淺談GIS在環境科學研究中的應用與展望

潘彤 楊森林

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714124

摘要：地理信息系統（GIS）從信息學的角度對各種空間載體進行科學性的描述，在相關計算軟件的支持下，對地球表層的部分或全部的空間地理分布數據進行分析和判斷。因此，將GIS應用于具有綜合性、復雜性等特點的環境科學相關研究領域的潛力非常巨大。在環境規劃、環境影響評價、環境監測等多個分支學科中擁有廣泛的應用前景。

關鍵詞：地理信息系統；環境科學；應用；展望

中圖分類號：X144文獻標識碼：A

Discussion on application and prospect of GIS for environmental science

Pan Tong1 Yang Senlin2

1.Chongqing Shuren Middle SchoolChongqing404100；2.Chengdu Institute of Planning & DesignChengdu610000

Abstract：Geographic Information System （GIS） described all kinds of space carrier scientifically from the aspect of informatics. The analysis and estimate for geographical distribution data in entire or part of the Earth's surface （including atmosphere） were conducted with the support of calculation software. Therefore， the application of GIS for environmental science which was comprehensive and complex was enormously potential. It would have a wide range of prospect in environmental planning， environmental impact assessment， environmental monitoring and other branches of environmental science.

Keywords：GIS；environmental science；application； prospect

GIS是一種特定的空間信息系統，它將地理學、地圖學、遙感學以及計算機學進行有機結合，1967年，世界上首個投入實際應用的地理信息系統由羅杰·湯姆林森博士在加拿大研發成功，它用于存儲、分析并綜合利用加拿大土地統計局收集的相關數據。至此以后，GIS在短暫的時間里取得了飛速發展[1]。經過多年的不懈努力，GIS現已廣泛應用于不同的領域[25]，成為一種獨具特色的重要的分析和研究手段。

在我國，隨著經濟的快速發展，長期存在的不合理發展模式導致環境污染形勢十分嚴峻，人與環境的矛盾十分突出。為了應對人類所面臨的種種環境危機，一門交叉性的學科——環境科學應運而生。環境科學探討了社會發展活動與環境演化規律之間的相互作用關系，以統籌協調的視角積極尋求人類與環境的和睦相處之道。但傳統的環境科學研究方法存在一定的局限性，已無法應對當今日益嚴峻的環境問題，因而有必要探索新理念、新方法，其中開發GIS 在環境科學中的應用就成為了一項重要的課題。

基于此，本文通過對GIS的分析，總結了GIS的主要特點以及它在環境科學中應用的現狀。并結合實際情況提出了未來GIS在環境科學研究中應用的建議，為我國的環境科學研究提供一定的參考作用。

1 GIS的功能與特性

與一般的管理信息系統相比，GIS有以下特點[6]：

（1）強大的地理空間數據系統。將來源于現實并經過處理后得到的各種數據輸入到系統中，系統可以有序協調的組織、管理、顯示這些數據；

（2）生動直觀的互動和輸出界面。系統用電子地圖和用戶進行交流，操作人員可依靠人固有的認知和邏輯來完成對數據的各項操作；

（3）高效準確的空間分析能力。數據是空間對象的一種直接的屬性，GIS可根據地理對象的相關性對數據進行一系列的分析，使空間問題的處理變得簡潔而方便；

（4）廣泛全面的工作范圍。當對某種有害氣體進行環境影響評價時，需要重點考慮當地的氣候特別是風向條件。傳統的技術只能基于一維風向模型，這會導致評價具有很大的不確定性。而GIS能夠通過精確的分析從而構建污染物復雜的擴散模型。

2 GIS在環境科學領域的應用

2.1 GIS在環境規劃中的應用

環境規劃是為使人類與環境協調發展而對人類自身活動和環境所做的空間和時間上的合理安排。GIS在環境規劃方面擁有自己獨特的功能，它將各種數據按類型進行分類整理，并放在不同的圖層上，各層之間可以進行疊加運算等。更重要的是，在環境規劃中可以利用GIS數據表達直觀形象的特點使輸出的結果圖形化，便于人們接受。在日益強調公眾在環境規劃中的參與時，這一優良特性顯得尤為突出。

