“３Ｓ”技术在环境监测中的应用

[摘 要]本文系统介绍了“3S”技术及其在环境监测中的技术特点与优势，并概括叙述了“3S”技术在生态环境监测、煤炭矿区环境监测等方面的应用。

[关键词]“3S” 环境监测 应用

作者简介：方芳（1982-），女，硕士。

一、前言

20世纪70年代后期，随着科学技术的进步，仪器分析、计算机控制等现代化手段在环境监测中得到了广泛应用。各种自动连续监测系统相继问世，随之出现了遥感、地理信息系统和全球定位系统等技术。

环境监测从单一的环境分析发展到物理监测、生物监测、生态监测、遥感、卫星监测，监测范围从一个断面发展到一个城市、一个区域、整个国家乃至全球[1]。全球定位系统（GPS）、遥感（RS）和地理信息系统（GIS）技术为社会发展科技提供了强有力的信息和技术支撑，同时在环境监测方面也得到了长足的发展及广泛的运用。

二、“3S”技术

“3S”技术即全球定位系统、遥感和地理信息系统的统称。三者通过现代电子通讯网络，在信息高速公路上实现实时数据传输与通讯，从而有机集成。

（一）全球定位系统（GPS）

GPS是美国为适应军事发展的需要，研制的具有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统，具有性能好、全天候、高精度、自动化等显著特点，在地质测量、环境监测、工程变形监测、地震监测等方面得到广泛应用。

在环境监测中，GPS主要用于实时、快速地提供目标地、物理坐标，为所获取的空间及属性信息提供准时或实时的地理定位及地面高程模型。在环境监测中不管利用遥感影像还是直接野外进行数据采集，都可以借助GPS 获取采集点的空间位置[2]。

（二）遥感技术（RS）

RS主要是指从远距离高空以及外层空间的各种平台上利用可见光、红外、微波等电磁波探测仪器，通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理，从而研究地面物体的形状、大小、特性及其环境的现代技术科学。

在环境监测中，RS是环境研究的主要信息来源，一般通过遥感图像来实现。遥感图像是地面景观物体按照一定比例尺缩小了的立体模型，真实、客观、连续地记录了地表物体的总体与个体的信息特征。随着RS处理技术的进步和虚拟现实技术的不断发展，还可实现动态仿真，提高调查效率与环境监测精度[3]。

（三）地理信息系统技术（GIS）

GIS是一种特定而又十分重要的空间信息系统，它是以采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球上与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。

在环境监测中，GIS强大的空间信息管理与分析功能是进行区域环境和资源动态分析，建立动态数据库的最佳手段，是综合处理与分析多源时空数据的理想平台。GIS 能通过对多源的信息综合、复合图像处理及其三维图像显示技术的综合应用，把现实生活中的种种信息与反映地理位置的图形信息有机地结合在一起。在实地监测及模型模拟的情况下，GIS还可以迅速地完成多维、多元复合分析，能使我们快速分析出某一特定区域环境的综合信息，为生态环境的专题研究、规划和其他与之相关的决策提供了一套强有力的信息处理工具。

（四）“3S”集成技术

“3S”集成是指将上述三种对地观测新技术及其他相关技术有机地集成在一起。GPS、RS、GIS集成的方式可以在不同技术水平上实现。在这种集成中，GPS主要用于实时、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物理信息及各种变化；GIS则是对多种来源时空数据进行综合处理分析和应用的平台。GPS与RS为GIS提供高质量的空间数据，而GIS则是综合处理这些数据的平台，并且反过来指导GPS与RS的数据采集。在不久的将来，“3S”系统集成技术将最终建成新型的地面三维信息和地理编码影像的实时或准实时获取与处理系统，形成快速、高精度的信息处理流程。

三、“3S”技术在环境监测中的主要应用

（一）应用于生态环境动态监测

随着人们对环境问题及其规律认识的不断深化，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。

生态监测是对大范围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。许多传统监测手段，只能解决局部监测问题，只有借助于现代高新技术，才能得到综合整体且准确完全的监测结果。在RS和GIS基础上建立的数学模型，能促进以定性描述为主到定量分析为主的过渡，实行时空的转移，在空间上由野外转入室内，在时间上从过去、现在的研究发展到在三维空间上定量预测未来[4]。

国内已经成功地应用“3S”技术进行了生态监测并获得成功，如青海省遥感中心成功地利用“3S”技术，对青海湖环湖重点区域的进行了本底调查，快速查清了共和县和龙羊峡库区土地利用和土地覆盖的现状，制作出共和县和龙羊峡库区生态环境分类图，建立了生态环境数据库，为政府规划决策、资源开发、环境保护等提供科学依据和服务。

（二）应用于煤炭矿区环境监测

煤炭资源的开采和利用造成了对区域大气、植被、水体、土地等生态环境要素的破坏和污染，形成一种立体式、循环作用的负面影响机制。“3S”技术可用于采集宏观的、区域的乃至全球的动态综合环境信息，将其与常规的环境信息采集手段相结合，就可实现综合、系统的环境信息采集。

顾峰华等[7]利用QUICKBIRD、SPOT-5多光谱和全色波段进行了山区、半山区到平原区土地利用类型遥感解译精度研究，在土地利用类型和植被覆盖度遥感解译的基础上，进一步进行地貌类型、沟谷密度和土壤类型解译，结合降雨等自然条件，完成对矿区土壤侵蚀强度的综合分析。王国平[5]应用全球定位系统进行野外控制点点位及高程数据采集；应用地理信息系统对调查成果进行综合分析、计算、编辑和制图，从而快速高效地完成了阜新煤矸石资源的调查工作。

四、结论

“3S”技术结合专家系统、现代通信技术，必将使环境监测更加自动化、智能化，提高对资源与环境宏观调控的能力，为我国经济和社会可持续发展战略、布局和趋势做出预测，为环境管理、环境保护以提供科学数据和决策支持。

参考文献

[1]吴邦灿，费龙，现代环境监测技术[M]，北京: 中国环境科学出版社， 1999

[2]陈涛，杨武年，“3S”技术在生态环境动态监测中的应用研究[J]，中国环境监测， 2003， 19(3): 19-22

[3]杨武年，廖崇高， 濮国梁等，数字区调新技术新方法遥感图像地质解译三维可视化及影像动态分析[J]，地质通报， 2003(1).

[4]马天， 王玉杰， 郝电，生态环境监测及其在我国的发展[J]，四川环境， 2003， 22(2): 19-24

[5]王国平，“3S”技术在辽宁阜新煤矸石资源调查中的应用[J]，地质与勘探， 2004(3): 74-76