3S技术在生态环境监测中的应用.pdf

环境保护-54-3S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）摘要：本文针对3S技术相关内容展开分析，讨论了3S技术在生态环境监测中的应用流程，内容包括遥感图像数字化处理、遥感图像解译处理、建立生态环境监测数据库、野外核查及数据库更新。通过研究3S技术在生态环境监测中的具体应用，涉及城市生态环境、森林生态环境、农业生态环境、草原生态环境等领域，其目的在于提高对3S技术应用价值的认知水平，确保生态环境监测数据的完整性与准确性。关键词：3S技术；遥感技术；地理信息系统；生态环境监测中图分类号：TS5 文献标志码：A DOI：10.20025/ki.CN10-1679.2023-14-18Application of 3S Technology in Ecological Environment MonitoringRao Dan,Liu Yaxuan,Liang Zhu,Liu Zhuang(Xiaogan Ecological Environment Monitoring Center of Hubei Provincial Department of Ecology and Environment,Xiaogan 432100,China)Abstract:This article analyzes the relevant content of 3S technology and discusses the application process of 3S technology in ecological environment monitoring.The content includes remote sensing image digitization processing,remote sensing image interpretation processing,establishment of ecological environment monitoring database,field verification and database update.By studying the specific application of 3S technology in ecological environment monitoring,it involves urban ecological environment,forest ecological environment,agricultural ecological environment the purpose of grassland ecological environment and other fi elds is to improve the cognitive level of the application value of 3S technology,and ensure the integrity and accuracy of ecological environment monitoring data.Key words:3S technology;remote sensing technique;geographic information system;ecological environment monitoring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。13S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，第一作者简介：饶丹（1982-），男，本科，工程师，研究方向：环境监测，环境影响评价，环境污染与防治等。环境保护-55-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。23S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 m120 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。33S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。环境保护-56-（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（下转第59页）环境保护-59-投入资金2 373万元开展农村生活污水治理“千村示范工程”，用于45个行政村生活污水处理设施建设；对沿河的畜禽养殖业及网箱养鱼进行了整治，全面排查禁养区内外畜牧养殖场，大力推进养殖废弃物综合利用，严禁污水进入河流；全面实施化肥农药使用量零增长行动等。通过这些措施大幅度减少了因生活污水、养殖废水以及农田耕种等造成的河流污染。3结论及建议农村水环境现状调查结果反映出，农村饮用水和地表水水质质量均在不断改善，至2022年，德阳市乡镇集中式饮用水水源地断面达标率为92.4%，农村万人千吨生活饮用水水质达标率为100%，农村县域河流水质监测断面达标率为100%；农村生活污水处理设施出水水质状况呈波动变化；农田灌溉水质一直保持较好。根据以上调查结果，本文对德阳市农村水环境治理提出以下几点建议：（1）严格管控污染源头，加大磷矿开采的管控力度，对涉磷企业严格监管，定期排查磷石膏堆场污染防治设施，加快提升磷石膏利用效率，政策引导磷石膏综合利用技术，不断深化产业化应用研究，减轻水环境中的总磷污染。（2）严禁河道非法采砂行为，避免河道河砂大量流失，破坏河道生态环境。河砂具有涵养水分的作用，能保护河道、储蓄水源、过滤污染物、维护生态平衡，若是河砂资源严重超采，不仅会引发一系列环境地质问题，还会破坏地表水和地下水的水生态环境，对社会经济的可持续发展造成严重的负面效应。（3）持续巩固畜禽养殖和水产养殖污染治理成果。严禁禁养区内开设畜禽养殖场，准养区内污水规范排放，严控河道养鱼审批程序，全面取缔水库网箱养鱼，引导合理安排养殖结构，严格控制养殖密度，科学放养水产品种，合理适度投饵、施肥、用药，确保水质保持良好，同时环境执法部门定期开展监督检查。（4）加大监管力度，提升乡镇污水处理设施环保效益。目前德阳市已建设完成66个乡镇生活污水处理设施，但部分设施运维管理不到位，建成后未充分发挥环保效益，需加强对乡镇生活污水处理设施的监管，保证设施运行稳定，出水水质100达标排放。（5）加大对乡镇生活污水处理设施建设的资金投入，完善乡镇污水收集管网，将部分农村聚集点生活污水纳入污水处理厂，减少乡镇企业排放废水及农村生活污水对环境的污染。（6）加强农村黑臭水体治理，通过控源截污、清淤疏浚、生态修复等方式对存在黑臭水体的河道、坑塘、沟渠进行全面治理，提升农村水环境质量。（7）做好入河排污口整治。对农户居住较集中的区域建设分散式农户污水处理设施，实现片区生活污水全收集、全处理；对分散农户采取自行收集生活污水至旱厕内，综合利用处置；研究符合种植业特点的农业面源污染治理模式，通过农田排灌系统的优化布局改造，实现区域内农田退水的循环利用。（8）引导农村发展转型，发展乡村旅游业，利用地方特色，将部分以耕种为主体的农村发展成旅游型新农村，以经济发展带动农村环境改善。参考文献：1刘启.我国农村环境的主要问题及其对策建议J.环境科学研究，1993（1）：54-57.2陆新元，熊跃辉，曹立平，等.对当前农村环境保护问题的研究J.环境科学研究，2006，19（2）：115-119.3郑雅婷.乡村振兴背景下农村生态环境问题及解决策略探究J.南方农业，2020，14（23）：185-186.4李伟，董应尚，李爱军.浅谈农村水环境污染成因及防治措施J.低碳世界，2020，10（6）：13+15.5谢霞.农村水环境污染产生原因及防治对策J.江西化工，2008（4）：227-229.（上接第56页）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。参考文献：1娄英斌.3S技术在生态环境监测中的应用研究J.造纸装备及材料，2022，51（11）：129-131.2姜德鑫.3S技术在生态环境监测中的应用J.皮革制作与环保科技，2022，3（19）：57-59.3巨博.3S技术在生态环境监测中的应用J.皮革制作与环保科技，2022，3（16）：35-38.4夏保根，余冬花，刘欢.“3S”技术在生态环境监测中的运用研究J.黑龙江环境通报，2022，35（3）：64-67.5王宇健.3S技术在生态环境监测中的应用研究J.大众标准化，2022，368（9）：28-30.6张娟，朱美琪.3S技术在生态环境监测中的应用J.黑龙江环境通报，2022，35（1）：86-87.7邝春洪.3S技术在生态环境监测中的应用研究J.皮革制作与环保科技，2021，2（21）：41-42.8聂帅，郑西金，林海.基于3S技术的合肥市湿地生态环境动态监测分析J.科技传播，2021，13（11）：166-169.9聂勇.3S技术及其在生态环境监测中的应用研究J.资源节约与环保，2021，230（1）：47-48.