楊曉東
(烏蘭察布市生態(tài)環(huán)境局興和縣分局,內(nèi)蒙古 烏蘭察布 013650)
隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)調(diào)整以及環(huán)境污染破壞所帶來的啟示,使人們越來越重視環(huán)境的科學(xué)管理。而遙感與GIS技術(shù)作為最重要的地理信息技術(shù),能對某一個(gè)區(qū)域建立全方位的環(huán)境觀測和管理網(wǎng)絡(luò),借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)全面覆蓋在相應(yīng)的區(qū)域上,實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的科學(xué)監(jiān)測和管理。與傳統(tǒng)的測繪方式相比,遙感與GIS技術(shù)的效率和精確度更高,能夠用更快的速度和更便捷的技術(shù)收集特定區(qū)域的環(huán)境信息,并利用綜合研判和分析系統(tǒng)對相關(guān)環(huán)境信息進(jìn)行分析,總結(jié)出相應(yīng)的環(huán)境問題并及時(shí)做出科學(xué)的規(guī)劃,有效避免了環(huán)境生態(tài)的進(jìn)一步惡化。由此可見,本文展開對遙感與GIS技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中具體應(yīng)用的探討是十分有必要的。
遙感技術(shù)實(shí)際上分為航空遙感、地面遙感和航天遙感,而當(dāng)前應(yīng)用最普遍并且價(jià)值作用最顯著的是航天遙感,通過發(fā)射相應(yīng)的人造地球衛(wèi)星,使人造地球衛(wèi)星在相應(yīng)的軌道上與地球的自轉(zhuǎn)同頻率同速度運(yùn)轉(zhuǎn),以保證人造地球衛(wèi)星能夠有效地觀測到目標(biāo)區(qū)域和目標(biāo)對象。而通過人造衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)對地面環(huán)境的觀測主要是通過人造地球衛(wèi)星上的遙測儀器實(shí)現(xiàn)的,遙測儀器能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離無接觸的測繪,形成具體的測繪圖像和相應(yīng)的數(shù)據(jù),以電磁波的形式傳回到地面的控制系統(tǒng)當(dāng)中,再對相應(yīng)的電磁波信息進(jìn)行處理識別,獲得相應(yīng)的觀測數(shù)據(jù)和測繪圖形,實(shí)現(xiàn)對地表環(huán)境全面、科學(xué)、精準(zhǔn)的觀測[1]。通過遙感技術(shù),利用人造地球衛(wèi)星上的遙測儀器對地表環(huán)境進(jìn)行觀測,主要的觀測對象包括各種具體的地表環(huán)境資源,比如土地、河流、礦山、森林甚至包括野生動物和魚類等。各種在地球表面的具體環(huán)境資源都在遙感觀測對象之列。
地理信息系統(tǒng)是一種特定環(huán)境下的空間信息系統(tǒng),其覆蓋面廣泛,像一張密織的網(wǎng)覆蓋在整個(gè)地球表面,具有分析研判和規(guī)劃管理功能。與單純的信息采集和反饋系統(tǒng)不同,該系統(tǒng)能夠在充分分析地面環(huán)境信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上做出相應(yīng)指導(dǎo),并為相應(yīng)區(qū)域內(nèi)存在的各種問題做出科學(xué)的規(guī)劃,為決策提供支持。地理信息系統(tǒng)的運(yùn)行基礎(chǔ)是各種計(jì)算機(jī)信息技術(shù),而地理信息系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)來源是遙感,空間定位技術(shù)是全球定位系統(tǒng),具有較強(qiáng)的綜合性特征。地理信息系統(tǒng)覆蓋面更廣,能采集整個(gè)地球表面,包括巖石層和大氣層在內(nèi)所產(chǎn)生的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行、運(yùn)算處理、分類儲存、分析描述和管理應(yīng)用,并且通過相應(yīng)的技術(shù)支持將相關(guān)的數(shù)據(jù)應(yīng)用到實(shí)際場景中,將這些地理空間信息數(shù)據(jù)以及各類數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進(jìn)行整理,使其能夠?yàn)榻鉀Q一定空間范圍內(nèi)發(fā)生的各種地理環(huán)境問題和生產(chǎn)生活問題提供決策數(shù)據(jù)支持。
