地理信息系統(tǒng)技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用

單禮堂

本文以地理信息系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和功能為根據(jù)，對在環(huán)境科學(xué)中對地理信息系統(tǒng)空間分析和數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用進行了分析和介紹。同時立足于環(huán)境科學(xué)的角度針對地理信息系統(tǒng)在環(huán)境影響評價以及環(huán)境監(jiān)測等各個領(lǐng)域的應(yīng)用進行了重點介紹，而且對環(huán)境科學(xué)中地理信息系統(tǒng)的重要作用進行了闡述。

計算機在上世紀(jì)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(tǒng)建立起來，也就是加拿大地理信息系統(tǒng)。我國從上世紀(jì)80年代初開始研究地理信息系統(tǒng)方面的工作，其標(biāo)志就是中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所的地理信息系統(tǒng)研究室的成立，我國在正式通過資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家重點實驗室之后，其標(biāo)志著在資源與環(huán)境方面對GIS技術(shù)的研究正式拉開序幕，而我國環(huán)境領(lǐng)域中對GIS技術(shù)的正式應(yīng)用則是1995年開始的。

GIS的功能和概念

地理信息系統(tǒng)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(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，其屬于對海量地理數(shù)據(jù)進行分析處理和挖掘的通用技術(shù)，其立足于地理空間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的這樣的一種技術(shù)系統(tǒng)。、

在地理數(shù)據(jù)處理工程中GIS發(fā)揮的作用就是GIS功能，其主要包括地理數(shù)據(jù)的顯示、分析、操作、圖形圖像處理、地理的數(shù)據(jù)的存儲和輸入等。

采集和輸入數(shù)據(jù)：將外部的原始數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，同時采用便于處理的內(nèi)部格式來轉(zhuǎn)化這些數(shù)據(jù)的外部格式，這樣的一個過程就是數(shù)據(jù)的采集和輸入過程。

屬性編輯和圖形編輯的數(shù)據(jù)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(guān)系建立等各種功能；屬性編輯主要是結(jié)合數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)：采用某種格式將數(shù)據(jù)記錄在計算機外部的存儲介質(zhì)當(dāng)中或者計算機的內(nèi)部，數(shù)據(jù)文件的結(jié)構(gòu)與其存儲方式具有密切關(guān)系，其最為主要的就是要將記錄的邏輯數(shù)據(jù)建立起來，通常采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫來管理屬性數(shù)據(jù)。

查詢與分析空間：其主要包括數(shù)據(jù)綜合分析，數(shù)據(jù)查詢檢索以及數(shù)據(jù)操作運算等功能，從數(shù)據(jù)的存儲裝置、數(shù)據(jù)庫以及文件中將所需要的數(shù)據(jù)查找或者選取出來，這就是所謂的數(shù)據(jù)查詢和檢索功能；GIS技術(shù)就能夠?qū)λ▍^(qū)內(nèi)的各種現(xiàn)象和過程進行分析。

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

GIS在環(huán)境監(jiān)測中的具體應(yīng)用分析

環(huán)境信息的采集和處理工作在環(huán)境監(jiān)測中具有十分重要的作用，其中有85%以上的環(huán)境信息都與空間位置具有十分密切的關(guān)系，所以在環(huán)境監(jiān)測中地理信息系統(tǒng)就具有十分重要的作用。通過對地理信息系統(tǒng)的利用能夠?qū)Ω鞣N環(huán)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(zhǔn)確及時以及全面的環(huán)境信息提供給環(huán)境監(jiān)測工作。地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能以及空間分析功能十分強大，通過對環(huán)境監(jiān)測模型與GIS的功能模塊的結(jié)合能夠有效的處理多源環(huán)境信息，并且還可以將環(huán)境演變的動態(tài)規(guī)律尋找出來，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)監(jiān)測環(huán)境，同時還可以采用圖片的形式將環(huán)境的變化規(guī)律和情況直觀的表達出來。

在大氣環(huán)境動態(tài)監(jiān)測中對GIS的應(yīng)用。城市的機動車數(shù)量以及工業(yè)企業(yè)數(shù)量在城市化以及工業(yè)化不斷發(fā)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(xiàn)在世界上很多國家和地區(qū)都在致力于對大氣環(huán)境質(zhì)量的改善。大氣環(huán)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(huán)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(shù)監(jiān)測和分析大氣環(huán)境具有重要作用，通過對數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)以及激勵信息系統(tǒng)技術(shù)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(yè)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(shù)據(jù)庫建立起來。通過對GIS數(shù)據(jù)顯示功能以及空間分析功能的利用能夠?qū)⒋髿庵形廴疚锏臐舛确植紙D獲得，并且對污染物的超標(biāo)情況和空間分布進行進一步的了解。

在水資源環(huán)境監(jiān)測中GIS技術(shù)的應(yīng)用。作為人類生存和發(fā)展必不可少的資源，水資源同時也是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源，但是現(xiàn)在的水污染變得越來越嚴(yán)重，而且還呈現(xiàn)出了復(fù)合型污染的特征，所以必須要將監(jiān)測和管理水資源環(huán)境的工作做好。具有較大的空間信息量是水資源環(huán)境的主要特點，而GIS最為顯著的優(yōu)勢就是管理和分析空間信息。在水資源環(huán)境監(jiān)測中對GIS技術(shù)進行利用能夠有效地組織和管理水質(zhì)監(jiān)測空間數(shù)據(jù)，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(biāo)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(shù)據(jù)，能夠?qū)⒂行У男畔⒅С痔峁┙o制定污染治理方案的工作。

在環(huán)境影響評價中對GIS技術(shù)的具體影響

系統(tǒng)性的評估、預(yù)測以及識別擬議中的國家政策、區(qū)域開發(fā)計劃以及建設(shè)項目在實施之后會對環(huán)境造成的各種影響，就是所謂的環(huán)境影響評價。開展環(huán)境影響評價工作的最為主要的目的就是鼓勵在決策和規(guī)劃中對環(huán)境因素進行充分的考慮，從而能夠保證人類的活動更具環(huán)境相容性。現(xiàn)在利用現(xiàn)有的成熟的模型可以將環(huán)境影響評價中的很多環(huán)境過程和環(huán)境問題描述出來，比如大氣擴散模型以及水質(zhì)模型等，然而在操作、分析及顯示等方面這些環(huán)境模型空間數(shù)據(jù)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(shù)的利用能夠有效的連接數(shù)據(jù)和地圖，并且將拓撲關(guān)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(huán)境質(zhì)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(qū)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(jié)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(shù)據(jù)的管理能力以及空間數(shù)據(jù)的管理能力具有十分顯著的優(yōu)勢，GIS能夠有效的處理多種統(tǒng)計數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，并且能夠進行數(shù)據(jù)變換、編輯以及建立拓撲關(guān)系等，可以通過四種不同的空間數(shù)據(jù)曾對不同的空間對象進行表達，還可以將各種統(tǒng)計圖和專題圖書城出來，能夠?qū)⒋罅康呢斄ξ锪σ约叭肆?jié)省下來，最為關(guān)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(huán)境科學(xué)中會越來越多的運用到GIS技術(shù)，而且其勢必將會發(fā)揮越來越重要的作用。