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火災遙感監測的原理和方法范文1
摘 要：現代科技給我們的生活帶來了很多方便，3S技術應用于環境監測，彌補了在一些方面人工監測效率慢甚至無法監測的問題，3S技術在環境監測中應用于監測水污染，固廢污染，林火、水土流失、礦山生態以及植被調查等方面。
關鍵詞：3S技術；水體污染；固廢污染；林火信息；水土流失；礦山生態；展望
1.引言
環境的惡化和生態平衡的破壞已經影響到人類的生存和經濟的發展，環境問題已經成為全球性跨世紀的焦點問題。要想有效的，快速的遏制日趨惡化的環境，光靠人力是沒法實現的，只有利用現代先進科技才能環境保護和監測水平。近年來國內外大量實踐表明，3S技術是獲取環境信息的強有力手段，利用3S技術監測大范圍的環境變化省時、省力，可以從宏觀上快速跟蹤和監測突發污染事件的發生、發展，及時制定處理措施，減少污染造成的損失，突破了以往研究環境問題的局限性。
2.3S技術簡介
2.1 遙感（RS）
遙感（Remote Sensing，簡稱RS）是二十世紀六十年展起來的對地觀測綜合性技術。遙感，即“Remote Sensing”是應用探測儀器，不與探測目標相接觸，從遠處把目標的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示出物體的特征性質及其變化的綜合性探測技術。遙感系統主要包括五大部分，它們是：被測目標的信息特征、信息的獲取、信息的傳輸與記錄、信息的處理和信息的應用。遙感技術是一個綜合性的系統，它涉及到航空、航天、光電、物理、計算機和信息科學以及諸多的應用領域，它的發展與這些學科緊密相關。
2.2 地理信息系統（GIS）
地理信息系統（Geographic Informat ion System，簡稱GIS） 是一種特定的空間信息系統。它是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。地理信息系統處理、管理的對象是多種地理空間實體數據及其關系，包括空間定位數據、圖形數據、遙感圖像數據、屬性數據等，用于分析和處理在一定地理區域內分布的各種現象和過程，解決復雜的規劃、決策和管理問題一個實用的GIS 系統，要支持對空間數據的采集、管理、處理、分析、建模和顯示等功能，其基本組成一般包括以下五個主要部分：系統硬件、系統軟件、空間數據、應用人員和應用模型。因此，GIS 的物理外殼是計算機化的技術系統，它又由若干個相互關聯的子系統構成；GIS 的操作對象是空間數據，即點、線、面、體這類有三維要素的地理實體。
2.3 全球定位系統（GPS）
全球定位系統（Global Position System，簡稱GPS）是美國第二代衛星導航系統，它利用多顆導航衛星的無線電信號，對地球表面某地點進行定位、報時或對地表移動物體進行導航。全球定位系統由地面控制部分、空間部分和用戶裝置部分組成。全球定位系統是一種高精度、全天候和全球性的無線電導航、定位和授時系統。具有性能好、精度高、應用廣等特點，是迄今最好的導航定位系統。GPS 作為一種定位手段，可應用它的靜態和動態定位方法，解決傳感器位置和姿態的快速定位問題，并獲取準確空間三維位置信息，這樣也就解決了遙感信息的定位問題和GIS 數據采集的空間定位問題。
2.4 3S技術的集成與應用
3S 技術是由遙感（RS）、全球定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS）有機結合一體化集成。RS 是一門比較實用的現代化空對地觀測的新興技術，具有全天候、多時相以及不同空間觀測尺度等優點，能動態地、周期性地獲取地表及地下信息，可以廣泛應用于各個領域，如資源環境、水文、氣象、地理地質等領域，并提供所需的遙感圖像。GPS 具有精確的定位能力和準確定時以及測速能力，它的出現為大量的野外高精度定位工作提供了極大方便，使定位與導航在精度和速度上都產生了質的飛躍。GIS 具有采集、存貯、管理、分析、描述整個或部分地球上空間和地理分布有關數據的重要作用。3S 技術能共同的應用于很多領域，如交通、石油、地質、測繪、環境、氣象、移動通訊、規劃管理等，尤其在生態環境動態監測、自然災害動態監測與防治、各種資源調查與開發等一系列研究中發揮著越來越重要的作用。
3.3S技術在環境監測中各方面的應用
3.1 在監測水體污染中的應用
工業廢水排放，礦產資源開發，對水體有著不容忽視的影響。利用RS技術可以對水體進行遙感監測，其原理是通過比較被污染水與清潔水的反射光譜特征的差異來判斷水體被污染的程度。遙感監測可以對大范圍內水體的擴散過程統攬全貌，這樣就比較容易發現污染源。一般地，水體污染區多分布于工業區，居民區，有排污口與之相通連，距排污口較近，多在水體邊緣靠外；面積較小，一般呈條狀、塊狀，顏色較清潔水體深。
3.3 在監測城市固廢污染中的應用
由于固體廢物自身的物理化學分解作用，其溫度一般高于周圍的物體，在熱紅外圖像上顯示明顯的色調特征。根據有關的遙感圖像解釋標志，定期利用遙感圖像為信息源進行固體廢棄物堆的監測，并通過GIS技術確定相應的空間位置，然后在圖像中對不同的固體廢棄物污染信息進行比較，以確定其發展趨勢，并結合城市產業布局及垃圾處理系統設置，實施相應的管理策略，以實現對固體廢棄物的動態監測和有效管理。
3.4 在監測林火信息中的應用
森林火災具有突發性強、蔓延迅速的特點，利用3S技術不但可以對森林火災進行實時監控，還可以對災后的損失進行評估。遙感圖像作為森林火災監測的主要信息源，一旦發生森林火災，利用GPS可以迅速、準確地進行火災現場定位，GIS可以對各種來源的數據信息進行匯總，并可以對某一時間火勢的發展方向進行模擬，以便制定有效的撲火措施；同時，利用GPS對救火隊進行實時的導向，從而引導救火隊及時、準確地到達火場。此外，利用GPS還可以簡單精確地測定過火面積，結合遙感圖像和GIS，可以對火災等級進行評定，對災后的損失進行評估[1]。
3.5 在動態檢測水土流失中的應用
利用衛星遙感數據和地形、土壤、土地利用等圖件及降雨資料。通過本成果的一系列方法，憑借GIS軟件ARCVIEW和ARC/INFO的支撐，對有關非遙感影像數據進行處理，實現圖件矢量化——矢柵化——數字化，并與DEM復合配準和編制出各水土流失侵蝕因子像元圖后統一與底圖進行配準，建立地理數據庫。然后，根據土壤性狀剖面和值計算公式。計算得到數據圖并在解譯后的衛星影象上對不同植被類型的像元進行統計和計算。最后，按流失量監測模型運算基礎的流失量圖。再按部頒標準分類制作出水土流失現狀圖，再按防治預報模型及時運算出防治強度預報圖；再經過統計這些圖獲得準確的區域或各縣級水土流失量，各級面積數等結果，并借GIS軟件的幫助，建立水土流失管理信息綜合數據庫，實現水土流失的實時動態監測[2]。
3.6在礦山生態環境監測中的應用
運用3S 技術對煤礦土地利用/覆被和生態環境進行監測，并對煤礦生態質量進行評價和分析，這為礦產資源的可持續發展提供了科學的依據，同時為其他類型礦山生態環境監測研究提供了有效、可行的技術流程和工作思路。通過對遙感影像、數字圖像進行信息提取，得出2005年攀枝花寶鼎煤礦區土地覆蓋率情況?；贏PH 法結合遙感和 GIS 技術對攀枝花寶鼎煤礦區的環境質量進行了評價，得到該地區植被覆蓋率為良好，等級為Ⅱ；環境污染嚴重，等級為Ⅳ；礦山恢復治理率不高，等級為Ⅲ；災害發生率不高，等級為Ⅱ。該研究區生態環境質量綜合評價為Ⅲ[3]。
4.展望