遙感技術(shù)和GIS技術(shù)實(shí)際上存在著既互相獨(dú)立又相互扶持輔助的關(guān)系。互相獨(dú)立是指當(dāng)前遙感技術(shù)和GIS技術(shù)仍然是獨(dú)立自主運(yùn)行的兩套地理信息技術(shù)系統(tǒng),獨(dú)立地開展相應(yīng)的地理環(huán)境信息數(shù)據(jù)收集和管理工作,在信息數(shù)據(jù)的收集中雖然存在著交叉,但是沒有互相干擾。而相互扶持和影響是指雖然地理信息系統(tǒng)能夠獨(dú)立地收集一些地理空間信息,但是仍然有部分信息數(shù)據(jù)直接來源于遙感在人造地球衛(wèi)星上應(yīng)用遙測儀器收集獲得的相應(yīng)信息數(shù)據(jù)[2]。因此,遙感實(shí)際上是GIS信息數(shù)據(jù)的源泉,而GIS則是遙感所觀測和收集數(shù)據(jù)的表達(dá)者和分析者。
遙感和GIS技術(shù)在環(huán)境科學(xué)分析中能夠發(fā)揮出獨(dú)一無二的優(yōu)勢,主要是和傳統(tǒng)的測繪方式和模式相比,遙感和GIS技術(shù)作為信息化的地理環(huán)境測繪分析模式,享受到了計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和衛(wèi)星遙感技術(shù)的便利。
2.1.1 及時(shí)獲取環(huán)境信息
遙感通過人造地球衛(wèi)星上的遙測儀器收集相應(yīng)的環(huán)境信息數(shù)據(jù),而人造地球衛(wèi)星和地球的自轉(zhuǎn)和速度相同,在信息數(shù)據(jù)采集和獲取時(shí)間上和地球?qū)?yīng)區(qū)域的時(shí)間是同步的,因而所收集的相關(guān)信息數(shù)據(jù)也具有較強(qiáng)的時(shí)效性。人造地球衛(wèi)星上的遙測儀器在充分收集地球環(huán)境信息數(shù)據(jù)后直接通過電磁波傳回地球的接收站,再通過計(jì)算機(jī)識別和處理信息,全程所需要的時(shí)間比較短[3]。因此,應(yīng)用遙感技術(shù)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)迅速獲得實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù),并利用計(jì)算機(jī)及時(shí)形成相應(yīng)的測繪圖像,時(shí)間優(yōu)勢明顯。
2.1.2 大范圍開展觀測
遙感通過人造地球衛(wèi)星對地表地理環(huán)境資源和狀況進(jìn)行觀測,在一個(gè)較高的位置能夠輻射地表較廣的范圍。人造地球衛(wèi)星所在的軌道位置高度相較于地球表面的高度越高,則說明遙測儀器觀測點(diǎn)位置越高。將遙測儀器看作是眼睛,在一個(gè)較高的觀測位置,遙測儀器所能夠觀測的視角遠(yuǎn)比地面環(huán)境觀測要廣闊。因此,遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大面積、大范圍和大規(guī)模的地表環(huán)境觀測,能夠一次性收集足夠多的地表環(huán)境數(shù)據(jù)和相應(yīng)的資料。一份遙感測繪數(shù)據(jù)和圖形能夠應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域,因此,遙感大范圍的地表環(huán)境觀測還具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。
2.1.3 基本不受惡劣環(huán)境影響
遙感技術(shù)是通過人造地球衛(wèi)星上安裝的測繪儀器對相應(yīng)的區(qū)域?qū)嵭杏^測,而人造地球衛(wèi)星都在各自的軌道和位置上相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn),互不干擾,在工作時(shí)也不會受到如同地球表面各種自然災(zāi)害和惡劣環(huán)境的影響,可以通過紫外線、紅外線和微波波段等對地表環(huán)境進(jìn)行觀測,不同到達(dá)自然環(huán)境惡劣的地方開展信息采集和測繪工作,并且精準(zhǔn)度也不會受到環(huán)境的影響。
2.2.1 規(guī)劃功能較為完備
地理信息系統(tǒng)即GIS具有較為完備和齊全的分析管理功能,和功能集中在地表環(huán)境信息數(shù)據(jù)收集的遙感技術(shù)相比,GIS集齊了信息數(shù)據(jù)收集、地表環(huán)境信息整合處理、描述分析以及決策指導(dǎo)等功能[4]。另外還能夠?qū)μ囟ǖ目臻g區(qū)域進(jìn)行測繪測算和布局規(guī)劃,使其能夠滿足環(huán)境保護(hù)和生態(tài)保護(hù)的目標(biāo)對空間利用和布局進(jìn)行更加科學(xué)的規(guī)劃。
2.2.2 信息數(shù)據(jù)研判更具綜合性
