【正文】 第二，草原質(zhì)量不斷下降。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.。據(jù)統(tǒng)計，本世紀初內(nèi)蒙古荒漠化土地面積達6224萬公頃，%；沙化土地面積4159萬公頃，%。與80年代相比河流水量減少三分之一。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。在全球生態(tài)環(huán)境問題日益突出和可持續(xù)發(fā)展理念的背景下，生態(tài)服務功能及其評價的研究在全球得到了迅速的發(fā)展，國際和國內(nèi)基于各種時空尺度的自然資源價值評估工作以草地、森林、濕地、農(nóng)區(qū)、城市等不同類型的生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，從生態(tài)系統(tǒng)服務、自然資本、生態(tài)資產(chǎn)、生物多樣性等角度開展了大量研究，在相關(guān)理論、方法和應用的廣度與深度上取得了前所未有的進展。遙感技術(shù)RS是從遠距離感知目標反射或自身輻射的電磁波、可見光、紅外線目標進行探測和識別的技術(shù)。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS是一種結(jié)合衛(wèi)星及通訊發(fā)展的技術(shù)，GPS用于各類信息的空間定位，利用導航衛(wèi)星進行測時和測距。GIS、RS和GPS三者集成利用，構(gòu)成為整體的、實時的和動態(tài)的對地觀測、分析和應用的運行系統(tǒng)，提高了GIS的應用效率。對于地理信息系統(tǒng)（GIS）而言，遙感技術(shù)（RS）是其重要的外部信息源，是其數(shù)據(jù)更新的重要手段。從嚴格的意義上說，GPS提供的是空間點的動態(tài)絕對位置，而GIS提供的是地球表面地物的靜態(tài)相對位置，二者通過同一個大地坐標系統(tǒng)建立聯(lián)系。GPS的快速定位為RS實時、快速進入GIS系統(tǒng)提供了可能，其基本原理是用GPS/INS方法，將傳感器的空間位置（X，Y，Z）和姿態(tài)參數(shù)（δ，ω，K）同步記錄下來，通過相應軟件，快速產(chǎn)生直接地學編碼。二是以GPS/RS為中心的集成，它以同步數(shù)據(jù)處理為目的，通過RS和GPS提供的實時動態(tài)空間信息結(jié)合GIS的數(shù)據(jù)庫和分析功能為動態(tài)管理、實時決策提供在線空間信息支持服務。歐氏空間是對物理空間的一種數(shù)學理解與表達，是GIS中常用的一種重要空間。4. 設(shè)計方案的提出與構(gòu)想 解決問題的方案針對本課題研究的草原生態(tài)問題發(fā)現(xiàn)不及時、草原管理工作復雜等現(xiàn)實問題，我經(jīng)過研究相關(guān)文獻和技術(shù)后提出相應的解決方案如下：方案以遙感技術(shù)（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）等三大技術(shù)的相互集成作為技術(shù)依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)代先進的信息采集和信息通訊技術(shù)，建立一個草原信息綜合管理平臺，實現(xiàn)定點對多點的實時監(jiān)測管理。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。該信息系統(tǒng)是本方案設(shè)計的核心，它接收遙感系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)所采集的信息，結(jié)合相關(guān)知識和專家意見，對這些信息進行儲存、管理、運算、分析、顯示和描述。其中地理信息系統(tǒng)（GIS）負責信息存儲、分析和綜合處理，遙感技術(shù)（RS）負責大面積獲取草原牧草長勢動態(tài)、牧草產(chǎn)量及分布、草原旱蟲災狀況等草原資源信息，全球定位系統(tǒng)（GPS）負責快速定位和獲取草原某區(qū)域的空間數(shù)據(jù)，三者有機結(jié)合形成一個系統(tǒng)，實現(xiàn)各種技術(shù)的綜合。（1）RS與GIS集成RS與GIS的集成是“3S”集成中最重要也最核心的內(nèi)容。因而由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的差異，圖像數(shù)據(jù)庫和圖形數(shù)據(jù)庫之間的集成也是兩者集成的難點。（2）GPS與GIS集成GPS和GIS集成是利用GIS中的電子地圖結(jié)合GPS的實時定位技術(shù)為用戶提供一種組合空間信息服務方式，通常采用實時集成方式。