3S技术在林业中的应用

第一篇：3S技术在林业中的应用

3S(GIS、GPS、RS)技术在林业中的开发与应用

林业新科技革命的突破口可归为三个方面：

①在常规育种技术和生物技术相结合方面有所突破，以解决林木生长率较低、森林质量较差和人工林病虫害较严重等问题，达到“高产、优质、高效和稳定”。

②在森林资源管理与信息技术相结合方面有所突破，通过发“3S”技术，在森林资源调查、监测和图像处理方面有较大的进步，不仅在全国森林资源管理上得到推广应用，同时逐步普及到县(市)林业局和林场生产管理上；

③在多目标的森林资源培育技术方面有所突，形成森林资源培育、农林复合经营、防护林建设等森林资源环境综合配套技术体系。

随着高新技术的发展，我国森林资源管理在航天遥感、航空遥感、雷达遥感、GPS定位技术及GIS地理信息系统等学科领域的发展与应用上实现革命性的飞跃，加速了我国森林资源经营管理由粗放型向 集约型方向的转移，使我国的林业信息技术逐步向世界先进水平靠拢。

计算机技术是当代三大高新技术之一，随着以电子计算机为中心的“3S一体化”技术及网络技术的迅速发展，以其为技术手段的森林资源综合管理的可操作性越来越明显，展示了广阔的发展前景。建立区域性森林资源地理信息系统(GIS)，以高时空分辨率，多层次、动态描述森林资源的时空分布特征，描绘森林资源的动态变化规律，研究和探索森林资源在区域内的空间分布状况以及相应的时空演替规律，为科学合理地经营管理，实现森林资源的持续发展和分类经营提供依据。运用GIS技术，将调查数据、基本地理要素、小班区划界线、专业调查数据等有机地结合起来，应用在森林资源调、资源分析及森林经营管理等各项林业活动中，将会产生巨大的效益。

“3S一体化”技术在多资源综合调查及动态监测中的应用地理信息系统(GIS)、遥感技术(RS)和全球定位系统(GPS)随着计算机技术、无线电技术以及地球环境科学的发展从各自相对独立发展阶段进入相互融合、相互渗透和共同发展阶段。“3S一体化”技术为森林资源清查、野生动植物资源等多资源调查提供有力的技术手段,通过不同年度卫片光谱特征性质的分析来进行动态监测。同时,地理信息系统可以将森林的自然及社会经济属性转述为数字形式，从而为森林资源全方位多层次的综合管理提供有力的技术支持 在遥感、地理信息系统和全球定位系统现有技术的基础上，进一步完善森林资源清查、灾害调查、监测与预测预报、森林信息动态更新的“3S”一体化技术与分析处理系统；开发网络GIS与微型GIS系统，逐步形成以网络为传输工具、网络GIS为传输平台、微型GIS为林业数据管理、遥感为数据更新信息源的林业信息共享服务信息产业，为林业生产和生态监测、灾害预报等提供遥感制图、信息更新、辅助决策等信息技术服务，提高林业生产整体水平。

二、“3S”技术在林业生产管理领域的现实意义

林业生产领域的管理决策人员面对着各种数据，如林地使用状况、植被分布特征、立地条件、社会经济等许多因子的数据，这些数据既有空间数据又有属性数据，对这些数据进行综合分析并及时找出解决问题的合理方案，借用传统方法不是一件容易的事，而利用GIS方法却轻松自如。社会经济在迅速发展，森林资源的开发、利用和保护需要随时跟上经济发展的步伐，掌握资源动态变化，及时做出决策就显得异常的重要。常规的森林资源监测，从资源清查到数据整理成册，最后制定经营方案，需要的时间长，造成经营方案和现实情况不相符。这种滞后现象势必出现管理方案的不合理，甚至无法接受。利用GIS就可以完全解决这一问题，及时掌握森林资源及有关因子的空间时序的变化特征，从而对症下药。在我国上万个基层林业生产单位中，森林资源清查、各种经营方案的设计（如造林规划、抚育间伐、伐区设计等）常常需要大量的人力、物力、财力。利用“3S”技术的优势可表现在：

1、节省经费

（1）节省二类调查经费：制作一张林相图，过去利用人工制作，大约要7天，而利用GIS，不到1小时。整理内业工作，从勾绘草图、小班求积、清样、标注、描色、数据分析、统计等都可以实现计算机化，与人力相比GIS在总体上可节省5倍的经费。

（2）利用已有的林相基本图和数据，GIS可以随时制作任何林业专题图，如造林规划图、土地分布图、经营抚育实施图、成熟林分布图等，节省专题图制作费。

（3）节省伐区设计的内业经费。

（4）节省外业调查经费，利用GIS更新后的林相图、制作立体林相图，更有利于外业调查。

（5）利用GPS+PDA+GIS外业调查更趋科学化。

2、提高工作效率

（1）提高制图速度、缩短内业时间。

（2）提高二类、伐区和其他专题调查的效率。

（3）提高制作经营决策方案的效率。

3、使林业经营管理更趋科学化

（1）将空间数据作为不可缺少的因素与属性数据进行综合分析，改变单一属性数据分析的缺陷。使制作的决策方案更加合理。

（2）对林业森林资源的空间属性数据进行动态管理，一旦资源发生变更，即刻对资源数据进行更新，从而准确掌握资源的状况，做出有效的决策。

（3）制作与生长模型，决策模型等有关的专题地图提供形象化的决策分析方案，为经营方案准确有效的实施奠定基础。

三．“3S”技术国内外发展状况

GIS在林业生产领域的应用国外起步较早，GIS开始走向实用前，就进行了这方面的探索，目前在国际上已有许多成功的例子，80年代中加拿大在林业部门开始进行大范围的应用。目前在许多州及林业生产管理部门中，GIS发挥了巨大作用。由于我国政府部门的重视和国际组织的援助，我国国家森林资源监测地理信息系统的建设工作作目前正在开展。这标志着林业资源管理将开始迈向一个新的里，基层林业GIS的建设在我国是势在必行。

目前，美国已开发成功应用于森林资源调查的“3S”技术，加拿大、日本、印度等国，在大约25分钟内可以利用前一天接收的MSS和TM卫星遥感数据，按统一的指标体系和图例，输出整幅的1：20万或1：50万土地利用/土地覆盖图。

在森林资源的调查和监测方面，目前美国已突破了传统的范围，渗透到全球环境变化监测和森林保健（FHM）监测研究。利用航天、遥感技术建立大范围的森林生态图（ECOMAP）和森林健康指数图，对森林的生物和环境因子，森林的健康状况进行连续和动态的研究和监测。自80年代中期以来，美国林务局在资源、流域、森林多样性保护等方面的管理监测中广泛推广应用地理信息系统、全球定位系统、遥感技术和计算机等先进技术手段，并对有关数据信息的收集、补充、贮存和完善制定了统一的标准。近年来联邦林务局正在组织一项综合遥感信息处理集成资源数据库的项目研究，目的是将遥感及其相关技术用于GIS数据库的建立。在美国，不论是科研、教学部门，还是行政管理部门，从宏观决策、资源数据存贮和统计分 析到日常工作，计算机应用非常普遍，各项工作的进行都十分规范。

林业遥感和信息管理领域 美国林业政策制定和科研立项的正确性和科学性来源于各基础数据的真实性、正确性和可靠性。注重学习和研究美国数据库的长期维护、保存策略和政策；数据库开发及其质量控制保证系统，数据库的实用性开发，尤其是资源数据库为全球环境变化研究服务的途径和方法；大型数据库的建立和数字化储存技术（如用光盘作为储存介质）等。“3S”技术在林业应用，其中应用最多的单位是林业基层单位，GIS应用最为广泛。制定森林经营决策方案方面，GIS借助其拥有的数据库和数据管理功能等，可以很方便地在空间、属性数据的基础上建立生长，预测、经营、决策模型。通过对各种经营过程进行模拟、比较和评价；选择出最优经营方案，井形成综合或专题报告输出供决策者参考。1990年日本的伊藤达夫利用GIS制定森林经营开发方案，应用后取得了满意效果。

林业制图方面，GIS制图是一项技艺性强且工作量极大的工作，但GIS提供的制图功能使制图工作变得轻松自如。在制作植被分布图时，GIS把地图的信息源依海拔、坡向、坡位、坡、度、土壤类型、年降雨量等分成不同的“层”，使每一层与一定立她上的植被相联系，从而简化、连贯了植被成图工作。通过图形的组合、叠加、复合，实现地图的拼接、裁剪（缩放等各种功能）从而制作用户所需的各种复杂的专题地图，GIS在日本林业上的应用功能就是森林资源数据管理、分析与各种地图、图形的处理等。

GIS在林业上的应用过程大致分为3个阶段，即：

①作为森林调查、数据管理的工具：主要特点是建立地理信息库，利用GIS绘制森林分布图及产生正规报表。GIS的应用主要限于制图和简单查询。

②作为资源分析的工具：已不再限于制图和简单查询，而是以图形及数据的重新处理等分析工作为特征，用于各种目标的分析和推导出新的信息。

③作为森林经营管理的工具：主要在于建立各种模型和拟定经营方案等，直接用于决策过程。

三个阶段反映了林业工作者对GIS认识的逐步深入。GIS在林业上的应用在我国还处在很初级的水平，大部分处在第一阶段。一些先进发达国家，GIS在林业上的应用已进入了第二、第三阶段。

