1、地理信息系統(tǒng)在資源環(huán)境評(píng)價(jià)與管理中的應(yīng)用2005年2月第3卷第1期中圈分類號(hào):P208地理空GEOSPATIAL間信,電INFORMATIONFeb.,2005文章編號(hào):1672-4623(2005)01-oo4_03文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B地理信息系統(tǒng)在資源環(huán)境評(píng)價(jià)與管理中的應(yīng)用程文(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢),湖北武漢430074)摘要:介紹了地理信息系統(tǒng)在資源環(huán)境評(píng)價(jià)與管理中的,Sgsh能,討論了GIS,1LS,GPS在資源環(huán)境特別是水資源和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理上的應(yīng)用,并指出地理信息系統(tǒng)作為一種信息處理工具能滿足數(shù)字信息獲取的三個(gè)階段:數(shù)據(jù)的收集,數(shù)據(jù)的分析,數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和信息處理.關(guān)量詞:地理信息系統(tǒng);資源遙

2、感;全球定位系統(tǒng);差分GPS;精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)ApplicationofGIStoEnvironmentalResourceAssessmentandManagementCHENGWen(ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China)Abstract:Inthispaper,thefunctionofGISinenvironmentalresourceassessmentandmanagementisintroduced.ApplicationofGIS,RSandGPStoenvironmentalresourceespeciallytowaterre

3、sourceandprecisea.griculturemanagementisdiscussed.Anditpointout,GISusedasaninformationprocessingtoolcanbemetdemendsofthreestagesofdi6tMinformationcapture:datacapture,dataanalysis,dataconversionandinforma.tionprocessing.Keywords:GIS;resourcremotesensing;GPS;differentialGPS;preciseagriculture基于GIS的資源環(huán)

4、境系統(tǒng)通過分析信息的空間分布,監(jiān)測(cè)信息的時(shí)序變化,比擬不同的空間數(shù)據(jù)集,實(shí)現(xiàn)對(duì)空間信息及其他各類信息的標(biāo)準(zhǔn)化管理與信息交換,使大量抽象,枯燥的數(shù)據(jù)變得生動(dòng),直觀和易于理解,并根據(jù)應(yīng)用目的進(jìn)行各種形式的專題表圖輸出.GIS在資源環(huán)境評(píng)價(jià)與管理系統(tǒng)中的具體功能主要有資源環(huán)境規(guī)劃,資源環(huán)境監(jiān)測(cè),專題制作,環(huán)境影響評(píng)價(jià),在總量控制和一控雙達(dá)標(biāo)等方面.在評(píng)價(jià)資源環(huán)境評(píng)價(jià)與管理應(yīng)用中的地理信息技術(shù)時(shí),首先必須要有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),以衡量不同的地理信息價(jià)與管理可在以下幾個(gè)方面得到改善:(1)數(shù)據(jù)的收集;(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理;(3)數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量;(4)數(shù)據(jù)分析及結(jié)果顯示;(5)分析結(jié)果及管理建議的實(shí)施.1資源環(huán)境數(shù)

5、據(jù)收集技術(shù)GPS是環(huán)境數(shù)據(jù)收集的一項(xiàng)重要技術(shù),它能為漁業(yè)資源的管理及其對(duì)河流生態(tài)環(huán)境的影響兩方面內(nèi)題進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)價(jià),必須搜集相關(guān)的定量化的指標(biāo)數(shù)據(jù),同時(shí)數(shù)據(jù)必須適時(shí)的進(jìn)行更新,以及時(shí)反映魚群及收稿日期:20O1020對(duì)數(shù)據(jù)的要求,而GPS數(shù)據(jù)搜集的快捷性,精確性適應(yīng)了這一應(yīng)用的要求.我們所需要的是利用GPS迅速搜集的河流生態(tài)環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)價(jià),以確定其精度和使用本錢,選擇的標(biāo)準(zhǔn)是其獲取綜合數(shù)據(jù)的能力及最小誤差范圍(誤差范圍不能超過1m),此外,為了獲得魚群的棲息環(huán)境的綜合信息,必須了解河流的物理環(huán)境及相關(guān)的生態(tài)特征,這些工作僅通過GPS方法是無法實(shí)現(xiàn)的,因此還必須啟動(dòng)其他方面的調(diào)查及研究工作

