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遙感與GIS1技術在環境科學中的應用研究論文

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在合作與競爭並存的21世紀,作爲發展中國家的中國,在經濟不斷髮展的同時,環境污染越來越嚴重,環境保護作爲基本國策已日益深入人心,公民的環境意識日益增強。開發GE在環境科學中的應用,對於建立高時效的環境監測、調查、評估和預報系統的有利作用不斷凸顯。

遙感與GIS1技術在環境科學中的應用研究論文

環境保護中極爲廣泛地應用遙感和地理資訊系統,在保護工作中資訊的採集、環境的動態監測、環境管理及突發性事件的發生等更需要其加以表述。建立水環境質量數據庫、空氣質量數據庫、重點污染源廢水監測數據庫、重點污染源廢氣監測數據庫、交通噪聲數據庫、固定噪聲源數據庫等需要GE對所得的監測數據進行輸入、編輯、處理、統計、分析,使得環境問題能夠得到及時解決。

1.遙感在環境科學中的應用

地物的物理特性和化學組分不同,其反射或輻射的電磁波譜特性(如波長、傳播方向、振幅等)不同,遙感判定和分析地物性質的主要依據也就不同。因此,污染性質的獲取是根據環境污染或環境條件改變而引起的地物波譜特徵的差異表現;揭示污染擴散的規律是根據遙感獲取的地面資訊具有連續性和週期性。環境分析中不可缺少的背景資訊可以透過遙感影像進行輻射和幾何糾正、降噪濾波、信號增強等預處理,然後利用目視解譯、分類、特徵提取等資訊處理技術,以獲取城市環境要素來補充地面監測的侷限性。

1.1土地覆蓋及利用例如美國的Landsa^TM或法國的SRJT—HRV利用可見光波段的陸地資源衛星,選擇合適的波段組合和分類方法取得良好效果。比較常用的有監督和非監督分類2種,比較新型的有基於頻率特徵的上下文分類法、神經網絡分類法和GE輔助下的基於知識的分類121等。

1.2城市綠地分佈和覆蓋例如航空遙感影像,利用影像空間分辨率足夠高的優勢,採用直接目視解譯獲取城市綠地分佈狀況;但對於目前衛星遙感影像,美國的Lanst_TM或法國的SPJT—HRY則採用植被指數法;此外,常用的還有歸一化差值植被指數、比值植被指數、Tase]edC?變換的綠被指數等。

1.3水體富營養化污水排放、農用化肥大量使用並隨雨水流失等造成氮磷鉀等營養物質及可溶性有機物在水體中大量富集,造成浮游生物快速繁殖,使水體具有水和植物的光譜特性,通常以葉綠素濃度來反映水體富營養化的程度。我們利用SekWisNOAA-AVHRR等衛星數據,來檢測範圍較大的水體。透過葉綠素引起的光吸收效應最小波長0.55^m的輻射和最大波長0.44Mm的輻射進行比值可求出葉綠素濃度分佈情況。可利用LmdaPTM數據,對於小範圍水體進行檢測,但由於藍波段(TM波長0.45~0.52m湘綠波段(Tn2波長0.52~0.60m滯寬相對較寬,所以直接用水體葉綠素引起的光吸收效應最小的綠波段Ti(TM)不用比值分析法,用綠度變換後的綠度分量作分析,可取得清晰的圖像。

1.4水體懸浮泥沙與淺水區水深城市中的天然水體是

不可再生資源,水土流失狀況和泥沙淤積的原因可利用遙感監測水體懸浮泥沙與淺水區的分佈範圍和水深得到。清澈的水體,水底反射光強度與水深呈負相關;渾濁的水體,水中散射光的強度與水中懸浮物含量呈正相關。淺灘區水體較渾濁,因爲泥沙擾動作用較強烈;而深水區相對清澈,所以可根據受水體渾濁度影響後的散射光造成的圖像色調變化來解譯水體相對深度151。

