3S技术在环境领域中的应用

摘要：空间定位系统（目前主要指GPS全球定位系统）、遥感（RS）和地理信息系统（GIS）是目前对地观测系统中空间信息获取、存储管理、更新、分析和应用的三大支撑技术（以下简称“3S”），是现代社会持续发展、资源合理规划利用、城市规划与管理、自然灾害动态监测与防治等的重要技术手段，也是地学研究走向定量化的科学方法之一。随着信息技术的飞速发展，科技的不断创新，3S正作为一种不可多得的技术在环境领域发挥着越来越重要的作用。

关键词：3S技术；环境污染检测；环境保护

1. 3S技术概述

3S技术是遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）的统称，其中，GPS主要用于实时、快速地提供目标的空间位置，为遥感对地观测信息提供了准实时或实时的定位信息和地面高程模型；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参数，其对地观测的海量波谱信息为目标识别及科学规律的探测提供了精确的定性或定量数据；GIS则是综合处理与分析多源时空数据的平台。3S的集成将使GIS具有获取准确、快速定位的现势遥感信息的能力，并实现数据库的快速更新；在分析决策模型的支持下，GIS可以快速地完成多维、多元复合分析。

3S技术集成将构成星、地、空一体化的信息系统， 自动、实时地进行数据采集、环境监测、灾害监测、全球生态演变监测、空间信息自动更新等。

2. 3S技术在环境污染检测方面的应用

通过地球观测卫星或飞机从高空观测地球，监测面积大，能及时发现陆地淡水和海水的污染、大面积空气污染、森林大火、火山喷发、洪水淹没等情况。利用遥感技术获取环境信息，时间周期很短，能及时发现环境的变化，便于采取措施控制环境污染，最大限度避免环境危害，保护环境。

装载了差分GRS定位仪的环境检测车，利用差分GPS的准确定位，能将车辆在移动中或在污染源现场采集的数据及时准确的反应到GIS电子地图相应位置上，而每一个固定监测采样点的空间坐标值也能通过GPS精确导入GIS中，并将不断变化的监测值和其在电子地图的相应坐标值进行关联后储存在数据库相应的位置中，这些数据可以为使用这随时调用进行动态分析或环境专题图的输出等。

RS对大范围的环境动态实时监测有得天独厚的优势。人们可以根据被监测污染物质或与其直接相关物质的最大吸收波长，来进行大范围的污染物定性、定量分析。遥感测得的数据，结合GPS精确地对分析的对象进行实时定位，再经过相应地雪编码结合环境数据实时采集系统、环境数据分析进入GIS 直接处理，实现实时动态连续监测，从而试对环境污染的监测得以大面积、全天候、全天时进行。

同时，借助GIS软件的帮助，可建立水土流失管理信息综合数据库，实现水土流失的动态监测。

3.3S技术在公路生态环境保护中的研究和技术应用

3.1 对公路沿线滑坡和泥石流的研究依据

3S技术因其强大的分辨能力与精确的模拟能力，在生态环境保护领域已广泛应用于调查导致滑坡、泥石流的环境因素，进而开展区域危险性分区及预测，为防治生态环境灾害提供科学的依据。

公路沿线的地质灾害发生、发展与其本身的特点有关：由于公路项目呈现线性、涉及范围广的同时所在环境限制性、封闭性明显，工程设计、施工及运行期管理都存在一定的困难，施工完成后的防护措施亦得不到全方位的调查和落实。对于这样的项目，3S技术更加显示出它超越空间、全时段观测能力的优越性；其在公路项目设计、建设等基础工程中的应用已非常广泛、成熟，而在生态环境保护中的应用起步不久、有待探索。

3.2 主要研究内容

第一阶段：对公路沿线典型滑坡和泥石流发生区普查与分析；室内实验、现场监测与理论模型研究；获取监测区的遥感数据，并对遥感数据分类解译及建模；建立本底空间数据库。

第二阶段：建立典型滑坡和泥石流三维数字模型；建立滑坡和泥石流体GIS 数据库；研究基于GIS技术平台的遥感图象数字处理方法；探讨基于GIS 技术平台，根据遥感解译成果，进行滑坡和泥石流危险度区划研究的理论与方法；研究基于GIS 技术平台，利用RS 和GPS 的多时相更新信息，动态监测滑坡和泥石流的理论方法；研究基于GIS 技术平台的滑坡和泥石流预警技术研究。

3.3 研究技术路线

（1）滑坡和泥石流遥感解译与辨识

对公路沿线现有滑坡和泥石流进行调查研究，以取得公路沿线亟待整治的滑坡和泥石流区域的相关信息，以及相应的基础地理信息，如植被、水系、居民地等，并对部分滑坡和泥石流区进行必要的现场野外地质踏勘。

对典型滑坡和泥石流进行地物波谱测试，获取监测区的遥感数据，运用数学图象分析处理方法，进行研究区典型滑坡和泥石流多源遥感数据融合技术研究，充分提取滑坡和泥石流监测区的地貌、植被等分类信息。结合对典型工程实例的几何形态特征及光谱特征的研究，初步建立了一系列遥感解译标志，并根据遥感解译标志圈定滑坡区和泥石流体。

（2）建立典型滑坡和泥石流数字模型

对公路沿线数字地面模型进行加工、处理，作为滑坡和泥石流研究的基础地理信息。建立典型滑坡和泥石流三维数字模型的研制工作。

（3）建立典型滑坡和泥石流体GIS 数据库

对滑坡和泥石流区域信息与川藏公路沿线DEM进行叠加、融合，提取有关信息， 建立针对公路沿线典型滑坡和泥石流体的相关地理信息数据库， 包括典型滑坡和泥石流体的地形地貌、地质构造、地层岩性、土地利用、植被覆盖、水系、城镇居民点以及典型滑坡和泥石流体附近主要的建筑物等等。

（4）研究基于GIS 技术平台，利用RS 和GPS 的多时相更新信息，进行滑坡和泥石流动态监测及预警。准备下一步主要从以下几方面开展研究工作：

a 在遥感图象解译成果以及滑坡和泥石流危险度区划研究的基础上，利用滑坡和泥石流影响因子（例如地形、地貌、地质、气象水文、土壤含水量、土地利用、植被等） 的多时相更新信息，进行滑坡和泥石流动态监测。

b 利用多时相高精度卫星影象资料（ 如干涉雷达） 所建立的不同时相的数字高程模型，进行滑坡和泥石流变形动态监测。

c 基于GIS 技术平台，利用GPS 的多时相更新信息，进行滑坡和泥石流动态监测。

4、总结

地理信息系统是一门新兴的学科，亦是一种实用的工具。除了以上提到的这些方面，3S技术在环境领域还用于通过建立数据库进行环境管理、区域环境治理等方面，已经成为环境科学领域中不可或缺的工具。目前，应用3S技术对滑坡、泥石流及水土流失等进行监测的技术正在发展、日趋完善，能起到及时发现以采取保护措施的作用；由此得到的启示是，应该积极把先进的数据技术与环境保护结合起来，做到全方位、全时段监测，提高各种地质灾害动态监测和预警的准确性， 为公路保护及公路地质灾害防护提供及时有效的信息。

参考文献：

[1]杜培军，高井祥.“3S”技术的城市环境监测与管理系统研究[J].环境监测管理与技术 2000.

[2]卓宝熙.工程地质遥感判释与应用[ M] .中国铁道出版社 2002.

[3]孙家摈.遥感原理与应用[ M] 武汉大学出版社 2003.