“3S”技術在生態規劃實踐教學中的應用

柴仲平 王雪梅

【摘要】生態規劃實踐教學中應用“3S”技術，是為了讓學生在掌握“3S”基本原理的基礎上能利用“3S”技術解決資源生產與生態環境建設問題。通過實踐表明：“3S”技術在生態規劃實踐教學中的應用不僅提高了學生參與實踐教學的積極性，而且提高了實踐效果，同時也培養了學生對“3S”技術的實際應用能力。

【關鍵詞】“3S”技術生態規劃實踐教學應用

【基金項目】課題名稱：新疆農業大學教學研究項目（200810）；自治區土壤學重點學科資助。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）10-0051-02

一、“3S”技術與生態規劃實踐教學融合的必要性

1.生態規劃實踐教學的重要性

目前，各種環境問題和環境與發展的關系問題正困擾著人類社會。其中最重要的問題是人口增長，這使得地球生命維持系統正承受著越來越大的壓力。與此緊密相關的另一個問題是人類對地球上資源的大量開發和不合理利用致使各種資源不斷減少，生態破壞和環境污染問題日趨嚴重。所幸的是人們已經認識到了環境與發展問題的重要性。因而，通過生態規劃來協調人與自然環境和自然資源之間關系的方式正在日益受到人們的重視并獲得迅速發展[1]。由此可見，生態規劃是一門需要理論和實踐緊密相結合的課程。

2.“3S”系統技術的特點與作用

3S系統是地理信息系統GIS、遙感RS、全球定位系統GPS 3大技術系統的總稱[2]。

遙感（RS）主要指從遠距離高空以及外層空間的各種平臺上利用可見光、紅外、微波等電磁波探測儀器，通過攝影或掃描、信息感應、傳輸和處理，研究地面物體形狀、大小、位置及其環境的相互關系和變化的現代技術科學。它具有宏觀、動態性、信息豐富等特點。遙感技術已經廣泛地應用于各個領域，它能實時動態、周期性地獲得地表的各種信息。為研究者提供價格低廉，更新較快的遙感數字圖像。經過一系列處理后，可以獲取各種地學專題信息，并與GIS相結合，為各種專題圖的制作提供了數據條件。

地理信息系統（GIS）是一種采集、存儲、管理、分析、顯示與應用地理信息的計算機系統，是分析和處理海量地理數據的通用技術。GIS的特點是能夠管理空間位置數據，反映地理分布特征及其之間拓撲關系；它是為解決各種復雜的與空間信息密切相關的規劃與管理問題而設計的，可用于支持對空間相關數據的采集、存儲、管理、操作、分析、模擬和顯示，是一種管理決策支持系統。它以強大的對空間數據的處理和對現實世界的模擬能力，以及在空間要素的疊置過程中產生與這些要素相關的、綜合的新信息的能力，在資源環境管理，環境評價與環境監測等地學領域具有廣闊的應用前景。除此之外，GIS在許多其他領域的應用也已起步，包括商務應用、市政基礎設施管理、公共衛生及安全、油氣及其他礦產資源的勘測、交通管理等，并逐步走向商業化應用。GIS技術在最近30多年內取得了驚人的發展，并廣泛地應用于資源調查、環境評價、區域發展規劃、交通安全等領域，成為一個跨學科、多方向的研究領域。

全球定位系統（GPS）系統是由美國國防部研制，以衛星為基礎的無線電導航定位系統，具有全能性（陸地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、連續性和實時性的導航、定位和定時的功能。整個系統分為衛星星座、地面控制和監測站、用戶設備三大部分。GPS通過同時對多顆衛星進行偽距離測量來計算接收機的位置，實現全球、全天候、高清晰度的定位，作為一種現代化的技術手段，現已成為全球公用信息資源，得到了廣泛研究和應用。

3S技術的發展，從不同方面改變了人類獲取信息，處理信息的手段。3S的集成，就是有效利用各種技術的優勢改變過去完全依靠人類野外探測、數據采集、圖件清繪、數據加工的歷史，提高信息采集、整理和再加工的自動化程度，逐步實現空間信息獲取—矯正—建庫管理的一體化，節省大量的時間、人力、財力和物力。

