【正文】 the distribution, and Prairie dry infestations situation of Prairie. Then build up a digital Prairie resources dynamic monitoring information platform, timely accurately obtained Prairie resources changes of information, achieved Prairie resources realtime monitoring and warning. In the end, my purpose is that provides Prairie managers some actual accurate of Prairie resources information, so that help them to manage the grassland more effectively. Keywords: Remote sensing, Geographic information systems, Global positioning systems, grassland management. 基于 3S 技術(shù)的草原管理信息 系統(tǒng)設(shè)計方案 2 1. 引言 設(shè)計方案 領(lǐng)域 空間定位系統(tǒng)（目前主要指遙感（ RS） 、 地理信息系統(tǒng)（ GIS） 和 全球定位系統(tǒng)（ GPS），簡稱 3S技術(shù)）是目前對地觀測系統(tǒng)中空間信息獲取、存貯管理、更新、分析和應(yīng)用的 三 大支撐技術(shù) ， 是現(xiàn)代社會持續(xù)發(fā)展、資源合理規(guī)劃利用、城鄉(xiāng)規(guī)劃與管理、自然災(zāi)害動態(tài)監(jiān)測與防治等的重要技術(shù)手段 ， 也是地學(xué)研究走向定量化的科學(xué)方法之一。這 三 大技術(shù)有著各自獨立、平行的發(fā)展成就 ： 遙感 （ RS） 是指運用傳感器 /遙感器 對物體的 電磁波 的輻射、反射特性的遠距離的探測，并根據(jù)其特性對物體的性質(zhì)、特征和狀態(tài)進行分析的理論、方法和應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。 目前該技術(shù) 遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、海洋、氣象、水文、軍事、環(huán)保等領(lǐng)域 ，在資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測等方面 發(fā)揮了重要的作用。 例如 航空攝影 就是一種遙感技術(shù)。 人造地球衛(wèi)星 發(fā)射成功，大大推動了遙 感技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)代遙感技術(shù)主要包括信息的獲取、傳輸、存儲和處理等環(huán)節(jié)。完成上述功能的全套系統(tǒng)稱為遙感系統(tǒng)，其核心組成部分是獲取信息的遙感器。遙感器的種類很多，主要有照相機、 電視 攝像機 、多光譜 掃描儀 、 成像 光譜儀 、 微波輻射計 、合成孔徑 雷達 等。傳輸設(shè)備用于將遙感信息從遠距離平臺 (如 衛(wèi)星 )傳回地面站。信息處理設(shè)備包括彩色合成儀、 圖像判讀 儀和數(shù)字圖像處理機等。 地理信息系統(tǒng)（ GIS）是指對多種來源的時空數(shù)據(jù)進行綜合處理、集成管理、動態(tài)存取，作為新的集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，并為智能化數(shù)據(jù)采集提供地學(xué)知識。該技術(shù)被各行各業(yè)用于建立各種不同尺度的空間數(shù)據(jù)庫和決策支持系統(tǒng)，向用戶提供著多種形式的空間查詢、空間分析和輔助規(guī)劃決策的功能。 地理信息系統(tǒng)（ GIS， Geographic Information System）是一門綜合性學(xué)科，結(jié)合 地理學(xué) 與 地圖學(xué) 以及 遙感 和計算機科學(xué)，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，是用于輸入、存儲、查詢、分析和顯示 地理 數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，隨著 GIS 的發(fā)展，也有稱GIS為 “ 地理信息科學(xué) ” （ Geographic Information Science） 。 