四．GIS在林业领域中的应用

<一>.森林资源管理地理信息系统

1． 基础数据库的建立

(1)基础地图整理和空间数据库的建立：

自然资源地图、如森林分布图、林相图、土壤分布图、森林资源产量、质量崐分布图、野生动植物分布图、病虫害分布图、降水分布图(年最高、最低、积雪等)、辐射量、日照量分布图、热量资源分布图等。

I.自然地理地图：如地形图、地貌图(往往用于大范围的森林资源管理)、水系、流域分布图等。

II.社会经济地图：如交通分布图、人口分布图、资源消耗分布图、居民点分布图、木材加工利用分布图等。III.森林经营地图：如林业区划图、造林规划图、资源预测图、森林火险等级分布图、调查样地分布图、IV.树木种源规划图、森林资源评价图、自然保护区规划图、森林公园规划图、环境保护规划图、土地利用图等。

森林资源管理的某些专题应用领域的信息管理往往只需要一部分图件作为其信息源。以上列出的所有地图有些是最初的原始材料, 有些则可以利用地理信息系统的空间、属性数据分析处理功能被制作出来。如森林经营地图中的一些图件就可以通过资源、地理、社会经济等有关地图进行综合处理而获得，资源图件也可以根据生长预测模型进行属性数据分析以及空间、属性数据的相关分析进行设计和制作。用户可以根据具体情况确定哪些地图作为森林资源地理信息管理的信息源。

(2)属性数据库建立：“二类”调查数据目前在我国大都采用关系数据库，每个小班调查卡片为数据库中的一个记录，经输入、检查、修改，建成小班调查因子数据库和样地调查数据库。在数据库中：

数据项：每项调查因子。为实现属性库与图形库的联结，对应于图形库中的关键字，在小班数据库中增加了一个数据项ID；记录：以小班记录或样地记录为单位；文件：以乡(镇)或林场(采育场)为单位，文件以乡(镇)或林场(采育场)名称命名。森林资源数据库中，小班调查记录卡含小班编码、调查因在不同的省（区）有相应的标准，在其二类清查的规程中有相应的说明。

(3)森林资源分析和评价

I.林业土地利用变化监测:林业土地变化包括林地类型和林地面积两方面。GIS借助于地面调查或遥感图像数据，实现了地籍管理，将资源变化情况落实到山头地块，并利用强大的空间分析功能，可及时对森林资源时空序列、空间分布规律和动态变化过程作出反映，为科学地监测林地资源的变化、林地增减原因、掌握征占林地的用途和林地资源消长提供了依据。

II.地理空间分布:用GIS的数字地形模型(DTM)，地面模型，坡位、坡面模型可表现资源的水平分布和垂直分布，利用栅格数据的融合，再分类和矢量图的叠加，区域和邻边分析等操作，产生各种地图显示和地理信息，用于分析林分、树种、林种、蓄积等因子的空间分布。使用这些技术，研究各树种在一定范围内的空间分布现状与形式，根据不同地理位置、立地条件、林种、树种、交通状况对现有资源实行全面规划，优化结构，确定空间利用能力，提高森林的商品价值。

III.森林资源动态管理:建立县级森林资源连续清查和“二类”调查数据库系统，完善了森林资源档案，并根据实际经营活动情况及生长模型及时更新数据，为及时准确地掌握森林资源状况和消长变化动态，提供了依据。空间数据与属性数据的有机联结实现了双向查询，根据图形查询相应的属性数据如可通过林班或小班图形查询其相应的调查或统计数据；也可按照属性特点查找对应的地理坐标或图形。查询结果以专题图、统计图表等方式输出。

(4)林权管理:权属分国家、集体、个人三种形式，不同权属的森林实行“谁管谁有”的原则，大部分权属明确，产权清晰，界线分明，标志明显，山林权与实地、图面相符，少数地方界线难以确定，可用邻边分析暂定未定界区域。从而减少或避免各种林权纠纷。

森林结构调整：

I.林种结构调整:用缓冲分析方法进行河岸防护林，自然保护区，林区防火隔离带等公益林的规划，确定防护林的比例和相应的分布范围。根据森林资源分布状况和自然、社会经济分布特点以及社会经济需求进行空间属性分析可以确定不同林种（如用材林、经济林、造纸林、生态防护林、风景林、水源涵养林等）的布局。

II.龄组结构调整:一方面根据森林资源可持续发展的需要利用地形地貌、立地条件分布特点林木生长各个阶段的经济和生态效益特点利用GIS和相关的技术确定合理的龄组结构；另一方面指定相应的森林时序结构的调整方案并落实到具体的山头地块，在大力造林、绿化、消灭荒山的同时，按照龄组法调整龄组结构，加速林木成熟，使各龄组比重逐步趋向合理，充分发挥林地的生产潜力。

森林经营：

(1)采伐:借助于GIS，制定详细的采伐计划，确定有关采伐的目的、地点、树种、林种、面积、蓄积、采伐方式和更新措施。制定采伐计划安排，制作采伐图表和更新设计。

(2)抚育间伐:利用GIS强大的数据库和模型库功能，检索提取符合抚育间伐的小班，制作抚育间伐图并进行合理株数模拟预测。

(3)造林规划:GIS可通过分析提供森林立地类型图表，宜林地数据图表，适生优势树种和林种资料，运用坡位、坡面分析，按坡度、坡向划分的地貌类型结合立地类型选择造林树种和规划林种。

(4)速生丰产林、基地培育：GIS的空间地理信息和林分状况数据结合，依据模型提供林分状况数据如生产力、蓄积等值区划和相关数据，据此可按林分生产力设计速丰林培育和基地建设。

(5)封山育林:封育区域的确定涉及一些地理地貌和社会经济及人为活动等因素。GIS的分析设计可兼顾多种要素，采用DTM和森林分布图及专题图叠加，区划出合理且更易实施的封育区域。

<二>.省、地、县林业资源信息管理与GIS

根据各级林业管理职能的需要，将林业地理信息系统分为三个层次，它们是：省级林业地理信息系统、市级（地区）林业地理信息系统和县（市）级（其中包括林管局）林业地理信息系统。县、市级林业地理信息 系统是广东省级、市级（地区）林业地理信息系统的基础。

1．省级林业GIS对上与国家级林业GIS衔接，对下连接市级（地区）林业GIS，通过它可以直接检索和管理各市级（地区）、县（市）级林业的基本信息，为省级林业主管部门提供辅助决策工具。

2．市级（地区）林业GIS直接检索和管理县级、乡级的林业基本信息，作为市级（地区）林业主管部门的辅助决策工具。

3．县级林业GIS落实到乡、村以及小班地块，为县级林业规划管理、资源监测等不同林业生产管理工作提供服务。县级林业地理信息系统是整个体系的基础，它可以进行林业多种专题的应用，如二类清查内业处理、林业地籍管理、伐区设计、造林规划、抚育间伐、资源监测等。同时确保与其它经济领域应用（如农业国土环境保护等）的接轨。县（市）级林业GIS是市级（地区）林业GIS和省级林业GIS的基础，在建立县（市）级GIS的同时考虑到与市级（地区）、省级甚至国家级林业GIS的接轨。在整个体系中从纵向控制的角度，省控制到市级（地区），市级（地区）控制到县，县控制到乡，最后直接控制到小班地块。实现整个林业信息管理的计算机化。

<三>．“3S”在森林防火管理应用

林火信息管理

林火发生是一个极其复杂的自然现象，它涉及的因素许多，有其自然属性，又有其社会属性。自然属性中有可燃物的类型及其分布状况、地形地貌分布状况、气象因子等等。作森林防火工作者往往要面对错综复杂、各种各样的信息，并在此基础开展我们的林火预防、扑救、善后处理等工作。要全面掌握如此之多的信息非人力所为。特别林火发生又带其突发性，要在很短的时间判断林火的发展趋势，并及时采取决策，同时还要随时掌握现场的状况，就需要指挥者具有丰富的经验掌握丰富的知识。作为指挥者要做到这一步就必须采用先进的科学技术来提高他的判断能力和现场指挥能力。目前用GIS这一工具就可以达到将所有的有关信息有机管理起来并随时调整直观现象的表现出来，做到预防工做决策得力，扑救有效。

林火信息管理有以下几个方面：（1）数据库建立：可以通过不同的方法将森林防火有关的数据采集到计算机之中，建立相应的数据库。这些数据库有地图数据库、属性数据库和方法库。

地图数据库：

林相图或森林分布图或可燃物类型分布图，行政区划图（根据不同的管理层次可分为乡、县、地区、省、全国等级的行政区划）地形图（包括完整的地形地貌信息）水系图（包括江河湖泊，他是重要的扑火物质，又是良好的天然屏障）居民地及扑火队伍分布图（是防火的主要力量，又是扑火决策需要考虑的重要信息源）救火设施分布图（包括了望台分布、救火设施：车辆，灭力机具等、机降点、通讯分布、气象台站等）、交通道路分布图（各种级别道路分布、以区分它对各种运载工具的运行条件）、防火隔离带分布（天然和人工的）、社会经济分布图（有厂矿、学校、各种机构分布情 况）。GIS可以将这些地图进行数字化，并通过相互处理的丰富的形象的地图提供给决策者。

