3S技术在智慧环保领域中的应用

冯广明

(黑龙江省牡丹江市环境保护局信息中心，黑龙江 牡丹江 157000)

一 智慧环保的内涵

我国社会经济日新月异的发展，许多盲目的开发和建设伴随其中，致使环境问题日益严重，如北冰洋消融、印度洋地震和海啸、我国的松花江水污染事件，给人类生存环境造成了极大危害。在如今严峻的环保形势面前，国家各级管理机关和企业采取各种政策、措施、手段以控制环境污染、改善生存环境。“智慧环保”是“数字环保”概念的延伸和拓展，它是借助物联网技术，把感应器和装备嵌入到各种环境监控对象(物体)中，通过超级计算机和云计算将环保领域物联网整合起来，可以实现人类社会与环境业务系统的整合，以更加精细和动态的方式实现环境管理和决策的智慧。智慧环保的目标主要是利用数字技术汇集、整理环境数据，整合环境保护的日常业务，提高环境保护的信息化水平，提高环保工作的协同水平，支持环保数据共享，支持环保决策和新业务的开发，其基本特点为:对技术数据进行规范化处理，应用功能开放式接入，重视业务的过程、可控性。为了将智慧环保更好的应用于产业发展中，需要在智慧环保概念的基础上，建立智慧环保整体解决方案，针对企业、地市级环保局、省级环保局、国家环保部，提出不同的业务

二 3S技术的概念

3 S技术是遥感技术、全球卫星定位系统和地理信息系统的统称，它借助传感器、导航、计算机等，通过采集、整理、分析等手段获得空间信息。

(一)RS技术

RS是英文Remote sensing的缩写，意即遥感，它一般借助航天飞机、气球或者汽车、航模飞机等从高空中获得来源于地球的电磁波，并通过对数据、图片的整理分析，掌握地球表面的各种信息，从而为社会服务。遥感观测能够在很短的时间帮助人们获得大范围空间数据资料，有助于人们对地球掌握宏观的了解，它能够提供的信息量大，且速度快，对于一个范围事物的监测不只停留在表层，更注重其动态的变化，具有可对比性。它包括卫星、航空两大遥感技术。RS是一门对地观测综合性技术，它的实现既需要一整套的技术装备，又需要多种学科的参与和配合，因此实施遥感是一项复杂的系统工程。根据遥感的定义，遥感系统主要由遥感平台、传感器、地面接收站、分析解译系统四大部分组成。

(二)GPS技术

GPS全称Global positioning systems，由美国最先发明而来，开始多用于军事，而后才用于生活。它由高空中二十四颗人造卫星组合而成，分部在三个轨道上，也就是说一个轨道上有八颗卫星，覆盖了地球，它具有定位功能且定位精确，现在汽车中的导航仪就是借助这种技术，它能够准确定位用户所在位置，并提供时间等信息。GPS系统主要由空间星座部分、地面监控部分和用户设备三大部分组成。

(三)GIS技术

GIS(地理信息系统)同样是借助计算机，获取数据，通过存储、整理、运算，显示出地球表面信息，与此同时，它还可以分类进行系统分析，或者组合再分析。借助这种技术的“可视化”，我们可以通过反馈出来的图片掌握信息变化。我国特大灾情出现之时，都是借助这种技术，来发现其分布地区与范围的。它常常被用于探索地球以发现可用资源，通过图片显示，让人能够了解自然气候变化。

三 3S技术在智慧环保中的应用

智慧环保实施的前提是对地球表面状况有一个细致的了解，，如何将3S技术与智慧环保相结合，这是业内多年来致力研究的内容。3S技术正好能够最大限度的满足这个要求。GPS精确快捷低确定目标，RS可以第一时间发现地球变化，GIS在这两者提供的数据基础上进行智能分析，转而有效地提升RS和GPS的信息获取能力。

(一)RS技术在智慧环保中的应用

1.环境质量监测。通过卫星影让人们了解到城市、沿海、江河、湖泊等环境变化，以及城镇白色污染、金属污染等状况，通过地面设置的监测点提供的信息，对造成污染的原因做一个分析。

监测大气质量。借助遥感技术，可以发现大气污染源所在地，并显示部分造成污染比较重的高耗能工厂，通过计算机对数据的处理，可以知道大气中主要的污染物是什么，还有尘埃颗粒大小等。通过RS也可以观察到大气的铅垂分布，据此得出城市“热岛”效应形成原因。

监测内陆水体环境。同样的借助遥感技术，可以准确发现水体污染发生地区，及污染源种类，工厂排出污水中所含的有害物质。

监测海洋环境。通过对比红外扫描仪在白天和黑夜所摄热图像，可以了解海面是否被石油所污染，然后分析温度差，可以得出被污染区油膜厚度。海洋里面不同的物质，通过RS会有不同的显示，在判读后，可以了解到污染类型。

