空间信息技术在区域可持续发展中的重要作用

李权国 ，张中旺，汪珍珍

(1.襄樊学院 教育学院，湖北 襄樊 441053；2.成都理工大学 信息工程学院，四川 成都 610059)

空间信息技术在区域可持续发展中的重要作用

李权国1,2，张中旺1，汪珍珍1

(1.襄樊学院 教育学院，湖北 襄樊 441053；2.成都理工大学 信息工程学院，四川 成都 610059)

可持续发展需要解决的核心问题是人口、资源、环境与发展及可持续的问题. 空间信息技术是区域可持续发展的内在需要，它在自然资源调查、生态环境监测与评价、自然灾害监测与评估、辅助科学决策等方面提供技术支持并具有重要作用.

空间信息技术；区域可持续发展；自然资源；生态环境；自然灾害

自 1987年世界环境与发展委员会在《我们共同的未来》报告中正式提出可持续发展的概念以来，可持续发展已成为当今世界共同追求的目标. “既满足当代人的需要，又不会对下一代人满足其自身需要能力构成危害的发展”纲领成为包括中国在内的全世界追求的可持续发展目标. 但是，实现这一目标却存在着诸多困难与矛盾，自然资源存量的有限性与人类发展无限性的矛盾，经济不断发展与生态环境持续恶化的矛盾，发达国家与发展中国家经济、社会、科技文化不平衡的矛盾等，给全球的可持续发展目标实施带来一系列困难. 而空间信息技术及其提供的数据和信息会在农业、林业、水利、地矿、交通、通讯、新闻媒体、城市建设、教育、资源、环境、人口、海洋以及军事等领域产生巨大的社会和经济效益. 它是可持续发展研究的基础技术之一和不可或缺的重要途径，在全球变化监测、资源调查、环境监测与预测、灾害监测与评估等方面起着其它技术无法替代的作用. 本文就空间信息技术在区域可持续发展中的作用进行探讨.

1 空间信息技术与区域可持续发展

1.1 空间信息技术的内涵

现代空间科学技术和信息科学技术的发展，极大地推动了地球科学问题的深入研究，使一些重大的研究问题有可能面临着一场新的突破和变革. 童庆禧院士指出了地球空间信息科学的概念[1]：“人类已摆脱了地球的羁绊，从高空甚至空间来观测地球，从空间信息流的角度来认识地球. 地球科学与现代空间和信息科学技术的紧密结合致使在地球科学领域形成了一个新的生长点，这就是地球空间信息科学”. 所以地球空间信息科学是地球科学、空间科学和信息科学交叉渗透发展的结果.

以“3S”(地理信息系统GIS，遥感技术RS，全球定位系统GPS)技术为主要内容的空间信息技术是地球空间信息科学的核心. RS的发展是空间信息科学的重要技术支撑，遥感信息是地球空间信息的重要数据源，遥感技术可以动态、直观、快速、大面积地监测地理目标；GIS以地理空间数据库为基础，在数据输入、输出、组织和管理方面具备强大的优势，更关键的是GIS为地球空间信息科学提供了对空间信息的分析、综合、认识、表达、理解等方面的技术与模型，还是一个理想的决策支持系统[1]，因此GIS成为了推动空间信息科学深化应用的核心；GPS是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统，在空间信息科学中主要用于提供目标的空间位置，GPS不仅可以作为独立的自主数据源，而且可以精确定位遥感信息.

1.2 区域可持续发展

可持续发展是人类对工业文明进程进行反思的结果，是人类为了解决一系列环境、经济和社会问题，特别是全球性的环境污染和生态破坏及其关系失衡的问题所做出的理性选择. 可持续发展的核心是协调社会、经济发展与资源环境的关系. 其中，社会发展是目的，经济发展是基础，而资源环境的可持续利用是可持续发展的保障. 区域可持续发展的内涵，从资源角度看，是一个区域不断追求其内在的自然潜力以实现可持续发展的过程，从而达到资源的保护、再生和开发的平衡；从环境角度看，强调利用环境生态规律来解决区域生态环境问题；从社会角度来看，可持续发展追求经济开发和环境保护的平衡，实现社会各地区、各阶层的环境资源共享，社会发展以富有生机、稳定和公平为标志.