属性数据；将与地图有关的属性特征建立的数据库，其中有小班数据库（有关林相图的属性数据）、气象数据、火灾记录数据、扑火队伍数据、行政区划数据、林业区划数据、道路数据、居民地数据、防火机构数据航空扩林数据、社会经济数据等。这些数据可以是数字的，文字的，也可以是照片，声音，视频等多媒体数据。通过建立属性数据和图形数据库的关联，就可以将地图（空间的）和属性的信息有机的结合，达到相互调用和综合分析。方法或模型库：

对空间和属性数据 的内在关系，以数学模型，才分生长数学模型，材积毛模型、火型为模型，有了这些模型就可以把握住客观事物的内在规律，掌握自然现象的本质。

（2）数据库的动态管理：对地图数据的编辑更新。可利用资源状况、社会经济状况、生产经营状况的各种数据进行及时的更新。如造林、抚育、采伐、道路建设等各种经营活动对资源的变化都可以随时利用GIS管理起来，随时都有反映现状的信息，做到决策方案的真实可靠。

（3）数据检索和输出：利用GIS可以随时制作输出各种专题图和有关表格。它可以比传统手工制作的地图和表格提高效率几倍至几千倍甚至上百倍的效率。也可以在几分钟甚至几秒钟之内查询到所要的数据并以不同方法（地图、表格、多媒体）的形式表现出来。随着以后技术投入，还可以用仿真和虚拟现实的方式将信息直观的提供给决策者。

2． 林火扑救指挥和时实监测

GIS 在迅速反映管理辖区的有关信息，并将信息提供给指挥者。

（1）与遥感卫星的结合：利用人造卫星搭载遥感仪器可以探察包括森林、土地、环境和其他地球资源和大气现象。他形象面积大，成象迅速、成本低廉，能随时监测林火的发生和林火的动态变化。近几年在我国森林防火管理工作中发挥了巨大作用。但由于精度相对来说很低，在某些应用中还具有很大的局限性，在具体林火的扑救方面表现出不足。如结合GIS就可以将这一个缺陷弥补，并可产生不可估量的效果。GIS可以将遥感图象与已有的各种专题地图进行匹配，将遥感的图象与各种专题地图叠加在一起，也可以将根据图象上火点的位置在地图上准确定位，并反映周边的资源和社会经济状况。由此可以判断造成灾害的可能性，以及造成灾害的后果。

（2）与GPS的结合：GPS-全球定位系统在近几年国内外发展和应用十分迅速。它是由均匀分布的24颗空间卫星不断地单向传输住处到用户的GPS接收器，根据卫星的位置，定位精度可以达到100米至毫米。由于它可以在全球任何地方，任何时间，任何气候都可以接收并定位，故对我们林火管理工作的开展产生不可估量的影响。GPS图的制作 通过GPS可以将地理位置转化成GIS的数据格式并输入到GIS中，通过GIS来产生地图，如过火区边缘、交通道路、防火隔离带都可以用GPS将其采集到GIS中。GPS可以在野外采集到的地理位置转化成点、线或多边形数据。GPS与扑火队伍和运载配备GPS和相应的通讯设施后，就可以将队伍行进的位置和路线及时传输到指挥部的GIS系统之中，GIS就可以准确地定位到地图之中。从而就可以对行动的方向，位置，到达的目标地及时的纠正和调整。

（3）GIS了望台的结合进行林火定位：根据了望台的观测情况和数据传输到GIS系统后就可以采用交会方法将林火的位置定位在地图上。

（4）现场报告与林火的定位：GIS具有丰富的查询功能，对于现场报告的模糊信息可以利用GIS模糊查询的功能，对森林火灾的发生位置进行定位，也可以直接报告经纬度的数据或大地坐标数据在GIS中的地图上将林火定位，并将其他相关的数据显示给指挥者。

（5）最佳路径的确定：GIS可以根据交通道路的分布情况，以及扑火队伍的实际位置和要到达的目的地的信息，自动计算出最佳的行进路线。次佳行进路线以及达到目的地所需的时间，并以图形和数学的形式提供给指挥者。

（6）GIS与通讯网络的结合：通讯可以将GIS系统形成具有活力的指挥中心的信息进行快速更新，决策方案能及时发递。GIS结合通讯技术，将变成GIS为中心枢纽的信息网，从各个方面以各种途径传递各种信息，GIS可以将此统一的管理协调起来。具体来说有以下几个传递途径。

I.遥感数据的通讯传输

II.气象数据的通讯传输 III.GPS数据的通讯传输

IV.与上级指挥机构的数据传输

V.横向联合机构数据交换的数据传输

VI.上级相关部门的数据传输

3． 林火的预测预报

由于GIS能将不同的信息源进行统一管理和综合分析，因而将更有利于进行林火发生，发展进行曲分析并且最形象，直观的形式将林火的火险分析提供给管理者。再及GIS林火预测预报的过程是：

接收气象数据选用火险等级分析模型综合资源气象和地形地貌数据进行综合分析得出火险等级数据图形显示或输出火险等级分布图发出警告信息。

火险等级区划有宏观和微观的不同层次，宏观预报是根据不同区域各气象台站观测的数据和区域植被的生长特点来预测火险等级指数，如省火险等级分布，全国火险等级分布，微观火险等级预报具体可落实到山头地块。预测的结果具体详细，但需要的数据量大。

4． 林火设施的布局分析

（1）了望台布局分析：利用地形图和了望台站网的分布特点，可计算出盲区（了望台不可见的山头地块）、定位区（可以利用不同了望台定位的地块）和不可定位区（只有一个了望台可见）在需要建立或增设了望台站的地区可以利用GIS设计观察覆盖面大，盲区小的了望 台分布方案。

（2）交通道路布设：根据目前的林道分布的现状和林火火险等级的分布图以其森林经营的要求利用GIS可以设计出既有利于社会经济要求，又利于林火快速扑救的林区交通道路的设计方案。

（3）防火隔离带的布设：利用GIS所表现的综合治理信息可以直观在地图上设计出经费节省效果佳的防火隔离带。

5． 其它

（1）火灾折算；对过火面积、蓄积损失、经济损失，以及在扑火过程中的各种经济投入能快速并准确地统计计算。

（2）灾后处理：火烧迹地的清理，造林规划

（3）火行为分析

（4）计划烧除

（5）总体规划 由于GIS的特点它的功能和方法正不断在森林防火管理的工作中得以应用。

五．“3S”技术在林业中的应用及展望

“3S”技术中，作为单项的GPS、RS、GIS在林业中已各自取得辉煌的成就，例如，GPS用于飞播造林辅助导航，样地野外定位，伐区测定边界和面积，林业工程测量等，取得良好的经济效益。RS在我国林业中的应用更是令人瞩目，“三北”防护林遥感综合调查在两年时间查清了占全国60%面积的“三北”地区森林、土地、草场 等再生资源的数量，并对“三北”的生态环境进行了评价。使国家有关部门在短时间里掌握了如此大面积的资源状况及变化情况，对人迹稀少、常规方法难以调查的地区，RS更显其威力，西藏自治区森林资源调查就是用遥感技术完成的。

GIS的应用也由当初的简单查询和制图制表发展为森林经营管理的重要工具，除了完成常规的数据管理功能外，可方便地在空间属性数据基础上建立生长、预测、经营、决策等专业模式，通过对各种经营过程进行模拟比较和评价，选择出最优经营方案，并通过与RS的结合作出了许多区域性的森林资源、土地资源的动态化监测。

随着“3S”技术的日益成熟和实用化，其具有实时或准实时获取信息、处理信息的能力，必将给林业生产开拓一块崭新的天地。从“3S”技术的特点和林业生产的内容分析，可以预见，“3S”技术将对林业产生以下影响：

1.改变以往的林业调查作业方式。由于“3S”技术能快速、实时地获取地面三维信息，省去了以往图像繁重的校正工作及手工作图的作业方式，人工劳务介入量大大减少，作业步骤变得简单，周期缩短，成本成倍降低，整个过程将以自动化作业为主。

2.对林火、病虫害等灾害事件监测能力大大增强。我国进行了机-星-地航空遥感试验，已实现了侧视雷达扫描图像的实时数字传输，保障了对灾害事件的全天候监测，并快速地通过通讯卫星向远距离发送。

3.快速编制各种林业专题图件。以往林业制图，由于遥感数据定位困难，人工劳务介入量大，地形图成了编制其它图件的基本图，使得林业专题图的编制费时费力，在一些无地形图的地区更是无法进行。利用“3S”技术可以不受时间、地域的影响，利用其获取的直接地学编码图像，直接输出包括地形在内的各种专业图件，编制时间大大缩短，精度也有了较高的保证。

4.有利于建立现代的国家森林资源监测体系。随着我国经济发展及社会环境意识的增强，传统的森林资源监测体系已不能完全适应社会经济可持续发展的需要。利用“3S”技术建立森林资源监测体系易于克服传统监测体系的缺陷，做到： 1)动态监测森林资源的空间分布信息；

