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1、第一章 绪 论1.1 荒漠化监测的概念、目的及意义1.1.1 荒漠化监测的概念荒漠化是指包括气候变化和人类活动在内的多种因素造成的干旱、半干旱及亚湿润干旱区的土地退化”。荒漠化监测是人类对全球或某一地区的干旱、半干旱及亚湿润干旱区因气候变动、人类活动及其它因素引发的土地退化现象，采取某些技术手段就人类所关心的、可以反映土地退化现象的某些指标进行定期、不定期观测，并以某种媒介形式进行公布的活动。1.1.2 荒漠化监测的目的（1）通过监测，可以及时、准确地了解和掌握荒漠化土地的现状、动态及其防治所需要的信息；（2）向各级政府和计划部门提供宏观决策的依据；（3）为防治荒漠化及防沙治沙制定和调整政策、
2、计划和规划，保护、改良和合理利用国土资源，实现可持续发展战略提供基础数据；（4）履行联合国防治荒漠化的公约，开展国际交流与合作的需要。（1）监测重点：首先着眼于国内防沙治沙和荒漠化土地开发利用对监测信息的需要，特别是在亚湿润干旱气候条件下，农林牧交错地区的沙区资源的合理开发应是监测的重点。（2）标准与国际接轨：在联合国防治荒漠化公约的定义、目标与原则指导下，使监测的对象、内容和标准与国际上接轨。（3）监测的本底：监测将以全国沙漠化普查工作为起点和基础，普查的图件与数据成果将做为监测对象本底的重要组成部分。（4）技术目标：常规技术与高技术相结合，通过试验研究，逐步实现以高技术为主要监测手段的技术
3、目标。1.2 荒漠化监测的对象、范围及内容1.2.1 荒漠化监测的对象荒漠化监测的对象取决于监测之目的。荒漠化监测的对象就应该包括荒漠化本身及其荒漠化防治工程，以及与此相联系的生态、经济和社会的各个方面。或者说是监测荒漠化的正（逆）过程、影响因素和综合效应。1.2.2 荒漠化监测的范围监测的范围原则上在荒漠化潜在发生区，即联合国防治荒漠化公约中荒漠化定义所规定的干旱、半干旱和亚湿润干旱区内进行，全国荒漠化监测范围为湿润指数在0.05-0.65之间的地区。考虑到我国荒漠化的发生特点及防治的需要，全国沙化监测范围为所有分布有沙化土地和有明显沙化趋势的土地的地区；极端干旱区也应作为监测的范围之一。1
4、.2.3 荒漠化监测的内容荒漠化是由于气候变异与人类活动等种种因素作用下造成的干旱、半干旱和亚湿润干旱区的土地退化，而土地是由土壤、植被、其他生物区系和在该系统中发挥作用的生态和水文过程组成的陆地生物生产力系统。荒漠化监测是对整个土地系统的监测，所以，荒漠化监测所包括的内容可归纳为生物物理和社会影响两个方面，具体分为: （1）土壤方面：包括土壤类型，土层厚度，土壤结皮，土壤质地，土壤结构，土壤pH值，土壤含盐量，土壤有机质含量，土壤N 、P、 K含量，土壤风蚀量；（2）植被方面：包括植被类型，群落种类组成与结构，覆盖度，生产力，生物量，指示性植物；（3）水文方面：包括水源补给，水质，地下水水位
5、，土壤含水量，地表水域，沼泽化程度，排水能力；（4）地质地貌：包括地貌类型，基岩出露与类型，沉积物质，海拔高度，坡度、坡向，侵蚀与切割程度；（5）气候气象：包括日照时数，无霜期，温度（平均温度、极端温度、积温），湿度，风（平均风速、起沙风速、沙尘暴、风向），降水（平均降水量、降水变率、大雨或暴雨），蒸发量；（6）社会经济：包括土地利用状况（农林牧比例、灌溉方式、耕作方式、城市化、旅游、开矿、工程项目），土地利用强度（土地利用率、土地生产力、人口密度、牲畜密度、土地垦殖率、防护措施），能源条件，交通条件，人民生活水平，受教育程度。第二章 荒漠化监测的理论基础2.2 地图投影地图是将呈球面的地球表