2 空间信息技术在区域可持续发展中的作用

可持续发展战略的实施，必须建立在科学决策基础之上. 科学决策需要掌握大量信息并能够随时获取最新信息，而空间信息技术在这方面有其他技术不可替代的优势，对提高自然资源利用率和综合利用水平，建立科学、完善的生态环境监测、管理体系，形成类型齐全、分布合理、面积适宜的自然保护区，建立沙漠化防治体系，强化重点水土流失区的治理，改善农业生态环境，加强城市绿地建设，改善生态环境质量，实施污染物排放总量控制，开展流域水质污染调查与防治，强化重点城市大气污染防治工作，加强重点海域的环境综合整治，积极参与区域和全球环境合作等具有重要的辅助决策功能. 在改善区域环境质量的同时，也为保护全球环境作出了积极贡献.

2.1 获取、处理与管理空间数据

对区域可持续发展研究最重要的信息应该是区域的空间信息，遥感结合 GPS技术所获得的图象与数据，成为支持区域可持续发展最重要的信息源，在获取空间信息的实时性和准确性上，是传统方法所无法比拟的[2]. 所获取的信息是一种综合性的区域空间信息，涉及到地理地貌、区域地质调查、地质矿产、地球化学、地球物理、大地构造、海洋、气候、环境等多源信息，具有多方式、多侧面、全方位的特点，为区域各要素的空间分布提供了较高精度的定位与定量数据. 并且卫星遥感具有周期性成像特点，所获得图像时相动态性好，为研究区域组成要素的动态变化及发展演化规律提供了基础.

区域可持续发展研究是一项巨大的系统工程，涉及的信息面广、类型多、数据量大，而且大都具有空间特征. 地学空间信息过去分散的、非动态的管理现状，已远远不能满足市场经济发展和社会广泛需求的多元性、科学性与迫切性，也极大地制约了地学空间信息的社会经济效益的充分发挥，为改变这一状况，能够有效地利用地学空间信息，必须进行高效的管理与有效的分析处理. 而以GIS为核心的空间信息技术在空间数据管理与处理分析方面提供了有力的技术支持. GIS技术对区域的历史与现实多源地学空间数据进行采集、存储、检索、分析、建模和表示，为地质、地理、地球物理、地球化学等多源地学信息进行综合分析和解释提供了有力工具. 它可以将多源地学空间信息纳入科学有效的集成管理与分析应用中，为国民经济发展建设实时提供最新的、高精度的、高水平的综合地学信息依据，一方面，它可以把各种不同类型、不同规则、不同介质的信息经过数据采集和转换后集成为统一、完整、精确的空间数据库，便于查询检索；另一方面，通过对空间信息的综合处理与分析，结合专家建模，对区域可持续发展基本要素的时态进行分析和发展预测，实现决策定量化.

2.2 调查与分析自然资源

地球表面及内部含有丰富的矿产资源、生物资源、水资源、土地资源、森林资源、草地资源、气候资源等自然资源，弄清楚这些自然资源的数量和属性是保护和利用资源的前提与基础，继而进行当代人之间和当代人与后代人之间的合理分配，实现资源的可持续利用与区域的可持续发展. 但是，这些资源的空间尺度往往是全球性的或是区域性的或是整个国家，如果用传统方法对资源进行全面、彻底的调查几乎是不可能的[2]. 遥感技术因其周期短、宏观性强而在大面积自然资源调查方面具有广阔的应用前景.因此，利用空间信息技术进行资源调查，具有成本低、速度快，有利于克服自然界恶劣环境的限制，减少投资的盲目性.