2)不仅对国家及大区域的森林资源进行宏观监测还能对局部微观区域的森林资源变化进行监测；

3)在监测内容上，不仅对森林资源数量进行监测，更能加强对生态环境信息的动态监测； 4)在数据更新方面，利用“3S”技术的实时或准实时功能，能更好地完成监测体系的数据更新

第二篇：3S技术在土地资源调查中的应用

3S技术在土地资源调查中的应用

摘要：土地资源调查就是运用土地资源学知识，借助测绘制图手段，查清各类土地资源的数量、空间分布状况，以及运用他们之间的规律和相互关系，为综合农业区划、区域土地资源评价、国民经济发展长远规划以及土地资源的科学管理等服务。介绍3S(GPS,GIS/RS)的基本内容，各自的发展趋势以及应用于土地资源调查中的各种状况，还有各自的应用前景。

关键词：“3S技术” “土地资源调查” “应用”

“3S技术”是指RS（Remote Sensing,遥感）、GPS（Globe Positioning System,全球定位系统）、GIS（Geographic Information System,地理信息系统）技术。RS(RemoteSensing)是遥感的英文缩写，遥感是以航空摄影技术为基础，在20世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航空遥感，自1972年美国发射了第一颗陆地卫星后，这就标志着航天遥感时代的开始。经过几十年的迅速发展，目前遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象，地质地理等领域，成为一门实用的，先进的空间探测技术。

遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的，它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，具有遥远感知事物的意思。也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星

等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录、传送、分析和判读来识别地物。

GPS（Global Positioning System）是全球定位系统的英文缩写。是美国国防部研制的一种全天候的，空间基准的导航系统，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续地精确地确定三位位置和三位运动及时间的需要。它是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。

GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。

全球定位系统的主要特点： 全球、全天候工作。

1.定位精度高。单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。

2.功能多，应用广。

GPS系统的特点：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。

GIS（Geographic Information System）是地理信息系统的英文缩写，是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用以支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。

GIS按研究的范围大小可分为全球性的、区域性的和局部性的；按研究内容的不同可分为综合性的与专题性的。同级的各种专业应用系统集中起来，可以构成相应地域同级的区域综合系统。在规划、建立应用系统时应统一规划这两种系统的发展，以减小重复浪费，提高数据共享程度和实用性。

地理信息系统在最近的30多年内取得了惊人的发展，广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。(加测绘、应急、石油石化等国民经济各个领域。)

“3S集成技术” 顾名思义，3S集成技术即将遥感系统、全球定位系统、地理信息系统融为一个统一的有机体。它是一门非常有效的空间信息技术。就在集成体中的作用及地位而言，GIS相当于人的大脑，对所得的信息加以管理和分析；RS和GPS相当于人的两只眼睛，负责获取海量信息及其空间定位。RS、GPS、和GIS三者的有机结合，构成了整体上的实时动态对地观测、分析和应用的运行系统，为科学研究、政府管理、社会生产提供了

新一代的观测手段、描述语言和思维工具。

3S集成的方式可以在不同的技术水平上实现。低级阶段表现为互相调用一些功能来实现系统之间的联系；高级阶段表现为三者之间不只是相互调用功能，而是直接共同作用，形成有机的一体化系统，对数据进行动态更新，快速准确地获取定位信息，实现实时的现场查询和分析判断。

RS发现土地资源的变化信息，GPS确定变化的区域和位置，GIS对地理信息汇总并进行空间分析 ,是目前对地观测系统中空间信息获取、定位、存贮管理、更新、分析和应用的三大支撑技术。“3S”之间通过 现代通讯技术实现实时数据的传输与通讯 ,把 “3S”有机的集成起来。

3S”技术在土地资源调查中的应用

基础调查计划以1∶25 万综合调查评价为主，基本查清主要经济区带的基础地质、矿产地质、生态地质环境等基本状况，主要的工作内容是1∶25 万区域地质调查和重点地区1∶5 万地质调查。遥感技术在这里发挥了重要的作用，综合利用各类遥感图像的优势,通过优化整合，对区域地质资源进行彻底摸清和调查.。利用先进的GIS 技术建立了多种基础性数据库，这些基础数据库的特点是专业门类齐全、空间覆盖全国,标准化程度高、海量数据存储1 数据库涵盖地质、地球物理、地球化学、矿产勘查、环境地质等多种地质调查成果，其资料包括全国从1∶5 万到1∶500 万的资料数据，各种数据基本按

统一标准入库，由于包括了大量图形数据和多图层属性数据，其数据量之大是少见的，并由此开展的GIS 评价分析工作形成了一系列多种成果，如地球化学图，航磁图，矿产图，并可以经过分析得出相互关联的图件及信息资料。

伴随着经济建设的发展，各种建设用地大幅度增加，使得我国土地资源短缺现象日益严重，要改善这种局面，首先就必须摸清我国土地资源的分布、数量与质量等情况，完善土地管理系统。利用已有的全国土地详查数据和图件以及最新的高分辨率的遥感影像，在全球定位系统和地理信息系统的支持下，对土地资源进行监测和调查，利用海量的多时态土地利用数据快速获取土地数量、质量、权属、土地利用各地类的数量、空间分布和利用状况，以及土地动态变化等信息，对土地利用变更调查数据进行更新、管理、分析，能够输出各种查询、统计和分析结果，如反映各权属单位地类数量的统计薄，反映各地类空间分布的土地利用图及各种专题图，从而实现对土地资源的科学管理，及时提供科学、翔实、直观的数据，有助于土地利用规划、耕地后备资源调查评价、农村集体土地产权调查、土地资源基础图件与数据更新等国土资源调查项目的顺利实施。

土地资源的不可再生性决定了合理利用土地资源的重要性。土地利用现状调查是了解土地资源的各种特征和规律，掌握土地资源的数量、质量和分布规律的主要手段，是开展土地资源研究的基础性工作。土地利用管理涉及的信息丰富、繁杂、量大，而且几乎全为地理信息，具有很强的地域性、空间性、时序性和动态性。离开这些信息,就很

难实现立体、动态的管理直接影响到土地利用规划和管理的质量和效果。

在土地资源利用调查中,，GPS为空间数据的采集提供实时、快速的定位服务，R S利用航 空、航天提供的遥感影像，经过校正、解疑得到精度较高、现势性好的的空间信息，加上 GPS的辅助可以定位、定量到具体的地块。把利用 GPS和 R S获取的地物信息，以及其他手段得到的各种信息，提供给 GIS, GIS利用本身强大的数据管理功能和空间分析功能，实现对空间数据和属性数据的一体化管理以及对空间数据的分析、查询、决策、输出。GIS技术能够有效的管理各类空间数据、属性数据以及统计分析数据，并能对海量数据进行分析处理，促进了土地资源数据管理、分析和处理的规范化，为土地资源管理打下良好的基础。

“3S”技术在土地调查中的应用前景

“3S”数据信息精度的提高

由于传感器技术水平不断提高,遥感影像分辨率由几百米，几十米发展到低于 1m。加之 全球定位系统的精确定位，使遥感数据精度更高。随着遥感分类技术的提高，对地物的自动识别能力的提高，将促进分类的自动化、智能化，最总实现遥感图像的计算机自动解译，大大减少外业和目视解译的工作量。

“3S”集成技术的完善

“3S”集成技术的完善推动土地资源管理的实时性。“3S“技术的使用目前只是单一或综合利用阶段，有时会由两两的集成使用，但

集成的层次比较低，仅限于数据或软件集成层次上。一旦真正实现 “3S”技术整体的集成，即有机的结合、在线连接、实时处理和系统的整体性，那么土地利用现状调查、变化和动态监测数据将会实时得到更新。

土地资源调查的目的是要建设数字土地工程，数字土地工程是地理信息系统方法和应用研究的新课题，其中包含GIS 方法自身研究的突破和地球物理等探测技术以及相关计算机技术发展，涉及多学科的相互渗透、相互支撑。从国内外土地资源调查和地理信息系统方法研究的现状和趋势分析，应重点开展嵌入式GIS三维/ 四维GIS、网络GIS 等方面的研究。在软件研究领域,应加快GIS 软件的国产化历程,不断完善国产软件的实用性和稳定性。

参考文献

1.2.3.4.5.6.7.8.王秋兵，土地资源学，中国农业出版社 宋拥军，刘保东“3s”技术在土地资源管理中应用的现状及趋势 山东国土资源 王振中．“3s”技术集成及其在土地管理中的应用 测绘科学 邬伦，张晶，刘瑜，马修军，韦中亚，田原：地理信息系统 科学出版社 徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民：GPS测量原理及应用 武汉大学出版社 闯保银，孙在宏．地理信息系统技术在土地评价中的应用 农机化研究 周桂芳，朱淑丽，鲁春阳 3s技术在土地管理中的应用研究 安徽农业科学 张成才．GIS空间分析理论与方法 武汉大学出版社

