则为深色。通过影像判读分析、调查，可以查明城市热源、热场的位置和范围，并利用GIS空间分析技术，对热岛的时空分布、热岛强度等进行动态监测，综合分析城市热力分布特征和变化规律。,3S技术在城市环境污染中的监测 固体废物堆场污染,固体废物,居民生活垃圾、建筑垃圾、工业垃圾以及混合垃圾等,3S技术的应用,由于固体废物自身的物理化学分解作用，其温度一般高于周围地物，在热红外图像上显示明显的色调特征。根据有关的遥感图像解译标志，定期利用遥
5、感图像为信息源进行固体废弃物堆的监测，并通过GPS技术确定相应的空间位置，然后在GIS中对不同时相的固体废弃物污染信息进行比较，以确定其发展趋势，并结合城市产业布局及垃圾处理系统设置，实施相应的管理策略，以实现对固体废弃物的动态监测和有效管理。,3S技术在城市环境污染中的监测 噪声污染,背景,随着工业生产、交通运输和城市建设的发展，环境噪声污染日益严重，城市环境噪声监测可以正确反映出城市噪声的总体水平以及暴露在该水平下的人群数量。了解城市噪声污染现状，为噪声控制标准、目标的制定，环境噪声空间分布特征和发展趋势的研究，城市总体规划等提供科学依据，还可以通过不同途径直接或间接地为环境管理服务，达到
6、保护和改善城市区域环境质晕的目的。,3S技术在城市环境污染中的监测 噪声污染,以往方法的不足,城市区域环境噪声监测采用网格法，即将测量的某一区域划分成等距离的网格(500mx500m)，在其中心位置进行测量。在以往区域环境噪声监测工作中，网格中心点位的确定是靠步测或者某些工具简易测量，其结果往往与中心点位偏离。一旦点位固定，以后数年的监测就可能会因人员变换等原因引起系统误差。,3S技术在城市环境污染中的监测 噪声污染,采用GPS技术，当某网格中心点坐标被保存在GPS中后，即使该点周围声学环境发生明显变化、监测人员更换，也可以利用GPs的自动导航功能，按照仪器中的方位指示轻易找到目标。将该点测量
7、值与历年的值进行比较时，可比性将大大增加。对于经理论计算，经纬度的测点在现场必须偏移的，可将偏移后的该点经纬度保存至GPS中，监测工作结束后，将GPS中的点位图下载至计算机中，进行处理后，编制实际测点示意图，以利于今后监测时高效快速地进行工作。,3S技术应用,3S技术在城市环境污染中的监测 地面污染,3S应用,应用遥感技术，不但能够圈定地面污染的分布范围，而且还能够对地面污染进行规划性的预防。当灌溉的农田遭受污染后，作物的生长在色调上有特殊变化，就能同其他禾苗区分开来。此外，地下水的污染也会引起地面植被的变化，有与正常生长区的作物不同的光谱表现，多光谱成像仪能监测这些变化。对污水的排放造成的地
8、面污染，可通过遥感技术拍摄的照片清楚地圈定出污染分布范围，从而对地面污染做出预防规划。地矿部门应用航空红外扫描仪，煤炭总公司应用地而红外测温仪，按地表温度的细微差异圈定隐火区，区分出燃烧区和燃尽区，分析其蔓延方向及规律，为大规模整治煤炭隐火提供了新的方法和经验,3S技术在城市环境污染中的监测 公路环境,随着人们对公路环境问题及其规律认识的不断深化，公路环境监测正从一般意义上的环境污染因子监测开始向生态环境监测过渡和拓宽。公路生态监测是对公路两边范围内生态系统的宏观监测，是一项宏观与微观监测相结合的工作。,国内已经成功地应用“3S”技术进行了公路生态环境监测保护并获得成功，如邱丰收等以京福高速济
