s技術(shù)在生態(tài)學(xué)上的應(yīng)用

第二十一章生態(tài)學(xué)研究方法

§１、3S技術(shù)及其在生態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用

一、植被遙感1、遙感RS是指不接觸被測物體，利用某種傳感器裝置，獲取觀測對象特征信息并對這些信息進(jìn)行提取、加工、表達(dá)和應(yīng)用的一門科學(xué)和技術(shù)。RS是以物理、數(shù)學(xué)、地學(xué)分析為基礎(chǔ)的綜合性技術(shù)，具有宏觀、綜合、動態(tài)和快速的特點，是生態(tài)學(xué)研究中采集數(shù)據(jù)的主要手段之一。2、RS系統(tǒng)的構(gòu)成主要包傳感器技術(shù)，信息傳輸技術(shù)，信息處理、提取和應(yīng)用技術(shù)，目標(biāo)信息特征的分析與測量技術(shù)等。遙感技術(shù)系統(tǒng)包括：空間信息采集系統(tǒng)(包括遙感平臺和傳感器)，地面接收和預(yù)處理系統(tǒng)(包括輻射校正和幾何校正)，地面實況調(diào)查系統(tǒng)(如收集環(huán)境和氣象數(shù)據(jù))，信息分析應(yīng)用系統(tǒng)。通常用到的傳感器包括：航空攝影機(jī)(航攝儀)、全景攝影機(jī)、多光譜攝影機(jī)、多光譜掃描儀(MultiSpectralScanner,MSS)、專題制圖儀(ThematicMapper,TM)、反束光導(dǎo)攝像管(RBV)、HRV(HighResolutionVisiblerangeinstruments)掃描儀、合成孔徑側(cè)視雷達(dá)(Side-LookingAirborneRadar,SLAR)。主要應(yīng)用的遙感軟件是PCI、ENVI和ERDAS。3、RS的類型RS技術(shù)依其遙感儀器所選用的波譜性質(zhì)可分為：電磁波遙感技術(shù)，聲納遙感技術(shù)，物理場(如重力和磁力場)遙感技術(shù)。按照感測目標(biāo)的能源作用可分為：主動式遙感技術(shù)和被動式遙感技術(shù)。按照記錄信息的表現(xiàn)形式可分為：圖像方式和非圖像方式。按照遙感器使用的平臺可分為：航天遙感技術(shù)，航空遙感技術(shù)、地面遙感技術(shù)。按照遙感的應(yīng)用領(lǐng)域可分為：地球資源遙感技術(shù)，環(huán)境遙感技術(shù)，氣象遙感技術(shù)，海洋遙感技術(shù)等。4、RS技術(shù)的應(yīng)用生態(tài)學(xué)家主要利用遙感影像判讀，制作專題地圖，研究植被類型及其分布；土地利用類型及其面積，生物量分布，土壤類型及其水分特征，群落蒸騰量，葉面積指數(shù)，葉綠素含量；陸地水資源調(diào)查、土地資源調(diào)查、植被資源調(diào)查、地質(zhì)調(diào)查、城市遙感調(diào)查、海洋資源調(diào)查、測繪、考古調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測和規(guī)劃管理等。與其他方法相比，RS具有以下特點：①觀測過程中，傳感器、攝影鏡頭與被觀測物體不相接觸，可以避免研究者對研究對象的直接干擾，并可進(jìn)行重復(fù)性觀察。②航空攝影鏡頭和衛(wèi)星傳感器具有不同光譜幅度和空間分辨率，可處于不同的觀察高度，從而可提供多尺度上的資料。③遙感數(shù)據(jù)一般為空間數(shù)據(jù)，即所測信息與地理位置相對應(yīng)，通過軟件解譯，可直接應(yīng)用于景觀生態(tài)結(jié)構(gòu)、功能、動態(tài)過程研究。二、地理信息系統(tǒng)1基本概念數(shù)據(jù):通過數(shù)字化或記錄下來的可以被鑒別的符號。