6、面在平面上进行表示的一种图示形式。尽可能减少误差以便将地物的形状、位置在平面上进行表示的方法，称为地图投影。地图投影就是在平面上将地球上的经纬线加以表示的一种方法。2.2.1地图投影变形在地图投影时，把球面上的经纬线网转换到投影平面上，转换后的地图上的经纬线网格必然产生变形，这种变形称为地图投影变形。这种变形主要反映在三个方面，即长度变形、面积变形和角度变形。长度变形指投影后地图上不同地点和不同方位上的地球表面实际距离与相应图面距离的比值（比例）各不相同，从而无法从地图上量算和比较不同地点和不同方位的景物之间的距离的变形。面积变形是指投影所得地图上的面积比例随地点而改变，其结果是导致不能在地图
7、上量算和比较景物所占的面积。角度变形是指地图上角度同相应景物在球面上的相应角度不相等，例如在地球仪上成直角的经线和纬线，在地图上经纬线不成直角。要完全消除投影变形是不可能的。投影时只能根据地图的应用目的，牺牲上述三个变形中某个方面的精度要求。2.2.4 投影转换实际从事荒漠化监测工作时，在下述一些情形下可能要进行投影转换：（1）从事跨区域的荒漠化监测工作，而不同的区域采用的是不同的投影系时；（2）监测中使用不同时期的图形资料，而两个或几个时期的地图投影不同时；（3）当监测是由小区域的大比例尺做起，最后汇总到省（区）乃至全国一级时；（4）使用GPS接受器没有将WGS-84坐标转换为你正在使用的坐
8、标时；（5）当需要同时使用这两种全球定位系统（美国的GPS与前苏联的GLONASS）以提高精度时。2.2.5 我国主要应用的投影方法：高斯克吕格投影高斯克吕格投影的主要优点为：等角性质，适于系列比例尺地图的编制与使用；经纬网与直角坐标的偏差不大，便于阅读使用；计算工作量小，直角坐标和子午收敛角值只需计算一个带，全球可通用。因此，我国各种大中比例尺地形图均采用该投影方法。其中万分之一地形图采用3带，二万五千分之一至五十万分之一地形图采用6带。2.3 比例尺与地图分幅 按比例尺的大小可以将地图分为大、中、小比例尺三类，具体标准如下所示：大比例尺地图：比例尺大于或等于1:10万的地图；中比例尺地图：
9、比例尺在1:10万到1:100万的地图；小比例尺地图：比例尺在小于或等于1:100万的地图。 基本比例尺地形图的分幅、编号是在国际规定的1:100万地形图基础上，按经纬度进行分幅和编号的。第三章 荒漠化监测方法荒漠化监测可以分为地面监测、空中监测和卫星监测三种方法。地面监测又称人工监测，后两种方法又称遥感监测。3.1 地面监测地面采样技术是生态专家传统采用的技术，它主要是通过人工地面观察、测量和建立生态监测站的方法进行。目前这些技术仍是非常重要的，主要原因有以下三点：（1）可提供详细的情况；（2）可提供“地面-真实”测定结果，其结果可用来建立飞机和卫星提供的大部分遥感数据的准确性；（3）用来帮
10、助解释这些数据。迄今仍然存在某些只有从地面对它们进行监测才有最好效果的属性。这些属性包括降雨量、土壤湿度以及其它许多环境与社会因素。人工方法的缺点是，需要动用大批人力物力，时间长，进度慢，受主观影响较大。航空遥感的特点：（1）机动灵活（2）观测范围比地面监测宽阔（3）测量精度高（4）资料回收较容易因此航空遥感得到比较广泛的应用，特别适合于局部地区的观测和荒漠化监测。航天遥感的特点：（1）高度高（2）观测范围大（3）监测速度快（4）可以观测到传统方法无法观测的现象，大大开阔了人们的眼界，加深了对某些自然现象的认识（2）目视解译方法遥感图像所对应的地理环境是一个错综复杂的大系统。这个系统是多层次、
11、多要素且不断运动变化的。各子系统既互相独立又相互联系、相互依存。要认识它们，必须灵活运用各种直接和间接的解译标志，才能得出合乎实际的解译结果。关于解译标志的运用，可归纳出以下几种方法：直接判读法：直接通过遥感图像的解译标志，就能确定目标物的类型和属性的方法。一般具有明显形状、色调特征的地物和自然现象，例如河流、湖泊、房屋、居民区等均可用直接判读法辨认。对比分析法：将要解译的遥感图像，与另一已知的遥感图像样片进行对照，确定目标物属性的方法。它还包括不同种类的遥感图像的对比（如卫片与航片）和同一时相不同波段的图像的对比。逻辑推理法：它是借助各种地物或自然现象之间的内在联系，用逻辑推理方法，间接判断
