基于GIS的环境监测应用研究

张文军

（甘肃省地图院甘肃兰州730000）

基于GIS的环境监测应用研究

张文军

（甘肃省地图院甘肃兰州730000）

GIS在环境科学研究方面的应用简称为环境GIS，环境GIS存在多技术集成、环境空间、动态变化、广泛实用和可视化等特性。本文着重从GIS在环境监测中应用的主要方面，应用现状进行论述，最后对GIS在环境监测中的应用做出展望。

环境GIS环境监测多技术集成

1　引言

地理信息系统（GIS）是集地理学、信息学、测绘科学、计算机科学、空间科学、地球科学和管理科学等多学科为一体的新兴边缘学科。主要用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。GIS在环境科学研究方面的应用简称为环境GIS，它以遥感、地理信息系统和全球定位系统技术为手段，进行环境空间信息的获取、分析、处理、存储与表达，从而为环境保护工作提供空间信息支持和管理决策依据。环境GIS存在多技术集成、环境空间、动态变化、广泛实用和可视化等特性。

2　 GIS在环境监测中应用的主要方面

GIS能应用到环境监测各领域，是与GIS本身的特点以及环境监测的特点所引发的需求是分不开的。GIS通过拓展的空间数据库、丰富的制图表达以及综合的分析功能在环境监测领域取得了显著成效，其在环境监测及管理领域的应用主要有以下几个方面。

2.1环境监测数据管理分析

环境监测的目的是准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据。GIS最大的特点是能够对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析和可视化表达的信息处理与管理，能对已有空间和属性信息进行加工处理，得出科学结论。也正是这些特点使得它与环境监测结合成为可能。

2.2环境数值预报模型

环境监测中，多数数值预报模型是空间模型。多因子综合作用，使环境要素空间变异的数值分析相当复杂。GIS模型则提供每个变量的空间插值分析，通过样点数值预测整个区域环境变量的数值分布。

2.3环境监测信息管理系统(EMMIS)

该系统是为环境监测、管理和决策服务的技术过程系统。GIS在其中的应用大大改善了EMMIS监测基础数据的处理和收集方式，提高了环境管理的效率。

2.4建立环境地理信息系统

环境监测需要采集和处理大量的、种类繁多的环境信息。这些环境信息85%以上与空间位置有关，使用GIS可以建立各种环境空间数据库，GIS通过把各种环境信息与其地理位置结台起来进行综合分析与管理，以实现空间数据的输入、查询、分析、输出和管理的可视化。

2.5环境监测应急预警系统

把重大污染事故与GIS技术相结合，及时提供预警和制定应急措施，能够对事故风险源的地理位置及其属性，事故敏感区域位置及其属性进行管理．提供污染事故的大气、河流污染扩散的模拟过程和应急方案。

3　 GIS在环境监测应用的现状

3.1GIS在森林草场环境监测中的应用

我国已经开展了一些利用GIS技术对森林等生态环境进行监测的课题研究。如2000年，陈涛、杨武年所在课题组承担了国家863计划308主题“西部金睛行动”专项“四川省岷江中上游生态环境遥感综合调查与评价”课题。该课题利用以GIS为主要手段之一的现代科技技术，在短期内查明该区生态环境本底状况及变化趋势，克服了长期以来传统调查监测方法费时费力、资金开支大和解译精度低的缺陷，对今后生态环境监测与评价提供了高技术支持。

3.2GIS在水源湿地环境监测中的应用

进行气象与大气环境、生物、土壤、水体、自然灾害等项目的湿地生态环境监测可以为科学地进行湿地生态系统管理提供依据。在对湿地生态系统进行科学管理的过程中，GIS湿地生态环境监测与管理信息系统具有进行湿地遥感分类、湿地植被生物量遥感估测、湿地景观格局演化及湿地退化分析、进行湿地评价和辅助湿地自然保护区建设等重要作用。

3.3GIS在海洋环境监测中的应用

GIS技术在海洋领域可用于对空间环境数据进行管理、查询、分析，并且利用GIS的统计制图功能形象地展示出各种环境专题内容、环境数据空间分布与数量统计规律，以满足环境保护实际需要，为资源开发、环境保护能够提供比较完善的技术支持，有助于海洋资源与环境的可持续发展。借助GIS等技术可建立现代化海洋实时立体监测管理系统，实现信息更新、信息共享，并通过图形方式对管理与决策前景进行动态模拟，为海洋资源开发、海洋环境和气候的监测、海洋防灾减灾以及维护国家海洋权益服务。

