火灾遥感监测的原理和方法范文

导语：如何才能写好一篇火灾遥感监测的原理和方法，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：遥感 森林资源 调查

遥感作为获取地球表面时空多变要素的先进方法，是地球系统的科学研究的重要组成部分，是对全球变化进行动态监测不可替代的手段。利用遥感技术进行森林资源管理、抽样调查、航片判读、监测森林火灾和病虫害有十分重要的意义。20世纪70年代末至80年代初，许多林业先进的国家把航天遥感用于森林资源调查和森林灾害监测。林业遥感具有宏观性、获取信息快、重复周期短和成本低等特点。航空遥感已成为森林调查和灾情监测的必要手段。航天遥感已在全国性或大面积林区的森林资源清查和灾情监测得到应用，都具有广阔的发展前景。

1、遥感技术的分类

按遥感平台的高度和特点，一般分为航天遥感、航空遥感、近地遥感。①航天遥感。又称卫星遥感。指轨道高度在100000米以上的人造卫星、航天飞机和天空实验室等遥感。由于轨道高度和遥感对象不同，遥感器的地面分辨率和可能识别的地物大小也不同。例如，用于监测大气活动的气象卫星所获取的遥感图像的地面分辨率为1.1～1.4公里；用于资源勘测与环境监测的陆地卫星或资源卫星为20、30、80米不等；适用于资源详查和城市、海岸带研究的回收型卫星或航天飞机一般可达 5～10米。②航空遥感。利用飞机携带遥感仪器的遥感，包括距地面高度600～10000米的低、中空遥感和10000～25000米的高空、超高空遥感，可获取分辨率很高、波谱信息很丰富的照片或扫描图像。由于航空遥感继承并发展了航空摄影测量学的原理和方法，因而具有较高的定位精度和编制大比例尺系列专题地图的功能。但是，航空遥感覆盖的地区较小，技术处理过程较复杂，生产周期较长，主要适用于城市管理、工程设计、污染监测和灾情调查等方面。③近地遥感。指距地面高度在1000米以下的系留气球（500～1000米）、遥感铁塔（30～400米）、遥感长臂车（8～25米）等的遥感，主要用于对大气辐射订正和光谱特性测试，以辅助高空遥感器的波谱选择、辐射订正和为图像判读分析提供参考。遥感铁塔还可用于海面污染和森林火灾监测。另外，有火箭和高空气球遥感，这些一般只作为一种辅助手段，以快速获取短暂的局部性的大气或地面信息。

按电磁波的波谱范围，遥感可分为可见光遥感、红外遥感、紫外遥感、微波遥感、超短波遥感和多谱段遥感。①可见光遥感。用分波段照相机或用多波段扫描仪采集0.34～0.76微米波段的信息。主要用于立体摄影测量、资源调查、军事侦察等。②红外遥感。指利用波长0.76～3.0微米的近红外和波长3.0～15微米的远红外波段的遥感。红外遥感对地表热力场和植物叶绿素含量特别敏感，温度分辨率可达0.1～0.2℃。用于城市热岛、温泉、海面温度、埃尔尼诺现象、海洋中的淡水涌泉、海冰、积雪、冰川和湖泊的观测，以及森林、草场、作物长势的分级和湖泊富营养化、海面赤潮、海洋初级生产力的估算等。③紫外遥感。利用波长0.3～0.4微米的紫外波段的遥感，主要用于大气和海洋温度场的探测。④微波遥感。利用 1～1000毫米波段的遥感。具有全天候工作和穿透云层、干冰、沙漠和植被的功能，但空间分辨率低。可用于地质勘探、资源调查等。⑤多谱段遥感。利用几个不同波段范围，同时对某一地物或地区进行遥感，对获得的信息加以组合，以获取有关物体的更多的信息。⑥超短波遥感。利用超短波的 α射线和X射线的遥感。如拖曳于海底的α射线探测仪，用于海底沉积和基岩剖面的探测。⑦激光遥感。用于大地测量的卫星定位、活动断层地形变化和 40～200米以内水下地形的测绘等。

2、林业遥感的应用范围

20世纪20年代开始试用航空目视调查和空中摄影；30年代采用常规的航空摄影编制森林分布图；40年代航空像片的林业判读技术得到发展，开始编制航空像片蓄积量表；50年展了航空像片结合地面的抽样调查技术；60年代中期，红外彩色片的应用促进了林业判读技术的进步，特别是树种判读和森林虫害探测；70年代初，林业航空摄影比例尺向超小和特大两极分化，提高了工作效率，与此同时，陆地卫星图像在林业中开始应用，并在一定程度上代替了高空摄影；70年代后期，陆地卫星数据自动分类技术引入林业，多种传感器也用于林业遥感试验；80年代，卫星不断提高空间分辨率，图像处理技术日趋完善，伴随而来的是地理信息，森林资源和遥感图像数据库的建立。抽样调查中，观测和调查的单位是单元。单元的集合体称总体。总体的范围可以大至全国，小至一个林分。总体和单元的划分关系到调查成本，乃至调查的成效。为了获得部分单元的观测值，用以推断总体，先要抽取部分单元组成样本。这些组成样本的每个单元称样本单元。样本单元的基本形式有样地、样木、样线和样点，常被用作调查方法的名称，如带状样地调查，点抽样等。

2.1 森林经理调查

运用航空像片按调查因子判读（见航空像片森林判读）勾绘小班轮廓，估测小班蓄积量。常用的方法有：①典型选样法。在像片上选取足够数量有代表性的样点，然后持像片到样点实测各项林分调查因子，计算出小班各因子的平均值和蓄积量；②样地实测法。在勾绘的小班内设置带状或方形样地，进行每木检尺，然后计算样地和每公顷蓄积量；③分层抽样法。根据航空像片上林分影像特征进行分层（即分类型），判读勾绘分层小班，应用分层抽样法（见森林抽样调查）估测总体森林蓄积量；④像片判读与实测回归法。即利用航空像片判读蓄积量与地面实测蓄积量进行回归估计；⑤多元回归估测法。选择影响森林蓄积量并能在航空像片上判读的各种数量因子，建立多元线性回归方程，然后根据小班判读因子估测小班蓄积量。

2.2 森林火灾和病虫害探测

利用遥感技术可以观察火灾发生条件，有利于尽早发现火情，以便及时采取预防救灾措施。主要包括下列内容：①森林火灾等级划分。即为调查森林火灾在地域上分布的特点而进行的大区域宏观分类。可根据森林植被、气候状况及火源分布，利用卫星图像目视判读划分；也可利用近红外波段影像对林区水热分布状况反应比较灵敏的特性，应用电子计算机数字图像处理，提取植被、气候和火源分布的信息划分火险区。最后根据所获得的有关森林植被易燃性能、燃烧环境的和火源密度等信息，综合确定火险等级，编绘森林火灾危险分类图。②森林火灾探测。应用分辨率较高的双通道红外扫描探测仪探测火情，仪器上采用3～4微米和8.5～11微米两个波段探测装置，可从5000米高空探测到0～50℃森林背景中0.09平方米的600℃火场目标，既能探测林火，又能扫描成图显示火情图像。将仪器安装在森林防火巡逻的飞机上，可以监视森林火灾的蔓延发展情况，能够发现地面上直径6米的火情，以至地表下腐殖层里的火情。③森林火灾损失调查。森林植被火烧以后，地被波谱发生变化，在陆地卫星多光谱图像上就会发生与正常林地不同的异常反映。火烧迹地吸收红光不反射红外光，因此在0.5～0.6微米波段的图像上偏淡变浅，而在近红外0.7～1.1微米波段的图像上又比正常林地偏黑。在实际工作中使用这两个波段图像配合判读分析，不但可以正确识别火烧迹地的位置和轮廓，还能估计火烧迹地年龄，绘制火场和森林火灾强度图。

森林病虫害探测 受害林木和正常生长林木比较，在光谱反射率和温度方面都会发生异常现象。因此可用航空光谱辐射计和红外辐射计加以探测。如松树病虫为害中期的针叶内部结构被破坏，叶绿素减少、针叶变黄，或因叶肉含水减少，针叶干枯萎缩，在可见光波长范围里（0.45～0.55微米）针叶的光谱吸收就减少，而光谱反射率增加。这样，从不同长势的松树光谱反射曲线图上（见图），就可发现受害和健康树反射特性曲线的明显差异。在病虫害初期，针叶内部和叶绿素含量发生变化，则会在近红外波段里（0.7～1.3微米）发现受害松树的光谱反射率较低，也可在彩色片或彩色红外片大比例尺和特大比例尺航空像片上，早期探测到病虫灾害，甚至可从这种影像上统计受害株数，划分受害程度。现在已可利用卫星上安装的高分辨率红外扫描仪和多光谱扫描仪对同一地区进行重复探测以比较灾情发展情况，可比目测提前几天至十几天发现病虫害。

