空間信息技術在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展中的重要作用

李權(quán)國 ，張中旺，汪珍珍

(1.襄樊學院 教育學院，湖北 襄樊 441053；2.成都理工大學 信息工程學院，四川 成都 610059)

空間信息技術在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展中的重要作用

李權(quán)國1,2，張中旺1，汪珍珍1

(1.襄樊學院 教育學院，湖北 襄樊 441053；2.成都理工大學 信息工程學院，四川 成都 610059)

可持續(xù)發(fā)展需要解決的核心問題是人口、資源、環(huán)境與發(fā)展及可持續(xù)的問題. 空間信息技術是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在需要，它在自然資源調(diào)查、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價、自然災害監(jiān)測與評估、輔助科學決策等方面提供技術支持并具有重要作用.

空間信息技術；區(qū)域可持續(xù)發(fā)展；自然資源；生態(tài)環(huán)境；自然災害

自 1987年世界環(huán)境與發(fā)展委員會在《我們共同的未來》報告中正式提出可持續(xù)發(fā)展的概念以來，可持續(xù)發(fā)展已成為當今世界共同追求的目標. “既滿足當代人的需要，又不會對下一代人滿足其自身需要能力構(gòu)成危害的發(fā)展”綱領成為包括中國在內(nèi)的全世界追求的可持續(xù)發(fā)展目標. 但是，實現(xiàn)這一目標卻存在著諸多困難與矛盾，自然資源存量的有限性與人類發(fā)展無限性的矛盾，經(jīng)濟不斷發(fā)展與生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化的矛盾，發(fā)達國家與發(fā)展中國家經(jīng)濟、社會、科技文化不平衡的矛盾等，給全球的可持續(xù)發(fā)展目標實施帶來一系列困難. 而空間信息技術及其提供的數(shù)據(jù)和信息會在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、地礦、交通、通訊、新聞媒體、城市建設、教育、資源、環(huán)境、人口、海洋以及軍事等領域產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟效益. 它是可持續(xù)發(fā)展研究的基礎技術之一和不可或缺的重要途徑，在全球變化監(jiān)測、資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測與預測、災害監(jiān)測與評估等方面起著其它技術無法替代的作用. 本文就空間信息技術在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展中的作用進行探討.

1 空間信息技術與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展

1.1 空間信息技術的內(nèi)涵

現(xiàn)代空間科學技術和信息科學技術的發(fā)展，極大地推動了地球科學問題的深入研究，使一些重大的研究問題有可能面臨著一場新的突破和變革. 童慶禧院士指出了地球空間信息科學的概念[1]：“人類已擺脫了地球的羈絆，從高空甚至空間來觀測地球，從空間信息流的角度來認識地球. 地球科學與現(xiàn)代空間和信息科學技術的緊密結(jié)合致使在地球科學領域形成了一個新的生長點，這就是地球空間信息科學”. 所以地球空間信息科學是地球科學、空間科學和信息科學交叉滲透發(fā)展的結(jié)果.

以“3S”(地理信息系統(tǒng)GIS，遙感技術RS，全球定位系統(tǒng)GPS)技術為主要內(nèi)容的空間信息技術是地球空間信息科學的核心. RS的發(fā)展是空間信息科學的重要技術支撐，遙感信息是地球空間信息的重要數(shù)據(jù)源，遙感技術可以動態(tài)、直觀、快速、大面積地監(jiān)測地理目標；GIS以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，在數(shù)據(jù)輸入、輸出、組織和管理方面具備強大的優(yōu)勢，更關鍵的是GIS為地球空間信息科學提供了對空間信息的分析、綜合、認識、表達、理解等方面的技術與模型，還是一個理想的決策支持系統(tǒng)[1]，因此GIS成為了推動空間信息科學深化應用的核心；GPS是一個高精度、全天候和全球性的無線電導航、定位和定時的多功能系統(tǒng)，在空間信息科學中主要用于提供目標的空間位置，GPS不僅可以作為獨立的自主數(shù)據(jù)源，而且可以精確定位遙感信息.

1.2 區(qū)域可持續(xù)發(fā)展

可持續(xù)發(fā)展是人類對工業(yè)文明進程進行反思的結(jié)果，是人類為了解決一系列環(huán)境、經(jīng)濟和社會問題，特別是全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞及其關系失衡的問題所做出的理性選擇. 可持續(xù)發(fā)展的核心是協(xié)調(diào)社會、經(jīng)濟發(fā)展與資源環(huán)境的關系. 其中，社會發(fā)展是目的，經(jīng)濟發(fā)展是基礎，而資源環(huán)境的可持續(xù)利用是可持續(xù)發(fā)展的保障. 區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)涵，從資源角度看，是一個區(qū)域不斷追求其內(nèi)在的自然潛力以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的過程，從而達到資源的保護、再生和開發(fā)的平衡；從環(huán)境角度看，強調(diào)利用環(huán)境生態(tài)規(guī)律來解決區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題；從社會角度來看，可持續(xù)發(fā)展追求經(jīng)濟開發(fā)和環(huán)境保護的平衡，實現(xiàn)社會各地區(qū)、各階層的環(huán)境資源共享，社會發(fā)展以富有生機、穩(wěn)定和公平為標志.