隨著空間技術、信息技術及計算機技術的飛速發展，3S技術也在逐步完善。我國的環境監測是一項新的任務，利用3S技術對環境進行檢測，不僅能改善以往的環境監測只側重于污染，災害等方面，以定性描繪為主，在時間系列的比較上難以具體化等缺點；而且能使定性表述，定量結果落實在同一空間位置上，建立環境動態監測模型，我國環境監測技術將得到大大提高。這就能為各級政府和管理部門提供及時、準確、動態的數字化圖像信息，建立規范的環境保護制度，為保護環境，造福人類作出巨大的貢獻。（作者單位：華中科技大學文華學院）
參考文獻
[1] 劉惠明，林中大.3S技術及其在林業上的應用[J].廣東林業科技，2002，18（2）
火災遙感監測的原理和方法范文2
關鍵詞：地理信息技術；自然保護區；管理；應用
中圖分類號： S759 文獻標識碼： A
地理信息系統(Geographic Information System)，簡稱GIS，是一門介于信息科學、空間科學和地球科學之間的新技術，它將地理空間數據處理與計算機技術相結合，通過系統建立、操作與模型分析，產生對資源環境進行區域規劃、環境監測、管理決策、災害防治等方面的有用信息。簡而言之，GIS就是綜合處理和分析空間數據的一種技術系統。
GIS脫胎于地圖學，而國際計算機化的GIS發展始于60年代初，成熟于70年代，80年代則是GIS發展的突破階段，其標志是GIS在科研、管理、生產、軍事等許多部門的廣泛應用。近年來，隨著經濟的發展以及社會的需要，我國的GIS研究工作也開始發展起來，并開發出一些GIS軟件產品，如：北京天維資源環境技術研究所研制的SPACE-MAN4.0中國林科院資源信息研究所研制的WINGIS等。在生態學的應用上，GIS作為一種高科技技術，已成為國際上廣泛采用的一種生態學研究手段，尤其是應用于自然保護區的管理及相對簡單的溫帶森林生態系統研究。我國開始這方面研究的時間較晚，但發展速度較快，目前見于報道的如臥龍自然保護區管理信息系統、廣東生物地理信息系統、山東植被與環境信息系統、山東植被研究管理信息系統、中國北方草地動態監測系統等，這些都反映了我國在將GIS應用于生態學上所取得的成果及其廣闊的發展前景。
1 GIS在自然保護區經營管理中的應用概況
中國自1956年建立第一個自然保護區開始，至1991年底，共建自然保護區708處(其中，國家級保護區有77處)，面積達56.8萬平方公里，占國土面積5.54%(中國21世紀人口、環境與發展白皮書，1994).至目前為止，絕大多數的自然保護區仍采用落后的人工管理方法，效率很低，影響了對自然保護區的評價規劃和決策管理，也影響了對自然保護區內資源的合理開發利用.將GIS用于自然保護區的經營管理，不僅可以節約大量的人力物力，而且具有方便、高效、精確等諸多優點.根據生物多樣性研究與保護的要求，并結合當前GIS在生物保護中的應用實踐與趨勢，它在自然保護區的應用可歸納為如下幾個方面：
1.1保護區自然環境、生物多樣性以及社會經濟信息與數據的管理
運用GIS可以對保護區的自然環境因素，如地形、地貌、水系、土壤類型等地理要素，以及溫度、降水、輻射等氣候因子的數據進行采集、處理、存貯、分析管理；可以對保護區的各種生境類型及其空間分布、動植物物種的分布等信息進行采集、存貯、分析管理；也可對保護區的人口及人的社會經濟活動等數據信息進行采集分析與管理。
1.2保護區珍稀瀕危物種的保護
運用GIS可以比較精確地分析每一類保護對象的生境要求，劃分保護范圍，而且可以以保護對象的生境要求為基礎，評價保護區的環境適宜性，研究其種群趨勢，絕滅風險等.
1.3保護區生物多樣性空間分布特征研究
可以用GIS評價保護區各生境單元的生物多樣性空間分布特征，研究生物多樣性的空間特征與規律，為保護區的規劃、開發與管理提供基礎。
1.4保護區生境評價
以生物多樣性分布規律、保護對象的分布范圍及其生境適宜性特征、生態功能特征為基礎，對保護區內各生境單元的生態重要性作出評價。
1.5保護區規劃與發展
可以對保護區進行功能區劃分，對道路、土地利用、資源開發、生態旅游等作出規劃。
2地理信息技術在自然保護區研究、開發中的應用
GIS技術是自然保護區研究與開發中強有力的決策支持工具。應用GIS技術特有的空間信息管理與空間分析功能，對自然保護區地貌結構、生物多樣性與動植物資源分布的研究及生態系統演變模型的預測分析結果可以為自然保護區的開發與保護提供科學的決策依據。
2.1應用GIS技術研究自然保護區的地貌結構
地貌是環境的載體，對地貌結構的研究有助于認識自然保護區生態系統的形成與演變過程。地理信息技術通過數字地圖和遙感影像數據可以生成數字地面模型(DEM或DTM)，將遙感影像糾正、配準后，與DEM復合又可以生成地貌3維景觀透視圖。
在DEM的基礎上提取坡度、坡向與地表水系網絡，可以對地貌的形態和結構進行分類分析與地表粗糙度分析，地表水系網絡又可以反映出保護區內匯水區域的分布及主要河流的形成與分布。這樣一來，整個自然保護區的地表形態與構成就可以定性、定量及立體可視化地展現出來。
2.2應用GIS技術研究自然保護區的動植物分布和進行動態監測
動植物資源是自然保護區的主要資源，只有深入地研究保護區內動植物的種類與分布，才能對其進行有效的監控、管理與保護。GIS數據庫可以同時管理動植物資源的空間位置信息和相關的屬性信息，通過對遙感影像數據的數字分析與地面調查相結合的手段，可以將保護區范圍內的動植物資源分類建立數據庫，再以地理圖形的方式展示出各種植物與動物的空間分布模式，進而可以進行植物生長環境與動物棲息地環境分析；還可在遙感影像數字分析的基礎上，實時地監測植物生長狀況與病蟲害情況、動物生存環境的變化，分析的結果又能以專題地圖和統計圖表的方式顯示給決策者與科技工作者。
3地理信息技術在自然保護區規劃、建設中的應用
地理信息技術因其具有空間圖形和屬性信息一體化的優勢，可以被廣泛應用于自然保護區的水環境及濕地生態系統保護規劃、野生動物及棲息地保護規劃、野生植物及天然林恢復和保護規劃、森林草地防火規劃、基礎設施建設規劃、生態旅游規劃、科研教育規劃等。
3.1 GIS技術在森林防火規劃中的應用
森林火災是自然保護區中自然資源、瀕危動植物和生命財產的主要破壞因素。對林火的傳播方向、傳播速度、強度、易燃材料、助燃條件、蔓延范圍的分析，對預防和撲滅林火起著關鍵的作用。GIS技術能夠在其空間數據庫的支持下，對保護區中的各種資源數據、地形數據、道路交通數據、人口和房屋分布模式、氣象模式、水源分布模式及其他相關數據進行分析，識別出潛在的森林火災位置、高?；馂奈恢茫M火災蔓延途徑，以便提前作出相應的滅火預案規劃，合理設置消防設施。GIS技術與專家系統技術相結合，應用GIS空間分析模型與專家知識、遙感數據和GPS數據，還可以對森林火災進行實時監控和災害損失評估?；谏鲜龇治龇椒?，應用GIS功能組件和可視化開發語言，還可以開發出易于操作的火災管理信息系統。
3.2 GIS技術在基礎設施建設規劃中的應用
在自然保護區范圍內，應設立核心區、緩沖區和實驗區，核心區和緩沖區應以保護為主。尤其是核心區，除開展必要的科研、監測活動以外，應盡量減少人為干擾。保護區的保護管理活動應盡量圍繞核心區和緩沖區的保護進行。實驗區除可以有組織、有目的地開展科研、宣教、生態旅游之外，還可以安排各種合理的農牧業生產和正常的經營活動。但必須以不破壞自然景觀、不影響資源保護為前提。GIS技術可以在綜合分析模擬的基礎上，為自然保護區劃分出核心區、緩沖區和實驗區。應用GIS的疊加分析與緩沖區分析工具，識別出核心區內的居民點，并作出移民規劃。應用GIS的資源分配模型(Location-AllocationModel)與地形分析模型，作出保護站的選址規劃、管線設施規劃、道路規劃和景觀規劃[6]。
