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RS为基础,谈水体监测RGIS的发展

2006-12-22 13:50    【  【打印】【我要纠错】

  水、土地、能源是人类社会生存和发展的三大战略性资源,而我国水资源问题则更加突出。据预测,到本世纪中叶,我国将进入缺水国家行列,洪涝灾害、干旱缺水、水污染和生态环境恶化已成为我国经济社会可持续发展的重要制约因素。天然水体的实时监测是环境保护的关键 ,监测的手段的现代化则显得尤为重要,随着科学技术的进步,水质监测技术迅速发展,仪器分析、计算机控制等现代化手段在水质监测中得到了广泛应用。分析方法从分光光度法、电位法发展到原子吸收法、原子荧光光谱法、气相色谱法和液相色谱法等;手动和半自动实验方法、仪器也正逐步被计算机控制的自动监测、遥测装置所代替,其中配合RS(卫星遥感)的GIS(地理信息系统,Geographical Information System)是一种很先进可行的技术,然而GIS的应用却存在一些误区。

  1、国内外GIS系统概况

  遍阅所有的GIS信息系统,实属是一种与地面位置相关的信息系统,每种系统皆可以自成体系,差别仅在于功能。如最常见的ESRI公司的ARC/INFO,包含几千个GIS分析功能,致力于为用户提供优质服务。另外还有GeoMedia,可利用GemediaWebMap工具,动态生成地图,支持GIS数据库的属性等,也能在“HotSpot”功能下产出静态地图。MapInfo公司的MapInfoProfessional是基于Windows之上的桌面地图软件,用于存取、可视化、分析综合的地理数据,以及高级的制图工具、远程数据库存取等。MapXtreme是一个基于Web的地图应用服务器,因而可以将地图信息通过Internet/Intranet传送到整个企业乃至更广的广大用户。Bentley公司主要生产面向工程的软件,它覆盖的工程领域有建设/设计、地理、土木、工厂、机械等。国内的GIS产品功能较弱,有:CityGIS采用面向对象的设计和编码技术,它的最显著的特点就是图形操作灵便、实用尤其是对于大数据矢量和图像;另外它的另一特点体现在它的图形编辑功能,有利于进行屏幕数字化。MapGIS是国家优选的具有自主版权的地理信息系统软件平台,它有三大特点:1.可制作具有出版精度的复杂地质图,2.海量无缝地图数据库管理功能,3.高效的空间分析功能。它将传统的地图制图软件、数据库软件以及数据分析软件功能汇集到一个统一的平台,从而为多源地学数据的综合评价于分析,创造了一个理想的环境。地球上水体(水资源)的时空分布和运动变化信息,并应用GIS方法来研究地球上水体的起源、存在、分布、循环、运动、转化及质和量的变化规律以及地球上水圈同大气圈、岩石圈和生物圈等地球自然圈层的相互关系,并应用这些规律为人类适应、利用、改造和保护环境,实现人与自然和谐相处和人类社会的可持续发展提供服务的知识体系。

  2、GIS的误区

  在建立“航空遥感信息系统”时,随城市发展需求发现,当全世界都在热衷与研究开发GIS时,却存在一个较为隐蔽的误区,而这误区一直影响到我国,如国内行业以为地理信息基础平台,都是测绘地图,这种误区将导致我们的认识、我们的出发点,永远停留在地形图所的含的少量信息上,为此信息采集和应用将永远滞后于全世界孜孜不倦追求的高分辨率遥感影像,包括航空遥感和卫星遥感影像。

  一种真正的地理信息系统,其含有地表上下空间的各种地理信息,而绝非像仅靠接触式的勾绘过的地形图作为基础地理信息那样缺乏综合性。应该认为,基于接触式勾绘地形图作为基础地理信息显然满足不了现代城市管理需求,也难称得上基础。因为基础必然具有在此基础上可以获得更多的信息和综合信息量。而地形图通常指大于1:100万比例尺、表示地物复杂程度,反映地面主要要素,如地貌、水文、工程建筑、居民点等;适时地测量和调绘成直接成果,是国家最基本地地图,是编制其他比例尺的土地的基础,而并非是反映内在联系综合性很强的地表遥感影像,所以若把地图作为基础地理信息数据来作GIS,显然远远不够。又因为,当代地理学倾向于对人地关系的地域系统进行综合研究,而一般地形图和城市地图,几乎无法去进行地理分析研究,没听说用地形图做地理信息地分析研究,以及概括地理和地理学内涵。常规地理信息系统,若以地形图作为基础地理信息数据,无疑都已碰到很大困难;而只有抓准地理学精髓观念和概念,从地理信息系统发展的观点去分析。

