3S技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用

前言

進(jìn)入2l世紀(jì)以來，隨著人口劇增、資源短缺、生態(tài)破壞與環(huán)境污染加劇，促使資源、環(huán)境與人口之間的矛盾日益深化。全球變暖、臭氧層破壞、酸雨、物種滅絕、土地沙漠化、森林銳減、環(huán)境污染等大范圍和全球性環(huán)境危機(jī)，嚴(yán)重威脅著人類的生存和發(fā)展。為此，應(yīng)對(duì)氣候變化，減緩環(huán)境惡化速度，保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境，已成為世界各國(guó)共同關(guān)注的重大課題。近10年來，環(huán)境科學(xué)、地球科學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及3s技術(shù)、空間信息技術(shù)的快速發(fā)展，為廣泛深入研究復(fù)雜的環(huán)境問題提供了基礎(chǔ)。特別是數(shù)字地球理論的核心——3S技術(shù)的應(yīng)用，極大地促進(jìn)了環(huán)境科學(xué)的發(fā)展，提高了環(huán)境管理的水平。3s技術(shù)是遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）三個(gè)信息技術(shù)的總稱。三者相互獨(dú)立而在應(yīng)用上又密切相關(guān)。遙感（remote sensing，RS）是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一門新興的對(duì)地觀測(cè)綜合性技術(shù)，它以航空攝影技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同物體對(duì)電磁輻射產(chǎn)生不同響應(yīng)的原理，利用飛機(jī)、飛船、衛(wèi)星等遙感平臺(tái)上的傳感器實(shí)施遠(yuǎn)距離探測(cè)，以獲取目標(biāo)地物及其周圍環(huán)境的信息。全球定位系統(tǒng)（global positioning systems，G：PS）是一個(gè)由覆蓋全球的若干衛(wèi)星組成的全球性、全天候和實(shí)時(shí)性的衛(wèi)星導(dǎo)航及精密定位系統(tǒng)。GPS能夠快速、高效、準(zhǔn)確地提供目標(biāo)地物點(diǎn)、線、面要素的精確三維坐標(biāo)以及其他相關(guān)信息。地理信息系統(tǒng)（geographic information systems，GIS）是在計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地理空間中的地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。GIs被譽(yù)為地學(xué)的第三代語言，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于對(duì)空間數(shù)據(jù)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)挖掘能力和綜合、模擬與分析評(píng)價(jià)能力，可實(shí)現(xiàn)地理空間過程演化的模擬和預(yù)測(cè)，是一種重要的空間信息系統(tǒng)。RS、GPS和GIs在空間信息采集、動(dòng)態(tài)分析與管理等方面各具特色，且具有較強(qiáng)的互補(bǔ)性。這一特點(diǎn)使得3s技術(shù)在應(yīng)用中緊密結(jié)合，并逐步朝著一體化集成的方向發(fā)展。3S技術(shù)及其集成應(yīng)用已經(jīng)成為空間信息技術(shù)和環(huán)境科學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向。其中，GPS主要用于目標(biāo)物的空間實(shí)時(shí)定位和不同地表覆蓋邊界的確定；RS主要用于快速獲取目標(biāo)及其環(huán)境的信息，發(fā)現(xiàn)地表的各種變化，及時(shí)對(duì)GIs進(jìn)行數(shù)據(jù)更新；GIS是3S技術(shù)的核心部分，通過空間信息平臺(tái)，對(duì)RS和GPS及其他來源的時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、集成管理及動(dòng)態(tài)存取等操作，并借助數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和空間分析功能提取有用信息，使之成為決策的科學(xué)依據(jù)。

內(nèi)容概要

本書為普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，應(yīng)環(huán)境科學(xué)的發(fā)展需要，對(duì)3S技術(shù)的基本原理與方法，及其在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了較為全面的介紹。全書共分九章，第一、二章介紹遙感(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)的基本理論與技術(shù)方法，以及3S集成技術(shù)的基本內(nèi)涵；第三章至第九章結(jié)合3S技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐，分別介紹3S技術(shù)在大氣環(huán)境、水資源與水環(huán)境、海洋環(huán)境、森林及草地生態(tài)系統(tǒng)、土地利用／土地覆蓋變化研究、土地退化研究、城市環(huán)境保護(hù)與管理中的應(yīng)用。全書內(nèi)容豐富，系統(tǒng)性強(qiáng)，具有較強(qiáng)的科學(xué)性和實(shí)用性。    本書可作為高等學(xué)校環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)本科生教材，也可作為環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)研究生以及從事環(huán)境保護(hù)與管理等相關(guān)工作人員的參考書。

