火灾遥感监测的原理和方法
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火灾遥感监测的原理和方法范文第1篇
关键词：遥感技术 水污染监测 大气污染监测 地面污染监测
中图分类号：TP79 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（b）-0128-02
步入21世纪以来我国的经济步入高速发展阶段，由于经济结构的不合理在经济发展过程中引发的一系列环境问题也愈发突出，环境监测是环境保护的重要手段。环境监测的基础是环境分析，伴随着遥感技术的飞速发展，遥感技术发展迅速，越来越广泛的应用环境监测领域，现已能测出水体的多种水质参数，如泥沙含量等；能测定大气湿度、气温、以及多种物质的浓度分布，如NOx、PM2.5等；可调查土地利用情况、大型环境污染事故和区域生态情况等[1]。环境监测过程中，遥感技术在水环境污染检测、大气环境污染检测、地面污染及土地利用发展监测等方面有广泛的应用[2]。
1 遥感技术
1.1 遥感技术的原理
远距离不直接接触物体的遥感技术也可以识别、测量并分析目标物质，它利用的是物体反射或辐射电磁波的固有特性。遥感技术的分类方式有按遥感平台分类和按传感器的探测波段分类两种：其中遥感平台包括航空遥感（分为气象卫星遥感和陆地卫星遥感）、航宇遥感、地面遥感、航天遥感。传感器的探测波段包括多波段遥感、微波遥感（1mm～10m）、红外遥感（0.76～1000um）、可见光遥感（0.38～0.76um）、紫外遥感（0.05～0.38um）。
与光学遥感相比较，微波遥感对地球覆盖层的穿透能力较红外波段强，其特点是能全天时和全天候观测、含有幅度、特征信号丰富、极化和相位，其中全天时和全天候观测能力是光学遥感不具备的。在不同的环境监测领域可使用不同的遥感监测技术[3]。
1.2 遥感监测技术的应用
遥感如今已深入到多种领域的应用中，如渔业、农业、林业、地质、地理、海洋、气象、水文、城乡规划、环境监测、地球资源勘探、军事侦察、土地管理、室内测量、海洋、陆地、大气信息的采集以至全球范围的环境变化。遥感方法的选择应具有针对性。可采用近红外、可见光遥感技术监测温室效应、大气污染、固体废弃物污染和水质污染等；热红外遥感技术则通常用来监测大范围地表的温度状况；要想获得某一地区的夜间资料或云雨较多地区的资料、或者某些目标隐藏在林下、埋藏于地下则宜选用微波遥感，因为从波长来分析，与红外波相比，微波的波长要长得多，所以微波的散射较小，减少了在大气中的衰减，云、烟、雾、雨对其基本上没有限制。
2 遥感技术在环境污染监测中的应用
2.1 水环境污染监测领域
污染水与清洁水的反射光谱特征研究是水体遥感监测的基础。总的来说，清洁水吸收光的性能较强，这是因为清洁水具有较低的反射率。故水体在一般遥感影像上表现为暗调。可以采用以水体光谱特性和水色为指标的遥感技术进行水质监测。在污染物种类繁多的江河湖海各种水体中，通常将其分为热污染、富营养化、海洋石油污染和固体漂浮物等几种类型，以方便使用遥感方法对各种水污染物进行研究。
在富营养化的水体中，其程度可通过叶绿素浓度来反映，浮游生物迅速繁殖，水体兼有植物和水两种光谱特征，光谱曲线随浮游植物的含量的升高越近似于绿色植物的反射光谱。叶绿素主要吸收红光、蓝光而反射绿光。在可见光波段0.44Lm（蓝光）和0.65Lm（红光）处有两个吸收带，但在0.55Lm（绿光）附近有反射率为10%～20%的一个波峰。一般采用0.45～0.65Lm附近的光谱线段调查水体中悬浮物质的数量及叶绿素含量[4]。
海洋环境恶化的重要原因是海洋石油污染和向海洋倾倒废弃物。每年全球超过一千多万吨的石油及其制品排入海洋，这对海洋生态来说是严重的灾难。此外，附近大量的农田化学肥料、城市生活废水和工业污水也随河流汇入海洋，扩大了海洋污染范围，恶化了生态环境，使环境质量下降。应用海洋遥感卫星可以为海洋环保部门提供必需的资料和数据，因为遥感能大范围搜索石油污染和化学污染并估算污染的范围及其扩散情况，从而为海洋环保部门提供了必需的数据和资料[5]。
在对水体热污染监测中，热红外图像能定量解译并反映热污染区的温度特征。在热红外波段，由于水体的热容量大，特征明显，其遥感影像辐射低，色调暗。热红外波段影像可以识别与周围水体有显著温差的热污染水体。
2.2 大气污染监测领域
利用气象卫星，大气遥感可以定期监测大气温度及水蒸汽垂直分布情况。通常不可能用遥感手段直接识别的物理量如气溶胶含量和各种有害气体是影响大气环境质量的主要因素。有些微量气体分子的辐射和吸收光谱是固定的，如二氧化碳、水汽、甲烷、臭氧等。所以可反演推算大气的吸收、辐射及散射光谱[6]。通过遥感图像可以直接分析出大气气溶胶的分布和光学厚度，而大气污染的程度和性质只能利用间接解译标志来推断，这是因为有害气体通常不能在遥感图像上直接显示出来。
用雾、霾和沙尘天气的遥感目视解译作为例子。遥感信息的传输规律和介质的特性密切相关，雾、霾、沙尘的物理特性决定了其辐射传输特性，在传感器的各通道上，他们具有出不同的波谱特性，所以要想监测雾、霾、沙尘的特性，我们首先应该了解他们在物理性质上差异，并且清楚波谱特性受物理特性的影响情况，然后再选择选择合适的遥感通道。
雾的粒子由水滴或冰晶组成，它具有较大的粒子尺度和充足的水汽含量，已经达到了饱和状态，这主要是因为雾是由靠近地面的水汽凝结或凝华形成的。因为液态水或冰晶组成的雾的散射基本上不受波长的影响，所以在遥感图像上雾主要是乳白色或青白色，它具有显著的日变化和明显的雾区与晴空区的界限。霾主要由各种污染物组成，如大量极细的尘、硫酸盐、硝酸盐、碳氢化合物等，细粒子气溶胶污染是霾天气的本质。霾是非水溶性的，这是由于干粒子的存在使得水汽含量不能达到饱和状态，由上述多种污染物形成的霾，包含大量的散射波长较长的光，所以在遥感图像上霾主要是黄色或灰色，与雾相比，没有明显的日变化和显著的与晴空区的界限。刮大风时，地面的各种沙尘物质被风卷起，从而形成了沙尘天气，黄土高原、蒙古高原、西部沙漠、沙化农田以及中亚沙漠是导致中国沙尘性天气形成的主要沙尘来源，因此分布尺度跨度大的一些粒子比如粘土、硅酸铝、石英等是决定沙尘质的主要物质。由于沙尘天气主要发生在水汽含量非常小、饱和状态非常低的沙漠及附近的半干旱地区，所以沙尘粒子一般具有较长的散射波长，在遥感图像上主要是黄色或深黄色。
大气卫星都携有探测大气反射、辐射的红外通道，这使得气象卫星能够对雾霾类天气进行监测。通过这些探测，土壤、植被、水体等下垫面对太阳辐射的反射辐射和自身的发射辐射都能被遥感到。
2.3 地面污染和土地利用发展监测领域
在污染区的作物与正常生长区的作物相比，其生长会发生特殊的变化从而具有不同的光谱表现并可利用间接解译来确定地面污染。我们可以定期地监测地面的情况得知土地利用方式的变化，从而使资源管理更加便利。由于人工建筑物的形状和规则反射率较高使得其特别容易测定[7]。因此在城市规划中，通过遥感图像，各类普遍问题如都市扩大的速度和规模等和各类特殊问题如隔热不佳的建筑物的热损失等都能被准确地跟踪并解决。此外，森林砍伐和牧场开垦的速度和规模也可以用遥感来监视[8]。
以城市热岛效应为例，由于工业的发展，某些企业成为热污染源，使得城市市中心的温度大都高于郊区。地物的辐射温度，如NOAA气象卫星AVHRR的第4、5通道、Landsat-TM的第6波段，先用热红外遥感测定，然后推算出地表温度，进而热源就能根据热效应的差异而有效地被探测出。要想详细反映热污染在该城市的分布状况，分析人口密度、城市布局、建筑物类型等受城市温度和其他热能消耗的影响，分析城市热岛的时空分布、热岛成因、热岛强度等特征，首先利用光学技术或计算机对热图像进行密度分割，然后对比几个同步的实测温度，画出准确的城市等温线[9，10]。
3 国内发展现状和展望