  常见GIS不实用的原因是:1.缺乏图像信息数字化标准和遥感图像库。2.专题成果相互之间的迭置分析尚未真正地建立。3.没有功能灵活与信息传递的GIS软件平台。很多系统还只是一种表面上的结合,尚未达到学术与应用概念的结合、标准与类型的结合,远景与近期目标的结合,好像是无标准的记录系统,无法更新续用,另外如今GIS运行的统计数字,经常不以RS为基础,而以地形图作空间特征介绍,常含有“假数真做”的文章,而不用遥感影像作为具体的电子地图,仿佛身份证,不用免冠照片,而用素描图,行否?这一点早被国家土地资源管理与监督所证实。充分说明了用遥感照片的方式信息效率要高得多。因此,称为数字城市的基础,必须能够“表达已知、呈现未知、扩大认知、挖掘新知”。

  3、RGIS的提出

  GIS若是一种以遥感(RS)信息为主的地理信息系统,这类系统有一个最大的特点,其有一个空间特征的综合信息过程,是一种非接触式的获取信息的系统,它是对目前以地形图为数字框架的地理信息系统的一种突破,从这个意义上讲是一种真正的地理信息系统,其含有地表上下空间的各种地理信息,而绝非像仅靠接触式的勾绘过的地形图作为基础地理信息那样缺乏综合性。当时在GIS环境中,遥感信息的应用技术未形成一个实用的系统,GIS表达能力远非今日可比,明显的弱点是对信息的容纳和调用存在问题,尽管通称为“遥感信息系统”,试满足遥感信息查询、数据库管理、图形编辑、制图、数据分析和输出,并力求向实用化目标发展,但是缺乏对海量信息及数字城市这样的认识,而是一种迫于“成果”而快速建立的系统。当回顾与检验并找出这些症结的时候,这就为全新的RS和GIS的研究提供了借鉴:GIS必须以RS为基础,以信息流为基础。

  GIS定位直接关系到遥感信息库的建库定位和相关技术内容,所以定位是本项目的第一基础:1.要为综合调查建立图象库、文档库服务;2.面对越来越多的遥感图像数据,提出新的方案,包括图像配准和信息处理模型等。要建立一个良好的平台,便于政府、行业管理部门对城市建设、管理进行信息分析和信息更新等工作。前者是信息源,是借助于遥感的原理,或者说应用RS技术捕获城市的面貌的信息。后者是信息处理,是借助于相应的计算机技术开发平台,或者说GIS软件平台作为信息存贮、管理、分析和应用的工具。系统加快了政府管理信息化进程,是适应国民经济和社会信息化发展的迫切要求,尤其是社会公众的电信发展如此之快,媒体传播如此之快,这就加大了政府管理对信息化需求的关注,否则将落后于社会,对政府和企业发展都会有极大影响。同时,是一个动态信息和城市空间信息相关的一种综合显示,而且是一个难度不大的及时信息综合的概念,经过新GIS阶段,即突破为“RGIS”。

  RGIS是信息科学、空间科学和地理科学的结合,系统要实现空中对地观察图像数字化、不同比例尺图像迭合分析和不同分辨率图像迭置分析,而建立一个不同点源及不同尺度的遥感数字信息场,使得城市建设和管理者有一个在计算机上就能看到全市综合特征的信息库,即综合信息场。RGIS要体现出以遥感技术和信息系统技术的有机结合,为遥感综合调查信息在进行统一分类和规整处理的技术方案上进行应用的探索研究,RGIS是一个综合分析与表达技术。因此RGIS绝对离开不了综合信息场,也即信息场可视基础主要以RS为基础。其中,地理空间与地学也是一个很有尺度的学问,GIS中社会和国民经济信息等也决不是地图科学。为此,为区别先前的GIS概念,为推广和发展,又不屈服于误解,可称其为RGIS.当你想把GIS作为传统地图的延续,在GIS的开始阶段是允许的。然而,这不是GIS的本意。其本意应当是逐渐对所有的行业信息能包容的综合信息的图。现在已经明朗,最好是以包含了定位与定量内容的RS信息的基础上做行业的几何信息、空间属性与统计的支持决策等处理,这才是RGIS城市地理信息系统。以往地形图的GIS基础已经只是其中的行业图件之一了。因为其他行业管理图件,已经成为各行业自己的GIS基础,实实在在的基础。若同时又强调要以地形图作为所有GIS基础地理信息图,这必将引起对地形图的应用精度和使用期限等问题。从信息化讲,实际上应用RGIS作为管理,就是一个随着管理事件的点源尺度变化而变化的具体的动态信息和静态信息特征。

