一、3S技术概念
3S技术是全球定位系统(GPS)、遥感技术(RS)和地理信息系统技术(GIS)等技术的有机结合起来的一门技术。
(一)GPS技术
全球定位系统由三部分构成:地面控制部分,由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的工作)、地面天线(在主控站的控制下,向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成;空间部分,由24颗卫星组成,分布在6个道平面上;用户装置部分,主要由GPS接收机和卫星天线组成。
全球定位系统的主要特点:全天候;全球覆盖;三维定速定时高精度;快速省时高效率;应用广泛多功能。
全球定位系统的主要用途:陆地应用,主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等;海洋应用,包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等;航空航天应用,包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。
GPS卫星接收机种类很多,根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型;根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。
经过20余年的实践证明,GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。
(二)遥感技术(RS)
“遥感”就是遥远地感知。人类通过大量的实践,发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射信息和能量,其中有一种人类已经认识到的形式—电磁波,并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波,从而提取这些物体的信息,完成远距离识别物体。遥感的实现还需要遥感平台,像卫星、飞机、热气球等,它们的作用就是稳定地运载传感器。已经研究出很多种传感器,探测和接收物体在可见光、红外线和微波范围内的电磁辐射。传感器会把这些电磁辐射按照一定的规律转换为原始图像。原始图像被地面站接收后,要经过一系列复杂的处理,才能提供给不同的用户使用。
遥感作为一种空间探测技术,至今已经经历了地面遥感、航空遥感和航天遥感三个阶段。遥感技术是从19世纪初期(1839年)出现摄影术开始的。
随着空间技术、无线电电子技术、光学技术和计算机技术的发展,20世纪中期,遥感技术有了很大发展。遥感器从第一代的航空摄影机,第二代的多光谱摄影机、扫描仪,很快发展到第三代固体扫描仪(CCD);遥感器的运载工具,从热气球很快发展到卫星、宇宙飞船和航天飞机,遥感谱从可见光到红外和微波,遥感信息的记录和传输从图像的直接传发展到非图像的无线电传输。
(三)GIS定义
地理信息系统(G1S)是近十年来发展起来的一门综合应用系统,它能把各种信息向地理位置和有关的视图结合起来,并把地理学、几何学、计算机科学及各种应用对象、CAD技术、遥感、GPS技术、 Intemet、多媒体技术及虚拟现实技术等融为一体,利用计算机图形与数据库技术来采集、存储、编辑、显示、转换、分析和输出地理图形及其属性数据。这样,可根据用户需要将这些信息图文并茂地输送给用户,便于分析及决策使用。
一个GIS系统,主要包括空间数据输入子系统、空间数据存储与管理子系统、数据处理与分析子系统、输出子系统。
一个GIS系统的功能构成:数据输入、存储、编辑;操作运算;数据查询、检索;应用分析;数据显示、结果输出;数据更新。
二、森林病虫害防治领域中应用
森林病虫害防治领域的管理决策人员面对着各种数据,如发生状况、防治状况、监测状况、标准地和鸟巢箱属性因子分析、图表分析、面积统计及测距离、病虫害分布特征、立地条件等许多因子的数据,这些数据既有空间数据又有属性数据,对这些数据进行综合分析并及时找出解决问题的合理方案,借用传统方法不是一件容易的事,而利用GIS方法却轻松自如。
建立森林病虫害防治地理信息系统:
(一)基础数据库的建立
1、基础地图整理和空间数据库的建立:
自然资源地图、如森林分布图、林相图、土壤分布图、病虫害分布图、降水分布图(年最高、最低、积雪等)、辐射量、日照量分布图、热量资源分布图等。
自然地理地图:如地形图、地貌图、水系、流域分布图等。
社会经济地图:如交通分布图、居民点分布图等。
森林病虫害专题图:如发生区图、防治区图、标准地分布图、鸟巢箱分布图、病虫害监测图、病虫害预测图、土地利用图等。
森林病虫害防治的某些专题应用领域信息管理往往只需要一部分图件作为其信息源。以上列出的所有地图有些是最初的原始材料,有些则可以利用地理信息系统的空间、属性数据分析处理功能被制作出来。
2、属性数据库建立:
森林病虫害防治数据是野外调查数据记录。经输入、检查、修改,建成发生区因子数据库和标地调查数据库。在数据库中:
数据项:每项调查因子。为实现属性库与图形库的联结,对应于图形库中的关键字,在发生区数据库中增加了一个数据项ID。
记录:以发生区记录或样地记录为单位。
文件:以林场或林班(小林班)为单位,文件以林场或林班(小林班)名称命名。
3、森林病虫害分析和评价
森林病虫害监测:GIS借助于GPS定位技术绘制测监路线及其距离和监测率。利用这种方法确定发生区、防治区位置和面积。
森林病虫害标准地分析:利用GIS标准地病虫害发生趋势、动态和综合分析。标准地的定位。
鸟巢箱的分析:利用GIS和GPS鸟巢箱的定位。分析住巢率、鸟的种类分析、鸟巢箱管理情况等。
发生区和防治区的分析:发生区和防治区的立地条件分析,发生程度、虫口密度、防治效果等方面分析。上一年发生区图以作第二年发生区预测依据。
森林病虫害动态管理:建立林管局森林病虫害调查数据库系统,完善森林病虫害档案,并根据实际情况及发生情况及时更新数据,为及时准确地掌握森林病虫害变化动态,提供了依据。空间数据与属性数据的有机联结实现了双向查询,根据图形查询相应的属性数据如可通过发生区图形查询其相应的调查或统计数据;也可按照属性特点查找对应的地理坐标或图形。查询结果以专题图、统计图表等方式输出。
(二)林管局、林业局、林场病虫害信息管理与GIS
根据各级森林病虫害防治职能的需要,将病虫害地理信息系统分为三个层次,它们是:林管局级病虫害地理信息系统、林业局级病虫害地理信息系统和林场级病虫害地理信息系统。林场、林业局级病虫害地理信息系统是林管局级病虫害地理信息系统的基础。
1、林业局级病虫害GIS对上与林管局级病虫害GIS衔接,对下连接林场级病虫害GIS,通过它可以直接检索和管理各林场级病虫害GIS的基本信息,为林管局级病虫害防治主管部门提供辅助决策工具。
2、林管局级病虫害GIS直接检索和管理林业局级病虫害、林场级病虫害GIS基本信息,作為林管局级病虫害防治主管部门的辅助决策工具。
3、林业局级病虫害GIS落实到林场、林班以及小班地块,为林业局级病虫害防治管理、病虫害监测等工作提供服务。在整个体系中从纵向控制的角度,林管局控制到林业局,林业局控制到林场,最后直接控制到小班地块。实现整个林区森林病虫害防治信息化管理的目的。