目前，遥感技术在中国的应用较少，大部分的遥感图像仍需要从外国购买。此外，中国的遥感图像分析，现在只能达到定性阶段或初步的定量阶段，由于现在我国的国家环境遥感系统平台不完善，不能共同享有各地的环境遥感数据和其它成果，遥感监测技术发展迟缓。中国虽是后来者，但是现在遥感技术发展迅速，在环境监测领域逐步受到重视，应用也更加广泛，我国在这些方面也体现出了优势。我国通过遥感技术对环境进行监测，重视遥感技术与GIS和GPS系统的集成是其中一个最主要的特点。当前国内的遥感技术主要应用在监测机动车排气，小城镇环境，大河流域水质，矿区环境污染，各地区生态环境，内陆湖泊水质，森林火灾、海洋赤潮和沙尘暴等领域。
随着不断发展的遥感技术，以及国产卫星数据质量的逐步提高，其在环境监测领域的发展非常迅速，前景广阔。通过强化3S技术和遥感定量监测与GIS集成分析信息的系统建立，管理、查询、分析遥感动态监测数据以及实时监测和预警突发性环境污染事故等功能将会最终实现。
参考文献
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火灾遥感监测的原理和方法范文第2篇
关键词：3S技术 矿山地质灾害 评估 检测 防治
中图分类号：TP7 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0093-03
3S技术是地理信息系统（Geography information systems，GIS）、全球定位系统（Global positioning systems，GPS）和遥感技术（Remote sensing，RS）的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。随着3S技术的发展，将全球卫星定位系统、地理信息系统、遥感技术紧密结合的“3S”一体化技术已显示出广阔的应用前景。将RS、GIS、GPS三种独立技术系统集成，构成一个强大的技术体系，实现对各种空间信息和环境信息的快速、机动、准确、可靠的收集、处理与更新。我国经济持续发展30年是我国矿业的快速发展期，在为经济社会发展提供资源保障的同时，也累积了严重的矿山地质环境问题，其中矿山地质灾害已经成为制约矿业经济可持续发展的重要因素，因此，加强对矿山地质灾害评估和检测防治工作，不仅对矿山环境地质灾害减少、对矿山及其周边环境的改善有重要积极意义。近年来，以“3S”技术为代表的信息化新技术日趋成熟，已成为矿山环境地质领域的重要技术手段。
1 3S技术概况
“3S”技术的技术集成实现了动态化、可视化、共享化、不同层次的高新技术在矿山环境地质的应用。
1.1 地理信息系统（GIS）
地理信息系统（GIS）是基于计算机系统平台，以数据库作为数据储存和使用的数据源，在计算机支持下对空间地理数据进行管理、处理、分析并由计算机程序模拟常规的专业性的全球空间分析即时技术，以解决矿山地质灾害信息查询、处理和预测等相关技术问题的信息系统。该系统从属性数据和空间数据信息的有效获取、储存、查询和处理入手，提供矿山地质灾害的动态信息显示、对地质环境做出相应的评价、区划，以及地质灾害的预测，从而为国家矿山相关部门提供决策服务[2]。
1.2 全球定位系统（GPS）
全球定位系统（GPS）是由空间部分、地面控制系统和用户设备部分3部分组成。此系统用于在任何时间，向地球上任何地方的用户提供高精度的位置、速度、时间信息，或给用户提供其邻近者的这种信息。由处于2万千米高度的6个轨道平面中的24颗卫星组成。根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，接受多个卫星电波信号，以确定待测点的位置的技术。具有全天侯作业、定位精度高、实时定位、功能多、用途广、观测时间短、无需通视、可提供三维坐标等特点。广泛用于提供野外地理信息的测绘领域。
1.3 遥感技术（RS）
遥感技术（RS）是以航空摄影技术为基础，以目标物，传感器和测量方法为因素，利用机载遥感、星载遥感和地面遥感传感器，根据不同物体对波谱产生不同响应的原理。从中获取信息，经记录、传送、分析和判读来识别地物，探测地面物体性质和周边环境的空间探测技术。具有探测范围广、采集数据快、能动态反映地面事物的变化、获取的数据具有综合性、获取信息的手段多，信息量大、成图速度快等特点。其应用领域随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透。广泛应用于资源环境、水文、气象，地质地理等领域。
综上所述：GPS用于快速、实时定位地质灾害目标；RS用于及时发现矿山环境的变化，对GIS数据库进行更新，最后GIS对多种来源的数据进行处理、管理、储存、分析、输出，从而运用于各领域。3S技术的集成，构成了整体的、适合动态的对地观测、分析和应用的系统，相对过去的人工野外勘测，数据采集、图件绘制的方式，在自动化、系统化、完备化程度上有了显著的提高。
2 矿山地质灾害的类型
根据矿山地质灾害的成因和空间分布将矿山地质灾害分为四类[1]即岩土体变形导致的灾害，包括矿山地面、采空区塌陷、地面塌陷、地表沉降、采矿场边坡失稳、滑坡与岩崩、坑内岩爆、场库失稳等、地表环境恶化采矿诱发地震。例如广西大厂矿田新洲塌陷；不合理开采引起的环境地质灾害问题，如土地资源的占用和破坏、粉尘及酸性水污染，大厂矿属于碳酸盐岩矿山，存在着尾矿酸化及由酸化所引起的环境问题，研究表明由于尾矿酸化释放的酸水中含有由金属硫化物氧化及碳酸盐矿物溶解产生的SO42-、HCO3-，以及金属离子（Fe、Al、Mn、Ca等），生成的硫酸盐（及复杂硫酸盐）、碳酸盐、氢氧化物等稳定次生矿物（如石膏、水绿矾等）；地下水位改变引起的灾害问题，如矿坑突水涌水、坑内溃沙涌泥、环境污染，发生于2001年7月17日的大厂拉甲坡锡矿的特大透水矿难；矿体内因引起的灾害问题，如矿坑火灾、地热和煤矿常见的瓦斯爆炸。
3 3S技术在矿山地质灾害评估、监测与防治中的应用
GIS可组成地理位置、地形地貌、地层岩性、地质构造、滑坡、泥石流、岩溶渗漏分段等项目，每个项目又可由视图、表格、图表、制图等文档组成，系统具有库区地质资料管理、各类统计分析、大型滑坡稳定性分析及三维模型分析等功能。利用GIS的各种功能，建立地质灾害空间信息管理系统、管理地质灾害调查资料，显示并查询地质灾害的空间分布特征信息，评价地质灾害的危害程度、地质灾害易发程度分区，地质灾害风险性、分析地质灾害和影响因素之间的关系，提出减轻和防治地质灾害的措施，对将来可能发生的地质灾害进行预警监测，以及地质灾害应急指挥工作等地质灾害评估和防治中。
3.1 GIS地质灾害信息管理、评估、监测与防治中的应用
地质灾害信息分析是涉及地质、地貌、气象、水文、人类活动等诸多领域，然而面对大量复杂的信息、模型、数据结构和类型，如何对其高效的进行多层次综合分析处理，过去的数据存储和管理方式已经不能满足需要。因此GIS所具备的能够存储、处理、分析、计算和成图显示空间数据而著称的地理信息系统，为这一问题提供了一个良好的平台和方法。GIS以数据库作为数据储存和使用的数据源，利用GIS强大的空间数据管理功能，对大量存储在数据库的信息进行有效的获取、处理和查询，并很好的解决其相关性，复杂性，使各种地质灾害信息可以有效的获取、存储、处理、查询，从而实现地质灾害分析的实时性、动态性、多源性的特征。主要应用如下：
3.1.1 地质灾害的危险等级区划评估
