_3S_技术在秦岭生态环境保护领域的应用

“3S ”技术在秦岭生态环境保护领域的应用黄曦涛1,2,3　(1.西北大学环境科学系,陕西西安710069;2.武汉大学遥感信息工程学院,湖北武汉430079;3.国家测绘局陕西基础地理信息中心,陕西西安710054)摘要　在简要介绍秦岭地区生态环境保护工作现状的基础上,阐述了遥感、地理信息系统、全球定位系统(简称“3S ”技术)在秦岭地区生态环境保护信息化建设,特别是在生态环境调查、生态环境监测、环境质量评价等方面的应用,同时对“3S ”技术在生态环境保护应用中存在的问题及对策进行了总结。

关键词　遥感;地理信息系统;全球定位技术;秦岭;生态环境保护;“3S ”应用中图分类号　X321 文献标识码　A 文章编号　0517-6611(2010)09-04707-03Applica tion of “3S ”Technology i n the Protection F i eld of Q i n li ng Ecolog i ca l Env i ronm entHUANG X i 2t ao (Depart m ent of Envir onmental Science,Northwestern University,Xian,Shaanxi 710069)Abstract On the basis of briefly intr oducti on of the status of Q inling ecol ogical environmental p rotecti on work,the remote sensing,geograph 2ic infor mati on system s,global positi oning system (“3S ”technol ogy )of the constructing the Q in L ing ecol ogical environmental p rotecti on infor 2mation technol ogy were described,es pecially in the app licati on of the eco 2envir onmental investigati on,eco 2envir onmental monitoring,envir on 2mental quality evaluation,while the existing p roblem s and counter measures of “3S ”technol ogy app licati on in the eco 2envir onmental p r otection were summarized .Key words RS;GIS;GPS;Q in L ing;Ecological envir onmental p r otection;“3S ”app lication作者简介　黄曦涛(1981-),男,陕西西安人,工程师,从事测绘工程、地理信息系统、环境工程研究。

收稿日期　20092122211　秦岭生态环境保护现状秦岭为东西走向,西起甘肃省临潭县北部的白石山,向东经天水南部的麦积山进入陕西,山脉南部小部由陕西延伸至湖北郧县,是嘉陵江、汉江及其支流丹江的源头和渭河等多条支流的主要水源地,也是我国珍稀野生动植物的重要分布区和重要的生态安全屏障[1]。

凭借自身独特的地理位置、丰富多样的生物资源和鲜明的生态景观特点,被人们誉为“世界生物的基因宝库”。

伴随近年来经济的快速发展,秦岭的生态环境也受到了严重的破坏。

在生态旅游开发中,大量生活垃圾随意倒入山谷,致使林木生长衰弱、枯萎;一些企业和居民点任意排放的污水、废渣、生活垃圾,致使发源于秦岭的部分河流水质受到严重污染;以粮为纲的山区发展思路造成森林大面积坡坏,乱砍乱伐致使秦岭地区的森林覆盖率由50年前的64%下降至46%,林区森林资源贮藏量下降约70%以上,浅山区域每年的土壤侵蚀和水土流失超过每平方公里1000t 。

陕西省地处秦岭山脉中心,日益恶化的生态环境给全省水资源利用、生态环境保护、社会经济发展和投资环境创造带来的巨大影响,已经引起了陕西省人民政府有关领导和环保部门的高度关注,并由此出台、实施了一系列旨在保护秦岭自然生态环境的条例和措施(如《陕西省秦岭生态环境保护条例》、设立秦岭生态环境保护专项资金等),以支持秦岭生态环境保护总体规划、相关政策的编制和实施,包括相关的产业发展、封山育林、水资源开发、生物多样性保护、矿山环境保护等8个专业规划,支持工业点源污染治理、小流域水土保持治理等示范项目,以保证秦岭生态环境保护规划、污染治理等生态环境建设工作的顺利开展。

2　“3S ”技术简介“3S ”技术是以遥感(Re mote Sensing 简称RS )、地理信息系统(Geographic I nfor mati on Syste m 简称GI S )和全球定位系统(Gl obe Positi on Syste m 简称GPS )为基础,与其他高新技术(如数据库技术、网络技术、通讯技术等)有机集成形成的综合技术,是地球信息科学的支撑与核心[2]。

它集信息获取、处理、应用于一身,可以实现对大范围空间信息的实时获取、快速更新、动态监测和科学分析,在多学科知识方法和科学分析模型的支持下和行业专题信息(包括社会、经济、环境、资源等)结合实现科学应用,满足各行业用户对空间信息及其特有分析方法的使用需求。

目前“3S ”技术已经被广泛应用于资源管理、环境保护、防灾减灾、投资评价、城市规划、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、教育、军事阿等众多领域,并取得了良好的经济和社会效益。

3　“3S ”技术在秦岭生态环境保护中的应用在秦岭地区生态环境保护工作中,利用“3S ”技术能够方便、快捷地对大面积山区获取地理空间信息和相关环境保护信息,避免山区复杂的天气和地理因素给数据采集工作造成的影响;同时还能够将环境监测、统计、分析过程中产生的环境保护专题信息和地理空间信息关联,依托专业学科知识进行各项生态环境保护研究工作。