2.污染防治规划。城镇建设中由于不重视环境，造成了诸多污染，包括水源污染、大气污染、海域污染等，借助卫星遥感，我们首先可以了解地球污染的大体情况，取得相关数据，然后通过现场勘查，了解更为具体的信息，这样解决问题会更有针对性，以往的环境报告只依靠行政部门统计上表，停留在书面文字上，不符合实际。遥感技术可以补充这一弊端，除了必要的数据显示，还提供影响资料。

3.生态环境规划与监测。利用卫星影像得到植被覆盖率，全球植被分布地区，植被对于环境的维护有着不可替代的价值意义，能够净化空气，调节气温，RS技术能够监测到森林退化、沼泽消失等环境变化，尤其是对很多无人能涉足的地区，也可以获得一些线索。

4.环境影响评价区域。无论是跨区域还是跨流域，环境影响评价都是必须重视的工作，在今天环境污染日益严重的背景下，它愈显的不可忽视，其影响范围深广，对于城镇经济发展有重要作用，除了一般的建设施工这种具体项目会需要环境影响评价，关键是对局部地区整个宏观的勘测。

5.环境灾害监测遥感技术可调查与滑坡、泥石流有关的环境因素，从中获取这些自然事故发生原因，以及分布规律，为下一次灾害来临做好预防工作。此外，RS可监测赤潮所含叶绿素A，从而判断海边发生的赤潮是由什么造成的，它的污染范围之类，并在第一时间提供报道。

6.全球环境问题。遥感技术可监测全球环境问题，如大气中所含的有害气体，包括CO，CH4，O3，N2O，NO2，NH3，H2S和SO2等，同时为当今世界上环境焦点问题如气候变暖、酸雨、上下游污染、邻国空气环境污染、SO2扩散等提供技术支持。

(二)GPS技术在智慧环保中的应用

1.全球卫星定位GPS技术能提供连续、实时的三维位置、三维速度和时间，在地球任何地点、任何时间均可连续同步观测到4颗以上的卫星，且测站之间不需点间透视。GPS技术不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影响，可随时进行定位和测量。目前，GPS全球卫星定位技术可在环境监控管理平台中准确定位污染源和放射源所在位置，当放射源被移开正常位置时，利用全球定位技术可辅助环境监控管理平台进行报警。

2.遥感影像校正GPS技术可方便准确地校正遥感影像、分析地形图，改变了传统的通过几个点定位来寻求几何校正，使图像更容易复合，方便了分析工作的实施。利用GPS校正的遥感图像可为环保业务提供可靠的数据基础。

(三)GIS技术在智慧环保中的应用

1.环境质量监测前端监控的环境质量状况可在基于GIS的监控管理平台中进行存储、处理、显示、分析，以达到辅助决策的作用。

2.生态环境分析，在对地球表面状况进行分析的进程中，利用地球信息系统可以提供精确的水土流失、森林退化、沼泽消失的面积数据等，且会自动对生态环境的破坏程度做一个评估，为政府部门实施关于环境保护政策提供依据。

3.水环境监测。空间性与层次性是水环境的两大特征，借助GIS可以知道水质、水污染、污染类型、污染范围，还可以更明了的污染源、排污处的空间分布，利用这种技术还可以预测水污染，结合图表为水环境保护部门提供支持。

4.环境应急预警。自然灾害或者人为灾害时有发生，并且多出于毫无防备的状况之下，所以有必要建立环境应急预警，对于发生事故的地方，能够探测得到，对伤亡损失有所估测，为抗灾抢险提供必备的充足的准确的信息，甚至在灾害还没发生之前，可以模拟海洋污染扩散，大气污染流动，提出应急解决措施。

5.环境影响评价。3S技术中，前面说到RS应用于环境影响评价，GIS同样也能应用其中，充分利用其集成管理数据优势，形成严谨的综合分析，对于社会发展大背景下的改建、扩建、项目做出评价，预测影响，并提出如何减弱不良影响所造成的危害。建立对整体环境评价的模型。

6.制作专题图。GIS技术除了能够提供必需的数据，还可以绘制出民众所需要的各种类型地形图，相比于传统人工地图绘制，它的精确度更高，同时提供数据，也显得更加准确灵活。如通讯、电力、交通、公安、环保、土地、旅游、水利等专题地图。

7.帮助建立环境地理信息系统。对于环境管理来说，地理信息是必不可少的，在平日的生活或者工作中，会接触到很多的环境信息。它们以空间为主，借助GIS可以建造一个环境空间数据库，包括污染源空间，如农药造成的水源污染、工厂排除的有毒气体、交通尾气，它们的影响范围，污染强度等，利用计算机的强大功能对数据进行存储、整理、分析，就可以建造一个“可视化”环境地理信息系统。

四 结语

“智慧环保”从概念的形成到全社会的参与，是社会进步的必然结果，为二十一世纪环境保护提供了新途径。“智慧环保”是一个庞大的科学技术体系，参与这一宏伟工程既要有科技工作者的参与，又要有科学技术的支持。在智慧环保领域中采用3S技术进行设计和开发，能够全面涵盖环保的日常业务、扩展业务以及增值业务的处理系统，可大大降低环保的监督成本以及业务运行成本，最终达到促进智慧环保领域飞速发展的作用。

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