基于GIS技术采用灰色聚类分析、模糊综合分析、信息嫡评判、层次分析法方法来计算地质灾害危险性指数，来分析评价区的地质灾害危险性程度，构建矿山地质环境评价模型。对研究区进行地质灾害危险性等级的划分，为地质灾害的管理、防治和预警决策提供技术支持。例如矿山形态分析，用于萃取由地表形态反映出地貌特征参数，包括数字标高模式（DEM）以及面向DEM的各种地貌参数：坡度、坡向、起伏度等；矿山区域评估，根据单个或多个地貌特征分析，评估矿山环境对农林、建筑、工程、居住条件、土地资源的影响，以及评估对各种矿山地质灾害发生、发展以及防治的影响；矿山地质灾害成因分析，内动力成因分析：由地壳内部能产生内动力，利用有效元素法对矿山内动力成因分析，从几何效应和力学基质分析矿山格局和骨架。外动力成因分析：地球受重力以及人类活动影响，人类不合理开采，滞后的保护机制造成地质灾害的发生；矿山地质灾害的预测，采用理论矿山地质灾害预测模型，以成因分析为基础，采用树立模型进行整体和局部模拟；利用系统矿山地质灾害预测模型，在历史数据的基础上，采用统计分析方法，预测发展趋势。在灾害预测中需要收集相应的矿山地质信息，计算灾害强度和持续时间，以及在历史过程中灾害发生的情况；矿山地质灾害的评估，需识别灾害类型、源地，然后创建相应模型，并根据受损程度评估灾害等级。
3.1.2 地质灾害危险性评价
地质灾害危险性评价是通过对地质灾害活动程度以及各种活动条件的综合分析，评价地质灾害活动的危险程度，确定地质灾害活动的密度、强度（规模）、发生概率（发展速率）以及可能造成的危害区的位置、范围[3]。GIS技术将各种地质灾害信息，与各种致灾环境因素相联系，从空间和时间上评估矿区内易引发地质灾害的采空区、不稳定区域等危险源，分析其类型和特征以及发生的概率、强度、密度、以及灾害经济损失。GIS空间分析不仅反映了地质灾害危险性程度的现势规律，而且实现了对该区域地质灾害的空间和时间上的预测。将GIS作为地质灾害危险性评价的分析工具，可以加速危险性评价的过程，提高危险性评价的精度，并通过危险性制图来反映评价的结果，具有直观性。
3.1.3 GIS在地质灾害监测与防治中的应用
借助GIS的叠加分析以及空间统计分析等功能，通过WebGIS（万维网地理信息系统）把分布在国土资源部门的地质灾害数据、气象部门的降雨数据、测绘部门的空间数据等有机地集成起来，建立历史灾情数据库，对地质灾害的发展趋势进行预测，实现地质灾害的动态评估，从而实现地质灾害的实时监测和预警。在地质灾害预警中将RS与GIS相结合。RS动态更新和提供地质灾害空间数据，GIS提供数据。GIS用于遥感信息的自动提取，对遥感解译的地质灾害信息进行分析。GIS使各种地质灾害空间数据在同一空间环境中进行集成分析，综合处理。
当灾害发生时，GIS强大的信息分析处理功能能够帮助指挥者指挥物资输出、指挥应急救援、进行人员管理等更为准确的信息。应急管理系统对突发灾害进行科学预测和危险性评估，从而动态生成优化的事故处置方案和资源调配方案，以及未来害发展趋势、预期后果、干预措施、应急决策、预期救援结果评估等信息。实现救援资源科学有效的调度，提高抢险救灾应变能力实现行动行救灾的最优化。
3.2 遥感技术（RS）的应用
随着遥感技术朝着多光谱、高分辨率、多时像和商业化服务方面发展，更加显示其具有动态、多时相采集空间信息的能力，遥感信息已经成为GIS的主要信息源，RS与GIS的综合应用可以贯穿于地质灾害调查、监测、预警、评估的全过程，获取大范围数据资料、时效性强、具数据综合可比性、经济性特点。
3.2.1 遥感技术在滑坡、泥石流、地裂缝、崩塌等地质灾害调查和监测应用
利用遥感技术克服了地形、气候、观测条件的限制，可以实现大范围的滑坡区域调查以及针对滑坡不同阶段实行动态监测。在遥感影像上，滑坡常常沿着地球应力形变的形迹——线性构造分布，是一种斜坡变形形式，并多产在不稳定物质覆盖的地区，如山地、丘陵地区的斜坡等。期望通过遥感预测每一次滑坡的发生相当困难，但通过对不同时相遥感资料的对比分析，就可以对地表线性构造和不稳定物质覆盖区进行解译和判断，从而预测、圈定滑坡地质灾害易发区，对已发生的滑坡地质灾害进行调查。
“数字滑坡”遥感检测技术，就是以遥感（RS）和空间定位（GPS或地面控制）方法为主，结合其它调查手段所获取的滑坡基本信息；利用GIS技术存贮和管理这些信息；在此基础上，根据滑坡地学原理进行空间分析，服务于滑坡调查、监测、研究、滑坡灾害评价、危险预测、灾情评估、减灾和防治等。大致可分为4部分：识别滑坡、滑坡基本信息获取、信息存贮和管理及空间分析。
矿区山高坡陡，岩石破碎，有丰富的松散固体物质，一旦矿区流域、沟谷进入雨季。山洪暴发、强大暴雨、融冰等导致大量的水资源的汇集。暴发大规模泥石流的几率变高，直接威胁着矿区的安全生产和生命安全。泥石流的遥感调查方法可以采用直接解译法、动态对比法和干涉雷达等方法。泥石流的形成必须同时具备三个要素：汇水区内有丰富的松散固体物质、有陡峻的地形和较大的沟床纵坡、流域中上游有强大的暴雨，急骤的融雪、融冰或水库的溃决。从航片上可直接解译泥石流，标准型的泥石流流域可清楚地看到供给区、通过区、沉积区的情况。泥石流形成区一般呈瓢形，山坡陡峻，岩石风化严重，松散固体物质丰富；通过区沟床较直，纵坡较形成地段缓，但较沉积地段陡，沟谷一般较窄，两侧山坡坡表较稳定沉积区位于沟谷出门处，纵坡平缓.常形成洪积扇或冲出锥，洪积扇轮廓明显，呈浅色调，扇面无固定沟槽，多呈漫流状态[4]。可见，遥感技术易于识别泥石流的灾害程度，有利于灾害检测、防治。
在地裂缝、崩塌动态监测方面前景广阔：由于地下开采和露天采矿，岩体变形导致的地裂缝，造成的采空区塌陷、地面塌陷是矿区安全管理的重要方面。遥感技术在其中可实现采矿崩塌、地裂缝的动态监测。地裂缝发育特征受地质条件、地下采空区特征等因素控制。一般地面塌陷范围与地裂缝级别相辅相成，地面塌陷区范围大，则地裂缝规模随之增大，而往往随着地裂缝的增大，又可能带来另一次的崩塌。遥感技术实时、动态监测着地裂缝和塌陷地的具体情况。且与GIS相结合，以高分辨率的遥感图像提取地裂缝、塌陷地，应用光谱特征、地学特征与信息、领域和专家知识及其他统计数据辅助进行遥感图象处理与专题信息提取，处理、分析数据。从而实现地裂缝、崩塌监测。
3.2.2 遥感技术在灾前预测和灾后评估的应用
应用遥感技术进行灾害评估主要集中在灾中实时评估和灾后恢复重建评估两个阶段。评估的内容包括：受灾面积、农作物受灾面积、灾情等级、救灾路线选择评估等方面，主要表达形式包括受灾面积图、农作物受灾面积图、灾情等级图以及灾情遥感评估报告等[6]。在矿山地质灾害的评估中，主要利用未受灾和成灾后的影像数据进行对比分析，准确地查明受灾矿区住房、生产设备和道路所遭受的破坏程度以及数量与分布状况等，以便及时组织救灾、恢复生产，对受灾重建实现科学规划。
利用不同数据源、多时相的遥感数据，提供关于自然灾害发生背景和条件的大量信息。利用遥感技术可以对全地区的地质情况进行摸底分析，确定出易发地质灾害的区域。常见的地质灾害在遥感影像上都具备一定的特征。根据这些特征，可以从遥感影像划分出地质灾害易发区，进而绘制出地质灾害危险等级图[5]。根据地质灾害的危险等级，建立地质灾害预测应急预案，以前做好预防措施，确保人民生命安全和经济财产达到最低程度的损失。
3.3 全球定位系统（GPS）的应用
地质灾害的发生是缓慢蠕动的地质体（如滑坡体等）从量变到质变的过程。一般情况下，地质灾害体的蠕动速率是很小而且稳定的，当突然增大时预示着灾害的即将到来。由于全球卫星定位系统（GPS）的差分精度达毫米级，可以满足对蠕动灾体监测的精度要求。因此，利用卫星定位系统可以全过程地进行地质灾害动态监测，在此基础上有效地进行地质灾害的预测、预报甚至临报和警报。GPS在灾害领域的应用主要在崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害监测方面。具体了解和掌握崩、滑体的演变过程，及时捕捉崩滑灾害的特征信息，为崩塌及滑坡的正确评估分析、预测预报及治理工程等提供可靠的资料和科学依据。同时，监测结果也是检验崩塌、滑坡分析评估及滑坡工程治理效果的尺度。