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关键词 森林资源；遥感技术；监测结果

中图分类号 S757 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）111-0182-01

传统模式的森林资源调查监测是以地面测量为主的，它存在：工作量大、劳动强度大、成本较高、周期漫长、效率低和实时性差，由于精度不高，不能满足现代森林监测变化的需要。因此航空航天遥感技术因为覆盖范围大和重复访问等特点，因此越来越得到广泛应用。

1 遥感监测技术在森林资源变化中的运用

森林资源主要表现为：林冠覆盖情况变化、森林面积的变化和森林类型的变化。森林资源的变化监测遥感技术通过对不同时期的遥感影像进行分析，可以获得森林资源的变化情况。对森林资源的变化监测主要有三个目标：1）通过两时相或多时相的影像数据对比，从而确定森林资源出现变化的位置；2）确定森林资源变化类型；3）监测出森林资源变化的数量与规模。

遥感技术在我国森林资源监测中起到了很大作用，如：三北防护林、天然林保护工程和退耕还林工程等的工程进展监测和成果监测。

2 对森林资源变化的采用的遥感监测方法

在资源监测过程中，根据对图像进行分类的先后顺序，可以将变化监测的方法分成：图像直接比较法和分类后的比较法。根据监测目标量化与否，分为定性处理和定量处理两类。还可以采用数学方法将森林资源的变化监测技术分为：1）代数运算法；2）变化方法；3）分类方法；4）高级模型方法；5）GIS方法；6）可视化分析方法；7）其他方法。

2.1 代数运算法

代数运算法包括：图像差值法、图像比值法、植被指数差值法、图像的回归法、变化矢量分析法和背景相减法。这类方法的原理是：假设地物变化会在不同时相的图像上引起相灰度值的变化，这时采用逐像元对应的分析方法来确定图像的变化区域。植被指数差值法用于监测植被覆盖的变化，通常选用红光波段和近红光波段相组合作为植被指数，因为植被在这个波段范围内响应具有差别。它的变化随着树冠结构和植被的覆盖而改变。

这种方法，图像差值法最简单、最直观，结果也容易解释，缺点是不能提供变化的类型信息。图像比值法的优点是可以消除一些由于太阳高度角、阴影和地形引起的成性误差，缺点是生产的结果不服从正态分布，造成分析困难。图像回归法由于建立线性回归关系考虑了不同时相图像中因为大气条件、季节、太阳角度等引起的灰度差异，因此可以消除这些因素对变化监测的影响，但是高精度的回归关系，往往比较困难而且计算量大。植被指数差值法的应用植被的指数由于监测特征针对性很强，排出了非植被信息的干扰，抑制了传感器、大气、地形和光照的干扰。变化矢量分析法是图像差值法的扩展，可以提供多光谱的数据，而且是变化类型的信息。背景相减法的简单易行，但是没有全面考虑干扰因素的影响，所以监测的精度不高。

2.2 变换方法

变化方法包括：主成分分析、缨帽转换、哥瑞姆-斯密特变换等。这些方法优点是可以减少数据的冗长信息，并且变化的信息在变换后的新图像上得到增强，方便在变化区域进行提取和再处理。

主成分分析法应用于森林的植被的变化、森林死亡率和落叶的变化监测中得到了应用。

这类方法中，PCA变换和KT变换是用于监测变化或非变化信息的方法。KT变换在森林变化监测中作用大一些，它可以把多波段的数据变换为亮度、绿度、湿度三个成分。亮度代表反射率的差异，绿度代表影像中绿色植物的数量，湿度与土壤湿度有关。KT实现了优化显示，同时实现了数据压缩，因此在实际应用作用很大。

2.3 分类方法

分类方法包括分类后进行比较法、光谱时空综合分析法、最大期望值算法、非监督变化监测法、混合变化监测法和人工神经网络法。这些方法的特点是减少大气、传感器差异对变化监测的影响，提供变化类型的信息。

这类方法要运用大量的训练样本进行监督分类或者非监督的分类，在实际的工作中要采用图像变换、植被指数、高级分类方法或者模型等来提高分类的精度。分类后，进行比较是实际中常用的变化监测方法，但是对历史数据的分类比较很困难。混合检测方法结合了代数运算法和分类法的优点。由于实现的复杂性，光谱时空综合分析和非监督变化监测在实际应用中很少用到。人工神经网络法被经常用到森林死亡率和森林的变化监测中。

2.4 高级模型法

高级模型法包括反射模型、光谱混合分析模型和生物物理参数估计的模型方法。这类方法中，经常利用影像的反射值通过线性或非线性的模型转换为地物的反射率信息。与光谱的特征相比，地物的反射率可以更好解译和提取植被的信息。方法的缺点是：处理耗时，并且难以形成合适的模型。

线性光谱混合分析是经常使用的方法，它在土地覆盖变化、植被变化、森林落叶、火灾、环境变化方面应用广泛。

2.5 GIS方法

GIS的变化监测方法包括GIS方法、遥感图像与GIS集成分析法。它的优势是可以结合不同的数据源，提高变化监测的精度。但是当数据源有不同精度和格式的时候，监测结果也会不同。

遥感图像与GIS进行集成的分析方法是把不同时相的图像变化监测的结果在GIS系统上进行分析，从而确定变化的地物和类型。这种方法的特点是充分利用GIS数据库中的经验知识，集成不同类型的数据来进行分析，而且适用更广，检测结果可靠、精确。这种方法是森林资源变化在遥感监测技术发展的方向之一。

2.6 可视化分析方法

可视化分析分为两步：多时相影像的目视解译和在变化区域的屏幕数字化。这是一种人机交互的监测变化方法，分析人员要利用专家的经验和知识。利用图像上的纹理、形状、大小和模式的特征确定地物的变化，分析人员可以利用这些要素确定变化的区域和类型。它的缺点是不能处理大面积的区域。目视解译的方法在森林资源调查中应用很广。

2.7 面向对象的方法

面向对象的方法不是针对单个像素进行分类，而是对同质的像素组进行分类。面向对象的方法，综合考虑了性状、纹理以及对象之间的相互关系等信息。对象变化监测应用范围随着高空间分辨率卫星数据的应用，应用监测范围在不断扩大。

2.8 其他方法

除了以上方法，还有一些方法不好归类以及应用范围不广泛如空间相关分析方法、基于知识的计算机视觉方法、变化曲线方法、广义线性模型法、邻近相关图像分析方法。这些方法在应用中的使用较少。

3 监测结果的影响因素

森林资源变化监测的结果精度会受许多因素影响：1）多时相影响间的几何配准精度差别；2）多时相影像的归一化；3）提供可靠、高质量的地面调查数据；4）研究区域景观环境的复杂性；5）变化监测方法或算法；6）分类和变化的监测方案；7）分析人员的技术和经验等。

4 结束语

在进行森林资源变化的遥感监测技术运用中，要充分利用不同的传感器数据，对不同的遥感数据进行融合；利用多源数据进行变化监测，通过GIS系统进行比较分析；监测过程中采用不同的方法，达到最佳的监测效果；快速的实现遥感数据的预处理，实现从数据获取信息和分析过程的自动化，是遥感技术的发展方向。

参考文献

[1]邓书斌，武红敢，江涛.GIS辅助下的基于数据挖掘的林型遥感分类方法研究[J].测绘科学，2008，03.

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论文摘要： 受信息技术的影响，林业经营模式发生了根本性的变化，从过去单一、粗放的经营管理向精准、优化与决策的模式转变，形成了无纸化办公、林业经营精准化、森林资源管理规划化的格局，但在资源的使用、精准计测、监测和人才需求上还是存在一定的问题，有待进一步探讨和解决。

林业是生态建设的主体，是经济社会可持续发展的重点所在。进入21 世纪之后， 林业经营模式发生了根本性的变化，从过去单一、粗放的经营管理向精准、系统的模式转变，因此提出了“精准林业”的概念，即指尽可能的应用现代高新技术对有关林业生产、经营管理、战略决策过程中的自然、经济和社会信息进行收集、存贮、传递、处理、分析和利用，建立包括林业数据库、森林资源管理信息系统、森林资源核算信息系统、地理信息系统、决策支持系统、专家系统、模拟模型系统、计算机网络、遥感系统、全球定位系统和远程通讯等一体化、智能化、数字化的现代林业技术体系，而这一切都必须依赖于信息技术[1]。

1 信息技术的发展

信息技术是在信息科学的基本原理和方法的指导下扩展人类信息功能的技术。

1.1内涵和外延

信息技术是一门多学科交叉综合的技术，计算机技术、通信技术和多媒体技术、网络技术互相渗透、互相作用、互相融合，将形成以智能多媒体信息服务为特征的时空大规模信息网，是以电子计算机和现代通信为主要手段实现信息的获取、加工、传递和利用等功能的技术总和[2]。主要包括以下几方面技术：

