3S技術(shù)在智慧環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用

馮廣明

(黑龍江省牡丹江市環(huán)境保護(hù)局信息中心，黑龍江 牡丹江 157000)

一 智慧環(huán)保的內(nèi)涵

我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)日新月異的發(fā)展，許多盲目的開發(fā)和建設(shè)伴隨其中，致使環(huán)境問題日益嚴(yán)重，如北冰洋消融、印度洋地震和海嘯、我國的松花江水污染事件，給人類生存環(huán)境造成了極大危害。在如今嚴(yán)峻的環(huán)保形勢面前，國家各級(jí)管理機(jī)關(guān)和企業(yè)采取各種政策、措施、手段以控制環(huán)境污染、改善生存環(huán)境?！爸腔郗h(huán)保”是“數(shù)字環(huán)?！备拍畹难由旌屯卣?，它是借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把感應(yīng)器和裝備嵌入到各種環(huán)境監(jiān)控對(duì)象(物體)中，通過超級(jí)計(jì)算機(jī)和云計(jì)算將環(huán)保領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)整合起來，可以實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與環(huán)境業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整合，以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理和決策的智慧。智慧環(huán)保的目標(biāo)主要是利用數(shù)字技術(shù)匯集、整理環(huán)境數(shù)據(jù)，整合環(huán)境保護(hù)的日常業(yè)務(wù)，提高環(huán)境保護(hù)的信息化水平，提高環(huán)保工作的協(xié)同水平，支持環(huán)保數(shù)據(jù)共享，支持環(huán)保決策和新業(yè)務(wù)的開發(fā)，其基本特點(diǎn)為:對(duì)技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理，應(yīng)用功能開放式接入，重視業(yè)務(wù)的過程、可控性。為了將智慧環(huán)保更好的應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，需要在智慧環(huán)保概念的基礎(chǔ)上，建立智慧環(huán)保整體解決方案，針對(duì)企業(yè)、地市級(jí)環(huán)保局、省級(jí)環(huán)保局、國家環(huán)保部，提出不同的業(yè)務(wù)

二 3S技術(shù)的概念

3 S技術(shù)是遙感技術(shù)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)的統(tǒng)稱，它借助傳感器、導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)等，通過采集、整理、分析等手段獲得空間信息。

(一)RS技術(shù)

RS是英文Remote sensing的縮寫，意即遙感，它一般借助航天飛機(jī)、氣球或者汽車、航模飛機(jī)等從高空中獲得來源于地球的電磁波，并通過對(duì)數(shù)據(jù)、圖片的整理分析，掌握地球表面的各種信息，從而為社會(huì)服務(wù)。遙感觀測能夠在很短的時(shí)間幫助人們獲得大范圍空間數(shù)據(jù)資料，有助于人們對(duì)地球掌握宏觀的了解，它能夠提供的信息量大，且速度快，對(duì)于一個(gè)范圍事物的監(jiān)測不只停留在表層，更注重其動(dòng)態(tài)的變化，具有可對(duì)比性。它包括衛(wèi)星、航空兩大遙感技術(shù)。RS是一門對(duì)地觀測綜合性技術(shù)，它的實(shí)現(xiàn)既需要一整套的技術(shù)裝備，又需要多種學(xué)科的參與和配合，因此實(shí)施遙感是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。根據(jù)遙感的定義，遙感系統(tǒng)主要由遙感平臺(tái)、傳感器、地面接收站、分析解譯系統(tǒng)四大部分組成。

(二)GPS技術(shù)

GPS全稱Global positioning systems，由美國最先發(fā)明而來，開始多用于軍事，而后才用于生活。它由高空中二十四顆人造衛(wèi)星組合而成，分部在三個(gè)軌道上，也就是說一個(gè)軌道上有八顆衛(wèi)星，覆蓋了地球，它具有定位功能且定位精確，現(xiàn)在汽車中的導(dǎo)航儀就是借助這種技術(shù)，它能夠準(zhǔn)確定位用戶所在位置，并提供時(shí)間等信息。GPS系統(tǒng)主要由空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備三大部分組成。

(三)GIS技術(shù)

GIS(地理信息系統(tǒng))同樣是借助計(jì)算機(jī)，獲取數(shù)據(jù)，通過存儲(chǔ)、整理、運(yùn)算，顯示出地球表面信息，與此同時(shí)，它還可以分類進(jìn)行系統(tǒng)分析，或者組合再分析。借助這種技術(shù)的“可視化”，我們可以通過反饋出來的圖片掌握信息變化。我國特大災(zāi)情出現(xiàn)之時(shí)，都是借助這種技術(shù)，來發(fā)現(xiàn)其分布地區(qū)與范圍的。它常常被用于探索地球以發(fā)現(xiàn)可用資源，通過圖片顯示，讓人能夠了解自然氣候變化。

