地理信息系統在環境科學中的應用進展

何 平

鐵嶺市環境信息中心

地理信息系統在環境科學中的應用進展

何 平

鐵嶺市環境信息中心

地理信息系統（GIS）是隨著地理科學、計算機技術、遙感技術和信息科學的發展而發展起來的一個新興技術，是一個能夠對空間相關數據進行采集、管理、分析和可視化輸出的計算機信息系統。本文介紹了地理信息系統的發展、組成，簡述了GIS在環境科學中的應用以及GIS的應用前景和發展趨勢。

地理信息系統；環境科學；應用；發展

1　　地理信息系統概述

在我國隨著經濟的迅速發展，GIS在城市規劃管理、環境保護、交通運輸、防災減災、農業、林業等領域發揮了重要的作用，取得了良好的經濟效益和社會效益。

一個完整的GIS主要由4部分構成，即計算機硬件系統、計算機軟件系統、空間數據和系統管理操作人員。作為GIS核心部分的計算機軟件系統，不僅包括各類計算機系統軟件，還包括專門的GIS軟件，主要用于對空間數據輸入、存儲、轉換、輸出和與用戶接口。

GIS的基本功能主要有：空間數據的采集、檢查與編輯功能；格式化、轉換、概括功能；存儲與組織功能；分析功能；顯示功能。

2　　地理信息系統在環境科學中的應用

在環境領域，GIS技術的引進為這個復雜的多學科交叉領域的研究和發展帶來了新的契機和巨大的益處，表現在幾個方面：（1）使環境問題具體化。利用GIS的空間信息屬性可使原本不具有空間信息屬性的環境統計數據展示出其空間分布的地理規律。（2）提高工作效率，改善工作質量。利用專題地圖功能，可以迅速將環境統計報表數據以圖表等多種形式顯示出來，既減輕了工作量，又能以多樣的形式展示出環境數據，清楚地了解環境狀況。（3）拓展工作范圍。利用GIS軟件提供的路徑分析功能，可以對以前只能基于一維的風向模型建立起二維的污染物擴散模型。（4）集成化解決問題。由于GIS數據參照同一空間坐標系，使得不同研究領域的數據或同一領域不同地域的數據，可以在一致的標準下進行信息共享，使得多學科交叉和地域交叉的研究變得簡單高效，并且各部門數據可集成支持整個項目的戰略決策［4］。

2.1GIS在環境監測中的應用

在環境監測過程中，利用GIS技術可對實時采集的數據進行存儲、處理、顯示、分析，實現為環境決策提供輔助手段的目的。

2.2GIS在環境規劃與決策中的應用

對于宏觀性、全局性的環境規劃來說，利用GIS可以實現規劃中的定性與定量相結合、空間分析與屬性分析相結合、歷史信息與發展方向相結臺。通過GIS的各個功能模塊進行環境規劃的各項工作，包括污染源分布、污染擴散分析等。利用GIS中的綜合信息和空間分析模型可以為科學決策提供依據，是決策支持的有效手段［5］。進行環境規劃與決策工作可通過GIS的緩沖區分析、疊置分析等功能模塊實現。

2.3GIS在環境影響評價中的應用

利用GIS的空間分析功能，可以在空間上實現對建設項目的環境影響預測評價，其強大的圖形與數據處理功能，將使環境影響評價工作走向新臺階；另外，將環境質量模型與GIS 相結合，實現真正的集成化，可視化地描述污染物在空間上的擴散規律，可以很好實現污染物在流體介質的空間模擬，對促進環境影響評價工作的標準化和程序化，提高其精確度和可比性等各方面都有著重要作用。

環境影響評價和污染防治所涉及的因素很多，包括地下水水質、地表水水質、暴雨徑流、港灣水質、大氣質量、非點源污染等。GIS則為這些環境要素的綜合分析提供了有力的支持和工具。如數據庫和大量函數、基本底圖、流域和子流域邊界圖、土壤和水力學數據、地形和土地利用方式、市政污水狀況、水質數據、管道和排水系統數據等，可以用來模擬環境影響，從而為防止對環境的破壞提供數據支持。