GIS技術(shù)依靠強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)地表環(huán)境信息數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和使用。與人工運(yùn)算和分析相比,通過GIS技術(shù),各類地表環(huán)境信息數(shù)據(jù)研判能夠分析各種影響因素,對相關(guān)信息數(shù)據(jù)的處理也會更加精確,基本不會出現(xiàn)地表環(huán)境信息數(shù)據(jù)運(yùn)算錯(cuò)誤的情況。在精確的信息數(shù)據(jù)支撐下,能夠針對具體的環(huán)境問題做出更加科學(xué)的決策。
2.2.3 應(yīng)用領(lǐng)域廣闊
GIS技術(shù)具有較為廣闊的應(yīng)用前景,既是應(yīng)用于地理測繪領(lǐng)域的核心技術(shù),也是廣泛應(yīng)用于社會其他各行各業(yè)的現(xiàn)代化地理信息技術(shù),在社會生產(chǎn)生活領(lǐng)域能夠發(fā)揮出巨大的作用,包括在地理環(huán)境資源的調(diào)查分析、環(huán)境等級評定、空間規(guī)劃管理、城市布局規(guī)劃、水利設(shè)施建設(shè)、農(nóng)林牧漁的規(guī)劃管理等領(lǐng)域。
遙感與GIS技術(shù)能夠應(yīng)用到重大環(huán)境問題的應(yīng)急響應(yīng)管理中,主要是指各類環(huán)境災(zāi)害,包括水文災(zāi)害、氣象災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害等。應(yīng)用遙感技術(shù),通過航天遙感的衛(wèi)星、地面遙感的塔臺觀測架以及航空遙感的遙感飛機(jī)和漂浮、系留氣球等實(shí)現(xiàn)對地面環(huán)境和云層等的觀測,精確捕捉到一些氣象和地質(zhì)變化信息。在重大環(huán)境問題應(yīng)急響應(yīng)管理中,先應(yīng)用遙感技術(shù)確定災(zāi)情區(qū)域的地面信息,包括受災(zāi)區(qū)域,災(zāi)情的蔓延方向等,再應(yīng)用GIS地球信息系統(tǒng)進(jìn)行地理信息研判和周圍環(huán)境的分析,選擇和制定最合適、最安全的撤離和逃生路線等,并且根據(jù)GIS的實(shí)時(shí)觀測及時(shí)調(diào)配救助資源和運(yùn)輸設(shè)施設(shè)備等。另外,為了避免災(zāi)害帶來后續(xù)的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題,還可以應(yīng)用遙感與GIS技術(shù)快速恢復(fù)災(zāi)害區(qū)域,通過遠(yuǎn)程觀測和綜合全面的指導(dǎo)制定更加科學(xué)的環(huán)境恢復(fù)和再造計(jì)劃,有效促進(jìn)重大環(huán)境問題和災(zāi)害后的環(huán)境恢復(fù)效率。因此,在當(dāng)前環(huán)境災(zāi)害頻發(fā)時(shí)期,遙感與GIS技術(shù)無疑成為保障人民生命安全的重要技術(shù),在環(huán)境災(zāi)害處理方面能夠發(fā)揮重要作用。
通過將遙感與GIS技術(shù)相互融合,能夠建立完善流暢的環(huán)境資源配置和管理流程,對各類環(huán)境資源進(jìn)行科學(xué)合理的統(tǒng)計(jì)規(guī)劃和管理,結(jié)合國土空間布局以及相應(yīng)的土地保護(hù)制度,科學(xué)調(diào)配環(huán)境資源,構(gòu)建更加合理的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和生態(tài)層次。遙感與GIS技術(shù)能夠觀測和分析管理的環(huán)境資源種類多樣,主要包括林業(yè)資源、草場資源等[5]。不同的環(huán)境資源最合適的布局位置也不同,在適合培育森林的區(qū)域培育草場反而會導(dǎo)致當(dāng)?shù)丨h(huán)境惡化。因此,利用遙感技術(shù)和GIS技術(shù)可以綜合研判分析各地的地理區(qū)位條件,科學(xué)調(diào)配和布局相應(yīng)的環(huán)境資源,因地制宜推動林業(yè)和草場的科學(xué)布局,有效提高環(huán)境資源配置的精確度和有效性。另外,遙感與GIS技術(shù)還能夠?qū)Τ鞘协h(huán)境的改造發(fā)揮積極作用,通過遙感可以觀測城市綠化面積的大小和布局,應(yīng)用GIS技術(shù)可以分析城市綠化景觀布局的不合理,并且通過精密的分析進(jìn)行城市綠化規(guī)劃,提高各類綠化資源的優(yōu)化配置和合理布局,有效地實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的管理目標(biāo)。
3.3.1 加強(qiáng)水土規(guī)劃管理
