“3S”技術在水土保持中的應用

王鑫鑫　王雙宇　李恒　謝世堯

摘 要：“3S”技術是指遙感技術、地理信息系統(tǒng)技術、全球定位系統(tǒng)三者相互獨立又互相支持技術的總稱。水土保持是對已破壞土地、水域進行治理的措施。文章基于“3S”技術在水土保持中的應用入手，重點分析了RS、GIS、GPS及三者集成技術在水土保持中的應用。指出在水土保持治理中面臨的問題并提出意見，對“3S”技術應用在水土保持中的發(fā)展趨勢做了展望。

關鍵詞：“3S”技術；水土保持；應用

中圖分類號：S157 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）25-0161-02

前言

水土保持是指由于人類破壞與自然影響對土地資源、水資源破壞所進行的保護、合理利用與開發(fā)等一系列相應措施的工作。水土流失常見于山丘地區(qū)，其影響巨大且較難控制[1]。特別是我國黃土高原地區(qū)，水土流失嚴重，由水土流失所產生的土地退化、河湖淤積、沙塵天氣對人民生產生活帶來極大困擾。黨中央由此對水土保持工作尤為重視。1993年，國家下發(fā)了“關于加強水土保持工作的通知”文件，將水土保持作為必須長期堅持的一項基本國策[2]。2011年，《水土保持法》正式實行。2006年以來，全國審批水土保持生產建設項目共計約34萬個，注資共計約4千多億元，雖在一定程度上減緩了水土流失速度，但目前中國水土流失土地面積仍然約占國土總面積的30%[3]。基于此，水土流失治理迫在眉睫。

1 “3S”技術發(fā)展現狀

1.1 “3S”概況

RS是遠距離、非接觸的對地探測技術，能夠以較低成本實時獲取真實準確的多譜段、多傳感器、高分辨率、多時態(tài)數據。GIS技術是在計算機系統(tǒng)輔助下，對地球表層信息進行采集、分析、管理等一系列處理的空間信息系統(tǒng)，能夠存儲、管理海量數據，對空間信息進行動態(tài)分析與預測[4]。GPS是由美國研制的在全球范圍內定位、導航系統(tǒng)，能夠為用戶提供實時、高精度、低成本的導航位置信息[5]。

1.2 “3S”發(fā)展

RS的發(fā)展起源于19世紀的空中攝影，20世紀60年代初發(fā)展為一門新興技術。1957年，蘇聯成功發(fā)射了第一顆遙感衛(wèi)星。1970年，我國成功發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星，標志著遙感事業(yè)迎來了新的發(fā)展時期。GIS在國內發(fā)展起步雖晚，但勢頭正猛。特別是80年代以來，在理論、開發(fā)、人才等方面均有較大進展。武漢測繪科技大學率先于80年代末建立了信息工程專業(yè)，開啟了國內GIS人才培養(yǎng)的先河。1994年4月，我國逐步成立了“中國GIS協會”、“中國GIS技術應用協會”，方便國內進行學術交流。目前國內相繼推出了具有自主版權的GIS軟件，如GEOSTAR、CITYSTAR、MAPGIS等，我國GIS的發(fā)展已朝著躋身國際先進行列邁進。GPS最初由于軍需而產生。1989年，第一顆GPS工作衛(wèi)星成功發(fā)射，開啟了為民用服務的GPS系統(tǒng)。

2 “3S”在水土保持中的應用

2.1 RS在水土保持中的應用

RS通過傳感器對物體電磁波反射進行探測從而獲取遙遠的地球表面信息，且在獲取過程中，能夠對觀測對象動態(tài)監(jiān)測，不受探測地條件制約，具有大面積同步監(jiān)測、快速準確、時效性強、操作簡便等特點。在水土保持監(jiān)測中，首先通過RS對地表信息進行掃描、攝影，獲取遙感影像，其中包含了植被類型、土地利用類型等進行水土流失預測、水土保持的必需因子?？梢詼蚀_對觀測區(qū)域內水土流失情況進行調查分析。隨著計算機技術的進步，遙感技術也得到快速的發(fā)展。在水土保持領域中，低空遙感與地面雷達可以實現近地面地表信息的獲取，在過去，由于遙感常常受到云層阻礙無法獲取完整準確信息，但是隨著無人機的問世與發(fā)展，無人機與遙感技術結合使用可以克服這一問題，使遙感技術更具靈活性。利用遙感技術獲取的遙感影像文件，為水土保持、荒漠化防治提供了依據，為水土保持工作做出了準確決策。