1.1.1传感技术——信息的采集技术。传感技术是扩展人获取信息的感觉器官功能。进行信息识别、信息提取、信息检测，它几乎可以扩展人类所有感觉器官的传感功能，传感技术、测量技术与通信技术相结合而产生的遥感技术，使人感知信息的能力得到进一步的加强。

1.1.2通信技术——信息的传递技术。通信技术可实现信息快速、可靠、安全的转移。可以看成是从“现在”向“未来”或从“过去”向“现在”传递信息的一种活动。

1.1.3计算机技术——信息的处理和存储技术。计算机信息处理技术主要实现对信息的编码、压缩、加密和再生，存储技术有内存储技术和外存储技术，主要实现计算机存储器的读写速度、存储容量及稳定性的管理。

1.1.4控制技术——信息的使用技术。控制技术即信息使用技术是信息过程的最后环节，它包括调控技术、显示技术等。

1.2信息技术功能

概括起来有四个方面：①信息识别：包括文字识别、语音识别和图形识别等。通常是采用一种叫做“模式识别”的方法。②信息传递：实现信息快速、可靠、安全的转移。③信息处理与再生：在对信息进行处理的基础上，还可形成一些新的更深层次的决策信息，这称为信息的“再生”。信息的处理与再生都要依赖于现代电子计算机的超凡功能。④信息施用：是信息过程的最后环节。

1.3信息技术发展趋势

高速、大容量。速度越来越快、容量越来越大，无论是通信还是计算机发展都是如此；综合化。包括业务综合以及网络综合；数字化。一是便于大规模生产，数字设备是单元式的，设计非常简单，便于大规模生产，可大大降低成本。二是有利于综合，每一个模拟电路其电路物理特性区别都非常大，而数字电路由二进制电路组成，非常便于综合，要达到一个复杂的性能用模拟方式往往综合不起来；个人化。即可移动性和全球性。

2 林业信息技术的发展

2.1林业信息技术

林业信息化并不是一个新概念， 发达国家60 年代初提出了信息化的概念， 信息化开始进入各个领域， 并逐步实现了系统化、深入化、集成化、网络化、智能化和虚拟化。随着DBMS 的发展和完善， 以属性数据管理为主的森林资源管理系统盛行一时， 这类系统采用数据库技术进行组织、存储、处理和分析， 提高了数据处理的质量和速度， 推动了森林经营管理水平的提高。同时也不难发现， 这种单纯分析属性数据的方法， 缺乏对资源空间分布特征的综合分析， 因此利用它形成的决策信息， 有明显的局限性。到90 年代， 林业信息化有了全面的扩展，形成了以3S技术为支撑，采用RS监测与地面调查技术相结合的双重分层抽样遥感监测体系[2]。

2.2林业信息技术在我国的发展

我国林业部门从80 年代初开始使用DBMS 进行生产管理， 采用的是局部( 部门) 引进， 局部消化的方式。80 至90年代末， 国家林业局( 原林业部) 在1992 年设立信息中心，开始了信息化建设的点滴积累， 提出了“数字林业”建设目标， 建立了森林资源数据处理系统(DPS)、森林资源管理信息系统(MIS)、森林资源决策支持系统(DDS)、林木良种管理信息系统、主要经济树种在线查询系统等。进入21 世纪，“数字林业”建设进展顺利， 林业信息系统已覆盖全国， 基于“3S”技术的森林资源、造林绿化和天然林保护、退耕还林、防沙治沙等林业重点工程建设的现代化林业管理体系正在逐步建立。林业档案数字化工程已完成，国家林业局政府网站建设进一步完善， 内容不断丰富， 信息量不断增加， 并与新华社、国家图书馆等70 多家网站建立了链接， 林业信息化建设达到前所未有的高度[3]。

3 信息技术对林业的影响

3.1实现了无纸化办公

根据林业政务信息化“十一五”工作的核心内容[4]，林业政务信息化建设围绕国家“三网一库”建设的要求， 利用网络技术搭建了技术先进、运行稳定、功能相对齐全的网络平台， 建设了国家林业局门户网站、办公业务网、办公业务资源网和各类管理信息系统及专业数据库。提出了林业信息库建设方案，实现人员、树种和野生动植物数据收集、存贮、传递、处理、分析、利用、，基本完成了无纸化办公[4]。

3.2林业经营由粗放转入精准

围绕“精准林业”，各级林业部门在二类调查中利用遥感、航片、卫片、无人机、地面近景摄影、三维激光扫描、电子角规、GPS定位等技术进行数据的精确获取，通过GIS进行属性数据和空间数据的管理，完成森林资源档案管理和林业专题图的制作；在森林火灾的预测预防上通过GIS的空间分析功能，实现火点位置查询和林火蔓延模拟，并计算最佳扑火路线和扑火时间，科学合理的制定扑救方案；在造林地块和造林方式上利用GIS将坡度图、坡向图、土壤图、高程分带图和森林区划图进行叠加作为立地分析的复合因子图，进行适地适树的分析，使林业由粗放经营转入精准经营[1]。

3.3规划森林资源管理

在发达省份的林业部门已经将GIS技术、ES技术、DSS技术、空间数据挖掘技术结合，依据森林资源管理的基础信息，建立了造林专家知识库、决策支持模型库，在数字化图上实现造林决策、获取造林规划图，并对林分和单木的区域生长量进行预测和模拟，实现森林资源管理的优化和规划。

4 存在的问题和解决对策

4.1应用不够深入，信息资源浪费

林业信息基础设施和信息系统投资巨大，但目前林业信息化开发、应用不够，造成资源的极大浪费[5]。如遥感、地理信息系统、全球定位系统、专家系统、决策支持系统、森林资源核算系统在森林资源管理中的应用才起步，目前只限于利用计算机进行林业数据采集、处理、属性数据管理及各类专题图制作等研究，对于进行空间数据分析和从这些数据中进行挖掘，宏观快速提供森林资源信息，优化森林资源管理上没有形成规模。因此应该对这些信息资源进行整合，合理建设适合我国林业持续、快速、健康发展的网络体系，实现资源充分共享。

4.2精准计测、监测在林业上的应用没有普及

目前，信息技术、生物技术、新材料技术等高新技术正加速渗透和武装林业。特别是“5S”（遥感、地理信息系统、全球定位系统、专家系统和决策支持系统）技术已成为科技兴林的重要手段。卫星遥感、红外监测、飞机化学灭火等高新技术使森林预测、监测、控制、病虫火害防治、荒漠化防治、濒危野生动植物保护等过去无法用常规技术或手段解决的问题，现在由于RS和GIS的介入开始变得相对容易。但在森林经营和管理中的应用范围和水平，完善森林生态系统定位监测网络，提高森林灾害发生的预测预报率，实现森林培育和管理中的减灾增效，探索建立森林养分和肥料信息系统，完善林木育种软件及丰产栽培模型，适度发展“精细林业”，精准森林资源核算的应用上还处于初级阶段，没有普及应用。因此国家林业局应宏观调控并加快国家林业局网络工程建设，建立并完善各类林业专业库、各类森林资源管理信息、决策支持系统设，促进林业经营管理和决策的科学化。

4.3林业高新技术人才缺乏

林业信息化对人才的要求很高，不但要有专门的计算机技术、网络技术、RS技术、GIS技术，还要对林业知识有所掌握，目前我国特别是基层林业单位，从事林业信息研究、网络管理，3S技术的专业性人才奇缺。因此应该加大林业高等教育和高职教育，培养更多的林业高新技术人才。

参考文献

[1] 冯仲科、赵春江、聂玉藻等著。精准林业[M].北京：中国林业出版社，2002.6第1版.

[2] 闫利颖。现代信息技术的发展和趋势[EB].