  RGIS绝不是以地形图为基础的地理信息平台,而是以RS影像为基础的确实充满综合信息的系统平台。近期,又被一个有效的事例所证实。某城市的人口统计已经完成,人口普查的分布特征底图,由于其统计底图单元,是以数百人为单元的实际现状,这种小单元大比例关系的底图,统计精度高,而地形图上是缺乏相关联信息的,统计的边界却无法准确落在城市或郊区“正规”的地形图上,唯有依靠能反映地面所有微细的综合信息的彩红外航空遥感数字影像来解决问题,即解决“统计边界”信息落地的问题,这就为人口资源环境问题首先解决了人口统计与地面区域的综合信息相关的表达基础,为建立客观、准确的整个人口资源环境发展和分析,建立了可靠的RGIS基础。有人称矢量地形图是一种最为单一的,只是反映了地物简单的几何边界及其位置,高层建筑与多层建筑在地形图上是区分不出来的,常见一样的形状;地面的微小差别,如植被差别、露裸非露裸土地差别、河海防护堤特征、小路小溪等在地形图上是没有的,建筑物的外形特征、绿化质量特征等都是找不到的。这些常是统计分析、统计单元的信息边界,极其重要,如人口统计单元边界,地形图上无法整合的话,而航空遥感图像可淋漓尽致的反应并准确整合。同时,各基础地理信息系统的矢量线划表达的信息,依据航空遥感地物信息,即可获得非常具体的综合信息,因为在地形图上你所得到的信息太少,新的认识更少,说实在的没有一个城市建设和管理者真的是用地形图来获得管理信息的,因此,不能依靠地形图去承担基础地理信息的重任,而只有依靠高分辨率的遥感信息才能获得,并达到这一目标。换言之,矢量地形图与其他行业管理数字化图是同一种类型的信息,它们都实际上来源于地表真实写照的遥感影像。现代化、信息化、系统化的水质监测体系日益提上议事日程,我们认为在现有的四级水质监测体系下,以提高水质监测技术的现代化、标准化以及管理制度化的水平为目标,逐步建立起实验室、移动监测和自动监测相结合的立体化监测模式,并统一在水利部水质监测中心之下,可以有效全面的解决我国可持续发展过程中所面临的水质监测问题。

  4、RGIS的展望

  RGIS不仅适用于天然水体的实时监测,还适用于各省大、中、小城市其他方面的发展。正在启动的国家防汛指挥系统工程将在数据传输方面采用通信卫星和安全的网络技术;用遥感技术监测洪涝灾害;在七大江河流域建立以RGIS技术为支撑的包括社会经济、水体、水利工程、地形、土地利用、行政边界、交通、通信、生命线工程等数据层的分布式防洪基础背景数据库或数据仓库;完善水文及灾害预报这些以空间数据为基础的虚拟地球的技术;以及灾前作洪水预报及对未来各种降雨情况下的水情进行模拟等直接为决策提供依据的综合服务。尤其是目前,正值西部大开发进入了实质性的实施运作阶段,城镇建设作为区域社会经济活动的中心,正需要有一个这样的信息基础,也就是说不可避免地谈到数字建设;密切部门间的联系与合作,相互协调,形成合力,从而有效的提高保护城市环境能力。

  参考文献:

  1.庄逢甘、陈述彭,遥感科技论坛,地震出版社2000年。10月ISBN7-5028-1839-1

  2.孙建中,21世纪特大城市信息化基础之一:航空遥感综合信息场(上)(下),上海建设科技2001年第1、第2期ISSN1005-6637

  3.李怡庭。全国水质监测规划概述。中国水利,2003.7B,4.吴灿帮,费龙。现代环境监测技术。北京:中国环境科学出版社,1999,

  5.李国刚。 环境自动监测技术与设备的发展动态。 第二届环境监测仪器与现代控制技术在环境治理工程中的应用研讨会。 北京,2003.10

  6.国家空间信息基础设施“十五”总体规划思路和2010年发展远景研究报告

  7.空间技术应用科技发展“十五”规划和2015年远景规划

  8.测绘科技发展基金项目:构建“数字中国”地理空间基础框架总体战略研究

  9.中华人民共和国科学技术部国家遥感中心网站

梁伟峰

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