地理信息系統技術在環境科學中的應用

單禮堂

本文以地理信息系統的主要結構和功能為根據，對在環境科學中對地理信息系統空間分析和數據庫的應用進行了分析和介紹。同時立足于環境科學的角度針對地理信息系統在環境影響評價以及環境監測等各個領域的應用進行了重點介紹，而且對環境科學中地理信息系統的重要作用進行了闡述。

計算機在上世紀五十年代末六十年代初開始正式的變成重要的地理信息存儲和處理工具，R.F.Tomlinson在1963年首次將世界上第一個GIS系統建立起來，也就是加拿大地理信息系統。我國從上世紀80年代初開始研究地理信息系統方面的工作，其標志就是中國科學院遙感應用研究所的地理信息系統研究室的成立，我國在正式通過資源與環境信息系統國家重點實驗室之后，其標志著在資源與環境方面對GIS技術的研究正式拉開序幕，而我國環境領域中對GIS技術的正式應用則是1995年開始的。

GIS的功能和概念

地理信息系統屬于一種可以描述、顯示、分析、查詢、檢索、管理、存儲以及采集空間數據的計算機系統，其屬于對海量地理數據進行分析處理和挖掘的通用技術，其立足于地理空間數據庫，并且對計算機硬件軟件進行充分的利用，從而能夠有效的描述、顯示、分析、查詢、檢索、管理、存儲以及采集地球表層空間數據的這樣的一種技術系統。、

在地理數據處理工程中GIS發揮的作用就是GIS功能，其主要包括地理數據的顯示、分析、操作、圖形圖像處理、地理的數據的存儲和輸入等。

采集和輸入數據：將外部的原始數據傳輸給數據處理系統，同時采用便于處理的內部格式來轉化這些數據的外部格式，這樣的一個過程就是數據的采集和輸入過程。

屬性編輯和圖形編輯的數據編輯功能：圖形編輯主要包括誤差校正、圖形變換、圖幅拼接、圖形修飾、圖形編輯以及撲關系建立等各種功能；屬性編輯主要是結合數據庫管理的工作，其主要包括刪除增加以及修改等各種功能。

存儲與管理數據：采用某種格式將數據記錄在計算機外部的存儲介質當中或者計算機的內部，數據文件的結構與其存儲方式具有密切關系，其最為主要的就是要將記錄的邏輯數據建立起來，通常采用關系數據庫來管理屬性數據。

查詢與分析空間：其主要包括數據綜合分析，數據查詢檢索以及數據操作運算等功能，從數據的存儲裝置、數據庫以及文件中將所需要的數據查找或者選取出來，這就是所謂的數據查詢和檢索功能；GIS技術就能夠對所定區內的各種現象和過程進行分析。

數據顯示與結果輸出：最終結果和中間處理過程的屏幕顯示就是所謂的數據顯示，其主要包括操作分析過程的顯示以及圖形數據的數字化與編輯。結果輸出形式主要包括下面幾種：通過對Internet的利用實現遠程傳輸，保證可視化的實現；打印機輸出；繪圖機輸出；在計算機屏幕上輸出。

GIS在環境監測中的具體應用分析

環境信息的采集和處理工作在環境監測中具有十分重要的作用，其中有85%以上的環境信息都與空間位置具有十分密切的關系，所以在環境監測中地理信息系統就具有十分重要的作用。通過對地理信息系統的利用能夠對各種環境信息進行有效地獲取存儲管理和分析，同時還可以將有效、客觀、準確及時以及全面的環境信息提供給環境監測工作。地理信息系統的數據處理功能以及空間分析功能十分強大，通過對環境監測模型與GIS的功能模塊的結合能夠有效的處理多源環境信息，并且還可以將環境演變的動態規律尋找出來，這樣就能夠實現動態監測環境，同時還可以采用圖片的形式將環境的變化規律和情況直觀的表達出來。

在大氣環境動態監測中對GIS的應用。城市的機動車數量以及工業企業數量在城市化以及工業化不斷發展的今天變得越來越多，因此在城市的空氣中排入到了大量的有毒有害污染物，現在世界上很多國家和地區都在致力于對大氣環境質量的改善。大氣環境具有自己獨特的特點：首先其具有超大的空間尺度，人類賴以生存的大氣圈的厚度有上百公里；在自然環境中空氣的流動性是最好的，而其不可逾越的固體邊界就是地面。所以采用GIS技術監測和分析大氣環境具有重要作用，通過對數據庫管理技術以及激勵信息系統技術的運用，能夠有效的搜集和整理所有對大氣造成污染的企業的周圍地形、污染物移動范圍、主要污染物情況以及位置信息等，同時還可以將地理信息數據庫建立起來。通過對GIS數據顯示功能以及空間分析功能的利用能夠將大氣中污染物的濃度分布圖獲得，并且對污染物的超標情況和空間分布進行進一步的了解。

在水資源環境監測中GIS技術的應用。作為人類生存和發展必不可少的資源，水資源同時也是工農業生產的重要資源，但是現在的水污染變得越來越嚴重，而且還呈現出了復合型污染的特征，所以必須要將監測和管理水資源環境的工作做好。具有較大的空間信息量是水資源環境的主要特點，而GIS最為顯著的優勢就是管理和分析空間信息。在水資源環境監測中對GIS技術進行利用能夠有效地組織和管理水質監測空間數據，并且還可以讓管理人員十分方便的查詢、修改和編輯各種空間信息；通過對GIS的圖標分析功能和空間分析功能的利用還可以制作專題圖、分析空間和檢測數據，能夠將有效的信息支持提供給制定污染治理方案的工作。

在環境影響評價中對GIS技術的具體影響

系統性的評估、預測以及識別擬議中的國家政策、區域開發計劃以及建設項目在實施之后會對環境造成的各種影響，就是所謂的環境影響評價。開展環境影響評價工作的最為主要的目的就是鼓勵在決策和規劃中對環境因素進行充分的考慮，從而能夠保證人類的活動更具環境相容性。現在利用現有的成熟的模型可以將環境影響評價中的很多環境過程和環境問題描述出來，比如大氣擴散模型以及水質模型等，然而在操作、分析及顯示等方面這些環境模型空間數據仍然具有較多的困難，同時其空間特性也非常明顯[4]。通過對GIS技術的利用能夠有效的連接數據和地圖，并且將拓撲關系建立起來，開展制作各類專題圖以及空間分析和查詢等各項工作，最終可以將環境質量和污染狀況非常直觀的顯示出來，同時可以選擇各種各樣的評價方法在評價過程中實施區域綜合評價以及單要素評價，并且可以將分析、計算評價因子以及輸出評價結果的工作完成，這樣就使得工作人員的工作量得以有效降低，并且使評價工作進程也變得更快。

相對于其他的工具而言，GIS具備的空間分析能力、非空間的屬性數據的管理能力以及空間數據的管理能力具有十分顯著的優勢，GIS能夠有效的處理多種統計數據和空間數據，并且能夠進行數據變換、編輯以及建立拓撲關系等，可以通過四種不同的空間數據曾對不同的空間對象進行表達，還可以將各種統計圖和專題圖書城出來，能夠將大量的財力物力以及人力節省下來，最為關鍵的是其在獲得成果的時候具有較高的精度以及較快的速度。因此，我們有理由相信，在未來的環境科學中會越來越多的運用到GIS技術，而且其勢必將會發揮越來越重要的作用。