GIS技術(shù)在生態(tài)環(huán)境研究中的應(yīng)用分析

陳泳慧

（大亞灣石化區(qū)環(huán)境監(jiān)控中心，廣東 惠州 516081）

目前，生態(tài)環(huán)境正逐漸惡化，面臨著較為嚴(yán)重的生態(tài)問(wèn)題，要引起足夠的重視。在處理環(huán)境信息的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的空間數(shù)據(jù)，因?yàn)檠芯康臅r(shí)間長(zhǎng)、覆蓋面積廣等因素，會(huì)導(dǎo)致空間、結(jié)構(gòu)與語(yǔ)義出現(xiàn)差異，所以推進(jìn)信息化進(jìn)程很有必要。

1 信息技術(shù)應(yīng)用與生態(tài)環(huán)境研究現(xiàn)狀

物理仿真需借助生態(tài)環(huán)境的物理模型，數(shù)值仿真需借助生態(tài)環(huán)境的數(shù)字模型。仿真模擬是為更好地了解生態(tài)環(huán)境運(yùn)行模式，提升管理和決策的效率，減少相應(yīng)的成本，對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)有著重要意義。信息系統(tǒng)將系統(tǒng)論作為指導(dǎo)思想，利用人機(jī)結(jié)合搜集環(huán)境數(shù)據(jù)，模型能夠?qū)λ眯畔⑦M(jìn)行處理，根據(jù)所得結(jié)果開(kāi)展環(huán)境評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)與控制，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)制成模擬系統(tǒng)，主要功能有數(shù)據(jù)的采集和錄入、保存、加工，以各種形式輸出信息，為決策者提供參考。

把決策支持機(jī)制加入生態(tài)環(huán)境的規(guī)劃與管理之中。在這個(gè)過(guò)程中，屬于人機(jī)交互的信息系統(tǒng)，以系統(tǒng)觀點(diǎn)為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用決策理論方法，描述結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)化的問(wèn)題，幫助工作人員做出正確決策，支持系統(tǒng)是建立在生態(tài)環(huán)境信息系統(tǒng)的前提下，讓決策者利用人機(jī)對(duì)話直接解決管理工作中的決策問(wèn)題，提高工作效率[1]。

2 GIS技術(shù)應(yīng)用在生態(tài)環(huán)境研究的可行性

運(yùn)用GIS技術(shù)可以對(duì)環(huán)境、資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)深入分析，對(duì)區(qū)域與時(shí)間序列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題細(xì)致探究，對(duì)整個(gè)區(qū)域?qū)嵭型暾臻g分析，從而對(duì)生態(tài)環(huán)境情況進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，可以通過(guò)“3S”集成的方法開(kāi)展綜合探究?！?S”是指GIS、RS、GPS，GPS與RS是利用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的傳送與接收。RS在時(shí)間分辨率、空間分辨率等方面獲得了較大進(jìn)步，能夠運(yùn)用在各種領(lǐng)域的RS與RS技術(shù)不斷涌現(xiàn)出來(lái)。GPS技術(shù)中的信息處理技術(shù)和觀察模式都能夠滿足實(shí)際所需，GIS具有良好的空間分析能力和信息管理能力，被廣泛應(yīng)用在多個(gè)行業(yè)。

3 GIS技術(shù)在生態(tài)環(huán)境研究中的具體應(yīng)用

3.1 生態(tài)環(huán)境信息采集

信息以數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)，生態(tài)環(huán)境信息獲取技術(shù)是為得到生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中各要素的特點(diǎn)與聯(lián)系的數(shù)據(jù)。加大力度發(fā)展定位觀測(cè)技術(shù)有助于生態(tài)環(huán)境研究。GIS、RS與GPS三者的有機(jī)結(jié)合為得到區(qū)域尺度的生態(tài)環(huán)境信息創(chuàng)造了有利條件[2]。

3.2 生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)管理

因?yàn)樯鷳B(tài)環(huán)境研究的空間尺度不斷加大，人們需要收集的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)越來(lái)越多，若想完成長(zhǎng)時(shí)間、大尺度的生態(tài)環(huán)境項(xiàng)目需要多學(xué)科之間的協(xié)同合作，還要以高效的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)共享作為支撐。對(duì)生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)的管理至關(guān)重要，能夠確保信息的正常模擬與傳播。數(shù)據(jù)處理技術(shù)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、維護(hù)、分析、保存等操作。

