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火災(zāi)遙感監(jiān)測的原理和方法范文第1篇

【關(guān)鍵詞】“3S”技術(shù)；地理信息技術(shù)；考點(diǎn)詮釋

地理信息技術(shù)指獲取、管理、分析和應(yīng)用地理空間信息的現(xiàn)代技術(shù)的總稱，主要包括遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）等。近年考試考查中，該考點(diǎn)呈現(xiàn)材料的方式比較新，并與學(xué)科知識聯(lián)系較為緊密；考查角度比較新，側(cè)重考查考生的比較辨析能力?？碱}更加重視知識點(diǎn)的縱深，所以想僅從題面上就能看到考點(diǎn)并不容易。筆者認(rèn)為應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分析和挖掘考點(diǎn)，在平時(shí)復(fù)習(xí)中要多讀圖看圖，運(yùn)用圖解法將提供新材料、新情境的文字式選擇題進(jìn)行遷移突破，化難為易；運(yùn)用圖圖互變、文圖互變、圖表互變轉(zhuǎn)換思維角度，推導(dǎo)地理規(guī)律和原理。目前現(xiàn)代地理信息技術(shù)的應(yīng)用不僅僅是一種單一技術(shù)的應(yīng)用，常常是兩種或多種技術(shù)的綜合應(yīng)用，其中地理信息系統(tǒng)是必不可少的，如遙感和地理信息系統(tǒng)在自然災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用，本文就該考點(diǎn)作詳盡具體的詮釋。

一、遙感（RS）

1.定義：是人們在航空器（如飛機(jī)、高空氣球）或航天器（如人造衛(wèi)星）上利用一定的技術(shù)裝備，對地表物體進(jìn)行遠(yuǎn)距離的感知。

2.組成：有遙感平臺、傳感器、地面接收站、信息處理系統(tǒng)等。

3.遙感的優(yōu)越性：（1）提高研究工作的精度和質(zhì)量，節(jié)省人力、財(cái)力，提高效率；（2）遙感信息作為重要的信息源，為區(qū)域地理環(huán)境研究從定性到定量、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從過程到模式的轉(zhuǎn)化和發(fā)展，提供了條件。

4.應(yīng)用：區(qū)域地理環(huán)境研究的前提是獲取地理信息，在區(qū)域地理環(huán)境研究中，遙感廣泛應(yīng)用于資源凋查、環(huán)境監(jiān)測、自然災(zāi)害防御監(jiān)測等領(lǐng)域。遙感技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣。除了森林火災(zāi)、洪水監(jiān)測外，還廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、海洋研究、環(huán)境監(jiān)測等許多方面。而且我國的遙感技術(shù)也已經(jīng)在世界上具領(lǐng)先地位。具體應(yīng)用分析如下：

二、全球定位系統(tǒng)（GPS）

利用衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)適時(shí)進(jìn)行導(dǎo)航、定位的系統(tǒng)，稱為全球定位系統(tǒng)，簡稱GPS。

1.組成：GPS包括三個(gè)部分：空間部分―GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分―地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分―GPS信號接收機(jī)。地面上任何一點(diǎn)、任何時(shí)刻的上空至少有4顆GPS衛(wèi)星。用他們提供的星歷參數(shù)和時(shí)間信息算出地面點(diǎn)的三維位置、三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息（GPS衛(wèi)星定位的基本原理）；用戶設(shè)備部分――GPS信號接收機(jī)。

2.特點(diǎn)：全能性（陸地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性

3.應(yīng)用：（1）為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間；（2）在區(qū)域地理環(huán)境研究中的應(yīng)用：如野外調(diào)查是區(qū)域地理環(huán)境研究常用的方法之一，全球定位系統(tǒng)可以幫助野外考察人員確定考察點(diǎn)的地理位置（經(jīng)度和緯度）、高程（海拔），從而可在野外調(diào)查中獲得更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)；（3）在日常生活中應(yīng)用――GPS導(dǎo)航。無論是在何時(shí)何地，只要擁有GPS信號接收機(jī)，就能知道自己前進(jìn)的方向和所處的地理坐標(biāo)。目前GPS廣泛的應(yīng)用于交通、郵電、地礦、建筑、農(nóng)業(yè)、氣象、土地管理、金融、公安等部門和行業(yè)。

三、地理信息系統(tǒng)（GIS）

專門處理地理空間數(shù)據(jù)的汁算機(jī)系統(tǒng)，稱為“地理信息系統(tǒng)”，簡稱“GIS”。

1.地理信息系統(tǒng)的簡要程序：其工作流程由地理空間數(shù)據(jù)的輸入、管理、分析和表達(dá)等過程構(gòu)成，即“信息源――數(shù)據(jù)處理――數(shù)據(jù)庫――空間分析――表達(dá)”。

2.應(yīng)用的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛：凡是用到地圖或需要處理地理空間數(shù)據(jù)的領(lǐng)域都可用到；（1）在區(qū)域地理環(huán)境研究中，地理信息系統(tǒng)可提供反映區(qū)域狀況的各種空間信息；（2）利用地理信息系統(tǒng)所提供的查詢檢索、空間分析等功能，可對區(qū)域內(nèi)的地理要素進(jìn)行精確的分析、評價(jià)；（3）運(yùn)用地理信息系統(tǒng)對環(huán)境和自然災(zāi)害進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測及評估預(yù)測；（4）地理信息系統(tǒng)在城市管理中的應(yīng)用已得到推廣。在城市管理中的具體應(yīng)用如下：

四、地理信息技術(shù)與數(shù)字地球

1.“3S”技術(shù)的聯(lián)系和區(qū)別：（1）遙感技術(shù)主要用于地理信息數(shù)據(jù)的獲取，全球定位系統(tǒng)主要用于地理信息的空間定位，地理信息系統(tǒng)主要用來對地理信息數(shù)據(jù)的管理、更新、空間分析和應(yīng)用評價(jià)等；（2）遙感技術(shù)為地理信息系統(tǒng)提供信息數(shù)據(jù)，加快了地理信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的更新，保證了地理信息系統(tǒng)的時(shí)效性，全球定位系統(tǒng)為遙感信息數(shù)據(jù)地面定位目標(biāo)選擇、野外驗(yàn)證、圖像分類等提供了必要的數(shù)據(jù)信息，為更好地利用遙感技術(shù)解決實(shí)際問題提供支持。既互為獨(dú)立發(fā)展又相互促進(jìn)。

火災(zāi)遙感監(jiān)測的原理和方法范文第2篇

【關(guān)鍵詞】3S技術(shù) 退耕還林（草）

退耕還林(草)工程是一個(gè)非常復(fù)雜的項(xiàng)目，如何對工程進(jìn)行管理、工作怎樣開展、如何進(jìn)行下一步工作安排和部署，都要進(jìn)行科學(xué)的管理和監(jiān)測，利用常規(guī)技術(shù)是比較困難的。特別是象退耕還林(草)這樣大型的工程監(jiān)測和決策、工程的設(shè)計(jì)，若要在短時(shí)間內(nèi)迅速完成，快速?zèng)Q策，利用3S技術(shù)將是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢，綜合RS的宏觀、大量信息、更新周期短，GPS的精確定位，GIS的綜合處理、空間分析和管理的長處，科學(xué)的對退耕還林（草）工程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測、分析管理及決策。將“3S”技術(shù)應(yīng)用到退耕還林(草)中,可快速、準(zhǔn)確地查清退耕坡地面積,制定科學(xué)、合理的實(shí)施方案,及時(shí)、有效地監(jiān)督檢查工程實(shí)施的進(jìn)展和效果。