2 空間信息技術在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展中的作用

可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，必須建立在科學決策基礎之上. 科學決策需要掌握大量信息并能夠隨時獲取最新信息，而空間信息技術在這方面有其他技術不可替代的優(yōu)勢，對提高自然資源利用率和綜合利用水平，建立科學、完善的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、管理體系，形成類型齊全、分布合理、面積適宜的自然保護區(qū)，建立沙漠化防治體系，強化重點水土流失區(qū)的治理，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，加強城市綠地建設，改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，實施污染物排放總量控制，開展流域水質(zhì)污染調(diào)查與防治，強化重點城市大氣污染防治工作，加強重點海域的環(huán)境綜合整治，積極參與區(qū)域和全球環(huán)境合作等具有重要的輔助決策功能. 在改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的同時，也為保護全球環(huán)境作出了積極貢獻.

2.1 獲取、處理與管理空間數(shù)據(jù)

對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究最重要的信息應該是區(qū)域的空間信息，遙感結(jié)合 GPS技術所獲得的圖象與數(shù)據(jù)，成為支持區(qū)域可持續(xù)發(fā)展最重要的信息源，在獲取空間信息的實時性和準確性上，是傳統(tǒng)方法所無法比擬的[2]. 所獲取的信息是一種綜合性的區(qū)域空間信息，涉及到地理地貌、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)礦產(chǎn)、地球化學、地球物理、大地構(gòu)造、海洋、氣候、環(huán)境等多源信息，具有多方式、多側(cè)面、全方位的特點，為區(qū)域各要素的空間分布提供了較高精度的定位與定量數(shù)據(jù). 并且衛(wèi)星遙感具有周期性成像特點，所獲得圖像時相動態(tài)性好，為研究區(qū)域組成要素的動態(tài)變化及發(fā)展演化規(guī)律提供了基礎.

區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究是一項巨大的系統(tǒng)工程，涉及的信息面廣、類型多、數(shù)據(jù)量大，而且大都具有空間特征. 地學空間信息過去分散的、非動態(tài)的管理現(xiàn)狀，已遠遠不能滿足市場經(jīng)濟發(fā)展和社會廣泛需求的多元性、科學性與迫切性，也極大地制約了地學空間信息的社會經(jīng)濟效益的充分發(fā)揮，為改變這一狀況，能夠有效地利用地學空間信息，必須進行高效的管理與有效的分析處理. 而以GIS為核心的空間信息技術在空間數(shù)據(jù)管理與處理分析方面提供了有力的技術支持. GIS技術對區(qū)域的歷史與現(xiàn)實多源地學空間數(shù)據(jù)進行采集、存儲、檢索、分析、建模和表示，為地質(zhì)、地理、地球物理、地球化學等多源地學信息進行綜合分析和解釋提供了有力工具. 它可以將多源地學空間信息納入科學有效的集成管理與分析應用中，為國民經(jīng)濟發(fā)展建設實時提供最新的、高精度的、高水平的綜合地學信息依據(jù)，一方面，它可以把各種不同類型、不同規(guī)則、不同介質(zhì)的信息經(jīng)過數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換后集成為統(tǒng)一、完整、精確的空間數(shù)據(jù)庫，便于查詢檢索；另一方面，通過對空間信息的綜合處理與分析，結(jié)合專家建模，對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展基本要素的時態(tài)進行分析和發(fā)展預測，實現(xiàn)決策定量化.

2.2 調(diào)查與分析自然資源

地球表面及內(nèi)部含有豐富的礦產(chǎn)資源、生物資源、水資源、土地資源、森林資源、草地資源、氣候資源等自然資源，弄清楚這些自然資源的數(shù)量和屬性是保護和利用資源的前提與基礎，繼而進行當代人之間和當代人與后代人之間的合理分配，實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用與區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展. 但是，這些資源的空間尺度往往是全球性的或是區(qū)域性的或是整個國家，如果用傳統(tǒng)方法對資源進行全面、徹底的調(diào)查幾乎是不可能的[2]. 遙感技術因其周期短、宏觀性強而在大面積自然資源調(diào)查方面具有廣闊的應用前景.因此，利用空間信息技術進行資源調(diào)查，具有成本低、速度快，有利于克服自然界惡劣環(huán)境的限制，減少投資的盲目性.

