基于GIS的環境監測應用研究

張文軍

（甘肅省地圖院甘肅蘭州730000）

基于GIS的環境監測應用研究

張文軍

（甘肅省地圖院甘肅蘭州730000）

GIS在環境科學研究方面的應用簡稱為環境GIS，環境GIS存在多技術集成、環境空間、動態變化、廣泛實用和可視化等特性。本文著重從GIS在環境監測中應用的主要方面，應用現狀進行論述，最后對GIS在環境監測中的應用做出展望。

環境GIS環境監測多技術集成

1　引言

地理信息系統（GIS）是集地理學、信息學、測繪科學、計算機科學、空間科學、地球科學和管理科學等多學科為一體的新興邊緣學科。主要用于采集、存儲、管理、處理、檢索、分析和表達地理空間數據的計算機系統，是分析和處理海量地理數據的通用技術。GIS在環境科學研究方面的應用簡稱為環境GIS，它以遙感、地理信息系統和全球定位系統技術為手段，進行環境空間信息的獲取、分析、處理、存儲與表達，從而為環境保護工作提供空間信息支持和管理決策依據。環境GIS存在多技術集成、環境空間、動態變化、廣泛實用和可視化等特性。

2　 GIS在環境監測中應用的主要方面

GIS能應用到環境監測各領域，是與GIS本身的特點以及環境監測的特點所引發的需求是分不開的。GIS通過拓展的空間數據庫、豐富的制圖表達以及綜合的分析功能在環境監測領域取得了顯著成效，其在環境監測及管理領域的應用主要有以下幾個方面。

2.1環境監測數據管理分析

環境監測的目的是準確、及時、全面地反映環境質量現狀及發展趨勢，為環境管理、污染源控制、環境規劃等提供科學依據。GIS最大的特點是能夠對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關地理分布數據進行采集、存儲、管理、運算、分析和可視化表達的信息處理與管理，能對已有空間和屬性信息進行加工處理，得出科學結論。也正是這些特點使得它與環境監測結合成為可能。

2.2環境數值預報模型

環境監測中，多數數值預報模型是空間模型。多因子綜合作用，使環境要素空間變異的數值分析相當復雜。GIS模型則提供每個變量的空間插值分析，通過樣點數值預測整個區域環境變量的數值分布。

2.3環境監測信息管理系統(EMMIS)

該系統是為環境監測、管理和決策服務的技術過程系統。GIS在其中的應用大大改善了EMMIS監測基礎數據的處理和收集方式，提高了環境管理的效率。

2.4建立環境地理信息系統

環境監測需要采集和處理大量的、種類繁多的環境信息。這些環境信息85%以上與空間位置有關，使用GIS可以建立各種環境空間數據庫，GIS通過把各種環境信息與其地理位置結臺起來進行綜合分析與管理，以實現空間數據的輸入、查詢、分析、輸出和管理的可視化。

2.5環境監測應急預警系統

把重大污染事故與GIS技術相結合，及時提供預警和制定應急措施，能夠對事故風險源的地理位置及其屬性，事故敏感區域位置及其屬性進行管理．提供污染事故的大氣、河流污染擴散的模擬過程和應急方案。

3　 GIS在環境監測應用的現狀

3.1GIS在森林草場環境監測中的應用

我國已經開展了一些利用GIS技術對森林等生態環境進行監測的課題研究。如2000年，陳濤、楊武年所在課題組承擔了國家863計劃308主題“西部金睛行動”專項“四川省岷江中上游生態環境遙感綜合調查與評價”課題。該課題利用以GIS為主要手段之一的現代科技技術，在短期內查明該區生態環境本底狀況及變化趨勢，克服了長期以來傳統調查監測方法費時費力、資金開支大和解譯精度低的缺陷，對今后生態環境監測與評價提供了高技術支持。

3.2GIS在水源濕地環境監測中的應用

進行氣象與大氣環境、生物、土壤、水體、自然災害等項目的濕地生態環境監測可以為科學地進行濕地生態系統管理提供依據。在對濕地生態系統進行科學管理的過程中，GIS濕地生態環境監測與管理信息系統具有進行濕地遙感分類、濕地植被生物量遙感估測、濕地景觀格局演化及濕地退化分析、進行濕地評價和輔助濕地自然保護區建設等重要作用。

3.3GIS在海洋環境監測中的應用

GIS技術在海洋領域可用于對空間環境數據進行管理、查詢、分析，并且利用GIS的統計制圖功能形象地展示出各種環境專題內容、環境數據空間分布與數量統計規律，以滿足環境保護實際需要，為資源開發、環境保護能夠提供比較完善的技術支持，有助于海洋資源與環境的可持續發展。借助GIS等技術可建立現代化海洋實時立體監測管理系統，實現信息更新、信息共享，并通過圖形方式對管理與決策前景進行動態模擬，為海洋資源開發、海洋環境和氣候的監測、海洋防災減災以及維護國家海洋權益服務。

