論ＧＩＳ在環(huán)境管理及評價方面的應用

摘要：論述了地理信息系統(tǒng)(GIS) 的組成、功能、特點以及在環(huán)境科學中的應用，主要綜述了GIS 在土地資源、生態(tài)環(huán)境規(guī)劃、水資源中的應用以及發(fā)展趨勢。

關鍵詞：地理信息系統(tǒng)；環(huán)境科學；土地資源

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中圖分類號：F49文獻標識碼：A文章編號：16723198（2007）11029702

1GIS在資源環(huán)境中的應用

1.1GIS在土地資源中的應用

(1)土地資源清查。

20世紀60 至70 年代，加拿大就建立了土地清查地理信息系統(tǒng)(CGIS)，它可以在快速方便地輸入實地詳查資料的基礎上，按要求輸出各類土地面積、土地利用現(xiàn)狀分布圖以及坡度坡向圖，也可按用戶特定要求輸出不同年代的土地利用類型等相應圖件。國際土壤學會于1986 年開始著手建立1∶1 000 000的世界土壤O土地數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(world soils and terrain digital data base 簡稱SOTER)，希望利用GIS 技術完成全球性的土地資源清查。在我國，地理信息系統(tǒng)用于土地資源清查起步較晚，但發(fā)展迅速，它大大方便了土地資源清查與數(shù)據(jù)共享，為土地資源的合理利用與可持續(xù)發(fā)展提供了決策信息服務。

(2)土地資源評價與管理。

土地資源評價與管理是地理信息系統(tǒng)應用最早的和較為成熟的領域之一，由此產(chǎn)生了一系列的土地管理信息系統(tǒng)(LIS) 。早期的有美國紐約土地利用與自然資源信息系統(tǒng)(LUNR)， 美國明尼蘇達土地管理信息系統(tǒng)(MLMIS) 。

20世紀70 年代以來土地資源信息系統(tǒng)得到迅速發(fā)展和普遍應用，出現(xiàn)了巨大的加拿大國家土地信息系統(tǒng)(CanGIS)，新西蘭微型計算機土地信息系統(tǒng)(MIDGE，Giltap)，澳大利亞SIRO 土地利用規(guī)劃信息系統(tǒng)，以及英國發(fā)展的土地資源信息系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都將土地評價和規(guī)劃過程相結合，并適用于土地管理，具有綜合性和實用性。我國土地資源信息系統(tǒng)始于20世紀80 年代后期，但發(fā)展較快，戴旭利用ARC/ INFO 信息系統(tǒng)應用于農(nóng)業(yè)土地資源評價，傅伯杰以延安地區(qū)為例建立了資源評價信息系統(tǒng)，周慧珍和賀紅士等建立了區(qū)域微機土壤信息系統(tǒng)，分別對實驗區(qū)進行了土地退化評價、土地利用變遷分析和土地肥力評價，倪紹祥、黃杏元等利用土地評價信息系統(tǒng)，改善了土地適宜性評價的效率和精度，將土地適宜性評價和土地利用規(guī)劃決策聯(lián)系起來。

1.2GIS在生態(tài)環(huán)境中的應用

(1)生態(tài)環(huán)境管理規(guī)劃與宏觀決策。

地理信息系統(tǒng)在生態(tài)環(huán)境研究中應用廣泛，主要有環(huán)境監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價與環(huán)境影響評價、環(huán)境預測規(guī)劃與生態(tài)管理以及面源污染等。空間監(jiān)測信息的綜合加工與快速而形象的反映是環(huán)境管理的迫切需要，監(jiān)測信息的綜合分析是一個復合型的巨大系統(tǒng)，引入地理信息系統(tǒng)，不僅可滿足上述要求，而且可作為支持系統(tǒng)的有利工具。

通過GIS 與這些模型結合可以確定面源污染的影響因素、形成機理和分布規(guī)律，在實踐中發(fā)揮了很好的作用。在我國，面源污染研究起步較晚，仍不夠深入，主要是借用國外的一些模型進行土壤侵蝕研究和污染物總量控制，而面源模擬實驗進行得很少。

(2)自然災害預警及災情分析。

從國內(nèi)外發(fā)展狀況看，地理信息系統(tǒng)技術在重大自然災害和災情評估中有廣泛的應用領域。從災害的類型看，它既可用于火災、洪災、泥石流、雪災和地震等突發(fā)性自然災害，又可應用于干旱災害、土地沙漠化、森林蟲災和環(huán)境危害等非突發(fā)性事故。就其作用而言，從災害預警預報、災害監(jiān)測調(diào)查到災情評估分析各個方面，綜合起來有如下幾點: ①進行災情預警預報; ②對災情進行動態(tài)監(jiān)測; ③分析探討災情發(fā)生的成因與規(guī)律; ④ 進行災害調(diào)查; ⑤ 災害監(jiān)測; ⑥災害評估。