2.4GIS在非點源污染控制中的應用

國外開展GIS在非點源污染控制中的應用已有十多年的歷史，GIS在非點源污染控制中的應用從本質上改變了其分析和建模方式，揭開了數據輸人和結果顯示的新篇章。對于農業非點源污染，GIS在其中的應用，包括土壤侵蝕率和侵蝕量估算及士壤侵蝕對環境影響的模擬、地區徑流的預測、土地利用變化的水質響應等［5］。近幾年來，隨著研究的進一步深入，GIS在滲漏帶污染物遷移、轉化模擬及地下水的殺蟲劑模擬研究中的應用成為新的研究熱點。

2.5GIS水環境管理中的應用

水環境信息具有明顯的空間屬性和層次屬性，利用GIS可以更加明確地揭示不同區域的水環境狀況，反映水體環境質量在空間上的變化趨勢。可以更加直觀地反映如污染源、排污口、監測斷面等環境要素的空問分布。利用GIS還可以進行污染源預測、水質預測、水環境容量計算、污染物削減量的分配等，以表格和圖形的方式為水環境管理決策提供多方位、多形式的支持［1］。

3　　地理信息系統的應用前景及發展趨勢

3.13S集成技術的應用

GIS與遙感結合的關鍵技術是柵格和矢量數據格式轉換的接口問題，圖像數據和制圖數據是兩種不同的空間概念，遙感數據不做進一步處理就不能從圖像數據中識別地物；GIS與圖像處理系統缺少相互支持的交換標準；圖像與高精度地圖的幾何配準也是需解決的問題之一。

3.2三維GIS

三維GIS是指布滿整個三維空間的GIS，與傳統的基于平面的2DGIS明顯不同，三維GIS主要體現在空間位置與拓撲關系的描述及空間分析的伸展方向上。雖然經歷了十幾年的發展歷程，到目前為止，國際上還沒有一個成熟完整的三維GIS系統，與三維G1S相關的系統主要集中在三維可視化方面，也有一些系統部分實現了三維GIS功能。在三維GIS中，對三維數據的存儲和其關系的描述是建立系統的關鍵，目前的研究主要集中在表達三維對象的數據模型和數據結構上。

3.3網絡GIS

隨著網絡技術的發展以及社會對GIS應用需求的增加，利用Internet技術在Web上發布地理信息，以供用戶瀏覽、查詢并獲取所需的空間信息和應用成為GIS發展的必然趨勢，順應這一發展要求出現了Web GIS。Web G1S即網絡地理信息系統，足在Internet或Intranet網絡環境下的一種兼容存儲、處理、分析、顯示和應用地理信息的計算機系統。

作為GIS的一種新形式.Web GIS無論是在理論研究還是在應用方面都還處于發展階段。開放的Internet為Web GIS提供了廣闊的應用前景，目前，人們又逐漸提出了地學信息服務的概念，它是指基于網絡的地學數據服務轉換為地學功能服務，在地學數據服務階段，網絡GIS的功能主要是提供地理數據.進一步的發展將能夠實現基于網絡的以地學處理計算為中心的功能服務［7］。

4　　結語

40 多年來，GIS在其功能、結構和開發模式等方面都有了很大進步，發生了重大變化，具有十分廣闊的應用前景。當前應該充分利用國外成功的應用范例，推進我國GIS在環境科學中的應用，建立適合我國國情的環境學科各領域的GIS模型和應用系統。

［1］ 毛國輝，張金華.GIS技術及其在環境保護中的應用.甘肅科技，2009，25（8）.

［2］ 江南，于雪英.地理信息系統及其展望.電力系統自動化，2003，27（18）.