第三篇：3s技术在农业中的应用及发展

3S技术在农业中的应

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摘要：

农业是在信息技术发展的基础上,以地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)、遥感技术(RS)和计算机自动控制技术为核心技术引发的一场新农业技术革命,将对我国农业技术的发展产生重大影响。因此,应在充分了解国际精准农业发展的理论基础和技术原则的基础上,结合我国具体情况,研究发展适合我国国情的精准农业技术体系。3S系统将信息获取、信息处理、信息应用集结于一身,突出表现在信息获取与处理的高速、实时与应用的高精度、可定量化方面。3S系统是三者相互补充相得益彰构成的一个功能完整强大的空间数据采集处理分析系统，3S集成技术已成为农业、生物信息管理的先进技术手段。

关键字：

3S技术，精准农业，遥感，信息处理

正文：

一、3S技术的概念：

3S 是全球定位系统(GPS)、地理信息系统(G IS)和遥感(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。

二、3S技术在农业中的应用：

1.“3S”技术在农作物中的应用：

农作物是一个国家赖以生存的灵魂，以科学技术发展农业是未来发展的必然趋势。

1.1“3S”技术在农作物估产中的应用。作物估产的主要内容是估算作物种植面积和由单产模型、长势遥感监测来确定估产模式。我国农作物遥感估产最初采用FAO推行的美国农业部的框图面积取样法，该方法是集统计估产、农学估产、气象估产和遥感光谱估产于一体的综合遥感估产，是传统的统计估产方法与遥感估产的结合，简易可行。我国遥感估产的第二阶段是1984年由国家气象局主持的“全国冬小麦NOAA卫星遥感综合估产”项目，这是一种大面积农作物估产方法，在对冬小麦的宏观地理分布了解的基础上，根据气候和生物特点，分区建立绿度修正值，在充分研究了小麦不同生育期的不同绿度值特点之后，利用相应的绿度值日来研究不同的估产模式，在微机网络上实现通讯和产量计算。遥感估产的第三种方法以“八五”攻关项目“重点产粮区主要农作物遥感估产”为代表，估产内容涉及小麦、玉米和水稻，充分利用了TM影像的多波段特性和高几何分辨率”（30m），在农作物套作区进行了提高面积解译精度的研究，同时结合利用NOAA数据，对作物面积、单产和长势变化等进行了估计。

1.2“3S”技术在农业监测和调查的应用。

1.2.1农作物长势监测。作物在生长发育的不同阶段，其内部成分、结构和外部形态特征等都会存在一系列的变化。叶面积指数是综合反映作物长势的个体特征与群体特征的综合指数。遥感具有周期性获取目标电磁波谱的特点，通过建立遥感植被指数和叶面积指数的数学模型，就可监测作物长势，进而根据作物长势能够估测作物产量。

1.2.2土壤水分含量和分布监测。在植被条件和非植被条件下，热红外波段都对水分反应非常敏感，所以利用热红外波段遥感监测对象和作业监测土壤和植被水分十分有效。研究表明，不同热惯量条件下，遥感波谱间的差异性表现最明显，所以通过建立热惯量与土壤水分间的数学模型，就能够监测土壤水分含量和分布状况。

1.2.3土壤养分分布调查。在播种之前，可用一种适用于在农田中运行的采样车辆按一定的要求在农田中采集土壤样品。车辆上配置有 GPS接收机和计算机，计算机中配置地理信息系统软件。采集样品时，GPS接收机把样品采集 点的位置精确地测定出来，将其输入计算机，计算机依据地理信息系统将采样点标定，绘出 一幅土壤样品点位分布图。

1.2.4农作物病虫害监测。应用遥感手段能够探测病虫害对作物生长的影响，跟踪其发生演变状况，分析估算灾情损失，同时还能监测虫源的分布和活动习性。

长期以来对农作物产量的预测都是农业系统的一项重要工作。随着科学技术的发展，预测方法和手段逐步完善和提高，不但能较准确地估测出各种作物的最终产量，也能跟踪监测各类作物在不同生长期的长势，从而根据需要即使采用有效措施，对农作物的生长进行监控，保证当年产量的稳定增长。为了在农作物监测和估产中发挥和利用现代科学技术的成果，提高快速、准确、经济地获得监测和估产信息，为国家经济建设和农业生产服务，虽然农作物估产和监测技术与理论十分复杂、地理信息技术和资料，从不同于传统的统计部门得到信息。1.2.5监测作物产量。在联合收割机上配置计算机、产量监视器和GPS接收机，就构成了作物产量监视系统。对 不同的农作物需配备不同的监视器。例如监视玉米产量的监视器，当收割玉米时，监视器 记录下玉米所接穗数和产量，同时GPS接收机记录下收割该株玉米所处位置，通过计算机最终绘制出 一幅关于每块土地产量的产量分布图。通过和土壤养分含量分布图的综合分析，可以找出 影响作物产量的相关因素，从而进行具体的田间施肥等管理工作。

1.2.6合理施肥，精确农业管理。依据农田土壤养分含量分布图，设置有GPS接收机的“受控应用”的喷施器，在GPS的控制下，依据土壤养分含量分布图，能够精确地给田地的各点施肥，施用的化肥种类和数量由计算机根据养分含量 分布图控制。

在作物生长期的管理中，利用遥感图象并结合GPS可绘出作物色彩变化图。利用GPS定位采集一定数量 的土壤及作物样品进行分析，可以绘制出作物生长的不同时期的土壤含量的系列分布图。这样可以做到精确地对作物生长进行管理。

总之，GPS技术在农业领域将发挥重要作用。在我国，尚需积极开展在农业中的应用研究 以及相关设备的研制，特别在大平原地区，利用大规模的机械化生产的地区，应当重视 GPS技术在农田作业和管理中的应用。

2．“3S”技术在土壤侵蚀调查中的应用: 土壤侵蚀问题对农业资源和环境问题关系重大。利用卫星遥感影像可提供许多土壤侵蚀因子信息，如地形、坡度、岩性、植被等，据此以通用土壤侵蚀方法为基础建立土壤侵蚀模式，并与相应地区的水文观测站的输沙模式相叠合，进行土壤侵蚀量因子分析和区域侵蚀模数计算，并顾及气象、水文要素与土壤侵蚀的关系。我国利用遥感方法，先后对山西三江河流域、延安地区、永定河上游等进行了土壤侵蚀调查。1993年在水利部遥感中心的组织下，进行了全国土壤侵蚀的遥感制图研究，利用TM图像对全国进行了土壤侵蚀的清查工作，编制了全国1∶50万（部分地区1∶25万—1∶10万）土壤侵蚀图，将全国土壤侵蚀因子编码建模，而且将全国的水蚀、风蚀和融冻侵蚀采用统一的分类标准，统一编码制图，并输入计算机以备检索查询。

另外，土壤空间信息查询有空间定位查询和空间关系查询，对如某种土壤类型的空间分布位置进行查询，查询与某种土壤类型或某一行政区域包括的土壤类型、沿河流与分布的土壤类型等。GIS既有很强的制图功能，可以编绘出所需要的各种要素的专题地图，如土壤肥力图、土壤评级图、土壤类型图、土壤利用图以及一系列社会经济指标统计图等。在可视化方面，这些专题地图叠加在三维DEM上显示，可以直观地看出不同高程的土壤等级分布及N、P、K分布、土壤类型分布等，据此可进行多种专题图的重叠而获得土壤综合信息。同时，课利用RS的实时信息，对土壤空间信息进行动态监测，及时调整和更新各种地图。3．“3S”技术在精准农业中的应用：

“精细农业”技术是用现代高新技术特别是信息技术来改造传统农业，在机械化的基础上，把地理信息系统（GIS）、定位系统（GPS）、决策支持系统、传感技术进行集成，定量获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素（如土壤肥力、含水量、苗情、病虫草害等）实际存在的空间和时间差异性信息，分析影响小区产量差异的原因，采取技术上可行、经济上有效的调控措施，区别对待，按需实施定位调控的“处方农作”。在“精细农业”技术体系中，DGPS 的定位应用以及 GIS 的应用开发是实施“精细农业”实践的关键技术之一，即利用 DGPS 定位引导定量获取农田内作物产量和影响作物生长的环境因素的差异性信息，在 GIS 中利用各种空间分析方法生成差异性信息分布图，通过分析影响小区产量差异的原因，制定经济、合理的生产决策方案，生成作物管理处方图，指导农田定位作业。

高光谱遥感在精准农业中的应用，主要有以下相关工作：①利用植被指数进行地表覆盖分析或作物长势的动态监测；②对植被的叶面积指数、生物量、全氮量、全磷量等生物物理参数进行估算；③农作物长势监测；④利用多时相的高光谱数据提取出光谱物征对不同植被和作物进行识别和分类；⑤作物个体生长状况与作物叶片光谱关系的研究；⑥遥感信息模型研究。4．“3S”技术在农业气象服务的应用：

农业气象服务系统是在 GIS 和 RS平台上开发的集农业气象、遥感应用于一体的业务运行系统。它集成了农业气象服务为城市“菜篮子、米袋子”服务的科研成果；建立了遥感、地学、气象、农情、社会经济统计等基础数据库；建立适应农业发展新需求的服务产品；将 GIS 分析功能应用于洪涝灾害监测、灾害损失评估、资源合理布局等领域，获取较好的服务效果。建立了下述分析模型。