1 RS在退耕還林中的應(yīng)用

RS由于其時(shí)效性強(qiáng)，價(jià)格便宜受到了各行各業(yè)的重視。其在林業(yè)上已有較為成熟的應(yīng)用。如一類調(diào)查、二類調(diào)查、荒漠化監(jiān)測等。在大面積的退耕還林工程中進(jìn)行應(yīng)用可以節(jié)約大量的調(diào)查經(jīng)費(fèi)，并且可以及時(shí)反映工程的進(jìn)展情況及病蟲害、火災(zāi)等情況。但林業(yè)應(yīng)用最廣的LANDSAT5 TM遙感資料分辨率為30m，在工程應(yīng)用稍有不足，若利用SPOT的10m分辨率的資料與TM的資料進(jìn)行鑲嵌疊加應(yīng)用，多波段合成可達(dá)到10m的分辨率，滿足工程需要，還可以直接應(yīng)用SPOT5數(shù)據(jù)，SPOT5衛(wèi)星在保持視場為60公里不變的情況下，將全色影像分辨率提高到2.5米，將多光譜影像分辨率提高到10米。另外還可采用國產(chǎn)資源衛(wèi)星資料(如中巴資源衛(wèi)星的CCD數(shù)據(jù)，分辨率19.5m)進(jìn)行監(jiān)測，更加節(jié)約經(jīng)費(fèi)。

調(diào)查采用遙感與現(xiàn)地常規(guī)調(diào)查相結(jié)合的方法進(jìn)行。選擇當(dāng)年度合適季節(jié)的遙感（TM影象或國家資料衛(wèi)星）資料作為調(diào)查的信息源，衛(wèi)星影象的比例尺為1：2.5-5萬。獲取遙感圖象后，通過實(shí)地調(diào)查及相關(guān)資料的TM等影象色調(diào)特征及形態(tài)特征綜合分析，建立工程區(qū)退耕和新造林地、草地、耕地等各類的解譯標(biāo)志，作為判讀的依據(jù)后進(jìn)行遙感資料的判讀并獲取信息。

先要完成對遙感圖像的處理和判斷分類、建立DEM，下一步就進(jìn)入了核心的步驟，即是對遙感圖像、DEM和土地利用圖、行政區(qū)圖等矢量圖形進(jìn)行疊加分析，得到最終成果。

2 GIS在退耕還林中的應(yīng)用

利用GIS 可以對整個(gè)退耕還林工程進(jìn)行管理監(jiān)測。要對工程進(jìn)行管理，首先建立退耕還林工程的數(shù)據(jù)庫，其中的圖形庫的主要內(nèi)容除了各級行政界限外，還需要各種地形因子，如等高線、土壤、植被、土地利用類型。在疊加上各類與退耕、造林和種草等相關(guān)資料的同時(shí)，利用GIS強(qiáng)大的分析功能，對退耕還林地區(qū)進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，哪些地方首先退、退多大范圍，退下來后根據(jù)自然條件及技術(shù)條件確定怎么還等。每年及時(shí)更新數(shù)據(jù)，隨時(shí)掌握及時(shí)的信息，并可隨時(shí)提供各種信息的圖件，便于直觀了解，為整個(gè)工作的安排部署提供可靠的依據(jù)。

退耕還林工程監(jiān)測信息系統(tǒng)在內(nèi)容上由計(jì)算機(jī)硬件、系統(tǒng)管理軟件和包括數(shù)據(jù)采集（樣線、線段）記錄表的數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成軟件、GIS通用工具及制圖軟件、圖象處理軟件及統(tǒng)計(jì)分析軟件等在內(nèi)的應(yīng)用軟件，以及記錄退耕還林工程區(qū)自然資源、環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況的圖象庫、統(tǒng)計(jì)分析及專題評價(jià)模型庫等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫組成。

3 GPS在退耕還林中的應(yīng)用

GPS作為一種十分有效的定位工具，它能在任何時(shí)候全天候?qū)崟r(shí)確定所在地點(diǎn)的大地坐標(biāo)，并可通過導(dǎo)航達(dá)到目的地。而傳統(tǒng)的定位技術(shù)在缺乏明顯地物的地區(qū)定位往往困難重重，使用GPS定位，速度快、誤差小、簡便易行。

GPS在退耕還林工程中其作用為配合GIS和RS使用。其準(zhǔn)確的定位為GIS提供準(zhǔn)確的地理信息，為使工程建設(shè)能夠不重不漏及其它提供依據(jù)。其準(zhǔn)確的坐標(biāo)定位對RS和GIS信息的匹配提供了聯(lián)系，為建立解譯標(biāo)志提供了保證。同時(shí)還可以在準(zhǔn)確坐標(biāo)處拍攝照片，作為建立解譯標(biāo)志的依據(jù)。

GPS 最重要的性能是可獲取點(diǎn)、線、面的數(shù)據(jù)，如點(diǎn)的坐標(biāo)、線的方向、面的大小等。在退耕還林工程監(jiān)測中，需要測量地塊的信息，如退耕面積、位置等。在野外，用常規(guī)方法高精度采集這類數(shù)據(jù)一般比較困難，用GPS則顯示出其巨大的優(yōu)越性。GPS可沿著界線的方向，在行進(jìn)中記錄數(shù)據(jù)。所采集的數(shù)據(jù)，應(yīng)用響應(yīng)配套軟件（比如MAPSOURCE軟件）可以直接成圖，甚至直接得出地塊面積及三維坐標(biāo)（經(jīng)度、緯度和海拔）。這樣丈量長度和計(jì)算面積則非常方便，并且誤差很小。再結(jié)合其它數(shù)據(jù)，形成退耕還林工程信息圖。

在退耕還林檢查驗(yàn)收過程中，還可以通過GPS軌跡判斷檢查人員是否達(dá)到現(xiàn)地，從軌跡可以看出檢查人員的行走路線、到達(dá)時(shí)間等。

GPS 接收因其廠家的不同，適用的國家和地區(qū)不同，內(nèi)設(shè)參數(shù)各不相同；正確的參數(shù)設(shè)置一方面可提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，另一方面有利于用戶讀取。我國的時(shí)區(qū)為北京時(shí)區(qū)，林業(yè)常用比例尺的地形圖一般使用高斯-克呂格投影，采用大地公里網(wǎng)格坐標(biāo)結(jié)合經(jīng)緯度的坐標(biāo)系統(tǒng)，高度（即海拔）以黃海海平面為基準(zhǔn)，在采集數(shù)據(jù)時(shí)可根據(jù)需要和實(shí)際情況設(shè)置其他參數(shù)。

現(xiàn)在我們一類清查中使用的GARMIN公司的GPS-12美洲豹型、奇遇、小博士等全球定位儀，其定位精度為在經(jīng)過參數(shù)修正后定位精度在7-8m以內(nèi)，可滿足工作需要。

4 問題與討論

3S技術(shù)的應(yīng)用在我國剛剛展開，退耕還林（草）又是一個(gè)規(guī)模宏大的生態(tài)工程，在具體研究3S技術(shù)在這個(gè)工程中的應(yīng)用時(shí)，以下幾個(gè)問題還是值得探討的。

（1）資金的問題。這項(xiàng)以遙感技術(shù)為核心的研究工作需要大量的遙感圖像和數(shù)字地圖作為基礎(chǔ)資料和信息來源，而這兩種數(shù)據(jù)的價(jià)格都很高，因此必須有充足的經(jīng)費(fèi)作為保障。但退耕還林工作到目前為止，國家還沒有安排相應(yīng)的工作經(jīng)費(fèi)，并且又主要由縣級林業(yè)部門負(fù)責(zé)，一般縣上財(cái)政都比較困難，特別是西部的一些縣，不可能拿出那么多資金來，所以這工作經(jīng)費(fèi)的問題是個(gè)比較突出的問題。