3.4GIS在城市环境监测中的应用

在我国随着经济建设的迅速发展，GIS在对空间数据的查询和分析功能要求较高的领域如城市规划管理、城市环境监测、防灾减灾等领域有着广泛的应用价值，取得了良好的经济效益和社会效益。

（1）水资源环境监测。随着工业的发展，水资源也受到了不同程度的污染。加强对水资源的监测和管理迫在眉睫。GIS应用于水资源数据的监测管理，主要是对水质数据、供水部门数据及遥感数据进行管理与分析等。上海市环境管理部门于20世纪80年代末开始GIS应用研究，并建立了黄浦江流域水环境地理信息系统，系统具有动态监测显示，可对水质作出快速预测分析和预报。

（2）大气环境的动态监测与分析。大气环境是环境问题的一个重要因素，尤其是人口密集、工业企业集中的城市大气环境问题显得尤为突出。利用GIS的空间图形图像的显示、分析功能，可以获得各污染物浓度分布图，了解各污染物的空间分布及超标情况。致力于大气环境问题的科研人员已经在这些方面取得了长足的进展，大家熟知的大气层的臭氧层“黑洞”就是通过GIS和遥感技术发现的。

（3）环境灾害监测与评估。灾害的发生大都是突发性的，其结果是对环境造成重大污染，经济上造成巨大损失，对居民的身体健康及生命安全造成巨大威胁，其危害制约着生态平衡及经济、社会的发展。由于GIS具有交互定位和逻辑查询以及广泛的关系数据库连接能力，所以非常适合用于环境灾害监测与评估。

（4）环境噪声监测与管理。GIS应用于环境噪声监测与管理，主要是体现在以下方面：

①噪声监测点布设相对于传统的噪声监测点设置，不但提高了布设的准确性、最优性，能够更好地反映监测地区的噪声环境状况，

更是体现出经济可行性、科学合理化，同时也保证了监测数据的可靠性。

②自动监测噪声主要是体现在监测过程无需人工操作、值守，其连续运行可以实时获得时空分布的噪声数据，满足长短期监测，为噪声控制规划决策提供基础资料。

③环境噪声GIS对所收集到的噪声信息进行存储和显示，并能够对监测区域进行进一步的场地监测和分析，分析数据背后的深层次信息，如噪声影响预测、噪声超标程度、范围估计等。

GIS应用噪声评价的领域主要包含：（1）现状评价，利用GIS形象直观图形界面和时空数据分析处理能力可以对数据进行直观、准确的评价，如可以通过叠置分析可以得到监测区域的噪声分析图，如此便可以进一步确定潜在污染源；（2）环境影响评价，GIS还可以应用噪声预测，其强大的时空数据分析功能可有助于预测出噪声的衰减性、地面吸引性等各种复杂特征；（3）噪声功能区划分，以GIS所提供的地图和数据为功能区划分，可以避免人为错误和方法的局限性，更能够反映出区域内噪声环境污染的分布状况，并且还可以提供划分精度，进而为环境规划控制提供有力支持。

4　结语

目前，GIS在环境监测中还存在很多的问题，其中最大的问题是环境数据库的支持能力不够。GIS系统在与环境领域相结合时，需要的信息是分布于不同地域的环境信息载体(如水、气以及土壤等)的数据，这就要求相应的环境数据库的支持，而目前这类数据库十分缺乏。如果环境数据库的建立得不到相应的重视，最终会导致GIS系统这一先进工具不能发挥应有的作用。同时各部门之问信息封闭，造成重复数据建设，导致了信息数据库建立过程中步骤的重复，和人力、物力和财力的浪费。这一问题的解决还有待于政府部门在宏观上的规划和协调。尽管GIS在环境科学领域的应用还不够深入，但是成效是显著的，而且随着新技术的发展应用，GIS必将为我国的环境监测和保护做出巨大的贡献。

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[2]叶锴.GIS在环境监测中的应用思考[J].中国科技博览,2012,(5):71.

[3]刘亮亮,李文霞,王威等.基于GIS共享平台的大连市环境在线监测系统示范研究[c].//中国环境科学学会2010年学术年会论文集.2010:2001-2004.

X83[文献码]B

1000-405X（2015）-7-260-1

张文军（1978～），男，2003年7月毕业于长安大学地理信息系统专业，工程师，研究方向为数字制图与地理信息智能化等。