例如對社會經(jīng)濟發(fā)展具有基礎性作用的礦產(chǎn)資源，絕大部分是不可再生資源，對其消耗應考慮資源的有限性，以確保在得到可接受的替代物之前，資源不會枯竭，因此必須高效開采和集約利用. 空間信息技術在這方面具有優(yōu)勢，通過對礦產(chǎn)資源所在地區(qū)的遙感信息進行全面的分析，對資源信息及其動態(tài)變化規(guī)律進行研究，應用GIS強大的數(shù)據(jù)處理和空間分析功能，根據(jù)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展對資源承載量、資源開采與利用水平及力度的要求，適時調(diào)整開采方案，優(yōu)化礦產(chǎn)資源開采以提高采出率，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源的高效開采和綜合利用. 此外還可以利用遙感技術輔助探測未發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)資源，為實現(xiàn)區(qū)域資源的可持續(xù)發(fā)展提供了技術支持.

2.3 監(jiān)測與評價生態(tài)環(huán)境

資源調(diào)查是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基礎，如何快速、準確、客觀地監(jiān)測區(qū)域生態(tài)環(huán)境和資源利用狀況，是實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要. 生態(tài)環(huán)境作為一個動態(tài)變化的系統(tǒng)，時刻發(fā)生著變化，從量變到質(zhì)變，利用空間信息技術進行生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀評價和監(jiān)測，能夠為政府部門作出正確的決策提供服務. 常規(guī)監(jiān)測只能在少數(shù)測點進行定位與半定位動態(tài)監(jiān)測，以極其有限的點代表幾乎無限的面，其效果可想而知[3]. 空間信息技術卻能從宏觀上全面監(jiān)測，通過清潔生產(chǎn)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、生態(tài)旅游、環(huán)境綜合整治等手段促進生態(tài)環(huán)境的改善，而且可提供以1小時為監(jiān)測周期，所以在環(huán)境條件、植被及農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮越來越重要的作用.

利用GPS和RS技術的快速探測能力，能有效地防范和處理因有毒化學物質(zhì)爆炸和泄露、水質(zhì)污染、油船泄露等事件發(fā)生而對環(huán)境造成的重大污染. 將相關信息輸入GIS系統(tǒng)，由GIS迅速準確地定位發(fā)生地及其附近的地理圖形. 例如土壤侵蝕對生態(tài)環(huán)境影響，利用衛(wèi)星遙感影像可提供許多土壤侵蝕因子信息，諸如地形、坡度、巖性、植被等，據(jù)此以通用土壤侵蝕方法為基礎建立土壤侵蝕模型，并與相應地區(qū)的水文觀測站的輸沙模式相疊合，進行土壤侵蝕量因子分析和區(qū)域侵蝕模數(shù)計算，兼顧氣象、水文要素與土壤侵蝕的關系[4]. 又如精細農(nóng)業(yè)已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的熱門領域. 精細農(nóng)業(yè)指將遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、計算機技術、通訊和網(wǎng)絡技術、自動化技術等高科技與地理學、農(nóng)業(yè)、生態(tài)學、植物生理學、土壤學等基礎學科有機地結(jié)合，實現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對農(nóng)作物、土地、土壤從宏觀到微觀的實時監(jiān)測；實現(xiàn)對農(nóng)作物生長、發(fā)育狀況、病蟲害、水肥狀況以及相應的環(huán)境進行定期信息獲取和動態(tài)分析，通過診斷和決策，制定農(nóng)作物實施計劃，并在GPS和GIS集成系統(tǒng)支持下進行田間作業(yè)的信息化現(xiàn)代農(nóng)業(yè). 空間信息技術已在精細農(nóng)業(yè)中得到成功運用，達到合理利用農(nóng)業(yè)資源、降低生產(chǎn)成本、改善生態(tài)環(huán)境、提高農(nóng)作物產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的目的.

2.4 監(jiān)測與評估自然災害導致的環(huán)境變化

自然災害是我國影響面最廣、損失最嚴重的事件，它直接影響可持續(xù)發(fā)展的進程. 自然災害導致的環(huán)境變化對各國家及地區(qū)，甚至整個人類的可持續(xù)發(fā)展都會產(chǎn)生巨大的影響. 因此，進行災害與環(huán)境的監(jiān)測、評估，進而預測、預警是可持續(xù)發(fā)展對信息保障系統(tǒng)的需要. 對于中國而言，特別是洪澇災害、地震及其引發(fā)的次災害的預警、預防是迫在眉睫的任務之一. 空間信息技術可以在江河治理、防洪減災、地震監(jiān)測與評估等方面發(fā)揮獨特的作用.