三 3S技術(shù)在智慧環(huán)保中的應(yīng)用

智慧環(huán)保實(shí)施的前提是對(duì)地球表面狀況有一個(gè)細(xì)致的了解，，如何將3S技術(shù)與智慧環(huán)保相結(jié)合，這是業(yè)內(nèi)多年來致力研究的內(nèi)容。3S技術(shù)正好能夠最大限度的滿足這個(gè)要求。GPS精確快捷低確定目標(biāo)，RS可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)地球變化，GIS在這兩者提供的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行智能分析，轉(zhuǎn)而有效地提升RS和GPS的信息獲取能力。

(一)RS技術(shù)在智慧環(huán)保中的應(yīng)用

1.環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測。通過衛(wèi)星影讓人們了解到城市、沿海、江河、湖泊等環(huán)境變化，以及城鎮(zhèn)白色污染、金屬污染等狀況，通過地面設(shè)置的監(jiān)測點(diǎn)提供的信息，對(duì)造成污染的原因做一個(gè)分析。

監(jiān)測大氣質(zhì)量。借助遙感技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)大氣污染源所在地，并顯示部分造成污染比較重的高耗能工廠，通過計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，可以知道大氣中主要的污染物是什么，還有塵埃顆粒大小等。通過RS也可以觀察到大氣的鉛垂分布，據(jù)此得出城市“熱島”效應(yīng)形成原因。

監(jiān)測內(nèi)陸水體環(huán)境。同樣的借助遙感技術(shù)，可以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)水體污染發(fā)生地區(qū)，及污染源種類，工廠排出污水中所含的有害物質(zhì)。

監(jiān)測海洋環(huán)境。通過對(duì)比紅外掃描儀在白天和黑夜所攝熱圖像，可以了解海面是否被石油所污染，然后分析溫度差，可以得出被污染區(qū)油膜厚度。海洋里面不同的物質(zhì)，通過RS會(huì)有不同的顯示，在判讀后，可以了解到污染類型。

2.污染防治規(guī)劃。城鎮(zhèn)建設(shè)中由于不重視環(huán)境，造成了諸多污染，包括水源污染、大氣污染、海域污染等，借助衛(wèi)星遙感，我們首先可以了解地球污染的大體情況，取得相關(guān)數(shù)據(jù)，然后通過現(xiàn)場勘查，了解更為具體的信息，這樣解決問題會(huì)更有針對(duì)性，以往的環(huán)境報(bào)告只依靠行政部門統(tǒng)計(jì)上表，停留在書面文字上，不符合實(shí)際。遙感技術(shù)可以補(bǔ)充這一弊端，除了必要的數(shù)據(jù)顯示，還提供影響資料。

3.生態(tài)環(huán)境規(guī)劃與監(jiān)測。利用衛(wèi)星影像得到植被覆蓋率，全球植被分布地區(qū)，植被對(duì)于環(huán)境的維護(hù)有著不可替代的價(jià)值意義，能夠凈化空氣，調(diào)節(jié)氣溫，RS技術(shù)能夠監(jiān)測到森林退化、沼澤消失等環(huán)境變化，尤其是對(duì)很多無人能涉足的地區(qū)，也可以獲得一些線索。

4.環(huán)境影響評(píng)價(jià)區(qū)域。無論是跨區(qū)域還是跨流域，環(huán)境影響評(píng)價(jià)都是必須重視的工作，在今天環(huán)境污染日益嚴(yán)重的背景下，它愈顯的不可忽視，其影響范圍深廣，對(duì)于城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要作用，除了一般的建設(shè)施工這種具體項(xiàng)目會(huì)需要環(huán)境影響評(píng)價(jià)，關(guān)鍵是對(duì)局部地區(qū)整個(gè)宏觀的勘測。

5.環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測遙感技術(shù)可調(diào)查與滑坡、泥石流有關(guān)的環(huán)境因素，從中獲取這些自然事故發(fā)生原因，以及分布規(guī)律，為下一次災(zāi)害來臨做好預(yù)防工作。此外，RS可監(jiān)測赤潮所含葉綠素A，從而判斷海邊發(fā)生的赤潮是由什么造成的，它的污染范圍之類，并在第一時(shí)間提供報(bào)道。

6.全球環(huán)境問題。遙感技術(shù)可監(jiān)測全球環(huán)境問題，如大氣中所含的有害氣體，包括CO，CH4，O3，N2O，NO2，NH3，H2S和SO2等，同時(shí)為當(dāng)今世界上環(huán)境焦點(diǎn)問題如氣候變暖、酸雨、上下游污染、鄰國空氣環(huán)境污染、SO2擴(kuò)散等提供技術(shù)支持。