兩者集成的主要內(nèi)容有多尺度的空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)，金字塔和LOD空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)，真四維的時空GIS和實時數(shù)據(jù)庫更新等。丹麥覆蓋全國的VRS網(wǎng)絡是全球第一個VRS網(wǎng)絡,1999年就已建成。（3）GPS與RS集成兩者集成的主要目的是利用GPS的精確定位解決RS定位困難的問題，GPS作為一種定位手段，可應用它的靜態(tài)和動態(tài)定位方法，直接獲取各類大地模型信息，既可以采用同步集成方式，也可以采用非同步集成方式。將GPS、INS和激光測距技術(shù)進行集成得到機載掃描激光地形系統(tǒng)已成為國內(nèi)外遙感界研究的熱點。一是以GIS為中心的集成系統(tǒng)，目的主要是非同步數(shù)據(jù)處理，通過利用GIS作為集成系統(tǒng)的中心平臺，對包括RS和GPS在內(nèi)的多種來源的空間數(shù)據(jù)進行綜合處理、動態(tài)存貯和集成管理，存在數(shù)據(jù)、平臺（數(shù)據(jù)處理平臺）和功能三個集成層次，可以認為是RS與GIS集成的一種擴充。為利用“3S”技術(shù)對可持續(xù)發(fā)展的研究提供了范例。各種來源的信息集成處理框架RS、GPS、GIS整體集成GPS與GIS集成RS與GIS集成RS與GPS集成RS數(shù)據(jù)庫GPS數(shù)據(jù)庫GIS數(shù)據(jù)庫 各種來源的信息集成處理框架建筑設(shè)施總體框架RS雷達GPS雷達信息綜合管理平臺GIS系統(tǒng)信息處理注：紅線表示草原地理位置信息流；黑線表示草原動態(tài)信息流。遙感技術(shù)和全球定位系統(tǒng)的協(xié)同工作實現(xiàn)草原區(qū)域地理位置與該區(qū)域的草原動態(tài)信息的對應關(guān)系。 方案的技術(shù)內(nèi)涵與邏輯方案以遙感技術(shù)（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）等三大技術(shù)的相互集成作為技術(shù)依據(jù)。軟件技術(shù)條件的實現(xiàn)本系統(tǒng)通過采集草原數(shù)據(jù)信息，對信息進行儲存、管理、運算、分析、顯示和描述，并最終反饋給管理層，因此其軟件結(jié)構(gòu)包括用戶界面、應用軟件、基本功能軟件、標準軟件、系統(tǒng)庫和操作系統(tǒng)等。這些設(shè)備的組合使用方式參見下圖。在實際使用過程中，根據(jù)當?shù)夭菰瓍^(qū)域劃分情況、相關(guān)政策和經(jīng)濟情況，可建立一個或者多個信息綜合管理平臺。6. 設(shè)計方案科學與技術(shù)原理解析 設(shè)計方案的技術(shù)原理方案以遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）等三大技術(shù)的相互集成作為技術(shù)依據(jù)。柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用格網(wǎng)單元的行和列作為位置標志符，以描述格網(wǎng)單元內(nèi)的某些特性，一般包括DEM、遙感數(shù)據(jù)、航測數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)等。柵格數(shù)據(jù)為按給定間距排列的陣列數(shù)據(jù)，基本信息單元由數(shù)據(jù)點的空間位置和數(shù)據(jù)信息構(gòu)成，數(shù)據(jù)信息可以是高程、遙感圖像的RGB值或其它信息。其基本設(shè)計思想是將整個過程分為前后臺2層界面，后臺為存儲界面，前臺為顯示界面；在存儲界面上，2種數(shù)據(jù)分別存放；在顯示界面上，2種數(shù)據(jù)結(jié)合起區(qū)域圖幅1要素層2圖幅2圖幅3要素層3要素層1目標2目標3目標1 矢量數(shù)據(jù)信息層次的劃分來進行一體化顯示、分析。而柵格數(shù)據(jù)圖象顯示比例尺要求不太嚴格，通常按象素(數(shù)據(jù)點)顯示，一般圖象顯示時數(shù)據(jù)象元與物理顯示設(shè)備(如屏幕)的象素點一一對應，即柵格圖象顯示比例尺與物理顯示設(shè)備象素點實際大小相關(guān)，由此所造成的失真通?？梢院雎浴?GIS的空間模式歐氏空間是對物理空間的一種數(shù)學理解與表達，是GIS中常用的一種重要空間。（1）點目標在歐氏空間中，點用一組惟一的實數(shù)對（x, y）標識，x、y分別為其橫、縱坐標值，所有這樣點的集合就是一個笛卡爾平面，記為 R2。