元數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)管理技術(shù)的核心，一般被用在文檔的設(shè)立、數(shù)據(jù)公布、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變等，是管理與共享的前提，部分GIS中會(huì)有對(duì)應(yīng)的工具實(shí)現(xiàn)對(duì)元數(shù)據(jù)的控制。生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)通過(guò)一系列的處理之后便能夠得到有用的信息。所以，在儲(chǔ)存數(shù)據(jù)時(shí)期，要盡可能考慮存儲(chǔ)方式和可存取性。當(dāng)面對(duì)大量數(shù)據(jù)時(shí)，需要將GIS和關(guān)系型數(shù)據(jù)進(jìn)行融合[3]。

3.3 信息模擬與分析

基于GIS技術(shù)所建立的生態(tài)模型可以對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，GIS技術(shù)是整個(gè)研究中的重點(diǎn)，可將數(shù)據(jù)高效轉(zhuǎn)變成有價(jià)值的信息，經(jīng)過(guò)處理得到針對(duì)某個(gè)問(wèn)題的最佳解決方案。GIS技術(shù)能夠?qū)Χ鄷r(shí)相、多數(shù)據(jù)源開(kāi)展綜合分析，借助強(qiáng)大的圖像分析功能，對(duì)已經(jīng)過(guò)去的過(guò)程進(jìn)行再現(xiàn)和模擬，或?qū)?lái)的生態(tài)環(huán)境演變進(jìn)行展示，演變的時(shí)間較長(zhǎng)，便難以復(fù)原，會(huì)造成嚴(yán)重后果，因此合理應(yīng)用“3S”技術(shù)預(yù)測(cè)未來(lái)災(zāi)難的發(fā)生有著重要意義。

運(yùn)用GIS技術(shù)開(kāi)展生態(tài)環(huán)境研究時(shí)，數(shù)量分析方法的引入是一次革新，將研究從定性描述轉(zhuǎn)向定量分析。定量分析理論的形成，使得分析方法逐漸豐富。比如，圖形分析法被廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、探索性分析等方面。模型技術(shù)是一種預(yù)測(cè)未來(lái)的高效方法，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)模型包括空間異質(zhì)模型與勻質(zhì)斑塊模型兩類，勻質(zhì)斑塊模型適合在小范圍空間運(yùn)用，空間異質(zhì)模型考慮了空間耦合，可以覆蓋較大面積。知識(shí)屬于更高級(jí)的信息，應(yīng)用單一的數(shù)量分析方法難以解決生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。GIS技術(shù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，使得生態(tài)環(huán)境知識(shí)更加智能化[4]。

例如，某火力發(fā)電廠日常排放的廢氣會(huì)對(duì)周邊自然保護(hù)區(qū)造成影響，在運(yùn)用煙氣脫硫與低氮燃燒技術(shù)外，還需預(yù)設(shè)煙囪的高度，要確保廢氣濃度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，借助GIS技術(shù)構(gòu)建煙囪排放點(diǎn)的廢氣擴(kuò)散模型，根據(jù)所提供的數(shù)據(jù)源預(yù)設(shè)煙囪的高度，測(cè)算影響因子的最大落地濃度與落地距離，如二氧化硫與二氧化氮等，參照相關(guān)數(shù)據(jù)，確定煙囪的合適高度，對(duì)環(huán)境盡量減少影響。

3.4 區(qū)域生態(tài)環(huán)境管理

GS和GIS不但能夠提供地區(qū)生態(tài)環(huán)境情況的定位數(shù)據(jù)，還可顯示生態(tài)環(huán)境信息的圖形與數(shù)據(jù)。GIS具有較高的空間數(shù)據(jù)處理能力，能夠把RS和GIS得到的信息從定量、動(dòng)態(tài)與機(jī)制等方面進(jìn)行整合，為解決實(shí)際問(wèn)題奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

通過(guò)GIS技術(shù)打造時(shí)空變化模型，擁有實(shí)時(shí)、空間表達(dá)詳細(xì)等特征，可對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化進(jìn)行檢測(cè)，參考地面實(shí)際情況展開(kāi)調(diào)查，探究影響環(huán)境變化的要素，認(rèn)真研究遙感圖像，知曉近幾年內(nèi)這片區(qū)域的變化狀況，再與驅(qū)動(dòng)因子相結(jié)合，建立預(yù)測(cè)未來(lái)生態(tài)變化趨勢(shì)的模型，為生態(tài)環(huán)境治理提供一定的參考。