例如对社会经济发展具有基础性作用的矿产资源，绝大部分是不可再生资源，对其消耗应考虑资源的有限性，以确保在得到可接受的替代物之前，资源不会枯竭，因此必须高效开采和集约利用. 空间信息技术在这方面具有优势，通过对矿产资源所在地区的遥感信息进行全面的分析，对资源信息及其动态变化规律进行研究，应用GIS强大的数据处理和空间分析功能，根据区域可持续发展对资源承载量、资源开采与利用水平及力度的要求，适时调整开采方案，优化矿产资源开采以提高采出率，实现矿产资源的高效开采和综合利用. 此外还可以利用遥感技术辅助探测未发现的矿产资源，为实现区域资源的可持续发展提供了技术支持.

2.3 监测与评价生态环境

资源调查是区域可持续发展的基础，如何快速、准确、客观地监测区域生态环境和资源利用状况，是实施可持续发展战略的需要. 生态环境作为一个动态变化的系统，时刻发生着变化，从量变到质变，利用空间信息技术进行生态环境现状评价和监测，能够为政府部门作出正确的决策提供服务. 常规监测只能在少数测点进行定位与半定位动态监测，以极其有限的点代表几乎无限的面，其效果可想而知[3]. 空间信息技术却能从宏观上全面监测，通过清洁生产、生态农业、生态旅游、环境综合整治等手段促进生态环境的改善，而且可提供以1小时为监测周期，所以在环境条件、植被及农业环境监测中发挥越来越重要的作用.

利用GPS和RS技术的快速探测能力，能有效地防范和处理因有毒化学物质爆炸和泄露、水质污染、油船泄露等事件发生而对环境造成的重大污染. 将相关信息输入GIS系统，由GIS迅速准确地定位发生地及其附近的地理图形. 例如土壤侵蚀对生态环境影响，利用卫星遥感影像可提供许多土壤侵蚀因子信息，诸如地形、坡度、岩性、植被等，据此以通用土壤侵蚀方法为基础建立土壤侵蚀模型，并与相应地区的水文观测站的输沙模式相叠合，进行土壤侵蚀量因子分析和区域侵蚀模数计算，兼顾气象、水文要素与土壤侵蚀的关系[4]. 又如精细农业已成为农业可持续发展的热门领域. 精细农业指将遥感、地理信息系统、全球定位系统、计算机技术、通讯和网络技术、自动化技术等高科技与地理学、农业、生态学、植物生理学、土壤学等基础学科有机地结合，实现在农业生产过程中对农作物、土地、土壤从宏观到微观的实时监测；实现对农作物生长、发育状况、病虫害、水肥状况以及相应的环境进行定期信息获取和动态分析，通过诊断和决策，制定农作物实施计划，并在GPS和GIS集成系统支持下进行田间作业的信息化现代农业. 空间信息技术已在精细农业中得到成功运用，达到合理利用农业资源、降低生产成本、改善生态环境、提高农作物产品产量和质量的目的.

2.4 监测与评估自然灾害导致的环境变化

自然灾害是我国影响面最广、损失最严重的事件，它直接影响可持续发展的进程. 自然灾害导致的环境变化对各国家及地区，甚至整个人类的可持续发展都会产生巨大的影响. 因此，进行灾害与环境的监测、评估，进而预测、预警是可持续发展对信息保障系统的需要. 对于中国而言，特别是洪涝灾害、地震及其引发的次灾害的预警、预防是迫在眉睫的任务之一. 空间信息技术可以在江河治理、防洪减灾、地震监测与评估等方面发挥独特的作用.

根据自然灾害发生的特点和规律，特别是突发性的灾害，如洪涝、森林火灾、雪灾、地震灾害等，要求做出判断和反应的时间紧迫，而且评价分析的因素多，关系复杂，还要有高精度的评价结果[3]，因此，对灾情快速、准确地监测评价离不开空间信息技术. 同时随着空间信息技术及其应用的日臻成熟，形成实时系统，能随时随地提供准确的监测、评估数据及图件，会对灾情的及时掌握、防灾减灾的部署、灾害救援工作等起到重要的作用.

