城市环境监测与３Ｓ技术应用

当前全球城市化进程日趋加快，如何利用新技术、新方法管理和规划城市是科学家也是城市管理和决策者需要考虑的问题。3S技术是指地理信息系统、遥感以及全球定位系统。三种技术的发展随着计算机和空间技术的发展而得以广泛应用，而3S技术则为这个问题提供了新的研究方法，当前此技术已经被逐渐应用于城市管理的各个领域，前景非常广阔。

1、环境监测

城市是人口密集的地区，城市环境由于受到工业、服务业以及生活的影响，处于一种敏感而剧烈变化的状态中。及时了解环境动态，对于科学管理和调控具有重要的现实意义。当前国内外利用多种技术手段来监测环境变化，而3S技术在这方面的应用也越发广泛。

1998年联合国环境规划署制定了“地区级紧急事故意识和准备”（APELL）计划，目的是增强公众对风险事故的意识，同时要制订必要的应急行动方案，强化事故预防措施，最大限度地减少由此带来的人员和财产损失，而事故的预防措施首先要有监测系统和预警系统的建立。在APELL计划的指导下，美国和欧洲的一些国家先后建立了城市级的重大污染事故预警系统。我国也针对日渐增多的污染事件开展了相关系统的研究工作，李副仁等[1]对突发性污染事故应急系统指导原则、应急响应系统、应急监测系统进行了探讨，在此基础上提出建立危险废物预警系统应有相应危险废物管理体系和技术体系做支持。赵华林[2]用三维危险废物管理模型构建了危险废物管理体系,即管理维(对危险废物使用进行审计、监督,制定相关法律) 、技术维(危险废物处置设施、处置技术) 和过程维(危险废物产生、收集、运输、处置全过程管理)，其中过程维要集中体现管理部门对危险废物的监管力度，也是监测系统的主要组成部分。石萍[3]研究了危险废物全过程管理体系和构成它的3个支持体系(危险废物管理法规体系、危险废物污染防治技术体系和危险废物管理信息系统)，也认为危险废物的监测是实现环境安全的主要体系之一。2006年开始，为了规范危险品的运输，我国部分省市强制规定危险品的运输车都需要安装GPS定位系统。这个规定一方面可以及时了解危险品运输车的状况，另外当事故发生以后，可以和GIS系统耦合，根据当地的自然、社会情况，提高对事故现场的处理与维护能力，减少事故带来的危害（图1）。

近年来气候变化剧烈，异常的天气状况也更加频繁，如何应对这些异常变化是科学家面对的棘手问题，而当气候发生变化后，如何快速、准确处理及调控是需要强化的，建立各种气象灾害预警系统对于提高决策能力具有重要的意义。以泥石流监测和预警系统为例，在GIS系统中，将地形、地质以及气象资料建立数据库，在此基础上，根据已有的资料建立地质灾害和气象灾害模型，以便更好的提供科学、及时的信息（如图2）。

卫星遥感不受自然条件限制和人为干扰，可实时、宏观、大面积客观地反映地表信息，可应用于洪涝灾害监测评估、流域生态承载力等研究，在环境保护领域也有着广泛的应用前景。通过卫星影像像元灰度值与水体污染相关性分析，提取水污染遥感指数，可实时快速监测水体受污染程度。赤潮是当前近海频发的自然灾害，而在赤潮发生前或者发生后及时了解情况对于管理者来处理和调控具有重要的实践意义。

通过上述可知，遥感和地理信息系统为危险品造成的环境污染、自然灾害天气以及水体等污染的管理提供了有效工具。

2、土地、生态动态监测

城市化的快速发展使得更多耕地被用于工业用地或者商品房，在这个过程中，土地利用总体规划是城乡建设、土地管理工作的纲领性文件, 是全面落实土地用途管制的重要依据。其目的是保护耕地和自然生态系统, 强化对基本农田的保护和对自然生态系统管理，集约、节约利用土地资源, 合理控制建设用地规模特别是建设项目占用耕地，达到社会效益、经济效益、生态效益的协调发展, 实现可持续发展的目的。土地利用总体规划与管理必须建立在实时的图件、表册、数据、实地相一致的土地利用现状调查成果基础上，才能使土地利用总体规划更趋科学、合理并符合社会的发展。但是实地的土地利用状况调查所需的时间长、资金多，人力大；而遥感能够不受时间、天气等条件的影响，提供实时的土地利用现状[4]。