（2）計(jì)算機(jī)軟、硬件設(shè)備的問題。對遙感影像和數(shù)字地圖的各種處理和分析都需要十分專業(yè)的GIS或RS軟件支持，因此相關(guān)專業(yè)軟件是必備的。ERDAS8.7和ARCGIS9都可以滿足工作需要。要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測就要求實(shí)時(shí)獲取新的遙感影像，因此要求有大容量的存儲設(shè)備來存儲這些圖像數(shù)據(jù)，而且對大量的數(shù)據(jù)處理和分析也要求必須配備性能較高的計(jì)算機(jī)硬件。

（3）人才技術(shù)人員的問題。運(yùn)用3S技術(shù)推動(dòng)退耕是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須配備RS、GIS專業(yè)人員以及農(nóng)學(xué)、林學(xué)、生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)等各方面的技術(shù)人才，各專業(yè)人才相互配合、協(xié)同作戰(zhàn)才能較好地達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。而縣上往往這方面最薄弱，建議省上或者國家給予更多的技術(shù)支持，加強(qiáng)這方面人才的培訓(xùn)和引進(jìn)。

5 結(jié)語

退耕還林工程監(jiān)測管理中，3S技術(shù)替代以往的單純實(shí)地調(diào)查，在監(jiān)測方法上3S技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)志著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)用于此類工作的一個(gè)重要開端?，F(xiàn)代遙感技術(shù)的使用，不僅提高了調(diào)查精度，而且大大節(jié)省了時(shí)間和資金，提高了工作效率。GPS在精確定位方面的卓越功能使退耕還林工程實(shí)施點(diǎn)的確定上如虎添翼。大大提高了工作效率。退耕還林工程信息系統(tǒng)的使用，成為退耕還林工程相關(guān)信息的儲存、處理、分析與評估的主要手段。該系統(tǒng)的建立與運(yùn)行大大提高了退耕還林工程的處理能力、效率、技術(shù)水平和成功質(zhì)量，為退耕還林工程注入新的活力。

火災(zāi)遙感監(jiān)測的原理和方法范文第3篇

關(guān)鍵字：計(jì)算機(jī)；控制技術(shù)；林業(yè)工程；應(yīng)用探究

科技發(fā)展與經(jīng)濟(jì)體的并軌，給計(jì)算機(jī)在林業(yè)工程中的應(yīng)用提供了廣闊的空間。計(jì)算機(jī)已成為當(dāng)代青年生活的必須品，聯(lián)同移動(dòng)設(shè)備讓人們的生活百般滋味。

古語有云“大樹底下好乘涼”，這也深刻說明了林業(yè)在社會(huì)生活中的重要地位。當(dāng)前林業(yè)工程的發(fā)展最重要的是資源調(diào)配，資源利用，資源蓄積，而這些都需要計(jì)算機(jī)控制技術(shù)來輔助，當(dāng)前，完善的林業(yè)信息管理系統(tǒng)和決策系統(tǒng)已經(jīng)初步落成，可靠的計(jì)算機(jī)控制軟件不斷更新，給林業(yè)工程送去了簡化和高效，使林業(yè)工程的管理技術(shù)和研究手段都發(fā)生了巨大變化。

一、我國林業(yè)工程的特點(diǎn)

1、林業(yè)及林業(yè)工程

說到林業(yè)，我們一定會(huì)想到大山密林吧！誰會(huì)在意整齊有秩初入沃土的小小樹苗呢？它們的朝氣也不輸參天大樹吧！林業(yè)的腳步不止在綠化和山水間吧！經(jīng)濟(jì)的需求也是林業(yè)的重要組成部分，林業(yè)工程也是應(yīng)市場需求而生吧！當(dāng)然林業(yè)的發(fā)展更依賴社會(huì)建設(shè)，只有良性的林業(yè)發(fā)展才會(huì)對社會(huì)起到中流砥柱的作用。林業(yè)工程是以森林資源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展為目的，研究森林資源的撫育、開發(fā)利用和林產(chǎn)品加工等。林業(yè)工程雖然是一個(gè)綜合性的傳統(tǒng)領(lǐng)域，但是隨著信息技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、材料科學(xué)等的迅速發(fā)展和滲透，它的研究專業(yè)化水平也必將得到提高。

2、我國的林業(yè)工程及特點(diǎn)

在我國的林業(yè)“六大”生態(tài)工程中，“天然林保護(hù)工程” 是我國林業(yè)的一號工程，投資最大，見效慢；“退耕還林還草工程”是我國林業(yè)建設(shè)史上涉及面最廣、政策性最強(qiáng)、群眾參與度最高的生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程；“‘三北’和長江中下游地區(qū)等防護(hù)林體系建設(shè)工程”是我國涵蓋面最大、內(nèi)容最豐富的防護(hù)林體系工程；“京津風(fēng)沙源治理工程”是首都乃至中國的“形象工程”，也是環(huán)京生態(tài)圈建設(shè)的主體工程 ；“野生動(dòng)植物保護(hù)及自然保護(hù)區(qū)建設(shè)工程”是一個(gè)面向未來，著眼長遠(yuǎn)，具有多項(xiàng)戰(zhàn)略意義的生態(tài)保護(hù)工程?！八偕S產(chǎn)林基地建設(shè)工程”是我國林業(yè)產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)的骨干工程，也是增強(qiáng)林業(yè)實(shí)力的“希望工程”。

“六大” 林業(yè)重點(diǎn)工程的意義在于發(fā)揮森林作為“大自然總調(diào)度室”的作用，同時(shí)提高我國森林資源的蓄積量，滿足國民經(jīng)濟(jì)各部門對森林資源的需求。

當(dāng)然林業(yè)工程管理的實(shí)現(xiàn)離不開計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的支持，林業(yè)工程中涉及的海量信息、圖像數(shù)據(jù)和加工制造，都需要數(shù)據(jù)處理和輔助設(shè)計(jì)軟件，圖像采集與數(shù)據(jù)分析更需要各種數(shù)據(jù)模型方法支持，歷史數(shù)據(jù)的甄選刪除工作更需要專家系統(tǒng)的處理。前不久在加拿大發(fā)生的大型火災(zāi)讓林業(yè)資源和環(huán)境遭受了巨大的損失，深刻說明了深林防火的重要，林業(yè)工程管理的重要。

二、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)技術(shù)與控制應(yīng)用的結(jié)合，將電子技術(shù)、自動(dòng)控制和應(yīng)用開發(fā)技術(shù)引向智能化和專業(yè)化，鞏固了控制管理的核心地位。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)很好的將可編程技術(shù)、嵌入式技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來，為控制需求服務(wù)?？刂萍夹g(shù)的應(yīng)用很好的提升了生產(chǎn)的精度和速度，信息化生產(chǎn)漸漸成為企業(yè)加工的主流，生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)期。如機(jī)器織布機(jī)制作出的印花，已完全替代了人工，當(dāng)然傳統(tǒng)特色性加工的發(fā)展依然很受市場歡迎。

2、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的工作原理

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)根據(jù)其系統(tǒng)的工作特點(diǎn)可以分為：操作指導(dǎo)系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)。其工作原理為：

1） 進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，把來自測量變送裝置的被控制量的瞬間值進(jìn)行檢測和輸入。