4地理信息技術在自然保護區運行、管理中的應用
地理信息技術發展到現在，已形成由工作站GIS、桌面GIS、WebGIS、移動GIS、3維GIS、及組件GIS構成的，以空間數據庫為基礎的綜合空間型信息系統技術。由于GIS軟件技術的組件化，可以方便地與計算機辦公自動化技術(OA)、管理信息系統技術(MIS)和專家系統(ES)結合，開發出基于地理空間信息的圖、文、表、管一體化的空間決策支持信息系統。在自然保護區的運行、管理中，我們可以應用上述GIS技術手段，利用數據庫軟件(Oracle或SQL Server)建立基礎地形數據庫(包括DEM庫、影像數據庫、數字地圖庫)、動植物資源數據庫、水環境與濕地資源數據庫、土壤數據庫、氣象數據庫、生態旅游資源數據庫等；在局域網(Intranet)和互聯網(Internet)環境中，應用GIS功能組件和可視化開發工具(VB，VC等)，結合MIS和OA技術，開發出可以綜合管理自然保護區資源、顯示自然保護區景觀、查詢自然保護區信息、支持自然保護區日常管理工作
的自然保護區管理信息系統。
5結語
自然保護區地理信息系統的研建標志著自然保護區管理工作的科學化、現代化，是“數字保護區”建設的基礎，以它作為平臺，可以進一步構建各類應用子系統如保護區防火指揮子系統，保護區分類區劃管理子系統等。隨著“3 S”技術的研究和應用逐漸向廣度和深度發展，GPS，RS，GIS己由獨立平行發展走向相互滲透和綜合發展，形成“3S”集成技術，并顯示出單獨一種技術所沒有的優勢.隨著計算機軟硬件、網絡技術和地球空間科學的不斷發展，這類系統的設計技術及實現途徑也將更趨完善、成熟.把“3S”技術同自然保護區的管理有機地結合起來，形成一個功能豐富、結構緊密、使用簡單、經濟可行的“3S”集成系統，為保護區的發展服務。
參考文獻
[1]鄔倫,劉瑜,張晶,等.地理信息系統-原理、主法和應用[M].北京:科學出版社,2001
[2]吳焰玉,汪家社,金昌善,等.武夷山自然保護區基礎地理信息系統介紹[J].云南地理環境研究,1998,
[3]王嵐.湖北省自然保護區信息系統的研究[J].環境科學與技術,2002,25(1)
作者簡介：
火災遙感監測的原理和方法范文3
關鍵詞：GIS；地理信息系統；空間可視化；標準化
中圖分類號：X87文獻標識碼：A
近年來，隨著地理信息系統的快速發展，目前已在地學學科中大規模的應用和全面發展，同時也涉及到所有空間信息分析處理的領域中。因此，研究地理信息系統的應用與發展勢在必行。
1、地理信息系統的概念
地理信息系統（Geographic Information System，GIS）是在1963年由加拿大測量學家湯姆林遜（RogerF.Tomlinson）首次提出的，并建立了世界上第一個GIS――加拿大地理信息系統（CGIS）。
在國內有時又稱為“地學信息系統”或者“資源環境信息系統”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統（SpatialInformation System），它是一個在計算機硬件、軟件支持下，對整個或部分地球表層空間中的地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、模擬、分析、顯示和描述的系統。這里的“地理”二字是指地理坐標參照系統，也即按地理坐標來組織空間數據。關于地理信息系統的定義又可以認為是由兩個方面組成的。一方面，地理信息系統是一門科學，是描述、存儲、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門新興的交叉學科；另一方面，地理信息系統是一個處理地理空間數據的技術系統。
地理信息系統主要由計算機硬件系統，計算機軟件系統，系統開發，管理和使用人員以及空間數據這四個部分組成的。
2、地理信息系統的應用
GIS的應用范圍十分廣泛，憑借其博才取勝和運籌帷幄的優勢，它已成為國家宏觀決策和區域多目標開發的重要技術工具，在資源管理、規劃設計、災害監測、醫療衛生、國防以及軍事上都有應用。
2.1．GIS在資源環境管理中的應用
資源清查是地理信息系統最基本的職能。利用GIS 的分析和統計功能，提供資源環境管理的各種基本信息，并通過對應用模型的建立，為政府的決策提供依據和幫助。如美國資源部和威斯康星州合作建立了以治理土壤侵蝕為蛀牙目的的多用途、專用的土地GIS。該系統通過收集耕地面積、濕地分布面積、季節洪水覆蓋面積、土壤類型、專題圖件信息、衛星遙感數據信息，建立了潛在的威斯康星地區的土壤侵蝕模型，據此，探討了土壤惡化的激勵，提出了合理的改良方案，達到對土壤資源保護的目的。
2.2．GIS在道路交通管理中的應用
近年來，GIS在交通方面的應用得到了廣泛的重視，并形成了專門的交通地理信息系統GIS-T，以滿足道路交通管理方面的要求。GIS在交通管理方面的應用主要有路廊設計（通過分析土地利用圖、地形圖以及現有道路網等多種空間數據，定出公路最終線向）、道路管理，主要是指動態分段管理（在數據庫中記錄道路的每種屬性的起點到道路原點的距離，并不是真將道路切斷存儲，適合于動態的分析）、流量和路徑分析（包括道路網絡分析和最短路徑尋找等）。
2.3．GIS在城市規劃中的應用
通過地理信息系統將城市數據信息歸并到一個統一的系統中，然后進行城市與區域的開發和規劃，包括城鎮總體規劃、城市建設用地適宜性評價、環境質量評價、道路交通規劃、公共設施配置，以及城市環境的動態檢測等。這些功能的實現是以地理信息系統的空間搜索方法、多種信息的疊加處理和一系列分析軟件（回歸分析、模糊加權評價、各種規劃模型、系統動力學模型等）加以保證。如北京某測繪部門以北京市大比例尺地形圖為基礎圖形數據，在此基礎上綜合疊加地下及地面的類管線（包括上水、污水、通訊、燃氣等管線）以及測量控制網，規劃道路等基礎測繪信息，形成一個機遇測繪數據的城市地下管線信息系統。
2.4．GIS在災害監測中的應用
利用地理信息系統，借助遙感遙測數據，可以有效地進行森林火災的預測預報、洪水災情監測和洪水淹沒損失的估算，為球在搶險和防洪決策提供及時準確的信息。如在汶川大地震中，我們可以利用遙感遙測數據和實地統計數據，通過GIS技術建立災情系統，在疾病監測、重點基礎設施保護、應急指揮與管理、移動和車載制圖、資源跟蹤和管理、災害損失估計以及相關信息的等功能的實現，為抗震救災做出相應的貢獻。
2.5．GIS在醫療衛生中的應用
地理信息系統在醫療衛生中的應用主要包括兩個方面：一方面是GIS與流行病研究；另一方面是GIS與醫療設施分布。其中GIS與流行病研究主要是應用于對流行病的數據可視化、空間數據分析以及流行病模型的建立。GIS與醫療設施分布中，應用于醫療設施規劃，通過分析由調查統計獲得的數據，并對其進行社會經濟分類，然后建造合理的小社區診所。
GIS在醫療衛生中的另一個重要應用就是將上述兩個方面結合起來，建立空間決策支持系統。該系統包括對流行病分布情況、醫療設施的分布情況進行可視化表達，以及對感染人群的流向等方面的控制，為流行病的防控提供決策支持。
2.6．GIS在軍事和國防中的應用
現代戰爭的一個基本特點就是與“3S”技術的緊密結合，從戰略構思到戰術安排各個環節。通過遙感遙測等手段獲得數據，然后利用地理信息系統對獲得的數據進行分析和處理，再結合全球定位系統對目標攻擊點進行定位。
3、地理信息系統發展的熱點問題
3.1．GIS設計與實現的方法學問題
