3S技术的运用

湿地，是指水位在大部分时间接近或超过土壤表面，水体流动或静止，适宜生物生存，具有较强生态调控功能的区域。主要包括天然或者人工的各种类型的湖泊、水库、沼泽、滩涂、塘、湿草甸等。湿地在抵御洪水、调节径流、蓄洪防旱、控制污染、调节气候、控制土壤侵蚀、促淤造陆、美化环境等方面起着极其重要的作用。 早期对湿地的研究往往以理论研究为主，数据来源也仅限于传统的文字资料和档案收集，而且随着社会经济的发展，这些年来，全国各地尤其是沿海地区经济建设日新月异，各项建设用地及基础设施大量增加，农业结构的调整，使得湿地现状发生巨大变化，急需开展新的湿地调查，以满足新时期湿地管理工作的客观要求，实现湿地资源的信息化管理。 福建沿海湿地调查是国家海洋局组织沿海各省开展“908”专项任务中的一部分，受国家海洋局第三海洋研究所委托，厦门闽矿测绘院为调查实施单位，于2008年11月至2009年6月，对宁德市海岸带湿地的分布、湿地的面积等进行了外业实地调查和内业相关工作。本次调查全面采用了3S技术，应用Arc-GIS等地理信息系统软件以及计算机网络、数据库管理、数字测绘等大量新技术和新方法，专业性和技术性强，是第一次在福建省沿海各地采用现代的高科技手段对湿地现状进行的全面调查，而遥感为从景观尺度定量监测湿地变化提供了强大的数据源。利用遥感信息结合GIS技术进行林地覆盖动态监测，掌握土地变化的数量、时空模式及变化趋势，探讨其变化的驱动机制，对于湿地生态系统的保护、管理以及可持续利用意义重大。 1资料准备和调查方法 调查程序包括收集宁德沿海岸线(矢量数据)、历史资料、遥感资料、初步踏查和实地调查，然后进行内业分析和汇总，宁德市沿海湿地调查共对调查范围内北起浙江省瑞安市与福建省宁德福鼎市省界交界处，南至宁德市蕉城区与福州市罗源县交界处，海岸线约总长一千多公里，收集到的遥感资料为2004年的卫星遥感影像图，投影坐标系为高斯克吕格投影(3度分带)，西安80坐标系，空间分辨率为2．5米。外业调查中主要进行海岸沿程勘测验证，同时针对典型湿地(如红树林沼泽)的特征点以及2004至2008年4年时间有变化地区利用GPS进行定位，以便内业时进行数据的分析汇总。 调查方法以遥感调查和海岸沿程勘测验证为主，结合调访收集资料和其他专业调查成果资料成果进行综合分析。 在GPS导航和监控应用中存在着坐标转换问题:GPS接收机所得到的定位数据是WGS84坐标参考系，而卫星遥感影像图采用的坐标系是1980西安坐标系，为了使GPS定位数据能够与遥感数据相匹配，就必须进行相应的坐标转换以实现坐标的统一。GPS坐标转换有两种方式:其一是先将WGS84的大地坐标转换为l954年北京大地坐标或1980年国家大地坐标，而后通过投影变换(如高斯投影)以及在投影平面上进行坐标强制变换(仅对局部任意坐标系)来实现相应的坐标转换;另一种方式是先将GPS接收的WGS84大地经纬度以WGS84的参考椭球为基准进行高斯投影，然后通过平面坐标强制转换(如仿射变换，完整二次多项式变换等)，将高斯投影后的平面坐标强制统一到国家54坐标系或者国家80坐标系。 在具体操作中，可以通过GPS接收仪里的用户自定义菜单来实现WGS84和西安80坐标系之间的转换:(1)在出现的参数输入页面中输入相关的参数，包括中央经线，投影比例(该数值为1)，东西偏差(该数值为500000)，南北偏差(该数值为0)。(2)在出现的参数输入页面中输入相关参数，包括DX，DY，DZ，DA和DF。其中DA的数值为－3，DF的数值为0．0。按下屏幕上的“存储”按钮后，机器显示的位置将用西安80坐标来表示。(3)DX，DY，DZ三个参数因地区而异，具体如何求解可以让他们首先与本地测绘部门去咨询，如果无法收集到这些参数的话，可以通过如下方法来求解:首先知道一个点的已知西安80坐标，然后用手持机测此点的坐标(WGS84坐标)通过坐标转换程序，如图1，即可求出DX，DY，DZ。通过上述设置后，即可将坐标系进行转换，此时手持机中显示的坐标上行为y，下行为x坐标。 2数据采集 2．