近年來，也有稱 GIS為 “ 地理信息服務(wù) ” （ Geographic Information service）。 GIS是一種基于計算機的工具，它可以對空間信息進行分析和處理（簡而言之，是對地球上存在的現(xiàn)象和發(fā)生的事件進行成圖和分析）。 GIS 技術(shù)把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作（例如查詢 和統(tǒng)計分析等）集成在一起。 GIS與其他信息系統(tǒng)最大的區(qū)別是對 空間信息 的存儲管理分析，從而使其在廣泛的公眾和個人企事業(yè)單位中解釋事件、預(yù)測結(jié)果、規(guī)劃戰(zhàn)略等中具有實用價值。 全球定位系統(tǒng) GPS是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電測時定位、導(dǎo)航系統(tǒng) ， 可為航空、航天、陸地、海洋等方面的用戶提供不同精度的在線或離線的空間定位數(shù)據(jù) 。 該技術(shù)被用于實時、快速地提供目標，包括各類傳感器和運載平臺（車、船、 飛機、衛(wèi)星等）的空間位置 ， 具有的全天候、高精度和自動 測量 的特點， 目前 作為先進的測量手段和新的生產(chǎn)力融入了國民 經(jīng)濟建設(shè) 、 國防建設(shè) 和 社會發(fā)展 的各個應(yīng)用領(lǐng)域。 GPS導(dǎo)航系統(tǒng) 的基本原理是 測量 出已知位置的衛(wèi)星 到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的 數(shù)據(jù) 就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的， 衛(wèi)星 的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。 而用戶到 衛(wèi)星的距離則通過記錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，再將其乘以光速得到（由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是 偽距 （ PR）：當(dāng) GPS衛(wèi)星正常工作時，會不斷地用 1和 0二進制碼元組成的 偽隨機碼 （簡稱偽碼）發(fā)射 導(dǎo)航電文 。 GPS系統(tǒng) 使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的 C/A碼 和軍用的 P(Y)碼。 C/A碼頻率 ，重復(fù)周期一毫秒，碼間距 1微秒，相當(dāng)于 300m； P 碼 頻率 ，重復(fù)周期 天，基于 3S 技術(shù)的草原管理信息 系統(tǒng)設(shè)計方案 3 碼間距 ，相當(dāng)于 30m。而 Y碼是在 P碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。 導(dǎo)航電文包括 衛(wèi)星 星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從 衛(wèi)星信號中解調(diào)制出來，以 50b/s調(diào)制在載頻上發(fā)射的。 導(dǎo)航電文 每個主幀中包含 5個子幀每幀長 6s。前三幀各 10個字碼；每三十秒重復(fù)一次，每小時更新一次。后兩幀共 15000b。 導(dǎo)航電文 中的內(nèi)容主要有遙測碼、轉(zhuǎn)換碼、第 3數(shù)據(jù)塊 ，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶接受到 導(dǎo)航電文 時，提取出 衛(wèi)星 時間并將其與自己的時鐘 作對 比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導(dǎo)航電文中的 衛(wèi)星 星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時所處位置，用戶在 WGS84大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。 