6、,如野外實(shí)地考察和采樣.野外考察和采樣不僅能彌補(bǔ)數(shù)據(jù)的缺乏,而建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)并依次建立一套標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量方法,借助相關(guān)的數(shù)據(jù)分析和處理軟件便可產(chǎn)生一個(gè)基于GPS數(shù)據(jù)的精確地圖,較小的個(gè)體特征如只有幾米長的淺灘等地物也能夠被記錄下來,每個(gè)特征的位置可用它調(diào)查信息是非常有價(jià)值的,可用它進(jìn)行以下方面的分析和研究:(1)魚群的密度與河流的生態(tài)環(huán)境及集水條件的關(guān)系;(2)特定情況(如水草富集區(qū),湍流或淺灘等)發(fā)生的精確位置;(3)每條河流生態(tài)環(huán)境的綜合的量化指標(biāo);(4)不同河流棲息環(huán)境的比擬;(5)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè).通過以上工作建立了淡水漁業(yè)物理環(huán)境野外調(diào)查的定量化管理,并在數(shù)據(jù)的搜集和管理過程中把GPS第3卷第1

7、期程文:地理信息系統(tǒng)在資源環(huán)境評(píng)價(jià)與管理中的應(yīng)用?41?和GIS有機(jī)的結(jié)合起來.但值得注意的是,GPS盡管有其他方法無法取代的優(yōu)點(diǎn),如數(shù)據(jù)搜集的快捷性及數(shù)據(jù)的高精確性,但在整個(gè)數(shù)據(jù)搜集過程中必須重視野外實(shí)地考察工作(如沿著河岸走),盡管這種方法會(huì)降低精度,但它不必進(jìn)行河流的實(shí)地考察,只需對(duì)工程要求或GPS無法實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣,因此省時(shí)省力.GPS技術(shù)及其相關(guān)效勞的改善大大增加了GPS的使用價(jià)值,GPS應(yīng)用于資源環(huán)境評(píng)價(jià)與管理時(shí),通常人們關(guān)心的是它的接收機(jī),它可以提供15in的定位精度,并且數(shù)據(jù)可以直接傳輸?shù)紾IS中,但這種GPS系統(tǒng)是由兩臺(tái)GPS接收機(jī)相對(duì)定位的,我們知道,利用GPS進(jìn)行單點(diǎn)

8、定位時(shí),其定位精度受到衛(wèi)星軌道誤差,鐘差,信號(hào)傳播誤差及SA政策等諸多因素的影響,降低了定位精度.在實(shí)施SA政策等以前,標(biāo)準(zhǔn)定位效勞(SPS)的C/A碼實(shí)時(shí)定位精度為15in,一臺(tái)或多臺(tái)測(cè)站GPS組成,基準(zhǔn)站是一準(zhǔn)確大地坐標(biāo)點(diǎn),在此點(diǎn)上架設(shè)GPS天線與測(cè)站GPS同時(shí)接收GPS衛(wèi)星觀測(cè)測(cè)量,并由基準(zhǔn)站計(jì)算出誤差改正數(shù),傳遞給測(cè)站GPS并對(duì)測(cè)站GPS觀測(cè)量進(jìn)行誤差改正,獲得測(cè)站GPS的定位數(shù)據(jù).迄今為止,對(duì)海岸線的管理及其數(shù)據(jù)搜集受到了人們的廣泛關(guān)注,在海岸線管理中,尤其在人口壓力很大的沙質(zhì)海岸地區(qū),由于人為破壞和海水對(duì)海岸的沖刷作用都很大,對(duì)其有效管理和維護(hù)就顯得更加重要.然而,對(duì)大范圍的沙質(zhì)海

9、岸系統(tǒng)的調(diào)查是很困難也是很費(fèi)時(shí)的事情,傳統(tǒng)的航空像片盡管對(duì)其他海岸線(如基巖海岸)的調(diào)查很實(shí)用,但對(duì)沙質(zhì)海岸那么不能提供所攝影測(cè)量技術(shù)的開展,航空遙感進(jìn)入了一個(gè)新的階段,我們可以用彩紅外數(shù)字相機(jī)拍攝到清晰的海岸線,再利用GPS及相關(guān)進(jìn)行糾正,從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)沙質(zhì)海岸的查是很先進(jìn)的,被處理和分類的合成紅外影像最終可以刻錄成光盤,海岸線地圖可以再瀏覽器上清晰的顯示,可以用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)以下工作:(1)海岸旅游資源的規(guī)劃和管理;(2)海岸植物資源的識(shí)別,分類及管理;(3)海岸養(yǎng)殖業(yè)的開發(fā)及評(píng)價(jià);(4)海岸環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和管理;(5)海岸線的腐蝕及變遷.該系統(tǒng)由以下幾局部組成:柯達(dá)數(shù)字相機(jī)(用于拍攝彩紅外或天