2.2 GIS在水土保持中的應用

GIS在國內起步相對國際較晚，20世紀80年代，GIS在水土保持中的應用逐漸顯現出來。經過多年的發(fā)展，GIS在水土保持中的應用已經非常廣泛，具體應用在水土保持動態(tài)監(jiān)測、水土保持規(guī)劃與設計、土壤侵蝕分析方面。在水土保持規(guī)劃設計中的基礎數據獲取、水土流失分析、土地資源分析評價、水土保持措施布局、單項工程設計、投資概率預算和經濟分析階段中，都離不開GIS對遙感圖像的解譯、數據的獲取、查詢、分析、顯示、評價功能[6]。在數據獲取階段，GIS基于遙感影像進行資料整理編輯。在水土流失、土地資源分析中，GIS利用其地學分析能力分析水土流失因子，得到區(qū)域流失特點、主導要素及流失趨勢。在水土保持措施布局、工程設計、經濟預算中，GIS將社會、人文、經濟要素結合分析，將多方面復雜問題進行科學合理分析，為水土保持規(guī)劃與設計提供科學決策。在水土保持動態(tài)監(jiān)測中，GIS基于其空間分析功能在數據庫中提取構建數字化小流域。結合水土流失預測模型進行小流域土壤侵蝕與治理成效預測[7]。

2.3 GPS在水土保持中的應用

GPS能夠快速、準確地確定空間位置，具有全時段、靈活方便作業(yè)、不受天氣狀況及通訊條件影響等明顯優(yōu)勢，已經成為當今空間定位的主要手段，應用在水土保持中具有不可替代的位置。在水土流失調查特別是水土流失野外采點工作中，GPS能夠提供準確的點、線、面三維坐標位置信息。GPS在水土流失監(jiān)測中以1s的速度快速定位，實時對水土流失情況進行監(jiān)測，獲取連續(xù)動態(tài)的水土流失信息，從而實現對水土流失情況分析與預測，做出科學準確高效水土保持措施。

3 “3S”集成技術在水土保持中的應用

“3S”集成技術即RS、GIS、GPS三種地理信息技術的整體，是基于計算機發(fā)展產生的技術產物[8]。在實際水土保持工作中，往往是三者集成在一起能發(fā)揮出更大的作用。“3S”系統(tǒng)能夠自動化采集、實時性更新、動態(tài)性分析、智能化運用數據，從而實現為水土保持工作提供解決方案及科學決策。GPS準確定位，RS獲取海量信息，GIS提取分析數據，進行綜合性分析，形成對地監(jiān)測系統(tǒng)[9]。再將系統(tǒng)與水土流失預測模型結合，構建水土保持管理監(jiān)測平臺，從而更好地開展水土保持監(jiān)測與治理工作，大大推進了水土保持技術的現代化與信息化。

4 建議與展望

為將“3S”技術在水土保持中的應用更加成熟，提出如下建議：

（1）建立全網水土保持信息數據庫。以便相關部門了解水土流失信息，為水土流失控制，水土保持做決策支持。

（2）加強“3S”技術人才培養(yǎng)。人員是任何決策系統(tǒng)的核心，起著最為關鍵的作用。中國的水土保持工作任務艱巨，需要保障足夠技術人才支撐。

（3）推進無人機技術和近地面監(jiān)測技術克服由于天氣原

因對遙感獲取數據的干擾。

（4）加強水土保持監(jiān)督治理。發(fā)動群眾參與，監(jiān)督政府水土保持工作。

中國面臨的水土流失問題嚴重，任務艱巨，缺乏快速見效的控制方法。水土保持工作不僅需要國家及社會的大力支持，還需要科學先進的治理手段?！?S”技術集成了RS空間決策、GIS空間分析、GPS高精度監(jiān)測的優(yōu)勢，未來在水土保持領域應用的空間會越來越廣闊?！?S”在水土保持領域中的應用會朝著網絡化、智能化、規(guī)范化、信息化發(fā)展。

參考文獻：

[1]段東亮.淺議城市水土保持[J].廣東水利水電，2009（10）：50-53.

[2]彭蕾.關于水土保持意義的思考[J].甘肅科技，2011，27（21）：78-79.

[3]劉守江.西部地區(qū)水土流失與防治措施探討[J].內江師范學院學報，2005，20（2）：81-86.

[4]劉卓.基于NoSQL的空間數據云存儲的研究[D].河南大學，2014.

[5]張鴻祥.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在測繪業(yè)中的應用進展[J].科技資訊，2013（20）：40-41.

[6]李強.基于IDL遙感圖像數據庫的設計與實現[D].蘭州大學，2008.

[7]劉武林.岷江流域土壤侵蝕演變與治理對策研究[D].四川農業(yè)大學，2008.

[8]周巧鴻.談空間信息背景下通信技術的集成[J].中國化工貿易，2014（2）：44-44.

[9]陳浩，喻榮崗.地理信息技術在水土保持監(jiān)測管理中的應用綜述[J].中國水土保持，2015（6）：62-65.endprint