設(shè)計方案 背景 我國是一個草原大國，擁有各類天然草原近 4億公頃，約占陸地國土面積的 2/5，是我國面積最大的綠色生態(tài)屏障，也是干旱、高寒等自然環(huán)境嚴酷、生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)域的主體生態(tài)系統(tǒng)。我國草原分布廣泛，遍布各個省 (區(qū)、市 )。內(nèi)蒙古、廣西、云南、西藏、青海、新疆、陜西、甘肅、寧夏、重慶、四川和貴州西部 12 省 (區(qū)、市 )有草原面積約 億公頃，占全國草原總面積的 ％；遼寧 、吉林和黑龍江東北 3省有草原面積約 ，占全國草原總面積的 ％；其他省 (市 )有草原面積約 億公頃，占全國草原總面積的％。西藏、內(nèi)蒙古、新疆、青海、四川和甘肅 6省 (區(qū) )是我國的六大牧區(qū)，草原面積占全國草原總面積的 ％。 近年來，我國出臺了一系列政策措施，不斷強化草原保護，大力推進草原重大生態(tài)工程建設(shè)，集中治理生態(tài)脆弱和嚴重退化草原。重大生態(tài)工程區(qū)內(nèi)植被組成發(fā)生顯著變化，多年生牧草增多，可食鮮草產(chǎn)量提高，有毒有害雜草數(shù)量下降，生物多樣性明顯好轉(zhuǎn)，區(qū)域生態(tài)顯著改善。 通過實施京津風(fēng) 沙源治理工程，天然草原保護和建設(shè)工程、退牧還草工程等生態(tài)建設(shè)項目，以及建立和完善基本草原保護、草畜平衡、禁牧休牧輪牧等制度，草原生態(tài)環(huán)境的保護和建設(shè)取得了明顯成效。特別是項目區(qū)草原生態(tài)狀況呈現(xiàn)區(qū)域性好轉(zhuǎn)，草地植被覆蓋度、草層高度、產(chǎn)草量較建設(shè)前均有大幅度提高。但由于歷史與現(xiàn)實、自然和人為因素的干擾和影響，全區(qū)廣大草原的生態(tài)環(huán)境形勢仍然很嚴峻。目前處在改善與惡化并存，局部好轉(zhuǎn)、但整體惡化的趨勢還沒有得到根本性轉(zhuǎn)變。主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 第 一 ，草原數(shù)量逐年減少 。 草原面積逐年減少的主要原因是草原被墾為農(nóng)田 、 由 于草原退化 ； 植被覆蓋度降低到 5%以下，失去利用價值 ； 適宜造林的草原變成林地 ； 小城鎮(zhèn)、工礦及交通建設(shè)、旅游開發(fā)等占用草原。 第二 ，草原質(zhì)量不斷下降 。 草地退化，造成草地質(zhì)量下降 ， 主要表現(xiàn)在草群中優(yōu)良牧草的種類和數(shù)量大幅度減少，有毒有害及不可食的植物種類和數(shù)量增多，草群平均高度和覆蓋度下降，草原的單位面積產(chǎn)草量大幅度降低 .。 第三 ，草原生態(tài)環(huán)境變劣 。 地荒漠化和沙漠化使地表失去了綠色植被的覆蓋，導(dǎo)致地下水位下降，大氣降水減少。由于大氣干旱，降水減少，氣候干燥造成河水?dāng)嗔?，湖泊縮減或干涸。 第四 ，草原生態(tài)功能降低 。 草原退化 、植被覆蓋度下降，稀疏的植被減少了對二氧化碳的吸收能力，增強了大氣的溫室效應(yīng)，使草地調(diào)節(jié)氣候、防風(fēng)固沙、保持水土、凈化空氣的功能明顯減退。受草原生態(tài)環(huán)境變劣的影響，內(nèi)蒙古地區(qū)有些動、植物物種正在消失或減少。 第五 ，牧民生產(chǎn)和生活受到嚴重挑戰(zhàn) 。 長期以來，內(nèi)蒙古草原畜牧業(yè)的增長不顧草原承載力過分依賴牲畜頭數(shù)的增加，致使草原嚴重透支，人口和牲畜超載，致使草原畜牧業(yè)維系困難，牧區(qū)和廣大牧民正面臨生產(chǎn)和生活方式轉(zhuǎn)變的嚴峻挑戰(zhàn)。 總體看，全國退牧還草、京津風(fēng)沙源治理、西南巖溶地區(qū)草地治理工程覆蓋面仍然較低，70％以上的草 原沒有得到有效保護。主要牧區(qū)草原超載率仍在 30％左右，部分地區(qū)的牲畜超載率甚至達到 80％。與 20 世紀 80 年代相比，草原沙化、鹽漬化、石漠化依然嚴重。草原生態(tài)呈現(xiàn)“點上好轉(zhuǎn)、面上退化，局部改善、總體惡化”的態(tài)勢。我國草原生態(tài)狀況仍不基于 3S 技術(shù)的草原管理信息 系統(tǒng)設(shè)計方案 4 容樂觀， 管理工作復(fù)雜， 草原生態(tài)環(huán)境治理任務(wù)十分艱巨 [1]。 