基于3S 技术的土壤环境监测信息系统的设计分析

王静 河南省夏邑县环境保护局

一、土壤环境监测的重要性

据统计研究发现，全国土壤污染超标率高达16%，其中11%为轻微度污染，6%为轻度、中度和重度污染。经分析，无机污染最为严重，如铅、镉、汞、砷等，污染范围遍布全国各地。为做好土壤环境治理工作，首先需要根据治理现状，开展全面监测，了解土壤污染实际情况。土壤环境监测主要是测定影响土壤环境质量因素的代表值，并由此进行环境质量及其变化趋势的确定。主要监测技术内容包括：布点采样、样品制备、分析方法、结果表征、资料统计和质量评价等。土壤污染监测结果对掌握土壤质量状况，实施土壤污染控制防治途径和质量管理有重要意义。

二、3S 技术的应用要点

3S 技术是三种现代信息技术的统称，即遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS），是空间技术、传感器技术、通讯技术等多种技术的结合，可以采集、处理、管理、分析、应用空间信息。在土壤环境监测中，3S 技术的应用要点如下：

（一）GPS 技术的应用要点

空间定位是GPS 技术的主要作用，当前，差分定位系统的定位精度较高，可达到亚米级水平，在野外，动态差分技术定位精度也可达到厘米级。

当前，土壤污染问题严重，通过“土壤→水→人体”将会被人体间接吸收，最终危害人体健康。为控制土壤整体生态环境，必须控制污染有害物质含量，监测有害物质类型和含量。利用GPS 定位，在卫星遥感图上合成土壤监控边界曲线，通过叠图处理，对比分析本年度曲线和往年所得曲线，便于了解土壤污染面积和扩展速度，从而确定污染情况。相比人工方法，通过GPS 采集地理信息系统的基础数据更精确，投入的人力、物力更少，能够为创建完善地理信息系统提供可靠保障。

（二）GIS 技术的应用要点

作为多种学科交叉的产物，GIS 技术以地理空间为基础，在计算机软硬件系统支持下，可以采集、存储、管理、处理、分析、显示、描述地理分布数据的一种特定的重要空间信息系统。在土壤环境监测中，主要通过GIS 系统构成四个不同部分，即硬件系统、软件系统、空间数据库及管理人员，主要功能为输入数据、编辑图表与文本、存储及管理数据、查询及分析空间、输出及表达数据等。将该系统用于土壤环境数据库建立，并通过该系统完善土壤环境评价指标体系，绘制土壤环境分类图。从而更直接、更清晰地了解土壤污染因素，提出治理土壤环境污染的评价预警指标系统，为各部门及政府治理土壤污染提供客观、真实、有效、精确的数据。

（三）RS 技术的应用要点

遥感技术被简称为RS 技术，是指地球表层各类地理电磁波信息可通过高空、外层空间接收，并通过扫描、摄影、传输和处理这些信息，可以实现远距离测定及识别地表各类地物和现象，是一种现代综合技术。目前，广泛用于调查植被资源、估测作物产量、预测病虫害等方面。在土壤环境监测中，采用RS 技术可以监测农田、草地、林地内植物生长环境、生长状况的准确信息，在采集大面积植物生长信息方面具有显著优势。通利用遥感监测系统内物体对电磁波的感应作用，可以监测到土壤上植物生长情况，建立遥感数据和土壤状况、生物物理化学参数之间的相互关系，并对植物生长情况进行统计分析，最终监测出土壤环境状况。

三、土壤环境监测信息系统总体设计分析

（一）系统总体设计思想

整个系统由环境监测信息系统和GIS 支持系统2 个不同层次结构组成。环境监测信息系统是其前台环境，在这里可以查询到与土壤环境有关的地理图片信息、报表、文字材料、统计专题图、多媒体资料等，从而使用户从多方面了解土壤环境的状况，发挥地理信息系统空间性、综合性的优势。GIS 是为土壤环境监测信息系统提供技术支持的一套空间信息采集和分析工具，为达到缩短周期、节约经费的目的，系统在开发初期采取边开发、边使用、边完善的方式。

（二）系统设计子系统要点分析

（1）基础数据管理子系统

基础数据管理子系统是以数据表格的形式进行存储，查询时使用各属性的ID 号即可，在本系统中主要包括4 大项，即土壤环境动态监测基础信息、国家环境保护标准、环境法规及环境背景信息。这些数据相对比较稳定，与其他子系统的数据交换也较少。

土壤环境动态监测基础信息是反映土壤状况的基础数据，如土壤水分、土壤硬度、土壤酸碱度，土壤养分等，具体监测土壤内铜、汞、砷、铅、铬、镉等信息。

国家环境保护标准和环境法规主要包括国家规定的土壤污染超标标准等，现今国家环境保护总局对土壤治理的相关政策及可能的未来发展情况，主要是一些PDF 格式的文档，存储在相应的文档数据库，并可以定期更新。

环境背景信息主要包括土壤治理保护情况，如国家相关政策，资金运作情况等。

以上资料和数据均通过文字、图片、视频等多媒体形式展示土壤环境监测现状，使治理保护和资源开发协调发展。

（2）业务管理子系统

业务管理子系统不同于基础数据管理子系统，主要呈现方式为相关图层与饼状图、柱状图、坐标曲线图或空间三维图的结合，通过这种形式呈现，更直观、更形象，可增强数据的应用效果。

（3）办公管理子系统

基础数据管理子系统是主要数据呈现系统，因此，在办公管理子系统当中，仅需在该系统内设置数据管理、数据处理、查询输出三个项目即可。数据管理的主要功能为录入、修改、删除、输出数据；数据处理主要功能为批量处理、单表处理；查询输出主要功能为格式查询、地理查询、条件查询。

（4）系统维护子系统

土壤环境监测信息系统各项功能的维护与管理均可通过系统维护子系统实现，常用功能为系统管理员信息、系统访问权限设置、密码设置、帮助等。

四、结语

综上所述，土壤环境变化，关系到人们生产生活的方方面面。将3S 技术用于土壤环境监测，可实时查询、分析、预测及管理土壤环境情况，便于调节土壤成分，有效防控土壤污染。完善土壤环境信息体系建设，有助于提高土壤环境监测质量，实现土壤环境监测事业持续、健康发展。