RS為基礎，談水體監測RGIS的發展
摘要：地、能源是人類社會生存和發展的三大戰略性資源，而我國水資源問題則更加突出。據預測，到本世紀中葉，我國將進入缺水國家行列，洪澇災害、干旱缺水、水污染和生態環境惡化已成為我國經濟社會可持續發展的重要制約因素。天然水體的實時監測是環境保護的關鍵 ，監測的手段的現代化則顯得尤為重要，隨著科學技術的進步，水質監測技術迅速發展，儀器分析、計算機控制等現代化手段在水質監測中得到了廣泛應用。分析方法從分光光度法、電位法發展到原子吸收法、原子熒光光譜法、氣相色譜法和液相色譜法等；手動和半自動實驗方法、儀器也正逐步被計算機控制的自動監測、遙測裝置所代替，其中配合RS(衛星遙感)的GIS（地理信息系統，Geographical Information System）是一種很先進可行的技術，然而GIS的應用卻存在一些誤區。
關鍵字：RS 水體監測RGIS 發展
1、國內外GIS系統概況
遍閱所有的GIS信息系統，實屬是一種與地面位置相關的信息系統，每種系統皆可以自成體系，差別僅在于功能。如最常見的ESRI公司的ARC/INFO，包含幾千個GIS分析功能，致力于為用戶提供優質服務。另外還有GeoMedia，可利用GemediaWebMap工具，動態生成地圖，支持GIS數據庫的屬性等，也能在“HotSpot”功能下產出靜態地圖。MapInfo公司的MapInfoProfessional是基于Windows之上的桌面地圖軟件，用于存取、可視化、分析綜合的地理數據，以及高級的制圖工具、遠程數據庫存取等。MapXtreme是一個基于Web的地圖應用服務器，因而可以將地圖信息通過Internet/Intranet傳送到整個企業乃至更廣的廣大用戶。Bentley公司主要生產面向工程的軟件，它覆蓋的工程領域有建設/設計、地理、土木、工廠、機械等。國內的GIS產品功能較弱，有：CityGIS采用面向對象的設計和編碼技術，它的最顯著的特點就是圖形操作靈便、實用尤其是對于大數據矢量和圖像；另外它的另一特點體現在它的圖形編輯功能，有利于進行屏幕數字化。MapGIS是國家優選的具有自主版權的地理信息系統軟件平臺，它有三大特點：1.可制作具有出版精度的復雜地質圖，2.海量無縫地圖數據庫管理功能，3.高效的空間分析功能。它將傳統的地圖制圖軟件、數據庫軟件以及數據分析軟件功能匯集到一個統一的平臺，從而為多源地學數據的綜合評價于分析，創造了一個理想的環境。地球上水體（水資源）的時空分布和運動變化信息，并應用GIS方法來研究地球上水體的起源、存在、分布、循環、運動、轉化及質和量的變化規律以及地球上水圈同大氣圈、巖石圈和生物圈等地球自然圈層的相互關系，并應用這些規律為人類適應、利用、改造和保護環境，實現人與自然和諧相處和人類社會的可持續發展提供服務的知識體系。
2、GIS的誤區
在建立“航空遙感信息系統”時，隨城市發展需求發現，當全世界都在熱衷與研究開發GIS時，卻存在一個較為隱蔽的誤區，而這誤區一直影響到我國，如國內行業以為地理信息基礎平臺，都是測繪地圖，這種誤區將導致我們的認識、我們的出發點，永遠停留在地形圖所的含的少量信息上，為此信息采集和應用將永遠滯后于全世界孜孜不倦追求的高分辨率遙感影像，包括航空遙感和衛星遙感影像。
一種真正的地理信息系統，其含有地表上下空間的各種地理信息，而絕非像僅*接觸式的勾繪過的地形圖作為基礎地理信息那樣缺乏綜合性。應該認為，基于接觸式勾繪地形圖作為基礎地理信息顯然滿足不了現代城市管理需求，也難稱得上基礎。因為基礎必然具有在此基礎上可以獲得更多的信息和綜合信息量。而地形圖通常指大于1：100萬比例尺、表示地物復雜程度，反映地面主要要素，如地貌、水文、工程建筑、居民點等；適時地測量和調繪成直接成果，是國家最基本地地圖，是編制其他比例尺的土地的基礎，而并非是反映內在聯系綜合性很強的地表遙感影像，所以若把地圖作為基礎地理信息數據來作GIS，顯然遠遠不夠。又因為，當代地理學傾向于對人地關系的地域系統進行綜合研究，而一般地形圖和城市地圖，幾乎無法去進行地理分析研究，沒聽說用地形圖做地理信息地分析研究，以及概括地理和地理學內涵。常規地理信息系統，若以地形圖作為基礎地理信息數據，無疑都已碰到很大困難；而只有抓準地理學精髓觀念和概念，從地理信息系統發展的觀點去分析。
