淺談GIS在環(huán)境科學(xué)研究中的應(yīng)用與展望

潘彤 楊森林

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714124

摘要：地理信息系統(tǒng)（GIS）從信息學(xué)的角度對(duì)各種空間載體進(jìn)行科學(xué)性的描述，在相關(guān)計(jì)算軟件的支持下，對(duì)地球表層的部分或全部的空間地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷。因此，將GIS應(yīng)用于具有綜合性、復(fù)雜性等特點(diǎn)的環(huán)境科學(xué)相關(guān)研究領(lǐng)域的潛力非常巨大。在環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境影響評(píng)價(jià)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)分支學(xué)科中擁有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)；環(huán)境科學(xué)；應(yīng)用；展望

中圖分類號(hào)：X144文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(tǒng)，它將地理學(xué)、地圖學(xué)、遙感學(xué)以及計(jì)算機(jī)學(xué)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，1967年，世界上首個(gè)投入實(shí)際應(yīng)用的地理信息系統(tǒng)由羅杰·湯姆林森博士在加拿大研發(fā)成功，它用于存儲(chǔ)、分析并綜合利用加拿大土地統(tǒng)計(jì)局收集的相關(guān)數(shù)據(jù)。至此以后，GIS在短暫的時(shí)間里取得了飛速發(fā)展[1]。經(jīng)過(guò)多年的不懈努力，GIS現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于不同的領(lǐng)域[25]，成為一種獨(dú)具特色的重要的分析和研究手段。

在我國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，長(zhǎng)期存在的不合理發(fā)展模式導(dǎo)致環(huán)境污染形勢(shì)十分嚴(yán)峻，人與環(huán)境的矛盾十分突出。為了應(yīng)對(duì)人類所面臨的種種環(huán)境危機(jī)，一門交叉性的學(xué)科——環(huán)境科學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。環(huán)境科學(xué)探討了社會(huì)發(fā)展活動(dòng)與環(huán)境演化規(guī)律之間的相互作用關(guān)系，以統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的視角積極尋求人類與環(huán)境的和睦相處之道。但傳統(tǒng)的環(huán)境科學(xué)研究方法存在一定的局限性，已無(wú)法應(yīng)對(duì)當(dāng)今日益嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，因而有必要探索新理念、新方法，其中開(kāi)發(fā)GIS 在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用就成為了一項(xiàng)重要的課題。

基于此，本文通過(guò)對(duì)GIS的分析，總結(jié)了GIS的主要特點(diǎn)以及它在環(huán)境科學(xué)中應(yīng)用的現(xiàn)狀。并結(jié)合實(shí)際情況提出了未來(lái)GIS在環(huán)境科學(xué)研究中應(yīng)用的建議，為我國(guó)的環(huán)境科學(xué)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(tǒng)相比，GIS有以下特點(diǎn)[6]：

（1）強(qiáng)大的地理空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)。將來(lái)源于現(xiàn)實(shí)并經(jīng)過(guò)處理后得到的各種數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，系統(tǒng)可以有序協(xié)調(diào)的組織、管理、顯示這些數(shù)據(jù)；

（2）生動(dòng)直觀的互動(dòng)和輸出界面。系統(tǒng)用電子地圖和用戶進(jìn)行交流，操作人員可依靠人固有的認(rèn)知和邏輯來(lái)完成對(duì)數(shù)據(jù)的各項(xiàng)操作；

（3）高效準(zhǔn)確的空間分析能力。數(shù)據(jù)是空間對(duì)象的一種直接的屬性，GIS可根據(jù)地理對(duì)象的相關(guān)性對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的分析，使空間問(wèn)題的處理變得簡(jiǎn)潔而方便；

（4）廣泛全面的工作范圍。當(dāng)對(duì)某種有害氣體進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)，需要重點(diǎn)考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蛱貏e是風(fēng)向條件。傳統(tǒng)的技術(shù)只能基于一維風(fēng)向模型，這會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)具有很大的不確定性。而GIS能夠通過(guò)精確的分析從而構(gòu)建污染物復(fù)雜的擴(kuò)散模型。

2 GIS在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 GIS在環(huán)境規(guī)劃中的應(yīng)用

環(huán)境規(guī)劃是為使人類與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展而對(duì)人類自身活動(dòng)和環(huán)境所做的空間和時(shí)間上的合理安排。GIS在環(huán)境規(guī)劃方面擁有自己獨(dú)特的功能，它將各種數(shù)據(jù)按類型進(jìn)行分類整理，并放在不同的圖層上，各層之間可以進(jìn)行疊加運(yùn)算等。更重要的是，在環(huán)境規(guī)劃中可以利用GIS數(shù)據(jù)表達(dá)直觀形象的特點(diǎn)使輸出的結(jié)果圖形化，便于人們接受。在日益強(qiáng)調(diào)公眾在環(huán)境規(guī)劃中的參與時(shí)，這一優(yōu)良特性顯得尤為突出。

宋力等[7]探討了GIS在環(huán)境規(guī)劃中的應(yīng)用，指出它的應(yīng)用不僅使“可進(jìn)入地區(qū)”、“定居區(qū)”及“植被敏感地區(qū)”等概念更科學(xué)，還使實(shí)地調(diào)查、公眾聽(tīng)證會(huì)等非計(jì)算機(jī)化的審核評(píng)估過(guò)程更有針對(duì)性，更高效。