(二)GPS技術(shù)在智慧環(huán)保中的應(yīng)用

1.全球衛(wèi)星定位GPS技術(shù)能提供連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維位置、三維速度和時(shí)間，在地球任何地點(diǎn)、任何時(shí)間均可連續(xù)同步觀測到4顆以上的衛(wèi)星，且測站之間不需點(diǎn)間透視。GPS技術(shù)不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等氣候的影響，可隨時(shí)進(jìn)行定位和測量。目前，GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)可在環(huán)境監(jiān)控管理平臺(tái)中準(zhǔn)確定位污染源和放射源所在位置，當(dāng)放射源被移開正常位置時(shí)，利用全球定位技術(shù)可輔助環(huán)境監(jiān)控管理平臺(tái)進(jìn)行報(bào)警。

2.遙感影像校正GPS技術(shù)可方便準(zhǔn)確地校正遙感影像、分析地形圖，改變了傳統(tǒng)的通過幾個(gè)點(diǎn)定位來尋求幾何校正，使圖像更容易復(fù)合，方便了分析工作的實(shí)施。利用GPS校正的遙感圖像可為環(huán)保業(yè)務(wù)提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(三)GIS技術(shù)在智慧環(huán)保中的應(yīng)用

1.環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測前端監(jiān)控的環(huán)境質(zhì)量狀況可在基于GIS的監(jiān)控管理平臺(tái)中進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示、分析，以達(dá)到輔助決策的作用。

2.生態(tài)環(huán)境分析，在對(duì)地球表面狀況進(jìn)行分析的進(jìn)程中，利用地球信息系統(tǒng)可以提供精確的水土流失、森林退化、沼澤消失的面積數(shù)據(jù)等，且會(huì)自動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞程度做一個(gè)評(píng)估，為政府部門實(shí)施關(guān)于環(huán)境保護(hù)政策提供依據(jù)。

3.水環(huán)境監(jiān)測。空間性與層次性是水環(huán)境的兩大特征，借助GIS可以知道水質(zhì)、水污染、污染類型、污染范圍，還可以更明了的污染源、排污處的空間分布，利用這種技術(shù)還可以預(yù)測水污染，結(jié)合圖表為水環(huán)境保護(hù)部門提供支持。

4.環(huán)境應(yīng)急預(yù)警。自然災(zāi)害或者人為災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，并且多出于毫無防備的狀況之下，所以有必要建立環(huán)境應(yīng)急預(yù)警，對(duì)于發(fā)生事故的地方，能夠探測得到，對(duì)傷亡損失有所估測，為抗災(zāi)搶險(xiǎn)提供必備的充足的準(zhǔn)確的信息，甚至在災(zāi)害還沒發(fā)生之前，可以模擬海洋污染擴(kuò)散，大氣污染流動(dòng)，提出應(yīng)急解決措施。

5.環(huán)境影響評(píng)價(jià)。3S技術(shù)中，前面說到RS應(yīng)用于環(huán)境影響評(píng)價(jià)，GIS同樣也能應(yīng)用其中，充分利用其集成管理數(shù)據(jù)優(yōu)勢，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木C合分析，對(duì)于社會(huì)發(fā)展大背景下的改建、擴(kuò)建、項(xiàng)目做出評(píng)價(jià)，預(yù)測影響，并提出如何減弱不良影響所造成的危害。建立對(duì)整體環(huán)境評(píng)價(jià)的模型。

6.制作專題圖。GIS技術(shù)除了能夠提供必需的數(shù)據(jù)，還可以繪制出民眾所需要的各種類型地形圖，相比于傳統(tǒng)人工地圖繪制，它的精確度更高，同時(shí)提供數(shù)據(jù)，也顯得更加準(zhǔn)確靈活。如通訊、電力、交通、公安、環(huán)保、土地、旅游、水利等專題地圖。

7.幫助建立環(huán)境地理信息系統(tǒng)。對(duì)于環(huán)境管理來說，地理信息是必不可少的，在平日的生活或者工作中，會(huì)接觸到很多的環(huán)境信息。它們以空間為主，借助GIS可以建造一個(gè)環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫，包括污染源空間，如農(nóng)藥造成的水源污染、工廠排除的有毒氣體、交通尾氣，它們的影響范圍，污染強(qiáng)度等，利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、整理、分析，就可以建造一個(gè)“可視化”環(huán)境地理信息系統(tǒng)。

四 結(jié)語

“智慧環(huán)?！睆母拍畹男纬傻饺鐣?huì)的參與，是社會(huì)進(jìn)步的必然結(jié)果，為二十一世紀(jì)環(huán)境保護(hù)提供了新途徑?！爸腔郗h(huán)保”是一個(gè)龐大的科學(xué)技術(shù)體系，參與這一宏偉工程既要有科技工作者的參與，又要有科學(xué)技術(shù)的支持。在智慧環(huán)保領(lǐng)域中采用3S技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，能夠全面涵蓋環(huán)保的日常業(yè)務(wù)、擴(kuò)展業(yè)務(wù)以及增值業(yè)務(wù)的處理系統(tǒng)，可大大降低環(huán)保的監(jiān)督成本以及業(yè)務(wù)運(yùn)行成本，最終達(dá)到促進(jìn)智慧環(huán)保領(lǐng)域飛速發(fā)展的作用。

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