3.“3S”技術融合于生態規劃實踐教學過程的必要性

隨著國民經濟的迅速發展，人類對資源和環境的需求越來越高，用高新技術加強資源與環境管理已經成為迫切的需要。“3S”技術是生態規劃領域近年來引入的新技術，它在區域資源開發利用與環境保護中進行區劃、調查、規劃、調整和評價等方面起著重要的作用[3]。融合它于生態規劃實踐教學，既能在一定程度提高了學生參與實踐教學的積極性，從而提高實踐效果，另一方面又能培養學生對“3S”技術的實際應用能力，增強和鞏固基礎知識、提高分析解決問題能力，為生態環境保護事業培養適應新形勢需要的后備人才。

二、“3S”技術融合于生態規劃實踐教學的過程

實踐教學過程以新疆農業大學草業與環境科學學院生態062班為重點，選擇適當的實踐教學環節，確定專題規劃內容，將“3S”技術充分應用到實踐過程中。

1.工作思路

選擇實踐教學環節→確定生態規劃專題項目與規劃區域→收集RS數據/圖片→信息提取→分類處理→專題制圖→3S技術與生態規劃實踐教學的融合→方案提議→專家咨詢→方案確定。

2.實施方案

2.1資源調查與評價

資源的調查與評價是指全面、客觀地調查研究規劃區的地質地貌、氣象氣候、植被土壤、山川河流等空間和屬性的信息， 各種資源的分布現狀、類型、特征、存在的問題、開發潛力、規劃區的環境條件和環境保護狀況， 以及社會經濟概況等信息。為規劃區方案的制定提供科學的依據。對此，必須要有大量的空間數據和屬性數據進行分析， 如果以傳統的手工作業方式來處理，不僅要費大量的人力物力， 而且資源調查與評價的結果也會缺乏客觀性。將“3S”技術運用于資源的調查評價中， 利用GPS 的導航定位功能， 為資源的分布提供了準確的定位。具體方法為：先將樣地西南角點的平面直角坐標輸入GPS，將該點設為終點，進入導航狀態，GPS將顯示距該點的距離和到該點的方向，按照所指示的方向前進，理論上當GPS顯示的距離為“0”時所在的位置即為樣地西南角位置，實際上當距離小于10 m接近0時即可[3]。這種方法可以大大減少勞動強度，提高工作效率，確保定位的準確性。利用遙感影像可以全面地反映規劃區的地理位置和地理環境， 采用高分辨率的遙感影像， 對生態規劃區內的資源狀況分布可謂一覽無遺， 根據遙感影像上的每種色斑的色調、形狀、范圍、紋理等就能清楚地知道該規劃區的資源數量和質量。以GIS 建立規劃區資源調查與評價的空間數據和屬性數據庫， 不僅可以方便查詢、管理和更新這些信息， 創建各類專題圖， 而且還可以借助GIS 的強大的空間分析能力， 方便快捷地完成規劃區資源調查與評價的工作。

2.2生態區劃

應用GPS確定生態區劃小班邊界，利用GPS的精確定位功能，在要區劃的小班界線上測定幾個關鍵定位點的坐標，并將這些關鍵點標示在地形圖上，然后再結合關鍵點勾繪小班界線，這樣可以大大減少小班形狀不準、面積誤差和位置移動超標等情形；GPS與GIS相結合，實現小班調查數據的實時記錄，在實踐教學過程中通過GIS和GPS聯接，手持GPS沿著小班邊界走一圈，GPS所采集的小班邊界數據便傳送到計算機中，并在GIS輸入圖形界面上直接勾繪成相應的小班邊界，使過去先記錄再繪制圖形的工作一步完成，節省了大量時間；以遙感影像作為調繪工作底圖，采用數字圖像處理技術對原始遙感影像數據進行有利于植被信息提取的糾正、增強、變換、圖像分類、異形圖斑去除及矢量線的跟蹤，實現小班界線的計算機自動提取；利用GPS野外現地驗證，對全部判讀因子和圖斑界線的準確性、有否漏判、漏劃、綜合取舍的合理性等現地對照認定，根據驗證結果，對未進行驗證的每個圖斑逐一清理，對取舍不盡合理的進行更正。

2.3區域生態規劃

利用遙感影像圖片作為生態規劃的底圖，這種方式制作的影像地圖可讀性強、立體視覺好， 能直觀地顯示攝影區內的地貌和地物及人文景觀， 比一般紙質地圖的內容豐富， 更新也快。其基本流程：影像圖片的校正處理（包括幾何校正和輻射校正）→根據需要提取的地物狀況進行相應的處理（彩色增強提高分辨率，邊緣增強提取地物的邊界，反差增強增加地物的層次，頻率增強突出河流、山脈、裂隙等條狀帶狀地物，比值增強消除同譜異物現象）→選用適當的分類方法得到物種種類→選取相應的要素判讀制成規劃所用的基礎底圖；利用GIS強大的地理分析能力，將各種地理要素進行有效地綜合與分析， 能迅速得到分析結果，易于更改規劃結果， 實現動態規劃。