由于缺乏嚴格的工程管理和好的分析設計方法支持，GIS軟件系統的可靠性和可維護性差。這是一個長期以來人們一直在盡力解決但還未解決的問題。
3.2．GIS的功能問題
當前以數據的采集、存儲、管理和查詢檢索功能為主的GIS，還不能完全滿足社會和區域可持續發展在空間分析、預測預報、決策支持等方面的要求，直接影響到GIS的應用效益和生命力。
3.3．GIS地理信息的深加工問題
目前，GIS還遠未發揮它提供結論性專題地圖和數據集方面的作用，這涉及對GIS地理信息進行深加工的問題。這種深加工的結果可以是結論性的專題地圖，也可以是結論性的專題數據集。
3.4．空間信息可視化技和虛擬現實技術（VR）
GIS可視化主要研究以下幾個方面：運用動畫技術制作動態地圖，可用于涉及時空變換的現象或概念的可視化分析；運用VR 技術進行地形環境仿真，真實再現地景；運用圖形顯示技術進行空間數據的不確定性和可靠性的檢查，把抽象數據可視化，由此發現規律；可視化技術用于視覺感受及空間認知理論的研究。
4、地理信息系統的發展趨勢
4.1．GIS網絡化
對于GIS的發展，計算機網絡技術是起到質變作用的重要技術。萬維網的發展給GIS數據在更大范圍內的、出版、獲取和查詢提供了有效可行的途徑。網絡瀏覽器的使用從視覺上給提供和使用地理數據的人們帶來了方便。地理數據不僅可以按照地理位置、專題內容、生產機構、使用價格等進行搜索，甚至可以直接在網上進行數據的各類空間操作，使用網絡提供的各類模型進行模擬，直接產生新的數據結果，真正地實現“網絡就是計算機”這一新的概念模式。
4.2．GIS標準化
GIS發展到今天這個規模，能夠在各種領域得到使用，使人們不斷意識到軟件、硬件、數據等要素進行必要的標準化才能實現更有效、更廣泛地對GIS的使用。其中內容可能包括GIS的各個組成部分、各個操作過程、各種數據類型、軟件硬件系統等。標準化真正實現將使人們能在一個共同理解的基礎上共享信息和資源。
4.3．數據商業化
地理數據的開發、更新和維護既費時又費力，在GIS界曾經有認同結果，GIS硬件、軟件和數據的造價比是110100，所以如何更有效地生產和維護地理數據將會是GIS未來面對的主要挑戰之一。
4.4．系統專門化
目前，GIS軟件和系統還是作為一個整體獨立存在。許多軟件提供全面的GIS功能，可以在任何一種需要GIS的部門使用，沒有具體專業領域的限制；而從使用機構的角度來看，很多機構都只需要GIS軟件中的部分功能。軟件的部件見化是這個趨勢的前兆，也為GIS軟件的專業化做了必要的準備。將來的各類應用系統中，GIS可能會作為一個必備的部件存在。
4.5．GIS全球化
網絡技術的發展縮小了世界的空間，使人與人之間的距離也縮短了。在這個環境里，GIS越來越發展成為一種有效的工具來幫助人們了解他們所生存和依賴的自然條件狀況和社會變化狀況。GIS的標準化也將進一步促進它在國際范圍內的推廣和使用。
4.6．GIS大眾化
GIS不僅在國際舞臺上已經越來越受到人們重視，甚至在人們日常生活中也起到了越來越重要的作用。在GIS界有人曾經說過，全球80% 的人都離不開GIS，所以GIS的大眾化是不可避免的。
參考文獻
[1]鄔倫，劉瑜，張晶，馬修軍，韋中亞，田園．地理信息系統―原理、方法和應用[M]．科學出版社，2001．
火災遙感監測的原理和方法范文4
關鍵詞：地球物理 勘查技術
中圖分類號： TU7文獻標識碼： A
前言
所謂的地球物理勘查是以勘查對象的物理性質和數理理論為基礎，以發現地球物理差異為手段，解釋和推斷工程地質勘察、區域地質調查和工程結構病害檢測問題為主要任務的前沿地質學科。在礦產勘查中，特別是在尋找深部隱伏礦產方面，物探不可替代的作用日益突顯；在工程地質勘察中，特別是在高速公路、鐵路等線性工程勘察中，物探扮演的角色越來越重要；在區域地質調查中，特別是深部地質構造調查中，物探已成為主要調查手段；在工程病害檢測中，物探也已成為獨特的快速、無損工程結構檢測方法。
1、地球物理的基本任務
1.1、資源勘探。
例如對石油、天然氣、煤炭以及煤層甲烷和水合物等能源勘探；對金、銀、銅、鈾等金屬礦床的勘探。礦產資源是我國社會、經濟可持續發展的物質基礎，關系到我國的綜合國力，必須要大力地尋找，努力地去開發，以滿足國民經濟的發展需求。
1.2、環境保護。
地球物理應該能夠從光、熱、電、磁等物理場的變化，來認識環境變化過程，并進行監測，或對放射性、二氧化碳等有害物質進行快速測量，為環境保護提供背景場資料。
1.3、災害防治。
自然災害往往使環境發生突然的變異極大地威脅著人類的生命安全，造成嚴重的經濟損失。地球物理應積極地為森林火災、山火噴發、旱澇災害以及滑坡和泥石流的發生提供預測和防治，至少也應對它們的監測提供手段。
2、物探技術的主要分類和方法
2.1、地震勘探
地震勘探是近展最快的地球物理方法之一。它的原理是利用人工激發的地震波在彈性不同的地層內傳播規律來勘探地下的地質情況。在地面某處激發的地震波向地下傳播時，遇到不同彈性的地層分界面就會產生反射波或折射波返回地面，用專門的儀器可記錄這些波，分析所得記錄的特點，如波的傳播時間、振動形狀等，通過專門的計算或儀器處理，能較準確地測定這些界面的深度和形態，判斷地層的巖性。近年來，應用天然震源的各種地震勘探方法也得到不斷發展。地震學主要是根據天然地震或人工地震資料，運用物理學、數學及地質學的知識來研究地震的發生、地震波傳播的規律、地殼和地球內部的分層構造、物質組成及介質物理特性，以達到預測地震、減少災害及勘探和透析地球內部構造的目的。地震方法的基礎是地震波在巖石中的傳播規律，而巖石的彈性性質決定了地震波的傳播規律。根據面波、自由振蕩的本征譜特征，運用地震波傳播理論，可得到從地殼直到地核的地球內部構造及表征地球介質的參數。
2.2、重力勘探
重力勘探是利用組成地殼的各種巖體、礦體間的密度差異所引起的地表重力加速度值的變化而進行地質勘查的一種方法。只要被勘查的地質體與其周圍巖體有一定的密度差異，就可以用精密的重力測量儀器觀測出重力異常。然后，結合工作地區的地質和其他物探資料，推斷覆蓋層以下密度不同的地質體的埋藏情況和地質構造情況。而其測量值也會受到兩種因數的影響：其一觀測點至大地水準面的距離；其二地形質量。真實地球的密度與正常場地球模型的密度差稱為地球的剩余密度，地球的剩余密度是地球重力異常場產生的原因。研究地球的剩余密度分布是重力測量的重要目的之一。
2.3、地磁
在地磁場的研究中，有兩個重要的問題：（1）能否有一個適當的數學表達式把地磁要素的地面分布表示成地球坐標的函數；（2）地磁場是起源于地球內部還是地球外部，或者二者兼有之。磁法勘探就是利用磁力儀測得的數據判定這種磁異常，掌握它的分布規律，對磁異常作出解釋，從而達到找礦和解決各類地質問題的目的。
2.4、地電學
地電學是研究大氣、海洋相固體地球電性及電場分布的一門科學。它利用電法探測中的某些方法來研究固體地球內部介質及其周圍的電性和電場分布規律，而電法勘探主要是用于研究地質構造和尋找能源、礦產。電法探測是以各種巖石和礦物的電、磁學性質差異為物理依據，利用人工或天然的電場、電磁場在時間和空間上的分布規律變化特征，研究地質構造和尋找能源、礦產等的物理勘探方法。主要研究的電性參數有：電阻率、介電常量、導磁率及電化學活動性等。自然界的各類巖石和礦物都具有一定的導電性，電阻率就是表征物體導電性好壞的一個物理量。就巖石而言，影響巖石電阻率值的因素，除了和組成巖石的礦物成分有關外，還和礦物顆粒在巖石中的結構、巖石的孔隙度、濕度、溫度及所受壓力等因素有關。
3、地球物理勘查學發展的對策及建議