10、然彩色相片),可選擇的GPS(用于圖像的糾正),小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(用于圖像的存儲(chǔ)和圖像的糾正),用于輔助導(dǎo)航的簡單錄像監(jiān)測(cè)系統(tǒng),輕型飛行器及地面操作員,這是一個(gè)相對(duì)較廉價(jià)的系統(tǒng),相關(guān)的處理軟件自動(dòng)的把數(shù)字圖像從小型計(jì)算機(jī)中以GSI兼容的數(shù)據(jù)格式傳輸?shù)紾IS系統(tǒng)中.在河流生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)研究的實(shí)例中,運(yùn)用該系統(tǒng)可提高河流環(huán)境數(shù)據(jù)獲取的速度,增強(qiáng)棲息環(huán)境數(shù)據(jù)的獲取效率,確定棲息環(huán)境的結(jié)構(gòu),改善對(duì)水生植物記錄的系統(tǒng)后,通過圖像處理技術(shù)及相關(guān)專家的分析,可以從中提取出研究所需的信息(如魚棲息環(huán)境的信息).對(duì)以上方法的重視并非降低了GPS的價(jià)值,盡管采用了航空遙感技術(shù),但地面攝影和測(cè)量也是不必不可少的,GPS

11、輔助測(cè)量能夠提供精確位置的測(cè)量數(shù)據(jù).這對(duì)工程來說是十分重要的,同時(shí)GPS輸出的產(chǎn)品可以直接集成到GIS當(dāng)中.2資源環(huán)境數(shù)據(jù)分析水是人類賴以生存和開展的重要物質(zhì)根底,也是資源的需求與日俱增,城市水資源供需貿(mào)等日益鋒利.合理開發(fā)利用地下水資源與保護(hù)自然環(huán)境,對(duì)地下水資源進(jìn)行科學(xué),高效的管理,是解決這一問題的關(guān)鍵.因此,地理信息系統(tǒng)在水資源領(lǐng)域最直接,成熟的應(yīng)用就是水資源管理與優(yōu)化配置.利用GIS軟件,建立一個(gè)功能強(qiáng)大,實(shí)用性能良好的水資源信息系統(tǒng),以改善和提高水資源管理工作的效率,質(zhì)量與科學(xué)決策水平,是給出了以GIS軟件Maplnfo為集成平臺(tái)的城市地下水資源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.f城市地下水資源管理系

12、統(tǒng)i上上J信息輸入JI信息維護(hù)JJ查詢檢索JJ應(yīng)用分析JJ信息輸出J上I上信鉆新新數(shù)圖庫結(jié)空計(jì)統(tǒng)緩疊網(wǎng)布報(bào)轉(zhuǎn)息孔建建據(jù)形結(jié)構(gòu)間算計(jì)沖加絡(luò)局表出轉(zhuǎn)柱數(shù)圖維維構(gòu)化查統(tǒng)分區(qū)分分輸打入狀據(jù)圖護(hù)護(hù)維查詢計(jì)析分析析出印圖庫形護(hù)詢值析庫i數(shù)據(jù)庫圖形庫f圖1城市地下水資源信思系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)由五個(gè)主要模塊組成,分別負(fù)責(zé)信息輸入,維護(hù),查詢檢索,應(yīng)用分析和信息輸出功能.1)信息輸入模塊.用戶通過這一模塊輸入圖形,系統(tǒng)的圖形庫支持各種圖形輸入方式,概括起來由有四種:數(shù)字化輸入,自動(dòng)掃描輸入,計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪圖以及其他系統(tǒng)圖形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)入.?42?地理空間信息2005血庫和圖形庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯,強(qiáng)大的圖形編輯功能,可功能模