1.3地理信息系統(tǒng)在土地資源與生態(tài)環(huán)境應用中存在的問題

(1)數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證。

土地資源與生態(tài)環(huán)境問題涉及土壤學、環(huán)境學與地理學等各個學科領域，其影響因素復雜，需要數(shù)據(jù)量大且要求質(zhì)量高。然而由于儀器設備以及人力物力的限制，許多土地資源與生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)難以獲取。而且現(xiàn)有數(shù)據(jù)也往往由于數(shù)據(jù)來源不一、數(shù)據(jù)格式各異、年代不同等原因造成土地資源與生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證，特別是數(shù)據(jù)格式不一，使各地區(qū)的數(shù)據(jù)難以共享，嚴重影響了GIS 的應用。同時，地理信息系統(tǒng)最基本特點是每個數(shù)據(jù)項都有空間坐標，即首先定位，才能使定性定量的屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)相連，而傳統(tǒng)的人工采集與野外調(diào)查數(shù)據(jù)空間定位能力差，并且往往以點代面，不可避免的帶來了各種誤差。因此數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)精度一直是GIS 技術真正解決土地資源與生態(tài)環(huán)境問題的一個“瓶頸”。

(2)專業(yè)模型缺乏通用性。

現(xiàn)代土地資源與生態(tài)環(huán)境研究從世界范圍和歷史發(fā)展來看，許多發(fā)達國家已從第一階段的側重調(diào)查、分類和制圖，進入第二階段的側重模擬、監(jiān)測和管理。在這個階段，問題的解決依賴于模型的建立，然而現(xiàn)有的模型多是面向某一地區(qū)特定條件下建立的，大多不具有空間和時間上的可移植性。

(3)系統(tǒng)集成性差。

集成是將基于信息技術的各種資源及分析方法(計算機硬件、軟件、模型、接口及傳感器) 集成一個協(xié)同工作的整體。隨著地理信息系統(tǒng)在土地資源與生態(tài)環(huán)境中應用的深入，建立了一大批相關地理信息系統(tǒng)。這些專業(yè)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模型、專業(yè)模型以及兩者之間的接口和GIS之間的連接方式均不一樣，界面不統(tǒng)一不友好。GIS的數(shù)據(jù)模型仍然缺乏環(huán)境模擬所需的時空結構，GIS軟件系統(tǒng)也不能夠同時處理時空數(shù)據(jù)的結構可變性以及建立和檢驗過程的算法可變性。

1.4GIS在水資源與生態(tài)環(huán)境中的應用

由于水資源與生態(tài)環(huán)境評價牽涉面廣，涉及數(shù)據(jù)信息來源多，因此需要運用多種手段進行分析研究。遙感技術、技術和管理信息系統(tǒng)技術在水資源與生態(tài)環(huán)境評價中的綜合應用是未來發(fā)展的趨勢。用于實時、快速地提供大面積地表物體及其環(huán)境的幾何與物理信息和各種變化， 是綜合處理非空間數(shù)據(jù)的平臺，同時也為空間數(shù)據(jù)提供了屬性信息，則是對多種來源時空數(shù)據(jù)的綜合處理分析和應用以及展示的平臺。項技術綜合運用將對大范圍改善水資源與生態(tài)環(huán)境之間的關系發(fā)揮巨大的作用。

基于水資源與生態(tài)環(huán)境評價管理信息系統(tǒng)的主要用戶對象是系統(tǒng)內(nèi)部戶，目前組件技術已相當成熟，并且由于結構的設計不受開發(fā)方式的限制，可以將的分析功能發(fā)揮至極致。水資源與生態(tài)環(huán)境評價管理地理信息系統(tǒng)由專題管理系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)及空間數(shù)據(jù)編輯系統(tǒng)I 部分組成。

專題管理系統(tǒng)是水資源與生態(tài)環(huán)境評價管理地理信息系統(tǒng)的核心部分，其主要任務是提供空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)進行連接的工具，建設專題信息，將空間數(shù)據(jù)和水資源與生態(tài)環(huán)境評價所需的屬性數(shù)據(jù)結合成為有機的整體，使空間數(shù)據(jù)信息為水資源與生態(tài)評價服務，并在此基礎上完成對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行雙向查詢，既可以對屬性庫進行各類查詢，又可將查詢結果直觀地在地圖上表示出來，也能以地圖為工具，查詢圖上各空間要素的詳細資料，通俗的說，也就是從表到圖、從圖到表的雙向信息查詢，使信息達到既形象直觀又詳盡、具體的完美統(tǒng)一。專題管理系統(tǒng)還提供對空間信息進行量算、數(shù)據(jù)顯示和輸出及其他輔助功能。

