遥感与GIS技术在环境科学中的应用研究

杨晓东

（乌兰察布市生态环境局兴和县分局，内蒙古 乌兰察布 013650）

随着经济结构转型、产业调整以及环境污染破坏所带来的启示，使人们越来越重视环境的科学管理。而遥感与GIS技术作为最重要的地理信息技术，能对某一个区域建立全方位的环境观测和管理网络，借助计算机网络技术全面覆盖在相应的区域上，实现对环境的科学监测和管理。与传统的测绘方式相比，遥感与GIS技术的效率和精确度更高，能够用更快的速度和更便捷的技术收集特定区域的环境信息，并利用综合研判和分析系统对相关环境信息进行分析，总结出相应的环境问题并及时做出科学的规划，有效避免了环境生态的进一步恶化。由此可见，本文展开对遥感与GIS技术在环境科学中具体应用的探讨是十分有必要的。

1 遥感与GIS技术的区别与联系

1.1 遥感技术（RS）

遥感技术实际上分为航空遥感、地面遥感和航天遥感，而当前应用最普遍并且价值作用最显著的是航天遥感，通过发射相应的人造地球卫星，使人造地球卫星在相应的轨道上与地球的自转同频率同速度运转，以保证人造地球卫星能够有效地观测到目标区域和目标对象。而通过人造卫星实现对地面环境的观测主要是通过人造地球卫星上的遥测仪器实现的，遥测仪器能够实现远距离无接触的测绘，形成具体的测绘图像和相应的数据，以电磁波的形式传回到地面的控制系统当中，再对相应的电磁波信息进行处理识别，获得相应的观测数据和测绘图形，实现对地表环境全面、科学、精准的观测[1]。通过遥感技术，利用人造地球卫星上的遥测仪器对地表环境进行观测，主要的观测对象包括各种具体的地表环境资源，比如土地、河流、矿山、森林甚至包括野生动物和鱼类等。各种在地球表面的具体环境资源都在遥感观测对象之列。

1.2 地理信息系统（GIS）

地理信息系统是一种特定环境下的空间信息系统，其覆盖面广泛，像一张密织的网覆盖在整个地球表面，具有分析研判和规划管理功能。与单纯的信息采集和反馈系统不同，该系统能够在充分分析地面环境信息数据基础上做出相应指导，并为相应区域内存在的各种问题做出科学的规划，为决策提供支持。地理信息系统的运行基础是各种计算机信息技术，而地理信息系统的信息数据来源是遥感，空间定位技术是全球定位系统，具有较强的综合性特征。地理信息系统覆盖面更广，能采集整个地球表面，包括岩石层和大气层在内所产生的各项信息数据进行、运算处理、分类储存、分析描述和管理应用，并且通过相应的技术支持将相关的数据应用到实际场景中，将这些地理空间信息数据以及各类数据之间的关系进行整理，使其能够为解决一定空间范围内发生的各种地理环境问题和生产生活问题提供决策数据支持。

1.3 RS和GIS技术的联系

遥感技术和GIS技术实际上存在着既互相独立又相互扶持辅助的关系。互相独立是指当前遥感技术和GIS技术仍然是独立自主运行的两套地理信息技术系统，独立地开展相应的地理环境信息数据收集和管理工作，在信息数据的收集中虽然存在着交叉，但是没有互相干扰。而相互扶持和影响是指虽然地理信息系统能够独立地收集一些地理空间信息，但是仍然有部分信息数据直接来源于遥感在人造地球卫星上应用遥测仪器收集获得的相应信息数据[2]。因此，遥感实际上是GIS信息数据的源泉，而GIS则是遥感所观测和收集数据的表达者和分析者。

2 遥感与GIS技术的作用和优势

遥感和GIS技术在环境科学分析中能够发挥出独一无二的优势，主要是和传统的测绘方式和模式相比，遥感和GIS技术作为信息化的地理环境测绘分析模式，享受到了计算机信息技术和卫星遥感技术的便利。

2.1 遥感的作用和优势

2.1.1 及时获取环境信息

遥感通过人造地球卫星上的遥测仪器收集相应的环境信息数据，而人造地球卫星和地球的自转和速度相同，在信息数据采集和获取时间上和地球对应区域的时间是同步的，因而所收集的相关信息数据也具有较强的时效性。人造地球卫星上的遥测仪器在充分收集地球环境信息数据后直接通过电磁波传回地球的接收站，再通过计算机识别和处理信息，全程所需要的时间比较短[3]。因此，应用遥感技术能够在较短的时间内迅速获得实时信息数据，并利用计算机及时形成相应的测绘图像，时间优势明显。

2.1.2 大范围开展观测

遥感通过人造地球卫星对地表地理环境资源和状况进行观测，在一个较高的位置能够辐射地表较广的范围。人造地球卫星所在的轨道位置高度相较于地球表面的高度越高，则说明遥测仪器观测点位置越高。将遥测仪器看作是眼睛，在一个较高的观测位置，遥测仪器所能够观测的视角远比地面环境观测要广阔。因此，遥感技术能够实现大面积、大范围和大规模的地表环境观测，能够一次性收集足够多的地表环境数据和相应的资料。一份遥感测绘数据和图形能够应用于多个领域，因此，遥感大范围的地表环境观测还具有一定的经济效益。

