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

單禮堂

本文以地理信息系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和功能為根據(jù)，對(duì)在環(huán)境科學(xué)中對(duì)地理信息系統(tǒng)空間分析和數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析和介紹。同時(shí)立足于環(huán)境科學(xué)的角度針對(duì)地理信息系統(tǒng)在環(huán)境影響評(píng)價(jià)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，而且對(duì)環(huán)境科學(xué)中地理信息系統(tǒng)的重要作用進(jìn)行了闡述。

計(jì)算機(jī)在上世紀(jì)五十年代末六十年代初開(kāi)始正式的變成重要的地理信息存儲(chǔ)和處理工具，R.F.Tomlinson在1963年首次將世界上第一個(gè)GIS系統(tǒng)建立起來(lái)，也就是加拿大地理信息系統(tǒng)。我國(guó)從上世紀(jì)80年代初開(kāi)始研究地理信息系統(tǒng)方面的工作，其標(biāo)志就是中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所的地理信息系統(tǒng)研究室的成立，我國(guó)在正式通過(guò)資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之后，其標(biāo)志著在資源與環(huán)境方面對(duì)GIS技術(shù)的研究正式拉開(kāi)序幕，而我國(guó)環(huán)境領(lǐng)域中對(duì)GIS技術(shù)的正式應(yīng)用則是1995年開(kāi)始的。

GIS的功能和概念

地理信息系統(tǒng)屬于一種可以描述、顯示、分析、查詢(xún)、檢索、管理、存儲(chǔ)以及采集空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其屬于對(duì)海量地理數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和挖掘的通用技術(shù)，其立足于地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)，并且對(duì)計(jì)算機(jī)硬件軟件進(jìn)行充分的利用，從而能夠有效的描述、顯示、分析、查詢(xún)、檢索、管理、存儲(chǔ)以及采集地球表層空間數(shù)據(jù)的這樣的一種技術(shù)系統(tǒng)。、

在地理數(shù)據(jù)處理工程中GIS發(fā)揮的作用就是GIS功能，其主要包括地理數(shù)據(jù)的顯示、分析、操作、圖形圖像處理、地理的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和輸入等。

采集和輸入數(shù)據(jù)：將外部的原始數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，同時(shí)采用便于處理的內(nèi)部格式來(lái)轉(zhuǎn)化這些數(shù)據(jù)的外部格式，這樣的一個(gè)過(guò)程就是數(shù)據(jù)的采集和輸入過(guò)程。

屬性編輯和圖形編輯的數(shù)據(jù)編輯功能：圖形編輯主要包括誤差校正、圖形變換、圖幅拼接、圖形修飾、圖形編輯以及撲關(guān)系建立等各種功能；屬性編輯主要是結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)管理的工作，其主要包括刪除增加以及修改等各種功能。

存儲(chǔ)與管理數(shù)據(jù)：采用某種格式將數(shù)據(jù)記錄在計(jì)算機(jī)外部的存儲(chǔ)介質(zhì)當(dāng)中或者計(jì)算機(jī)的內(nèi)部，數(shù)據(jù)文件的結(jié)構(gòu)與其存儲(chǔ)方式具有密切關(guān)系，其最為主要的就是要將記錄的邏輯數(shù)據(jù)建立起來(lái)，通常采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理屬性數(shù)據(jù)。

查詢(xún)與分析空間：其主要包括數(shù)據(jù)綜合分析，數(shù)據(jù)查詢(xún)檢索以及數(shù)據(jù)操作運(yùn)算等功能，從數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置、數(shù)據(jù)庫(kù)以及文件中將所需要的數(shù)據(jù)查找或者選取出來(lái)，這就是所謂的數(shù)據(jù)查詢(xún)和檢索功能；GIS技術(shù)就能夠?qū)λ▍^(qū)內(nèi)的各種現(xiàn)象和過(guò)程進(jìn)行分析。

數(shù)據(jù)顯示與結(jié)果輸出：最終結(jié)果和中間處理過(guò)程的屏幕顯示就是所謂的數(shù)據(jù)顯示，其主要包括操作分析過(guò)程的顯示以及圖形數(shù)據(jù)的數(shù)字化與編輯。結(jié)果輸出形式主要包括下面幾種：通過(guò)對(duì)Internet的利用實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，保證可視化的實(shí)現(xiàn)；打印機(jī)輸出；繪圖機(jī)輸出；在計(jì)算機(jī)屏幕上輸出。

GIS在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用分析

環(huán)境信息的采集和處理工作在環(huán)境監(jiān)測(cè)中具有十分重要的作用，其中有85%以上的環(huán)境信息都與空間位置具有十分密切的關(guān)系，所以在環(huán)境監(jiān)測(cè)中地理信息系統(tǒng)就具有十分重要的作用。通過(guò)對(duì)地理信息系統(tǒng)的利用能夠?qū)Ω鞣N環(huán)境信息進(jìn)行有效地獲取存儲(chǔ)管理和分析，同時(shí)還可以將有效、客觀、準(zhǔn)確及時(shí)以及全面的環(huán)境信息提供給環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能以及空間分析功能十分強(qiáng)大，通過(guò)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)模型與GIS的功能模塊的結(jié)合能夠有效的處理多源環(huán)境信息，并且還可以將環(huán)境演變的動(dòng)態(tài)規(guī)律尋找出來(lái)，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)環(huán)境，同時(shí)還可以采用圖片的形式將環(huán)境的變化規(guī)律和情況直觀的表達(dá)出來(lái)。