信息:關(guān)于現(xiàn)實世界的知識，是數(shù)據(jù)、消息中所包含的意義，與設(shè)備無關(guān)。地理信息：表征地理圈或地理環(huán)境固有要素或物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系或規(guī)律等的數(shù)字、文字、圖像、圖形的總稱。地理信息具有區(qū)域性、多層次、動態(tài)變化地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem）：在計算機(jī)軟硬件支持下，運用系統(tǒng)工程與信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供規(guī)劃、管理、決策、研究所需信息的技術(shù)工具。2、GIS系統(tǒng)組成與功能1)組成：軟件系統(tǒng)：操作系統(tǒng)（OS）、輸入系統(tǒng)、數(shù)據(jù)編輯系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、空間分析系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)；硬件系統(tǒng)：主機(jī)（管理與分析設(shè)備）、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存貯設(shè)備、通訊傳輸設(shè)備；GIS數(shù)據(jù)庫：空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)；掌握GIS技術(shù)的技術(shù)人員。2)基本功能：a)數(shù)據(jù)輸入、存貯、編輯：輸入：各種來源的空間與屬性數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)，并進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，包括： 數(shù)字化：跟蹤數(shù)字化、掃描數(shù)字化； 規(guī)范化：對不同比例尺、不同投影坐標(biāo)系統(tǒng)、不同精度的外源數(shù)據(jù)統(tǒng)一坐標(biāo)、統(tǒng)一記錄格式，以便在同一基礎(chǔ)上工作。 數(shù)據(jù)編碼：根據(jù)一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和目標(biāo)屬性特征，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為便于計算機(jī)識別和管理的代碼或編碼字符。存貯：以某種格式記錄于存貯介質(zhì)。數(shù)據(jù)編輯：修改、增加、刪除、更新……b)操作敞運算操作支：數(shù)戴據(jù)格混式轉(zhuǎn)院換、芹疊加填、拼綠接、然剪裁艱等；運算孩：算凳術(shù)運爐算、居關(guān)系蠢運算標(biāo)、邏趨輯運怖算、膏函數(shù)首運算誼等。c)數(shù)據(jù)廳查詢械、檢畜索d)應(yīng)用堂分析按需奔建立忽應(yīng)用弱分析涼模型軟，為食評價醋、管域理、讓決策挺服務(wù)撥，如結(jié)空間體信息因測量診與分渠析、筍統(tǒng)計墓分析奮、地爹形分疲析、粗網(wǎng)絡(luò)訴分析衣、疊卡加分蟲析、概緩沖潛區(qū)分販析、敏決策價分析昂等。應(yīng)用卻分析本功能單是系宗統(tǒng)性懲能的喉重要掀標(biāo)志緣瑞之一極。e)數(shù)據(jù)嗽更新小、數(shù)贏據(jù)顯渡示、擾結(jié)果忙輸出迎。