【正文】 取、傳輸、存儲和處理等環(huán)節(jié)。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。信息處理設備包括彩色合成儀、 圖像判讀 儀和數字圖像處理機等。該技術被各行各業(yè)用于建立各種不同尺度的空間數據庫和決策支持系統，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。 近年來，也有稱 GIS為 “ 地理信息服務 ” （ Geographic Information service）。 GIS 技術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據庫操作（例如查詢 和統計分析等）集成在一起。 全球定位系統 GPS是以衛(wèi)星為基礎的無線電測時定位、導航系統 ， 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據 。 GPS導航系統 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 數據 就可知道接收機的具體位置。 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 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 導航電文 。 C/A碼頻率 ，重復周期一毫秒，碼間距 1微秒，相當于 300m； P 碼 頻率 ，重復周期 天，基于 3S 技術的草原管理信息 系統設計方案 3 碼間距 ，相當于 30m。 導航電文包括 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。 導航電文 每個主幀中包含 5個子幀每幀長 6s。后兩幀共 15000b。當用戶接受到 導航電文 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，再利用導航電文中的 衛(wèi)星 星歷數據推算出衛(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。我國草原分布廣泛，遍布各個省 (區(qū)、市 )。西藏、內蒙古、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 ％。重大生態(tài)工程區(qū)內植被組成發(fā)生顯著變化，多年生牧草增多，可食鮮草產量提高，有毒有害雜草數量下降，生物多樣性明顯好轉，區(qū)域生態(tài)顯著改善。特別是項目區(qū)草原生態(tài)狀況呈現區(qū)域性好轉，草地植被覆蓋度、草層高度、產草量較建設前均有大幅度提高。目前處在改善與惡化并存，局部好轉、但整體惡化的趨勢還沒有得到根本性轉變。 草原面積逐年減少的主要原因是草原被墾為農田 、 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、旅游開發(fā)等占用草原。 草地退化，造成草地質量下降 ， 主要表現在草群中優(yōu)良牧草的種類和數量大幅度減少，有毒有害及不可食的植物種類和數量增多，草群平均高度和覆蓋度下降，草原的單位面積產草量大幅度降低 .。 地荒漠化和沙漠化使地表失去了綠色植被的覆蓋，導致地下水位下降，大氣降水減少。 第四 ，草原生態(tài)功能降低 。受草原生態(tài)環(huán)境變劣的影響，內蒙古地區(qū)有些動、植物物種正在消失或減少。 長期以來，內蒙古草原畜牧業(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和生活方式轉變的嚴峻挑戰(zhàn)。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％。草原生態(tài)呈現“點上好轉、面上退化，局部改善、總體惡化”的態(tài)勢。 設計方案 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、草原管理工作復雜艱巨等問題，本課題研究目的就是運用 3S技術 ， 即遙感 (Remote Sensing)、地理信息系統 (Geographic Information System)和全球定位系統 (Global Position System)，建立一個草原信息綜合 管理系統， 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雜，草原生態(tài)環(huán)境治理艱難的草原難題。 草原管理信息化將成為內蒙古國民經濟信息化的重要組成部分，它將會把內蒙古 草原畜牧業(yè)推進到其發(fā)展的最高階段，它是通過知識、信息技術的大量注入，使草原畜牧業(yè)基礎設施裝備現代化，草原畜牧業(yè)技術操作自動化，草原畜牧業(yè)經營管理信息網絡化。探討草原畜牧業(yè)信息化的有關問題，推進草原畜牧業(yè)信息化，對于促進內蒙古草原畜牧業(yè)健康、持續(xù)、快速發(fā)展具有重要意義 [2]。 