在笛卡爾平面中，線目標被定義為點集合。直線還可以用一個簡單的二維公式ax + by = k來描述，而ax2 + bxy + cy2 = k則可以描述更加復雜的線目標，如圓、橢圓、多邊形的邊界等。凸多邊形是指任意兩頂點間的連線均在多邊形內(nèi)，即從凸多邊形內(nèi)部的任何一個點看其他各點都是可見的；凹多邊形是指任意兩頂點間的連線不全都不在多邊形內(nèi)的部分，也叫星多邊形，一個星形的多邊形缺點就是從多邊形的任何一個點來看至少有一個點不可見；含內(nèi)環(huán)的多邊形則是指多邊形內(nèi)再套有多邊形，多邊形內(nèi)的多邊形也叫內(nèi)環(huán)，內(nèi)環(huán)之間不能相交。平移只將整個平面的所有點都向某個方向移動，例如平面內(nèi)的點（x, y）經(jīng)平移后的坐標變?yōu)椋▁ +a, y +b），這里a和b是常數(shù)。對于平面內(nèi)任一點（x, y），經(jīng)縮放轉(zhuǎn)換后坐標變?yōu)椋╝x, by），a、b為變換比例。其基本思想是在一個燈光源上將一幅圖投影到一個屏幕上。此外，技術(shù)的實現(xiàn)還需要解決系統(tǒng)對草原信息的采集與分析方法、地理信息系統(tǒng)（GIS）的空間數(shù)據(jù)組織形式的問題?？臻g特征又稱為幾何特征或定位特征，一般以坐標數(shù)據(jù)表示，例如笛卡爾坐標等；屬性特征表示實際現(xiàn)象或特征，例如變量、級別、數(shù)量特征和名稱等等；時間特征指現(xiàn)象或物體隨時間的變化，其變化的周期有超短期的、短期的、中期的、長期的等等。第一，購買與該技術(shù)相對應的硬件設(shè)備。用戶界面主要是面向管理層的，草原管理部門需要了解草原的各個區(qū)域牧草長勢動態(tài)、牧草產(chǎn)量及分布、草原旱蟲災狀況等草原資源信息，因此該界面需要提供信息查詢、信息結(jié)果顯示和一些基本的反饋的功能；應用軟件、基本功能軟件、標準軟件共同擔負著草原各種信息的管理、運算、分析和描述等過程，是整個系統(tǒng)的核心工作內(nèi)容；系統(tǒng)庫負責數(shù)據(jù)信息的存儲；操作系統(tǒng)則是實現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)板塊之間聯(lián)系的操作平臺，控制其他程序的運行并為用戶提供交互操作界面。在數(shù)據(jù)信息的顯示過程中，還要對柵格數(shù)據(jù)進行處理，使之與矢量數(shù)據(jù)匹配，這在上文有詳細描述。 關(guān)鍵技術(shù)原理驗證實驗 實驗目的利用MATLAB軟件協(xié)助GIS系統(tǒng)進行地形繪圖。不過，三維圖形能夠設(shè)置和標注更多的元素，如顏色過渡、光照和視角等。[X,Y]=meshgrid(x,y)。,[1 ])lighting gouraudmaterial metal設(shè)置光源位置和類型對表面圖和三維片塊模型還可以設(shè)置反射特性設(shè)置坐標軸刻度和比例axis squareset(gca,39。)設(shè)置坐標軸范圍、刻度和比例標注圖形Xlabel(39。)colorbar設(shè)置坐標軸標簽、標題等標注元素保存、打印或?qū)С鰌rint將繪圖結(jié)果打印或?qū)С鰹闃藴矢袷綀D像柵格數(shù)據(jù)點的產(chǎn)生在繪制網(wǎng)格曲面之前，必須先知道各個四邊形頂點的三維坐標值。在使用該命令的時候，需要說明以下兩點：（1）向量x和y向量分別代表三維圖形在X軸、Y軸方向上的取值數(shù)據(jù)點；（2）x和y分別是1個向量，而X和Y分別代表1個矩陣。其實，這種格式的命令相當于執(zhí)行了下面兩條命令：[X,Y]=meshgrid(x,y)mesh[X,Y,Z,C](3)在命令格式[Z,C]和mesh(Z)中，若參數(shù)Z是維數(shù)為mn的矩陣，則繪圖時的柵格數(shù)據(jù)點的取法是：x＝1：n；y＝1：m。[X,Y]=meshgrid(x,y)。設(shè)置視點位置三維圖形在不同位置察看會看到不同的側(cè)面和結(jié)果，因此，設(shè)置一個能夠察看整個圖形最主要的特性的視角，在三維圖形的察看中是重要的。 實驗驗證過程全球定位系統(tǒng)（GPS）采集的地理位置信息數(shù)據(jù)是三維點坐標數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以經(jīng)過擬合成函數(shù)的形式。全球定位系統(tǒng)系統(tǒng)將采集的地理數(shù)據(jù)進行擬合等初步處理后，存儲在特定的數(shù)據(jù)庫中，而地理信息系統(tǒng)從該數(shù)據(jù)庫中提取地理函數(shù)數(shù)據(jù)，對提取的函數(shù)進行整理、繪圖、描述等工作。