利用遥感提供的土地利用状况的基础是要在局部实地调查通过遥感影像来建立地物的遥感特性模型，然后在需要调查的区域上根据模型对遥感图片进行解译，获取不同用地类型的面积、形状的数据，并根据需要生成图像或者报表，流程如图3所示。

3、城市景观规划

景观格局分析是景观生态学研究的基本内容，是景观功能与动态分析的基础，是一种研究景观结构组成特征及空间配置的方法。3S 技术为景观生态学研究提供了一系列极为有效的研究工具，逐步成为资料收集、储存、处理、分析和应用所不可缺少的手段。3S 技术在很大程度上改变了景观生态学研究方式，同时也逐步成为景观生态学的重要特征，成为城市生态学研究中的重要方法。

城市生态系统是城市人群与其自然环境和人工环境相互作用形成的统一体,是人类社会、经济和自然三个子系统构成的复合生态系统 。城市虽然在自然界只占很小一部分空间，却集中了大量的能源、物质和人口，是人类最重要的社会经济载体。城市的建成加快了人类文明的进程,但也极大改变了陆地表面景观结构和景观生态过程。在自然条件下，不同的景观类型会对生态过程影响不同，同时不同的生态过程又决定格局。而在自然这个人工的生态系统中，不同的格局会产生不同的生态过程，而不同的生态过程对城市生活环境影响也非常巨大。有研究表明，在城市中不同的绿地类型对降雨径流的影响不同，根据资料数据建立不同景观类型对径流的影响，可以在更大程度上调控城市河流径流，降低暴雨对城市河流的压力[5]。所以，基于3S对城市土地利用景观格局进行分析，基于不同缀块对城市生态系统中物质流、能量流以及信息流的研究结果，为城市的可持续发展决策提供科学依据。

4、交通管理与调控

城市交通压力日趋增大，北京车辆达到300万辆，随着经济的发展，这个趋势将更加明显，对交通的压力也将承几何级数增加。利用3S进行城市交通小区出行分布的数据建库可以对现状路网密度、出行距离和时间、交通可达性、公交服务半径进行合理性评价，结合专业软件能进行城市交通的规划预测出行分布和流量分配，开展交通环境容量影响评价。利用虚拟现实技术和三库一体影像数据库、矢量图形库、数字高程模型技术可以进行道路方案的仿真表现和环境模拟，实现全方位、立体化、多层次的规划和评价新模式[6]。

结语：

21世纪我国城市必将进一步迅速发展!随着城市现代化建设与管理的加强，各大中城市建立城市地理信息系统将是必然趋势。目前北京、上海、广州等大城市均已提出建立数字城市的规划，3S技术的应用实现了城市各种历史、现状和规划信息的集成管理和实时更新处理，能够动态、快速、高精度、规范化地获取和存储城市的各种空间和属性信息，快速而方便地进行信息查询、检索和统计，有效和智能化地进行城市空间分析，开展网络化的公众参与，提高了对城市发展的科学预见和动态监控水平。3S技术的发展与应用将推动数字城市规划技术从定性到定量的飞跃和理论从经验到科学的转变。

参考文献

[1]李副仁，梁玉兰. 突发性环境污染事故应急系统探讨.工业安全与环保，2002 ，28(8) ：228~230.

[2]赵华林.危险废物管理系统分析及其应用.北京：北京师范大学出版社，1994 ：28~60

[3]石萍.危险废物管理体系研究.广州：中山大学出版社.2003：12~35

[4]李志能.浅析“3S”技术在土地利用变更调查中的应用. 铜仁职业技术学院学报(自然科学版)，2007，5（1）：

[5]Christer Nilsson, James E.Pizzuto, Glenn E.Moglen, et,al. Ecological Forestcasting and the urbanization of stream ecosystems: challenges for economists, hydrologists, geomorphologists, and ecologists. Ecosystems. 2003.6:659~674

[6] 徐振华，韦松林，张燕妮，谭光营.3S技术的发展趋势及其在城市规划中的应用前景. 科技情报开发与经济.2005,15(12):139~141

（1、广州市国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院 2、东莞市虎门镇新湾派出所）

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