为了达到上述目的，滑坡、崩塌、泥石流地质灾害遥测系统总体设计思想是：形成点、线、面三维空间的监测网络和警报系统，有效地监测崩、滑体动态变化及其发展趋势，具体了解和掌握其演变过程，及时捕捉崩滑灾害的特征信息，预报崩滑险情，防灾于未然。同时，为崩滑体的稳定性评估和防治提供可靠和及时的依据。主要使用以下几种技术模式：GPS实时动态、GPS动态定位、GPS准动态定位。GPS在地质灾害防治领域中的应用，对地质灾害监测手段和作业方法产生了革命性的变革，极大地提高了地质灾害防治领域中观测精度和勘测效率。
4 结语
集成3S技术，利用遥感技术对矿山地质灾害信息的提取、全球定位系统对遥感图像从中提取的信息进行定位等基础数据的调查采集，利用地理信息系统对矿山地质环境及其周边地质环境信息进行组合、分析、修改、建立数据库等功能，实现数据的对比、查询、检索、动态更新、输出。随着Web-GIS（网络GIS）技术发展，逐渐应用到地质灾害监测评估与防治当中，成为地质灾害信息化防治技术的发展新趋势。通过Web-GIS，结合3S技术，可将技术系统、数据分布在网络，实现数据的实时更新、管理。从而使得地质灾害数据和地质灾害模型可以在全国范围内共享，为防灾减灾提供一个功能强大而又方便快捷的有效途径。可见，3S技术的集成以及与其他技术的结合，使得它们的各自的优势得以充分发挥，在矿山地质灾害防治中发挥越来越重要的作用。
参考文献
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火灾遥感监测的原理和方法范文第3篇
【关键词】矿山；测绘；新技术；应用
中图分类号：TD1文献标识码： A
一、矿山测量工作的重要性
经济发展过程中,对矿产资源的需求量不断增加,我国是一个拥有丰富矿产资源的国家,但为了实现可持续发展的原则,所以对矿山资源需要进行科学合理的开发。这就需要加强对矿山的有效管理,有效的预防矿山企业生产经营过程中存在的安全隐患,从而使企业处于最优化的开采状态下,为实现企业的生产效益和矿产资源的可持续利用奠定良好的基础。而对矿山进行及时的检查和测量,可以及时的提供准确的数据,从而为矿山开采的安全性奠定良好的基础。相反,如果忽视对测量工作的开展,则会导致矿山企业无法正常、有序的生产,使企业的发展受到诸多的限制。同时通过矿山测量工作,可以实现矿产资源的有效开发和利用,精确的矿山测量工作,从而准确的确定开采现场的炮孔深度和位置,确保矿石开采的效率。
二、提高矿山测量质量的基本措施
1、测前必须对仪器工具进行认真检验及校正
《矿山测量规程》第 4 条规定：“为了保证测绘成果的质量，对测绘仪器、工具应加强管理，精心使用，定期检验、校正和维修。在进行重要测量工作前，对所使用的仪器、工具亦必须检验和校正。”但是在实际工作中，有的测量人员嫌麻烦，图省事，对所使用的仪器没能按规定进行定期检验和校正，使仪器在非正常状态下工作，这就难以保证测量结果的质量。在目前机电一体化的测量仪器如光电测距仪、陀螺经纬仪、全站电子经纬仪以及全站仪在矿山测量工作中得到推广应用的条件下，对高精度测量仪器的定期检核尤为重要。
2、对测点要进行认真检查和核对
矿区地形特殊，所以某些水准点以及三角点地点设在开采的沉陷区，属于死角。矿山因为承受一定的压力，导致测点位置移动不明。例如，某一单位的情况如下，主井，副井，风井，三个井都深过1000m，有较强的地压但是顶板状况不是很好，所以多次移动地点，对于这种情况的地点往往要突出测量工作的必要性，提前测量很重要。根据《规程》的要求，每次测量的边长以及水平角，都会成为下一次工作时，延长导线所要参考的具体数值，保证达到要求才能继续完成后面的工作，并以此成为延长导线的前提。实际工作时一些同志往往忽略《规程》上关于此工作的要求。一些同志仅仅观察测点表面断定没有移动的情况产生，盲目工作，此情况的出现增加了测量工作的错误率，因此，测量时一定要考虑移动因素的存在。
三、测绘新技术在矿山测量中的应用
1、全站仪在矿山测量中的应用
我国目前仅有南方测绘仪器公司生产的 NTS-200 系列全站仪。全站仪的使用面很大，包括矿山以及其他地面工作的测量，发展速度很快，全站仪本身既有测距仪的工作优势，也能包含经纬仪的工作特点，它表现测量结果呈现出数字化较强的优点，它的操作较为便捷，表现出强大的工作性能，能够利用互联网的工作优势发挥效果，普及性强，测量可应用全站仪，这一仪器具备很强的数字化与智能化的优点。
2、空间信息技术及其在矿山测量中的应用
空间信息技术的核心和主体是“3S”技术，即遥感、全球定位系统、地理信息系统。以空间信息技术为技术支撑，现代测绘仪器、技术正处于快速的发展之中。遥感技术在矿山测量中的应用已经历了较长的时间，并积累了丰富的经验。对于航空遥感来说，航空遥感资料可作为进行矿区地形图测绘的资料源，通过象片校正、目视判读、野外调绘等工作，完成地形图的测绘。较之传统的测图方法，利用遥感资料进行测图速度快、成本低、精度高，是一种应用极为广泛的测图方法。GPS 的出现，改变了从前矿山进行地面测绘时的工作状态，大大提高了测量效果。用这项技术，能够对矿点的移动，水文情况，帮助形成矿区控制网，加强水文观测，轻松完成二次检测，并帮助改造。GPS 目前的功能性日益强大而价格也被普遍接受，所以在矿山测量行业中炙手可热，同时矿山测量的地理信息系统，也被叫做“矿区资源环境信息系统”，受到广大使用者的好评。
3、惯性测量系统及其在矿山测量中的应用
惯性测量系统优点突出，有自主能动性强，服务时间无空当，工作方法灵活多变等，它作为导航定位工艺，已经广泛地服务于地面、工程、矿山等工作的实际测量中。它是利用惯性导航的原理，以同时获取多种大地测量数据(经纬度、高程、方位角、重力异常和垂线偏差等)的一种技术系统。
四、测绘新技术在绿色矿山和数字矿山中的作用
1、测绘新技术在数字矿山中的作用
矿山系统数字学从此以后有了新的实验基础，这一技术能预测从前经常出现而被认为是很难预测的危险，比如水灾、爆炸、火灾和冲击地压等等，令避免或减少这些灾害后果出现转机，它实验的对象除了将来可能发生事件的过程的模拟和预测，也能重演曾经出现的事件，进而提出新知识新理论，推进新的研究成果的出现。因此可以说它是推进矿山工作科学化的有效力量。虚拟现实系统，通过人可以接受的方法：看、听、感、触等方式，与人进行交流，人能够很方便地操作该系统，工作时间大大缩短。它的本质是科学的电脑用户接口。
2、测绘新技术在绿色矿山建设中的应用
利用 3S 集成技术进行矿区污染情况动态监测已取得了很大的进步，在环境污染调查、污染状况监测、数据管理和分析、污染时空分布规律研究方面都取得了长足的发展。例如采用 3S 集成技术支持矿区污染情况调查时，使用 RS 获取矿区的多光谱遥感图片，根据不同污染程度下不同对象光谱特征的差异性原理，解读出各类污染物的大体分布情况，如水体污染，大气污染的分布情况。经过与矿区地形图匹配，根据污染分析及污染样点野外采集的要求确定采样点具置。利用 GPS-RTK 技术采集野外点的空间精确位置并实际监测各项污染指标值。如需要研究污染的时间分布规律，还可隔一定时间重复采集数据，用于分析。分析时，建立相应专题图层，对采集数据分层管理。综合应用 GIS 扩散分析、领域分析、复合分析等功能建立环境污染的评价模型，进行基于位置的属性值分析(三维可视化分析)、绘制各类图件等。可以对 GIS 功能进行必要的开发，设计出适合于煤矿环境演变模拟与预测的 GIS 功能模块，可对环境因子中重要的要素进行回归分析，利用回归方程预测该因素未来的变化趋势，如果能确定这样的回归方程，则可对演变进行模拟。
五、结束语
总而言之，近年来随着经济的快速发展,矿山为我国经济发展提供重要的资源支持,所以加强测量技术水平的提升,实现矿山资源的可持续利用发展是当前的重要任务。这就需要加强测量技术的技术含量,使其具有更先进性,同时还要加强测量人员自身综合素质水平的提升,从而有效的推动我国矿山事业的健康发展。
参考文献：
[1]张斌. GPS技术在矿山测量中的应用[J]. 科技与企业,2014,03:147.