2.1.3 基本不受恶劣环境影响

遥感技术是通过人造地球卫星上安装的测绘仪器对相应的区域实行观测，而人造地球卫星都在各自的轨道和位置上相应的运转，互不干扰，在工作时也不会受到如同地球表面各种自然灾害和恶劣环境的影响，可以通过紫外线、红外线和微波波段等对地表环境进行观测，不同到达自然环境恶劣的地方开展信息采集和测绘工作，并且精准度也不会受到环境的影响。

2.2 地理信息系统的作用和优势

2.2.1 规划功能较为完备

地理信息系统即GIS具有较为完备和齐全的分析管理功能，和功能集中在地表环境信息数据收集的遥感技术相比，GIS集齐了信息数据收集、地表环境信息整合处理、描述分析以及决策指导等功能[4]。另外还能够对特定的空间区域进行测绘测算和布局规划，使其能够满足环境保护和生态保护的目标对空间利用和布局进行更加科学的规划。

2.2.2 信息数据研判更具综合性

GIS技术依靠强大的互联网、物联网技术和计算机信息技术实现相关地表环境信息数据的运算、分析和使用。与人工运算和分析相比，通过GIS技术，各类地表环境信息数据研判能够分析各种影响因素，对相关信息数据的处理也会更加精确，基本不会出现地表环境信息数据运算错误的情况。在精确的信息数据支撑下，能够针对具体的环境问题做出更加科学的决策。

2.2.3 应用领域广阔

GIS技术具有较为广阔的应用前景，既是应用于地理测绘领域的核心技术，也是广泛应用于社会其他各行各业的现代化地理信息技术，在社会生产生活领域能够发挥出巨大的作用，包括在地理环境资源的调查分析、环境等级评定、空间规划管理、城市布局规划、水利设施建设、农林牧渔的规划管理等领域。

3 遥感与GIS技术在环境科学中的具体应用

3.1 重大环境问题的应急响应管理

遥感与GIS技术能够应用到重大环境问题的应急响应管理中，主要是指各类环境灾害，包括水文灾害、气象灾害和地质灾害等。应用遥感技术，通过航天遥感的卫星、地面遥感的塔台观测架以及航空遥感的遥感飞机和漂浮、系留气球等实现对地面环境和云层等的观测，精确捕捉到一些气象和地质变化信息。在重大环境问题应急响应管理中，先应用遥感技术确定灾情区域的地面信息，包括受灾区域，灾情的蔓延方向等，再应用GIS地球信息系统进行地理信息研判和周围环境的分析，选择和制定最合适、最安全的撤离和逃生路线等，并且根据GIS的实时观测及时调配救助资源和运输设施设备等。另外，为了避免灾害带来后续的环境污染和生态破坏问题，还可以应用遥感与GIS技术快速恢复灾害区域，通过远程观测和综合全面的指导制定更加科学的环境恢复和再造计划，有效促进重大环境问题和灾害后的环境恢复效率。因此，在当前环境灾害频发时期，遥感与GIS技术无疑成为保障人民生命安全的重要技术，在环境灾害处理方面能够发挥重要作用。

3.2 环境资源的优化配置和管理

通过将遥感与GIS技术相互融合，能够建立完善流畅的环境资源配置和管理流程，对各类环境资源进行科学合理的统计规划和管理，结合国土空间布局以及相应的土地保护制度，科学调配环境资源，构建更加合理的生态环境系统和生态层次。遥感与GIS技术能够观测和分析管理的环境资源种类多样，主要包括林业资源、草场资源等[5]。不同的环境资源最合适的布局位置也不同，在适合培育森林的区域培育草场反而会导致当地环境恶化。因此，利用遥感技术和GIS技术可以综合研判分析各地的地理区位条件，科学调配和布局相应的环境资源，因地制宜推动林业和草场的科学布局，有效提高环境资源配置的精确度和有效性。另外，遥感与GIS技术还能够对城市环境的改造发挥积极作用，通过遥感可以观测城市绿化面积的大小和布局，应用GIS技术可以分析城市绿化景观布局的不合理，并且通过精密的分析进行城市绿化规划，提高各类绿化资源的优化配置和合理布局，有效地实现环境保护的管理目标。

3.3 在具体环境场景中的环境规划和指导

3.3.1 加强水土规划管理

遥感技术和GIS技术相互融合能够在水土规划管理工作中发挥有效的作用。首先，通过遥感技术采集的特定区域内的水土布局和应用数据，为建立土壤侵蚀程度的三维模型提供可靠的数据，提高土壤侵蚀监测管理三维模型的准确性。在此基础上，相关人员再应用GIS技术对特定区域内的土壤侵蚀程度和侵蚀的历程等状况进行科学正确的运算和分析。而后，再利用遥感技术和GIS技术，输入相应的数据来绘制相应的测绘图，包括土壤侵蚀程度的透视图以及该区域内土地分布的分布图，通过精细化计算制定解决土壤侵蚀的措施，做好水土资源规划和管理。