網(wǎng)格曲面 視角139。網(wǎng)格曲面 視角239。 實驗結(jié)果結(jié)論：地理信息系統(tǒng)可以借助MATLAB軟件進行地形圖的繪制，圖像可觀、清晰，還可以隨意轉(zhuǎn)換視角，有助于管理者參閱和決策。要解決草原生態(tài)問題，就要先解決草原生態(tài)實時監(jiān)測、草原管理統(tǒng)一化、草原問題及時發(fā)現(xiàn)及時解決等問題，這是現(xiàn)今草原治理過程的重點和難點。地理信息系統(tǒng)（GIS）為該系統(tǒng)設(shè)計的核心，負責接收遙感系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)所采集的信息，結(jié)合相關(guān)知識和專家意見，對這些信息進行儲存、管理、運算、分析、顯示和描述。本方案軟件結(jié)構(gòu)包括用戶界面、應用軟件、基本功能軟件、標準軟件、系統(tǒng)庫和操作系統(tǒng)等；硬件設(shè)施除基本的網(wǎng)絡常規(guī)設(shè)備外，還包括GPS、全站儀、解析和數(shù)字攝影測量儀器、全數(shù)字攝影測量工作站、遙感與遙感圖象處理系統(tǒng)等。本方案的實現(xiàn)將會解決許多現(xiàn)今草原生態(tài)系統(tǒng)中出現(xiàn)而且難以解決的問題，如草原生態(tài)信息難于監(jiān)測、草原管理難于統(tǒng)一、草原問題難于及時發(fā)現(xiàn)并解決等。方案關(guān)鍵技術(shù)原理是：遙感技術(shù)（RS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）分別對草原的動態(tài)數(shù)據(jù)信息和地理數(shù)據(jù)信息進行采集并傳輸給地理信息系統(tǒng)；地理信息系統(tǒng)（GIS）則是負責后續(xù)的數(shù)據(jù)信息處理、存儲和數(shù)據(jù)信息的輸出等操作。遙感技術(shù)和全球定位系統(tǒng)的協(xié)同工作實現(xiàn)草原區(qū)域地理位置與該區(qū)域的草原動態(tài)信息的對應關(guān)系。方案以遙感技術(shù)（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）等三大技術(shù)的相互集成作為技術(shù)依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)代先進的信息采集和信息通訊技術(shù)，建立一個草原信息綜合管理平臺，實現(xiàn)定點對多點的實時監(jiān)測管理。近十幾年以來，草原沙化、鹽漬化、石漠化日益嚴重，國家相繼出臺了一系列政策措施，集中治理生態(tài)脆弱和嚴重退化草原。陰影曲面 視角239。陰影曲面 視角139。[x,y]=meshgrid(t)z = x.*exp(x.^2 y.^2)。已知點集的擬合過程可以運用MATLAB軟件的polyfit命令實現(xiàn)。view函數(shù)的常用語法格式如表72。（2）surf命令與mesh命令的區(qū)別是前者繪制的是三維陰影曲面，而后者繪制的是三維網(wǎng)格曲面。x=1:n。參數(shù)C表示網(wǎng)格曲面的顏色分布情況，若省略該參數(shù)則表示網(wǎng)格曲面的顏色分布與Z方向上的高度值成正比。這里所使用的(x, y)二維坐標值是一種柵格形的數(shù)據(jù)點，它可由MATLAB所提供的meshgrid產(chǎn)生。)Ylabel(39。,39。三維曲線圖用一般的數(shù)組創(chuàng)建即可三維網(wǎng)線圖和三維表面圖的創(chuàng)建需要通過meshgrid創(chuàng)建網(wǎng)格數(shù)據(jù)圖形窗口和繪圖區(qū)選擇figure創(chuàng)建繪圖窗口和選定繪圖子區(qū)繪圖surf(X,Y,Z)創(chuàng)建三維曲線圖或網(wǎng)線圖、表面圖設(shè)置視角view([75 25])設(shè)置觀察者查看圖形的視角和Camera屬性設(shè)置顏色表colormap hsvshading interp為圖形設(shè)置顏色表，從而可以用顏色顯示z值的大小變化對表面圖和三維片塊模型還可以設(shè)置顏色過渡模式設(shè)置光照效果light(39。表格 71 三維繪圖基本流程三維繪圖基本流程M代碼舉例備注數(shù)據(jù)準備x=8::8。MATLAB三維繪圖基本流程介紹MATLAB中的三維圖形包括三維折線及曲線圖、三維曲面圖等。歐氏空間模式分為平面和立體兩種，可以看作是描述空間的坐標模型。在矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，地理實體用一系列