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所谓林业科学研究方法，就是指运用现代化的信息技术和现代化设备，通过一定的流程和方法，以正确、科学的思想为指导，以林业为研究对象，最终得出一定结论和成果，并以此来指导林业今后的科学建设和发展的过程。现在，研究方法对科学的、正确的管理和发展林业具有重要作用，因此，了解我国林业科学研究方法的现状和当前主要的林业科学研究方法对我国来说是一种必须的要求。

1林业科学研究现状

目前，无论是在形态结构方面，还是在思想观念和行为方式方面，我国都正处于社会变更时期，林业科学研究也正处于发展和创新的新阶段。3S技术、回归模式、GIS建模技术等技术和模式在林业科学研究中都已被广泛运用，不仅大大提高了林业科学研究的效率和准确性，而且提高了林业科学研究的管理和运作水平。尽管如此，与国外相比，我国林业科学研究仍存在诸多不足，这应当引起足够的重视，也是我国需要改进的地方。就研究规范性而言，目前对林业的基本概念和研究范畴在国际上和国内还不是很一致，但是有一点是共同的：林业是一个综合性概念，下设很多分支，目标是我国领土范围内的林木业；就研究系统性而言，无论在研究内容方面，还是在研究手段与方法方面，林业科学研究的系统性不强，一些研究只是为了功利性目的，并非为了研究而研究；就研究方法和手段而言，林业科学研究受到很多限制，仍然较多的采用传统的随机布点、野外观测等来观测数据，然后再做进一步研究，3S技术、GIS建模技术等现代新技术已有所应用，但是规模并不大；就研究内容而言，除了以往的研究内容外，林业科学研究的内容还应包括林业法规与政策、林业管理与经营等，但我国在这方面还不健全。

2几种主要的林业科学研究方法

方法对林业科学研究来说至关重要，而现代新技术在林业科学研究方法中的应用大大提高了研究的可靠性和准确性，对林业科学研究体系的建设具有重要作用。因此，本文主要介绍了以下几种林业科学研究方法：

2.13S技术在林业研究中的应用技术

当前，3S技术在林业科学研究中应用的越来越广，它具有明显的优势：加快了林业信息化和现代化的发展，提高了林业管理、科研、预测及评估水平；改变了传统的林业调查作业方式，将研究过程转向自动化；大大提高了对森林病虫害、火灾、自然灾害等的监测能力；能适时信息，进行动态监测。研究方法主要包括两方面的内容：一是基础资源的获取方法，有纸质地图、小班图和调查数据的数字化与GIS获取的应用技术，遥感数据进行多尺度、多时空的数字化数据采集和GIS集成技术等；二是基础平台的建设方法，例如，重庆市于2004年制定的第十四批科技攻关项目的GIS基础平台就是建立在中国科学院地理科学和资源研究所超图公司研发的SuperMapObjects全组件式GIS开发平台上的。应用技术研究的内容包括GIS空间数据库的建立和林业信息管理平台体系的建设。此外，还要掌握3S技术的关键，例如，在重庆市的应用项目中就有两个关键技术，一是GIS基础平台开发技术，包括高性能WebGIS技术、集中化数据服务技术等；二是数据建设标准化技术，包括矢量数据处理技术、地图快速可视化处理技术等。

2.2林业科学异构数据访问技术

所谓林业科学数据的异构性，就是指林业科学数据所在的操作系统、数据库及所用的开发平台与数据语义的差异性。这些差异性严重影响了不同层面之间的数据整合与共享。因为数据整合与共享是林业科学数据共享的核心目标，因此，消除在操作系统、数据库和数据语义层存在的异构性是实现这一技术的关键所在。在操作系统层面，通过WebServices技术的采用，提出了基于服务的林业科学数据共享系统体系结构，从而解决了不同操作系统和应用平台层之间存在差异的问题，也实现了它们之间的分布式数据访问；在数据存储层面，基于设计模式的多源数据访问组件，面向接口编程，从而实现了不同数据库和多种数据文件数据的统一访问；通过公共数据元目录的引入，消解了数据在语义层的异构性，从而实现了异构数据流在林业科学数据平台中的自动交换。

2.3基于GIS建模技术的县级林业区划方法

作为林业生产和经营的基础，林业区划在现代化林业体系的建立和发展中具有重要作用。近年来，地理信息系统技术在林业区划中的应用越来越广泛，而且它在辅助指导林业生产方面已经取得了良好的效果。基于GIS的空间分析方法克服了传统县级林业区划方法的种种弊端，既可以在图上直接、快速地进行县级林业区划工作，也可以根据现实情况快速调整分区个数与分区界线，为林业管理、规划和决策提供科学依据。基于GIS建模技术的县级林业区划方法的基本思路是：借助数理统计分析中主成分分析的方法，把以往的多个指标转化为少数几个互相独立的综合指标，并建立综合模型；对综合值Y按照一维分布划分n个区间，然后对各分区结果进行判别与分析，以得到各分区修正后的预测分区结果，从而确定合理的分区的数量；按照综合值Y对各分区进行融合，得出初步结果，并在此基础上将细小的多边形清除掉，最终得到县级林业区划图及区划结果。例如，以福建省永安市对象的县级林业区划，是以村为区划基本单元，按照这一基本思路展开的。但由于本身具有复杂性，所以，县级林业区划还没形成比较科学的区划因素体系。

篇5

近5年学校获得8项国家科学技术进步奖、国家技术发明奖

2010年国家科学技术进步二等奖获奖项目

特大异型工程精密测量与重构技术研究及应用

该项目在国家“十五”科技攻关项目、北京市自然科学基金、奥运工程、故宫古建筑大修等项目的支持下，率先开展了特大异型工程精密测量与重构技术研究；提出了快速精密“按需建网”的控制测量理论与技术，研制了基于经纬仪、全站仪以及数码相机为传感器的高精度三维坐标测量系统，基于地面激光雷达的精密三维重构技术，发明了专用测量装置，制定了相关技术标准，整体技术达到国际先进水平。本项目相关成果获省部级科学技术金奖1项、一等奖3项、二等奖3项；已申请国家发明专利10项，其中授权7项，获软件著作权2项，68篇（其中EI 9篇），出版专著3部，制定行业标准3项。

本项目已在国家大剧院、“鸟巢”、水立方、国家体育馆、首都机场新航站楼、CCTV新址、探月工程50米天线、北京国贸大厦、武广客运专线、故宫古建筑大修、全国地铁建设等大中型工程中得到应用，经济效益达到7亿多元，为北京奥运会、探月工程等国家重大工程项目作出了突出贡献。

2011年国家科学技术进步二等奖获奖项目

固体废弃物循环利用新技术及其在公路工程中的应用

该项目属交通运输工程领域，针对国家节能减排的重大需求，解决了道路建设中废旧沥青混合料、废旧橡胶轮胎、钢渣、建筑垃圾等代表性固体废弃物在公路中高掺配率循环利用的关键技术难题，形成了生产线与试验示范基地，实现了固体废弃物的高效循环利用。本项目已获得授权发明专利4项、实用新型专利6项、受理发明专利申请7项，编制国标4部、行业规范4部，相关技术已在全国18个省市的32个国家和省级重点工程中成功应用。近3年来，本项目取得直接经济效益21亿元，累计经济效益33亿元，引领了交通运输、建筑、钢铁等行业的技术进步。

2012年国家科学技术进步二等奖获奖项目

地下工程开挖诱发灾害防控关键技术开发及应用

近年来，我国地下空间开发迅速发展，仅城市轨道交通行业每年新增里程就达150公里以上，市政基础设施等大型穿越工程显著增加。确保开挖、运营以及相邻构筑物的安全是地下工程建设的技术核心，本项目针对大型地下工程开挖领域的超近结构物隔离保护、风险辨识与控制、灾后结构恢复等重大技术难题，展开了长达15年的科技攻关。

在国家自然科学基金重大项目等支持下，本项目通过关键技术的开发与应用，取得了阶段性成果19项，授权专利8项（其中发明专利6项），软件著作权7项，发表相关学术论文116篇，形成地方标准2部，所取得的技术成果已经在“首都机场滑行道穿越工程”等国家重点工程中得到广泛应用。

代表性建筑与古建筑数据库教育部工程中心

代表性建筑与古建筑数据库教育部工程中心依托北京建筑大学测绘工程、地图制图与地理信息工程等学科，于2009年12月经教育部批准建设。

工程中心围绕我国代表性建筑和古建筑遗产保护与利用的迫切需求，发挥与国内古建筑数据库生产企业联合的产学研优势，通过研究开发与工程化的环境建设，构筑起代表性建筑与古建筑数据库技术的工程能力平台；建立并完善工程化产业化的体制及运行机制；建设国内领先具有国际竞争力的代表性建筑与古建筑数据库技术研发与工程化产业基地。

工程中心的主要研究方向和内容：

建筑三维空间数据获取系统与技术：研制拥有自主知识产权的三维激光扫描仪，研制以数字近景摄影测量与扫描系统为代表的数据采集设备，形成一个能够以多种手段获取代表性建筑与古建筑的各种空间几何、影像纹理、点云等多源数据的系统。

面向古建筑等大型复杂对象的逆向三维建模软件与技术：对采集的点云数据进行逆向，包括数据处理构建点云模型、根据点云模型提取构成建筑构件的结构实体几何（Constructive Solid Geometry— CSG）模型、基于点云模型构建建筑表面的三维不规则三角网（3D-TIN）模型、在CSG模型或者3D-TIN模型上加载影像纹理构成建筑的仿真模型4个步骤。

代表性建筑与古建筑数据库管理系统与技术：数据库中要包含空间数据与非空间数据，还有文学数据、历史数据、影像数据等。要设计一种能够管理、查询、显示和利用这些数据的数据模型和结构，构成代表性建筑与古建筑的数据库系统。

