基于3S 技術(shù)的土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

王靜 河南省夏邑縣環(huán)境保護(hù)局

一、土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要性

據(jù)統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，全國土壤污染超標(biāo)率高達(dá)16%，其中11%為輕微度污染，6%為輕度、中度和重度污染。經(jīng)分析，無機(jī)污染最為嚴(yán)重，如鉛、鎘、汞、砷等，污染范圍遍布全國各地。為做好土壤環(huán)境治理工作，首先需要根據(jù)治理現(xiàn)狀，開展全面監(jiān)測(cè)，了解土壤污染實(shí)際情況。土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)主要是測(cè)定影響土壤環(huán)境質(zhì)量因素的代表值，并由此進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量及其變化趨勢(shì)的確定。主要監(jiān)測(cè)技術(shù)內(nèi)容包括：布點(diǎn)采樣、樣品制備、分析方法、結(jié)果表征、資料統(tǒng)計(jì)和質(zhì)量評(píng)價(jià)等。土壤污染監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)掌握土壤質(zhì)量狀況，實(shí)施土壤污染控制防治途徑和質(zhì)量管理有重要意義。

二、3S 技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3S 技術(shù)是三種現(xiàn)代信息技術(shù)的統(tǒng)稱，即遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS），是空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)等多種技術(shù)的結(jié)合，可以采集、處理、管理、分析、應(yīng)用空間信息。在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中，3S 技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)如下：

（一）GPS 技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

空間定位是GPS 技術(shù)的主要作用，當(dāng)前，差分定位系統(tǒng)的定位精度較高，可達(dá)到亞米級(jí)水平，在野外，動(dòng)態(tài)差分技術(shù)定位精度也可達(dá)到厘米級(jí)。

當(dāng)前，土壤污染問題嚴(yán)重，通過“土壤→水→人體”將會(huì)被人體間接吸收，最終危害人體健康。為控制土壤整體生態(tài)環(huán)境，必須控制污染有害物質(zhì)含量，監(jiān)測(cè)有害物質(zhì)類型和含量。利用GPS 定位，在衛(wèi)星遙感圖上合成土壤監(jiān)控邊界曲線，通過疊圖處理，對(duì)比分析本年度曲線和往年所得曲線，便于了解土壤污染面積和擴(kuò)展速度，從而確定污染情況。相比人工方法，通過GPS 采集地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更精確，投入的人力、物力更少，能夠?yàn)閯?chuàng)建完善地理信息系統(tǒng)提供可靠保障。

（二）GIS 技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

作為多種學(xué)科交叉的產(chǎn)物，GIS 技術(shù)以地理空間為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)支持下，可以采集、存儲(chǔ)、管理、處理、分析、顯示、描述地理分布數(shù)據(jù)的一種特定的重要空間信息系統(tǒng)。在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中，主要通過GIS 系統(tǒng)構(gòu)成四個(gè)不同部分，即硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)庫及管理人員，主要功能為輸入數(shù)據(jù)、編輯圖表與文本、存儲(chǔ)及管理數(shù)據(jù)、查詢及分析空間、輸出及表達(dá)數(shù)據(jù)等。將該系統(tǒng)用于土壤環(huán)境數(shù)據(jù)庫建立，并通過該系統(tǒng)完善土壤環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，繪制土壤環(huán)境分類圖。從而更直接、更清晰地了解土壤污染因素，提出治理土壤環(huán)境污染的評(píng)價(jià)預(yù)警指標(biāo)系統(tǒng)，為各部門及政府治理土壤污染提供客觀、真實(shí)、有效、精確的數(shù)據(jù)。

（三）RS 技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

遙感技術(shù)被簡(jiǎn)稱為RS 技術(shù)，是指地球表層各類地理電磁波信息可通過高空、外層空間接收，并通過掃描、攝影、傳輸和處理這些信息，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)定及識(shí)別地表各類地物和現(xiàn)象，是一種現(xiàn)代綜合技術(shù)。目前，廣泛用于調(diào)查植被資源、估測(cè)作物產(chǎn)量、預(yù)測(cè)病蟲害等方面。在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中，采用RS 技術(shù)可以監(jiān)測(cè)農(nóng)田、草地、林地內(nèi)植物生長(zhǎng)環(huán)境、生長(zhǎng)狀況的準(zhǔn)確信息，在采集大面積植物生長(zhǎng)信息方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。通利用遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)物體對(duì)電磁波的感應(yīng)作用，可以監(jiān)測(cè)到土壤上植物生長(zhǎng)情況，建立遙感數(shù)據(jù)和土壤狀況、生物物理化學(xué)參數(shù)之間的相互關(guān)系，并對(duì)植物生長(zhǎng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最終監(jiān)測(cè)出土壤環(huán)境狀況。

