何 平

鐵嶺市環(huán)境信息中心

地理信息系統(tǒng)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用進展

何 平

鐵嶺市環(huán)境信息中心

地理信息系統(tǒng)（GIS）是隨著地理科學(xué)、計算機技術(shù)、遙感技術(shù)和信息科學(xué)的發(fā)展而發(fā)展起來的一個新興技術(shù)，是一個能夠?qū)臻g相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集、管理、分析和可視化輸出的計算機信息系統(tǒng)。本文介紹了地理信息系統(tǒng)的發(fā)展、組成，簡述了GIS在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用以及GIS的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢。

地理信息系統(tǒng)；環(huán)境科學(xué)；應(yīng)用；發(fā)展

1　　地理信息系統(tǒng)概述

在我國隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，GIS在城市規(guī)劃管理、環(huán)境保護、交通運輸、防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

一個完整的GIS主要由4部分構(gòu)成，即計算機硬件系統(tǒng)、計算機軟件系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理操作人員。作為GIS核心部分的計算機軟件系統(tǒng)，不僅包括各類計算機系統(tǒng)軟件，還包括專門的GIS軟件，主要用于對空間數(shù)據(jù)輸入、存儲、轉(zhuǎn)換、輸出和與用戶接口。

GIS的基本功能主要有：空間數(shù)據(jù)的采集、檢查與編輯功能；格式化、轉(zhuǎn)換、概括功能；存儲與組織功能；分析功能；顯示功能。

2　　地理信息系統(tǒng)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用

在環(huán)境領(lǐng)域，GIS技術(shù)的引進為這個復(fù)雜的多學(xué)科交叉領(lǐng)域的研究和發(fā)展帶來了新的契機和巨大的益處，表現(xiàn)在幾個方面：（1）使環(huán)境問題具體化。利用GIS的空間信息屬性可使原本不具有空間信息屬性的環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)展示出其空間分布的地理規(guī)律。（2）提高工作效率，改善工作質(zhì)量。利用專題地圖功能，可以迅速將環(huán)境統(tǒng)計報表數(shù)據(jù)以圖表等多種形式顯示出來，既減輕了工作量，又能以多樣的形式展示出環(huán)境數(shù)據(jù)，清楚地了解環(huán)境狀況。（3）拓展工作范圍。利用GIS軟件提供的路徑分析功能，可以對以前只能基于一維的風(fēng)向模型建立起二維的污染物擴散模型。（4）集成化解決問題。由于GIS數(shù)據(jù)參照同一空間坐標系，使得不同研究領(lǐng)域的數(shù)據(jù)或同一領(lǐng)域不同地域的數(shù)據(jù)，可以在一致的標準下進行信息共享，使得多學(xué)科交叉和地域交叉的研究變得簡單高效，并且各部門數(shù)據(jù)可集成支持整個項目的戰(zhàn)略決策［4］。

2.1GIS在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

在環(huán)境監(jiān)測過程中，利用GIS技術(shù)可對實時采集的數(shù)據(jù)進行存儲、處理、顯示、分析，實現(xiàn)為環(huán)境決策提供輔助手段的目的。

2.2GIS在環(huán)境規(guī)劃與決策中的應(yīng)用

對于宏觀性、全局性的環(huán)境規(guī)劃來說，利用GIS可以實現(xiàn)規(guī)劃中的定性與定量相結(jié)合、空間分析與屬性分析相結(jié)合、歷史信息與發(fā)展方向相結(jié)臺。通過GIS的各個功能模塊進行環(huán)境規(guī)劃的各項工作，包括污染源分布、污染擴散分析等。利用GIS中的綜合信息和空間分析模型可以為科學(xué)決策提供依據(jù)，是決策支持的有效手段［5］。進行環(huán)境規(guī)劃與決策工作可通過GIS的緩沖區(qū)分析、疊置分析等功能模塊實現(xiàn)。

2.3GIS在環(huán)境影響評價中的應(yīng)用

利用GIS的空間分析功能，可以在空間上實現(xiàn)對建設(shè)項目的環(huán)境影響預(yù)測評價，其強大的圖形與數(shù)據(jù)處理功能，將使環(huán)境影響評價工作走向新臺階；另外，將環(huán)境質(zhì)量模型與GIS 相結(jié)合，實現(xiàn)真正的集成化，可視化地描述污染物在空間上的擴散規(guī)律，可以很好實現(xiàn)污染物在流體介質(zhì)的空間模擬，對促進環(huán)境影響評價工作的標準化和程序化，提高其精確度和可比性等各方面都有著重要作用。

環(huán)境影響評價和污染防治所涉及的因素很多，包括地下水水質(zhì)、地表水水質(zhì)、暴雨徑流、港灣水質(zhì)、大氣質(zhì)量、非點源污染等。GIS則為這些環(huán)境要素的綜合分析提供了有力的支持和工具。如數(shù)據(jù)庫和大量函數(shù)、基本底圖、流域和子流域邊界圖、土壤和水力學(xué)數(shù)據(jù)、地形和土地利用方式、市政污水狀況、水質(zhì)數(shù)據(jù)、管道和排水系統(tǒng)數(shù)據(jù)等，可以用來模擬環(huán)境影響，從而為防止對環(huán)境的破壞提供數(shù)據(jù)支持。