3.5 生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

由于經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人口的增加，環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，需要對(duì)生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行大范圍、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。GPS和GIS的搭配使用建立起數(shù)據(jù)收集和分析的系統(tǒng)。實(shí)時(shí)信息采集系統(tǒng)是由多種傳感器和GPS接收機(jī)構(gòu)成。傳感器將數(shù)據(jù)收集后保存好，和GPS測(cè)定的坐標(biāo)數(shù)據(jù)共同傳輸?shù)紾IS數(shù)據(jù)庫(kù)之中，再通過(guò)GIS對(duì)生態(tài)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，可預(yù)測(cè)生態(tài)環(huán)境災(zāi)害的出現(xiàn)，并能準(zhǔn)確定位災(zāi)害位置，進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)督，比如，調(diào)查植被類型，植被屬于其他自然要素的指標(biāo)，可以很好的反映出一定區(qū)域內(nèi)自然與社會(huì)條件，變化信息在研究生物多樣性變化中起到重要作用，可通過(guò)MSS衛(wèi)星圖像進(jìn)行遙感調(diào)查，可取得較好的成效。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，借助“3S”技術(shù)開(kāi)展植被資源調(diào)查也逐步趨于成熟。例如，某城市以行政規(guī)劃圖當(dāng)作底圖，把TM資料影像圖和底圖進(jìn)行疊加，再通過(guò)GIS系統(tǒng)制作出城市綠色植被圖與生態(tài)環(huán)境工程規(guī)劃圖，借助先進(jìn)技術(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)生態(tài)環(huán)境變化過(guò)程。

3.6 生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)

對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)與管理需要依賴于生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)，需對(duì)模型進(jìn)行細(xì)致分析獲得地區(qū)生態(tài)環(huán)境情況參數(shù)，再進(jìn)行預(yù)測(cè)與規(guī)劃。在數(shù)據(jù)采樣過(guò)程中，基于遙感數(shù)據(jù)采集有關(guān)生態(tài)環(huán)境指標(biāo)的定性數(shù)據(jù)，制定出合理方案，劃分主要采樣區(qū)，提升采集效率和樣本利用率，需與GPS相結(jié)合才能順利完成任務(wù)。采樣結(jié)束后把待處理數(shù)據(jù)傳輸至軟件中，對(duì)信息進(jìn)行插值或擬合，獲得影響生態(tài)環(huán)境因子的分布圖，詳細(xì)了解空間分布狀況，利用GIS中的疊加分析與路徑分析等進(jìn)行整體區(qū)域的評(píng)價(jià)工作，再將評(píng)價(jià)指標(biāo)加入規(guī)劃模型當(dāng)中，設(shè)計(jì)具體的規(guī)劃方案。

3.7 生態(tài)環(huán)境管理

“3S”技術(shù)適于采集并管理生態(tài)環(huán)境信息，通過(guò)RS與GPS技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)掌握動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，掌握實(shí)時(shí)信息。借助GIS的輸入功能，把采集的信息傳輸至GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中，借助對(duì)應(yīng)功能編輯生態(tài)環(huán)境信息，并且維護(hù)復(fù)雜對(duì)象之間的圖形和屬性的相互關(guān)系，可以管理大量生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成生態(tài)環(huán)境專題圖或統(tǒng)計(jì)地圖。GIS的重要作用是對(duì)生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，GIS和WebGIS技術(shù)發(fā)展為傳播帶有空間特性的環(huán)境信息打下了基礎(chǔ)，生態(tài)環(huán)境的表達(dá)不只是模擬符號(hào)，達(dá)到了數(shù)字化和多媒體化，有助于實(shí)現(xiàn)信息共享。

4 結(jié)論

借助GIS技術(shù)打造的生態(tài)管理信息系統(tǒng)不同于以往的管理系統(tǒng)，將普通的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的模式變成空間數(shù)據(jù)，運(yùn)用空間和屬性相結(jié)合的方法進(jìn)行管理和決策，通過(guò)深入分析深挖隱藏在信息背后的價(jià)值，利用GIS軟件的可視化功能，將結(jié)果以更加直觀的形式呈現(xiàn)。