2008年5月12日，汶川发生特大地震灾害后，空间信息技术为快速搜集地震灾害信息和快速响应救灾减灾提供了强有力的技术支持；从高时空分辨率遥感数据获取、遥感数据快速处理、灾害信息变化检测与次生灾害监测等方面，空间信息技术发挥了重要作用. 遥感技术对次生灾害如地震灾区的堰塞湖、滑坡等的监测，为预警和防减灾及安置和疏散灾民提供了重要的科学依据. 同时空间信息技术也为灾后重建工作顺利地进行起到测评、分析、决策依据的作用.

2.5 支持决策部门快速、科学决策

利用空间信息技术提供的实时信息实现综合空间信息处理，使决策部门及时掌握区域时空变化信息，可改变当前我国区域资源开发和环境保护决策的滞后与多目标决策缺乏协调性的局面，因此空间信息技术成为加强宏观调控和科学决策的重要工具，大大提高决策的速度与科学性，具有显著的经济效益. 比如通过遥感调查，政府决策部门能够及时掌握区域资源环境的时空分布态势，可以快速分析决策的可行性并实事求是地进行科学的调整. 在“5·12”汶川地震灾害发生后的一系列应急响应中，空间信息技术与地质、水文、水利和生态各学科的交叉合作，为救灾与重建提供了可靠数据基础、提供了科学有效的决策支持，其在灾害应急响应中发挥了巨大的作用[5]. 因此汶川地震可作为空间信息技术辅助救灾与重建的经典实例，它所使用的数据源、参与的单位之多，对空间信息技术的需求之大，在以前的自然灾害中是绝无仅有的.

3 结语

区域可持续发展决策应基于对区域自身环境的准确认知，取决于相关信息的及时获取、处理和应用. 为此，不仅需要实时、动态掌握相关自然资源信息，而且需要对整个地球环境的变化信息进行全面、持续地获取与处理，从而实现对与人类生存相关的环境信息和与发展相关的不断变化的信息实时地、动态地监测. 因此，空间信息技术为可持续发展提供了一种有效的自然环境信息的实时获取、处理、分析和监测、评价的技术支撑. 可以预期的是即将发展起来的“数字地球”，必将成为可持续发展的强有力的信息保障体系.

[1] 童庆禧. 地球空间信息科学之刍议[J]. 地理与地理信息科学, 2003, 19(4): 1-3.

[2] 王召海, 吴泉源. 论RS、GIS、GPS集成与区域可持续发展[J]. 中国人口·资源与环境, 2000, 10 (增): 90-91.

[3] 王秀珍. 论RS、GPS、GIS技术与农业可持续发展[J]. 新疆气象, 1999, 22 (5): 34-37.

[4] 李德仁. 空间信息技术与农业发展[J]. 大自然探索, 1999, 18 (1): 1-6.

[5] 李德仁, 陈晓玲, 蔡晓斌. 空间信息技术用于汶川地震救灾[J]. 遥感学报, 2008, 12 (6): 841-851.

Role of Spatial Information Technology in Regional Sustainable Development

LI Quan-guo1,2, ZHANG Zhong-wang1, WANG Zhen-zhen1
(1. College of Education, Xiangfan University, Xiangfan 441053, China; 2. College of Information Engineering, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China)

Population, resources, environment and development are core problems in sustainable development, and spatial information technology can not be replaced with other technologies in support of regional sustainable development. The paper describes internal demand for spatial information technology and points out the important role of spatial information technology in the investigation of natural resources, ecological environment monitoring and evaluation, natural disaster monitoring and assessment, and supporting scientific decision-making.

Spatial information technology; Regional sustainable development; Natural resources; Ecological

P237

A

1009-2854(2010)05-0044-04

2010-03-19

襄樊学院科研项目 (2009YB013)；襄樊学院大学生科研项目(2009DX5038)

李权国(1977— ), 男, 山西朔州人, 襄樊学院教育学院讲师, 成都理工大学博士生.

environment; Natural disaster

陈 丹)