2） 對數(shù)據(jù)進(jìn)行控制決策，把采集到的被控制量進(jìn)行分析和處理，并按已定的控制規(guī)則決定將要使用的控制行為。

3） 注意實(shí)時(shí)的控制輸入，依照控制決策，實(shí)時(shí)的對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，指導(dǎo)完成控制任務(wù)。

3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類

第一，計(jì)算機(jī)控制首先要有中央處理器，中央處理器可以實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的運(yùn)算和調(diào)配。如溫度、壓力和留速等數(shù)據(jù)信息的收集、錄入、歸類、計(jì)算、分析、評判和指令設(shè)置等，可以通過視頻顯示設(shè)備將關(guān)鍵信息和處理過程顯示出來，需要時(shí)可以對所需信息進(jìn)行處理，給操作人員提供設(shè)計(jì)改進(jìn)思路和檢測跟蹤信息。

第二，直接數(shù)字控制系統(tǒng)，它是利用 1 臺計(jì)算機(jī)對 1 個(gè)或多個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果與給定值比較，然后按照之前規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，并將控制量通過接口直接去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對被控對象進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)直接控制生產(chǎn)過程。此系統(tǒng)的特點(diǎn)是靈活性大，可靠性高，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律。缺點(diǎn)是危險(xiǎn)集中。

第三，監(jiān)督控制系統(tǒng)，它屬于兩級控制系統(tǒng)。上位機(jī)是監(jiān)督計(jì)算機(jī)，面向被控對象的下位機(jī)可以是 DDC 系統(tǒng)或模擬調(diào)節(jié)器。監(jiān)督計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)是采集現(xiàn)場信息，根據(jù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行最優(yōu)控制和其它復(fù)雜的控制，指揮下位機(jī)工作，并可調(diào)整下位機(jī)的設(shè)定值，向操作人員發(fā)出操作指示。

三、在林業(yè)工程中的作用

1、對林業(yè)工程的監(jiān)測與控制

計(jì)算機(jī)監(jiān)測的具體內(nèi)容為現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和保存，它主要的監(jiān)測對象是試驗(yàn)和生產(chǎn)過程中需要的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)中的過程控制是指使用計(jì)算機(jī)對林業(yè)工程生產(chǎn)工藝過程中的溫度、濕度、重量、電壓、濃度、水壓等物理用量和化學(xué)用量進(jìn)行控制。

2、對森林資源的管理

在林業(yè)工程林地管理的工作中，對于各種侵入、占用林地的行為，我們可以使用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位、測量，計(jì)算出面積。然后再把遙感技術(shù)采集到的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中，就可以馬上繪制出被侵入、占用林地的準(zhǔn)確位置、面積和圖形。

3、有助于林業(yè)工程的繪圖

傳統(tǒng)的林業(yè)用圖都是手工繪制出來的，繪制過程復(fù)雜、難度大，圖的精確度、 標(biāo)準(zhǔn)度以及規(guī)范度難以保證，并且十分不利于檢驗(yàn)和修改。以計(jì)算機(jī)和有關(guān)圖像圖形輸出設(shè)備為工具，配合使用 GPS 技術(shù)、遙感技術(shù)以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件對林業(yè)工程進(jìn)行繪圖，使林業(yè)工程的繪圖工作發(fā)生了巨大的變革。

參考文獻(xiàn)：

火災(zāi)遙感監(jiān)測的原理和方法范文第4篇

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；環(huán)境科學(xué)；土地資源

中圖分類號：F49文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16723198（2007）11029702

1GIS在資源環(huán)境中的應(yīng)用

1.1GIS在土地資源中的應(yīng)用

(1)土地資源清查。

20世紀(jì)60 至70 年代,加拿大就建立了土地清查地理信息系統(tǒng)(CGIS)，它可以在快速方便地輸入實(shí)地詳查資料的基礎(chǔ)上,按要求輸出各類土地面積、土地利用現(xiàn)狀分布圖以及坡度坡向圖,也可按用戶特定要求輸出不同年代的土地利用類型等相應(yīng)圖件。國際土壤學(xué)會(huì)于1986 年開始著手建立1∶1 000 000的世界土壤O土地?cái)?shù)字化數(shù)據(jù)庫(world soils and terrain digital data base 簡稱SOTER)，希望利用GIS 技術(shù)完成全球性的土地資源清查。在我國,地理信息系統(tǒng)用于土地資源清查起步較晚,但發(fā)展迅速,它大大方便了土地資源清查與數(shù)據(jù)共享,為土地資源的合理利用與可持續(xù)發(fā)展提供了決策信息服務(wù)。

(2)土地資源評價(jià)與管理。

土地資源評價(jià)與管理是地理信息系統(tǒng)應(yīng)用最早的和較為成熟的領(lǐng)域之一,由此產(chǎn)生了一系列的土地管理信息系統(tǒng)(LIS) 。早期的有美國紐約土地利用與自然資源信息系統(tǒng)(LUNR)， 美國明尼蘇達(dá)土地管理信息系統(tǒng)(MLMIS) 。

20世紀(jì)70 年代以來土地資源信息系統(tǒng)得到迅速發(fā)展和普遍應(yīng)用,出現(xiàn)了巨大的加拿大國家土地信息系統(tǒng)(CanGIS)，新西蘭微型計(jì)算機(jī)土地信息系統(tǒng)(MIDGE，Giltap)，澳大利亞SIRO 土地利用規(guī)劃信息系統(tǒng),以及英國發(fā)展的土地資源信息系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都將土地評價(jià)和規(guī)劃過程相結(jié)合,并適用于土地管理,具有綜合性和實(shí)用性。我國土地資源信息系統(tǒng)始于20世紀(jì)80 年代后期,但發(fā)展較快,戴旭利用ARC/ INFO 信息系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)土地資源評價(jià)，傅伯杰以延安地區(qū)為例建立了資源評價(jià)信息系統(tǒng),周慧珍和賀紅士等建立了區(qū)域微機(jī)土壤信息系統(tǒng),分別對實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了土地退化評價(jià)、土地利用變遷分析和土地肥力評價(jià),倪紹祥、黃杏元等利用土地評價(jià)信息系統(tǒng),改善了土地適宜性評價(jià)的效率和精度,將土地適宜性評價(jià)和土地利用規(guī)劃決策聯(lián)系起來。

1.2GIS在生態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用

(1)生態(tài)環(huán)境管理規(guī)劃與宏觀決策。

地理信息系統(tǒng)在生態(tài)環(huán)境研究中應(yīng)用廣泛,主要有環(huán)境監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)與環(huán)境影響評價(jià)、環(huán)境預(yù)測規(guī)劃與生態(tài)管理以及面源污染等?？臻g監(jiān)測信息的綜合加工與快速而形象的反映是環(huán)境管理的迫切需要,監(jiān)測信息的綜合分析是一個(gè)復(fù)合型的巨大系統(tǒng),引入地理信息系統(tǒng),不僅可滿足上述要求,而且可作為支持系統(tǒng)的有利工具。

通過GIS 與這些模型結(jié)合可以確定面源污染的影響因素、形成機(jī)理和分布規(guī)律,在實(shí)踐中發(fā)揮了很好的作用。在我國,面源污染研究起步較晚,仍不夠深入,主要是借用國外的一些模型進(jìn)行土壤侵蝕研究和污染物總量控制,而面源模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行得很少。