設(shè)計方案 目的和意義 基于 課題背景中 提到的草原生態(tài)環(huán)境治理、草原管理工作復(fù)雜艱巨等問題，本課題研究目的就是運用 3S技術(shù) ， 即遙感 (Remote Sensing)、地理信息系統(tǒng) (Geographic Information System)和全球定位系統(tǒng) (Global Position System)，建立一個草原信息綜合 管理系統(tǒng)， 將草原管理模式改善為 定點多方面的 實時 監(jiān)測管理 ，有效解決草原管理工作復(fù)雜，草原生態(tài)環(huán)境治理艱難的草原難題。 本課題研究意義在于能夠定點監(jiān)測 草原牧草長勢動態(tài)、牧草產(chǎn)量及分布、草原旱蟲災(zāi)狀況等草原資源信息 ， 構(gòu)建數(shù)字化草原資源動態(tài)監(jiān)測信息平臺 ， 及時準確獲得草原資源變化的信息 ， 實現(xiàn)草原資源實時監(jiān)測與預(yù)警 ， 有效解決草原復(fù)雜性導(dǎo)致管理工作艱巨的難題。 草原管理信息化將成為內(nèi)蒙古國民經(jīng)濟信息化的重要組成部分，它將會把內(nèi)蒙古 草原畜牧業(yè)推進到其發(fā)展的最高階段，它是通過知識、信息技術(shù)的大量注入，使草原畜牧業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施裝備現(xiàn)代化，草原畜牧業(yè)技術(shù)操作自動化，草原畜牧業(yè)經(jīng)營管理信息網(wǎng)絡(luò)化。我們要迎接世界信息經(jīng)濟時代的挑戰(zhàn)，開展新的草原畜牧業(yè)科技革命，發(fā)展信息草原畜牧業(yè)，推進草原畜牧業(yè)信息化進程。探討草原畜牧業(yè)信息化的有關(guān)問題，推進草原畜牧業(yè)信息化，對于促進內(nèi)蒙古草原畜牧業(yè)健康、持續(xù)、快速發(fā)展具有重要意義 [2]。 2. 問題定義與分析 待解決 的具體問題 近些年來 ， 受氣候干旱、草場開發(fā)、超載過牧等因素影響 ， 內(nèi)蒙古草原 沙化、鹽漬化、石漠化 較為 嚴重。 國 家相繼出臺了一系列政策措施，不斷強化草原保護，大力推進草原重大生態(tài)工程建設(shè)，集中治理生態(tài)脆弱和嚴重退化草原。 總體看近年來通過實施京津風(fēng)沙源治理工程，天然草原保護和建設(shè)工程、退牧還草工程等生態(tài)建設(shè)項目，以及建立和完善基本草原保護、草畜平衡、禁牧休牧輪牧等制度，草原生態(tài)環(huán)境的保護和建設(shè)取得了明顯成效。特別是項目區(qū)草原生態(tài)狀況呈現(xiàn)區(qū)域性好轉(zhuǎn)，草地植被覆蓋度、草層高度、產(chǎn)草量較建設(shè)前均有大幅度提高。但由于歷史與現(xiàn)實、自然和人為因素的干擾和影響，全區(qū)廣大草原的生態(tài)環(huán)境形勢仍然很嚴峻。目前處在改善與惡化并存，局部好轉(zhuǎn)、 但整體惡化的趨勢還沒有得到根本性轉(zhuǎn)變。主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 一是，草原數(shù)量逐年減少 。 內(nèi)蒙古自治區(qū)是全國草原資源大區(qū) ， 上世紀 80年代以前，總面積達 億畝，占自治區(qū)國土面積的 %。據(jù) 2021 年遙感調(diào)查資料，內(nèi)蒙古現(xiàn)有草原面積為 億畝，近年來草原的面積仍在減少。草原面積逐年減少的主要原因：一是草原被墾為農(nóng)田， 80年代以前經(jīng)歷了 3 次大開墾， 80 年代再一次開墾；二是由于草原退化，植被覆蓋度降低到 5%以下，失去利用價值；三是適宜造林的草原變成林地；四是小城鎮(zhèn)、工礦及交通建設(shè)、旅游開發(fā)等占用草 原。 二是，草原質(zhì)量不斷下降 。 內(nèi)蒙古草原以水草豐美著稱于世，但由于自然和人為因素的共同作用，草原退化呈快速蔓延趨勢。據(jù)資料顯示， 60年代中后期退化加速；到 80年代退化面積達 37555萬畝，占可利用草地面積的 %；到 90年代末，草地退化面積達草地總面積的 73%。草地退化，造成草地質(zhì)量下降。主要表現(xiàn)在草群中優(yōu)良牧草的種類和數(shù)量大幅度減少，有毒有害及不可食的植物種類和數(shù)量增多，草群平均高度和覆蓋度下降，草原的單 [1] 摘自中國環(huán)境網(wǎng) [2] 陳智廣 .內(nèi)蒙古草原畜牧業(yè)信息化初探 [J].《前沿》 , 2021 年 (第 11期 ). 基于 3S 技術(shù)的草原管理信息 系統(tǒng)設(shè)計方案 5 位面積產(chǎn)草量大幅度降低 .。根據(jù)內(nèi)蒙古草勘院資料， 50年代內(nèi)蒙古草原平