代表性建筑与古建筑数据库的应用技术：将数据库应用于建筑遗产生命过程分析、建筑遗产备灾数据库、数字化建筑遗产复原研究、推动建筑学的实境化教学、国际化的建筑数据交换平台等5个方面。

基于文献的历史建筑复原研究数据库：将中国历史不同时期建筑的资料与文献数据重建为历史建筑的代用数据，并使用现代信息获取、存储与可视化技术，提取各个朝代特色建筑的丰富资料成为数字化信息，进而建立一个较完善的、可共享的历史建筑档案数据库。

建筑信息存储与交换数据标准：建立富有建筑行业特色的历史建筑和特色建筑数据库，以及国内首个历史建筑和特色建筑数字档案信息交换及应用平台。

近几年，该中心获得国家科学技术进步二等奖1项，省部级奖励8项。

城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室

城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室依托北京建筑大学环境工程和市政工程、环境科学等学科建设，于2009年12月经教育部批准成立。实验室立足北京，面向全国，紧紧围绕我国城市化快速发展进程中水环境污染控制和综合治理中的突出共性问题，以城市雨水系统为切入点，以可持续水循环为引领，以建立健康的城市水环境为目标，以揭示城市水环境水量水质保障各环节的科学机理为支撑，在城市雨洪控制与利用、水质净化与环境风险评价、水资源再生利用与节水、水资源优化配置与管理领域，通过环境工程和市政工程、环境科学等学科之间的相互交叉和渗透，重点开展跨学科创新性应用基础研究。

重点实验室主要研究方向及研究内容：

城市雨洪控制利用与水环境生态修复：城市雨水系统发展战略与规划设计评估模型工具研发；城市雨水产汇流特征及其对水环境响应机理研究；城市雨水资源化利用理论与技术；城市雨水径流污染控制理论与生态处置技术研究；城市雨水管理政策与制度设计研究；城市雨水系统的信息化管理 。

污水处理及其资源化：污水处理系统的数学模拟优化与数字化智能决策控制系统 ；可持续污水生物营养物去除回收反应过程和机理；高效低耗的污水再生处理新工艺；污水生物处理系统中的内源过程机理研究；污水资源化回用的环境与健康风险评价原理与方法研究。

城市节水与水系统优化管理：城市生活公共建筑节水技术研究；城市工业再生水利用技术研究；城市规划对城市节水影响机理研究；城市工业节水潜力分析和技术集成；城市工业和公共建筑节水相关定额研究。

目前，实验室共承担科研项目200余项。其中，国家自然科学基金10项，国家重大科技专项课题/子课题6项，国家“863计划”课题1项，省部级项目30余项。近年来，实验室承担各类企业合作与社会服务项目200余项。包括：北京市东方太阳城水环境系统与雨水利用工程、数字化污水处理厂的建设研究方案、龙潭湖节水和再生水利用的研究与示范等。

现代城市测绘国家测绘地理信息局重点实验室

该实验室依托北京建筑大学与建设综合勘察研究设计院有限公司，于2011年9月被国家测绘地理信息局批准建设。实验室凭借学校测绘科学与技术学科优势、人才培养优势和建设综合勘察研究设计院有限公司的建设行业优势，面向城市规划、建设、管理和文化遗产保护需求，通过产学研联合，实现优势互补，研究构建现代城市测绘地理信息理论方法和技术体系，为城市运行管理和文化遗产保护提供特色服务，为政府提供决策支持，为公众提供信息服务，为企业运营提供技术服务。实验室将逐步建设成为现代城市测绘地理信息领域的高水平研究平台。通过营造一个创新、开放、和谐的实验室学术环境，培养在主要研究方向上具有国际、国内先进水平的中青年优秀科学家、学术带头人和优秀创新团队，形成高层次学术交流、成果培育转化和人才培养基地。

重点实验室主要研究内容：

现代城市测绘技术体系与标准化：基础测绘方面：研究大地基准现代化、城市三维测量与建模的理论与方法；在摄影测量与遥感方面，主要研究多源对地观测数据高可靠高精度处理、高效能网络分布式光学遥感数据一体化处理、倾斜摄影与面阵摄影测量技术、多模式合成孔径雷达摄影测量、激光雷达数据处理及其与摄影测量数据融合、遥感数据智能解译等；在地理信息系统方面：主要研究地图智能综合与质量控制、地理信息自动化数据挖掘与知识发现、时空数据通用模型与一体化管理、地图数据级联更新、地理信息智能服务等。要大力推进地理信息数据处理关键技术攻关，加强测绘生产技术装备建设，建设地理信息服务体系，研究制定测绘基准框架，通用和专用标准。

城市地理信息理论、方法及应用：重点研究网格化城市管理的理论、方法和技术体系；研究城市突发事件应急指挥和城市运行保障的策略、模型、方法和技术；研究构建城市历史多源空间信息共享与服务系统平台的相关理论和技术方法；研究城市空间信息应用与共享服务模式，发展面向网格化、精细化城市运行管理服务的空间信息支撑技术，探索基于空间信息的城市建筑生命周期管理新方法。

建筑精细测量与重构重点研究城市建（构）筑物精细测量技术：为建筑施工进行精密放样、建筑运营进行质量监控和安全监测服务；文化遗产精细三维重构技术，为文化遗产数字化保护和利用服务。

近年来，学校重点实验室获得多项省部级以上科技奖励。“特大异型工程精密测量与重构技术”获得2010年国家科技进步二等奖；“三维激光扫描测量建模技术研究及在故宫古建筑测绘中的应用”获得2009年测绘科技进步奖一等奖；“国家体育场精密施工测量技术研究与实践”获得2008年测绘科技进步奖一等奖，同时荣获2008年度“全国优秀工程勘察设计金奖”。

供热、供燃气、通风及空调工程北京市重点实验室

供热、供燃气、通风及空调工程北京市重点实验室依托北京建筑大学环境与能源工程学院供热、供燃气、通风及空调工程学科，是经北京市教育委员会、北京市科学技术委员会评审和认定的首批北京市重点实验室，于2001年6月成立，2009年12月通过第二期建设项目验收，2010年9月进入第三期建设。

重点实验室主要研究方向：

燃气综合高效利用技术：包括研究燃气综合高效利用技术、天然气梯级高效利用技术、集中供热和区域供冷技术、城镇建设和新农村建设所应用的新能源和可再生能源应用等相关技术。

供热空调制冷系统与设备节能技术：包括研究供热系统量化管理节能技术、空调用冰蓄冷技术、大型公共建筑用能系统监测和优化技术、浅层地热和水源热泵技术等。

室内环境质量检测与控制技术：包括研究室内空气品质的检测方法、室内空气品质控制手段相关技术、室内空气品质改善技术。

建筑节能综合应用技术研究：包括研究降低建筑用能系统、能源输配系统能耗并提高能效技术、监测和优化管理建筑用能技术、改善建筑围护结构或建筑构件热工性能技术、实现可再生能源在建筑中的规模化应用技术、发展绿色建筑和实现建筑节能减排相关技术。

近5年来，承担科研项目125项，科研经费2，228万元。其中，国家自然科学基金4项，“863计划”子课题1项，“十一五”子课题7项，国际合作项目5项。实验室已完成的研究成果中，许多已直接应用于北京市场，内容涉及旋流式烟气除尘器、低污染催化燃烧炉、烟气热能回收器、低温空气源热泵系统、室内环境质量检测等，同时申请多项发明专利及实用新型专利。

绿色建筑与节能技术北京重点实验室

绿色建筑与节能技术实验室是2010年由北京市教育委员会、北京市科学技术委员会批准建设的北京市重点实验室。实验室的建立主要为北京市城市建设发展中所遇到的环境和资源方面的问题、可持续发展方面的问题提供科技支持。实验室以“人文北京、科技北京、绿色北京”为服务方向，将建筑学、土木工程、材料科学与工程、环境工程等多学科进行交叉与融合，结合北京的城乡建设需求，致力于基础研究、应用基础研究、关键技术研发，促进当前与未来城乡建设中以可持续发展为模式的建筑事业发展。

重点实验室主要研究方向和课题：

绿色建筑设计与施工关键技术研究：绿色建筑规划评估理论与应用；既有建筑更新改造的理论、方法与模式；新型围护结构研究；建筑风环境、光环境、水环境研究；可再生能源建筑一体化技术研究。

节能墙体关键技术研究：研究节能混凝土、砌体外墙和玻璃幕墙的设计、生产和施工的系统理论；研究混凝土、砌体外墙及玻璃幕墙节能性能的关键技术；研究节能混凝土、砌体外墙及节能玻璃幕墙的系统设计理论。

可持续性建筑材料研究：研究建筑垃圾资源化关键技术与应用研究；研究再生结构材料与再生功能材料的形成机理；研究节能环保材料设计与机理研究；研究工业废弃物在可持续性结构材料中的性能机理及应用技术。