(2)自然災(zāi)害預(yù)警及災(zāi)情分析。

從國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r看,地理信息系統(tǒng)技術(shù)在重大自然災(zāi)害和災(zāi)情評估中有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。從災(zāi)害的類型看,它既可用于火災(zāi)、洪災(zāi)、泥石流、雪災(zāi)和地震等突發(fā)性自然災(zāi)害,又可應(yīng)用于干旱災(zāi)害、土地沙漠化、森林蟲災(zāi)和環(huán)境危害等非突發(fā)性事故。就其作用而言,從災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)、災(zāi)害監(jiān)測調(diào)查到災(zāi)情評估分析各個(gè)方面,綜合起來有如下幾點(diǎn): ①進(jìn)行災(zāi)情預(yù)警預(yù)報(bào); ②對災(zāi)情進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測; ③分析探討災(zāi)情發(fā)生的成因與規(guī)律; ④ 進(jìn)行災(zāi)害調(diào)查; ⑤ 災(zāi)害監(jiān)測; ⑥災(zāi)害評估。

1.3地理信息系統(tǒng)在土地資源與生態(tài)環(huán)境應(yīng)用中存在的問題

(1)數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證。

土地資源與生態(tài)環(huán)境問題涉及土壤學(xué)、環(huán)境學(xué)與地理學(xué)等各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域,其影響因素復(fù)雜,需要數(shù)據(jù)量大且要求質(zhì)量高。然而由于儀器設(shè)備以及人力物力的限制,許多土地資源與生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)難以獲取。而且現(xiàn)有數(shù)據(jù)也往往由于數(shù)據(jù)來源不一、數(shù)據(jù)格式各異、年代不同等原因造成土地資源與生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證,特別是數(shù)據(jù)格式不一,使各地區(qū)的數(shù)據(jù)難以共享,嚴(yán)重影響了GIS 的應(yīng)用。同時(shí),地理信息系統(tǒng)最基本特點(diǎn)是每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)都有空間坐標(biāo),即首先定位,才能使定性定量的屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)相連,而傳統(tǒng)的人工采集與野外調(diào)查數(shù)據(jù)空間定位能力差,并且往往以點(diǎn)代面,不可避免的帶來了各種誤差。因此數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)精度一直是GIS 技術(shù)真正解決土地資源與生態(tài)環(huán)境問題的一個(gè)“瓶頸”。

(2)專業(yè)模型缺乏通用性。

現(xiàn)代土地資源與生態(tài)環(huán)境研究從世界范圍和歷史發(fā)展來看,許多發(fā)達(dá)國家已從第一階段的側(cè)重調(diào)查、分類和制圖,進(jìn)入第二階段的側(cè)重模擬、監(jiān)測和管理。在這個(gè)階段,問題的解決依賴于模型的建立,然而現(xiàn)有的模型多是面向某一地區(qū)特定條件下建立的,大多不具有空間和時(shí)間上的可移植性。

(3)系統(tǒng)集成性差。

集成是將基于信息技術(shù)的各種資源及分析方法(計(jì)算機(jī)硬件、軟件、模型、接口及傳感器) 集成一個(gè)協(xié)同工作的整體。隨著地理信息系統(tǒng)在土地資源與生態(tài)環(huán)境中應(yīng)用的深入,建立了一大批相關(guān)地理信息系統(tǒng)。這些專業(yè)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模型、專業(yè)模型以及兩者之間的接口和GIS之間的連接方式均不一樣,界面不統(tǒng)一不友好。GIS的數(shù)據(jù)模型仍然缺乏環(huán)境模擬所需的時(shí)空結(jié)構(gòu),GIS軟件系統(tǒng)也不能夠同時(shí)處理時(shí)空數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)可變性以及建立和檢驗(yàn)過程的算法可變性。

1.4GIS在水資源與生態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用

由于水資源與生態(tài)環(huán)境評價(jià)牽涉面廣，涉及數(shù)據(jù)信息來源多，因此需要運(yùn)用多種手段進(jìn)行分析研究。遙感技術(shù)、技術(shù)和管理信息系統(tǒng)技術(shù)在水資源與生態(tài)環(huán)境評價(jià)中的綜合應(yīng)用是未來發(fā)展的趨勢。用于實(shí)時(shí)、快速地提供大面積地表物體及其環(huán)境的幾何與物理信息和各種變化， 是綜合處理非空間數(shù)據(jù)的平臺，同時(shí)也為空間數(shù)據(jù)提供了屬性信息，則是對多種來源時(shí)空數(shù)據(jù)的綜合處理分析和應(yīng)用以及展示的平臺。項(xiàng)技術(shù)綜合運(yùn)用將對大范圍改善水資源與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系發(fā)揮巨大的作用。

基于水資源與生態(tài)環(huán)境評價(jià)管理信息系統(tǒng)的主要用戶對象是系統(tǒng)內(nèi)部戶，目前組件技術(shù)已相當(dāng)成熟，并且由于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不受開發(fā)方式的限制，可以將的分析功能發(fā)揮至極致。水資源與生態(tài)環(huán)境評價(jià)管理地理信息系統(tǒng)由專題管理系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)及空間數(shù)據(jù)編輯系統(tǒng)I 部分組成。

專題管理系統(tǒng)是水資源與生態(tài)環(huán)境評價(jià)管理地理信息系統(tǒng)的核心部分，其主要任務(wù)是提供空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行連接的工具，建設(shè)專題信息，將空間數(shù)據(jù)和水資源與生態(tài)環(huán)境評價(jià)所需的屬性數(shù)據(jù)結(jié)合成為有機(jī)的整體，使空間數(shù)據(jù)信息為水資源與生態(tài)評價(jià)服務(wù)，并在此基礎(chǔ)上完成對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向查詢，既可以對屬性庫進(jìn)行各類查詢，又可將查詢結(jié)果直觀地在地圖上表示出來，也能以地圖為工具，查詢圖上各空間要素的詳細(xì)資料，通俗的說，也就是從表到圖、從圖到表的雙向信息查詢，使信息達(dá)到既形象直觀又詳盡、具體的完美統(tǒng)一。專題管理系統(tǒng)還提供對空間信息進(jìn)行量算、數(shù)據(jù)顯示和輸出及其他輔助功能。

1.5環(huán)境影響評價(jià)

環(huán)境影響評價(jià)用以識別和預(yù)測某項(xiàng)人類活動(dòng)對環(huán)境所產(chǎn)生的影響, 解釋和傳播影響信息, 制定出減輕不利影響的對策措施, 從而達(dá)到人類行為與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。由于GIS 能夠集成管理與場地有關(guān)的數(shù)據(jù), 例如水質(zhì), 空氣質(zhì)量、污染源、土地利用狀況等, 因而特別適合作為環(huán)境影響評價(jià)的分析和輔助決策工具。

2GIS的發(fā)展趨勢

2.1RS、 GPS 和GIS 一體化技術(shù)的應(yīng)用

RS (遙感) 作為一種獲取和更新空間數(shù)據(jù)的強(qiáng)有力的手段,能提供實(shí)效性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高、監(jiān)測范圍大、具有綜合性的定位定量信息,于是RS 信息便成了地理信息系統(tǒng)十分重要的數(shù)據(jù)源,它有助于GIS 數(shù)據(jù)庫的及時(shí)更新,確保現(xiàn)實(shí)性,特別是環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測,自然災(zāi)害防治以及土地利用分類等方面,具有其它類型數(shù)據(jù)所無法代替的優(yōu)越性。GPS (全球定位系統(tǒng)) 是美國在24 顆衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的最新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)。它由三部分組成,即空間部分、地面監(jiān)測部分和用戶部分。GPS 為RS 影像數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)提供精確定位信息。在當(dāng)今全球變化研究、土地資源與生態(tài)環(huán)境、信息技術(shù)高實(shí)效性要求日益急迫的情況下“3S”一體化技術(shù)必將成為重要發(fā)展方向之一。