12、目标物的类型和属性的方法。显然，进行逻辑推理的过程中，判读人员的专业知识与经验是很重要的。判读人员的知识和经验愈丰富，就能从容易被人们忽视或难于发现的潜在或微小的图像差异中，寻找出目标物的依据来，从而提取出更多的有用信息。上述几种方法在具体运用中很难完全分开，总是交错在一起的，只不过在解译过程中某一方法占主导地位而已。（3）目视解译程序资料准备阶段：针对研究对象的需要选择遥感图像的时相和波段，确定图像处理方案和比例尺。收集工作地区及邻近地区的各种图件（地形图、各种专题地图或其它遥感图像）、文字材料、典型地物的光谱曲线等。在分析已有的各种资料的基础上，建立解译标志。初步解译阶段：以建立的解译标志
13、为基础，根据解译的任务和内容分项进行解译。解译时需遵循从已知到未知，先易后难，从大到小逐级划分的原则，依次进行。重点地区或难于解译的部分可参考相应的航片或已知的地面资料。野外调查阶段：初步解译的结果，一方面要到野外验证，另一方面要对解译时把握不大和有疑点的地方到野外进行核对。野外实际调查包括航空目测、地面路线考察、定点采集样品（如岩石标本、植被样方、土壤剖面、水质等）和野外地物波谱测定。并向当地有关部门了解区域发展历史和远、近期规划，收集区域自然地理背景材料和国民经济统计数据、农事历等。详细解译阶段：根据实况调查资料，全面修正初步解译结果，提高解译可信度，对详细解译图可再次进行野外抽样调查或重
14、点调查，确认可信度，直到满意为止。制图阶段：遥感图像的目视解译的成果，一般是以图的形式提供的。目视解译图，可由人工描绘制图，也可在人工描绘基础上进行光学印刷制图，或计算机制图。无论哪一种制图都要符合制图精度要求。图形数据是通过对地形图和各种专题地图的数字化操作来获取的，它是荒漠化监测信息系统最大量、最基本的数据，多为矢量形式。图像数据主要由航空和航天遥感得到的数据，以栅格形式表达。统计数据从对荒漠化的周期性和专门性的调查获得，多为空间定位型关系数据。属性数据是用于描述上述图形和图像实体的属性，多为数字型和字符数据。还有其他诸如对荒漠化历史和现状的描述数据，对规划和知识的表达等方面数据。3.5.
15、3 GPS技术3.5.3.1 GPS的基本概念全球定位系统GPS(Global Positioning System)是建立在无线电定位系统、导航系统和定时系统基础上的空间导航系统。可实现动态测量。GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。3.5.3.2 GPS在荒漠化监测中应用的技术步骤（1）确定固定样线的位置在荒漠化监测中，固定样线布设在调查总体1：5万或10万的地形图公里网交叉点上。在进行实测样线调查时，先要在地形图上查找样线附近有没有永久地物标，有永久地物标的样线，现地采用引点方法确定样线位置；没有永久地物标的，就要采用GPS的导航来确定样线位置。实际操作中，GARMIN GPS12的坐标输入是很简单的。在“功能设定”界面，将光标移到“航点”项，按“输入”进入。此时进入到“航点”界面，界面上第一行是输入航点名称，输入后按“输入”键确定。第二和第三行为公里网的纵坐标和横坐标，在输入时要注意坐标的位数，GPS显示的坐标的最小位是米。输入后将光标移到“完成”按“输入”键将点存入。如果要再输入新点，则可利用“航点”界面，选择要去的航点，按“输入”键确定。此时，导航界面自动出现，显示出航点的方位角，与现在所在地的直线距离，行进的方向和速度，按现在的速度到达航点所需要的时间。而且它有罗盘导航和公路导航两种形式，使导航更为直观。在距离航点大约10