火灾遥感监测的原理和方法范文第4篇
[关键词]地理信息系统 空间数据 数据管理
中图分类号：UI69 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0350-01
1、地理信息系统与其他系统的区别与联系
从地理信息系统的发展过程可以看出，地理信息系统的产生、发展与制图系统存在着密切的联系，两者相同之处是基于空间数据的表达、显示和处理，从系统构成和功能上看，一个地理信息系统具有机制制图系统所有组成和功能，并且地理信息系统还具有数据处理功能。
地理信息系统和数据库管理系统的区别就在于地理信息系统具有对空间数据进行解释、判断和分析的能力，而不是简单的数据管理，数据中的信息也能被广泛地利用，它的核心就是具有独特的数据管理，因此，地理信息系统是能对空间数据进行分析的数据库管理系统，地理信息系统必须包含数据库管理系统。
地理信息系统对图形数据和属性数据库进行分析和应用，是以文件管理的形式储存图形，并且图形要素不能分解、查询、没有拓扑关系等。它与地图数据库以及地理数据库的区别是地理信息系统仅仅是将数字地图有组织地存放起来、不注重分析和查询，不可能去综合图形数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供辅助决策的分析，它是地理信息系统的数据源。
地理信息系统和CAD系统的区别是，二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形，它在属性方面弱，更缺乏分析和判断能力。
计算机制图是地理信息系统采集、储存、处理空间数据的有力工具和手段。严格地讲，计算机地图制图是以传统的地图制图原理为基础，并且利用电子计算机及其连接的输入、输出装置作为主要工具，采用数据库技术和图形数字处理的方法来实现地图信息的获取、变换、传输、识别、储存、处理、显示和绘图输出等。计算机地图制图又称机助制图。地理信息系统的数据源通过不同的地图制图表现出来。例如：在测绘制图中，点的坐标，水系，道路，房屋以及植被面的属性等，利用不同的软件绘制和表现出来等等。
2、地理信息系统具有的特征
地理信息系统是传统科学与现代技术相结合而产生的边缘科学，它具有多学科交叉的特征，地理信息系统又是计算机化的信息系统，需要得到计算机硬件和软件系统的支持。
地理信息系统处理的对象为地理空间信息，地理信息系统用于处理自然界特定空间内各种地理现象的信息，地理信息系统的核心组成是地理数据库和空间数据库，包括属性数据库、图形数据库和遥感影像数据库等，地理信息系统能够在同一的平台内综合处理这些信息，这是地理信息系统不同于其他信息系统的重要一点，并且包含的内容是丰富的和广泛的。
地理信息系统可以根据实际需要设计生产各种地图，它通过图表、文字、色彩等信息形象的表现出来，地理信息系统具有强大的制图功能，完全可以代替传统制图和一般意义上的机助制图技术。地理信息系统具有空间分析功能，从而使地理信息系统区别于机助制图系统，也正是空间分析功能赋予地理信息系统以强大的生命力。空间模拟地理信息系统是整个地球或部分区域的资源、环境在计算机中的缩影。地理信息系统可以依据系统应用模型，快速模拟自然过程的演变和过程，取得地理预测和实验的结果。
在各行各业中，通过地理信息系统选择优化方案，避免不合理的决策，并且解决资源、环境、社会、经济和人口有关的实际应用课题，在经济社会中有助于决策支持系统。地理信息系统除了具有信息的一般特性还具有以下独特特性：①空间分布性。它具有先定位后定性以及在区域上的分布特点，属性的表现形式是多层次的。②数据量大。因为它具有空间特征和属性特征还随时间的变化而变化，所以数据量很大。③地理信息系统具有载体的多样性，除物体的物质和能量本身外，还通过文字、数字、影像、符号、磁带、光盘等等来描述地理实体。
3、地理信息系统的主要应用
从地理信息系统和其他系统的区别与联系以及地理信息系统特征和地理信息系统的分类中不难看出，地理信息系统的发展前景广阔，表现在网络化、标准化、数据商业化、系统的专门化、企业化、全球化、大众化和智能化。地理信息系统是一种对自然与人类应用非常广泛的系统工具，它的博才取胜和运筹帷幄的优势，使它成为能够影响人们生活的各个方面、有关各行各业经济技术发展的基本工具。它的应用分为两种情况，一种是利用地理信息系统来处理用户的数据，在地理信息系统的基础上，利用它的开发函数库二次开发出用户的地理信息系统软件，并且在测绘与地图制图、资源管理、城乡规划、灾情监测、环境保护、国防、宏观决策支持等一百多个领域，取得了良好的社会经济效益，下面结合例子来论述地理信息系统的广泛应用。
地理信息系统在综合分析评价与模拟预测中的应用，它不仅对地理空间数据进行编码、存储和提取，而且通过世界模拟，得到综合评价，并且用这些数据以命令、函数和分析模拟程序对未来结果作出定量的和趋势预测，对比不同决策方案的效果以及产生的后果，做出最优决策，避免和预防灾难发生。例如，通过对大兴安岭火灾的研究、普查和分析，应用系统对十几万个数据进行分析筛选出气温、风速、降水等气候要素，以及植被生长情况、积雪覆盖程度，用模糊数学方法建立数学模型，并且建立微机系统多因子的综合指标来预防灾情发生。
地理信息系统在测绘事业中的应用，地理信息系统技术、遥感技术和全球定位技术，为测绘事业的发展起决定的作用，使地图数据的获取和成图流程都发生了根本的改变，成图的周期大大缩短，保证精度提高，促成地图品种的多样化。
地理信息系统在地理空间数据管理中的应用，它可以对地理数据的采集和组织进行有效的数据库管理、更新、维护，且可对在决策中所需的地理信息，用多种方式进行快速查询和检查。例如在城市建设中，地面下的类管线以及测量控制网，规划路线等基础图形数据，通过地理信息系统的实现，对地下管线信息的全方位的现代化管理，为市政工程设计以及规划建设提供查询服务，一旦遇到问题，可以快速提出坚决方案。
在资源管理和环境保护中的作用，利用地理信息系统可以进行资源清查，将各方面来源的数据汇聚在一起，通过系统的分析使原始的数据快速再现，根据不同时期的土地类型以及土地利用现状的分析，进行合理的开发和科学的管理。在环境保护方面，利用地理信息系统建立了环境检测，分析及预报系统，客观、全面、正确地反映区域的污染程度以及空间的分布状态。为实现环境管理的科学化和自动化提供最基本的条件。
参考文献
火灾遥感监测的原理和方法范文第5篇
关键词：海洋经济 海洋环境 环境保护 海洋灾害
前言
随着沿海经济的迅猛发展，近海海域遭到越来越严重的污染，使海域环境质量明显下降，生态环境日趋恶化，并对生物资源和人体健康产生有害影响。近海水域的污染已成为世 界各国，特别是象我国这样具有相当长的海岸线和众多海湾的国家所共同关心的环境问题。海洋经济的发展还面临严酷的海洋自然环境，海洋灾害直接影响着海洋经济的发展规模、速度和效益，精确预报海洋灾害的发生、发展和应该采取何种防灾、抗灾和减灾工程措施，也成为严重关注的环境问题。为了开发海洋中的空间、矿产、渔业、能源等物质资源，需要在海上进行各类工程建设，在目前科技日益发展的情况下，工程建设的规模日益巨大，这些大规模的工程建设和海洋环境之间的相互作用也将是开发海洋中的一个应引起特别关注的重要问题。为了适应我国海洋经济的快速发展，海洋环境的日益恶化，海洋灾害的频发和海洋工程向大型化发展，近海石油气田的开发，以及海岸带开发过程中的后效问题的研究需要，针对我国重大海洋环境与保护问题开展研究是十分必要和迫切的。
在这方面，重点需要开展的研究课题大体上有三类。第一类课题是海洋环境特征对各类污染物作用的机理和规律研究，第二类课题是海洋工程设施防灾、抗灾和减灾研究，第三类课题是海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用吸防治措施与对策。
一、海洋环境特征对各类污染物的作用机理和规律研究
以海洋流体动力对各类污染物迁移、扩散、转化规律的研究为基础，考虑各种自然环境因素（浪、流、风、光、温度、湿度）、物理因素（扩散、挥发、沉降、吸附、释放）、化学因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋复杂条件下的运动及演变规律，并建立海洋水质预测预报模型。此外，近年来，在我国沿海海域，赤潮频发严重。因此，除了加强赤潮的监测和预报外，也应加强在建立赤潮生长机理和发展规律方面的研究工作。