2.4GIS在非點源污染控制中的應(yīng)用

國外開展GIS在非點源污染控制中的應(yīng)用已有十多年的歷史，GIS在非點源污染控制中的應(yīng)用從本質(zhì)上改變了其分析和建模方式，揭開了數(shù)據(jù)輸人和結(jié)果顯示的新篇章。對于農(nóng)業(yè)非點源污染，GIS在其中的應(yīng)用，包括土壤侵蝕率和侵蝕量估算及士壤侵蝕對環(huán)境影響的模擬、地區(qū)徑流的預(yù)測、土地利用變化的水質(zhì)響應(yīng)等［5］。近幾年來，隨著研究的進一步深入，GIS在滲漏帶污染物遷移、轉(zhuǎn)化模擬及地下水的殺蟲劑模擬研究中的應(yīng)用成為新的研究熱點。

2.5GIS水環(huán)境管理中的應(yīng)用

水環(huán)境信息具有明顯的空間屬性和層次屬性，利用GIS可以更加明確地揭示不同區(qū)域的水環(huán)境狀況，反映水體環(huán)境質(zhì)量在空間上的變化趨勢。可以更加直觀地反映如污染源、排污口、監(jiān)測斷面等環(huán)境要素的空問分布。利用GIS還可以進行污染源預(yù)測、水質(zhì)預(yù)測、水環(huán)境容量計算、污染物削減量的分配等，以表格和圖形的方式為水環(huán)境管理決策提供多方位、多形式的支持［1］。

3　　地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢

3.13S集成技術(shù)的應(yīng)用

GIS與遙感結(jié)合的關(guān)鍵技術(shù)是柵格和矢量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的接口問題，圖像數(shù)據(jù)和制圖數(shù)據(jù)是兩種不同的空間概念，遙感數(shù)據(jù)不做進一步處理就不能從圖像數(shù)據(jù)中識別地物；GIS與圖像處理系統(tǒng)缺少相互支持的交換標準；圖像與高精度地圖的幾何配準也是需解決的問題之一。

3.2三維GIS

三維GIS是指布滿整個三維空間的GIS，與傳統(tǒng)的基于平面的2DGIS明顯不同，三維GIS主要體現(xiàn)在空間位置與拓撲關(guān)系的描述及空間分析的伸展方向上。雖然經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展歷程，到目前為止，國際上還沒有一個成熟完整的三維GIS系統(tǒng)，與三維G1S相關(guān)的系統(tǒng)主要集中在三維可視化方面，也有一些系統(tǒng)部分實現(xiàn)了三維GIS功能。在三維GIS中，對三維數(shù)據(jù)的存儲和其關(guān)系的描述是建立系統(tǒng)的關(guān)鍵，目前的研究主要集中在表達三維對象的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上。

3.3網(wǎng)絡(luò)GIS

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及社會對GIS應(yīng)用需求的增加，利用Internet技術(shù)在Web上發(fā)布地理信息，以供用戶瀏覽、查詢并獲取所需的空間信息和應(yīng)用成為GIS發(fā)展的必然趨勢，順應(yīng)這一發(fā)展要求出現(xiàn)了Web GIS。Web G1S即網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)，足在Internet或Intranet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的一種兼容存儲、處理、分析、顯示和應(yīng)用地理信息的計算機系統(tǒng)。

作為GIS的一種新形式.Web GIS無論是在理論研究還是在應(yīng)用方面都還處于發(fā)展階段。開放的Internet為Web GIS提供了廣闊的應(yīng)用前景，目前，人們又逐漸提出了地學(xué)信息服務(wù)的概念，它是指基于網(wǎng)絡(luò)的地學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)轉(zhuǎn)換為地學(xué)功能服務(wù)，在地學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)階段，網(wǎng)絡(luò)GIS的功能主要是提供地理數(shù)據(jù).進一步的發(fā)展將能夠?qū)崿F(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的以地學(xué)處理計算為中心的功能服務(wù)［7］。

4　　結(jié)語

40 多年來，GIS在其功能、結(jié)構(gòu)和開發(fā)模式等方面都有了很大進步，發(fā)生了重大變化，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。當前應(yīng)該充分利用國外成功的應(yīng)用范例，推進我國GIS在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用，建立適合我國國情的環(huán)境學(xué)科各領(lǐng)域的GIS模型和應(yīng)用系統(tǒng)。

［1］ 毛國輝，張金華.GIS技術(shù)及其在環(huán)境保護中的應(yīng)用.甘肅科技，2009，25（8）.

［2］ 江南，于雪英.地理信息系統(tǒng)及其展望.電力系統(tǒng)自動化，2003，27（18）.