绿色建筑能源系统研究：供热空调制冷系统与设备节能技术研究；新型高效制冷、热泵机组及系统研究；建筑能耗及环境控制系统特性评价指标研究；建筑用能管理自动控制系统研究；可再生能源开发与利用理论及技术研究；蓄能机理及建筑应用研究；太阳能、浅层地热能开发与利用关键技术及理论研究；混合能源系统的运行控制研究。

绿色建筑水循环系统：雨水收集利用关键技术与设备成套化研究；非传统水源循环途径与水资源优化配置技术研究；建筑节水与场地水资源循环利用技术；低影响开发与绿色建筑关键技术与应用研究；绿色建筑水环境生态调蓄净化技术与集成技术。

该实验室近年来获得国家科技进步奖二等奖1项，省部级科技进步奖15项，国家优质工程设计银奖1项，省部级优秀设计奖1项；编制国家、地方、行业各类技术标准4项；专利及知识产权数十项。

实验室自组建以来，在绿色医院设计研究、采光遮阳一体化建筑构件研究、高层建筑风噪机理及对策研究、节能材料制造研究等多个方向，开展了系统的研究工作，取得了一定的阶段性成果并进行了示范项目的成果转化实践。同时，实验室针对绿色建筑重点方向，面向北京及全国进行开放性课题资助。典型的研究课题及成果有：中国驻厄立特里亚使馆经商参处绿色建筑设计、北京腾达大厦绿色建筑优化对策研究、北京宣武医院绿色医院评价及设计研究、佛山东平新城项目绿色建筑星级认定技术咨询等。

工程结构与新材料北京市高等学校工程研究中心

工程结构与新材料北京高等学校工程研究中心经北京市教育委员会批准于2010年1月成立。该中心具有北京市高校唯一的“工程结构与建筑材料”工程检测资质，拥有国家设计甲级资质的北京建工建筑设计研究院和全国行业领先的北京建工京精大房工程建设监理公司。工程研究中心依托北京市建设领域龙头企业北京建工集团、北京市建筑设计研究院、北京市市政工程设计研究总院、北京市政路桥控股有限公司等4家企业，为北京的城市建设提供必要的技术支撑，旨在提升北京在工程结构节能、抗震、耐久性、环保和可持续发展结构工程材料应用方面的整体水平。

工程研究中心主要研究方向：

工程结构节能抗震新技术研究和应用：开展工程结构相关的抗震新技术和国外先进抗震技术的国产化研究，节能新型墙体的研发和应用研究。

现代大型复杂结构施工监控技术与标准化施工技术：开展大型复杂结构的施工关键技术和施工监控技术研究，高效预应力成套技术标准化施工研究。

既有工程结构的检测、鉴定与维修加固：开展工程结构的材料检测、结构检测、检测鉴定和加固新技术的研究。

建筑垃圾资源化、再生环保节能和可持续性结构材料的研究和应用：开展建筑垃圾资源化、再生结构材料关键技术和规模化生产技术研究。

环保型可持续发展城市道路工程材料：开展环保型城市道路材料的关键技术研究，积极开展热再生技术、温拌沥青混合料技术的成果转化。

工程研究中心目前承担“973计划”“863计划”、国家科技支撑计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金等研究项目共计80余项，研究经费达1，000余万元。获得国家和省部级奖励11项；申请专利10余项，获批6项，其中发明专利2项。

北京市建筑安全监测工程技术研究中心

北京市建筑安全监测工程技术研究中心于2011年4月经北京市科学技术委员会正式批准设立。中心结合学校机械工程、土木工程和电气工程等学科优势，致力于该领域重大关键性、基础性和共享性技术的研究，以及相关科研成果的系统化、配套化和工程化开发，为北京乃至全国建筑安全监测提供所需高新技术和装备。

中心主要研究方向：

基于声学技术的建筑安全监测。

大型建筑运行环境状态监测。

建筑安全物联网系统工程。

特种机器人的研究在建筑安全监测中的应用。

建筑钢结构和混凝土结构安全评估及可靠性技术。

建筑装备安全监测规范与服务。

目前，中心在研国家自然科学基金项目1项，北京市自然科学基金项目2项，其他省部级以上科研项目10余项。获北京市科学技术奖一、二等奖各1项，其他省部级科技奖2项。

北京市城市交通基础设施建设工程技术研究中心

北京市城市交通基础设施建设工程技术研究中心于2012年经北京市科学技术委员会批准成立。该中心以北京建筑大学为依托，并联合北京市政工程设计研究总院和北京市政路桥建设控股（集团）有限公司，形成了集交通基础设施综合防灾减灾规划、大型交通枢纽设计、交通基础设施新材料与新技术研发等于一体的省部级科研及成果转化平台。中心整合了北京交通基础设施研究领域的优势资源，协同开展科技创新，通过产学研结合，促进成果转化，为北京建立高效、安全、环保的世界城市交通运输体系提供技术支持，并培养一批高层次人才，以满足北京交通基础设施建设需求。

中心技术研究开发主要方向：

交通枢纽规划设计：研究综合交通枢纽规划布局理论、功能设计方法及行人交通特征，解决高效交通换乘、优化枢纽内部流线等交通运行效率及紧急情况下行人疏散等安全问题。

交通基础设施综合防灾减灾：研究交通基础设施的综合防灾减灾，解决地下道路及空间火灾烟气控制、内涝防治、安全疏散、结构抗震设计及安全评价问题。

交通基础设施全寿命设计：解决交通基础设施全寿命设计相关技术难题，着重开展混凝土耐久性及工程应用技术、交通基础设施使用性能预测、评价技术与应用和交通基础设施抗震设计新技术等相关内容的研究。

交通基础设施施工新技术：研究交通基础设施施工新技术，解决施工的空间制约、资源制约、无障碍施工等问题。

该中心近3年来获得国家科技进步奖一等奖1项、二等奖5项，省部级科技进步奖22项，国家优质工程设计银奖4项，省部级优秀设计奖16项；国家、地方、行业各类技术标准54项；专利及知识产权75项；国家级工法5项，省部级工法10项。科研成果已应用于工程约60余项，其中包括：奥林匹克公园综合交通规划、北京地铁4号线的防灾减灾设计、长安街大修改造的全寿命设计、北京市四元桥立交工程的施工新技术等。

北京建筑文化研究基地

北京建筑文化研究基地于2010年被北京市哲学社会科学规划办公室、北京市教育委员会批准建立。

基地自成立以来，紧紧围绕“三个北京”和中国特色世界城市建设，开展北京城市文化特色研究、空间哲学研究、建筑伦理研究和建筑文化遗产保护研究，共承担各级各类课题40余项。其中，国家社科基金项目2项，省部级哲学社会科学课题15项，北京市自然科学基金2项。举办国际、国内学术研讨会5次，出席国内外学术会议40余人次。出版著作20余部，150余篇。有20多篇论文被《人大复印报刊资料》全文转载，有100余篇论文被CSSCI收录。基地重视人才培养和建筑文化科普工作，2012年开始招收“设计伦理学与美学方向”硕士研究生，建设了建筑物文化特色资源库，取得了丰硕的科研成果和良好的社会效益。

基地主要研究领域：

北京城市建筑文化特色与功能研究：北京传统建筑文化的意义及功能；北京城市主要功能区的建筑文化特色；北京城市公共建筑物和公共空间的文化内涵；北京城市建筑形态的文化功能等。

建筑伦理研究：建筑、规划、工程活动的价值取向；建筑、规划、工程活动的公共参与；西方建筑思潮的伦理分析。

北京建筑文化遗产保护研究：北京城市建筑遗产的类型与特征；北京城市建筑遗产的文化功能评价；北京城市建筑文化遗产的再利用。

北京应对气候变化研究和人才培养基地

北京应对气候变化研究和人才培养基地成立于2012年3月，由北京市发展和改革委员会、北京市教育委员会联合共建。

基地的基本定位：

北京市应对气候变化智库；北京市应对气候变化信息服务中心；北京市应对气候变化战略措施研究和技术交流平台；应对气候变化专业人才培养与人力资源储备中心。

基地建设将立足北京、面向全国、放眼世界，跟踪气候变化问题的国际、国内形势及动态，汇聚国内外应对气候变化领域的精英人才和技术，集成利用北京市在相关研究领域的各类资源，开展气候变化对本市经济社会的影响及应对措施等方面研究，培养储备本市应对气候变化专业人才，努力将该基地建设成为与国际接轨、国内一流的集应对气候变化相关教学、研究与技术开发于一体的产学研综合性基地。

基地将组建与气候变化紧密相关的能源、交通、建筑、环境、生态、经济与金融、规划与管理等跨学科研究力量，紧密跟踪气候变化问题的国际国内形势及动态，系统全面地分析气候变化对北京市经济社会和环境的影响，研究本市应对气候变化的总体战略、应对机制与技术、应对计划与方案。

