浅谈地理信息图谱黑龙江省生态环境分析研究

刘月阳，谢世尧，李 娜，郭 琳

(黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080)

地学信息图谱是建立在“3S技术”和信息网络等先进技术和科学理论的基础上发展起来的[1]，是现在国内外学者研究的重要内容。地学信息图谱通过“图”和“谱”两方面更加详细的表达了研究区域的时空间分布规律。这不仅仅能够让人们加深对地理客体的认识，而且它可以通过多方位的信息表达发掘研究区时空间分布方式及演变规律，为研究提供了十分重要的理论依据[2]。地学信息图谱是可以在生态环境中利用卫星及其他数据源来更新数据库的一种新的研究方法。通过对数据采集与分析，提取为有效信息，通过定量分析归纳出有效的时空信息，获得时空分布图谱。地学信息图谱可以对时间和空间进行共同表达，所以不同地区的生态环境时空变化规律是可以通过信息图谱更加客观详细的表达出来，并且运用相关模型对生态自然环境的演变过程及社会发展规律来反演过去，对其进行可视化的表达，因此为生态环境的规划及发展提供了可行性的方案[3-4]。

1 研究区概况

黑龙江省是中华人民共和国省级行政区，省会哈尔滨市，北、东部与俄罗斯隔江相望，西与内蒙古相邻，南与吉林省接壤，是陆地最东部的省级行政区，介于121°11′E—135°05′E，43°26′N—53°33′N之间。总面积47.30万 km2，占全国排名的第6位。地势平坦，主要由山地、平原和流域等构成，西北部、北部临外兴安岭等。黑龙江省境内拥有四大水系，江河湖泊众多，其长度为9.21万 km。作为我国的农业大省，黑龙江省承担着重要的国家商品粮供给任务，但同时黑龙江省农村生态环境治理也存在比较突出的问题，阻碍了黑龙江省农村经济的可持续发展。农村生态环境治理的重要性和紧迫性对于黑龙江省日益显著，黑龙江省农村生态环境治理问题亟待提上日程，需要着重解决。

2 地理信息图谱在生态环境领域分析

2.1 黑龙江省生态环境存在的问题

目前黑龙江省生态环境存在的问题较为严重，主要表现在以下几个方面：

(1)水土流失严重，土壤肥力下降。目前，黑龙江省面临着生态环境恶化，水土流失严重等问题，情况不容乐观。根据调查统计资料显示，黑龙江省侵蚀面积8.86万 km2，占黑土区侵蚀面积的50.06%。其中轻度侵蚀面积6.07万 km2，中度侵蚀面积2.48万 km2。根据第二次土壤普查黑龙江省水保所的定位观测表明，黑龙江省黑土区内坡耕地每年流失表土0.6～1.0 cm，破皮黄黑土的面积已占黑土区总面积的2.4%～12.4%；薄层黑土(黑土层厚度<30 cm)面积已占黑土面积的40.9%，而且土壤蓄水能力降低，加剧了水土流失[5]。

(2)森林资源逐年减少。虽然森林覆盖度呈增加态势，但是森林资源质量下降，珍贵树种减少导致树种结构失衡，土地荒漠化越发严重；对森林资源的过度开采对森林的可持续发展与整体的生态环境造成了不利的影响[6]。

黑龙江省生态环境情况不容乐观，需探寻一种针对时空变化规律进而研究其变化过程的研究方法，为找到黑龙江省环境变化原因，地学信息图谱作为中国地理信息领域的新突破，可以找到时空变化规律，为环境改善提供有效依据。

2.2 地理信息图谱发展现状

从20世纪90年代开始，地学信息图谱(或称地学图谱，Geo-Information-TuPu)是由陈述鹏院士提出的一种新的研究方向，成为中国地球信息领域的一项重大突破，也是地理信息系统发展到现在的必经过程[7]。它可以通过结合遥感影像及地理信息系统，运用地理信息图谱的思维理念对全数字化进行细化分析，成为逐渐被国内外学者所接受的前瞻性的研究领域[8-10]。地学信息图谱是在已经有的理论基础上发展成为更新的概念，用来描述自然环境及社会经济发展的时空演变特征，从而更加广泛，表现如下[11-13]：

