王鑫鑫　王雙宇　李恒　謝世堯

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

關(guān)鍵詞：“3S”技術(shù)；水土保持；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：S157 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）25-0161-02

前言

水土保持是指由于人類(lèi)破壞與自然影響對(duì)土地資源、水資源破壞所進(jìn)行的保護(hù)、合理利用與開(kāi)發(fā)等一系列相應(yīng)措施的工作。水土流失常見(jiàn)于山丘地區(qū)，其影響巨大且較難控制[1]。特別是我國(guó)黃土高原地區(qū)，水土流失嚴(yán)重，由水土流失所產(chǎn)生的土地退化、河湖淤積、沙塵天氣對(duì)人民生產(chǎn)生活帶來(lái)極大困擾。黨中央由此對(duì)水土保持工作尤為重視。1993年，國(guó)家下發(fā)了“關(guān)于加強(qiáng)水土保持工作的通知”文件，將水土保持作為必須長(zhǎng)期堅(jiān)持的一項(xiàng)基本國(guó)策[2]。2011年，《水土保持法》正式實(shí)行。2006年以來(lái)，全國(guó)審批水土保持生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目共計(jì)約34萬(wàn)個(gè)，注資共計(jì)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(guó)水土流失土地面積仍然約占國(guó)土總面積的30%[3]?；诖?，水土流失治理迫在眉睫。

1 “3S”技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 “3S”概況

RS是遠(yuǎn)距離、非接觸的對(duì)地探測(cè)技術(shù)，能夠以較低成本實(shí)時(shí)獲取真實(shí)準(zhǔn)確的多譜段、多傳感器、高分辨率、多時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)。GIS技術(shù)是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助下，對(duì)地球表層信息進(jìn)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(chǔ)、管理海量數(shù)據(jù)，對(duì)空間信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析與預(yù)測(cè)[4]。GPS是由美國(guó)研制的在全球范圍內(nèi)定位、導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠?yàn)橛脩?hù)提供實(shí)時(shí)、高精度、低成本的導(dǎo)航位置信息[5]。

1.2 “3S”發(fā)展

RS的發(fā)展起源于19世紀(jì)的空中攝影，20世紀(jì)60年代初發(fā)展為一門(mén)新興技術(shù)。1957年，蘇聯(lián)成功發(fā)射了第一顆遙感衛(wèi)星。1970年，我國(guó)成功發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星，標(biāo)志著遙感事業(yè)迎來(lái)了新的發(fā)展時(shí)期。GIS在國(guó)內(nèi)發(fā)展起步雖晚，但勢(shì)頭正猛。特別是80年代以來(lái)，在理論、開(kāi)發(fā)、人才等方面均有較大進(jìn)展。武漢測(cè)繪科技大學(xué)率先于80年代末建立了信息工程專(zhuān)業(yè)，開(kāi)啟了國(guó)內(nèi)GIS人才培養(yǎng)的先河。1994年4月，我國(guó)逐步成立了“中國(guó)GIS協(xié)會(huì)”、“中國(guó)GIS技術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)”，方便國(guó)內(nèi)進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。目前國(guó)內(nèi)相繼推出了具有自主版權(quán)的GIS軟件，如GEOSTAR、CITYSTAR、MAPGIS等，我國(guó)GIS的發(fā)展已朝著躋身國(guó)際先進(jìn)行列邁進(jìn)。GPS最初由于軍需而產(chǎn)生。1989年，第一顆GPS工作衛(wèi)星成功發(fā)射，開(kāi)啟了為民用服務(wù)的GPS系統(tǒng)。

2 “3S”在水土保持中的應(yīng)用

2.1 RS在水土保持中的應(yīng)用

RS通過(guò)傳感器對(duì)物體電磁波反射進(jìn)行探測(cè)從而獲取遙遠(yuǎn)的地球表面信息，且在獲取過(guò)程中，能夠?qū)τ^測(cè)對(duì)象動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，不受探測(cè)地條件制約，具有大面積同步監(jiān)測(cè)、快速準(zhǔn)確、時(shí)效性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。在水土保持監(jiān)測(cè)中，首先通過(guò)RS對(duì)地表信息進(jìn)行掃描、攝影，獲取遙感影像，其中包含了植被類(lèi)型、土地利用類(lèi)型等進(jìn)行水土流失預(yù)測(cè)、水土保持的必需因子?？梢詼?zhǔn)確對(duì)觀測(cè)區(qū)域內(nèi)水土流失情況進(jìn)行調(diào)查分析。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，遙感技術(shù)也得到快速的發(fā)展。在水土保持領(lǐng)域中，低空遙感與地面雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)近地面地表信息的獲取，在過(guò)去，由于遙感常常受到云層阻礙無(wú)法獲取完整準(zhǔn)確信息，但是隨著無(wú)人機(jī)的問(wèn)世與發(fā)展，無(wú)人機(jī)與遙感技術(shù)結(jié)合使用可以克服這一問(wèn)題，使遙感技術(shù)更具靈活性。利用遙感技術(shù)獲取的遙感影像文件，為水土保持、荒漠化防治提供了依據(jù)，為水土保持工作做出了準(zhǔn)確決策。