書籍目錄

第一章  遙感基礎(chǔ)理論  第一節(jié)  遙感概述    一、遙感的概念    二、遙感技術(shù)的發(fā)展    三、遙感的分類    四、遙感技術(shù)的特點(diǎn)及遙感技術(shù)系統(tǒng)的組成  第二節(jié)  遙感信息的獲取    一、遙感的物理基礎(chǔ)    二、遙感的成像原理    三、遙感圖像的特征  第三節(jié)  遙感數(shù)字圖像處理    一、遙感圖像校正    二、遙感圖像增強(qiáng)和變換    三、多源數(shù)據(jù)融合  第四節(jié)  遙感圖像解譯    一、遙感圖像目視判讀    二、遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)分類    三、定量遙感反演  第五節(jié)  遙感前沿技術(shù)    一、高光譜遙感    二、熱紅外遙感    三、微波遙感  思考題第二章  全球定位系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)  第一節(jié)  全球定位系統(tǒng)    一、全球定位系統(tǒng)概述    二、坐標(biāo)系統(tǒng)和工作原理    三、全球定位系統(tǒng)的特點(diǎn)與用途  第二節(jié)  地理信息系統(tǒng)    一、地理信息系統(tǒng)概述    二、地理信息系統(tǒng)常用功能介紹  第三節(jié)  3S集成技術(shù)    一、遙感與地理信息系統(tǒng)的集成    二、全球定位系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)的集成    三、全球定位系統(tǒng)與遙感的集成    四、3S技術(shù)的集成  思考題第三章  3S技術(shù)在大氣環(huán)境中的應(yīng)用  第一節(jié)  遙感技術(shù)在大氣環(huán)境中的應(yīng)用    一、大氣監(jiān)測(cè)中的遙感技術(shù)    二、遙感技術(shù)在大氣監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用    三、遙感技術(shù)在地表溫度監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用    四、遙感技術(shù)在氣象預(yù)報(bào)中的應(yīng)用  第二節(jié)  全球定位系統(tǒng)在大氣環(huán)境中的應(yīng)用    一、全球定位系統(tǒng)研究大氣水汽含量的基本原理    二、全球定位系統(tǒng)反演水汽在天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用實(shí)踐  第三節(jié)  地理信息系統(tǒng)在大氣環(huán)境中的應(yīng)用    一、地理信息系統(tǒng)在城市大氣環(huán)境規(guī)劃管理中的應(yīng)用    二、地理信息系統(tǒng)在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用  思考題第四章  3S技術(shù)在水資源與水環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用  第一節(jié)  遙感技術(shù)在水資源和水環(huán)境研究中的應(yīng)用    一、遙感在地表水資源研究中的應(yīng)用    二、遙感在地下水資源研究中的應(yīng)用    三、遙感在水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)研究中的應(yīng)用  第二節(jié)  地理信息系統(tǒng)在水資源和水環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用    一、地理信息系統(tǒng)在流域水資源信息管理中的應(yīng)用    二、地理信息系統(tǒng)在水利水電工程管理方面的應(yīng)用    三、地理信息系統(tǒng)在洪水預(yù)報(bào)與災(zāi)情評(píng)估中的作用    四、地理信息技術(shù)在水污染規(guī)劃控制中的應(yīng)用  第三節(jié)  3S技術(shù)在水資源和水環(huán)境研究中的應(yīng)用實(shí)例    一、湖泊污染的遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)例    二、基于地理信息系統(tǒng)的流域水資源管理系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例    三、地理信息系統(tǒng)在地下水環(huán)境預(yù)警中的應(yīng)用  思考題第五章  3S技術(shù)在海洋環(huán)境中的應(yīng)用  第一節(jié)  海洋環(huán)境概述    一、海洋概述    二、海洋在全球環(huán)境中的作用及海洋污染    三、海洋環(huán)境信息的特點(diǎn)與3S技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)越性  第二節(jié)  遙感技術(shù)在海洋環(huán)境中的應(yīng)用    一、海洋遙感簡(jiǎn)介    二、海洋遙感的特點(diǎn)    三、海洋遙感的主要應(yīng)用    四、應(yīng)用實(shí)例  第三節(jié)  地理信息系統(tǒng)在海洋環(huán)境中的應(yīng)用    一、海洋地理信息系統(tǒng)    二、地理信息系統(tǒng)在海洋環(huán)境中的應(yīng)用    三、應(yīng)用實(shí)例  思考題第六章  3S技術(shù)在森林及草地生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用  第一節(jié)  3S技術(shù)在森林生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用    一、森林生態(tài)系統(tǒng)簡(jiǎn)介    二、3S技術(shù)在森林生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用    三、應(yīng)用實(shí)例  第二節(jié)  3S技術(shù)在草地生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用    一、中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)    二、3S技術(shù)在草地生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用  思考題第七章  3S技術(shù)在土地利用／土地覆蓋變化研究中的應(yīng)用  第一節(jié)  土地利用／土地覆蓋變化研究概述    一、土地利用／土地覆蓋變化(LUCC)研究背景    二、LUCC的內(nèi)涵和研究?jī)?nèi)容  第二節(jié)  遙感技術(shù)在LUCC研究中的應(yīng)用    一、LUCC研究中的遙感數(shù)據(jù)源    