宋力等[7]探討了GIS在環境規劃中的應用，指出它的應用不僅使“可進入地區”、“定居區”及“植被敏感地區”等概念更科學，還使實地調查、公眾聽證會等非計算機化的審核評估過程更有針對性，更高效。

萬帆等[8]將GIS應用于怒江西藏境內東巴壩址至松塔庫尾河段水電規劃中，將怒江上游段西藏段陸生生態環境的評價范圍進行了劃分。劃分方法充分體現了對于生態完整性的各種要求，表明了劃分方法的科學性和合理性。

劉芳芳等[9]以湖北省潛江市河網為例，通過GIS分析劃分了水環境功能區，計算了水環境容量，為規劃層面水污染控制措施的確定提供了有利的支撐。

2.2 GIS在環境影響評價中的應用

環境影響評價針對項目開工前后對環境所照成的影響進行預判，從而指導人們做出合理判斷，科學決策，規避環境風險。

華建偉等[10]研究了GIS在礦產資源規劃環境影響評價中的應用，通過對環境保護目標和環境敏感制約因素的識別與分析，表明了江蘇省礦產資源規劃布局基本合理，與其它規劃總體協調。

陳功等[11]利用遙感和GIS探討了城市高壓電網規劃的環境影響評價，為城市高壓電網的環境影響評價帶來了新的數據獲取、分析手段。

金國平[12]等將GIS與城市交通的環境影響評價結合。按照國內相關導則和標準的要求初步設計了基于GIS的城市綜合交通規劃環境影響評價支持系統。

2.3 GIS在環境監測中的應用

為了保證環境規劃和環境影響評價得出恰當的結論，準確而快速的環境監測就顯得十分重要，根據選定的環境監測模型（如水體污染物的完全混合模型，大氣污染物擴散的高斯模型等），可充分利用GIS的功能模塊對動態的環境信息進行持續性的監測[13]。

2.3.1 GIS在大氣環境監測中的應用

大氣環境復雜多變，直接影響人類活動，污染物一旦進入其中則其遷移轉化規律就變得十分復雜[14]。因此對大氣環境的科學有效監測能直接指導人類做出改變，以便更好的適應發展需求。

安興琴等[15]在蘭州市大氣污染空間分析中應用了GIS技術，研究了蘭州市SO2，TSP 等幾種大氣污染的空間分布特征與污染源的內在關系，分別對這些污染物的污染強度進行了區域劃分。

景楠等[16]將GIS 用于長春市城區夏季大氣污染分析。依據SO2，NO2，O3三項大氣環境監測指標，以GIS 的空間分析與地理統計分析功能為支撐技術， 重點探討了夏季長春城區大氣O3 污染特征。并進一步分析了2002 年、2004年長春市夏季大氣污染狀況與動態變化。

2.3.2 GIS在水環境監測中的應用

與大氣環境相似，水環境也是人類賴以生存的基本環境要素，對水環境的動態把控不僅能夠使人類規避可能存在的潛在水污染風險，更是人類合理利用水資源的必要前提。

劉芝等[17]通過對四川省南江縣水資源監測系統的構建，研究了 GIS 技術在水環境監測系統中的應用，為水利信息化建設提供了借鑒。

鄭一新等[18]基于GIS空間分析技術，建立了滇池流域工業企業污染源數據庫，預測了工業發展可能帶來的環境污染，提出了相應的產業結構布局和相關治理政策的建議意見。

3 結語

GIS作為一項先進的技術手段在環境科學領域中的應用引人注目。它不僅使得工作效率大大提高，而且由于其獨特的可視性、系統性、前瞻性使得其不僅成為了環境科學領域的一門重要的分析工具，更成為了一門獨特的分支性分析學科，這對環境科學領域的不斷壯大和發展提供了新的思路和指引。

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基金項目：國家自然科學基金項目（51208324）

作者簡介：潘彤（2000-），女，四川達州人，在校高中生，研究方向：地理信息系統應用。

通訊作者：楊森林（1989），男，四川達州人，碩士研究生，研究方向：城市環境規劃。