2.2 GIS在水土保持中的應(yīng)用

GIS在國(guó)內(nèi)起步相對(duì)國(guó)際較晚，20世紀(jì)80年代，GIS在水土保持中的應(yīng)用逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，GIS在水土保持中的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，具體應(yīng)用在水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、水土保持規(guī)劃與設(shè)計(jì)、土壤侵蝕分析方面。在水土保持規(guī)劃設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取、水土流失分析、土地資源分析評(píng)價(jià)、水土保持措施布局、單項(xiàng)工程設(shè)計(jì)、投資概率預(yù)算和經(jīng)濟(jì)分析階段中，都離不開(kāi)GIS對(duì)遙感圖像的解譯、數(shù)據(jù)的獲取、查詢(xún)、分析、顯示、評(píng)價(jià)功能[6]。在數(shù)據(jù)獲取階段，GIS基于遙感影像進(jìn)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(xué)分析能力分析水土流失因子，得到區(qū)域流失特點(diǎn)、主導(dǎo)要素及流失趨勢(shì)。在水土保持措施布局、工程設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)預(yù)算中，GIS將社會(huì)、人文、經(jīng)濟(jì)要素結(jié)合分析，將多方面復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)合理分析，為水土保持規(guī)劃與設(shè)計(jì)提供科學(xué)決策。在水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中，GIS基于其空間分析功能在數(shù)據(jù)庫(kù)中提取構(gòu)建數(shù)字化小流域。結(jié)合水土流失預(yù)測(cè)模型進(jìn)行小流域土壤侵蝕與治理成效預(yù)測(cè)[7]。

2.3 GPS在水土保持中的應(yīng)用

GPS能夠快速、準(zhǔn)確地確定空間位置，具有全時(shí)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(shì)，已經(jīng)成為當(dāng)今空間定位的主要手段，應(yīng)用在水土保持中具有不可替代的位置。在水土流失調(diào)查特別是水土流失野外采點(diǎn)工作中，GPS能夠提供準(zhǔn)確的點(diǎn)、線(xiàn)、面三維坐標(biāo)位置信息。GPS在水土流失監(jiān)測(cè)中以1s的速度快速定位，實(shí)時(shí)對(duì)水土流失情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取連續(xù)動(dòng)態(tài)的水土流失信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水土流失情況分析與預(yù)測(cè)，做出科學(xué)準(zhǔn)確高效水土保持措施。

3 “3S”集成技術(shù)在水土保持中的應(yīng)用

“3S”集成技術(shù)即RS、GIS、GPS三種地理信息技術(shù)的整體，是基于計(jì)算機(jī)發(fā)展產(chǎn)生的技術(shù)產(chǎn)物[8]。在實(shí)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?！?S”系統(tǒng)能夠自動(dòng)化采集、實(shí)時(shí)性更新、動(dòng)態(tài)性分析、智能化運(yùn)用數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)為水土保持工作提供解決方案及科學(xué)決策。GPS準(zhǔn)確定位，RS獲取海量信息，GIS提取分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合性分析，形成對(duì)地監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[9]。再將系統(tǒng)與水土流失預(yù)測(cè)模型結(jié)合，構(gòu)建水土保持管理監(jiān)測(cè)平臺(tái)，從而更好地開(kāi)展水土保持監(jiān)測(cè)與治理工作，大大推進(jìn)了水土保持技術(shù)的現(xiàn)代化與信息化。

4 建議與展望

為將“3S”技術(shù)在水土保持中的應(yīng)用更加成熟，提出如下建議：

（1）建立全網(wǎng)水土保持信息數(shù)據(jù)庫(kù)。以便相關(guān)部門(mén)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(qiáng)“3S”技術(shù)人才培養(yǎng)。人員是任何決策系統(tǒng)的核心，起著最為關(guān)鍵的作用。中國(guó)的水土保持工作任務(wù)艱巨，需要保障足夠技術(shù)人才支撐。

（3）推進(jìn)無(wú)人機(jī)技術(shù)和近地面監(jiān)測(cè)技術(shù)克服由于天氣原

因?qū)b感獲取數(shù)據(jù)的干擾。

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

中國(guó)面臨的水土流失問(wèn)題嚴(yán)重，任務(wù)艱巨，缺乏快速見(jiàn)效的控制方法。水土保持工作不僅需要國(guó)家及社會(huì)的大力支持，還需要科學(xué)先進(jìn)的治理手段。“3S”技術(shù)集成了RS空間決策、GIS空間分析、GPS高精度監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)在水土保持領(lǐng)域應(yīng)用的空間會(huì)越來(lái)越廣闊。“3S”在水土保持領(lǐng)域中的應(yīng)用會(huì)朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、規(guī)范化、信息化發(fā)展。

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