2.2應(yīng)用模型的開發(fā)

目前應(yīng)用模型的研究比較引人注目的是: ①引進(jìn)空間化的數(shù)理統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)分析方法。②通過實(shí)例研究,建立專業(yè)模型。在GIS應(yīng)用中,應(yīng)用模型是聯(lián)系GIS 應(yīng)用系統(tǒng)與常規(guī)專業(yè)研究的紐帶,模型的建立必須以廣泛的專業(yè)知識為基礎(chǔ)。這既是解決專業(yè)模型的關(guān)鍵,也是GIS 功能的擴(kuò)展。因此應(yīng)用模型研究是今后研究的重點(diǎn)和發(fā)展的主要方向之一。

2.3模型驅(qū)動(dòng)的決策支持系統(tǒng)的發(fā)展

以模型庫為驅(qū)動(dòng)核心的空間決策支持系統(tǒng)以決策的有效性為目的,建立決策模型和空間復(fù)合運(yùn)算,在不同的決策階段予以不同的支持,支持決策的全過程,從而避免了運(yùn)用GIS在空間信息的分析評價(jià)、時(shí)空分析、預(yù)測和模擬及。決策等過程中模型分析功能的不足。因此GIS 在土地資源與生態(tài)環(huán)境中的傳統(tǒng)應(yīng)用階段必將走向空間決策支持系統(tǒng)發(fā)展階段。

2.4人工智能的應(yīng)用和專家系統(tǒng)的開發(fā)

20世紀(jì)80 年代開始的以知識為對象的信息處理,注意利用人工智能(AI) 的方法,通過專家知識的規(guī)范化建立知識庫,發(fā)展專家系統(tǒng)。利用這種智能型的地理信息系統(tǒng)來解決不能用算法解決的復(fù)雜問題,將使GIS 的應(yīng)用領(lǐng)域獲得更大的拓展。

2.5標(biāo)準(zhǔn)化是發(fā)展方向

制訂統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)是信息系統(tǒng)共享的基礎(chǔ)。美國、日本、法國和加拿大等國都十分注意全國性的統(tǒng)一規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)。我國應(yīng)吸取國際經(jīng)驗(yàn)結(jié)合本國實(shí)際,開展關(guān)于資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家規(guī)范的研究,以便科學(xué)而準(zhǔn)確地規(guī)定系統(tǒng)中的內(nèi)容分類,數(shù)據(jù)格式、控制體系、精度標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)名詞等,以保證不同系統(tǒng)之間的交換和數(shù)據(jù)共享。

2.6網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,給新一代GIS 技術(shù)重構(gòu)帶來了巨大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。GIS 的空間分析方法由原理驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng);采用主流技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議,實(shí)現(xiàn)GIS 空間數(shù)據(jù)的互操作性和全關(guān)系化;從單純的GIS 技術(shù)轉(zhuǎn)向同各種專業(yè)應(yīng)用相結(jié)合,使之在全球信息基礎(chǔ)設(shè)施上得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

［1］鞠勝勇. 地理信息系統(tǒng)軟件在房產(chǎn)測繪管理中的應(yīng)用研究［J］．科技資訊，2007，(28).

火災(zāi)遙感監(jiān)測的原理和方法范文第5篇

關(guān)鍵詞海洋環(huán)境污染海洋災(zāi)害海洋工程與海洋環(huán)境相互作用

隨著沿海經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，近海海域遭到越來越嚴(yán)重的污染，使海域環(huán)境質(zhì)量明顯下降，生態(tài)環(huán)境日趨惡化，并對生物資源和人體健康產(chǎn)生有害影響。近海水域的污染已成為世界各國，特別是象我國這樣具有相當(dāng)長的海岸線和眾多海灣的國家所共同關(guān)心的環(huán)境問題。海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展還面臨嚴(yán)酷的海洋自然環(huán)境，海洋災(zāi)害直接影響著海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展規(guī)模、速度和效益，精確預(yù)報(bào)海洋災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展和應(yīng)該采取何種防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)工程措施，也成為嚴(yán)重關(guān)注的環(huán)境問題。為了開發(fā)海洋中的空間、礦產(chǎn)、漁業(yè)、能源等物質(zhì)資源，需要在海上進(jìn)行各類工程建設(shè)，在目前科技日益發(fā)展的情況下，工程建設(shè)的規(guī)模日益巨大，這些大規(guī)模的工程建設(shè)和海洋環(huán)境之間的相互作用也將是開發(fā)海洋中的一個(gè)應(yīng)引起特別關(guān)注的重要問題。為了適應(yīng)我國海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，海洋環(huán)境的日益惡化，海洋災(zāi)害的頻發(fā)和海洋工程向大型化發(fā)展，近海石油氣田的開發(fā)，以及海岸帶開發(fā)過程中的后效問題的研究需要，針對我國重大海洋環(huán)境與保護(hù)問題開展研究是十分必要和迫切的。

在這方面，重點(diǎn)需要開展的研究課題大體上有三類。第一類課題是海洋環(huán)境特征對各類污染物作用的機(jī)理和規(guī)律研究，第二類課題是海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)研究，第三類課題是海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用吸防治措施與對策。

一、海洋環(huán)境特征對各類污染物的作用機(jī)理和規(guī)律研究

以海洋流體動(dòng)力對各類污染物遷移、擴(kuò)散、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究為基礎(chǔ)，考慮各種自然環(huán)境因素（浪、流、風(fēng)、光、溫度、濕度）、物理因素（擴(kuò)散、揮發(fā)、沉降、吸附、釋放）、化學(xué)因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋復(fù)雜條件下的運(yùn)動(dòng)及演變規(guī)律，并建立海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)模型。此外，近年來，在我國沿海海域，赤潮頻發(fā)嚴(yán)重。因此，除了加強(qiáng)赤潮的監(jiān)測和預(yù)報(bào)外，也應(yīng)加強(qiáng)在建立赤潮生長機(jī)理和發(fā)展規(guī)律方面的研究工作。

此項(xiàng)研究應(yīng)通過現(xiàn)場觀測、物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模擬研究相結(jié)合的方法來進(jìn)行。由于現(xiàn)場觀測工作耗資巨大，且受到許多客觀條件的限制，所獲得的數(shù)據(jù)往往有許多綜合因素的共同作用，很難將其中的單因素影響分離出來，因此，往往只能用它來作為對某一水質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)模型進(jìn)行檢驗(yàn)其可行性和精度的一個(gè)實(shí)例。

用數(shù)學(xué)模擬方法來建立海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)模型是一個(gè)較為有效的方法。目前，在這方面國內(nèi)外已有不少水質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)模型，這些水質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)模型大體上都基于以下幾方面的模型：水流數(shù)學(xué)模型；波浪數(shù)學(xué)模型；液流相互作用模型；近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型。

