地理信息系统在环境科学中的应用进展

2016-03-16何平

环球市场 2016年7期

关键词：环境影响空间环境

何平

铁岭市环境信息中心

地理信息系统在环境科学中的应用进展

何平

铁岭市环境信息中心

地理信息系统（GIS）是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一个新兴技术，是一个能够对空间相关数据进行采集、管理、分析和可视化输出的计算机信息系统。本文介绍了地理信息系统的发展、组成，简述了GIS在环境科学中的应用以及GIS的应用前景和发展趋势。

地理信息系统；环境科学；应用；发展

1　　地理信息系统概述

在我国随着经济的迅速发展，GIS在城市规划管理、环境保护、交通运输、防灾减灾、农业、林业等领域发挥了重要的作用，取得了良好的经济效益和社会效益。

一个完整的GIS主要由4部分构成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、空间数据和系统管理操作人员。作为GIS核心部分的计算机软件系统，不仅包括各类计算机系统软件，还包括专门的GIS软件，主要用于对空间数据输入、存储、转换、输出和与用户接口。

GIS的基本功能主要有：空间数据的采集、检查与编辑功能；格式化、转换、概括功能；存储与组织功能；分析功能；显示功能。

2　　地理信息系统在环境科学中的应用

在环境领域，GIS技术的引进为这个复杂的多学科交叉领域的研究和发展带来了新的契机和巨大的益处，表现在几个方面：（1）使环境问题具体化。利用GIS的空间信息属性可使原本不具有空间信息属性的环境统计数据展示出其空间分布的地理规律。（2）提高工作效率，改善工作质量。利用专题地图功能，可以迅速将环境统计报表数据以图表等多种形式显示出来，既减轻了工作量，又能以多样的形式展示出环境数据，清楚地了解环境状况。（3）拓展工作范围。利用GIS软件提供的路径分析功能，可以对以前只能基于一维的风向模型建立起二维的污染物扩散模型。（4）集成化解决问题。由于GIS数据参照同一空间坐标系，使得不同研究领域的数据或同一领域不同地域的数据，可以在一致的标准下进行信息共享，使得多学科交叉和地域交叉的研究变得简单高效，并且各部门数据可集成支持整个项目的战略决策［4］。

2.1GIS在环境监测中的应用

在环境监测过程中，利用GIS技术可对实时采集的数据进行存储、处理、显示、分析，实现为环境决策提供辅助手段的目的。

2.2GIS在环境规划与决策中的应用

对于宏观性、全局性的环境规划来说，利用GIS可以实现规划中的定性与定量相结合、空间分析与属性分析相结合、历史信息与发展方向相结台。通过GIS的各个功能模块进行环境规划的各项工作，包括污染源分布、污染扩散分析等。利用GIS中的综合信息和空间分析模型可以为科学决策提供依据，是决策支持的有效手段［5］。进行环境规划与决策工作可通过GIS的缓冲区分析、叠置分析等功能模块实现。

2.3GIS在环境影响评价中的应用

利用GIS的空间分析功能，可以在空间上实现对建设项目的环境影响预测评价，其强大的图形与数据处理功能，将使环境影响评价工作走向新台阶；另外，将环境质量模型与GIS 相结合，实现真正的集成化，可视化地描述污染物在空间上的扩散规律，可以很好实现污染物在流体介质的空间模拟，对促进环境影响评价工作的标准化和程序化，提高其精确度和可比性等各方面都有着重要作用。

环境影响评价和污染防治所涉及的因素很多，包括地下水水质、地表水水质、暴雨径流、港湾水质、大气质量、非点源污染等。GIS则为这些环境要素的综合分析提供了有力的支持和工具。如数据库和大量函数、基本底图、流域和子流域边界图、土壤和水力学数据、地形和土地利用方式、市政污水状况、水质数据、管道和排水系统数据等，可以用来模拟环境影响，从而为防止对环境的破坏提供数据支持。

2.4GIS在非点源污染控制中的应用

国外开展GIS在非点源污染控制中的应用已有十多年的历史，GIS在非点源污染控制中的应用从本质上改变了其分析和建模方式，揭开了数据输人和结果显示的新篇章。对于农业非点源污染，GIS在其中的应用，包括土壤侵蚀率和侵蚀量估算及士壤侵蚀对环境影响的模拟、地区径流的预测、土地利用变化的水质响应等［5］。近几年来，随着研究的进一步深入，GIS在渗漏带污染物迁移、转化模拟及地下水的杀虫剂模拟研究中的应用成为新的研究热点。

2.5GIS水环境管理中的应用

水环境信息具有明显的空间属性和层次属性，利用GIS可以更加明确地揭示不同区域的水环境状况，反映水体环境质量在空间上的变化趋势。可以更加直观地反映如污染源、排污口、监测断面等环境要素的空问分布。利用GIS还可以进行污染源预测、水质预测、水环境容量计算、污染物削减量的分配等，以表格和图形的方式为水环境管理决策提供多方位、多形式的支持［1］。

3　　地理信息系统的应用前景及发展趋势

3.13S集成技术的应用

GIS与遥感结合的关键技术是栅格和矢量数据格式转换的接口问题，图像数据和制图数据是两种不同的空间概念，遥感数据不做进一步处理就不能从图像数据中识别地物；GIS与图像处理系统缺少相互支持的交换标准；图像与高精度地图的几何配准也是需解决的问题之一。

3.2三维GIS

三维GIS是指布满整个三维空间的GIS，与传统的基于平面的2DGIS明显不同，三维GIS主要体现在空间位置与拓扑关系的描述及空间分析的伸展方向上。虽然经历了十几年的发展历程，到目前为止，国际上还没有一个成熟完整的三维GIS系统，与三维G1S相关的系统主要集中在三维可视化方面，也有一些系统部分实现了三维GIS功能。在三维GIS中，对三维数据的存储和其关系的描述是建立系统的关键，目前的研究主要集中在表达三维对象的数据模型和数据结构上。

3.3网络GIS

随着网络技术的发展以及社会对GIS应用需求的增加，利用Internet技术在Web上发布地理信息，以供用户浏览、查询并获取所需的空间信息和应用成为GIS发展的必然趋势，顺应这一发展要求出现了Web GIS。Web G1S即网络地理信息系统，足在Internet或Intranet网络环境下的一种兼容存储、处理、分析、显示和应用地理信息的计算机系统。

作为GIS的一种新形式.Web GIS无论是在理论研究还是在应用方面都还处于发展阶段。开放的Internet为Web GIS提供了广阔的应用前景，目前，人们又逐渐提出了地学信息服务的概念，它是指基于网络的地学数据服务转换为地学功能服务，在地学数据服务阶段，网络GIS的功能主要是提供地理数据.进一步的发展将能够实现基于网络的以地学处理计算为中心的功能服务［7］。