5.GPS应用于精准农业中应用：

可进行智能化农业机械作业动态定位、农业信息采样定和遥感信息定位。GPS还运用于地震监测系统、气象学、捕鱼业、放牧和狩猎等方面，形成GPS普及应用的缤纷五彩世界

三、精准农业中的“3S”整体集成

在精准农业中，单纯地运用 GPS、RS与 GIS中的某一种技术往往不能满足综合工程的需要，不能提供精准农业实施过程中所需要的对地测量、存储管理、信息处理、分析模拟的综合能力。这就需要把RS、GIS、GPS有机结合，综合应用，构成一个一体化信息获取、信息处理、信息应用技术系统，这是一个充分利用各自技术特点的空间技术应用体系，并逐步成为一个实践性和应用性较强的新学科，简称为“3S”集成技术。在“3S”集成技术中，RS是 GIS的一个重要数据源和强有力的数据更新手段，GIS作为一种空间数据管理、分析的有效技术，可以为RS提供各种有用的辅助信息和分析手段，而GPS则为RS和GIS综合系统中处理的空间数据获得准确的空间坐标提供了获取和定位手段，并且可以作为一个数据源为 GIS提供相关数据，三者已发展成为不可分割的整体，相互渗透相互补充。

四、3S技术的未来发展的前景：

3S技术的发展方兴未艾，将来还可对下列项目进行开发：西南地区土地资源、土地利用（特别是耕地）的动态监则数据库（系统），农业布局、产量数据库，森林、草地数据库及其信息服务和决策支持系统；西南地区水稻、小麦估产，重点地区荒漠化监测分析；长江上游洪水、川东干旱以及贡嘎山植被、冰川动态变化监测；土地详查、变更系统；；建立三峡地区生态环境和持续发展决策支持信息系统土地管理信息系统；参与国家基本资源环境信息分析决策系统的建立等。通过这些项目的开发应用，可为农业的发展提供一条广阔的道路，使农业的发展迈上新的台阶，这就需要人类不断深入研究和探索，以便为农业的未来服务。

五、总结：

经过这一个学期的学习，我了解了很多3S技术和精准农业的知识，虽然我是农业电气化的一名学生，但仍受益匪浅，目前3S技术正在渐渐大众化和商业化，精准农业已经成为继现代农业后的必然，随着我国3S技术的成熟，在将来也一定会实现精准农业，从我们角度来看，我们可以通过3S技术对农业的产量，地区分布提供的信息进行分析和总结，从而对农业生产进行更好的规划，为农民提供更加具体和全面的建议，从而避免现在我国农业的这种资源浪费状况，避免菜贱伤农的发生。并提高农业生产的效率，因地制宜！

参考资料：

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第四篇：3S技术在地理教学中的应用

“3S”技术是英文遥感（Remote Sensing RS）、地理信息系统（Geographical information System GIS）、全球定位系统（Global Positioning System GPS）的统称。遥感技术是信息采集（提取）的主力；全球定位系统是对遥感图像（像片）及从中提取的信息进行定位，赋予坐标，使其能和“电子地图”进行套合；地理信息系统是信息的“大管家”，为3S技术的核心。目前3S技术是解决人口、资源、环境及经济发展等重大地理问题的重要手段和关健技术。因此，《普通高中地理课程标准》要求：新的高中地理课程在必修、选修模块中必须介绍有关3S的知识，这是课程内容本身的要求。

另一方面，3S技术是地理课程独特的辅助教学技术。目前，中学生普遍不喜欢地理课，《普通高中新课程试验监测报告》显示：在七门学科当中，地理仅排在物理之后，居于第二难学课程，造成这一结果的一个重要原因是目前地理课程教学手段落后，在中学地理教学过程中，大多数教师仍然偏重如何辅助学生记忆，其手段仍然是以地理挂图和幻灯片等作为辅助工具，学生感到枯燥无味，因而教学效果不甚理想。因此地理教学改革的一个重要课题是使课堂教学整体优化，将信息技术引入地理教学，是改革教学方法和教学模式的重要途径之一，结合地理学科的特点，将信息技术中的高端3S技术用于地理教学，是地理教学发展的必然。

1.GIS技术及其在地理教学中的应用

地理信息系统是20世纪60年代中期才发展起来的新技术，至今已40多年，始终发展迅猛。国内外学者由于对GIS技术研究视角、应用目的的不同，所给出的定义也不尽相同，例如，美国学者Parker认为“GIS是一种存储、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统”；加拿大的Roger Tomlinson博士认为“GIS是全方位分析和操作地理数据的数字系统”；我国著名GIS专家陈述彭院士认为“GIS是在计算机软硬件支持下，把各种地理信息按空间分布或地理坐标，以一定格式输入、存储、查询检索、显示和综合分析应用的技术系统”。虽然这些学者对GIS的定义不尽相同，但都认为GIS具有数据的采集、管理、处理、分析和输出等基本功能。目前，GIS广泛应用于国民经济的各行各业，如环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。

在中学地理教学中，GIS技术可将复杂的自然景观、地理现象的空间分布甚至抽象的概念用三维的、动态的、直观的方法方式表现出来，将地理教学中不易明察与掌握的内容通过虚拟场景来展现，提高教学效果，下面以地貌演变、地形分析和天体运动这三个教学内容为例进行应用分析。

地貌教学是中学地理教学的基础内容，在地貌教学中，褶皱和断裂的形成是比较抽象的内容，传统的平面、静态的教学方法难以达到满意的教学效果。使用GIS技术的

真三维显示与动态模拟功能，模拟岩石受力及相关地貌的形成过程与结果，如岩石受到强大压力和张力时会发生断裂，并沿断裂面有错动或位移的现象，相对上升一侧地貌表现为断裂山或高地，相对下沉的岩石地貌表现为裂谷或低地。受内力作用，岩石在水平方向上受挤压导致褶皱；受外力作用，背斜中心岩石易被侵蚀形成谷地，向斜中心岩石坚固不易被侵蚀形成山，形象地展示了“背斜成谷，向斜成山”的过程。GIS技术把漫长的地貌历史演变过程在瞬间完成，使学生对所学知识有较形象的理解。

在地形分析中,平面地图缺乏对山峰、山脊、山谷、鞍部、陡崖等概念的直观形象的可视化表达，利用GIS的数字高程模型（DEM）模块来创建数字高程模型，这样便可三维立体显示一座山体，让学生直观地观察山峰、山脊、山谷、鞍部、陡崖等多种地形。并通过旋转动态技术，让学生自己上机操作，使山峰的方向任意旋转，或移走山体，或变换颜色以突出某种地形，在此基础上，将影像数据与矢量数据再镶嵌在数字高程模型上，进行数据的融合，实现三库一体，则山体表现得更加形象逼真，使人感到浑然天成，这种教学明显调动了学生学习的积极性和主动性，加深了学生对地形特征的理解，让学生有身临其境的感觉。

在天体运动的教学中，一般教学挂图三维效果不突出且缺乏动感，不易掌握其运动规律，通过GIS的二次开发子系统，建立场景，制作太阳、地球、月球以及地球及月球的运动轨迹，指定月球和地球的链接，进而完成天体的运动制作与飞行漫游，从而具体地模拟出天体的运动规律。在此基础上，教师进行讲解，调动学生观察思考的积极性，使学生产生强烈的求知欲望，收到事半功倍的效果。

2.RS技术及其在地理教学中的应用

遥感是20世纪60年代发展起来的对地观测的综合性技术，它是指应用探测仪器，不与探测目标接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。经过40多年的发展，遥感技术已成为一种影像遥感和数字遥感相结合的先进、实用的综合性探测手段，被广泛应用于资源、环境、地质、地理、气象、海洋、农业、林业及军事侦察等各个领域。在中学地理教学中，RS技术可广泛地应用于辅助教学，提高教学效果，下面以利用遥感辅助讲授全球变化、环境生态问题为例进行应用分析。

通过遥感监测案例及其影像，帮助学生对地球环境进行立体观察，帮助认识全球环境的整体性与变化过程。例如，利用遥感影像帮助学生了解全球温度变化、温室效应。美国宇航局（NASA）以遥感手段获得全球臭氧的分布，每年在网络上发布南极臭氧浓度分布合成图，这些材料是辅助讲授全球臭氧分布及异常变化等全球变化的极好素材。另外，利用遥感在全球植被覆盖变化监测、地球大气监测等应用案例与影像，可以辅助讲

授环境变化；利用遥感在城市环境问题、城市水体污染、城市大气污染等监测的案例与影像辅助讲授环境问题。

在讲授城市、区域或全球生态环境问题中，可以借助遥感影像帮助学生了解植被分布、土地利用及分布，提高学生宏观观察、分析能力。例如利用遥感在毁林过程监测、全球森林分布变化监测等方面的实例及影像，辅助讲授全球植被覆盖变化；利用遥感在土地利用普查中的实例和影像，辅助讲授土地利用和农作物分布；利用遥感在城市生态监测、绿化率调查的实例和影像，辅助讲授城市环境与生态等。