9、南至泰安段沿线两侧各 的生态环境为研究区，研究区的遥感影像（，）、地形图、野外定位的样点资料等为基础，获取京福高速济南至泰安段沿线地区土地利用覆盖变化（）情况，结合实际调查的样地的生物环境资料，对其生态环境的现状和变化进行了监测和评价。,背景,3S应用,土壤变化监测,研究包括,土壤水分研究、土壤沙化、盐碱化及土壤侵蚀研究等,目前研究的应用,荒漠化动态演化模拟分析、水土流失遥感监测等，为水土流失治理、生态环境建设提供了决策依据,土壤变化监测,3S技术的应用,积极探索将3S 技术应用于公路两旁山坡水土流失动态监测中。通过多年的研究,3S 技术在水土流失监测和水土保持管理领域中已经取得了很大的进展。
10、虽然我国3S技术应用起步较晚，在应用过程中还存在一些问题，但随着今后研究的不断深入，相信3S技术将在土壤监测与保持水土流失上会发挥更加重要的作用。,监测原理,水体污染监测,溶解或悬浮于水中的污染成分浓度不同，使水体颜色、密度、透明度和温度产生差异，导致水体反射波谱能量的变化；而在遥感图像上，则反映为色调、灰阶、形态、纹理等特征的差别。,海洋水体监测,海洋是水圈中最主要的水体，面积约为地球表面的 708。遥感在海洋调查中显示了它独特的大范围、多时相、高分辨率的特点，在河口泥沙规律研究、海水监测、海温监测、海况监测、海洋初级生产力及渔场监测、海洋污染监测等方面 已发挥了重要作用，对空间规模宏大和时
11、间变化迅速的厄尔尼诺效应、黑潮、赤潮、墨西哥湾流等的监测已取得较好的效果。,水体污染监测,湖泊水体监测,水体的富营养化污染是由藻类等浮游植物大量繁殖引起的，由于浮游植物中的叶绿素对近红外光具有明显的“陡坡效应”，因而水体兼有水体和植物的光谱特征，水体的颜色在此波段呈红褐色或紫红色。又例如，水被油污染后，油质污染物覆盖于水面上，减少了水面的蒸发，导致受污染水面与未受污染水面的热效应不同，而反映到影像色调上就会出现差别。根据这一特点，系统综合利用RS、GPS 及常规监测技术，以GIS为信息处理平台，通过对被污染水体与正常水体的光谱资料的比较，可对水体的污染源、影响范围、面积和浓度等进行监测，从而对
12、一个地区的水资源和水环境等做出科学评价。,植被演化监测,监测原理,由于绿色植被具有显著的、独特的光谱特征，遥感作为植被调查的信息源主要是通过植物的反射光谱特征来实现的。不同的植物以及同一种植物在不同的生长发育阶段，其反射光谱曲线形态和特征不同，由于病虫害、施肥以及灌溉等条件的不同也会引起植物反射光谱曲线的变化。,监测应用,利用植物这一特征准确获得群落植被的遥感影像特征信息，GPS可实时、快速、准确地提供植被的空间位置，结合少量的实地调查，通过对遥感影像的处理，增加必要的地理信息，通过 GIS的综合分析，可对区域的植被类型、植物季相节律、植被演化等进行监测、分析，了解植被演化的动态。,农业生态环
13、境监测,“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.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也都可通过远红外和热红外接收的遥感影像探测到.另外,还可以建立基于“3S”技术的耕地退化定量评价模型和评价方法,定量分析土地利用与耕地退化的生态环境响应,从土地利用的角度提出解决耕地退化的调控措施、政策及建议等,森林生态环境监测,近年来,“3S”技术已广泛应用于森林资源、荒漠