3）GI竊S類型綜合晉性GI撥S按全掃國統(tǒng)鐵一的輪標(biāo)準(zhǔn)炎存儲哪國家趙范圍穿內(nèi)的能各種躬自然星、社習(xí)會、脫經(jīng)濟(jì)答要素化，以買供全們國性寄咨詢途。區(qū)域榨性GI蛇S以某福個地鏟區(qū)為綁研究獨、分蛛析對那象，廳同時霧圍繞態(tài)某個繞主題娃，或惱者匹肆配區(qū)掘域內(nèi)惱其它憲一些佩要素城，為解區(qū)域秀研究魄、管則理、哈規(guī)劃謝提供厘信息拖。如幼：我違國黃咽土高振原信貨息系詢統(tǒng)等疾。專題尖性GI孫S以某疲一專閃業(yè)、奴任務(wù)繡或現(xiàn)匙象為急主要奶內(nèi)容呼的系幣統(tǒng)，待如森鴨林管花理信左息系鄉(xiāng)豐統(tǒng)、貝水質(zhì)臺信息似系統(tǒng)察、城哥市綠射地管弱理信羨息系鏟統(tǒng)等悔。3、GI抬S的應(yīng)恰用GI俘S巨大習(xí)的數(shù)沉據(jù)處距理能貝力及速卓越畜的空績間分皆析功磨能，襲使之紗成為嚇國家匆宏觀舟管理歇和區(qū)貫域多捧目標(biāo)健開發(fā)勉的重言要工睜具，波也是錫生態(tài)競學(xué)研冤究及各生態(tài)負(fù)管理笨的重便要工啄具與撕工作駐平臺慚。尤戶其在駁景觀漿生態(tài)材學(xué)、殊生態(tài)侍規(guī)劃厘與設(shè)緩計、右生態(tài)板工程蒼學(xué)、掛生態(tài)效系統(tǒng)肯動態(tài)填模擬徐等諸據(jù)多領(lǐng)鞭域，GI劇S及RS、GP倡S具有拆不可躍或缺勢的重鵝要性賺。三、痰全球珠定位遍系統(tǒng)1.什么托是全配球定都位系鞠統(tǒng)（GP噸S）渴全姑球定主位系壺統(tǒng)（Gl狡ob療al努P翼os蒜it滑io笛ni號ng延S府ys醬te嚼m(xù)衛(wèi)-衫GP慰S）是摩美國橋從本踏世紀(jì)70年代遞開始副研制百，歷落時20年，丈耗資20山0億美趣元，看于19箭94年全映面建號成，鳴具有移在海矛、陸晃、空戴進(jìn)行蔽全方窮位實招時三哈維導(dǎo)街航與需定位洗能力耽的新儲一代節(jié)衛(wèi)星險導(dǎo)航狹與定藝位系筆統(tǒng)。GP束S以全麗天候弄、高撞精度氏、自禍動化復(fù)、高完效益攪等顯庫著特決點，啊贏得潑廣大邀測繪司工作船者的里信賴界，并粉成功同地應(yīng)自用于瘋大地膝測量冊、工斥程測尊量、艘航空傷攝影舊測量魯、運詠載工籌具導(dǎo)軍航和旺管制常、地恐殼運唉動監(jiān)肥測、社工程祥變形摧監(jiān)測尺、資貓源勘例察、覆地球掛動力本學(xué)等飛多種腎學(xué)科狡，從尖而給蛛測繪莫領(lǐng)域朋帶來怒一場倍深刻腸的技尼術(shù)革搞。2.皂GP口S系統(tǒng)盲如何滴組成GP徐S系統(tǒng)性包括驚三大除部分顧：空款間部黎分—G啞PS衛(wèi)星頓星座死；地嚼面控雖制部世分—地面刷監(jiān)控印系統(tǒng)像；敢用戶愿設(shè)備府部分—G牛PS信號腎接收匙機(jī)。霞由21顆工白作衛(wèi)歐星和3顆在乏軌備叫用衛(wèi)啊星組戴成GP樂S衛(wèi)星喉星座援，記信作（21鉆+3）GP值S星座郊。GP咳S系統(tǒng)役的控龍制部心分由犯設(shè)在夜美國海本上哨的5個監(jiān)斥控站姑組成緣瑞，這憐些站蔑不問己斷地調(diào)對GP插S衛(wèi)星昂進(jìn)行許觀測界，并裁將計骨算和隊預(yù)報僑的信聯(lián)息由上注入糊站對喝衛(wèi)星宅信息纖更新鄙。豎接收梳機(jī)硬藏件和握機(jī)內(nèi)潔軟件策以及GP必S數(shù)據(jù)雜的后還處理寇軟件遭包，往構(gòu)成逼完整投的GP宴S用戶許設(shè)備某。GP揚S接收獲機(jī)的量結(jié)構(gòu)引分為毫天線融單元粥和接辛收單舟元兩搜大部紛分。3.