地表许多灾害从影像区域来说，可能涉及一个很大的区域，遥感的大范围观测的特征提供了监测灾害的可能，相关的遥感影像有助于在教学过程中帮助学生理解这些区域性过程。例如，利用遥感在草原和森林火灾监测、沙尘暴灾害监测、海洋污染监测、火山喷发和地震等监测的案例和影响，辅助讲授自然灾害的发生、发展过程，进行灾害影响分析。例如，遥感在森林火灾监测中的应用案例，可以帮助学生认识现代技术对森林防灾救灾中的意义。

3.GPS技术及其在地理教学中的应用

全球定位系统(GPS)是美国国防部为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的，于20世纪70年代初开始设计、研制，1993年6月建成。GPS主要由空间星座、地面监控系统和用户接收机三大部分组成，空间星座包括21颗工作卫星和3颗备用卫星，分布在6个等间隔的轨道面上，每个轨道面上分布4颗卫星，卫星轨道接近圆形，运行周期为11小时58分，地面上每个观测站上每天出现的卫星分布图相同，这样的布局保证了在地球上和近地空间任意一点、任意时刻均可至少同时观测到4颗GPS卫星。GPS具有全球地面连续覆盖、功能多、精度高、实时定位速度快、抗干扰性能好、保密性强、全天作业、操作简便等优点，目前在精确导航和精确定位方面得到了广泛应用。在中学地理教学中，GPS的辅助作用没有GIS、RS广泛，下面仅以借助GPS辅助讲授制图、交通、气象等为例说明其在教学中的应用。

具体地说，GPS可以辅助讲授地图、计算机制图的发展；辅助讲授现代农业的发展（例如，GPS在“精细农业”中的应用）；辅助讲授现代交通的发展（例如，GPS在智能交通中的自动导航作用）；辅助讲授天气与气候（例如，GPS在大气物理观测中的应用）；辅助讲授地球研究进展（例如，GPS在地球勘探、变形监测中的应用）；辅助讲授海洋地理（例如，GPS在远洋航线设定与监测、船只调度与导航、海洋救援、海平面升降监测等的应用）；辅助讲授宇宙、太空知识（例如，GPS在飞机导航、航空遥感控制、卫星定轨、导弹制导、航空救援等的应用）等。

参考文献：

[1]梅安新，彭望琭．遥感导论[M]．北京：高等教育出版社，2004：1-30．

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[4]陆静．地理信息系统（mapinfo）在中学地理教学中的应用研究[J]．中学地理教学参考，2000，NO．1：108-109．

1.1 RS 概述

遥感（RS）是在高空或远距离处，利用传感器接受物体辐射的电磁波信息，经加工处理成可识别的图像或电子计算机用的记录磁带，揭示被测物体的性质、形状和变化动态。遥感技术包括传感器技术、信息处理、提取和应用技术，目标信息特征的分析与测量技术等。遥感技术可应用于气象、地质、地理、农业、林业、陆地水文、海洋、测绘、污染监测及军事侦察等领域。

遥感通常按其承载传感器的平台不同分为航天遥感、航空遥感、地面遥感。根据获取信息的电磁波波段不同，可以分为可见光遥感、红外遥感、微波遥感、紫外线遥感。遥感具有感测范围大，综合宏观的特点；信息量大、手段多、技术先进的特点；获取信息快、更新周期短、动态监测的特点；用途广，效益高的特点。1.2 GIS 概述

地理信息系统（GIS）是利用现代计算机系统和数据库技术，用以输入、编辑、分析、储存及显示空间及其属性的地理资料系统。GIS是一个以地理数据为研究对象，以空间数据库为核心，采用多种数据分析与建模方法，实时提供多种空间和动态资源与环境信息，为科研、管理和决策服务的计算机应用系统。

GIS能把图形管理系统和数据管理系统有机地结合起来，不但克服了数据库和图形系统各自固有的局限性，而且使二者的优势相联合，优势更加突出，功能倍增。GIS既管理对象的位置又

管理对象的其他属性，而且位置和其他属性是自动关联的，GIS提供的信息产品不仅仅是简单的文字和数据，而且还有一幅幅空间图形或图像。位置图往往比文字更能说明空间问题，它给人以直观完整而深刻的印象，GIS具备对这些带有空间属性的对象进行输入、输出、编辑、修改、查询等基本功能。1.3 GPS 概述

全球定位系统（GPS）是由美国国防部为其星球大战计划，从上世纪七十年代制造GPS系统Navstar 卫星开始，历时20年，到1993年建成的空间军事系统，它被称为继阿波罗飞船登月、航天飞机之后耗费巨资的第三大浩繁空间工程。1996年3月白宫宣布“每个人都可以使用更高精度的GPS系统，降低民用GPS信号精度的做法将在10年内逐步取消”之后，GPS除军事应用外，开始在民用领域迅速扩展。

GPS由三个分系统组成：一是由24颗分布于2万公里高度的6个轨道围绕地球飞行的卫星构成GPS空间卫星网（另外有3颗备份星）；二是由分布于全球的5个监测站、1个主控站、3个注入站构成的地面监测控制（支撑）系统；三是遍布全球的固定或移动的GPS用户接收系统。GPS是近年来高速发展的最具开创意义的高新技术之一，因其全球性、全能性、实时性、全天候的连续高精度导航定位、测速、授时等功能和技术优势，广泛应用于各个领域。由于全球卫星定位技术具有在军事、商业等广阔的应用前景，2002年由欧盟发起，并且中国与2003年与其正式合作，联手实施“伽利略（GALILEO）计划”。2．3S 技术在地理教学中的应用 2.1 RS 应用

经过40多年的发展，遥感技术已成为一种影像遥感和数字遥感相结合的先进、实用的综合性探测手段，被广泛应用于资源、环境、地质、地理、气象、海洋、农业、林业及军事侦察等领域。在高中地理教学中，遥感技术可以广泛地应用于辅助教学，提高教学效果。

地表许多灾害从影响区域来说，可能涉及一个很大的区域，遥感的大范围观测的特征提供了监测灾害的可能，相关的遥感影像有助于在教学过程中帮助学生理解这些区域性过程。例如，利用遥感在草原和森林火灾监测、沙尘暴灾害监测、海洋污染监测、火山喷发和地震等监测的案例与影像，辅助讲授自然灾害的发生、发展过程，进行灾害影响分析。又如，遥感在森林火灾监测中的应用，可以帮助学生认识现代技术对森林防灾救灾中的意义。再如，火山、地震等过程对学生来说很难有直观上的认识，利用遥感影像，能够宏观、逼真地展现它们的发生过程或活动状态。2.2 GIS应用

针对地理知识的特点，许多内容具有一定的空间属性，而传统的教学手段主要是运用挂图、课本插图或投影片来进行讲授，在一定程度上可以加深学生对知识的理解，但由于这些都是静态的显示，在视觉上无法即时对比感知，而且使用起来也不太方便，需要占据一定的空间，给老师板书带来不便，另外教师需要在课前花费大量时间制作和维护。而用GIS软件，通过计算机与大屏幕投影，来讲解效果就要好的多。如讲到中国的行政区划时，34个省级行政单位的名称、分布及范围可以逐个以动态闪烁的方式显示，而且分别赋予属性，可以即时查询每个省级行政区的面积、人口、社会经济情况等内容，为了突显各省级行政单位的轮廓，还可以隐去其他内容，单独显示一个省等。

用GIS技术制作相应课件进行教学具有以下优点：教师可以根据教学实际方便地对图形进行修改；可以结合教学内容在图上赋予相关的教学资料，丰富地理景观内容；可以实现地理演变的

模拟演示，使学生获得更形象化的认识，起到突破难点的作用。2.3 GPS 应用

在中学地理教学中，GPS的辅助作用没有GIS、RS广泛，但随着高中新课程改革的实施和学校教学条件的改善，挖掘GPS的辅助教学功能，加强其教学应用，也是地理信息技术教学应用的一个重要内容。具体来讲，GPS可以辅助讲授地图、计算机制图的发展；辅助讲授现代农业的发展；辅助讲授现代智能交通的发展，特别是GPS自动导航的作用；辅助讲授天气与气候，例如GPS在大气物理观测中的应用；辅助讲授地球研究进展，例如GPS在地球勘探、变形监测中的应用；辅助讲授宇宙、太空知识，例如GPS在航空遥感控制、卫星定轨、导弹制导、航空救援等的应用。

总之，地理信息技术（GPS，GIS，RS）应用于地理教学有很大的前景，但同时也对地理教师提出了新的挑战，如何熟练掌握GPS、GIS、RS技术？基于3S技术的教学模式有哪些？3S技术对学生会产生怎样的影响？这些问题都值得教师去探究。相信随着信息技术教育的普及与深入，地理信息技术必将在信息技术与地理教学中占有重要的地位。