3.1、地球物理勘查技術發展的主攻方向
地球物理勘查學科涵蓋了地質、礦產、工程等多個領域，近期和今后發展的主攻方向是提高探測目標的空間幾何分辨率，增強識別、區分、描述尺度更小和結構更復雜的探測目標的能力，區分物性反差較弱的探測目標的能力，提高適應在復雜地形、地貌、不利地表條件及各種人文干擾條件下的工作能力，提高資料綜合解釋的能力。要研究煤礦、金屬礦，特別是深部鐵礦找礦方法，地熱資源調查方法，適應福建省地質條件的地質、地球物理、地球化學、遙感等綜合找礦評價方法，工程地質綜合勘察方法和工程病害綜合最佳判別方法等。
3.2、開展新方法新技術研究與應用
為了更好地為提高我國經濟建設，應當提高各種基本物探方法技術解決問題能力的研究，同時引進新技術新方法，用以解決當前深部地質礦產和工程建設方面的問題。建議重點開展以下幾方面的研究：（1）高精度磁測資料精細處理和復雜地質構造三維反演方法技術；（2）區域地溫場調查方法技術；（3）可控源音頻大地電磁測深、瞬變電磁法等方法技術在探測覆蓋層下地質體的應用技術；（4）在高阻地電條件下激發極化法測量技術；（5）建筑工程結構檢測方法技術。
4.總結
隨著地球物理勘查技術的發展和地質、礦產、工程對地球物理勘查的需求逐漸增加，地球物理勘查的服務對象逐漸增加，除了服務于解決地質、礦產傳統問題外，使用于解決工程地質及工程結構等問題越來越廣泛。拓寬地球物理勘查學科的服務領域，促進本學科的自身發展，多方位地為經濟社會發展服務將成為地球物理勘查的重點內容。
參考文獻
1、宋文杰，地球物理勘探技術的發展及應用[J]，建筑與結構設計，2007年29期
火災遙感監測的原理和方法范文5
關鍵詞:海洋經濟 海洋環境 環境保護 海洋災害
前言
隨著沿海經濟的迅猛發展,近海海域遭到越來越嚴重的污染,使海域環境質量明顯下降,生態環境日趨惡化,并對生物資源和人體健康產生有害影響。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長的海岸線和眾多海灣的國家所共同關心的環境問題。海洋經濟的發展還面臨嚴酷的海洋自然環境,海洋災害直接影響著海洋經濟的發展規模、速度和效益,精確預報海洋災害的發生、發展和應該采取何種防災、抗災和減災工程措施,也成為嚴重關注的環境問題。為了開發海洋中的空間、礦產、漁業、能源等物質資源,需要在海上進行各類工程建設,在目前科技日益發展的情況下,工程建設的規模日益巨大,這些大規模的工程建設和海洋環境之間的相互作用也將是開發海洋中的一個應引起特別關注的重要問題。為了適應我國海洋經濟的快速發展,海洋環境的日益惡化,海洋災害的頻發和海洋工程向大型化發展,近海石油氣田的開發,以及海岸帶開發過程中的后效問題的研究需要,針對我國重大海洋環境與保護問題開展研究是十分必要和迫切的。
在這方面,重點需要開展的研究課題大體上有三類。第一類課題是海洋環境特征對各類污染物作用的機理和規律研究,第二類課題是海洋工程設施防災、抗災和減災研究,第三類課題是海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用吸防治措施與對策。
一、海洋環境特征對各類污染物的作用機理和規律研究
以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉化規律的研究為基礎,考慮各種自然環境因素(浪、流、風、光、溫度、濕度)、物理因素(擴散、揮發、沉降、吸附、釋放)、化學因素、生物因素的作用,揭示污染物在海洋復雜條件下的運動及演變規律,并建立海洋水質預測預報模型。此外,近年來,在我國沿海海域,赤潮頻發嚴重。因此,除了加強赤潮的監測和預報外,也應加強在建立赤潮生長機理和發展規律方面的研究工作。
此項研究應通過現場觀測、物理模型實驗和數學模擬研究相結合的方法來進行。由于現場觀測工作耗資巨大,且受到許多客觀條件的限制,所獲得的數據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預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。
用數學模擬方法來建立海洋水質預測預報模型是一個較為有效的方法。目前,在這方面國內外已有不少水質預測預報模型,這些水質預測預報模型大體上都基于以下幾方面的模型:水流數學模型;波浪數學模型;液流相互作用模型;近海海域污染物遷移轉化數學模型。
在水流數學模型研究方面,對于較大范圍的海域,通?？刹捎蒙疃绕骄某绷鹘虒W模型,對于紊動影響不顯著的海域,可不考慮湍流影響,而對于湍流效應顯著的區域,如排污口近區,則應考慮湍流效應。此外,采用坐標變換,可建立一種能夠考慮復雜地形和套流效應的三維潮流數學模型,這樣才能夠較好地重現實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域,水流數學模型可以以N-S方程和通用的k-(湍流模型為基礎,針對水溫和鹽度分層流的流動特性,考慮浮力對紊動的影響,建立用于模擬同時存在溫度和鹽度梯度這一類密度分層流的k-(單流體數學模型。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規律以及相間相互作用規律進行模擬,建立兩相湍浮力分層流的雙流體數學模型。
在波浪數學模型研究方面,可應用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數方程組,以提高求解效率。從水波發展方程出發,可導出一種用于大區域波浪變形問題的數學模型。通過引入弱非線性波色散關系,可使雙曲型緩坡方程能
夠有效地考慮波浪的非線性效應。對高階Boussinesq方程的進一步研究,可使方程的色激性從入水到深水都達到很高精度,并提高方程的非線性精度,可以更精確的計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的N— S方程和波能平衡方程的結合,可導出一個能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程,用這個方程可模擬規則波和不規則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數學模型,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;對于強流情形,可采用在Botssinesq方程中考慮流影響的模型?？梢詫⑤椛鋺Φ挠嬎愎脚c拋物型緩坡方程中的待求變量聯系起來,建立一種輻射應力計算的新方法,用該方法可對較大區域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數值模擬。
在近海海域污染物遷移轉化數學模型研究方面,基于N一S方程所建立的深度平均的二維應力一通量代數全場模型,可對非對稱潮流作用下的側向岸邊排放問題過分數值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉化的三維預報系統作為目標,在分析近海環境中各種物理、化學和生物現象的基礎上,針對近海海域水污染的特點,從三維湍流模型出發,在動量方程中引入表面風應力、底部切應力以及柯氏力的作用;在輸運方程中引入反映物理、化學、生物等作用的源、匯項,可建立一個統一考慮物理、化學和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉化的三維預報模型,它可為環境評價、水質規劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據;同時對確定水域環境容量,從而制定水域環境保護策略,也具有十分重要的理論價值和應用前景。