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，集中治理生態(tài)脆弱和嚴重退化草原。特別是項目區(qū)草原生態(tài)狀況呈現區(qū)域性好轉，草地植被覆蓋度、草層高度、產草量較建設前均有大幅度提高。目前處在改善與惡化并存，局部好轉、 但整體惡化的趨勢還沒有得到根本性轉變。 內蒙古自治區(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 %。草原面積逐年減少的主要原因：一是草原被墾為農田， 80年代以前經歷了 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、旅游開發(fā)等占用草 原。 內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。草地退化，造成草地質量下降。根據內蒙古草勘院資料， 50年代內蒙古草原平均產草量為 127公斤 /畝，到 80年代為 /畝， 30年來平均下降 %。 三是，草原生態(tài)環(huán)境變劣 。土地荒漠化和沙漠化使地表失去了綠色植被的覆蓋，導致地下水位下降，大氣降水減少。由于大氣干旱，降水減少，氣候干燥造成河水斷流，湖泊縮減或干涸。呼倫貝爾草原上的克魯倫河 2020年主汛期出現斷流，烏爾遜河至下游斷流干涸，著名的達賚湖（呼倫湖）水面縮減500平方公里，水位下降 4 米以上，周邊小型湖泊 80%干涸，周圍近 300 平方公里的濕地消失，湖底泥沙裸露并嚴重威脅著湖邊的草原。 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，使草地調節(jié)氣候、防風固沙、保持水土 、凈化空氣的功能明顯減退。如草原上優(yōu)良牧草中的羊草、黃花苜蓿、山厘豆等數量銳減；藥用價值較高的內蒙古黃芪、草麻黃也在明顯減少。綠色植物的減少，必然導致動物種類的衰敗和減少。 五是，牧民生產和生活受到嚴重挑戰(zhàn) 。據自治區(qū)農牧業(yè)經管站統計，近幾年我區(qū)牧民人均純收入的增速落后農民增速，目前有不少牧民負債經營。 從總體上看，內蒙古 草原生態(tài)狀況仍不容樂觀，管理工作復雜，草原生態(tài)環(huán)境治理任務十分艱巨。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、草原管理統一化、草原問題及時發(fā)現及時解決等問題，這是現今草原治理過程的重點和難點 。 在 從地理地貌上看，內蒙古高原東起 大興安嶺 和蘇克斜魯山，西至 甘肅省 河西走廊 西北端的馬鬃山，南沿長城，北接蒙古國。 內蒙古自治區(qū)內的大草原主面積 萬公頃，其中有效天然牧場 6818 萬公頃，占全國草場面積的 27%，是我國最大的草場和天然牧場。目前各個草原都是由該地區(qū)的相關部門管理，而這些管理部門管理方式 各異，相互之間的管理經驗交流較少。 這三大技術是 空間技術、傳感器技術、衛(wèi)星定位與導航技術和計算機技術 、 通訊技 術 相結合，多學科高度集成的對空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應用的現代信息技術。 這三者技術的集成運用也隨著科技的發(fā)展逐漸完善和實用。現代遙感技術主要包括信息的獲取、傳輸、存儲和處理等 環(huán)節(jié)。在民用方面，遙感技術廣泛用于地球資源普查、植被分類、土地利用規(guī)劃、農作物病蟲害和作物產量調查、環(huán)境污染監(jiān)測、海洋研制、地震監(jiān)測等方面。它具有全天候、全覆蓋、三維定點定速定時高精度、快速、省時、高效率等特點 ,且不受任何天氣的影響，應用廣泛，可移動定位，現在已經廣泛應用于農業(yè)勘測、車輛調度、監(jiān)控系統、道路施工等 。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，從而為土地利用、資源管理、環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、經濟建設、城市規(guī)劃以及政府部門行政管理提供新的知識，為工程設計和規(guī)劃、管理決策服務 。通過遙感技術、 全球定位系統 、地理信息系統的聯合工作和相互補充， 建立一個草原信息化管理系統，實現定點多方面 對草原進行 監(jiān)測管理。其中地理信息系統（ GIS）負責信息存儲、分析和綜合處理，遙感技術（ RS）負責大面積獲取 草原牧草長勢動態(tài)、牧草產量及分布、草原旱蟲災狀況等草原資源信息 ，全球定位系統（ GPS）負責快速定位和獲取草原某區(qū)域的空間數據，三者有機結合形成一個系統，實現各種技術的綜合。造成草原退化、沙化和荒漠化的最主要原因就是對草地資源的管理失當，而考究我國草地管理中采取了一些措施，如土地承包 、草畜平衡、劃區(qū)輪牧、休牧禁牧等等依然存在著諸多問題。 