遙感技術(shù)和GIS技術(shù)相互融合能夠在水土規(guī)劃管理工作中發(fā)揮有效的作用。首先,通過遙感技術(shù)采集的特定區(qū)域內(nèi)的水土布局和應(yīng)用數(shù)據(jù),為建立土壤侵蝕程度的三維模型提供可靠的數(shù)據(jù),提高土壤侵蝕監(jiān)測管理三維模型的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上,相關(guān)人員再應(yīng)用GIS技術(shù)對特定區(qū)域內(nèi)的土壤侵蝕程度和侵蝕的歷程等狀況進(jìn)行科學(xué)正確的運(yùn)算和分析。而后,再利用遙感技術(shù)和GIS技術(shù),輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)來繪制相應(yīng)的測繪圖,包括土壤侵蝕程度的透視圖以及該區(qū)域內(nèi)土地分布的分布圖,通過精細(xì)化計(jì)算制定解決土壤侵蝕的措施,做好水土資源規(guī)劃和管理。
3.3.2 增強(qiáng)城市環(huán)境管理
當(dāng)前城市環(huán)境污染問題比較顯著,熱島效應(yīng)等就是城市建設(shè)特別是城市硬質(zhì)地表和各種建筑物建設(shè)使綠化面積不斷縮小帶來的環(huán)境問題?;诖?,應(yīng)用遙感技術(shù)和GIS技術(shù)能夠更加科學(xué)地對城市的整體布局進(jìn)行分析處理,給城市整體規(guī)劃和布局提供有價(jià)值的參考,進(jìn)一步優(yōu)化城市中各類綠的資源規(guī)劃布局結(jié)構(gòu)。因此,應(yīng)用遙感和GIS技術(shù)還能夠有效地增強(qiáng)城市環(huán)境管理,降低城市的環(huán)境污染,促進(jìn)城市環(huán)境資源的科學(xué)流動和優(yōu)化配置。
3.3.3 開展海洋環(huán)保規(guī)劃工作
海洋已成為環(huán)保的重點(diǎn)項(xiàng)目,也成了環(huán)保和生態(tài)恢復(fù)建設(shè)難度相對較大的環(huán)境,不僅包括海洋污染的控制,還包括海洋生物多樣性的保護(hù)等。利用遙感技術(shù)能廣泛收集海洋污染數(shù)據(jù)和海洋生物的生活狀況即集群數(shù)量[6]。另外,利用遙感技術(shù)所對應(yīng)的人造地球衛(wèi)星,可以通過遙測儀器廣泛收集海洋的懸浮物呈現(xiàn)圖像、水面高度以及不同深度狀況下的海水溫差,更加精準(zhǔn)、科學(xué)、有效地掌握海洋的監(jiān)測機(jī)制。在利用遙感技術(shù)和GIS技術(shù)發(fā)現(xiàn)瀕危、新鮮海洋生物,需要及時(shí)地利用相應(yīng)的技術(shù)對瀕危新鮮海洋生物進(jìn)行記錄,并對其進(jìn)行有效的管理,保障其活躍海域的整體質(zhì)量。
3.4.1 對環(huán)境展開全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測
首先,在遙感技術(shù)廣泛收集和獲取環(huán)境信息數(shù)據(jù)后,應(yīng)用GIS技術(shù)能夠?qū)Νh(huán)境展開全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)測。環(huán)境科學(xué)研究人員和相關(guān)從業(yè)者可以根據(jù)遙感技術(shù)所獲得特定空間范圍內(nèi)的環(huán)境資源信息數(shù)據(jù),建立起GIS運(yùn)行的環(huán)境監(jiān)測模型,借助GIS技術(shù)的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等,對環(huán)境資源進(jìn)行動態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測。先根據(jù)不同環(huán)境管理問題確定環(huán)境觀測和動態(tài)監(jiān)測管理對象,再根據(jù)不同環(huán)境問題建立不同的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。如在進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測時(shí),可以通過遙感技術(shù)對流域中水的含沙量等進(jìn)行觀測和數(shù)據(jù)收集,確定相應(yīng)流域內(nèi)河水的成分,確定其中相應(yīng)的元素是否超標(biāo)。并且遙感技術(shù)還需要將特定水域內(nèi)水質(zhì)的動態(tài)變化數(shù)值和資料及時(shí)傳送到地理信息系統(tǒng)中,由GIS技術(shù)對相應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)資料進(jìn)行運(yùn)算和分析,經(jīng)過計(jì)算機(jī)運(yùn)算分析發(fā)現(xiàn)特定流域中存在著污染物時(shí)則需要通過GIS技術(shù)推進(jìn)下一步污水防治工作。
