3S技术在环境监测中的应用

植被演化监测
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。
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。
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技术简介
地理信息
空间定位
全球 定位系 统
获取
管理、查询、 更新、空间 分析、应用、
评价
遥感
地理 信息系 统
3S技术简介
GPS获取的 位置信息
遥感影像
GIS系统
3S技术的集成模式 RS 与 GIS 的结合
比较成功的集成
RS与 GPS的结台
GIS与 GPS的结合
目前，还没有实现 RS 、GIS 和 GPS 三者的真正集成。
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
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。
海洋是水圈中最主要的水体，面积约为地球表面的 70．8％。 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。
土壤变化监测
土壤水分研究、土壤沙化、盐碱化及土壤侵蚀研究等
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
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。 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。
草原及荒漠生态环境监测
草原生态环境监测的内容是多层次、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。
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
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南至泰安段沿线两侧各 ５００ｍ的生态环境为研究区，研究区的遥感影像（ＴＭ，２００６／Ｅ ＴＭ＋，２００２）、地形图、ＧＰＳ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（ＬＵＣ Ｃ）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。
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。
3S技术的不足
3S技术的不足
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
两两结合的缺陷
没有统一的坐标空间； 光谱数据与空间数据的不同时； 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
草原及荒漠生态环境监测
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 。
3S技术在城市环境污染中的监测 ——噪声污染
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。
农业生态环境监测
“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
3S技术在城市环境污染中的监测 ——地面污染
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
水体污染监测
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，从而对一个地区的水资源和水环境等 做出科学评价。
3S技术在环境监测中的应用
目录
总结与展望 发展的趋势
3S存在的不足 3S环监上应用
3S技术概念
3S 3S
技
技 术 简 介
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。
3S技术在环监上的应用
水体污染监测 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
土壤变化监测
城市污染环境监测
大 热 污固 噪 地 公
气 污 染体 声 面 路
污 染 监废 污 污 环
染 监 测物 染 染 境
监 测 堆 监 监监
测
场 测 测测
3S技术在城市环境污染中的监测 ——大气污染
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技术在城市环境污染中的监测 ——噪声污染
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 ——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。
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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
居民生活垃圾、建筑垃圾、工业垃圾以及混合垃圾等
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。