13、塊,可以修改,增加和刪除地圖元素(點(diǎn),線,面)或整個(gè)圖形對(duì)象,還可以對(duì)圖形進(jìn)行分割,旋轉(zhuǎn)及相互轉(zhuǎn)化等操作.統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的綜合管理能力,開發(fā)了功能強(qiáng)大的查詢模塊,用戶可以通過一個(gè)SQL查詢對(duì)話框同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫和圖形庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢,另外還提供了方便快捷的查詢工具,對(duì)具體空間隊(duì)形的信息查詢更加簡單到只需點(diǎn)擊對(duì)象即可完成.需要,結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),在GIS軟件強(qiáng)大的空間分析(如疊置分析,緩沖區(qū)分析,統(tǒng)計(jì)分析等)和空間操作(旋轉(zhuǎn),縮放,投影變換等)功能的支持下,完成各種應(yīng)用分析,為城市地下水資源的評(píng)價(jià),管理和決策效勞.要,把分析結(jié)果以數(shù)據(jù),表格,報(bào)告,專題圖件等形式,在屏幕上顯示,或輸出到打印機(jī),繪圖儀上,

14、或存儲(chǔ)在磁盤上.防洪預(yù)警是水利工作的重要任務(wù),GIS也在這一重要領(lǐng)域大顯身手.目前,我國主要大中型水庫和重要領(lǐng)域,供水水源地等先后建立了信息采集,傳輸,預(yù)警預(yù)度,日常管理的工作提供了及時(shí),可靠的技術(shù)支持,取與全球地位系統(tǒng),遙感結(jié)合,可以對(duì)洪澇災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè),對(duì)洪澇災(zāi)害開展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),而且應(yīng)用GIS的空間統(tǒng)計(jì)和分析功能,可以將社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息,人口信息等與洪水淹沒區(qū)信息疊加,圈定災(zāi)害范圍,并對(duì)災(zāi)害的損失進(jìn)行客觀,準(zhǔn)確估算.精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)開展的新潮流,是由信息技術(shù)支持的根據(jù)空間變異,定位,定時(shí),定量實(shí)施的一在中國尚處于萌芽階段,上海精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)在這方面做了大量的工作,但在興

15、旺國家,如美國,加達(dá)國家在種植小麥,玉米,甜菜等大田作物時(shí)多采用大機(jī)械作業(yè),作業(yè)面積大,往往成百上千公頃采用同一種措施,如同樣的施肥配方等.眾所周知,土壤福利的變異性很大,采用同一個(gè)人配方的話,某局部地塊施肥量措施具體應(yīng)用的面積縮小,并在衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)的得的利潤更高,對(duì)環(huán)境造成的污染更小.為了增加作物的產(chǎn)量,減少本錢的投入,一些高科技產(chǎn)品如GPS,GIS被應(yīng)用到農(nóng)田管理中,農(nóng)田土地利用圖及相關(guān)的數(shù)據(jù)(通過GPS或其它方式獲取)被輸入到GIS中,通過GIS功能的實(shí)現(xiàn),可確定農(nóng)田中上下產(chǎn)田的分布及其確切邊界位置,不同地塊農(nóng)肥的施用方式及施放量,哪里需要灌溉和排水,作物的產(chǎn)量與土和適時(shí)的特性,它可

16、用于進(jìn)行作物的生長狀況的調(diào)查,還考慮到市場(chǎng)的供求關(guān)系,用它進(jìn)行預(yù)測(cè)和調(diào)節(jié)市場(chǎng)供求狀況,指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn).精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境兩方面的收益,一方面它可以通過先進(jìn)的田間管理提高作物的產(chǎn)量,同時(shí)還可以減少化肥污染,因?yàn)樗姆柿系耐斗攀轻槍?duì)性的.精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)已是世界農(nóng)業(yè)開展的必然趨勢(shì).遙感技術(shù)(RemoteSensing)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)田問信息獲取的關(guān)鍵技術(shù),為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供農(nóng)田小區(qū)內(nèi)作物生中的主要用途,在于利用高分辨率遙感信息,獲取小區(qū)域長勢(shì)與背景的差異,從而提供精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)施定位廚房農(nóng)作所需的信息.信息,進(jìn)行空間定性,定位分析,判斷農(nóng)作物的長勢(shì),監(jiān)測(cè)可能的病蟲害發(fā)生的范圍和強(qiáng)度,為定位處方農(nóng)作提供依據(jù);2)