萬(wàn)帆等[8]將GIS應(yīng)用于怒江西藏境內(nèi)東巴壩址至松塔庫(kù)尾河段水電規(guī)劃中，將怒江上游段西藏段陸生生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)范圍進(jìn)行了劃分。劃分方法充分體現(xiàn)了對(duì)于生態(tài)完整性的各種要求，表明了劃分方法的科學(xué)性和合理性。

劉芳芳等[9]以湖北省潛江市河網(wǎng)為例，通過(guò)GIS分析劃分了水環(huán)境功能區(qū)，計(jì)算了水環(huán)境容量，為規(guī)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(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

環(huán)境影響評(píng)價(jià)針對(duì)項(xiàng)目開(kāi)工前后對(duì)環(huán)境所照成的影響進(jìn)行預(yù)判，從而指導(dǎo)人們做出合理判斷，科學(xué)決策，規(guī)避環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

華建偉等[10]研究了GIS在礦產(chǎn)資源規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)和環(huán)境敏感制約因素的識(shí)別與分析，表明了江蘇省礦產(chǎn)資源規(guī)劃布局基本合理，與其它規(guī)劃總體協(xié)調(diào)。

陳功等[11]利用遙感和GIS探討了城市高壓電網(wǎng)規(guī)劃的環(huán)境影響評(píng)價(jià)，為城市高壓電網(wǎng)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)帶來(lái)了新的數(shù)據(jù)獲取、分析手段。

金國(guó)平[12]等將GIS與城市交通的環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)合。按照國(guó)內(nèi)相關(guān)導(dǎo)則和標(biāo)準(zhǔn)的要求初步設(shè)計(jì)了基于GIS的城市綜合交通規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)支持系統(tǒng)。

2.3 GIS在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

為了保證環(huán)境規(guī)劃和環(huán)境影響評(píng)價(jià)得出恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)論，準(zhǔn)確而快速的環(huán)境監(jiān)測(cè)就顯得十分重要，根據(jù)選定的環(huán)境監(jiān)測(cè)模型（如水體污染物的完全混合模型，大氣污染物擴(kuò)散的高斯模型等），可充分利用GIS的功能模塊對(duì)動(dòng)態(tài)的環(huán)境信息進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)[13]。

2.3.1 GIS在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

大氣環(huán)境復(fù)雜多變，直接影響人類活動(dòng)，污染物一旦進(jìn)入其中則其遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律就變得十分復(fù)雜[14]。因此對(duì)大氣環(huán)境的科學(xué)有效監(jiān)測(cè)能直接指導(dǎo)人類做出改變，以便更好的適應(yīng)發(fā)展需求。

安興琴等[15]在蘭州市大氣污染空間分析中應(yīng)用了GIS技術(shù)，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(nèi)在關(guān)系，分別對(duì)這些污染物的污染強(qiáng)度進(jìn)行了區(qū)域劃分。

景楠等[16]將GIS 用于長(zhǎng)春市城區(qū)夏季大氣污染分析。依據(jù)SO2，NO2，O3三項(xiàng)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)指標(biāo)，以GIS 的空間分析與地理統(tǒng)計(jì)分析功能為支撐技術(shù)， 重點(diǎn)探討了夏季長(zhǎng)春城區(qū)大氣O3 污染特征。并進(jìn)一步分析了2002 年、2004年長(zhǎng)春市夏季大氣污染狀況與動(dòng)態(tài)變化。

2.3.2 GIS在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

與大氣環(huán)境相似，水環(huán)境也是人類賴以生存的基本環(huán)境要素，對(duì)水環(huán)境的動(dòng)態(tài)把控不僅能夠使人類規(guī)避可能存在的潛在水污染風(fēng)險(xiǎn)，更是人類合理利用水資源的必要前提。

劉芝等[17]通過(guò)對(duì)四川省南江縣水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建，研究了 GIS 技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用，為水利信息化建設(shè)提供了借鑒。

鄭一新等[18]基于GIS空間分析技術(shù)，建立了滇池流域工業(yè)企業(yè)污染源數(shù)據(jù)庫(kù)，預(yù)測(cè)了工業(yè)發(fā)展可能帶來(lái)的環(huán)境污染，提出了相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局和相關(guān)治理政策的建議意見(jiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

GIS作為一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)手段在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用引人注目。它不僅使得工作效率大大提高，而且由于其獨(dú)特的可視性、系統(tǒng)性、前瞻性使得其不僅成為了環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的一門重要的分析工具，更成為了一門獨(dú)特的分支性分析學(xué)科，這對(duì)環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的不斷壯大和發(fā)展提供了新的思路和指引。

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基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51208324）

作者簡(jiǎn)介：潘彤（2000-），女，四川達(dá)州人，在校高中生，研究方向：地理信息系統(tǒng)應(yīng)用。

通訊作者：楊森林（1989），男，四川達(dá)州人，碩士研究生，研究方向：城市環(huán)境規(guī)劃。