塔里木河流域生态环境动态监测系统研究与开发

近年来，随着现代生态环境研究和现代信息技术的发展，3S技术正在不断深入和广泛地应用于生态环境领域，数字生态监测系统建设成为重要的发展趋势。但是目前国内实际运行的生态环境遥感监测系统还很少，技术手段还很不完善，遥感和GIS没有实现有机的融合，生态信息的提取主要依靠目视解译或人机交互的办法，图像处理和GIS商业软件难于满足大区域、复杂系统的需求，许多软件不能有效集成，系统信息难以实现有效共享，导致在现阶段还是难于全面、准确、迅速地实现生态环境的实时动态监测和预报，直接影响了保护措施和调控对策的实施效果。 塔里木河流域面积102×10～4km2，是我国重要的少数民族聚居区，国家级棉花、石油化工基地和21世纪能源战略接替区，具有十分重要的政治、军事和经济战略地位，但近几十年来，随着人口增加，社会经济发展，水资源的无序开发和低效利用，下游近400km河道断流萎缩，尾闾台特玛湖干涸，中下游植被衰败，并有向上游发展的趋势，生态环境严重恶化。本论文根据塔里木河流域生态变化特征和生态保护治理与管理需求，在国家重大项目“塔里木河流域水量调度管理系统”支持下，利用组件式GIS技术进行二次开发，为塔里木河流域设计、研发、建立了生态环境动态监测系统。通过对“塔里木河流域生态环境动态监测系统”平台理论、总体设计与开发的深入研究，取得了以下重要成果和结论。 1．在“数字流域”框架体系下，以生态环境遥感业务流程为主线，充分应用并集成“3S”技术手段，开发建立了生态环境遥感数据采集、传输、存储管理、动态监测、分析与预警，及信息共享的大型综合性、业务化运行系统。系统操作简单，使用方便，结构合理，逻辑关系清楚，实用性强。采用“数据流集成式”的体系结构，以数据集成为中心，以各子系统间数据流动关系为纽带，把整个系统集成为基于子系统数据间关系紧密、物理结构松散的组件式系统，为数字塔里木河流域建设奠定了基础。 2．根据塔里木河流域生态环境及相关因素的数据现状和未来发展趋势，采用数据仓库管理技术，以及空间数据和属性数据一体化、多源数据无缝集成、海量空间数据存储技术的建库思想，设计了可以实现拓扑和非拓扑、空间和属性、矢量-栅格一体化的流域空间数据库，科学地解决了如何在“计算机”中对流域的“复杂实体”和“海量空间数据”进行有效组织和一体化管理问题，建立了塔里木河流域多源、多尺度、多类型、跨带的无缝、海量空间数据库。 3．采用不同尺度、不同时间分辨率的遥感影像数据，构建了多层次、多目标的流域生态环境监测运行体系。根据塔里木河地物类型、地形等区域特征，采用分级分类的思想，研发了大区域生态环境遥感信息自动提取模块，应用于塔里木河流域内的土地利用、荒漠化、植被、盐渍化等专题信息提取，信息提取精度达到87％，校正后达到95％，建立了大规模信息提取技术应用的方法和技术标准。 为方便信息自动提取和人机交互解译，设计建立了全新、完善的知识库系统，提高了信息提取、交互解译和动态监测的精度，实现了解译标志和参考信息系统化管理。 4．研究开发实现了遥感与GIS功能的有机融合。分别基于IDL语言和AO控件开发，在统一界面下实现了遥感影像数据处理、标志建立、信息提取、编辑校正、动态监测和分析统计的一体化工作流程；其次，在“数据流集成式”的体系结构下，遥感监测信息还可以利用生态分析子系统的强大空间分析能力进行数据的深层分析和运算，实现生态预警和土地利用变化趋势分析。克服了以往遥感图像处理软件和GIS软件各自的弱点，将遥感图像处理、信息提取与GIS编辑分析功能有效地集成为实用性更强的系统。 5．将CA模型与GIS的专业分析有机地结合在一起，综合考虑了多种影响因素，建立了大范围的土地利用趋势分析（GeoCA-Landuse）模型，开发了塔河流域“三源一干”土地利用趋势分析模块。为流域长远规划提供了决策支持，极大地提升了系统的辅助决策能力。 论文研究在遥感信息自动提取，RS与GIS一体化，大型综合性、运行化生态遥感监测系统研制等方面具有一定创新，对生态环境遥感监测系统研究具有重要的推动作用，对“数字流域”建设也具有参考价值。