3S技术在生态环境监测中的应用

饶 丹，刘雅旋，梁 柱，刘 壮

（湖北省生态环境厅孝感生态环境监测中心，湖北 孝感 432100）

引言

所谓3S技术，它是集遥感技术（RS）、全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）为一体的高科技技术的统称。科学技术不断发展的今天，3S技术也获得了长足发展，逐渐成了当前获取空间地理信息、空间信息分析、空间信息应用的重要的核心高科技技术，同时，在生态环境的监测和测评中也得到了广泛应用，具有良好的应用前景。

1 3S技术概述

1.1 遥感技术（RS)

遥感技术是利用外层空间对地球表面的各类生态环境事物进行监测，对其所产生的电磁波信息，通过扫描、摄影等方式进行数据传递，相关工作人员对采集到的信息进行归类和处理，最终还原出电磁波信息想要传递的物体形态或性能等各种信息。该技术具有采集信息多样化、广泛化，且采集效率高的特点，将其应用到生态环境监测中，可以提高30%～50%的数据采集速度，从而实现对地球上各种生态环境事物的大范围治理，更好地保护生态环境。但是，遥感技术并不能对采集到的数据信息进行有效的分类和定位，因而增加了相关工作人员的工作量和工作难度，影响了生态环境治理和保护工作的高效开展[1]。

1.2 全球定位系统（GPS）

从目前的发展情况来看，全球定位系统已经在许多领域得到了应用，如军事领域、环境保护领域、地质勘察领域等，成为人们生活的重要组成部分。全球定位系统在应用中，具有准确性高、及时性强等特点，技术的工作原理在于，设置的信息接收器，会将采集到位置信息直接传送到连接设备中，利用计算机软件来对各类信息进行计算与转化，同时也会根据需求，在对应位置以地图坐标的方式进行直接展示，利于信息的查询与观看。将其应用到生态环境监测活动中，能够将监测工作效率提高1.5倍以上，根据获取到的数据来拟定生态环境保护措施，提高生态环境保护质量[2]。

1.3 地理信息系统（GIS）

地理信息系统可以将空间中不同领域的地理信息进行实时、动态监测，该系统的形成需要运用到多种学科，地理以及信息技术是形成地理信息系统的重要基础和保障。地理信息系统在应用中，可以对各类地理数据进行科学化采集，同时按分类要求将其存储在相应的数据库当中，在计算机软件的辅助下，可以对各类原始数据进行自动整理与分析，最终以地理图形的方式直接呈现出来。地理信息系统在生态环境监测中的应用，能够有效弥补遥感技术能力不足的问题，从而得到更加容错率小于2%的分析数据，为生态环境保护活动的推动提供良好参考[3]。

2 3S技术在生态环境监测中的应用流程

2.1 遥感图像数字化处理

利用遥感技术获取到基础数据后，需要先对数据进行数字化处理，具体的处理要点如下：（1）做好数据预处理，遥感图像的数据处理环节，会根据要求依次进行几何校正、辐射校正、信息去噪、图像增强、图像分类处理等工作，以此来得到完整可靠的遥感图像，便于下阶段数据处理活动的进行。（2）遥感图像假彩色合成处理，利用ERDAS8.7软件，来对假彩色进行合成化处理，从而得到研究区域的假彩色合成图像与彩色合成图像。（3）图像色彩调整，在遥感图像的采集中，会包含一些被云或者雪覆盖的图像，这些图像则需要进行增强处理，一般情况下会先处理无云或者无雪的图像，随后再叠加到其他图像上，得到所需的遥感图像[4]。（4）完成信息几何精度校正，利用投影转换的方式来校正信息精度，前期遥感图像采集阶段，需要科学控制影像控制点数量，并对其进行均匀分布处理，以得到准确可靠的信息处理结果。