2.4制作專題圖

實踐教學中制作資源調查、生態功能區劃及各種規劃措施專題圖是一項費時費力的工作，在過去讓學生手工繪制地圖，準確與美觀很難把握，往往要進行多次的返工，才能制出相對完整的專題地圖。由于GIS具有先進的地圖制作功能，可以接收空間數據建立空間拓撲關系，對不同的信息進行分類處理；將各類信息分別制成相應的圖層，再將屬于同區域范圍的各種圖層按需要疊合在一起，可制成相應的專題圖[4]。 另外GIS還提供了許多地圖制作的輔助功能，諸如邊框的修飾、圖例的制作、公里邊網的設定、標尺的添加等等，將這些功能都運用在制圖中，制好的專題圖會更加美觀完整。

最后組織學生總結寫出實習日記（要求記錄本人在實習過程中完成的主要任務、心得體會等內容）、實習收獲及一份專題實習規劃報告并附圖。

三、融合結果

“3S”技術融合于生態規劃實踐教學過程，一定程度提高了學生參與實踐教學的積極性，也提高實踐教學效果。另一方面又培養了學生對“3S”技術的實際應用能力，增強和鞏固了專業基礎知識。在達到以上教學目的的基礎上，還提出了融合“3S”技術的生態規劃實踐教學內容與大綱，指導學生參與并完成新疆維吾爾自治區近期水土保持重點工程總體實施方案部分專題內容的編寫與制圖。

四、教學效果

1.為長期開設生態規劃實踐教學課打好基礎

脫離生產實踐的學科是沒有生命活力的學科，它對人類生存及發展毫無意義，因此高等學校開設的專業課程必須與生產實踐緊密結合起來。生態規劃課程教學也必須要結合于實踐。“3S”技術作為新的信息獲取手段的巨大優越性，為生態規劃提供了快捷可靠的數據和分析手段，成為必不可少的工具。

2.提高學生學習生態規劃課程的興趣和教學效果

將“3S”技術與生態規劃實踐教學緊密結合，既加深和鞏固了學生對生態規劃課程理論概念的理解，又增強了學生應用生態規劃理論指導實踐的能力。同時還提高了學生應用“3S”技術的能力，促進生態規劃與“3S”技術相關課程的互相滲透，擴大不同課程知識的利用范圍。使生態規劃課程由一門乏味的理論課程逐漸變為一門具有強大生命活力的實用性課程，引起學生極大的學習興趣。通過“3S”技術的實際應用，學生調繪技能得到極大的提高，實踐教學質量較過去明顯改善。在實踐教學結束后，學生們不僅學會了使用新技術，還體會到在生態規劃與資源調查領域，“3S”技術作為新的信息獲取手段的巨大優越性；這對他們以后走上工作崗位，熟練使用新技術盡快適應新形勢大有幫助。

五、結論

學生總結的生態規劃實踐教學心得體會表明，學生在3S技術與生態規劃實踐教學融合的過程中學到了不少新的專業知識，受益匪淺。在聽課過程中，他們不僅對生態規劃課程產生了一定的興趣，而且加深了對3S技術相關課程的理解。不少心得體會中學生寫到，生態規劃和3S技術的有機結合，讓他們更深刻地領會了生態規劃的目的與任務，同時通過3S技術在生態規劃中的實際應用讓他們深深感受到相關課程之間的互補性、互促性和互相服務的關系。總之，學生心得體會明顯表明學生對3S技術與生態規劃實踐教學過程融合的贊成以及在此期間所得到的收獲。

參考文獻：

[1]劉康，李團勝.生態規劃——理論、方法與應用[M].北京：化學工業出版社，2004：5-9.

[2]鄔建國.景觀生態學——格局、過程、尺度與等級[M].北京：高等教育出版社，2000：190-193.

[3]李翼.GPS在森林調查中的應用[J].華東森林經理，2002，16（1）：60-62.

[4]李芝喜，孫保平.林業GIS[M].北京：中國林業出版社，2000：83-90.

作者簡介：

柴仲平（1974- ）男，漢族，甘肅人，博士研究生，副教授，研究方向為土壤質量與水土保持。