基地主要研究方向与内容：

开展相关发展战略和政策标准的研究；搭建北京市应对气候变化信息交流和研发网络；开展应对气候变化技术研究，包括基础研究、适应气候变化能力的研究、提升温室气体减排水平的研究、温室气体减排及相关低碳政策在短期内的经济社会影响研究等。

北京建筑大学——浙江勤业建工集团有限公司技术研发中心

为充分发挥高校科研人才优势和建筑施工企业的生产要素资源，促进工程建设领域的科技进步和科技成果的孵化与转化，建筑工程浙江省工程技术研究中心（企业技术中心）由北京建筑大学和浙江勤业建工集团有限公司（以下简称“浙江勤业集团”）共同组成并申报建设。中心于2009年获得浙江省批复（浙经信技术[2009]311号）。

研究中心的建立是本着优势互补、互惠互利、共同发展的原则，以切实发挥产学研联合作用为目标，以实现提高企业科技创新、促进高校科技成果转化为主要任务。

中心自建立以来围绕工程实际中遇到的技术难题，企业与高校联合开展了多项科研项目合作和技术攻关，主要包括：围绕土木工程施工领域的共性技术与关键技术，重点在施工新技术、新材料、新设备、新工艺等“建筑四新技术”方面开展创新研究与开发，以形成一批具有自主知识产权的一系列技术成果，并大力做好应用与推广工作。

中心的科研项目选题主要来源于三个途径：一是浙江勤业集团设立或拟定的项目，包括工程建设的行业标准、发明专利、国家级工法等；二是学校根据具体土木工程热点、难点技术而设立或拟定的项目；三是国家及地区科研主管部门的相关科研课题。浙江勤业集团与学校拟定的项目由各单位分别提交到研发中心，并由专家委员会评审通过后，方可列为正式选题并由中心负责编制项目申报指南。

北京建筑大学建筑科技大学科技园

北京建筑大学建筑科技大学科技园是依托北京建筑大学的优势学科及科技创新资源，面向首都城乡建设，集聚创新创业人才，扩散高新技术，建设知识创新和科研成果转化及产业化的中心；是为首都城市规划、建设与管理提供科技支撑和智力支撑的创新创业基地；是产学研合作引领产业结构优化升级的高新技术企业集聚区；是首都城乡建设创新创业人才培养的高地。

科技园以建筑科技为主导，围绕城乡规划、建设与管理，是重点开展建筑结构、建筑施工、建筑材料、建筑节能、建筑监理、智能建筑以及城市基础设施建设的研究、设计、实验、应用、信息等产业化基地。

篇6

关键词 海洋环境污染 海洋灾害 海洋工程与海洋环境相互作用

随着沿海经济的迅猛发展,近海海域遭到越来越严重的污染,使海域环境质量明显下降,生态环境日趋恶化,并对生物资源和人体健康产生有害影响。近海水域的污染已成为世界各国,特别是象我国这样具有相当长的海岸线和众多海湾的国家所共同关心的环境问题。海洋经济的发展还面临严酷的海洋自然环境,海洋灾害直接影响着海洋经济的发展规模、速度和效益,精确预报海洋灾害的发生、发展和应该采取何种防灾、抗灾和减灾工程措施,也成为严重关注的环境问题。为了开发海洋中的空间、矿产、渔业、能源等物质资源,需要在海上进行各类工程建设,在目前科技日益发展的情况下,工程建设的规模日益巨大,这些大规模的工程建设和海洋环境之间的相互作用也将是开发海洋中的一个应引起特别关注的重要问题。为了适应我国海洋经济的快速发展,海洋环境的日益恶化,海洋灾害的频发和海洋工程向大型化发展,近海石油气田的开发,以及海岸带开发过程中的后效问题的研究需要,针对我国重大海洋环境与保护问题开展研究是十分必要和迫切的。

在这方面,重点需要开展的研究课题大体上有三类。第一类课题是海洋环境特征对各类污染物作用的机理和规律研究,第二类课题是海洋工程设施防灾、抗灾和减灾研究,第三类课题是海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用吸防治措施与对策。

一、海洋环境特征对各类污染物的作用机理和规律研究

以海洋流体动力对各类污染物迁移、扩散、转化规律的研究为基础,考虑各种自然环境因素(浪、流、风、光、温度、湿度)、物理因素(扩散、挥发、沉降、吸附、释放)、化学因素、生物因素的作用,揭示污染物在海洋复杂条件下的运动及演变规律,并建立海洋水质预测预报模型。此外,近年来,在我国沿海海域,赤潮频发严重。因此,除了加强赤潮的监测和预报外,也应加强在建立赤潮生长机理和发展规律方面的研究工作。

此项研究应通过现场观测、物理模型实验和数学模拟研究相结合的方法来进行。由于现场观测工作耗资巨大,且受到许多客观条件的限制,所获得的数据往往有许多综合因素的共同作用,很难将其中的单因素影响分离出来,因此,往往只能用它来作为对某一水质预测预报模型进行检验其可行性和精度的一个实例。

用数学模拟方法来建立海洋水质预测预报模型是一个较为有效的方法。目前,在这方面国内外已有不少水质预测预报模型,这些水质预测预报模型大体上都基于以下几方面的模型:水流数学模型;波浪数学模型;液流相互作用模型;近海海域污染物迁移转化数学模型。

在水流数学模型研究方面,对于较大范围的海域,通常可采用深度平均的潮流教学模型,对于紊动影响不显着的海域,可不考虑湍流影响,而对于湍流效应显着的区域,如排污口近区,则应考虑湍流效应。此外,采用坐标变换,可建立一种能够考虑复杂地形和套流效应的三维潮流数学模型,这样才能够较好地重现实际海域的三维潮流特征。在较小范围的水域,水流数学模型可以以N-S方程和通用的k-(湍流模型为基础,针对水温和盐度分层流的流动特性,考虑浮力对紊动的影响,建立用于模拟同时存在温度和盐度梯度这一类密度分层流的k-(单流体数学模型。也可以基于多流体模型的基本概念,分别对两相本身的湍流输运规律以及相间相互作用规律进行模拟,建立两相湍浮力分层流的双流体数学模型。

在波浪数学模型研究方面,可应用BI—CGSTAB法求解由椭圆型缓坡方程离散得到的代数方程组,以提高求解效率。从水波发展方程出发,可导出一种用于大区域波浪变形问题的数学模型。通过引入弱非线性波色散关系,可使双曲型缓坡方程能够有效地考虑波浪的非线性效应。对高阶Boussinesq方程的进一步研究,可使方程的色激性从入水到深水都达到很高精度,并提高方程的非线性精度,可以更精确的计算较深水域波浪的非线性特征。

针对带自由表面的波浪场问题,通过把能有效模拟自由面形态的N— S方程和波能平衡方程的结合,可导出一个能考虑破波能量损失的抛物型缓坡疗程,用这个方程可模拟规则波和不规则波破碎引起的波高变化。建立沿岸流数学模型,可模拟海岸上波高变化和破碎波波高、波浪增减水和沿岸流。

在波流相互作用模型的研究方面,对于弱流情形,可采用一种考虑流影响的修正的合流缓坡模型;对于强流情形,可采用在Botssinesq方程中考虑流影响的模型。可以将辐射应力的计算公式与抛物型缓坡方程中的待求变量联系起来,建立一种辐射应力计算的新方法,用该方法可对较大区域均匀斜坡地形上的波浪辐射应力进行数值模拟。

在近海海域污染物迁移转化数学模型研究方面,基于N一S方程所建立的深度平均的二维应力一通量代数全场模型,可对非对称潮流作用下的侧向岸边排放问题过分数值模拟。以研究近海海域污染物迁移转化的三维预报系统作为目标,在分析近海环境中各种物理、化学和生物现象的基础上,针对近海海域水污染的特点,从三维湍流模型出发,在动量方程中引入表面风应力、底部切应力以及柯氏力的作用;在输运方程中引入反映物理、化学、生物等作用的源、汇项,可建立一个统一考虑物理、化学和生物等过程综合作用的近海海域污染物迁移转化的三维预报模型,它可为环境评价、水质规划、污染控制以及水域排污工程设计等提供重要的科学依据;同时对确定水域环境容量,从而制定水域环境保护策略,也具有十分重要的理论价值和应用前景。

应该指出,在海洋水质预测预报模型研究方面,数学模拟无疑是一种十分有效的手段,但不论是何种数学模型,其模型中所需的必要参数和边界条件的处理是研究水质模型的技术关键,直接影响到水质模型的科学性和预测能力。而这些必要的数据是无法从数学模 型本身来取得的,有些可以通过现场观测来得到,但其中一些最基本的卷数是要通过基本机理的研究才能得到,在这方面物理模型实验研究将是一个有效的手段。