二、利用遙感技術(shù)對(duì)LUCC進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)    三、遙感分類技術(shù)在LUCC研究中的應(yīng)用    四、遙感制圖  第三節(jié)  地理信息系統(tǒng)在土地利用／土地覆蓋變化研究中的應(yīng)用    一、地理信息系統(tǒng)支持下的LUCC分類    二、地理信息系統(tǒng)與LUCC動(dòng)態(tài)變化分析    三、地理信息系統(tǒng)與LUCC的景觀生態(tài)格局研究    四、地理信息系統(tǒng)與LUCC時(shí)空動(dòng)態(tài)模擬  第四節(jié)  3S技術(shù)在LUCC研究中的應(yīng)用——以松嫩平原為例    一、研究區(qū)概況    二、LUCC變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方法    三、土地利用的分類系統(tǒng)及其解譯標(biāo)志的建立    四、土地利用遙感解譯    五、基于GIS的LUCC變化特征分析  思考題第八章  3S技術(shù)在土地退化研究中的應(yīng)用  第一節(jié)  土地退化研究概述    一、土地退化的概念    二、土地退化的分類    三、土地退化的評(píng)價(jià)方法  第二節(jié)  3S技術(shù)在土壤侵蝕研究中的應(yīng)用    一、土壤侵蝕概念    二、土壤侵蝕監(jiān)測(cè)方法  第三節(jié)  3S技術(shù)在土地荒漠化研究中的應(yīng)用    一、荒漠化監(jiān)測(cè)    二、荒漠化監(jiān)測(cè)的技術(shù)體系    三、全球定位系統(tǒng)與荒漠化監(jiān)測(cè)    四、地理信息系統(tǒng)與荒漠化監(jiān)測(cè)  第四節(jié)  3S技術(shù)在土地退化研究中的應(yīng)用實(shí)例    一、土壤侵蝕研究應(yīng)用實(shí)例    二、土地荒漠化研究應(yīng)用實(shí)例——松嫩平原土地荒漠化的EOSMODIS研究  思考題第九章  3S技術(shù)在城市環(huán)境保護(hù)與管理中的應(yīng)用  第一節(jié)  3S技術(shù)在城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用    一、3S技術(shù)在城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的優(yōu)越性    二、3S技術(shù)在城市環(huán)境信息采集方面的應(yīng)用    三、3S技術(shù)在城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用  第二節(jié)  3S技術(shù)在城市環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)中的應(yīng)用    一、城市環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)    二、城市環(huán)境演變預(yù)測(cè)    三、城市環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究實(shí)例  第三節(jié)  3S技術(shù)在環(huán)境規(guī)劃中的應(yīng)用    一、3S技術(shù)在環(huán)境規(guī)劃中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)    二、3S技術(shù)在城市環(huán)境規(guī)劃中的應(yīng)用  第四節(jié)  城市環(huán)境信息系統(tǒng)    一、城市環(huán)境信息系統(tǒng)的構(gòu)建    二、城市環(huán)境信息系統(tǒng)的功能  第五節(jié)  3S技術(shù)與數(shù)字城市    一、數(shù)字城市的含義    二、建設(shè)數(shù)字城市的意義    三、數(shù)字城市建設(shè)的基本內(nèi)容    四、數(shù)字城市建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)  思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：四、遙感技術(shù)的特點(diǎn)及遙感技術(shù)系統(tǒng)的組成遙感技術(shù)具有廣域性、時(shí)效性、綜合性、可比性、經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)。遙感觀測(cè)的范圍從幾十平方米到幾千平方千米，可以根據(jù)不同空間尺度的環(huán)境特征選擇不同空間分辨率的遙感影像；遙感探測(cè)可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行重復(fù)探測(cè)，并且數(shù)據(jù)獲取方式保持一致性，大大提高了觀測(cè)的時(shí)效性，也使數(shù)據(jù)在較大程度上排除人為干擾的同時(shí)具有可比性；此外，遙感獲得的地物電磁波特性數(shù)據(jù)是多種信息的綜合反映，人們可以基于知識(shí)的相關(guān)性進(jìn)行信息的提取和挖掘。特別是對(duì)于大區(qū)域的宏觀生態(tài)環(huán)境研究來說，遙感技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的地面調(diào)查不僅節(jié)省了大量的人力、物力，而且可以獲取大面積同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)代遙感技術(shù)系統(tǒng)是一個(gè)從地面到空間，從信息收集、存儲(chǔ)、傳輸處理到分析判讀、應(yīng)用的完整技術(shù)體系，概括起來可以分為遙感信息的獲取、遙感信息的處理和遙感信息的應(yīng)用三大部分。遙感信息的獲取是遙感技術(shù)系統(tǒng)的中心工作。它是在遙感試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，通過搭載在遙感平臺(tái)上的傳感器接收、記錄目標(biāo)物的電磁波信息，并將之傳輸回地面，經(jīng)過簡(jiǎn)單處理后獲取不同特征的遙感影像。遙感試驗(yàn)是整個(gè)遙感技術(shù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要內(nèi)容包括對(duì)地物電磁輻射特性以及信息的獲取、傳輸及其處理分析等技術(shù)手段的試驗(yàn)研究。遙感平臺(tái)和傳感器是確保遙感信息獲取的物質(zhì)保證，傳感器是信息獲取的核心部件。

編輯推薦

《3S技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用》是普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。

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