3.4.2 對環(huán)境進(jìn)行科學(xué)評價(jià)和預(yù)測
GIS技術(shù)具有較強(qiáng)的環(huán)境資源信息數(shù)據(jù)分析功能,能夠?qū)ν豢臻g環(huán)境下的多種信息數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分析和評價(jià)。應(yīng)用GIS技術(shù)對環(huán)境資源進(jìn)行分析和評價(jià),能夠?qū)Νh(huán)境開展科學(xué)有效的評價(jià)和預(yù)測,建立起相應(yīng)的評價(jià)和預(yù)測模型來控制環(huán)境資源應(yīng)用過程中可能出現(xiàn)的過度問題。應(yīng)用GIS技術(shù)的空間分析功能,應(yīng)當(dāng)建立起特定區(qū)域下的污染流向和蔓延路徑圖以及污染的層次差異分析模型等,幫助相關(guān)人員更加清晰地把握環(huán)境污染的方向和嚴(yán)重程度。同樣以水污染作為對象,相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)先應(yīng)用GIS技術(shù)的空間分析功能對特定流域的綜合污染情況進(jìn)行分析和評價(jià),確定該流域污染的程度,并且建立起河流流域污染路徑圖和污染源擴(kuò)散以及反推模型等,精確有效地預(yù)測和定位流域污染源和持續(xù)污染可能蔓延的方向和帶來的危害性。實(shí)際上,水資源是可循環(huán)的,在一定的污染程度下,水資源在一定的時(shí)期內(nèi)能夠自主凈化,相關(guān)人員需要根據(jù)GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)分析明確哪些流域的河流污染程度能夠自愈,以科學(xué)地調(diào)配水資源治理的資源。
3.4.3 及時(shí)對環(huán)境問題作出預(yù)警
遙感技術(shù)收集環(huán)境資源數(shù)據(jù)集中到GIS后,GIS通過相應(yīng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)對環(huán)境資源數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,將環(huán)境資源數(shù)據(jù)作為反映環(huán)境問題的量化指標(biāo),一旦環(huán)境資源數(shù)據(jù)超出正常的標(biāo)準(zhǔn),則應(yīng)當(dāng)利用GIS技術(shù)的應(yīng)急預(yù)警功能及時(shí)預(yù)警。相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)應(yīng)用GIS技術(shù)建立預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)線,當(dāng)數(shù)值超過標(biāo)準(zhǔn)線時(shí)需在第一時(shí)間做出預(yù)警。在環(huán)境污染檢測時(shí),特別是在工業(yè)園區(qū),一旦發(fā)現(xiàn)空氣或是土壤、河流中存在的相關(guān)污染物超標(biāo),則需要快速就特定區(qū)域內(nèi)的環(huán)境污染事故做出應(yīng)急預(yù)警,并且制定出污染事故處理的應(yīng)對舉措,有效降低環(huán)境污染事故帶來的損失。
綜上所述,在環(huán)境科學(xué)中廣泛而深入地應(yīng)用遙感與GIS技術(shù),推動遙感與GIS技術(shù)的融合應(yīng)用,能夠簡化環(huán)境科學(xué)在環(huán)境檢測、環(huán)境災(zāi)害防控、生態(tài)環(huán)境規(guī)劃等方面的前期工作。另外,應(yīng)用先進(jìn)的遙感與GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的信息化和數(shù)據(jù)化管理,將計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)作為環(huán)境科學(xué)的載體,還能夠取代很大一部分的實(shí)地測繪,有效地提高測繪的精準(zhǔn)度和效率,為開展環(huán)境資源的優(yōu)化配置以及科學(xué)規(guī)劃提供準(zhǔn)確度和精確度更高的測繪圖紙和環(huán)境信息數(shù)據(jù)。在遙感與GIS技術(shù)的互相融合過程中建立起地理信息系統(tǒng)和應(yīng)用軟件,能夠在各個(gè)移動終端實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的智能監(jiān)控,實(shí)時(shí)對環(huán)境實(shí)時(shí)準(zhǔn)確觀測,制定完善科學(xué)的環(huán)境規(guī)劃和管理制度體系,大力推動環(huán)境科學(xué)的發(fā)展。