能模拟海洋动力因素的先进实验设备,现代化的量测仪器和测试系统是开展物理模型实验研究的必备条件。进一步完善PIV和LIF的浓度场、速度场同步测量系统,可研究非破碎波浪、破碎波浪及波流相互作用下水流的垂直结构,获得流场中水质点速度的空间分布和时间过程;并同步获得波浪及波流相互作用下浓度场的空间及时间变化过程,可用以分析定量污染物团在波浪及波流相互作用下扩散的基本特征和扩散系数。

二、海洋灾害的精确预报及海洋工程设施防灾、抗灾和减灾的研究

海洋灾害主要包括风暴潮、海浪、海冰、海啸、赤潮及海岸侵蚀等。90年代以来,我国海洋灾害所造成的损失每年达上百亿元人民币,是世界上海洋灾害最严重的国家之一。海洋工程结构的投资费用很高,一旦发生破坏,将会造成重大的人员伤亡和巨额财产损失(如1969年渤海冰推倒“海二井”平台,1989年风暴潮损失超6亿元,1991年DB29销管船在南海通台风翻沉等)。当前我国海洋能源开发与海洋空间利用的绝大部分活动是在近海和极浅海海域。为了保证在这些海域所建造的工程设施能够安全服役免遭破坏,面临的首要问题是弄清这一海域中严酷和复杂多变的环境因素。我国东临西北太平洋,每年出现的台风数目占全球的38%,其中对我国可能造成灾害的台风每年有7—8个。每当台风在我国登陆或接近我国沿海通过时,都会在沿岸局部地区产生风暴潮,形成风暴潮灾害。

在我国北方海域(渤海和北黄海),冬季由于受寒潮影响,沿岸地区每年都有结冰现象,结冰严重的年份则出现冰害。若对这些海洋灾害估计不足将会带来巨大的损失。渤海重叠冰与堆积冰的形成,不但可给结构物以强大的冰压力,而且由于冰激引起的振动作用,也会给海洋平台的使用和安全带来巨大的损害。而冰区溢油的迁移规律及预防和清理技术,至今尚未进行过深入的研究。对近岸大面积冰排和海上浮冰,在波浪、潮汐作用下都会引起海冰的断裂,断裂后冰块的尺度直接影响其对结构物的作用。在渤海海域建造的海洋平台,为了抵抗冰害,往往建成正、倒锥体的结构型式,冰排对锥体结构的冰荷载及与其的动力相互作用,也是目前尚未解决的课题。在海冰力学的研究中,除进行理论分析和数值模拟外,实验研究也是一个重要的手段。在实验研究中,模型冰可采用冻结模型冰和非冻结模型冰来进行,它们各有其优缺点,发展这两种技术是海冰力学研究中的一个课题。

我国是一个多地震的国家,海域中时有地震发生。强烈的地震将有可能是海上工程设施的主要破坏荷载。如果一旦在地震中结构物(海洋平台、钻井船、人工岛、输油及输气管道等)发生破坏,除其直接经济损失极大外,其次生灾害——火灾、环境污染等的后果也不堪设想。

近年环太平洋地区地震的频度和强度都在上升,造成重大灾害。大型海上工程在地震作用下的安全性,特别是抗震防灾的基本原理和减震技术措施需要认真研究。海域中的大型海上水工建筑物在地震作用下的响应和振动破坏机理更有待深入研究。日本阪神地震记录资料表明,地震及由此引发的巨浪共同作用对水中和岸边建筑物造成的破坏十分严重。水工建筑物的这类破坏机理,至今国内外对此都很少研究,且由于试验条件的限制,国内外对此方面的试验研究工作开展极少。这是海上水工建筑物抗震研究中的一个新领域。

以下的一些研究内容将是为解决海洋工程设施抗震措施中的关键技术所必需考虑的,如近海环境地震危险性分析,设计地震动参数和频谱特性,强震海底多维地震动及其空间分布规律,地震波传播特性及地震动输入机理;海域中大型海上水工建筑物在地震作用下,考虑周围水介质影响的结构振动破坏机理、振动控制、地震动时颇联合分析模型和输入机制、非线性动力分析和动力破坏试验;核电站海域工程建筑物抗地震性能,海洋采油平台及地下输油管线与地基土动力相互作用,码头及护岸建筑物地震稳定性;海域中水工建筑物的性能设计和地震设防标准等。

海上水工建筑物在长期运行过程中健康状况逐渐恶化,其损伤主要来自两个方面:其一是结构的老化、疲劳、超载、内部损伤(裂缝)、地基沉降变形以及环境的物理化学损伤(低温、冻融、大气侵蚀)等;其二是设计不周或设计标准偏低,施工质量差,原材料不合格,管理维护不善等。大型海上水工建筑物的损伤和事故都将对国民经济的发展造成重大的影响。

因此,发展以下的一些技术和方法将是十分重要的。如在考虑海洋环境荷载在幅值。时间及方向上的随机性所导致结构安全的不确定性情况下,对现役海洋工程结构进行健康诊断和评估剩余可靠度的理论;结构健康状态及损伤检测的新技术和新方法;结构病害治理用的新材料、新技术和新方法;海洋工程结构在多种复杂海洋环境条件下(风、浪、流、冰、地震等)的可靠度和优化理论研究,设计与建造新型抗灾工程结构;研究和设计使海洋工程结构物在设计使用期限内有足够的安全度,而在退役之后又便于拆除的各种工程措施。

为了及时掌握海洋环境的风云变幻和灾害的可能来临,发展海洋环境及灾害的预报技术是非常必要的。为此需要建立以下一些系统,如建立由近海到远海的海洋环境及灾害观测网络、预报与预警系统、沿岸防灾准备和各类应急处理系统;以主要海域和海岸带区域经济发展为背景,进行重点研究,建立数字化的海洋环境信息系统模型与结构;以及建立海岸和近海工程设施防灾减灾数字信息系统,将海岸和近海工程与网络技术人算机技术、遥感技术、地理信息系统、全球定位系统相结合,建立数学物理模型,通过多媒体技术,形象化地描述灾害成因、发生机理、传播规律、模拟灾害破坏的过程,建成智能化的防灾、抗灾和减灾决策支持系统。

三、海洋工程及海洋环境工程与海洋环境的相互作用及防治措施与对策

为了充分利用海洋空间,现代海洋空间利用除传统的港口和海洋运输外,正在向海上人造城市、发电站、海洋公园、海上机场、海底隧道和海底仓储的方向发展。人们现已在建造或设计海上生产、工作、生活用的各种大型人工岛、超大型浮式海洋结构和海底工程,估计到21世纪,可能出现能容纳10万人的海上人造城市。我国澳门和日本已经在海上建成了人工岛海上机场。为缓解紧张的陆地资源及减少城市噪音等,日本已经于99年8月在东京湾用6块380米长,60米宽的矩形漂浮钢板拼装海上漂浮机场。

由此可见,随着海洋资源与空间的开发利用,各类海上工程建筑物数量不断增多、规模日益复杂和庞大,保证这些海上工程设施的安全运行及采取海洋工程防灾减灾措施将越来越重要。海岸带和近岸海域是各种动力因素最复杂的地区,但同时又是经济活动最为发达的地区,海上工程建设如果考虑不当将会在一定程度上引发环境灾害。工程设施可能破坏原有海岸带的动态平衡,影响岸滩的冲淤变化。海上回填和疏浚会改变海岸的形态,破坏某些海洋生物赖以生存的栖息地,若对含有污染物的疏浚污泥倾抛处理不当则会造成二次污染。海上石油生产中的溢油事故将对海洋环境造成极其严重的污染。日益增多的海上退役工程设施如果不及时处理也将会逐渐成为海上障碍物以致引起公害。海洋工程抗灾减灾的任务是一方面要保证最大限度地减少自然界海洋灾害带来的报失,另一方面又要避免人为造成的海洋环境灾害。

随着人类对海洋资源的不断开发和利用,海洋环境保护与人类生产实践活动协调发展日显重要。如港口开发中的环境问题,主要内容包括:航道、港池开挖、疏浚引起的泥沙输运及其疏浚物抛放对海洋环境的影响,深水港口水工建筑物、大型人工岛、超大型浮式结构的环境和生态影响;破波带及其附近水域沿岸流对物质输运扩散规律研究;大型海岸工程、岸滩保护和整治工程引起的海域环境的变迁和海岸演变;海岸演变、防护及开发利用新概念的原则与理论,如由于工程措施所引起的海岸动力学、生态学、社会经济学及与环境关系的综合分析与协调。

随着沿海大、中型城市经济建设的快速发展,城平建设中的污水深海排放技术,感潮水域污水多点排放漂移扩散研究,天然海湾、人工湖及人工运河的水质交换能力,人工沙滩的保护措施,滩涂围垦对水域环境的影响等,都将是需要认真解决的 问题。