在水流數(shù)學(xué)模型研究方面，對于較大范圍的海域，通常可采用深度平均的潮流教學(xué)模型，對于紊動(dòng)影響不顯著的海域，可不考慮湍流影響，而對于湍流效應(yīng)顯著的區(qū)域，如排污口近區(qū)，則應(yīng)考慮湍流效應(yīng)。此外，采用坐標(biāo)變換，可建立一種能夠考慮復(fù)雜地形和套流效應(yīng)的三維潮流數(shù)學(xué)模型，這樣才能夠較好地重現(xiàn)實(shí)際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域，水流數(shù)學(xué)模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型為基礎(chǔ)，針對水溫和鹽度分層流的流動(dòng)特性，考慮浮力對紊動(dòng)的影響，建立用于模擬同時(shí)存在溫度和鹽度梯度這一類密度分層流的k－（單流體數(shù)學(xué)模型。也可以基于多流體模型的基本概念，分別對兩相本身的湍流輸運(yùn)規(guī)律以及相間相互作用規(guī)律進(jìn)行模擬，建立兩相湍浮力分層流的雙流體數(shù)學(xué)模型。

在波浪數(shù)學(xué)模型研究方面，可應(yīng)用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數(shù)方程組，以提高求解效率。從水波發(fā)展方程出發(fā)，可導(dǎo)出一種用于大區(qū)域波浪變形問題的數(shù)學(xué)模型。通過引入弱非線性波色散關(guān)系，可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應(yīng)。對高階Boussinesq方程的進(jìn)一步研究，可使方程的色激性從入水到深水都達(dá)到很高精度，并提高方程的非線性精度，可以更精確的計(jì)算較深水域波浪的非線性特征。

針對帶自由表面的波浪場問題，通過把能有效模擬自由面形態(tài)的N—S方程和波能平衡方程的結(jié)合，可導(dǎo)出一個(gè)能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程，用這個(gè)方程可模擬規(guī)則波和不規(guī)則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數(shù)學(xué)模型，可模擬海岸上波高變化和破碎波波高、波浪增減水和沿岸流。

在波流相互作用模型的研究方面，對于弱流情形，可采用一種考慮流影響的修正的合流緩坡模型；對于強(qiáng)流情形，可采用在Botssinesq方程中考慮流影響的模型。可以將輻射應(yīng)力的計(jì)算公式與拋物型緩坡方程中的待求變量聯(lián)系起來，建立一種輻射應(yīng)力計(jì)算的新方法，用該方法可對較大區(qū)域均勻斜坡地形上的波浪輻射應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬。

在近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二維應(yīng)力一通量代數(shù)全場模型，可對非對稱潮流作用下的側(cè)向岸邊排放問題過分?jǐn)?shù)值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報(bào)系統(tǒng)作為目標(biāo)，在分析近海環(huán)境中各種物理、化學(xué)和生物現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，針對近海海域水污染的特點(diǎn)，從三維湍流模型出發(fā)，在動(dòng)量方程中引入表面風(fēng)應(yīng)力、底部切應(yīng)力以及柯氏力的作用；在輸運(yùn)方程中引入反映物理、化學(xué)、生物等作用的源、匯項(xiàng)，可建立一個(gè)統(tǒng)一考慮物理、化學(xué)和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉(zhuǎn)化的三維預(yù)報(bào)模型，它可為環(huán)境評價(jià)、水質(zhì)規(guī)劃、污染控制以及水域排污工程設(shè)計(jì)等提供重要的科學(xué)依據(jù)；同時(shí)對確定水域環(huán)境容量，從而制定水域環(huán)境保護(hù)策略，也具有十分重要的理論價(jià)值和應(yīng)用前景。

應(yīng)該指出，在海洋水質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)模型研究方面，數(shù)學(xué)模擬無疑是一種十分有效的手段，但不論是何種數(shù)學(xué)模型，其模型中所需的必要參數(shù)和邊界條件的處理是研究水質(zhì)模型的技術(shù)關(guān)鍵，直接影響到水質(zhì)模型的科學(xué)性和預(yù)測能力。而這些必要的數(shù)據(jù)是無法從數(shù)學(xué)模型本身來取得的，有些可以通過現(xiàn)場觀測來得到，但其中一些最基本的卷數(shù)是要通過基本機(jī)理的研究才能得到，在這方面物理模型實(shí)驗(yàn)研究將是一個(gè)有效的手段。

能模擬海洋動(dòng)力因素的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，現(xiàn)代化的量測儀器和測試系統(tǒng)是開展物理模型實(shí)驗(yàn)研究的必備條件。進(jìn)一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統(tǒng)，可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直結(jié)構(gòu)，獲得流場中水質(zhì)點(diǎn)速度的空間分布和時(shí)間過程；并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場的空間及時(shí)間變化過程，可用以分析定量污染物團(tuán)在波浪及波流相互作用下擴(kuò)散的基本特征和擴(kuò)散系數(shù)。

二、海洋災(zāi)害的精確預(yù)報(bào)及海洋工程設(shè)施防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)的研究

海洋災(zāi)害主要包括風(fēng)暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。90年代以來，我國海洋災(zāi)害所造成的損失每年達(dá)上百億元人民幣，是世界上海洋災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。海洋工程結(jié)構(gòu)的投資費(fèi)用很高，一旦發(fā)生破壞，將會(huì)造成重大的人員傷亡和巨額財(cái)產(chǎn)損失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺，1989年風(fēng)暴潮損失超6億元，1991年DB29銷管船在南海通臺風(fēng)翻沉等）。當(dāng)前我國海洋能源開發(fā)與海洋空間利用的絕大部分活動(dòng)是在近海和極淺海海域。為了保證在這些海域所建造的工程設(shè)施能夠安全服役免遭破壞，面臨的首要問題是弄清這一海域中嚴(yán)酷和復(fù)雜多變的環(huán)境因素。我國東臨西北太平洋，每年出現(xiàn)的臺風(fēng)數(shù)目占全球的38%，其中對我國可能造成災(zāi)害的臺風(fēng)每年有7—8個(gè)。每當(dāng)臺風(fēng)在我國登陸或接近我國沿海通過時(shí)，都會(huì)在沿岸局部地區(qū)產(chǎn)生風(fēng)暴潮，形成風(fēng)暴潮災(zāi)害。

在我國北方海域（渤海和北黃海），冬季由于受寒潮影響，沿岸地區(qū)每年都有結(jié)冰現(xiàn)象，結(jié)冰嚴(yán)重的年份則出現(xiàn)冰害。若對這些海洋災(zāi)害估計(jì)不足將會(huì)帶來巨大的損失。渤海重疊冰與堆積冰的形成，不但可給結(jié)構(gòu)物以強(qiáng)大的冰壓力，而且由于冰激引起的振動(dòng)作用，也會(huì)給海洋平臺的使用和安全帶來巨大的損害。而冰區(qū)溢油的遷移規(guī)律及預(yù)防和清理技術(shù)，至今尚未進(jìn)行過深入的研究。對近岸大面積冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都會(huì)引起海冰的斷裂，斷裂后冰塊的尺度直接影響其對結(jié)構(gòu)物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結(jié)構(gòu)型式，冰排對錐體結(jié)構(gòu)的冰荷載及與其的動(dòng)力相互作用，也是目前尚未解決的課題。在海冰力學(xué)的研究中，除進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬外，實(shí)驗(yàn)研究也是一個(gè)重要的手段。在實(shí)驗(yàn)研究中，模型冰可采用凍結(jié)模型冰和非凍結(jié)模型冰來進(jìn)行，它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)展這兩種技術(shù)是海冰力學(xué)研究中的一個(gè)課題。

我國是一個(gè)多地震的國家，海域中時(shí)有地震發(fā)生。強(qiáng)烈的地震將有可能是海上工程設(shè)施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結(jié)構(gòu)物（海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等）發(fā)生破壞，除其直接經(jīng)濟(jì)損失極大外，其次生災(zāi)害——火災(zāi)、環(huán)境污染等的后果也不堪設(shè)想。