第五篇：3S技术及其在中学地理教学中的应用（范文）

3S技术及其在中学地理教学中的应用

刘江 刘方成 李保珠

摘要：本文首先简要介绍了3S技术，并对3S技术运用于中学地理教学的必要性进行了分析，最后以具体案例详细说明此应用及效果。

关键词：GIS；RS；GPS；中学；地理教学；应用

引言

“3S”技术是英文遥感（Remote Sensing RS）、地理信息系统（Geographical information System GIS）、全球定位系统（Global Positioning System GPS）这三种技术名词中最后一个单词字头的统称，这三者之间紧密联系在一起,遥感技术是信息采集（提取）的主力[1]；全球定位系统是对遥感图像（像片）及从中提取的信息进行定位，赋予坐标，使其能和“电子地图”进行套合；地理信息系统是信息的“大管家”，为3S技术的核心[2]。目前3S技术是解决人口、资源、环境及经济发展等重大地理问题的重要手段和关健技术。因此，《普通高中地理课程标准》要求：新的高中地理课程在必修、选修模块中必须介绍有关3S的知识，这是课程内容本身的要求[3]。

另一方面，3S技术是地理课程独特的辅助教学技术。目前，中学生普遍不喜欢地理课，《普通高中新课程试验监测报告》显示：在七门学科当中，地理仅排在物理之后，居于第二难学课程，造成这一结果的一个重要原因是目前地理课程教学手段落后，在中学地理教学过程中，大多数教师仍然偏重如何辅助学生记忆，其手段仍然是以地理挂图和幻灯片等作为辅助工具，学生感到枯燥无味，因而教学效果不甚理想。因此地理教学改革的一个重要课题是使课堂教学整体优化，将信息技术引入地理教学，是改革教学方法和教学模式的重要途径之一，结合地理学科的特点，将信息技术中的高端3S技术用于地理教学，是地理教学发展的必然[4]。下面以一些具体实例说用3S技术在地理教学中的应用。

1.GIS技术及其在地理教学中的应用

地理信息系统是20世纪60年代中期才发展起来的新技术，至今已40多年，始终发展迅猛。国内外学者由于对GIS技术研究视角、应用目的的不同，所给出的定义也不尽相同，例如，美国学者Parker认为“GIS是一种存储、管理、分析和显示有关地理现象信息的综合系统”；加拿大的Roger Tomlinson博士认为“GIS是全方位分析和操作地理数据的数字系统”；我国著名GIS专家陈述彭院士认为“GIS是在计算机软硬件支持下，把各种地理信息按空间分布或地理坐标，以一定格式输入、存储、查询检索、显示和综合分析应用的技术系统”。虽然这些学者对GIS的定义不尽相同，但都认为GIS具有数据的采集、管理、处理、分析和输出等基本功能。目前，GIS广泛应用于国民经济的各行各业，如环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。

在中学地理教学中，GIS技术可将复杂的自然景观、地理现象的空间分布甚至抽象的概念用三维的、动态的、直观的方法方式表现出来，将地理教学中不易明察与掌握的内容通过虚拟场景来展现，提高教学效果，下面以地貌演变、地形分析和天体运动这三个教学内容为例进行应用分析。

地貌教学是中学地理教学的基础内容，在地貌教学中，褶皱和断裂的形成是比较抽象的内容，传统的平面、静态的教学方法难以达到满意的教学效果。使用GIS技术的真三维显示与动态模拟功能，模拟岩石受力及相关地貌的形成过程与结果，如岩石受到强大压力和张力时会发生断裂，并沿断裂面有错动或位移的现象，相对上升一侧地貌表现为断裂山或高地，相对下沉的岩石地貌表现为裂谷或低地。受内力作用，岩石在水平方向上受挤压导致褶皱；受外力作用，背斜中心岩石易被侵蚀形成谷地，向斜中心岩石坚固不易被侵蚀形成山，形象地展示了“背斜成谷，向斜成山”的过程。GIS技术把漫长的地貌历史演变过程在瞬间完成，使学生对所学知识有较形象的理解。

在地形分析中,平面地图缺乏对山峰、山脊、山谷、鞍部、陡崖等概念的直观形象的可视化表达，利用GIS的数字高程模型（DEM）模块来创建数字高程模型，这样便可三维立体显示一座山体，让学生直观地观察山峰、山脊、山谷、鞍部、陡崖等多种地形。并通过旋转动态技术，让学生自己上机操作，使山峰的方向任意旋转，或移走山体，或变换颜色以突出某种地形，在此基础上，将影像数据与矢量数据再镶嵌在数字高程模型上，进行数据的融合，实现三库一体，则山体表现得更加形象逼真，使人感到浑然天成，这种教学明显调动了学生学习的积极性和主动性，加深了学生对地形特征的理解，让学生有身临其境的感觉。

在天体运动的教学中，一般教学挂图三维效果不突出且缺乏动感，不易掌握其运动规律，通过GIS的二次开发子系统，建立场景，制作太阳、地球、月球以及地球及月球的运动轨迹，指定月球和地球的链接，进而完成天体的运动制作与飞行漫游，从而具体地模拟出天体的运动规律。在此基础上，教师进行讲解，调动学生观察思考的积极性，使学生产生强烈的求知欲望，收到事半功倍的效果。

2.RS技术及其在地理教学中的应

遥感是20世纪60年代发展起来的对地观测的综合性技术，它是指应用探测仪器，不与探测目标接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。经过40多年的发展，遥感技术已成为一种影像遥感和数字遥感相结合的先进、实用的综合性探测手段，被广泛应用于资源、环境、地质、地理、气象、海洋、农业、林业及军事侦察等各个领域。在中学地理教学中，RS技术可广泛地应用于辅助教学，提高教学效果，下面以利用遥感辅助讲授全球变化、环境生态问题为例进行应用分析。

通过遥感监测案例及其影像，帮助学生对地球环境进行立体观察，帮助认识全球环境的整体性与变化过程。例如，利用遥感影像帮助学生了解全球温度变化、温室效应。美国宇航局（NASA）以遥感手段获得全球臭氧的分布，每年在网络上发布南极臭氧浓度分布合成图，这些材料是辅助讲授全球臭氧分布及异常变化等全球变化的极好素材。另外，利用遥感在全球植被覆盖变化监测、地球大气监测等应用案例与影像，可以辅助讲授环境变化；利用遥感在城市环境问题、城市水体污染、城市大气污染等监测的案例与影像辅助讲授环境问题。

在讲授城市、区域或全球生态环境问题中，可以借助遥感影像帮助学生了解植被分布、土地利用及分布，提高学生宏观观察、分析能力。例如利用遥感在毁林过程监测、全球森林分布变化监测等方面的实例及影像，辅助讲授全球植被覆盖变化；利用遥感在土地利用普查中的实例和影像，辅助讲授土地利用和农作物分布；利用遥感在城市生态监测、绿化率调查的实例和影像，辅助讲授城市环境与生态等。

地表许多灾害从影像区域来说，可能涉及一个很大的区域，遥感的大范围观测的特征提供了监测灾害的可能，相关的遥感影像有助于在教学过程中帮助学生理解这些区域性过程。例如，利用遥感在草原和森林火灾监测、沙尘暴灾害监测、海洋污染监测、火山喷发和地震等监测的案例和影响，辅助讲授自然灾害的发生、发展过程，进行灾害影响分析。例如，遥感在森林火灾监测中的应用案例，可以帮助学生认识现代技术对森林防灾救灾中的意义。

3.GPS技术及其在地理教学中的应用

全球定位系统(GPS)是美国国防部为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的，于20世纪70年代初开始设计、研制，1993年6月建成。GPS主要由空间星座、地面监控系统和用户接收机三大部分组成，空间星座包括21颗工作卫星和3颗备用卫星，分布在6个等间隔的轨道面上，每个轨道面上分布4颗卫星，卫星轨道接近圆形，运行周期为11小时58分，地面上每个观测站上每天出现的卫星分布图相同，这样的布局保证了在地球上和近地空间任意一点、任意时刻均可至少同时观测到4颗GPS卫星。GPS具有全球地面连续覆盖、功能多、精度高、实时定位速度快、抗干扰性能好、保密性强、全天作业、操作简便等优点，目前在精确导航和精确定位方面得到了广泛应用。在中学地理教学中，GPS的辅助作用没有GIS、RS广泛，下面仅以借助GPS辅助讲授制图、交通、气象等为例说明其在教学中的应用。

具体地说，GPS可以辅助讲授地图、计算机制图的发展；辅助讲授现代农业的发展（例如，GPS在“精细农业”中的应用）；辅助讲授现代交通的发展（例如，GPS在智能交通中的自动导航作用）；辅助讲授天气与气候（例如，GPS在大气物理观测中的应用）；辅助讲授地球研究进展（例如，GPS在地球勘探、变形监测中的应用）；辅助讲授海洋地理（例如，GPS在远洋航线设定与监测、船只调度与导航、海洋救援、海平面升降监测等的应用）；辅助讲授宇宙、太空知识（例如，GPS在飞机导航、航空遥感控制、卫星定轨、导弹制导、航空救援等的应用）等。

参考文献：

[1]梅安新，彭望琭．遥感导论[M]．北京：高等教育出版社，2004：1-30．

[2]陈述彭．地理信息系统导论[M]．北京：科学出版社，2000：1-13．

[3]教育部．普通高中地理课程标准（实验）[M]．北京：人民教育出版社，2003：12-45．

[4]陆静．地理信息系统（mapinfo）在中学地理教学中的应用研究[J]．中学地理教学参考，2000，NO．1：108-109．

（1．刘江：曲靖市第一中学，云南曲靖660000；刘方成、李保珠：昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明）