瓣GP浪S接收校機(jī)分?jǐn)n類按接卻收機(jī)贈的用鎮(zhèn)途分斯類：平導(dǎo)航色型接挨收機(jī)遺、測識地型詢接收積機(jī)、雜授時點型接應(yīng)收機(jī)微車載極型——用于完車輛煎導(dǎo)航藍(lán)定位終；航糧海型——用于義船舶尺導(dǎo)航羅定位距；航增空型——用于難飛機(jī)政導(dǎo)航堡定位非。測志地型牲接收脖機(jī)主雕要用若于精掛密大缸地測逆量和臭精密兵工程絨測量求。這洋類儀網(wǎng)器主咬要采鍋用載遭波相螞位觀籌測值蝕進(jìn)行兼相對監(jiān)定位符，定伶位精薄度高榆。儀栽器結(jié)修構(gòu)復(fù)濾雜，教價格漲較貴捆。連授時門型接鈔收機(jī)柿主要帖利用GP可S衛(wèi)星授提供解的高蒸精度初時間遷標(biāo)準(zhǔn)姓進(jìn)行殿授時迷，常伍用于疏天文釘臺及退無線聰電通衫訊中貧時間騰同步雖。萄按接技收機(jī)速的載看波頻筑率分幣類：間單頻弱接收暮機(jī)、辣雙頻盈接收異機(jī)尖單糊頻接雙收機(jī)找只能幅接收L1載波稍信號參，測摧定載診波相輸位觀歐測值仿進(jìn)行剖定位杰。由鉤于不駛能有臨效消襲除缺電離蜓層延削遲影色響，塘單頻床接收廚機(jī)只戚適用冷于短辟基線塘（<1聲5k綿m）的局精密乓定位蟲。雙漫頻接鉛收機(jī)紛可以寒同時鉆接收L1，L2載波睜信號期。利士用雙循頻對我電離料層延委遲的兔不一團(tuán)樣，驢可以憂消除陸電離議層砌對電誓磁波植信號補(bǔ)的延帆遲的栽影響顯，因奮此雙拉頻接鳳收機(jī)薪可用推于長峰達(dá)幾瘦千公愚里的跡精密聚定位須。押按接養(yǎng)收機(jī)欲通道果數(shù)、垂工作橫原理濾等進(jìn)晶行分云類。4.差分GP欣S定位溝技術(shù)追及發(fā)繭展經(jīng)差湊分技崗術(shù)很泄早就葬被人旨們所蹈應(yīng)用凝。它少實際罰上是賽在一聾個測偶站對丸兩個死目標(biāo)福的觀纏測量腦、兩級個測束站對六一個供目標(biāo)紅的觀瞇測量困或一策個測貓站對徐一個懸目標(biāo)蹦的兩慰次觀恭測量提之間鉛進(jìn)行歉求差呈。其兔目的亮在于擦消除默公共拉項，壁包括跡公共黎誤差裝和桑公共魯參數(shù)廊。在僻以前塞的無精線電曲定位兄系統(tǒng)含中已放被廣示泛地爛應(yīng)用誤。伐常規(guī)僵的GP萍S測量系方法柜，如礎(chǔ)靜態(tài)治、快貿(mào)速靜擇態(tài)、效動態(tài)嚇測量罩都需襪要事孟后進(jìn)色行解堤算才乏能獲代得厘但米級還的精種度，彈而RT洗K是能執(zhí)夠在錦野外氣實時箏得到盆厘米厘級定鑒位精野度的梢測量下方法標(biāo)，它虹采用庸了載璃波相曾位動饅態(tài)實歌時差丈分（Re河al釣-豎t殿im懼eki楚ne涼ma甚ti胃c）方鑼法，蟻是GP矩S應(yīng)用激的重書大里鮮程碑各。RT唱K技術(shù)市的關(guān)哀鍵在掃于數(shù)鼠據(jù)處帽理技存術(shù)和紐奉數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸羨技術(shù)爆，RT榴K定位波時要撕求基惱準(zhǔn)站輕接收熔機(jī)實反時地和把觀搜測數(shù)揉據(jù)（賓偽距華觀測惠值，檔相位真觀測恒值）烏及已敲知數(shù)拳據(jù)傳褲輸給控流動傻站接云收機(jī)教，數(shù)秤據(jù)量娃比較桂大，擠一般簡都要運求96附00的波惕特率健，這峽在無煌線電技上不俊難實大現(xiàn)。四、3S技術(shù)羊在生圾態(tài)學(xué)溝中的透應(yīng)用ET已MDE沈MND鹿VISt喂oc導(dǎo)ki骨ng乎M護(hù)ea擊su添re末dSt童ep俱wi燒se帖R哭eg坊re收ss叨io玩nRe稈la恥ti獨on退sh還ip腸B傲ui飽ld掙in甩gIn搭ve鋼rs匆io固nsu詞b-伴co紛mp涉ar松tm星en掃tin醒ve糕st腐ig兇at