此项研究应通过现场观测、物理模型实验和数学模拟研究相结合的方法来进行。由于现场观测工作耗资巨大，且受到许多客观条件的限制，所获得的数据往往有许多综合因素的共同作用，很难将其中的单因素影响分离出来，因此，往往只能用它来作为对某一水质预测预报模型进行检验其可行性和精度的一个实例。
用数学模拟方法来建立海洋水质预测预报模型是一个较为有效的方法。目前，在这方面国内外已有不少水质预测预报模型，这些水质预测预报模型大体上都基于以下几方面的模型：水流数学模型；波浪数学模型；液流相互作用模型；近海海域污染物迁移转化数学模型。
在水流数学模型研究方面，对于较大范围的海域，通常可采用深度平均的潮流教学模型，对于紊动影响不显著的海域，可不考虑湍流影响，而对于湍流效应显著的区域，如排污口近区，则应考虑湍流效应。此外，采用坐标变换，可建立一种能够考虑复杂地形和套流效应的三维潮流数学模型，这样才能够较好地重现实际海域的三维潮流特征。在较小范围的水域，水流数学模型可以以N－S方程和通用的k－（湍流模型为基础，针对水温和盐度分层流的流动特性，考虑浮力对紊动的影响，建立用于模拟同时存在温度和盐度梯度这一类密度分层流的k－（单流体数学模型。也可以基于多流体模型的基本概念，分别对两相本身的湍流输运规律以及相间相互作用规律进行模拟，建立两相湍浮力分层流的双流体数学模型。
在波浪数学模型研究方面，可应用BI—CGSTAB法求解由椭圆型缓坡方程离散得到的代数方程组，以提高求解效率。从水波发展方程出发，可导出一种用于大区域波浪变形问题的数学模型。通过引入弱非线性波色散关系，可使双曲型缓坡方程能
够有效地考虑波浪的非线性效应。对高阶Boussinesq方程的进一步研究，可使方程的色激性从入水到深水都达到很高精度，并提高方程的非线性精度，可以更精确的计算较深水域波浪的非线性特征。
针对带自由表面的波浪场问题，通过把能有效模拟自由面形态的N— S方程和波能平衡方程的结合，可导出一个能考虑破波能量损失的抛物型缓坡疗程，用这个方程可模拟规则波和不规则波破碎引起的波高变化。建立沿岸流数学模型，可模拟海岸上波高变化和破碎波波高、波浪增减水和沿岸流。
在波流相互作用模型的研究方面，对于弱流情形，可采用一种考虑流影响的修正的合流缓坡模型；对于强流情形，可采用在Botssinesq方程中考虑流影响的模型。可以将辐射应力的计算公式与抛物型缓坡方程中的待求变量联系起来，建立一种辐射应力计算的新方法，用该方法可对较大区域均匀斜坡地形上的波浪辐射应力进行数值模拟。
在近海海域污染物迁移转化数学模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二维应力一通量代数全场模型，可对非对称潮流作用下的侧向岸边排放问题过分数值模拟。以研究近海海域污染物迁移转化的三维预报系统作为目标，在分析近海环境中各种物理、化学和生物现象的基础上，针对近海海域水污染的特点，从三维湍流模型出发，在动量方程中引入表面风应力、底部切应力以及柯氏力的作用；在输运方程中引入反映物理、化学、生物等作用的源、汇项，可建立一个统一考虑物理、化学和生物等过程综合作用的近海海域污染物迁移转化的三维预报模型，它可为环境评价、水质规划、污染控制以及水域排污工程设计等提供重要的科学依据；同时对确定水域环境容量，从而制定水域环境保护策略，也具有十分重要的理论价值和应用前景。
应该指出，在海洋水质预测预报模型研究方面，数学模拟无疑是一种十分有效的手段，但不论是何种数学模型，其模型中所需的必要参数和边界条件的处理是研究水质模型的技术关键，直接影响到水质模型的科学性和预测能力。而这些必要的数据是无法从数学模型本身来取得的，有些可以通过现场观测来得到，但其中一些最基本的卷数是要通过基本机理的研究才能得到，在这方面物理模型实验研究将是一个有效的手段。
能模拟海洋动力因素的先进实验设备，现代化的量测仪器和测试系统是开展物理模型实验研究的必备条件。进一步完善PIV和LIF的浓度场、速度场同步测量系统，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结构，获得流场中水质点速度的空间分布和时间过程；并同步获得波浪及波流相互作用下浓度场的空间及时间变化过程，可用以分析定量污染物团在波浪及波流相互作用下扩散的基本特征和扩散系数。
二、海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用及防治措施与对策
为了充分利用海洋空间，现代海洋空间利用除传统的港口和海洋运输外，正在向海上人造城市、发电站、海洋公园、海上机场、海底隧道和海底仓储的方向发展。人们现已在建造或设计海上生产、工作、生活用的各种大型人工岛、超大型浮式海洋结构和海底工程，估计到21世纪，可能出现能容纳10万人的海上人造城市。我国澳门和日本已经在海上建成了人工岛海上机场。为缓解紧张的陆地资源及减少城市噪音等，日本已经于99年8月在东京湾用6块380米长，60米宽的矩形漂浮钢板拼装海上漂浮机场。
由此可见，随着海洋资源与空间的开发利用，各类海上工程建筑物数量不断增多、规模日益复杂和庞大，保证这些海上工程设施的安全运行及采取海洋工程防灾减灾措施将越来越重要。海岸带和近岸海域是各种动力因素最复杂的地区，但同时又是经济活动最为发达的地区，海上工程建设如果考虑不当将会在一定程度上引发环境灾害。工程设施可能破坏原有海岸带的动态平衡，影响岸滩的冲淤变化。海上回填和疏浚会改变海岸的形态，破坏某些海洋生物赖以生存的栖息地，若对含有污染物的疏浚污泥倾抛处理不当则会造成二次污染。海上石油生产中的溢油事故将对海洋环境造成极其严重的污染。日益增多的海上退役工程设施如果不及时处理也将会逐渐成为海上障碍物以致引起公害。海洋工程抗灾减灾的任务是一方面要保证最大限度地减少自然界海洋灾害带来的报失，另一方面又要避免人为造成的海洋环境灾害。
随着人类对海洋资源的不断开发和利用，海洋环境保护与人类生产实践活动协调发展日显重要。如港口开发中的环境问题，主要内容包括：航道、港池开挖、疏浚引起的泥沙输运及其疏浚物抛放对海洋环境的影响，深水港口水工建筑物、大型人工岛、超大型浮式结构的环境和生态影响；破波带及其附近水域沿岸流对物质输运扩散规律研究；大型海岸工程、岸滩保护和整治工程引起的海域环境的变迁和海岸演变；海岸演变、防护及开发利用新概念的原则与理论，如由于工程措施所引起的海岸动力学、生态学、社会经济学及与环境关系的综合分析与协调。
随着沿海大、中型城市经济建设的快速发展，城平建设中的污水深海排放技术，感潮水域污水多点排放漂移扩散研究，天然海湾、人工湖及人工运河的水质交换能力，人工沙滩的保护措施，滩涂围垦对水域环境的影响等，都将是需要认真解决的问题。
鉴于黄河三角洲海岸线不断依退所带来的国土面积减少、陆上设施受到威胁甚至破坏、对黄河三角洲湿地自然条件的毁灭性破坏等一系列问题，也是非常迫切需要研究的课题。此外，长江三角洲、珠江口及珠江三角洲的海岸开发、滩涂围垦和岸滩保护及整治工程对水域影响所引起的环境问题及其对策，也切枰?重点研究的课题??BR>以主要经济发达的河口和海岸带地区以及主要海域的经济发展为背景，建立一个数字化的区域经济发展模拟系统。与防灾、抗灾和减灾决策支持系统一样，将环境工程、水利工程、土木工程与网络技术、计算机技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统相结合，建立模型，通过多媒体技术，形象化地针对经济发展规划，预测由于发展经济带来的海域环境水污染的恶化、海洋自然灾害（台风、巨浪、风暴潮、地震、冰害、地质灾害）频发的情况。人类活动特别是大规模工程建设所引起的海洋环境的变迁和海岸演变，以及它们之间的相互作用，用数字手段统一地加以处理，建立智能化的决策支持系统，以促进国民经济持续、健康地发展，将会是决策部门进行宏观决策和具体规划时的一个十分有
效的手段。
三、海洋灾害的精确预报及海洋工程设施防灾、抗灾和减灾的研究