1.5環(huán)境影響評價

環(huán)境影響評價用以識別和預測某項人類活動對環(huán)境所產(chǎn)生的影響， 解釋和傳播影響信息， 制定出減輕不利影響的對策措施， 從而達到人類行為與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。由于GIS 能夠集成管理與場地有關的數(shù)據(jù)， 例如水質(zhì)， 空氣質(zhì)量、污染源、土地利用狀況等， 因而特別適合作為環(huán)境影響評價的分析和輔助決策工具。

2GIS的發(fā)展趨勢

2.1RS、 GPS 和GIS 一體化技術的應用

RS (遙感) 作為一種獲取和更新空間數(shù)據(jù)的強有力的手段，能提供實效性強、準確度高、監(jiān)測范圍大、具有綜合性的定位定量信息，于是RS 信息便成了地理信息系統(tǒng)十分重要的數(shù)據(jù)源，它有助于GIS 數(shù)據(jù)庫的及時更新，確保現(xiàn)實性，特別是環(huán)境動態(tài)監(jiān)測，自然災害防治以及土地利用分類等方面，具有其它類型數(shù)據(jù)所無法代替的優(yōu)越性。GPS (全球定位系統(tǒng)) 是美國在24 顆衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的最新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)。它由三部分組成，即空間部分、地面監(jiān)測部分和用戶部分。GPS 為RS 影像數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)提供精確定位信息。在當今全球變化研究、土地資源與生態(tài)環(huán)境、信息技術高實效性要求日益急迫的情況下“3S”一體化技術必將成為重要發(fā)展方向之一。

2.2應用模型的開發(fā)

目前應用模型的研究比較引人注目的是: ①引進空間化的數(shù)理統(tǒng)計和系統(tǒng)分析方法。②通過實例研究，建立專業(yè)模型。在GIS應用中，應用模型是聯(lián)系GIS 應用系統(tǒng)與常規(guī)專業(yè)研究的紐帶，模型的建立必須以廣泛的專業(yè)知識為基礎。這既是解決專業(yè)模型的關鍵，也是GIS 功能的擴展。因此應用模型研究是今后研究的重點和發(fā)展的主要方向之一。

2.3模型驅動的決策支持系統(tǒng)的發(fā)展

以模型庫為驅動核心的空間決策支持系統(tǒng)以決策的有效性為目的，建立決策模型和空間復合運算，在不同的決策階段予以不同的支持，支持決策的全過程，從而避免了運用GIS在空間信息的分析評價、時空分析、預測和模擬及。決策等過程中模型分析功能的不足。因此GIS 在土地資源與生態(tài)環(huán)境中的傳統(tǒng)應用階段必將走向空間決策支持系統(tǒng)發(fā)展階段。

2.4人工智能的應用和專家系統(tǒng)的開發(fā)

20世紀80 年代開始的以知識為對象的信息處理，注意利用人工智能(AI) 的方法，通過專家知識的規(guī)范化建立知識庫，發(fā)展專家系統(tǒng)。利用這種智能型的地理信息系統(tǒng)來解決不能用算法解決的復雜問題，將使GIS 的應用領域獲得更大的拓展。

2.5標準化是發(fā)展方向

制訂統(tǒng)一的規(guī)范和標準是信息系統(tǒng)共享的基礎。美國、日本、法國和加拿大等國都十分注意全國性的統(tǒng)一規(guī)劃和標準。我國應吸取國際經(jīng)驗結合本國實際，開展關于資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家規(guī)范的研究，以便科學而準確地規(guī)定系統(tǒng)中的內(nèi)容分類，數(shù)據(jù)格式、控制體系、精度標準和技術名詞等，以保證不同系統(tǒng)之間的交換和數(shù)據(jù)共享。

2.6網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)的發(fā)展

網(wǎng)絡技術的發(fā)展，給新一代GIS 技術重構帶來了巨大的機遇與挑戰(zhàn)。GIS 的空間分析方法由原理驅動轉變?yōu)閿?shù)據(jù)驅動;采用主流技術的標準與協(xié)議，實現(xiàn)GIS 空間數(shù)據(jù)的互操作性和全關系化;從單純的GIS 技術轉向同各種專業(yè)應用相結合，使之在全球信息基礎設施上得到廣泛應用。

參考文獻

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［2］張樹斌．地理信息系統(tǒng)的發(fā)展歷程與趨勢［Ｊ］．太原科技，2007，(１０).

［3］劉艷林．地理信息系統(tǒng)及其在水利中的應用［J］．內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2007，(17).