在環境科學中的應用

GIST數據採集與輸入、數據編輯與更新、數據存儲與管理、空間分析及數據顯示與輸出等功能。其核心是空間分析,包括數據檢索及表格分析、疊置分析、緩衝區分析和網絡分析。其中,空間疊置分析可用於建設項目選址、環境功能區規劃、環境風險因素識別、環境敏感點確定等;緩衝區分析可用於自然保護區規劃、環境污染事故安全距離確定等;網絡分析可分析計算網絡的.性能特徵。

環境學科的問題在不同程度上體現地理含義,那麼引入GI:枝術,必將帶來以下幾方面的好處:(1)提高工作效率。例如,利用專題地圖功能,可以將環境統計報表數據迅速地顯示在地圖上。(2)改善工作質量。利用G!軟件,環境工作者可有效組織數據可視化。(3)拓展工作範圍。例如,在有害危險氣體的環境影響評價中,利用GB技術提供的路徑分析功能,利用當地的人口和氣象數據,建立二維的污染物擴散模型。(4)集成化解決問題。GB數據參照同一空間座標系,使得不同領域數據變得簡單共享,各部門之間的數據可支援整個項目的戰略決策。

2.1環境監測在環境監測中,GKGPSRS等技術可與環境動態監測結合起來。在運輸工具上,如汽車上裝載差分GPS定位儀,在車輛移動中或在污染源現場採集到的實時數據準確地反應到GS電子地圖上;對於固定採樣點的污染情況,可先採集記錄實時數據,再透過GPS將固定樣點的座標值匯入G1S並且實時監測,在對電子地圖的相應座標與數據庫的相應值實現關聯後,這些數據可爲使用者隨時調用進行動態分析和輔助決策。

2.2環境影響評價在環境評價中,許多環境問題和環境過程都可透過成熟模型準確地描述出來,如水質模型、大氣擴散模型等,但這些環境模型數據具有明顯的空間特性,在操作、分析、顯示方面存在一定的困難。引用G!技術建立拓撲關係,可以將數據和地圖關聯起來,進行空間分析以及製作各類專題圖,能夠形象、直觀地顯示環境質量和污染狀況;此外,還可以選擇各種評價方法進行單要素評價和區域綜合評價,完成評價因子的分析、計算和評價成果的輸出.大大咸少了工作量,加快了評價進程。

在環境影響評價中,透過GS的疊圖分析,疊加同一區域不同時段的多個不同環境影響因素及其特徵,可以顯示區域環境質量演變與其他因素之間的關係,從而可以預測區域的環境質量.

2.3環境規劃G1S用於環境規劃中是將GISS間分析技術與基礎數據和空間圖形庫結合起來,在環境數據的收集與管理、環境質量評價與預測及污染控制規劃方面做出處理,使決策過程更加直觀、快速和有效。未來環境規劃管理的重點發展方向是能夠快速應對錯綜複雜的環境問題,而且能夠從時空的角度預測環境質量的變化趨勢,爲決策者提供專家經驗,合理制定環境管理措施和方案1101.而GE(乍爲一種技術手段,正好發揮其數據更新,地理空間資訊和屬性數據實時查詢等功能的優勢。

3結語

遙感與G1S技術在環境科學中的應用,實質上是以遙感獲取的自然環境資訊作爲G1S的主要數據源,利用數字化地圖資訊、地面監測數據、先驗知識等輔助遙感資訊進行定量提取,然後採用GS進行多種數據集(柵格影像、矢量圖形、數據等)的融合、建模分析與集中管理。

GIS!有的空間數據和屬性數據的管理及空間分析功能是其他工具無法代替的,GB將多種空間數據和統計數據進行編輯、數據變換、建立拓撲關係等,對不同的空間對象進行點、線、面、註記4種不同的空間數據來表達,輸出各種專題圖、統計圖,不僅節省大量的人力和財力,還使得獲得的成果精度高。隨着遙感與G1S技術在環境領域的不斷融合,其應用必將爲我國的環境科學領域做出巨大的貢獻。