根據(jù)自然災害發(fā)生的特點和規(guī)律，特別是突發(fā)性的災害，如洪澇、森林火災、雪災、地震災害等，要求做出判斷和反應的時間緊迫，而且評價分析的因素多，關系復雜，還要有高精度的評價結(jié)果[3]，因此，對災情快速、準確地監(jiān)測評價離不開空間信息技術. 同時隨著空間信息技術及其應用的日臻成熟，形成實時系統(tǒng)，能隨時隨地提供準確的監(jiān)測、評估數(shù)據(jù)及圖件，會對災情的及時掌握、防災減災的部署、災害救援工作等起到重要的作用.

2008年5月12日，汶川發(fā)生特大地震災害后，空間信息技術為快速搜集地震災害信息和快速響應救災減災提供了強有力的技術支持；從高時空分辨率遙感數(shù)據(jù)獲取、遙感數(shù)據(jù)快速處理、災害信息變化檢測與次生災害監(jiān)測等方面，空間信息技術發(fā)揮了重要作用. 遙感技術對次生災害如地震災區(qū)的堰塞湖、滑坡等的監(jiān)測，為預警和防減災及安置和疏散災民提供了重要的科學依據(jù). 同時空間信息技術也為災后重建工作順利地進行起到測評、分析、決策依據(jù)的作用.

2.5 支持決策部門快速、科學決策

利用空間信息技術提供的實時信息實現(xiàn)綜合空間信息處理，使決策部門及時掌握區(qū)域時空變化信息，可改變當前我國區(qū)域資源開發(fā)和環(huán)境保護決策的滯后與多目標決策缺乏協(xié)調(diào)性的局面，因此空間信息技術成為加強宏觀調(diào)控和科學決策的重要工具，大大提高決策的速度與科學性，具有顯著的經(jīng)濟效益. 比如通過遙感調(diào)查，政府決策部門能夠及時掌握區(qū)域資源環(huán)境的時空分布態(tài)勢，可以快速分析決策的可行性并實事求是地進行科學的調(diào)整. 在“5·12”汶川地震災害發(fā)生后的一系列應急響應中，空間信息技術與地質(zhì)、水文、水利和生態(tài)各學科的交叉合作，為救災與重建提供了可靠數(shù)據(jù)基礎、提供了科學有效的決策支持，其在災害應急響應中發(fā)揮了巨大的作用[5]. 因此汶川地震可作為空間信息技術輔助救災與重建的經(jīng)典實例，它所使用的數(shù)據(jù)源、參與的單位之多，對空間信息技術的需求之大，在以前的自然災害中是絕無僅有的.

3 結(jié)語

區(qū)域可持續(xù)發(fā)展決策應基于對區(qū)域自身環(huán)境的準確認知，取決于相關信息的及時獲取、處理和應用. 為此，不僅需要實時、動態(tài)掌握相關自然資源信息，而且需要對整個地球環(huán)境的變化信息進行全面、持續(xù)地獲取與處理，從而實現(xiàn)對與人類生存相關的環(huán)境信息和與發(fā)展相關的不斷變化的信息實時地、動態(tài)地監(jiān)測. 因此，空間信息技術為可持續(xù)發(fā)展提供了一種有效的自然環(huán)境信息的實時獲取、處理、分析和監(jiān)測、評價的技術支撐. 可以預期的是即將發(fā)展起來的“數(shù)字地球”，必將成為可持續(xù)發(fā)展的強有力的信息保障體系.

[1] 童慶禧. 地球空間信息科學之芻議[J]. 地理與地理信息科學, 2003, 19(4): 1-3.

[2] 王召海, 吳泉源. 論RS、GIS、GPS集成與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展[J]. 中國人口·資源與環(huán)境, 2000, 10 (增): 90-91.

[3] 王秀珍. 論RS、GPS、GIS技術與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J]. 新疆氣象, 1999, 22 (5): 34-37.

[4] 李德仁. 空間信息技術與農(nóng)業(yè)發(fā)展[J]. 大自然探索, 1999, 18 (1): 1-6.

[5] 李德仁, 陳曉玲, 蔡曉斌. 空間信息技術用于汶川地震救災[J]. 遙感學報, 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

襄樊學院科研項目 (2009YB013)；襄樊學院大學生科研項目(2009DX5038)

李權(quán)國(1977— ), 男, 山西朔州人, 襄樊學院教育學院講師, 成都理工大學博士生.

environment; Natural disaster

陳 丹)