2.2 遥感图像解译处理

在遥感图像解译处理活动中，会基于地理信息系统来进行处理，具体的处理步骤如下：（1）数据预处理，在软件正式解译前需要对投影的中央经线进行统一转化，使其可以成为满足软件处理的相关数据，利于后续活动的快速推进。（2）遥感图像解译，利用Arc GIS软件来对图像进行判读，在判读活动中会先判读影像顶部，然后从左到右、从上到下依次完成判读，在判读活动中，会根据图像颜色、形状、阴影情况、纹理等内容来确定目标地类，便于后续处理活动的进行[5]。（3）在遥感图像的判读活动中，也需要从中提取出目标地物的最小单元，一般情况下，面状地类的最小单元应大于120 m×120 m，而图斑短边宽度的最小值为2个像元，以满足后续数据分析活动的推进。另外，整个判读过程的精度应大于85%，而且描边需要保持圆润，便于信息提取与整合活动的进行。

2.3 建立生态环境监测数据库

为了方便生态环境监测活动的进行，需要在原始数据完成处理后，建立起相应的生态环境监测数据库，提高所整理数据的应用价值。在具体的处理活动中，会在Arc/Info WorkStation当中，对错误情况进行检查，如果发现悬挂点存在没码、重码的问题，此时则需要在ArcEdit当中，使用已经编辑好的菜单命令，对于悬挂点进行删除，同时根据遥感图像将错误属性的代码进行清除，同时建立起相应的拓扑关系，对于各项信息进行重新整理，直到完成所有悬挂点的处理，建立契合需求的数据库[6]。

2.4 野外核查及数据库更新

在人机交互判断活动中，也存在着遥感图像特征清晰度不足的问题，而这些容易出现误判的遥感图像，也需要建立代表性线路进行修正，以得到准确的分析数据。在具体实践中也需注意以下内容：（1）做好核查点的布置工作，根据遥感影像分析结果，确定需要野外核查的区域，并在区域内根据地形特征、地块类别来布置核查点，以得到完整、可靠的分析数据[7]。（2）为了提高验证解译精度，在应用中也需要基于土地利用情况和交通情况，在合适区域内布置了若干临时点，做好这些点的编号工作，并按要求对这些数据进行整理，确定准确数据后也会对数据库中的对应内容进行更换，从而提高所整理图像的科学性与合理性。

3 3S技术在生态环境监测中的具体应用

3.1 城市生态环境监测

从现阶段的发展情况来看，城市化进程处于较快的发展状态，同时也带来了较为严重的城市生态环境污染问题，影响到城市居民的生活质量。将3S技术应用于城市生态环境监测活动中，对于解决城市污染问题有着积极作用。具体体现在以下几方面：（1）分析生态环境形成分类，例如，在某城市开展生态环境监测活动时，基于3S技术获取到的相关数据，将城市区域划分为居民区、生态建设区、工业区等，依托获取到的数据帮助地方生态管理部门了解该城市的生态情况，制定针对性环保措施。过程中也会利用GIS技术来对这些采集到的信息进行整理，依托丰富的数据基础，提高决策科学性[8]。（2）处理城市垃圾污染问题，实际应用中会使用RS技术了解目前城市垃圾的分布情况，完成图像数据整理后，会使用GIS技术整理垃圾的具体分布点，根据垃圾分布点所属区域、垃圾堆积情况，来对垃圾进行有效管理，起到减少城市垃圾的作用。

3.2 空气和水土质量监测

在城市化进程快速推进的背景下，空气和水土质量问题也日益严重，影响到区域居民的生活质量和身体健康。将3S技术应用于空气和水土质量监测活动中，对于环保治理措施的拟定有着积极的促进作用。3S技术的具体应用表现为以下几点：（1）开展空气污染监测工作，例如，某城市环境监管部门，利用3S技术获取到的相关数据，对该区域的空气污染情况进行初步分析，在实际分析中，根据区域实际情况在重点区域提高监测点密度，获得完整且准确的数据。根据获取到的数据环境监管部门来制定大气污染治理措施，将环境污染治理速度提高了10%～30%。而且在得到相应数据后，利用GIS技术来快速整合分析信息，确定大气污染治理顺序，加快了当地污染问题的处理速度[9]。（2）开展水环境污染监测工作，基于3S技术获取到的相关数据，可以得到准确可靠的水环境污染情况，各区域水系的水质等级，最后所有数据都会在GIS软件中进行快速整合，确定水系污染的治理顺序，并根据水循环特征选择恰当治理策略，有序改善区域水环境。（3）开展土壤污染监测工作，基于3S技术来对土壤质地、土壤特征等数据进行整理，从而判断出区域土壤环境污染情况，污染问题的危害性，以此来拟定针对性处理措施，并做好相应的隔离措施，避免土壤污染问题威胁周围环境的安全性。