1野外数据采集 外业调查以遥感图作为工作底图，调查过程中在工作底图上勾绘出同一湿地类型图斑，对于实地与影像图有变化的部分则采用GPS进行定位，对变化部分线的标志点逐一进行定位，在底图上勾画出草图，并对标志点做好文本记录，同时采用人工记录的方式记录标志点湿地类型、变化情况等相关的属性信息。数据成果以Excel表格的形式提交，对于某些交通无法到达的地段采用室内影像图解译的方法进行。 2．2信息编码 在地理信息系统中，每一个外业调查的标志点、湿地图斑都被视为一个实体对象，这些实体对象既有空间位置信息，如各个标志点的GPS定点坐标信息，又有属性信息，如各标志点的编号、经纬度坐标、湿地类型、实际情况说明等信息。在地理信息系统中常用的处理方法是将空间数据和属性数据分离，通过实体的唯一编码把空间信息和属性数据库中的属性信息相关联来处理。 2．3属性数据库设计 属性数据是对湿地标志点等相关信息的描述，外业调查的标志点(控制点)属性数据关联后才能形成图属一致，在湿地调查中占有相当重要的地位。因此，必须根据需要对属性数据库进行合理的设计。在设计过程中，主要是考虑添加与湿地调查有关的属性信息。如:湿地类型、湿地代码、位置坐落、变化情况、面积等信息。在属性数据库设计的过程中，数据库软件的选型十分重要，直接关系到软件开发和维护的成本。Access数据库是微软公司推出的便捷的桌面型数据库，单机使用效果很好，提供了成熟的程序开发接口，而且使用维护方便。所以，湿地属性信息选用Access数据库的方式进行存储，并通过湿地的标识码或者其他唯一编码与湿地空间数据对应，属性模式如下所示。 #p#分页标题#e#

3数据处理 运用GIS技术显示和处理湿地图层，使用ArcGIS工具对湿地图斑空间位置进行拓扑查错、修改。最后，将空间数据和属性数据相关联，方便查询、统计、分析等操作。以湿地标识码为标识字段，将属性信息写入Access数据库。同时，通过GIS图层中的标识字段和Access数据库中的标识字段的连接查询可以方便的将与地理位置有关的坐标数据与模式化的属性数据信息很好的结合起来。预处理后的湿地数据可以在GIS湿地图层上显示出来，研究闽东地区沿海湿地分布如图4所示。数据处理的过程中发现，由于目前实际定位测量工作中的一些不规范操作会给数据的分析处理带来一定的难度。因此，对测量工作提出如下的建议: (1)数据共享。使用GPS仪器进行坐标定位十分方便，但是各个地区设置WGS84与北京54或者西安80坐标系之间数据转换的参数基本上是保密的，如果各个市县测绘部门能够适当提供高精度的GPS参数，就能够为调查研究工作带来很大的便利，也有利于数据的校正工作。因此，建议各个市县测绘部门建立GPS参数共享数据库，给数据的解释和校正带来方便。 (2)在技术上尽量避免人为误差。本文介绍的运用GIS技术对空间坐标数据进行校正的方法并不能校正出所有的人为误差，而且对于人为误差也仅提出了一个可能的建议修正值。然而，数据的准确性和有效性是研究湿地现状及制定保护或者开发的前提，因此在实际生产实践中仍然要尽量避免人为误差。 4基于3S技术的湿地研究方法的一点思考 (1)3S技术方法，建立各级别湿地数据库，实现湿地资源的合理利用和有效保护。 (2)通过各种测量方法获取湿地各种矢量数据，结合地理信息系统的特点，实现湿地数据格式的统一，通过闽东为范例推广到全福建省乃至全国，对于湿地资源的研究、保护、可持续发展提供科学的参考数据。 (3)建立数字湿地资源信息系统，实现湿地资源与环境的快速查询、检索和综合分析与评价，实现湿地资源与环境调查和监测的快速化、适时化、网络化管理。通过数码相机进行近景数字摄影测量，确定湿地资源的分布现状比传统的湿地监测方法速度至少提高2倍以上，而且建立在数字化基础上的湿地资源的生物种类和数量，可以实现自动估计和评定;运用全站仪测定距离和面积，精度比传统的方法至少可以提高好几倍;采用静态GPS进行控制，运用实时动态差分GPS测量，湿地资源覆盖面积测定的误差可以达到毫米级;三项成果的结合可以促进湿地资源与环境的监测向着高效、精确、实时、动态以及数字化、信息化和网络化方向发展，从而大大提高湿地资源的开发利用和科学管理。