3.3.2 增强城市环境管理

当前城市环境污染问题比较显著，热岛效应等就是城市建设特别是城市硬质地表和各种建筑物建设使绿化面积不断缩小带来的环境问题。基于此，应用遥感技术和GIS技术能够更加科学地对城市的整体布局进行分析处理，给城市整体规划和布局提供有价值的参考，进一步优化城市中各类绿的资源规划布局结构。因此，应用遥感和GIS技术还能够有效地增强城市环境管理，降低城市的环境污染，促进城市环境资源的科学流动和优化配置。

3.3.3 开展海洋环保规划工作

海洋已成为环保的重点项目，也成了环保和生态恢复建设难度相对较大的环境，不仅包括海洋污染的控制，还包括海洋生物多样性的保护等。利用遥感技术能广泛收集海洋污染数据和海洋生物的生活状况即集群数量[6]。另外，利用遥感技术所对应的人造地球卫星，可以通过遥测仪器广泛收集海洋的悬浮物呈现图像、水面高度以及不同深度状况下的海水温差，更加精准、科学、有效地掌握海洋的监测机制。在利用遥感技术和GIS技术发现濒危、新鲜海洋生物，需要及时地利用相应的技术对濒危新鲜海洋生物进行记录，并对其进行有效的管理，保障其活跃海域的整体质量。

3.4 建立完善的环境维护管理机制

3.4.1 对环境展开全方位实时监测

首先，在遥感技术广泛收集和获取环境信息数据后，应用GIS技术能够对环境展开全方位的实时监测。环境科学研究人员和相关从业者可以根据遥感技术所获得特定空间范围内的环境资源信息数据，建立起GIS运行的环境监测模型，借助GIS技术的计算机信息技术和物联网技术等，对环境资源进行动态实时监测。先根据不同环境管理问题确定环境观测和动态监测管理对象，再根据不同环境问题建立不同的环境监测系统。如在进行水质监测时，可以通过遥感技术对流域中水的含沙量等进行观测和数据收集，确定相应流域内河水的成分，确定其中相应的元素是否超标。并且遥感技术还需要将特定水域内水质的动态变化数值和资料及时传送到地理信息系统中，由GIS技术对相应的监测数据资料进行运算和分析，经过计算机运算分析发现特定流域中存在着污染物时则需要通过GIS技术推进下一步污水防治工作。

3.4.2 对环境进行科学评价和预测

GIS技术具有较强的环境资源信息数据分析功能，能够对同一空间环境下的多种信息数据类型进行分析和评价。应用GIS技术对环境资源进行分析和评价，能够对环境开展科学有效的评价和预测，建立起相应的评价和预测模型来控制环境资源应用过程中可能出现的过度问题。应用GIS技术的空间分析功能，应当建立起特定区域下的污染流向和蔓延路径图以及污染的层次差异分析模型等，帮助相关人员更加清晰地把握环境污染的方向和严重程度。同样以水污染作为对象，相关人员应当先应用GIS技术的空间分析功能对特定流域的综合污染情况进行分析和评价，确定该流域污染的程度，并且建立起河流流域污染路径图和污染源扩散以及反推模型等，精确有效地预测和定位流域污染源和持续污染可能蔓延的方向和带来的危害性。实际上，水资源是可循环的，在一定的污染程度下，水资源在一定的时期内能够自主净化，相关人员需要根据GIS技术的数据分析明确哪些流域的河流污染程度能够自愈，以科学地调配水资源治理的资源。

3.4.3 及时对环境问题作出预警

遥感技术收集环境资源数据集中到GIS后，GIS通过相应的计算机技术对环境资源数据进行处理和分析，将环境资源数据作为反映环境问题的量化指标，一旦环境资源数据超出正常的标准，则应当利用GIS技术的应急预警功能及时预警。相关人员应当应用GIS技术建立预警标准线，当数值超过标准线时需在第一时间做出预警。在环境污染检测时，特别是在工业园区，一旦发现空气或是土壤、河流中存在的相关污染物超标，则需要快速就特定区域内的环境污染事故做出应急预警，并且制定出污染事故处理的应对举措，有效降低环境污染事故带来的损失。

4 结语

综上所述，在环境科学中广泛而深入地应用遥感与GIS技术，推动遥感与GIS技术的融合应用，能够简化环境科学在环境检测、环境灾害防控、生态环境规划等方面的前期工作。另外，应用先进的遥感与GIS技术实现对环境的信息化和数据化管理，将计算机和互联网作为环境科学的载体，还能够取代很大一部分的实地测绘，有效地提高测绘的精准度和效率，为开展环境资源的优化配置以及科学规划提供准确度和精确度更高的测绘图纸和环境信息数据。在遥感与GIS技术的互相融合过程中建立起地理信息系统和应用软件，能够在各个移动终端实现对环境的智能监控，实时对环境实时准确观测，制定完善科学的环境规划和管理制度体系，大力推动环境科学的发展。