基于3S 技術的土壤環境監測信息系統的設計分析

王靜 河南省夏邑縣環境保護局

一、土壤環境監測的重要性

據統計研究發現，全國土壤污染超標率高達16%，其中11%為輕微度污染，6%為輕度、中度和重度污染。經分析，無機污染最為嚴重，如鉛、鎘、汞、砷等，污染范圍遍布全國各地。為做好土壤環境治理工作，首先需要根據治理現狀，開展全面監測，了解土壤污染實際情況。土壤環境監測主要是測定影響土壤環境質量因素的代表值，并由此進行環境質量及其變化趨勢的確定。主要監測技術內容包括：布點采樣、樣品制備、分析方法、結果表征、資料統計和質量評價等。土壤污染監測結果對掌握土壤質量狀況，實施土壤污染控制防治途徑和質量管理有重要意義。

二、3S 技術的應用要點

3S 技術是三種現代信息技術的統稱，即遙感技術（RS）、地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS），是空間技術、傳感器技術、通訊技術等多種技術的結合，可以采集、處理、管理、分析、應用空間信息。在土壤環境監測中，3S 技術的應用要點如下：

（一）GPS 技術的應用要點

空間定位是GPS 技術的主要作用，當前，差分定位系統的定位精度較高，可達到亞米級水平，在野外，動態差分技術定位精度也可達到厘米級。

當前，土壤污染問題嚴重，通過“土壤→水→人體”將會被人體間接吸收，最終危害人體健康。為控制土壤整體生態環境，必須控制污染有害物質含量，監測有害物質類型和含量。利用GPS 定位，在衛星遙感圖上合成土壤監控邊界曲線，通過疊圖處理，對比分析本年度曲線和往年所得曲線，便于了解土壤污染面積和擴展速度，從而確定污染情況。相比人工方法，通過GPS 采集地理信息系統的基礎數據更精確，投入的人力、物力更少，能夠為創建完善地理信息系統提供可靠保障。

（二）GIS 技術的應用要點

作為多種學科交叉的產物，GIS 技術以地理空間為基礎，在計算機軟硬件系統支持下，可以采集、存儲、管理、處理、分析、顯示、描述地理分布數據的一種特定的重要空間信息系統。在土壤環境監測中，主要通過GIS 系統構成四個不同部分，即硬件系統、軟件系統、空間數據庫及管理人員，主要功能為輸入數據、編輯圖表與文本、存儲及管理數據、查詢及分析空間、輸出及表達數據等。將該系統用于土壤環境數據庫建立，并通過該系統完善土壤環境評價指標體系，繪制土壤環境分類圖。從而更直接、更清晰地了解土壤污染因素，提出治理土壤環境污染的評價預警指標系統，為各部門及政府治理土壤污染提供客觀、真實、有效、精確的數據。

（三）RS 技術的應用要點

遙感技術被簡稱為RS 技術，是指地球表層各類地理電磁波信息可通過高空、外層空間接收，并通過掃描、攝影、傳輸和處理這些信息，可以實現遠距離測定及識別地表各類地物和現象，是一種現代綜合技術。目前，廣泛用于調查植被資源、估測作物產量、預測病蟲害等方面。在土壤環境監測中，采用RS 技術可以監測農田、草地、林地內植物生長環境、生長狀況的準確信息，在采集大面積植物生長信息方面具有顯著優勢。通利用遙感監測系統內物體對電磁波的感應作用，可以監測到土壤上植物生長情況，建立遙感數據和土壤狀況、生物物理化學參數之間的相互關系，并對植物生長情況進行統計分析，最終監測出土壤環境狀況。

三、土壤環境監測信息系統總體設計分析

（一）系統總體設計思想

整個系統由環境監測信息系統和GIS 支持系統2 個不同層次結構組成。環境監測信息系統是其前臺環境，在這里可以查詢到與土壤環境有關的地理圖片信息、報表、文字材料、統計專題圖、多媒體資料等，從而使用戶從多方面了解土壤環境的狀況，發揮地理信息系統空間性、綜合性的優勢。GIS 是為土壤環境監測信息系統提供技術支持的一套空間信息采集和分析工具，為達到縮短周期、節約經費的目的，系統在開發初期采取邊開發、邊使用、邊完善的方式。

（二）系統設計子系統要點分析

（1）基礎數據管理子系統

基礎數據管理子系統是以數據表格的形式進行存儲，查詢時使用各屬性的ID 號即可，在本系統中主要包括4 大項，即土壤環境動態監測基礎信息、國家環境保護標準、環境法規及環境背景信息。這些數據相對比較穩定，與其他子系統的數據交換也較少。

土壤環境動態監測基礎信息是反映土壤狀況的基礎數據，如土壤水分、土壤硬度、土壤酸堿度，土壤養分等，具體監測土壤內銅、汞、砷、鉛、鉻、鎘等信息。

國家環境保護標準和環境法規主要包括國家規定的土壤污染超標標準等，現今國家環境保護總局對土壤治理的相關政策及可能的未來發展情況，主要是一些PDF 格式的文檔，存儲在相應的文檔數據庫，并可以定期更新。

環境背景信息主要包括土壤治理保護情況，如國家相關政策，資金運作情況等。

以上資料和數據均通過文字、圖片、視頻等多媒體形式展示土壤環境監測現狀，使治理保護和資源開發協調發展。

（2）業務管理子系統

業務管理子系統不同于基礎數據管理子系統，主要呈現方式為相關圖層與餅狀圖、柱狀圖、坐標曲線圖或空間三維圖的結合，通過這種形式呈現，更直觀、更形象，可增強數據的應用效果。

（3）辦公管理子系統

基礎數據管理子系統是主要數據呈現系統，因此，在辦公管理子系統當中，僅需在該系統內設置數據管理、數據處理、查詢輸出三個項目即可。數據管理的主要功能為錄入、修改、刪除、輸出數據；數據處理主要功能為批量處理、單表處理；查詢輸出主要功能為格式查詢、地理查詢、條件查詢。

（4）系統維護子系統

土壤環境監測信息系統各項功能的維護與管理均可通過系統維護子系統實現，常用功能為系統管理員信息、系統訪問權限設置、密碼設置、幫助等。

四、結語

綜上所述，土壤環境變化，關系到人們生產生活的方方面面。將3S 技術用于土壤環境監測，可實時查詢、分析、預測及管理土壤環境情況，便于調節土壤成分，有效防控土壤污染。完善土壤環境信息體系建設，有助于提高土壤環境監測質量，實現土壤環境監測事業持續、健康發展。