常見GIS不實用的原因是：1.缺乏圖像信息數字化標準和遙感圖像庫。2.專題成果相互之間的迭置分析尚未真正地建立。3.沒有功能靈活與信息傳遞的GIS軟件平臺。很多系統還只是一種表面上的結合，尚未達到學術與應用概念的結合、標準與類型的結合，遠景與近期目標的結合，好像是無標準的記錄系統，無法更新續用，另外如今GIS運行的統計數字，經常不以RS為基礎，而以地形圖作空間特征介紹，常含有“假數真做”的文章，而不用遙感影像作為具體的電子地圖，仿佛身份證，不用免冠照片，而用素描圖，行否？這一點早被國家土地資源管理與監督所證實。充分說明了用遙感照片的方式信息效率要高得多。因此，稱為數字城市的基礎，必須能夠“表達已知、呈現未知、擴大認知、挖掘新知”。
3、RGIS的提出
GIS若是一種以遙感（RS）信息為主的地理信息系統，這類系統有一個最大的特點，其有一個空間特征的綜合信息過程，是一種非接觸式的獲取信息的系統，它是對目前以地形圖為數字框架的地理信息系統的一種突破，從這個意義上講是一種真正的地理信息系統，其含有地表上下空間的各種地理信息，而絕非像僅*接觸式的勾繪過的地形圖作為基礎地理信息那樣缺乏綜合性。當時在GIS環境中，遙感信息的應用技術未形成一個實用的系統，GIS表達能力遠非今日可比，明顯的弱點是對信息的容納和調用存在問題，盡管通稱為“遙感信息系統”，試滿足遙感信息查詢、數據庫管理、圖形編輯、制圖、數據分析和輸出，并力求向實用化目標發展，但是缺乏對海量信息及數字城市這樣的認識，而是一種迫于“成果”而快速建立的系統。當回顧與檢驗并找出這些癥結的時候，這就為全新的RS和GIS的研究提供了借鑒：GIS必須以RS為基礎，以信息流為基礎。
GIS定位直接關系到遙感信息庫的建庫定位和相關技術內容，所以定位是本項目的第一基礎：1.要為綜合調查建立圖象庫、文檔庫服務；2.面對越來越多的遙感圖像數據，提出新的方案，包括圖像配準和信息處理模型等。要建立一個良好的平臺，便于政府、行業管理部門對城市建設、管理進行信息分析和信息更新等工作。前者是信息源，是借助于遙感的原理，或者說應用RS技術捕獲城市的面貌的信息。后者是信息處理，是借助于相應的計算機技術開發平臺，或者說GIS軟件平臺作為信息存貯、管理、分析和應用的工具。系統加快了政府管理信息化進程，是適應國民經濟和社會信息化發展的迫切要求，尤其是社會公眾的電信發展如此之快，媒體傳播如此之快，這就加大了政府管理對信息化需求的關注，否則將落后于社會，對政府和企業發展都會有極大影響。同時，是一個動態信息和城市空間信息相關的一種綜合顯示，而且是一個難度不大的及時信息綜合的概念，經過新GIS階段，即突破為“RGIS”。
RGIS是信息科學、空間科學和地理科學的結合，系統要實現空中對地觀察圖像數字化、不同比例尺圖像迭合分析和不同分辨率圖像迭置分析，而建立一個不同點源及不同尺度的遙感數字信息場，使得城市建設和管理者有一個在計算機上就能看到全市綜合特征的信息庫，即綜合信息場。RGIS要體現出以遙感技術和信息系統技術的有機結合，為遙感綜合調查信息在進行統一分類和規整處理的技術方案上進行應用的探索研究，RGIS是一個綜合分析與表達技術。因此RGIS絕對離開不了綜合信息場，也即信息場可視基礎主要以RS為基礎。其中，地理空間與地學也是一個很有尺度的學問，GIS中社會和國民經濟信息等也決不是地圖科學。