海洋灾害主要包括风暴潮、海浪、海冰、海啸、赤潮及海岸侵蚀等。90年代以来，我国海洋灾害所造成的损失每年达上百亿元人民币，是世界上海洋灾害最严重的国家之一。海洋工程结构的投资费用很高，一旦发生破坏，将会造成重大的人员伤亡和巨额财产损失（如1969年渤海冰推倒“海二井”平台，1989年风暴潮损失超6亿元，1991年DB29销管船在南海通台风翻沉等）。当前我国海洋能源开发与海洋空间利用的绝大部分活动是在近海和极浅海海域。为了保证在这些海域所建造的工程设施能够安全服役免遭破坏，面临的首要问题是弄清这一海域中严酷和复杂多变的环境因素。我国东临西北太平洋，每年出现的台风数目占全球的38%，其中对我国可能造成灾害的台风每年有7—8个。每当台风在我国登陆或接近我国沿海通过时，都会在沿岸局部地区产生风暴潮，形成风暴潮灾害。
在我国北方海域（渤海和北黄海），冬季由于受寒潮影响，沿岸地区每年都有结冰现象，结冰严重的年份则出现冰害。若对这些海洋灾害估计不足将会带来巨大的损失。渤海重叠冰与堆积冰的形成，不但可给结构物以强大的冰压力，而且由于冰激引起的振动作用，也会给海洋平台的使用和安全带来巨大的损害。而冰区溢油的迁移规律及预防和清理技术，至今尚未进行过深入的研究。对近岸大面积冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都会引起海冰的断裂，断裂后冰块的尺度直接影响其对结构物的作用。在渤海海域建造的海洋平台，为了抵抗冰害，往往建成正、倒锥体的结构型式，冰排对锥体结构的冰荷载及与其的动力相互作用，也是目前尚未解决的课题。在海冰力学的研究中，除进行理论分析和数值模拟外，实验研究也是一个重要的手段。在实验研究中，模型冰可采用冻结模型冰和非冻结模型冰来进行，它们各有其优缺点，发展这两种技术是海冰力学研究中的一个课题。
我国是一个多地震的国家，海域中时有地震发生。强烈的地震将有可能是海上工程设施的主要破坏荷载。如果一旦在地震中结构物（海洋平台、钻井船、人工岛、输油及输气管道等）发生破坏，除其直接经济损失极大外，其次生灾害——火灾、环境污染等的后果也不堪设想。
近年环太平洋地区地震的频度和强度都在上升，造成重大灾害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特别是抗震防灾的基本原理和减震技术措施需要认真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的响应和振动破坏机理更有待深入研究。日本阪神地震记录资料表明，地震及由此引发的巨浪共同作用对水中和岸边建筑物造成的破坏十分严重。水工建筑物的这类破坏机理，至今国内外对此都很少研究，且由于试验条件的限制，国内外对此方面的试验研究工作开展极少。这是海上水工建筑物抗震研究中的一个新领域。
以下的一些研究内容将是为解决海洋工程设施抗震措施中的关键技术所必需考虑的，如近海环境地震危险性分析，设计地震动参数和频谱特性，强震海底多维地震动及其空间分布规律，地震波传播特性及地震动输入机理；海域中大型海上水工建筑物在地震作用下，考虑周围水介质影响的结构振动破坏机理、振动控制、地震动时颇联合分析模型和输入机制、非线性动力分析和动力破坏试验；核电站海域工程建筑物抗地震性能，海洋采油平台及地下输油管线与地基土动力相互作用，码头及护岸建筑物地震稳定性；海域中水工建筑物的性能设计和地震设防标准等。
海上水工建筑物在长期运行过程中健康状况逐渐恶化，其损伤主要来自两个方面：其一是结构的老化、疲劳、超载、内部损伤（裂缝）、地基沉降变形以及环境的物理化学损伤（低温、冻融、大气侵蚀）等；其二是设计不周或设计标准偏低，施工质量差，原材料不合格，管理维护不善等。大型海上水工建筑物的损伤和事故都将对国民经济的发展造成重大的影响。
火灾遥感监测的原理和方法范文第6篇
【论文摘要】：改革开放以来，沿海地区因为便利的水上交通和丰富的海洋资源，使得经济飞速发展。但在经济发展的同时，我们也应该看到，海洋正在遭受着前所未有的破坏，如何在促进海洋经济发展的同时，让海洋的生态环境得到应有的保护，已成为全世界共同关心的话题。文章就针对海洋经济和海洋环境的相互作用，谈一谈自己的看法。
随着沿海经济的迅猛发展，近海海域遭到越来越严重的污染，使海域环境质量明显下降，生态环境日趋恶化，并对生物资源和人体健康产生有害影响。近海水域的污染已成为世界各国，特别是象我国这样具有相当长的海岸线和众多海湾的国家所共同关心的环境问题。海洋经济的发展还面临严酷的海洋自然环境，海洋灾害直接影响着海洋经济的发展规模、速度和效益，精确预报海洋灾害的发生、发展和应该采取何种防灾、抗灾和减灾工程措施，也成为严重关注的环境问题。为了开发海洋中的空间、矿产、渔业、能源等物质资源，需要在海上进行各类工程建设，在目前科技日益发展的情况下，工程建设的规模日益巨大，这些大规模的工程建设和海洋环境之间的相互作用也将是开发海洋中的一个应引起特别关注的重要问题。为了适应我国海洋经济的快速发展，海洋环境的日益恶化，海洋灾害的频发和海洋工程向大型化发展，近海石油气田的开发，以及海岸带开发过程中的后效问题的研究需要，针对我国重大海洋环境与保护问题开展研究是十分必要和迫切的。
在这方面，重点需要开展的研究课题大体上有三类。第一类课题是海洋环境特征对各类污染物作用的机理和规律研究，第二类课题是海洋工程设施防灾、抗灾和减灾研究，第三类课题是海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用吸防治措施与对策。
一、海洋环境特征
对各类污染物的作用机理和规律研究以海洋流体动力对各类污染物迁移、扩散、转化规律的研究为基础，考虑各种自然环境因素（浪、流、风、光、温度、湿度）、物理因素（扩散、挥发、沉降、吸附、释放）、化学因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋复杂条件下的运动及演变规律，并建立海洋水质预测预报模型。此外，近年来，在我国沿海海域，赤潮频发严重。因此，除了加强赤潮的监测和预报外，也应加强在建立赤潮生长机理和发展规律方面的研究工作。
此项研究应通过现场观测、物理模型实验和数学模拟研究相结合的方法来进行。由于现场观测工作耗资巨大，且受到许多客观条件的限制，所获得的数据往往有许多综合因素的共同作用，很难将其中的单因素影响分离出来，因此，往往只能用它来作为对某一水质预测预报模型进行检验其可行性和精度的一个实例。
用数学模拟方法来建立海洋水质预测预报模型是一个较为有效的方法。目前，在这方面国内外已有不少水质预测预报模型，这些水质预测预报模型大体上都基于以下几方面的模型：水流数学模型；波浪数学模型；液流相互作用模型；近海海域污染物迁移转化数学模型。
在水流数学模型研究方面，对于较大范围的海域，通常可采用深度平均的潮流教学模型，对于紊动影响不显著的海域，可不考虑湍流影响，而对于湍流效应显著的区域，如排污口近区，则应考虑湍流效应。此外，采用坐标变换，可建立一种能够考虑复杂地形和套流效应的三维潮流数学模型，这样才能够较好地重现实际海域的三维潮流特征。在较小范围的水域，水流数学模型可以以N－S方程和通用的k－单流体数学模型。也可以基于多流体模型的基本概念，分别对两相本身的湍流输运规律以及相间相互作用规律进行模拟，建立两相湍浮力分层流的双流体数学模型。
在波浪数学模型研究方面，可应用BI—CGSTAB法求解由椭圆型缓坡方程离散得到的代数方程组，以提高求解效率。从水波发展方程出发，可导出一种用于大区域波浪变形问题的数学模型。通过引入弱非线性波色散关系，可使双曲型缓坡方程能够有效地考虑波浪的非线性效应。对高阶Boussinesq方程的进一步研究，可使方程的色激性从入水到深水都达到很高精度，并提高方程的非线性精度，可以更精确的计算较深水域波浪的非线性特征。
针对带自由表面的波浪场问题，通过把能有效模拟自由面形态的N— S方程和波能平衡方程的结合，可导出一个能考虑破波能量损失的抛物型缓坡疗程，用这个方程可模拟规则波和不规则波破碎引起的波高变化。建立沿岸流数学模型，可模拟海岸上波高变化和破碎波波高、波浪增减水和沿岸流。
在波流相互作用模型的研究方面，对于弱流情形，可采用一种考虑流影响的修正的合流缓坡模型；对于强流情形，可采用在Botssinesq方程中考虑流影响的模型。可以将辐射应力的计算公式与抛物型缓坡方程中的待求变量联系起来，建立一种辐射应力计算的新方法，用该方法可对较大区域均匀斜坡地形上的波浪辐射应力进行数值模拟。