近些年來 ， 受氣候干旱、草場開發(fā)、超載過牧等因素影響 ，內蒙古草原沙化、鹽漬化、石漠化較為嚴重。 總體看近年來通過實施京津風沙源治理工程，天然草原保護和建設工程、退牧還草工程等生態(tài)建設項目，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)境的保護和建設取得了明顯成效 。但由于歷史與現實、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。主要表現在以下幾個方面： 第一， 草原數量逐年減少 。據 2020年遙感調查資料，內蒙古現有草原面積為 ，近年來草原的面積仍在減少。 第二， 草原質量不斷下降 。據資料顯示， 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%。主要 表現在草群中優(yōu)良牧草的種類和數量大幅度減少，有毒有害及不可食的植物種類和數量增多，草群平均高度和覆蓋度下降，草原的單位面積產草量大幅度降低 .。本世紀初草原載畜能力平均 畝 /羊單位，與 80 年代相比下降 %，與 60 年代相比下降 %。 據統計，本世紀初內蒙古荒漠化土地面積達 6224 萬公頃，占全區(qū)土地總面積的 %；沙化土地面積 4159 萬 公頃，占全區(qū)土地總面積的 %。與 50 年代相比，通遼市降水減少 102毫米，錫林浩特市減少 84毫米，巴音浩特減少 59毫米，而年平均氣溫分別上升 1度、 和 度。與 80年代相比河流水量減少三分之一。 第四， 草原生態(tài)功能降低 。受草原生態(tài)環(huán)境變劣的影響，內蒙古地區(qū)有些動、植物物種正在消失或減少。又如阿拉善地區(qū)梭梭林已由 50 年 ，額濟納旗的胡楊林也由 5萬公頃減少到 。野馬已在草原上消失，野巖羊、青羊、野駱駝數量銳減。其中，在草原生態(tài)系統服務功能和價值評估方面的研究，為人們認識草 原生態(tài)系統服務的重要性，加強草原生態(tài)系統的保育、退化草原生態(tài)系統的恢復和生態(tài)資產的增值具有重要的作用。作為目前對地觀測系統中空間信息獲取、存貯、管理、更新、分析和應用的 3大支撐技術，它們是現代社會持續(xù)發(fā)展、資源合理規(guī)劃利用、城鄉(xiāng)規(guī)劃與管理、自然災害動態(tài)監(jiān)測與防治等的重要技術手段， 被廣泛應用于資源與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測評價，例 如對城市生態(tài)系統、農業(yè)生態(tài)系統、森林生態(tài)系統、草原和荒漠生態(tài)系統的環(huán)境監(jiān)測中。現代遙感技術主要包括信息的獲取、傳輸、存儲和處理等環(huán)節(jié)。在民用方面，遙感技術廣泛用于地球資源普查、植被分類、土地利用規(guī)劃、農作物病蟲害和作物產量調查、環(huán)境污染監(jiān)測、海洋研制、地震監(jiān)測等方面。它具有全天候、全覆蓋、三維定點定速定時高精度、快速、省時、高效率等特點 ,且不受任何天氣的影響，應用廣泛，可移動定位，現在已經廣泛應用于農業(yè)勘測、車輛調度、監(jiān)控系統、道路施工等。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，從而為土地利用、資源管理、 環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、經濟建設、城市規(guī)劃以及政府部門行政管理提供新的知識，為工程設計和規(guī)劃、管理決策服務 [1]。在實際的應用中，較為常見的是 3S兩兩之間的集成，如 GIS/RS 集成， GIS/GPS 集成或者 RS/GPS 集成等，但是同時集成并使用 3S 技術的應用實例則較少。 RS與 GIS的集成是“ 3S” 集成中最重要也最核心的內容。反之，地理信息系統亦可為遙感技術的圖像處理提供所需要的一切輔助數據。 GPS和 GIS集成是利用 GIS中的電子地圖結合 GPS的實時定位技術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。通過 GIS系統，可使 GPS的定位信息在電子地圖上獲得實時、準確而又形象的反映及漫游查詢。 GPS與 RS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。 GIS、 RS、 GPS 的三者集成可構成高度自動化，實時化和智能化的地理信息系統，這種系統不僅能夠分析和運用數據，而且能為各種應用提供科學的決策依據，以解決復雜的用戶問題。一是以 GIS為中心的集成系統，目的主要是非同步數據處理，通過利用 GIS 作為集成系統的中心平臺，對包括 RS 和 GPS 在內的多種來源的空間數據進行綜合處理、 動態(tài)存貯和集成管理，存在數據、平臺（數據處理平臺）和功能三個集成層次，可以認為是 RS與 GIS集成的一種擴充。該模式要求多種信息采集和信息處