3.3 森林生态环境监测

森林资源作为一类重要的生态资源，森林生态环境的稳定性也将直接影响到地方气候和水土环境。将3S技术应用到森林生态环境监测活动中，可以提升森林生态系统稳定性，及时处理森林灾害等活动，确保森林资源利用价值的充分发挥。3S技术的具体应用表现为以下几点：（1）开展森林资源分布情况的监测工作，基于3S技术获取到的相关森林数据，可以对目标区域内森林资源的分布情况、具体范围、森林资源边界线等内容进行整理。为保证分析结果的精准度，也会根据地形波动合理布置控制点，以此来作为像素校正时的重要参考，提高所整理数据的合理性，为森林资源开发活动的进行提供可靠数据。（2）开展森林灾害防治，基于3S技术获取到的相关数据，可以得到准确可靠的森林病虫害侵袭、火灾蔓延等数据，最后所有数据都会在GIS软件中进行快速整合，以此来估计灾害影响情况，针对性拟定处理措施，提高森林灾害防治结果的可靠性。

3.4 农业生态环境监测

农业作为国家民生的重要基础，农业生态环境的稳定性也将直接影响到农业生产质量，进而影响到农业经济的稳定发展。将3S技术应用到农业生态环境监测活动中时，可以及时了解农业病虫害蔓延情况、农作物收割情况等内容，为农业生态环境管理活动的推进提供可靠依据。3S技术的具体应用体现在以下几方面：（1）开展农业资源分布情况的监测工作。基于3S技术来对该区域的农业资源分布图像进行采集，并在GIS软件中完成处理后，可以得到农业资源分布情况、具体范围等数据，基于软件来提高信息共享水平，便于农业地方管理活动的有序推进。（2）开展农业灾害防治。结合3S技术提供的相关数据，可以初步了解一些病虫害、气候条件带来的影响，如整理强降雨天气过后农作物淹没情况、大风天气下农作物倒伏情况、病虫害蔓延情况等，这些数据都会在GIS软件中进行快速整合，从而确定这些灾害带来的影响情况，及时制定相应的扶助政策和防治策略，从而降低灾害问题带来的负面影响，提升农业灾害防治结果的可靠性。

3.5 草原生态环境监测

草原作为重要的自然资源，起到了固土固沙的作用，草原生态环境的稳定性也将直接影响到当地的气候环境，影响到居民的正常生活。将3S技术应用到草原生态环境监测活动中时，能够对目前草原的生长情况、退化情况进行科学整理，以此来拟定可靠的畜牧管理计划，提高草原生态环境的稳定性。从实际发展情况来看，3S技术的应用体现为以下几点：（1）开展草原资源分布情况的监测工作，利用RS技术来对草原资源分布图像进行采集，所有图像在GIS软件中进行处理后，可以通过对比上一年图像的方式，了解草原面积增长或退化情况，针对性拟定管理措施，推动草原生态环境管理活动的进行。（2）开展草原生长情况的整理工作，根据3S技术获取到的数据，能够对各个区块内草生长情况、放牧情况进行整理，根据获取数据来合理规划放牧途径，确定禁牧区，以此来维持草原生态系统的稳定性，推动地方畜牧业经济的健康发展。

3.6 矿山生态环境监测

矿山开采过程中会对周围生态环境带来较大的负面影响，若不及时进行治理和修复，也会对周围居民生活环境、区域自然环境带来较大的负面影响。将3S技术应用到矿山生态环境监测活动中后，可以了解矿山生态环境治理与修复情况、潜在地质灾害等内容，为后续环境管理活动的推进提供可靠依据。3S技术具体应用要点如下：（1）对矿山生态环境修复情况进行监测，利用RS技术来对不同时期植被覆盖情况、废弃物存储情况等信息进行采集，所有图像在GIS软件中进行处理后，可以通过对比的方式来了解植被修复情况、废弃物存留情况等内容，并根据分析结果来拟定下阶段工作计划，有序改善矿山生态环境。（2）开展矿山地质灾害评估，根据3S技术获取不同时期的地质数据，可以对地质波动情况进行科学预测，提前拟定相应的防治措施，维持矿山生产环境的安全性，创造出更多的矿山经济效益。