在大氣環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中對(duì)GIS的應(yīng)用。城市的機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量以及工業(yè)企業(yè)數(shù)量在城市化以及工業(yè)化不斷發(fā)展的今天變得越來(lái)越多，因此在城市的空氣中排入到了大量的有毒有害污染物，現(xiàn)在世界上很多國(guó)家和地區(qū)都在致力于對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的改善。大氣環(huán)境具有自己獨(dú)特的特點(diǎn)：首先其具有超大的空間尺度，人類(lèi)賴(lài)以生存的大氣圈的厚度有上百公里；在自然環(huán)境中空氣的流動(dòng)性是最好的，而其不可逾越的固體邊界就是地面。所以采用GIS技術(shù)監(jiān)測(cè)和分析大氣環(huán)境具有重要作用，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)以及激勵(lì)信息系統(tǒng)技術(shù)的運(yùn)用，能夠有效的搜集和整理所有對(duì)大氣造成污染的企業(yè)的周?chē)匦巍⑽廴疚镆苿?dòng)范圍、主要污染物情況以及位置信息等，同時(shí)還可以將地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建立起來(lái)。通過(guò)對(duì)GIS數(shù)據(jù)顯示功能以及空間分析功能的利用能夠?qū)⒋髿庵形廴疚锏臐舛确植紙D獲得，并且對(duì)污染物的超標(biāo)情況和空間分布進(jìn)行進(jìn)一步的了解。

在水資源環(huán)境監(jiān)測(cè)中GIS技術(shù)的應(yīng)用。作為人類(lèi)生存和發(fā)展必不可少的資源，水資源同時(shí)也是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源，但是現(xiàn)在的水污染變得越來(lái)越嚴(yán)重，而且還呈現(xiàn)出了復(fù)合型污染的特征，所以必須要將監(jiān)測(cè)和管理水資源環(huán)境的工作做好。具有較大的空間信息量是水資源環(huán)境的主要特點(diǎn)，而GIS最為顯著的優(yōu)勢(shì)就是管理和分析空間信息。在水資源環(huán)境監(jiān)測(cè)中對(duì)GIS技術(shù)進(jìn)行利用能夠有效地組織和管理水質(zhì)監(jiān)測(cè)空間數(shù)據(jù)，并且還可以讓管理人員十分方便的查詢(xún)、修改和編輯各種空間信息；通過(guò)對(duì)GIS的圖標(biāo)分析功能和空間分析功能的利用還可以制作專(zhuān)題圖、分析空間和檢測(cè)數(shù)據(jù)，能夠?qū)⒂行У男畔⒅С痔峁┙o制定污染治理方案的工作。

在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中對(duì)GIS技術(shù)的具體影響

系統(tǒng)性的評(píng)估、預(yù)測(cè)以及識(shí)別擬議中的國(guó)家政策、區(qū)域開(kāi)發(fā)計(jì)劃以及建設(shè)項(xiàng)目在實(shí)施之后會(huì)對(duì)環(huán)境造成的各種影響，就是所謂的環(huán)境影響評(píng)價(jià)。開(kāi)展環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作的最為主要的目的就是鼓勵(lì)在決策和規(guī)劃中對(duì)環(huán)境因素進(jìn)行充分的考慮，從而能夠保證人類(lèi)的活動(dòng)更具環(huán)境相容性。現(xiàn)在利用現(xiàn)有的成熟的模型可以將環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的很多環(huán)境過(guò)程和環(huán)境問(wèn)題描述出來(lái)，比如大氣擴(kuò)散模型以及水質(zhì)模型等，然而在操作、分析及顯示等方面這些環(huán)境模型空間數(shù)據(jù)仍然具有較多的困難，同時(shí)其空間特性也非常明顯[4]。通過(guò)對(duì)GIS技術(shù)的利用能夠有效的連接數(shù)據(jù)和地圖，并且將拓?fù)潢P(guān)系建立起來(lái)，開(kāi)展制作各類(lèi)專(zhuān)題圖以及空間分析和查詢(xún)等各項(xiàng)工作，最終可以將環(huán)境質(zhì)量和污染狀況非常直觀的顯示出來(lái)，同時(shí)可以選擇各種各樣的評(píng)價(jià)方法在評(píng)價(jià)過(guò)程中實(shí)施區(qū)域綜合評(píng)價(jià)以及單要素評(píng)價(jià)，并且可以將分析、計(jì)算評(píng)價(jià)因子以及輸出評(píng)價(jià)結(jié)果的工作完成，這樣就使得工作人員的工作量得以有效降低，并且使評(píng)價(jià)工作進(jìn)程也變得更快。

相對(duì)于其他的工具而言，GIS具備的空間分析能力、非空間的屬性數(shù)據(jù)的管理能力以及空間數(shù)據(jù)的管理能力具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)，GIS能夠有效的處理多種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，并且能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)變換、編輯以及建立拓?fù)潢P(guān)系等，可以通過(guò)四種不同的空間數(shù)據(jù)曾對(duì)不同的空間對(duì)象進(jìn)行表達(dá)，還可以將各種統(tǒng)計(jì)圖和專(zhuān)題圖書(shū)城出來(lái)，能夠?qū)⒋罅康呢?cái)力物力以及人力節(jié)省下來(lái)，最為關(guān)鍵的是其在獲得成果的時(shí)候具有較高的精度以及較快的速度。因此，我們有理由相信，在未來(lái)的環(huán)境科學(xué)中會(huì)越來(lái)越多的運(yùn)用到GIS技術(shù)，而且其勢(shì)必將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。