應該指出,在海洋水質預測預報模型研究方面,數學模擬無疑是一種十分有效的手段,但不論是何種數學模型,其模型中所需的必要參數和邊界條件的處理是研究水質模型的技術關鍵,直接影響到水質模型的科學性和預測能力。而這些必要的數據是無法從數學模型本身來取得的,有些可以通過現場觀測來得到,但其中一些最基本的卷數是要通過基本機理的研究才能得到,在這方面物理模型實驗研究將是一個有效的手段。
能模擬海洋動力因素的先進實驗設備,現代化的量測儀器和測試系統是開展物理模型實驗研究的必備條件。進一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統,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構,獲得流場中水質點速度的空間分布和時間過程;并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場的空間及時間變化過程,可用以分析定量污染物團在波浪及波流相互作用下擴散的基本特征和擴散系數。
二、海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用及防治措施與對策
為了充分利用海洋空間,現代海洋空間利用除傳統的港口和海洋運輸外,正在向海上人造城市、發電站、海洋公園、海上機場、海底隧道和海底倉儲的方向發展。人們現已在建造或設計海上生產、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結構和海底工程,估計到21世紀,可能出現能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經在海上建成了人工島海上機場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等,日本已經于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場。
由此可見,隨著海洋資源與空間的開發利用,各類海上工程建筑物數量不斷增多、規模日益復雜和龐大,保證這些海上工程設施的安全運行及采取海洋工程防災減災措施將越來越重要。海岸帶和近岸海域是各種動力因素最復雜的地區,但同時又是經濟活動最為發達的地區,海上工程建設如果考慮不當將會在一定程度上引發環境災害。工程設施可能破壞原有海岸帶的動態平衡,影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態,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則會造成二次污染。海上石油生產中的溢油事故將對海洋環境造成極其嚴重的污染。日益增多的海上退役工程設施如果不及時處理也將會逐漸成為海上障礙物以致引起公害。海洋工程抗災減災的任務是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災害帶來的報失,另一方面又要避免人為造成的海洋環境災害。
隨著人類對海洋資源的不斷開發和利用,海洋環境保護與人類生產實踐活動協調發展日顯重要。如港口開發中的環境問題,主要內容包括:航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運及其疏浚物拋放對海洋環境的影響,深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結構的環境和生態影響;破波帶及其附近水域沿岸流對物質輸運擴散規律研究;大型海岸工程、岸灘保護和整治工程引起的海域環境的變遷和海岸演變;海岸演變、防護及開發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力學、生態學、社會經濟學及與環境關系的綜合分析與協調。
隨著沿海大、中型城市經濟建設的快速發展,城平建設中的污水深海排放技術,感潮水域污水多點排放漂移擴散研究,天然海灣、人工湖及人工運河的水質交換能力,人工沙灘的保護措施,灘涂圍墾對水域環境的影響等,都將是需要認真解決的問題。
鑒于黃河三角洲海岸線不斷依退所帶來的國土面積減少、陸上設施受到威脅甚至破壞、對黃河三角洲濕地自然條件的毀滅性破壞等一系列問題,也是非常迫切需要研究的課題。此外,長江三角洲、珠江口及珠江三角洲的海岸開發、灘涂圍墾和岸灘保護及整治工程對水域影響所引起的環境問題及其對策,也切枰?重點研究的課題??BR>以主要經濟發達的河口和海岸帶地區以及主要海域的經濟發展為背景,建立一個數字化的區域經濟發展模擬系統。與防災、抗災和減災決策支持系統一樣,將環境工程、水利工程、土木工程與網絡技術、計算機技術、遙感技術、地理信息系統、全球定位系統相結合,建立模型,通過多媒體技術,形象化地針對經濟發展規劃,預測由于發展經濟帶來的海域環境水污染的惡化、海洋自然災害(臺風、巨浪、風暴潮、地震、冰害、地質災害)頻發的情況。人類活動特別是大規模工程建設所引起的海洋環境的變遷和海岸演變,以及它們之間的相互作用,用數字手段統一地加以處理,建立智能化的決策支持系統,以促進國民經濟持續、健康地發展,將會是決策部門進行宏觀決策和具體規劃時的一個十分有
效的手段。
三、海洋災害的精確預報及海洋工程設施防災、抗災和減災的研究
海洋災害主要包括風暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。90年代以來,我國海洋災害所造成的損失每年達上百億元人民幣,是世界上海洋災害最嚴重的國家之一。海洋工程結構的投資費用很高,一旦發生破壞,將會造成重大的人員傷亡和巨額財產損失(如1969年渤海冰推倒“海二井”平臺,1989年風暴潮損失超6億元,1991年DB29銷管船在南海通臺風翻沉等)。當前我國海洋能源開發與海洋空間利用的絕大部分活動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酷和復雜多變的環境因素。我國東臨西北太平洋,每年出現的臺風數目占全球的38%,其中對我國可能造成災害的臺風每年有7—8個。每當臺風在我國登陸或接近我國沿海通過時,都會在沿岸局部地區產生風暴潮,形成風暴潮災害。
在我國北方海域(渤海和北黃海),冬季由于受寒潮影響,沿岸地區每年都有結冰現象,結冰嚴重的年份則出現冰害。若對這些海洋災害估計不足將會帶來巨大的損失。渤海重疊冰與堆積冰的形成,不但可給結構物以強大的冰壓力,而且由于冰激引起的振動作用,也會給海洋平臺的使用和安全帶來巨大的損害。而冰區溢油的遷移規律及預防和清理技術,至今尚未進行過深入的研究。對近岸大面積冰排和海上浮冰,在波浪、潮汐作用下都會引起海冰的斷裂,斷裂后冰塊的尺度直接影響其對結構物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺,為了抵抗冰害,往往建成正、倒錐體的結構型式,冰排對錐體結構的冰荷載及與其的動力相互作用,也是目前尚未解決的課題。在海冰力學的研究中,除進行理論分析和數值模擬外,實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中,模型冰可采用凍結模型冰和非凍結模型冰來進行,它們各有其優缺點,發展這兩種技術是海冰力學研究中的一個課題。
