試論"3S"技術(shù)在沙化土地監(jiān)測中的應(yīng)用

林樹才

摘 要：本文論述了黑龍江省荒漠化現(xiàn)狀，形成原因，利用3S技術(shù)在我省沙化土地監(jiān)測工作中進行了探討。3S技術(shù)減輕工作強度，提高了工作效率，為了解決林區(qū)森林資源調(diào)查工作量大、周期長、提供數(shù)據(jù)速度慢的問題，為沙化土地監(jiān)測各項政策制定提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：3S技術(shù)應(yīng)用 沙化土地監(jiān)測 荒漠化

我國是世界上沙化面積較大、分布較廣、危害嚴重的國家之一，全國沙漠總面積130.8萬hm2，約占國土總面積的13.6%，其中沙漠、荒漠占45.3%，沙漠化土（沙地）占11.2%，戈壁占43.5%，沙漠化相當嚴重。我省沙化土地面積378571.4 hm2，沙土耕地432993.1 hm2，占全省總土地面積的26%，分布較為集中，給該區(qū)的經(jīng)濟、環(huán)境和人民生活帶來嚴重影響。土地沙化已成為全球性災(zāi)難，是當今世界十大環(huán)境問題之首，所以荒漠化土地的治理和利用是擺在我們當前的主要任務(wù)。為了更好地掌握沙化土地類型、程度、面積、分布及消長狀況，分析動態(tài)變化原因，制定防沙治沙宏觀決策，需要我們建立一套較為完善的沙化土地監(jiān)測體系。遙感與GIS相結(jié)合，既可以保證GIS 具有高效和穩(wěn)定的信息源，又可以對遙感信息進行實時處理、科學(xué)管理和綜合分析，實現(xiàn)監(jiān)測、預(yù)測和決策的目的，為沙化監(jiān)測提供高效的技術(shù)支持。利用RS技術(shù)采集現(xiàn)勢性強的空間數(shù)據(jù)，應(yīng)用GIS技術(shù)建立圖形庫和與之相匹配的屬性庫，利用GPS技術(shù)進行準確定位，對土地現(xiàn)狀進行檢查和監(jiān)測。根據(jù)本次調(diào)查結(jié)果和前期調(diào)查數(shù)據(jù)在監(jiān)測區(qū)可比范圍內(nèi)進行動態(tài)變化分析。

一、荒漠化土地的分布狀況

黑龍江省沙區(qū)處于我國北方萬里風(fēng)沙線東端，主要集中于我省西南半干旱地區(qū)，分布在嫩江流域下游的沖積平原上，統(tǒng)稱嫩江沙地。地理位置：東經(jīng)122°10′-125°10′，北緯43°30′-48°30′。沿嫩江干流兩側(cè)寬242km，長400km的范圍內(nèi)，形成東北向西南走向的帶狀沙區(qū)。

二、沙漠化形成的原因

1、森林遭受破壞：伐木開荒，種植農(nóng)作物；雨水沖刷裸地，出現(xiàn)溝壑，導(dǎo)致水災(zāi)；在干旱時期，風(fēng)把干燥表土吹走，造成山地巖石裸露，寸草不生。這就是沙漠化的開始，也是破壞森林造成的惡性循環(huán)的結(jié)果。

2.土壤鹽漬化導(dǎo)致田原荒廢：沒有排水設(shè)施的農(nóng)田經(jīng)過灌溉或水淹之后，鹽分上升到地面，出現(xiàn)大面積的鹽堿地。到目前為止，全世界已有幾百萬公頃，可耕地因鹽漬化、沼澤化而變成荒漠。毀林開荒，暴雨沖刷表土促成紅壤化，高溫氣候進一步加速氧化過程。在這些作用配合之下，地表有機質(zhì)很快消失，土壤發(fā)生衰竭，從而逐漸趨向沙漠化。