14、化、湿地、野生动植物、森林火灾、森林病虫害等资源与生态环境监测。在地理信息系统(GIS)的帮助下,利用原有的各种地理要素和专业要素,加上遥感(RS)和全球定位系统(GPS)获得的最新数据建成强大而完善的森林数据库,利用数据库以及各种预测监测模型和国家政策,从而选出最优的规划、监测方案.GIS与RS结合在宏观上对森林害虫进行有效监测害虫适宜生境的风险评估、病虫害空间分布动态监测、病虫害发生趋势预测,与专家系统、人工智能相结合还可建立森林害虫治理决策模型和支持系统。“3S”技术在森林火灾防控中主要应用于火灾的实时监控和灾后的损失评估,草原及荒漠生态环境监测,监测背景,草原生态环境监测的内容是多层次
15、、多专题的,因此建立一个大型数据库才能满足对数据灵活调用的需求。基于适合于我国生态环境监测的两个层次 宏观航天遥感监测与地面定位监测，把草原生态环境数据库分为宏观遥感监测数据字库和地面定位监测数据字库。,监测方法,宏观的遥感监测区域范围内草原生态系统及其组合体的分布、结构组成、面积和动态变化等，它强调地域等级至少应在区域生态范围之内，所采用的最有效的方法是遥感技术和地理信息系统手段,草原及荒漠生态环境监测,监测前提,地面监测数据库就包括地面定位监测的内容，涵盖了动物、植物、土壤、水、大气、人类干扰以及气候等各领域的许多因子。对荒漠区的监测若用常规的定位观测是不够的，大量布点显然在人力财力上不允
16、许，生态环境监测体系的建设也只能是由典型地段的监测站(点)构成的网络,这仅能为宏观监测提供“窗口”,为遥感解译提供地面基本数据并检验解译结果正确与否。,遥感技术的应用提供了宏观监测的可能性,通过航片、卫片的解译，可以监测荒漠区沙漠、植被等的现状与动态,特别是空间格局的变化,非宏观监测莫属。宏观监测与微观监测相互补充,相互验证,将保证生态环境监测结果的全面、准确和可信。,监测方法,3S技术的不足,3S技术的不足,两两结合的缺陷,没有统一的坐标空间；,目前3S技术集成还仅仅限于两两结合，这是3S集成的初级和起步阶段，其核心是GIS和RS的结合，这种两两结合虽然优于单一系统,光谱数据与空间数据的不同
17、时；,不具备支持数据封装能力。,3S技术的不足,GPS,受系统所有国的制约性；在森林和高楼群等环境中信号差。,RS,受气象条件和大气环境的影响较大。,集成,目前3S的集成模式大都为两两结合，这是 肤浅的、表面的集成，还没有实现RS、GIS和GPS三者的真正集成,其他,费用高、技术难度大,3S技术的发展趋势,发展趋势,系统集成一体化 的完善,实现“3S”系统内部的无缝连接，完善系统集成的一体化技术，数据结构的改造势在必行。,例如：,综合矢量数据与栅格数据的优点，进一步研究线性四叉树的一元化数据结构、R树结构等应是这一领域的良好尝试。,数据格式的标准化研究、多平台的同步互容研究和实时空间信息交流研
18、究，这也是系统集成一体化研究的主要方面。,发展趋势,多学科之间的 集成研究,在信息时代的今天，随着“数字地球”技术研究和网络化、信息化的发展，客观上需要更高层次的“3S”技术与其它高新技术结合，以形成多功能全方位的整合信息系统。,例如：,与ES、IT相结合，建设自动化专家分析和事务处理系统；与OA多媒体技术相结合，实现良好的用户界面和办公行为，构建区域管理支持系统。,总结与展望,总结与展望,随着遥感技术的不断进步，GPS定位精度的不断提高，GIS网络化、智能化的发展，数字地球、数字城市理论的提出与完善，“3S”技术将以其海量的信息、精确的定位及强大的数据管理、模型预测、图形制作等功能应用于生态环境研究的各个领域，并将进一步促进生态环境研究的深化。“3S”技术是今后区域和全球生态环境研究的必然趋势，应用前景十分广阔。,Thank you！,