在近海海域污染物迁移转化数学模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二维应力一通量代数全场模型，可对非对称潮流作用下的侧向岸边排放问题过分数值模拟。以研究近海海域污染物迁移转化的三维预报系统作为目标，在分析近海环境中各种物理、化学和生物现象的基础上，针对近海海域水污染的特点，从三维湍流模型出发，在动量方程中引入表面风应力、底部切应力以及柯氏力的作用；在输运方程中引入反映物理、化学、生物等作用的源、汇项，可建立一个统一考虑物理、化学和生物等过程综合作用的近海海域污染物迁移转化的三维预报模型，它可为环境评价、水质规划、污染控制以及水域排污工程设计等提供重要的科学依据；同时对确定水域环境容量，从而制定水域环境保护策略，也具有十分重要的理论价值和应用前景。
应该指出，在海洋水质预测预报模型研究方面，数学模拟无疑是一种十分有效的手段，但不论是何种数学模型，其模型中所需的必要参数和边界条件的处理是研究水质模型的技术关键，直接影响到水质模型的科学性和预测能力。而这些必要的数据是无法从数学模型本身来取得的，有些可以通过现场观测来得到，但其中一些最基本的卷数是要通过基本机理的研究才能得到，在这方面物理模型实验研究将是一个有效的手段。
能模拟海洋动力因素的先进实验设备，现代化的量测仪器和测试系统是开展物理模型实验研究的必备条件。进一步完善PIV和LIF的浓度场、速度场同步测量系统，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结构，获得流场中水质点速度的空间分布和时间过程；并同步获得波浪及波流相互作用下浓度场的空间及时间变化过程，可用以分析定量污染物团在波浪及波流相互作用下扩散的基本特征和扩散系数。
二、海洋灾害的精确预报及海洋工程设施防灾、抗灾和减灾的研究
海洋灾害主要包括风暴潮、海浪、海冰、海啸、赤潮及海岸侵蚀等。
90年代以来，我国海洋灾害所造成的损失每年达上百亿元人民币，是世界上海洋灾害最严重的国家之一。海洋工程结构的投资费用很高，一旦发生破坏，将会造成重大的人员伤亡和巨额财产损失。当前我国海洋能源开发与海洋空间利用的绝大部分活动是在近海和极浅海海域。为了保证在这些海域所建造的工程设施能够安全服役免遭破坏，面临的首要问题是弄清这一海域中严酷和复杂多变的环境因素。我国东临西北太平洋，每年出现的台风数目占全球的38%，其中对我国可能造成灾害的台风每年有7—8个。每当台风在我国登陆或接近我国沿海通过时，都会在沿岸局部地区产生风暴潮，形成风暴潮灾害。
在我国北方海域，冬季由于受寒潮影响，沿岸地区每年都有结冰现象，结冰严重的年份则出现冰害。若对这些海洋灾害估计不足将会带来巨大的损失。渤海重叠冰与堆积冰的形成，不但可给结构物以强大的冰压力，而且由于冰激引起的振动作用，也会给海洋平台的使用和安全带来巨大的损害。而冰区溢油的迁移规律及预防和清理技术，至今尚未进行过深入的研究。对近岸大面积冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都会引起海冰的断裂，断裂后冰块的尺度直接影响其对结构物的作用。在渤海海域建造的海洋平台，为了抵抗冰害，往往建成正、倒锥体的结构型式，冰排对锥体结构的冰荷载及与其的动力相互作用，也是目前尚未解决的课题。在海冰力学的研究中，除进行理论分析和数值模拟外，实验研究也是一个重要的手段。在实验研究中，模型冰可采用冻结模型冰和非冻结模型冰来进行，它们各有其优缺点，发展这两种技术是海冰力学研究中的一个课题。
我国是一个多地震的国家，海域中时有地震发生。强烈的地震将有可能是海上工程设施的主要破坏荷载。如果一旦在地震中结构物发生破坏，除其直接经济损失极大外，其次生灾害——火灾、环境污染等的后果也不堪设想。 转贴于
近年环太平洋地区地震的频度和强度都在上升，造成重大灾害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特别是抗震防灾的基本原理和减震技术措施需要认真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的响应和振动破坏机理更有待深入研究。日本阪神地震记录资料表明，地震及由此引发的巨浪共同作用对水中和岸边建筑物造成的破坏十分严重。水工建筑物的这类破坏机理，至今国内外对此都很少研究，且由于试验条件的限制，国内外对此方面的试验研究工作开展极少。这是海上水工建筑物抗震研究中的一个新领域。
海上水工建筑物在长期运行过程中健康状况逐渐恶化，其损伤主要来自两个方面：其一是结构的老化、疲劳、超载、内部损伤（裂缝）、地基沉降变形以及环境的物理化学损伤（低温、冻融、大气侵蚀）等；其二是设计不周或设计标准偏低，施工质量差，原材料不合格，管理维护不善等。大型海上水工建筑物的损伤和事故都将对国民经济的发展造成重大的影响。
因此，发展以下的一些技术和方法将是十分重要的。如在考虑海洋环境荷载在幅值。时间及方向上的随机性所导致结构安全的不确定性情况下，对现役海洋工程结构进行健康诊断和评估剩余可靠度的理论；结构健康状态及损伤检测的新技术和新方法；结构病害治理用的新材料、新技术和新方法；海洋工程结构在多种复杂海洋环境条件下（风、浪、流、冰、地震等）的可靠度和优化理论研究，设计与建造新型抗灾工程结构；研究和设计使海洋工程结构物在设计使用期限内有足够的安全度，而在退役之后又便于拆除的各种工程措施。
为了及时掌握海洋环境的风云变幻和灾害的可能来临，发展海洋环境及灾害的预报技术是非常必要的。为此需要建立以下一些系统，如建立由近海到远海的海洋环境及灾害观测网络、预报与预警系统、沿岸防灾准备和各类应急处理系统；以主要海域和海岸带区域经济发展为背景，进行重点研究，建立数字化的海洋环境信息系统模型与结构；以及建立海岸和近海工程设施防灾减灾数字信息系统，将海岸和近海工程与网络技术人算机技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统相结合，建立数学物理模型，通过多媒体技术，形象化地描述灾害成因、发生机理、传播规律、模拟灾害破坏的过程，建成智能化的防灾、抗灾和减灾决策支持系统。
三、海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用及防治措施
为了充分利用海洋空间，现代海洋空间利用除传统的港口和海洋运输外，正在向海上人造城市、发电站、海洋公园、海上机场、海底隧道和海底仓储的方向发展。
人们现已在建造或设计海上生产、工作、生活用的各种大型人工岛、超大型浮式海洋结构和海底工程，估计到21世纪，可能出现能容纳10万人的海上人造城市。我国澳门和日本已经在海上建成了人工岛海上机场。为缓解紧张的陆地资源及减少城市噪音等，日本已经于99年8月在东京湾用6块380米长，60米宽的矩形漂浮钢板拼装海上漂浮机场。
由此可见，随着海洋资源与空间的开发利用，各类海上工程建筑物数量不断增多、规模日益复杂和庞大，保证这些海上工程设施的安全运行及采取海洋工程防灾减灾措施将越来越重要。海岸带和近岸海域是各种动力因素最复杂的地区，但同时又是经济活动最为发达的地区，海上工程建设如果考虑不当将会在一定程度上引发环境灾害。工程设施可能破坏原有海岸带的动态平衡，影响岸滩的冲淤变化。海上回填和疏浚会改变海岸的形态，破坏某些海洋生物赖以生存的栖息地，若对含有污染物的疏浚污泥倾抛处理不当则会造成二次污染。海上石油生产中的溢油事故将对海洋环境造成极其严重的污染。日益增多的海上退役工程设施如果不及时处理也将会逐渐成为海上障碍物以致引起公害。海洋工程抗灾减灾的任务是一方面要保证最大限度地减少自然界海洋灾害带来的报失，另一方面又要避免人为造成的海洋环境灾害。
随着人类对海洋资源的不断开发和利用，海洋环境保护与人类生产实践活动协调发展日显重要。如港口开发中的环境问题，主要内容包括：航道、港池开挖、疏浚引起的泥沙输运及其疏浚物抛放对海洋环境的影响，深水港口水工建筑物、大型人工岛、超大型浮式结构的环境和生态影响；破波带及其附近水域沿岸流对物质输运扩散规律研究；大型海岸工程、岸滩保护和整治工程引起的海域环境的变迁和海岸演变；海岸演变、防护及开发利用新概念的原则与理论，如由于工程措施所引起的海岸动力学、生态学、社会经济学及与环境关系的综合分析与协调。
随着沿海大、中型城市经济建设的快速发展，城平建设中的污水深海排放技术，感潮水域污水多点排放漂移扩散研究，天然海湾、人工湖及人工运河的水质交换能力，人工沙滩的保护措施，滩涂围垦对水域环境的影响等，都将是需要认真解决的问题。