17、測(cè)定葉綠素的含量.利用光譜測(cè)量技術(shù),對(duì)作物的生長量及葉綠素含量進(jìn)行量測(cè),進(jìn)而分析葉綠素含量,葉綠素密度與干物質(zhì)積累的關(guān)系.3)利用紅外波段遙感圖像,監(jiān)測(cè)土壤水分含量的時(shí)空變化,為定時(shí),定點(diǎn)灌溉提供佐證資料.GPS系統(tǒng)在精度農(nóng)業(yè)中的作用是非常重要的,它可以為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供準(zhǔn)確的定位信息,同時(shí)也是農(nóng)機(jī)作業(yè)軌跡的依據(jù).在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)區(qū),為了提高定位精度高,而且可根據(jù)不同的要求自由選擇不同精度的GPS系統(tǒng).1)測(cè)定采樣點(diǎn)坐標(biāo).試驗(yàn)區(qū)內(nèi)土壤,水分等數(shù)據(jù)是通過在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)設(shè)置采樣點(diǎn)的方法獲得的,采樣點(diǎn)的設(shè)置一般是在整個(gè)樣區(qū)內(nèi)以一定的間隔均勻布設(shè),采樣數(shù)據(jù)以外,還要明確它的坐標(biāo)值(用GPS測(cè)量),采樣點(diǎn)的數(shù)量主

18、要由試驗(yàn)區(qū)引入(下轉(zhuǎn)第46頁)?46?地理空間信息2005血未參與求轉(zhuǎn)換參數(shù)的點(diǎn),結(jié)果見表ll.表11未參與求轉(zhuǎn)換參數(shù)的結(jié)果,m鲞直差值從上表可知,利用WGS一84(BLH)到54北京坐標(biāo)海拔高(54xyh)的轉(zhuǎn)換參數(shù),無論網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)還是網(wǎng)外點(diǎn),平面精度可以滿足要求,但高程卻差1m多.4結(jié)論在中國西部,利用WGS一84(BLH)到54北京坐標(biāo)大地高(xyH)的轉(zhuǎn)換參數(shù),求取克拉索夫橢球大地高,再利用海拔高(h)=大地高(H)一異常值()的關(guān)系求取海拔高,無論網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)還是網(wǎng)外點(diǎn)平面,高程差是厘米級(jí),且誤差小,精度可靠.而利用WGS一84(BLH)到54北京坐標(biāo)海拔高(54xyh)的轉(zhuǎn)換參數(shù),直接求取海

19、拔高,無論網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)還是網(wǎng)外點(diǎn)高程差均為米級(jí),且誤差制點(diǎn)的54北京坐標(biāo)和海拔高,必須通過高程異常改化來獲取各個(gè)物理點(diǎn)海拔高的原因.參考文獻(xiàn)【1】武漢測(cè)繪科技大學(xué)?測(cè)量學(xué)?編寫組.測(cè)量學(xué)【M】.北京:測(cè)繪【2】劉基余,李征航.全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用【M】.北京:測(cè)繪出版社1993【3】徐紹銓,王澤民.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用【M】.武漢:武漢大學(xué)作者簡介:胡勁松(1974一),男,現(xiàn)從事GPS測(cè)量工作.(上接第42頁)一到兩個(gè)國家級(jí)大地坐標(biāo)點(diǎn)(WGS一84大地坐標(biāo)系統(tǒng))供定位和差分定位.然后選擇控制點(diǎn),控制點(diǎn)應(yīng)選在一些特征地物附近(如電線桿,樹木等),目的是為了地圖投影及遙感圖像的幾何糾正使用.?準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要特征之一,安裝在農(nóng)機(jī)上的GPS天線可以接收到GPs的定位數(shù)據(jù),通過與GIS接口軟件,把其位置自動(dòng)地顯示在電子地圖上,也可以通過在電子地圖上事先設(shè)置好行走軌跡自動(dòng)的指導(dǎo)完成田間作業(yè),如播種,施肥,灌溉,收割等.GIS可以被用于農(nóng)田土地?cái)?shù)據(jù)管理,查詢土壤,自然條件,作物苗情,作物產(chǎn)量等數(shù)據(jù),并能夠方便地繪制各種農(nóng)業(yè)專題圖,也能采集,編輯,統(tǒng)計(jì)分析不同類型的空間數(shù)據(jù),GIS在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用包括以下方面:聯(lián)合收割機(jī)的位置,同時(shí)產(chǎn)量計(jì)量系統(tǒng)隨時(shí)自動(dòng)稱出農(nóng)作物的重量,置于糧倉中的計(jì)量儀器能測(cè)出農(nóng)作物流人儲(chǔ)存?zhèn)}的速度及已經(jīng)流出的總量,這些結(jié)構(gòu)隨時(shí)在駕駛室