数字化在沙漠治理中的应用

日期 : 2018-06-11 17:23:34 作者 : 李小东 甘肃建投新能源科技股份有限公司


    荒漠化是当今人类面临的重大环境生态问题。中国是世界上荒漠化面积大、分布范围广、危害严重的国家之一。在我国,主要分布在北方干旱区和半干旱地区的八大沙漠和四大沙地是最主要的沙源地,对我国的生态环境影响尤为严重。荒漠化问题严重影响着我国北方地区的生态安全,是推进生态文明建设、构筑生态安全屏障的难点,是丝绸之路经济带沿线许多国家共同面临的生态难题。沙漠地区沙尘暴发生频率较高,流沙蔓延,吞噬农田草场,掩埋道路,给当地及其周边地区的生产和生活带来严重危害,制约着当地社会经济的可持续性发展。
    我国对沙漠的认知与治理已有久远的历史。新中国成立以来,我国持续不断地开展荒漠化防治,在广大科技人员和沙区各族人民的共同努力下,取得了显著成效。特别是进入21世纪以来,采取了一系列政策措施,实施了一系列重点工程,探索了一系列防治模式,加快推进防沙治沙,实现了全国沙化土地面积持续净减少。我国荒漠化和沙化土地面积连续三个监测期出现了“双缩减”,全国沙化土地面积由20世纪末年均扩展3436km2转变为目前的年均缩减1980 km2,呈现整体遏制、持续缩减的良好态势,结束了沙化土地持续扩展的历史,实现了由“沙进人退”到“人进沙退”的历史性转变。虽然防沙治沙取得了举世瞩目的成就,但我国荒漠化沙化面积大、分布广、危害重,荒漠生态资源仍很稀缺,生态系统稳定性差、功能不强,防沙治沙取得的成绩依然是初步的、阶段性的,形势依然严峻、任务依然艰巨。据国家k8.com局长张建龙在“十九大”期间介绍,目前我国荒漠化土地面积261.16万km2,沙化土地172.12万km2,分别占国土面积的27.2%和17.93%。全国近13的县有沙化土地分布。最近15年以来,我国荒漠化和沙化土地面积仅缩减了2.34%和1.43%。根据规划,“十三五”期间中国需要完成10万km2的沙化土地治理任务,沙化土地治理任务艰巨,这些沙化土地治理条件越来越差,治理难度越来越大,如期完成规划任务,需要付出更加艰辛的努力。
    因此,全国荒漠化防治(机械治沙工程)试验示范基地在荒漠化治理的探索中引入了数字化的概念,通过利用一系列数字化的设备高效科学地进行防沙治沙作业。

 

 

    一、无人机在沙漠治理中的应用
    沙丘移动是判断沙漠变化变迁的一种重要依据。传统的人工观测方法已经不能满足防沙治沙工作的需求了,引入数字化的沙丘移动观测方法势在必行。
    数字化的沙丘移动观测方法主要有野外观测法和遥感分析法。野外观测方法之一就是利用无人机将目标区域的沙丘形态航拍监测,通过对比相对时间内沙丘的动向来判断沙丘的移动方向,这是比较直接的一种方式。就腾格里沙漠而言,其变迁变化迅速,在春冬季节往往会刮起沙尘暴,严重影响着人民的生产生活。而在沙漠治理过程中需要最新、最完整的沙漠面貌和变迁变化规律是毋庸置疑的,无人机的使用恰好解决了影像获取过程中其他观测方法成本高昂的缺陷。
    通过实时地提取无人机在飞行过程中传回的图像信息,再结合地面建立的数据回收和处理设备达到数字化治理沙漠的目的。整个过程就是基于无人机图像的特点,能够确保实时传输、实时处理的目的。利用无人机信息采集技术在沙漠地区探测,采集数据,通过微机对数据的分析处理,对不同环境条件下的沙漠针对性地制定出科学的治理方案,灵活设计、分区治理,可提高治沙效率。通过整理分析无人机在沙漠治理前期对项目实施目标区拍摄的影像资料,制定详细的治沙方案,有目的地实施部分区域现场踏勘措施,降低了人工劳动强度,也方便了后期的机械治沙作业。
    无人机的出现及其附带系统的产生让沙漠治理变得更为有效,不管是前期侦测还有后期管护,不论是机械固沙还是生物治沙,无人机都扮演着很重要的角色,也发挥着其不可替代的作用,提高了治沙效率,提升了治沙质量,并对相关沙产业的后续开展奠定了良好的基础。

 

 

    二、固沙机使草沙障铺设机械化、智能化
    无人机采集、分析、处理数据后,技术人员根据草沙障铺设沙区的实际情况制定特定的技术方案,再用固沙机进行草沙障铺设作业。
    固沙机是一种能够高效、科学地铺设草沙障的固沙设备。在铺设草沙障时通过超声波探测器采集高度数据,传输到中央控制器,经过数据中枢对采集数据的分析和处理,将编译后的信号命令传送给电磁阀,由电磁阀控制液压系统完成压轮压草的所有动作。沙漠固沙压轮机构的智能高度控制系统由超声波测距传感器和牵引控制系统两大部分组成。超声波测距传感器利用超声波原理测量地表的高度变化,通过牵引控制系统的控制器处理超声波传感器输入的信号,计算出送草机构和压草机构的升降高度,输出到液压系统后,进行高度的自动调节。由送草机构将草帘输送至地面的同时,沙漠固沙机的压轮机构的压轮接触到已经编织好的草帘子,通过液压油缸提供的动力,由液压控制系统调节,将植物秸秆压入沙面以下一定的深度。由于沙漠中地形的不平整,为了保证压轮压草深度的均匀性,在压轮上安装的动力系统采用智能高度控制系统。安装在压轮上方的智能高度控制系统进行高度的探测时,通过高度探测装置将采集到的信号发送给中央控制器,由控制器进行数据的分析和处理,将分析和处理后的数据结果编译成数据命令反馈到电磁阀,通过液压缸实现压轮的升降动作,完成压轮的智能升降运动,从而完成草沙障的均匀铺设。
    根据施工沙区的地形地貌条件选择不同的草沙障规格,已有的立体式和牵引式固沙机可在沙地上铺设1 m×1 m、1 m×2 m 和 2 m×2 m 的草沙障。根据不同的坡度和风向等因素可按带状、菱形状和正方形状形式进行铺设。平均铺设压草深度10~20cm,草帘外露20~30cm,有显著的防风固沙作用。
    数字化的沙漠治理模式降低了沙区治沙工作者的劳动强度,解决了人工铺设草沙障不均匀、质量不稳定的问题,无人机和固沙机在沙漠治理中的应用给沙漠治理提供了新的理念,构建了沙漠治理的新模式——规模化机械化固沙治沙,对推动全国防沙治沙进程起到了积极作用。作为防沙治沙工作中不可或缺的新模式,数字化治沙在未来的防沙治沙工作以及林业生态建设中发挥的作用将会越来越大。(李小东)