3.4GIS在城市環境監測中的應用

在我國隨著經濟建設的迅速發展，GIS在對空間數據的查詢和分析功能要求較高的領域如城市規劃管理、城市環境監測、防災減災等領域有著廣泛的應用價值，取得了良好的經濟效益和社會效益。

（1）水資源環境監測。隨著工業的發展，水資源也受到了不同程度的污染。加強對水資源的監測和管理迫在眉睫。GIS應用于水資源數據的監測管理，主要是對水質數據、供水部門數據及遙感數據進行管理與分析等。上海市環境管理部門于20世紀80年代末開始GIS應用研究，并建立了黃浦江流域水環境地理信息系統，系統具有動態監測顯示，可對水質作出快速預測分析和預報。

（2）大氣環境的動態監測與分析。大氣環境是環境問題的一個重要因素，尤其是人口密集、工業企業集中的城市大氣環境問題顯得尤為突出。利用GIS的空間圖形圖像的顯示、分析功能，可以獲得各污染物濃度分布圖，了解各污染物的空間分布及超標情況。致力于大氣環境問題的科研人員已經在這些方面取得了長足的進展，大家熟知的大氣層的臭氧層“黑洞”就是通過GIS和遙感技術發現的。

（3）環境災害監測與評估。災害的發生大都是突發性的，其結果是對環境造成重大污染，經濟上造成巨大損失，對居民的身體健康及生命安全造成巨大威脅，其危害制約著生態平衡及經濟、社會的發展。由于GIS具有交互定位和邏輯查詢以及廣泛的關系數據庫連接能力，所以非常適合用于環境災害監測與評估。

（4）環境噪聲監測與管理。GIS應用于環境噪聲監測與管理，主要是體現在以下方面：

①噪聲監測點布設相對于傳統的噪聲監測點設置，不但提高了布設的準確性、最優性，能夠更好地反映監測地區的噪聲環境狀況，

更是體現出經濟可行性、科學合理化，同時也保證了監測數據的可靠性。

②自動監測噪聲主要是體現在監測過程無需人工操作、值守，其連續運行可以實時獲得時空分布的噪聲數據，滿足長短期監測，為噪聲控制規劃決策提供基礎資料。

③環境噪聲GIS對所收集到的噪聲信息進行存儲和顯示，并能夠對監測區域進行進一步的場地監測和分析，分析數據背后的深層次信息，如噪聲影響預測、噪聲超標程度、范圍估計等。

GIS應用噪聲評價的領域主要包含：（1）現狀評價，利用GIS形象直觀圖形界面和時空數據分析處理能力可以對數據進行直觀、準確的評價，如可以通過疊置分析可以得到監測區域的噪聲分析圖，如此便可以進一步確定潛在污染源；（2）環境影響評價，GIS還可以應用噪聲預測，其強大的時空數據分析功能可有助于預測出噪聲的衰減性、地面吸引性等各種復雜特征；（3）噪聲功能區劃分，以GIS所提供的地圖和數據為功能區劃分，可以避免人為錯誤和方法的局限性，更能夠反映出區域內噪聲環境污染的分布狀況，并且還可以提供劃分精度，進而為環境規劃控制提供有力支持。

4　結語

目前，GIS在環境監測中還存在很多的問題，其中最大的問題是環境數據庫的支持能力不夠。GIS系統在與環境領域相結合時，需要的信息是分布于不同地域的環境信息載體(如水、氣以及土壤等)的數據，這就要求相應的環境數據庫的支持，而目前這類數據庫十分缺乏。如果環境數據庫的建立得不到相應的重視，最終會導致GIS系統這一先進工具不能發揮應有的作用。同時各部門之問信息封閉，造成重復數據建設，導致了信息數據庫建立過程中步驟的重復，和人力、物力和財力的浪費。這一問題的解決還有待于政府部門在宏觀上的規劃和協調。盡管GIS在環境科學領域的應用還不夠深入，但是成效是顯著的，而且隨著新技術的發展應用，GIS必將為我國的環境監測和保護做出巨大的貢獻。

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[3]劉亮亮,李文霞,王威等.基于GIS共享平臺的大連市環境在線監測系統示范研究[c].//中國環境科學學會2010年學術年會論文集.2010:2001-2004.

X83[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-260-1

張文軍（1978～），男，2003年7月畢業于長安大學地理信息系統專業，工程師，研究方向為數字制圖與地理信息智能化等。