3.7 湖泊生态环境监测

湖泊作为重要的自然资源，起到了调节区域气候、供给生活用水等作用，湖泊生态环境稳定性也直接影响到当地的水环境稳定性。将3S技术应用到湖泊生态环境监测中的主要目的，是对湖泊生态环境的基础情况进行整理，了解生态环境的污染情况，从而拟定可靠的环境保护策略，维持湖泊生态环境的健康发展。具体应用中需注意以下几点：（1）对湖泊生态环境污染情况进行监测，利用RS技术来整理不同时期湖泊范围、颜色变化、漂浮物分布、漂浮物所占面积等信息进行采集，得到的图像信息也会录入到GIS软件中进行处理，以此来判断湖泊的生态环境污染情况，拟定针对性治理策略，持续改善湖泊的生态环境。（2）开展湖泊周围环境资料的整理，包括工业建筑分布情况、林木情况等，根据3S技术得到的科学数据，来判断出这些内容对于湖泊生态环境的影响，以此来拟定可靠的管理策略，以可持续发展角度来保护湖泊生态环境。

3.8 动态环境监测

动态环境监测活动的推进，可以及时发现和处理环境问题，以推动当地生态环境的健康发展。将3S技术应用到动态环境监测活动中的主要目的，是利用技术优势快速整理各类信息，了解生态环境的变化情况，针对发现的问题拟定可靠的环境保护策略，推动区域生态环境的健康发展。在具体实践中会利用RS技术来整理不同时期该区域生态环境信息，涉及森林、湖泊、矿山等信息，得到的图像信息也会录入到GIS软件中展开预处理、去噪、整合等工作，从而判断出目前该区域的污染情况，确定环境污染问题的危害性，根据优先级排序来拟定污染问题的处理措施，持续改善区域生态环境，以带动区域生态经济的健康发展。得到的数据具有较强的共享性，可以为其他部门管理活动的推进提供可靠依据。

3.9 生态灾害监测

生态灾害监测活动的推进，可以及时预测潜在灾害影响范围、发生时机等内容，提前拟定相应的防治措施，以降低生态灾害带来的负面影响。在3S技术应用背景下，可以利用遥感技术快速整理各类信息，利用图像分析结果来判断区域生态环境波动情况，科学预测生态灾害的发生时机、具体位置，据此来提前拟定可靠的灾害防治策略，营造健康的生态环境。另外，在地面定位以及航天遥感监测也可以利用3S技术来采集相关数据，并且可以根据获取数据来完成生态评估工作，积累有价值的分析数据，以推动生态灾害监测活动的智能化、信息化发展，提高生态灾害监测结果的科学性与合理性。

3.10 固体废弃物监测

整个生态环境保护活动中，固体废弃物属于非常重要的污染来源，对于周围生态环境将带来直接影响。固体废弃物监测活动的推进，可以对固体废弃物堆放位置、具体规模等内容进行整理，以此来加快固体废弃物处理速度，有序改善区域的生态环境。将3S技术应用到固体废弃物监测活动中的主要目的，是利用技术优势能够快速得到相关信息，了解固体废弃物的相关信息，如利用RS技术能够直接分辨固体废弃物的分布位置、堆放情况、堆放面积、堆放数量等情况，而这些数据在录入到GIS软件中进行处理后，也会作为共享信息直接传输到控制中心以及环保部门。而且在GPS技术的帮助下也可以准确确定固体废弃物堆放地点，从而加快固体废弃物的处理速度，更好地保护区域生态环境。

4 结语

综上所述，3S技术在生态环境监测活动中具有良好的应用前景，技术具有数据采集效率高、数据整合质量高等优势，目前已经在许多领域中得到了推广应用。在3S技术的下阶段应用中，也需要做好设备调试、专业人员管理、数据误差控制等工作，从而提高所整理数据的完整性与准确性，为推动国民经济建设发展活动提供可靠动力，带动行业经济的健康发展。