三、土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分析

（一）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想

整個(gè)系統(tǒng)由環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)和GIS 支持系統(tǒng)2 個(gè)不同層次結(jié)構(gòu)組成。環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)是其前臺(tái)環(huán)境，在這里可以查詢到與土壤環(huán)境有關(guān)的地理圖片信息、報(bào)表、文字材料、統(tǒng)計(jì)專題圖、多媒體資料等，從而使用戶從多方面了解土壤環(huán)境的狀況，發(fā)揮地理信息系統(tǒng)空間性、綜合性的優(yōu)勢(shì)。GIS 是為土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)提供技術(shù)支持的一套空間信息采集和分析工具，為達(dá)到縮短周期、節(jié)約經(jīng)費(fèi)的目的，系統(tǒng)在開發(fā)初期采取邊開發(fā)、邊使用、邊完善的方式。

（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)子系統(tǒng)要點(diǎn)分析

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)表格的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，查詢時(shí)使用各屬性的ID 號(hào)即可，在本系統(tǒng)中主要包括4 大項(xiàng)，即土壤環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)信息、國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境法規(guī)及環(huán)境背景信息。這些數(shù)據(jù)相對(duì)比較穩(wěn)定，與其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換也較少。

土壤環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)信息是反映土壤狀況的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如土壤水分、土壤硬度、土壤酸堿度，土壤養(yǎng)分等，具體監(jiān)測(cè)土壤內(nèi)銅、汞、砷、鉛、鉻、鎘等信息。

國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境法規(guī)主要包括國家規(guī)定的土壤污染超標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)等，現(xiàn)今國家環(huán)境保護(hù)總局對(duì)土壤治理的相關(guān)政策及可能的未來發(fā)展情況，主要是一些PDF 格式的文檔，存儲(chǔ)在相應(yīng)的文檔數(shù)據(jù)庫，并可以定期更新。

環(huán)境背景信息主要包括土壤治理保護(hù)情況，如國家相關(guān)政策，資金運(yùn)作情況等。

以上資料和數(shù)據(jù)均通過文字、圖片、視頻等多媒體形式展示土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀，使治理保護(hù)和資源開發(fā)協(xié)調(diào)發(fā)展。

（2）業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)

業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)不同于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)，主要呈現(xiàn)方式為相關(guān)圖層與餅狀圖、柱狀圖、坐標(biāo)曲線圖或空間三維圖的結(jié)合，通過這種形式呈現(xiàn)，更直觀、更形象，可增強(qiáng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用效果。

（3）辦公管理子系統(tǒng)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)是主要數(shù)據(jù)呈現(xiàn)系統(tǒng)，因此，在辦公管理子系統(tǒng)當(dāng)中，僅需在該系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理、查詢輸出三個(gè)項(xiàng)目即可。數(shù)據(jù)管理的主要功能為錄入、修改、刪除、輸出數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理主要功能為批量處理、單表處理；查詢輸出主要功能為格式查詢、地理查詢、條件查詢。

（4）系統(tǒng)維護(hù)子系統(tǒng)

土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)各項(xiàng)功能的維護(hù)與管理均可通過系統(tǒng)維護(hù)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，常用功能為系統(tǒng)管理員信息、系統(tǒng)訪問權(quán)限設(shè)置、密碼設(shè)置、幫助等。

四、結(jié)語

綜上所述，土壤環(huán)境變化，關(guān)系到人們生產(chǎn)生活的方方面面。將3S 技術(shù)用于土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)，可實(shí)時(shí)查詢、分析、預(yù)測(cè)及管理土壤環(huán)境情況，便于調(diào)節(jié)土壤成分，有效防控土壤污染。完善土壤環(huán)境信息體系建設(shè)，有助于提高土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)事業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展。