3、人類的有害活動：沙漠擴大的另一個原因是人類自身的破壞行為。例如游牧部落把一片片森林變成牧場、牲畜啃食樹皮和矮枝。干旱季節(jié)，高部枝葉也成為羊群的飼料。由于人、畜增加，甚至在年降水150mm的地區(qū)也實施開發(fā)。這類地區(qū)，一旦干旱期再次來臨，就很快被風(fēng)蝕。人類制造了沙漠，并使其有擴張的趨勢。

三、土地沙漠化危害

土地沙漠化給沙區(qū)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來了嚴重災(zāi)害，在我省千里風(fēng)沙線上有30萬hm2農(nóng)田，25萬hm2草原受風(fēng)沙危害，據(jù)調(diào)查，每年因風(fēng)沙危害所造成的直接損失高達11億元。

1、剝失表土、肥力減退：據(jù)觀測：≥5m/s風(fēng)速開始引起沙地風(fēng)蝕；≥8m/s大風(fēng)，剝蝕表土2mm；≥11m/s大風(fēng)剝蝕表土5mm。在沙地原始黑鈣土上，年剝蝕表土0.7～10cm，平均每年跑土5.6～6.6 hm2，相當于損失N、P、7.5～10kg，K17.5～22.5kg，在沙區(qū)每年因風(fēng)蝕毀種面積約占耕地總面積5%左右。風(fēng)沙嚴重地區(qū)在旱情嚴重的年份，毀種面積更大，毀種次數(shù)達3次。隨著風(fēng)沙侵蝕程度的加重，土壤理化性質(zhì)越來越差，肥力不斷減弱，產(chǎn)量逐年下降。

2、草原沙漠化、生產(chǎn)力下降：據(jù)統(tǒng)計，沙區(qū)草原沙漠化面積25.7萬hm2，占沙區(qū)草原面積77.3萬hm2的33%。由于草原沙漠化，草場質(zhì)量下降，單位面積載畜量減少，嚴重影響牧業(yè)生產(chǎn)發(fā)展。50年代優(yōu)質(zhì)草原占53%，現(xiàn)已下降到了13%。50年代產(chǎn)干草多在1500～2250kg/ hm2。而現(xiàn)在產(chǎn)干草532.5kg/ hm2，草原生產(chǎn)力和利用率明顯下降。

四、RS遙感技術(shù)應(yīng)用

本次沙化土地監(jiān)測遙感技術(shù)的應(yīng)用，主要是對遙感數(shù)據(jù)進行幾何精確校正、增強、融合等處理后，以調(diào)查總體為單位制成 1：5萬比例尺的遙感影像圖。通過建立的解譯標志進行目視判讀區(qū)劃圖斑，再到現(xiàn)地驗證調(diào)查。遙感技術(shù)就是用裝在平臺上的傳感器來收集（測定）由對象輻射或反射來的電磁波，再通過對這些數(shù)據(jù)的分析和處理，獲得對象信息的技術(shù)。以林場為單位的高精度的森林資源調(diào)查，利用RS數(shù)據(jù)作為?。殻?班區(qū)劃的依據(jù)，結(jié)合林班、等高線、特征高程點等矢量數(shù)據(jù)，在?。殻┌嗤鈽I(yè)區(qū)劃調(diào)查前進行室內(nèi)預(yù)判、分類、區(qū)劃設(shè)計、輔以原有影像和圖面資源，加上野外勘察驗證，能夠準確、快速區(qū)劃森林小班，將外業(yè)圖紙區(qū)劃80%的工作放到室內(nèi)進行，減少野外繪圖的工作量，提高外業(yè)調(diào)查的速度。遙感方法由于覆蓋范圍廣，能夠跟蹤動態(tài)變化，并重復(fù)不斷地提供森林資源信息，在沙化土地監(jiān)測調(diào)查中具有強大優(yōu)勢。不同的森林覆蓋類型具有不同的生物物理特性，特別是表現(xiàn)在隨波長而變化的輻射亮度差異，可見光傳感器產(chǎn)生的圖像記錄了不同土地類型和不同森林植被覆蓋類型的輻射亮度值，據(jù)此利用專業(yè)遙感圖像處理軟件和相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型可以提取森林特數(shù)據(jù)采集（錄入）GPS 地圖資料文字、圖片、錄像數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)圖形和圖像處理子系統(tǒng)RS查詢 分析 輸出用戶GIS128升飛機或無人駕駛飛機，配合DGPS、航攝、掃描儀實現(xiàn)數(shù)據(jù)更新.更大的區(qū)域則可采用航天遙感數(shù)據(jù)更新，應(yīng)該肯定，一個實時化的系統(tǒng)必然是一個動態(tài)化而且充分采用了趨勢預(yù)測空間分析模型的系統(tǒng).