为运用综合生态系统管理思想解决资源利用和生态环境保护问题,实现对秦岭生态环境保护规划制定和各项保护工作实施的辅助支持,实现社会、经济和环境的多元惠益[3],提供全新的观测手段和分析工具。

3.1　生态环境调查　“3S ”技术作为地球信息科学研究的核心技术,能够及时、快速地获得生态环境(植被、水质、土壤、资源等)及其地理空间分布格局的信息,为科学合理的规划、保护生态环境和资源提供客观的依据和可行的途径。

秦岭地区森林资源丰富,利用绿色植被显著、独特的光谱特征(不同的植物以及同一种植物在不同的生长发育阶段,如健康、病虫害、污染、枯萎等,其反射光谱曲线形态和特征均不相同),结合少量的实地调查,便能通过RS 和GPS 技术分析植物的反射光谱特征来实现植被种类、长势和空间分布信息的获取;最后利用GI S 技术综合分析,可对区域的植被类型、植物季相节律、植被演化等进行动态监测和科学分安徽农业科学,Journal of Anhui Agri .Sci .2010,38(9):4707-4709责任编辑　王淼　责任校对　卢瑶析,了解植被演化的动态,为有关部门在短时间内掌握植被结构、环境特征、演变规律,进行科学规划、决策提供服务[4](图1)。

如果进一步将植被分布等信息和坡度、高程等地理空间信息相叠加,还能够实现对限定功能区退耕还林工作的规划和动态监测,对秦岭生态环境保护工作起到较大的促进作用。

另外,利用RS 技术还可以通过类似的光谱特征信息对秦岭区域内水体环境状况进行探测,直观、真实的显现河流、湖泊的水质空间与变异特点,特别是水质污染重的地区,RS 数据能较好地反映不同水质类型及它们之间的渐变或过渡特征;不同时期分类探测形成的数据通过GI S 技术进行存储、管理和叠加分析,可以实现对秦岭区域内水体环境状况的实时查询和动态监测,直观地反映如污染源、排污口等环境要素的空间分布,发现水体环境的污染情况和变化状况,并借助专家系统和科学理论方法的帮助,建立具有预测模型的“4S ”系统,通过对污染区域周边自然环境、人为活动、时空变化等因素的科学分析,进行自动水质评价、污染源预测、水质预测等科学模拟,预测水体环境质量在空间上的变化趋势及变化原因,并以表格和图形的方式为水环境保护、管理、决策提供多方位、多形式的支持,具有很高的实际应用价值。

图1　生态环境调查图统计界面F i g .1　Eco 2Envi ronment al i n vesti gati on mappi n g syste m i n terface3.2　资料档案管理　在秦岭生态环境保护规划和日常管理中,对利用“3S ”技术获取的多元、多层次的空间、专题信息(如精确目标位置、地面实景、水质状况、动植物分布、矿井分布等)和在规划保护过程中形成的不同类型、数据源的空间、专题数据资料档案(如资源分布调查数据,物种分布数据、调查卡片、统计报表和各类专题图件等),采用成熟的地理信息空间数据引擎技术整理建库,例如污染源空间信息数据库(包括工业、农业、交通等污染源分布、数量、属性和影响范围等)、环境质量信息数据库(包括空气、水、噪声的质量指标信息等),能够为今后在秦岭生态环境保护工作中实现基于空间位置的管理查询、综合分析、制图输出以及科学研究提供数据保障服务,是支持生态环境保护规划和决策辅助工作的重要保障。

3.3　环境专题制图　环境相关专题制图是环境科学研究和日常管理规划的基本工具和手段。

与周期长、更新慢的传统手工制图方式相比,利用“3S ”集成技术建立的综合地理信息数据库,可以达到一次投入、多次产出的效果。

只需要在建设后期指定高效可行的数据管理更新机制,在基础地图上,根据实际需要叠加各种社会、经济、环保信息就能让用户在输出全要素地形图的同时,迅速制作出各种高质量的环境专题地图(如人口分布图、污染源分布图、大气质量功能区划图等)(图2),另外现代计算机制图方法比传统的人工绘图方法要灵活得多,可以根据实际需要从符号和颜色库中选择元件,使之更好地突出专题效果和特性,为秦岭生态环境保护规划的制定、实施提供快速、稳定的制图服务。

图2　水资源分布图界面F i g .2　W ater resource distr i buti on i n terface3.4　生态环境监测　“3S ”技术在秦岭地区环境动态变化监测应用中,可以在获取大范围遥感影像数据的基础上,利用影像分类和动态变化识别技术,自动或半自动获取秦岭地区地面目标动态变化信息(如水土流失、森林砍伐、工业建设、污染源排污等),同时在实现对固定目标动态监测的基础上,科学、客观的评价生态环境破坏程度及其波及范围;同时可以利用GI S 技术对实时采集的数据进行处理分析,特别是土壤、水质等生态污染程度及其空间分布特征等真实反映生态环境破坏状况的信息,直观显示和分析区域生态环境现状、污染源分布、水环境质量评价、追踪污染物来源,结合地理空间信息查询历年监测数据及各种统计数据,进行空间分析(如缓冲区查询与分析)、辅助决策(容量计算及污染状况的预测),为区域生态环境的科学化管理决策提供先进的科学手段(图3)。