(1)由图形思维模式表达。当我们想对复杂系统的机理加以了解时，我们可用图形来定量地描述系统的初步状态及边界条件，将数据进行归纳合并，揭示其发展规律并进行表达。

(2)地学信息图谱在图形和谱系的结构与变化等方面与地理空间有密切的联系，比如动态模拟性很强且与气候相关的植物图谱和垂直地带图谱。

(3)地学信息图谱的研究作为现代地图学中的一项重要研究内容，它是继承中国传统研究成果基础上发展而来的产物，对其他信息加以研究并成为更好表达的手段。所以它丰富了地图学的理论、方法和技术。

由此可见，地学信息图谱和生态环境相结合的研究还尚未完全，因为传统的地学图谱通过静态的，抽象的二维图像来表达事物的变化，但是现在动态的地学信息图谱可以更加全面的，从三维立体方面来表达时间空间的演变。目前，生态环境研究也迫切需要一种方法对符合时空间信息的方面进行研究，所以地学信息图谱成为最可用的方法之一。

2.3 地理信息图谱与生态环境之间的关系

生态环境作为人类生活及发展的基本条件，有序发展才能保证生态环境健康发展。地学信息图谱与生态环境相结合的研究方法，可以从多方面、多角度来了解生态环境的时间空间变化规律，这样不仅得到研究区生态环境发展的理论、信息及相关数据，也是推动了地学信息图谱理论与实践更好的结合，是科研发展的一大进步，这样进一步提升了其发展空间，使其成为继人类基因图谱之后的又一重大研究成果。生态环境综合信息图谱是在生态环境调查及动态监测的基础上，在数据库中的数字信息可以动态地反映出事物的规律，对抽象的图形思维信息进行总结，并运用计算机多维动态可视化技术，显示出研究区的形态结构及时间空间变化规律。运用地学信息图谱构建出生态环境格局时空信息图谱，用来揭示生态环境发展及其各要素变化规律，对研究区生态环境形成更深刻的认识，为生态环境的规划决策提供重要的理论依据及科学内容[14-15]。

2.4 地理信息图谱在生态环境中发挥的作用

地学信息图谱可以多个研究领域发挥其作用，但是在生态环境中的作用有以下4个方面：

(1)目前的研究是通过地学信息图谱把黑龙江省的环境信息与现代信息技术相结合，找到其变化规律，在对地学信息属性的描述上，通过统一的方式及手段进行表达。而且地学信息图谱在地球科学领域，具有横断性的方法论。所以对地学认识是逐步的过程，现代高新科技在技术运用上具有一定的通用性。生态环境信息综合图谱具有环境信息模型及“3S”技术等现代科学技术，具有空间信息表达能力及模拟能力，能够更好地揭示黑龙江省生态环境变化规律，找到其变化机理，找到其更好的发展方向，从而进行环境改善；

(2)地学信息图谱以黑龙江省生态环境信息为核心，通过不同分析方法提取出时空信息图谱，并对其进行详细表达，找到研究区生态环境时空变化规律，从而更加客观的对信息进行表达，所以地学信息图谱生成过程就是对时空间变化的认识[16-17]；

(3)地学信息图谱可采用图形思维结合数值模拟方法，找到黑龙江省生态环境自然演变及社会发展规律，通过建立模型对环境要素的现状进行标书，对研究区环境演变的推测及未来发展的预测，在这样的基础上对生态经济进行规划决策及治理，提供了详细的理论依据和科学根据；

(4)地学信息图谱把黑龙江省不同层次的生态环境的研究成果通过图及表的方式加以展现，对复杂的时空间变化进行直观简练的表达，便于公众的理解与认识。

3 结 论

本文通过地理信息图谱大体上得到黑龙江省生态环境变化规律：黑龙江省地形地貌因子与其他环境因子相关性强，很大程度上影响了黑龙江省生态环境情况，集中体现了是人类活动和自然环境相互作用的结果。影响黑龙江省生态环境变化的主要因素是自然因素和社会因素，随着社会生产及发展，人类改造自然的能力增强，社会和自然因素对环境的作用逐渐增强，同时土地利用增加就会伴随不合理的土地利用，都是造成黑龙江省环境恶化的原因。