1、圖像的校正是指從具有幾何畸變的圖像中消除畸變的過程。也可以說是定量地確定圖像坐標與目標物的地理坐標的對應(yīng)關(guān)系。本次研究利用控制點的圖像坐標和目標物坐標的對應(yīng)關(guān)系，用多項式模型確定所給的圖像坐標系和應(yīng)輸出的地圖坐標系之間的坐標變換式，坐標變換式的系數(shù)可從控制點的圖像坐標值和目標物坐標中求出。

2、解譯標的建立：建立不同地區(qū)、不同時相衛(wèi)星遙感圖像解譯標志。根據(jù)監(jiān)測范圍的地理氣候和社會經(jīng)濟特點、遙感圖像特征，選擇不同類型的試驗區(qū)，現(xiàn)地調(diào)查土地利用類型、沙化土地類型、土壤、植被及地形地貌等，拍攝與衛(wèi)星遙感圖像相接近的野外景觀數(shù)碼圖像，與相同地點的衛(wèi)星遙感圖像構(gòu)成像對，建立土地利用類型與遙感圖像特征對應(yīng)的關(guān)系，即不同土地利用類型在遙感圖像上表現(xiàn)出的色調(diào)、紋理、形狀、分布不同特征等。遙感解譯標志，是判讀人員準確判斷目標地物遙感圖像信息參照標準。它既能直接反映和表現(xiàn)目標地物信息的色調(diào)、大小、形狀、陰影、紋理、圖形，又能間接反映和表現(xiàn)地物信息的遙感各種特征。根據(jù)現(xiàn)地調(diào)查核實結(jié)果，在現(xiàn)地對衛(wèi)星圖像目視解譯形成的圖斑界線進行修正，利用 GPS對有關(guān)調(diào)查圖斑進行現(xiàn)地定位。

五、3S技術(shù)的應(yīng)用

GIS的應(yīng)用解決了調(diào)查人員手工制圖及與繪圖員之間相銜接存在的問題。直接用 DBF 數(shù)據(jù)導(dǎo)入繪圖軟件，減輕了調(diào)查員工作強度并解決面積計算精度問題，各地類面積精度分別為98%以上；通過對各類地物及樣點采集數(shù)據(jù)進行信息處理； 建立圖形數(shù)據(jù)庫及其屬性數(shù)據(jù)庫文件，完成沙化土地面積計算及專題圖的繪制，使沙化監(jiān)測工作實現(xiàn)了數(shù)字化，可視化，易于修改調(diào)用，為沙化土地監(jiān)測的各項政策制定提供了科學(xué)依據(jù)。

3S技術(shù)中的RS圖像含有巨大的信息量，GPS可以精確地導(dǎo)航定位，利用GIS強大的制圖功能，可以根據(jù)用戶需要快速、精確地滿足多種專題圖制作的要求。直接輸出包括地形在內(nèi)的各種專業(yè)圖件，編制時間大大縮短，精度也有了較高的保證。所以，用合適的遙感數(shù)據(jù)源結(jié)合地面抽樣技術(shù)，利用GPS對樣地進行空間定位，最后用GIS對各種調(diào)查數(shù)據(jù)進行匯總和分析，這種3S集成技術(shù)在林區(qū)森林資源調(diào)查中的應(yīng)用，極大地提高了決策的適時性、監(jiān)測的準確性、管理的高效性和科學(xué)研究的精確性。endprint