近年環(huán)太平洋地區(qū)地震的頻度和強(qiáng)度都在上升，造成重大災(zāi)害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特別是抗震防災(zāi)的基本原理和減震技術(shù)措施需要認(rèn)真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應(yīng)和振動(dòng)破壞機(jī)理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明，地震及由此引發(fā)的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴(yán)重。水工建筑物的這類破壞機(jī)理，至今國內(nèi)外對此都很少研究，且由于試驗(yàn)條件的限制，國內(nèi)外對此方面的試驗(yàn)研究工作開展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個(gè)新領(lǐng)域。

以下的一些研究內(nèi)容將是為解決海洋工程設(shè)施抗震措施中的關(guān)鍵技術(shù)所必需考慮的，如近海環(huán)境地震危險(xiǎn)性分析，設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)和頻譜特性，強(qiáng)震海底多維地震動(dòng)及其空間分布規(guī)律，地震波傳播特性及地震動(dòng)輸入機(jī)理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考慮周圍水介質(zhì)影響的結(jié)構(gòu)振動(dòng)破壞機(jī)理、振動(dòng)控制、地震動(dòng)時(shí)頗聯(lián)合分析模型和輸入機(jī)制、非線性動(dòng)力分析和動(dòng)力破壞試驗(yàn)；核電站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平臺及地下輸油管線與地基土動(dòng)力相互作用，碼頭及護(hù)岸建筑物地震穩(wěn)定性；海域中水工建筑物的性能設(shè)計(jì)和地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等。

海上水工建筑物在長期運(yùn)行過程中健康狀況逐漸惡化，其損傷主要來自兩個(gè)方面：其一是結(jié)構(gòu)的老化、疲勞、超載、內(nèi)部損傷（裂縫）、地基沉降變形以及環(huán)境的物理化學(xué)損傷（低溫、凍融、大氣侵蝕）等；其二是設(shè)計(jì)不周或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，施工質(zhì)量差，原材料不合格，管理維護(hù)不善等。大型海上水工建筑物的損傷和事故都將對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成重大的影響。

因此，發(fā)展以下的一些技術(shù)和方法將是十分重要的。如在考慮海洋環(huán)境荷載在幅值。時(shí)間及方向上的隨機(jī)性所導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的不確定性情況下，對現(xiàn)役海洋工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康診斷和評估剩余可靠度的理論；結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)及損傷檢測的新技術(shù)和新方法；結(jié)構(gòu)病害治理用的新材料、新技術(shù)和新方法；海洋工程結(jié)構(gòu)在多種復(fù)雜海洋環(huán)境條件下（風(fēng)、浪、流、冰、地震等）的可靠度和優(yōu)化理論研究，設(shè)計(jì)與建造新型抗災(zāi)工程結(jié)構(gòu)；研究和設(shè)計(jì)使海洋工程結(jié)構(gòu)物在設(shè)計(jì)使用期限內(nèi)有足夠的安全度，而在退役之后又便于拆除的各種工程措施。

為了及時(shí)掌握海洋環(huán)境的風(fēng)云變幻和災(zāi)害的可能來臨，發(fā)展海洋環(huán)境及災(zāi)害的預(yù)報(bào)技術(shù)是非常必要的。為此需要建立以下一些系統(tǒng)，如建立由近海到遠(yuǎn)海的海洋環(huán)境及災(zāi)害觀測網(wǎng)絡(luò)、預(yù)報(bào)與預(yù)警系統(tǒng)、沿岸防災(zāi)準(zhǔn)備和各類應(yīng)急處理系統(tǒng)；以主要海域和海岸帶區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展為背景，進(jìn)行重點(diǎn)研究，建立數(shù)字化的海洋環(huán)境信息系統(tǒng)模型與結(jié)構(gòu)；以及建立海岸和近海工程設(shè)施防災(zāi)減災(zāi)數(shù)字信息系統(tǒng)，將海岸和近海工程與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)相結(jié)合，建立數(shù)學(xué)物理模型，通過多媒體技術(shù)，形象化地描述災(zāi)害成因、發(fā)生機(jī)理、傳播規(guī)律、模擬災(zāi)害破壞的過程，建成智能化的防災(zāi)、抗災(zāi)和減災(zāi)決策支持系統(tǒng)。

三、海洋工程及海洋環(huán)境工程與海洋環(huán)境的相互作用及防治措施與對策

為了充分利用海洋空間，現(xiàn)代海洋空間利用除傳統(tǒng)的港口和海洋運(yùn)輸外，正在向海上人造城市、發(fā)電站、海洋公園、海上機(jī)場、海底隧道和海底倉儲的方向發(fā)展。人們現(xiàn)已在建造或設(shè)計(jì)海上生產(chǎn)、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)和海底工程，估計(jì)到21世紀(jì)，可能出現(xiàn)能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經(jīng)在海上建成了人工島海上機(jī)場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等，日本已經(jīng)于99年8月在東京灣用6塊380米長，60米寬的矩形漂浮鋼板拼裝海上漂浮機(jī)場。

由此可見，隨著海洋資源與空間的開發(fā)利用，各類海上工程建筑物數(shù)量不斷增多、規(guī)模日益復(fù)雜和龐大，保證這些海上工程設(shè)施的安全運(yùn)行及采取海洋工程防災(zāi)減災(zāi)措施將越來越重要。海岸帶和近岸海域是各種動(dòng)力因素最復(fù)雜的地區(qū)，但同時(shí)又是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)最為發(fā)達(dá)的地區(qū)，海上工程建設(shè)如果考慮不當(dāng)將會(huì)在一定程度上引發(fā)環(huán)境災(zāi)害。工程設(shè)施可能破壞原有海岸帶的動(dòng)態(tài)平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會(huì)改變海岸的形態(tài)，破壞某些海洋生物賴以生存的棲息地，若對含有污染物的疏浚污泥傾拋處理不當(dāng)則會(huì)造成二次污染。海上石油生產(chǎn)中的溢油事故將對海洋環(huán)境造成極其嚴(yán)重的污染。日益增多的海上退役工程設(shè)施如果不及時(shí)處理也將會(huì)逐漸成為海上障礙物以致引起公害。海洋工程抗災(zāi)減災(zāi)的任務(wù)是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災(zāi)害帶來的報(bào)失，另一方面又要避免人為造成的海洋環(huán)境災(zāi)害。

隨著人類對海洋資源的不斷開發(fā)和利用，海洋環(huán)境保護(hù)與人類生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)協(xié)調(diào)發(fā)展日顯重要。如港口開發(fā)中的環(huán)境問題，主要內(nèi)容包括：航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運(yùn)及其疏浚物拋放對海洋環(huán)境的影響，深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結(jié)構(gòu)的環(huán)境和生態(tài)影響；破波帶及其附近水域沿岸流對物質(zhì)輸運(yùn)擴(kuò)散規(guī)律研究；大型海岸工程、岸灘保護(hù)和整治工程引起的海域環(huán)境的變遷和海岸演變；海岸演變、防護(hù)及開發(fā)利用新概念的原則與理論，如由于工程措施所引起的海岸動(dòng)力學(xué)、生態(tài)學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)及與環(huán)境關(guān)系的綜合分析與協(xié)調(diào)。

隨著沿海大、中型城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，城平建設(shè)中的污水深海排放技術(shù)，感潮水域污水多點(diǎn)排放漂移擴(kuò)散研究，天然海灣、人工湖及人工運(yùn)河的水質(zhì)交換能力，人工沙灘的保護(hù)措施，灘涂圍墾對水域環(huán)境的影響等，都將是需要認(rèn)真解決的問題。