為此，為區別先前的GIS概念，為推廣和發展，又不屈服于誤解，可稱其為RGIS。當你想把GIS作為傳統地圖的延續，在GIS的開始階段是允許的。然而，這不是GIS的本意。其本意應當是逐漸對所有的行業信息能包容的綜合信息的圖。現在已經明朗，最好是以包含了定位與定量內容的RS信息的基礎上做行業的幾何信息、空間屬性與統計的支持決策等處理，這才是RGIS城市地理信息系統。以往地形圖的GIS基礎已經只是其中的行業圖件之一了。因為其他行業管理圖件，已經成為各行業自己的GIS基礎，實實在在的基礎。若同時又強調要以地形圖作為所有GIS基礎地理信息圖，這必將引起對地形圖的應用精度和使用期限等問題。從信息化講，實際上應用RGIS作為管理，就是一個隨著管理事件的點源尺度變化而變化的具體的動態信息和靜態信息特征。
RGIS絕不是以地形圖為基礎的地理信息平臺，而是以RS影像為基礎的確實充滿綜合信息的系統平臺。近期，又被一個有效的事例所證實。某城市的人口統計已經完成，人口普查的分布特征底圖，由于其統計底圖單元，是以數百人為單元的實際現狀，這種小單元大比例關系的底圖，統計精度高，而地形圖上是缺乏相關聯信息的，統計的邊界卻無法準確落在城市或郊區“正規”的地形圖上，唯有依*能反映地面所有微細的綜合信息的彩紅外航空遙感數字影像來解決問題，即解決“統計邊界”信息落地的問題，這就為人口資源環境問題首先解決了人口統計與地面區域的綜合信息相關的表達基礎，為建立客觀、準確的整個人口資源環境發展和分析,建立了可*的RGIS基礎。有人稱矢量地形圖是一種最為單一的，只是反映了地物簡單的幾何邊界及其位置，高層建筑與多層建筑在地形圖上是區分不出來的，常見一樣的形狀；地面的微小差別，如植被差別、露裸非露裸土地差別、河海防護堤特征、小路小溪等在地形圖上是沒有的，建筑物的外形特征、綠化質量特征等都是找不到的。這些常是統計分析、統計單元的信息邊界，極其重要，如人口統計單元邊界，地形圖上無法整合的話，而航空遙感圖像可淋漓盡致的反應并準確整合。同時，各基礎地理信息系統的矢量線劃表達的信息，依據航空遙感地物信息，即可獲得非常具體的綜合信息，因為在地形圖上你所得到的信息太少，新的認識更少，說實在的沒有一個城市建設和管理者真的是用地形圖來獲得管理信息的，因此，不能依*地形圖去承擔基礎地理信息的重任，而只有依*高分辨率的遙感信息才能獲得，并達到這一目標。換言之，矢量地形圖與其他行業管理數字化圖是同一種類型的信息，它們都實際上來源于地表真實寫照的遙感影像。現代化、信息化、系統化的水質監測體系日益提上議事日程，我們認為在現有的四級水質監測體系下，以提高水質監測技術的現代化、標準化以及管理制度化的水平為目標，逐步建立起實驗室、移動監測和自動監測相結合的立體化監測模式，并統一在水利部水質監測中心之下，可以有效全面的解決我國可持續發展過程中所面臨的水質監測問題。
4、RGIS的展望
RGIS不僅適用于天然水體的實時監測，還適用于各省大、中、小城市其他方面的發展。正在啟動的國家防汛指揮系統工程將在數據傳輸方面采用通信衛星和安全的網絡技術；用遙感技術監測洪澇災害；在七大江河流域建立以RGIS技術為支撐的包括社會經濟、水體、水利工程、地形、土地利用、行政邊界、交通、通信、生命線工程等數據層的分布式防洪基礎背景數據庫或數據倉庫；完善水文及災害預報這些以空間數據為基礎的虛擬地球的技術；以及災前作洪水預報及對未來各種降雨情況下的水情進行模擬等直接為決策提供依據的綜合服務。尤其是目前，正值西部大開發進入了實質性的實施運作階段，城鎮建設作為區域社會經濟活動的中心，正需要有一個這樣的信息基礎，也就是說不可避免地談到數字建設；密切部門間的聯系與合作，相互協調，形成合力，從而有效的提高保護城市環境能力。
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