我國是一個多地震的國家,海域中時有地震發生。強烈的地震將有可能是海上工程設施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結構物(海洋平臺、鉆井船、人工島、輸油及輸氣管道等)發生破壞,除其直接經濟損失極大外,其次生災害——火災、環境污染等的后果也不堪設想。
近年環太平洋地區地震的頻度和強度都在上升,造成重大災害。大型海上工程在地震作用下的安全性,特別是抗震防災的基本原理和減震技術措施需要認真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應和振動破壞機理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明,地震及由此引發的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴重。水工建筑物的這類破壞機理,至今國內外對此都很少研究,且由于試驗條件的限制,國內外對此方面的試驗研究工作開展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個新領域。
以下的一些研究內容將是為解決海洋工程設施抗震措施中的關鍵技術所必需考慮的,如近海環境地震危險性分析,設計地震動參數和頻譜特性,強震海底多維地震動及其空間分布規律,地震波傳播特性及地震動輸入機理;海域中大型海上水工建筑物在地震作用下,考慮周圍水介質影響的結構振動破壞機理、振動控制、地震動時頗聯合分析模型和輸入機制、非線性動力分析和動力破壞試驗;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力相互作用,碼頭及護岸建筑物地震穩定性;海域中水工建筑物的性能設計和地震設防標準等。
海上水工建筑物在長期運行過程中健康狀況逐漸惡化,其損傷主要來自兩個方面:其一是結構的老化、疲勞、超載、內部損傷(裂縫)、地基沉降變形以及環境的物理化學損傷(低溫、凍融、大氣侵蝕)等;其二是設計不周或設計標準偏低,施工質量差,原材料不合格,管理維護不善等。大型海上水工建筑物的損傷和事故都將對國民經濟的發展造成重大的影響。
火災遙感監測的原理和方法范文6
在這方面，重點需要開展的研究課題大體上有三類。第一類課題是海洋環境特征對各類污染物作用的機理和規律研究，第二類課題是海洋工程設施防災、抗災和減災研究，第三類課題是海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用吸防治措施與對策。
一、海洋環境特征
對各類污染物的作用機理和規律研究以海洋流體動力對各類污染物遷移、擴散、轉化規律的研究為基礎，考慮各種自然環境因素（浪、流、風、光、溫度、濕度）、物理因素（擴散、揮發、沉降、吸附、釋放）、化學因素、生物因素的作用，揭示污染物在海洋復雜條件下的運動及演變規律，并建立海洋水質預測預報模型。此外，近年來，在我國沿海海域，赤潮頻發嚴重。因此，除了加強赤潮的監測和預報外，也應加強在建立赤潮生長機理和發展規律方面的研究工作。
此項研究應通過現場觀測、物理模型實驗和數學模擬研究相結合的方法來進行。由于現場觀測工作耗資巨大，且受到許多客觀條件的限制，所獲得的數據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預測預報模型進行檢驗其可行性和精度的一個實例。
用數學模擬方法來建立海洋水質預測預報模型是一個較為有效的方法。目前，在這方面國內外已有不少水質預測預報模型，這些水質預測預報模型大體上都基于以下幾方面的模型：水流數學模型；波浪數學模型；液流相互作用模型；近海海域污染物遷移轉化數學模型。
在水流數學模型研究方面，對于較大范圍的海域，通?？刹捎蒙疃绕骄某绷鹘虒W模型，對于紊動影響不顯著的海域，可不考慮湍流影響，而對于湍流效應顯著的區域，如排污口近區，則應考慮湍流效應。此外，采用坐標變換，可建立一種能夠考慮復雜地形和套流效應的三維潮流數學模型，這樣才能夠較好地重現實際海域的三維潮流特征。在較小范圍的水域，水流數學模型可以以N－S方程和通用的k－單流體數學模型。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規律以及相間相互作用規律進行模擬，建立兩相湍浮力分層流的雙流體數學模型。
在波浪數學模型研究方面，可應用BI—CGSTAB法求解由橢圓型緩坡方程離散得到的代數方程組，以提高求解效率。從水波發展方程出發，可導出一種用于大區域波浪變形問題的數學模型。通過引入弱非線性波色散關系，可使雙曲型緩坡方程能夠有效地考慮波浪的非線性效應。對高階Boussinesq方程的進一步研究，可使方程的色激性從入水到深水都達到很高精度，并提高方程的非線性精度，可以更精確的計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的N—S方程和波能平衡方程的結合，可導出一個能考慮破波能量損失的拋物型緩坡療程，用這個方程可模擬規則波和不規則波破碎引起的波高變化。建立沿岸流數學模型，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；對于強流情形，可采用在Botssinesq方程中考慮流影響的模型?？梢詫⑤椛鋺Φ挠嬎愎脚c拋物型緩坡方程中的待求變量聯系起來，建立一種輻射應力計算的新方法，用該方法可對較大區域均勻斜坡地形上的波浪輻射應力進行數值模擬。
在近海海域污染物遷移轉化數學模型研究方面，基于N一S方程所建立的深度平均的二維應力一通量代數全場模型，可對非對稱潮流作用下的側向岸邊排放問題過分數值模擬。以研究近海海域污染物遷移轉化的三維預報系統作為目標，在分析近海環境中各種物理、化學和生物現象的基礎上，針對近海海域水污染的特點，從三維湍流模型出發，在動量方程中引入表面風應力、底部切應力以及柯氏力的作用；在輸運方程中引入反映物理、化學、生物等作用的源、匯項，可建立一個統一考慮物理、化學和生物等過程綜合作用的近海海域污染物遷移轉化的三維預報模型，它可為環境評價、水質規劃、污染控制以及水域排污工程設計等提供重要的科學依據；同時對確定水域環境容量，從而制定水域環境保護策略，也具有十分重要的理論價值和應用前景。
應該指出，在海洋水質預測預報模型研究方面，數學模擬無疑是一種十分有效的手段，但不論是何種數學模型，其模型中所需的必要參數和邊界條件的處理是研究水質模型的技術關鍵，直接影響到水質模型的科學性和預測能力。而這些必要的數據是無法從數學模型本身來取得的，有些可以通過現場觀測來得到，但其中一些最基本的卷數是要通過基本機理的研究才能得到，在這方面物理模型實驗研究將是一個有效的手段。
能模擬海洋動力因素的先進實驗設備，現代化的量測儀器和測試系統是開展物理模型實驗研究的必備條件。進一步完善PIV和LIF的濃度場、速度場同步測量系統，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構，獲得流場中水質點速度的空間分布和時間過程；并同步獲得波浪及波流相互作用下濃度場的空間及時間變化過程，可用以分析定量污染物團在波浪及波流相互作用下擴散的基本特征和擴散系數。
二、海洋災害的精確預報及海洋工程設施防災、抗災和減災的研究
海洋災害主要包括風暴潮、海浪、海冰、海嘯、赤潮及海岸侵蝕等。
90年代以來，我國海洋災害所造成的損失每年達上百億元人民幣，是世界上海洋災害最嚴重的國家之一。海洋工程結構的投資費用很高，一旦發生破壞，將會造成重大的人員傷亡和巨額財產損失。當前我國海洋能源開發與海洋空間利用的絕大部分活動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酷和復雜多變的環境因素。我國東臨西北太平洋，每年出現的臺風數目占全球的38%，其中對我國可能造成災害的臺風每年有7—8個。每當臺風在我國登陸或接近我國沿海通過時，都會在沿岸局部地區產生風暴潮，形成風暴潮災害。
在我國北方海域，冬季由于受寒潮影響，沿岸地區每年都有結冰現象，結冰嚴重的年份則出現冰害。若對這些海洋災害估計不足將會帶來巨大的損失。渤海重疊冰與堆積冰的形成，不但可給結構物以強大的冰壓力，而且由于冰激引起的振動作用，也會給海洋平臺的使用和安全帶來巨大的損害。而冰區溢油的遷移規律及預防和清理技術，至今尚未進行過深入的研究。對近岸大面積冰排和海上浮冰，在波浪、潮汐作用下都會引起海冰的斷裂，斷裂后冰塊的尺度直接影響其對結構物的作用。在渤海海域建造的海洋平臺，為了抵抗冰害，往往建成正、倒錐體的結構型式，冰排對錐體結構的冰荷載及與其的動力相互作用，也是目前尚未解決的課題。在海冰力學的研究中，除進行理論分析和數值模擬外，實驗研究也是一個重要的手段。在實驗研究中，模型冰可采用凍結模型冰和非凍結模型冰來進行，它們各有其優缺點，發展這兩種技術是海冰力學研究中的一個課題。
我國是一個多地震的國家，海域中時有地震發生。強烈的地震將有可能是海上工程設施的主要破壞荷載。如果一旦在地震中結構物發生破壞，除其直接經濟損失極大外，其次生災害——火災、環境污染等的后果也不堪設想。
近年環太平洋地區地震的頻度和強度都在上升，造成重大災害。大型海上工程在地震作用下的安全性，特別是抗震防災的基本原理和減震技術措施需要認真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的響應和振動破壞機理更有待深入研究。日本阪神地震記錄資料表明，地震及由此引發的巨浪共同作用對水中和岸邊建筑物造成的破壞十分嚴重。水工建筑物的這類破壞機理，至今國內外對此都很少研究，且由于試驗條件的限制，國內外對此方面的試驗研究工作開展極少。這是海上水工建筑物抗震研究中的一個新領域。
海上水工建筑物在長期運行過程中健康狀況逐漸惡化，其損傷主要來自兩個方面：其一是結構的老化、疲勞、超載、內部損傷（裂縫）、地基沉降變形以及環境的物理化學損傷（低溫、凍融、大氣侵蝕）等；其二是設計不周或設計標準偏低，施工質量差，原材料不合格，管理維護不善等。大型海上水工建筑物的損傷和事故都將對國民經濟的發展造成重大的影響。
因此，發展以下的一些技術和方法將是十分重要的。如在考慮海洋環境荷載在幅值。時間及方向上的隨機性所導致結構安全的不確定性情況下，對現役海洋工程結構進行健康診斷和評估剩余可靠度的理論；結構健康狀態及損傷檢測的新技術和新方法；結構病害治理用的新材料、新技術和新方法；海洋工程結構在多種復雜海洋環境條件下（風、浪、流、冰、地震等）的可靠度和優化理論研究，設計與建造新型抗災工程結構；研究和設計使海洋工程結構物在設計使用期限內有足夠的安全度，而在退役之后又便于拆除的各種工程措施。
為了及時掌握海洋環境的風云變幻和災害的可能來臨，發展海洋環境及災害的預報技術是非常必要的。為此需要建立以下一些系統，如建立由近海到遠海的海洋環境及災害觀測網絡、預報與預警系統、沿岸防災準備和各類應急處理系統；以主要海域和海岸帶區域經濟發展為背景，進行重點研究，建立數字化的海洋環境信息系統模型與結構；以及建立海岸和近海工程設施防災減災數字信息系統，將海岸和近海工程與網絡技術人算機技術、遙感技術、地理信息系統、全球定位系統相結合，建立數學物理模型，通過多媒體技術，形象化地描述災害成因、發生機理、傳播規律、模擬災害破壞的過程，建成智能化的防災、抗災和減災決策支持系統。
三、海洋工程及海洋環境工程與海洋環境的相互作用及防治措施
為了充分利用海洋空間，現代海洋空間利用除傳統的港口和海洋運輸外，正在向海上人造城市、發電站、海洋公園、海上機場、海底隧道和海底倉儲的方向發展。
人們現已在建造或設計海上生產、工作、生活用的各種大型人工島、超大型浮式海洋結構和海底工程，估計到21世紀，可能出現能容納10萬人的海上人造城市。我國澳門和日本已經在海上建成了人工島海上機場。為緩解緊張的陸地資源及減少城市噪音等，日本已經于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場。
由此可見，隨著海洋資源與空間的開發利用，各類海上工程建筑物數量不斷增多、規模日益復雜和龐大，保證這些海上工程設施的安全運行及采取海洋工程防災減災措施將越來越重要。海岸帶和近岸海域是各種動力因素最復雜的地區，但同時又是經濟活動最為發達的地區，海上工程建設如果考慮不當將會在一定程度上引發環境災害。工程設施可能破壞原有海岸帶的動態平衡，影響岸灘的沖淤變化。海上回填和疏浚會改變海岸的形態，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則會造成二次污染。海上石油生產中的溢油事故將對海洋環境造成極其嚴重的污染。日益增多的海上退役工程設施如果不及時處理也將會逐漸成為海上障礙物以致引起公害。海洋工程抗災減災的任務是一方面要保證最大限度地減少自然界海洋災害帶來的報失，另一方面又要避免人為造成的海洋環境災害。
隨著人類對海洋資源的不斷開發和利用，海洋環境保護與人類生產實踐活動協調發展日顯重要。如港口開發中的環境問題，主要內容包括：航道、港池開挖、疏浚引起的泥沙輸運及其疏浚物拋放對海洋環境的影響，深水港口水工建筑物、大型人工島、超大型浮式結構的環境和生態影響；破波帶及其附近水域沿岸流對物質輸運擴散規律研究；大型海岸工程、岸灘保護和整治工程引起的海域環境的變遷和海岸演變；海岸演變、防護及開發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力學、生態學、社會經濟學及與環境關系的綜合分析與協調。
隨著沿海大、中型城市經濟建設的快速發展，城平建設中的污水深海排放技術，感潮水域污水多點排放漂移擴散研究，天然海灣、人工湖及人工運河的水質交換能力，人工沙灘的保護措施，灘涂圍墾對水域環境的影響等，都將是需要認真解決的問題。
鑒于黃河三角洲海岸線不斷依退所帶來的國土面積減少、陸上設施受到威脅甚至破壞、對黃河三角洲濕地自然條件的毀滅性破壞等一系列問題，也是非常迫切需要研究的課題。此外，長江三角洲、珠江口及珠江三角洲的海岸開發、灘涂圍墾和岸灘保護及整治工程對水域影響所引起的環境問題及其對策，也是需要重點研究的課題。
以主要經濟發達的河口和海岸帶地區以及主要海域的經濟發展為背景，建立一個數字化的區域經濟發展模擬系統。與防災、抗災和減災決策支持系統一樣，將環境工程、水利工程、土木工程與網絡技術、計算機技術、遙感技術、地理信息系統、全球定位系統相結合，建立模型，通過多媒體技術，形象化地針對經濟發展規劃，預測由于發展經濟帶來的海域環境水污染的惡化、海洋自然災害（臺風、巨浪、風暴潮、地震、冰害、地質災害）頻發的情況。人類活動特別是大規模工程建設所引起的海洋環境的變遷和海岸演變，以及它們之間的相互作用，用數字手段統一地加以處理，建立智能化的決策支持系統，以促進國民經濟持續、健康地發展，將會是決策部門進行宏觀決策和具體規劃時的一個十分有效的手段。
