地理信息系统技术在环境科学中的应用

文|单礼堂

地理信息系统技术在环境科学中的应用

文|单礼堂

本文以地理信息系统的主要结构和功能为根据，对在环境科学中对地理信息系统空间分析和数据库的应用进行了分析和介绍。同时立足于环境科学的角度针对地理信息系统在环境影响评价以及环境监测等各个领域的应用进行了重点介绍，而且对环境科学中地理信息系统的重要作用进行了阐述。

计算机在上世纪五十年代末六十年代初开始正式的变成重要的地理信息存储和处理工具，R．F．Tomlinson在1963年首次将世界上第一个GIS系统建立起来，也就是加拿大地理信息系统。我国从上世纪80年代初开始研究地理信息系统方面的工作，其标志就是中国科学院遥感应用研究所的地理信息系统研究室的成立，我国在正式通过资源与环境信息系统国家重点实验室之后，其标志着在资源与环境方面对GIS技术的研究正式拉开序幕，而我国环境领域中对GIS技术的正式应用则是1995年开始的。

GIS的功能和概念

地理信息系统属于一种可以描述、显示、分析、查询、检索、管理、存储以及采集空间数据的计算机系统，其属于对海量地理数据进行分析处理和挖掘的通用技术，其立足于地理空间数据库，并且对计算机硬件软件进行充分的利用，从而能够有效的描述、显示、分析、查询、检索、管理、存储以及采集地球表层空间数据的这样的一种技术系统。

在地理数据处理工程中GIS发挥的作用就是GIS功能，其主要包括地理数据的显示、分析、操作、图形图像处理、地理的数据的存储和输入等。

采集和输入数据：将外部的原始数据传输给数据处理系统，同时采用便于处理的内部格式来转化这些数据的外部格式，这样的一个过程就是数据的采集和输入过程。

属性编辑和图形编辑的数据编辑功能：图形编辑主要包括误差校正、图形变换、图幅拼接、图形修饰、图形编辑以及扑关系建立等各种功能；属性编辑主要是结合数据库管理的工作，其主要包括删除增加以及修改等各种功能。

存储与管理数据：采用某种格式将数据记录在计算机外部的存储介质当中或者计算机的内部，数据文件的结构与其存储方式具有密切关系，其最为主要的就是要将记录的逻辑数据建立起来，通常采用关系数据库来管理属性数据。

查询与分析空间：其主要包括数据综合分析，数据查询检索以及数据操作运算等功能，从数据的存储装置、数据库以及文件中将所需要的数据查找或者选取出来，这就是所谓的数据查询和检索功能；GIS技术就能够对所定区内的各种现象和过程进行分析。

数据显示与结果输出：最终结果和中间处理过程的屏幕显示就是所谓的数据显示，其主要包括操作分析过程的显示以及图形数据的数字化与编辑。结果输出形式主要包括下面几种：通过对Internet的利用实现远程传输，保证可视化的实现；打印机输出；绘图机输出；在计算机屏幕上输出。

GIS在环境监测中的具体应用

环境信息的采集和处理工作在环境监测中具有十分重要的作用，其中有85%以上的环境信息都与空间位置具有十分密切的关系，所以在环境监测中地理信息系统就具有十分重要的作用。通过对地理信息系统的利用能够对各种环境信息进行有效地获取存储管理和分析，同时还可以将有效、客观、准确及时以及全面的环境信息提供给环境监测工作。地理信息系统的数据处理功能以及空间分析功能十分强大，通过对环境监测模型与GIS的功能模块的结合能够有效的处理多源环境信息，并且还可以将环境演变的动态规律寻找出来，这样就能够实现动态监测环境，同时还可以采用图片的形式将环境的变化规律和情况直观的表达出来。

在大气环境动态监测中对GIS的应用。城市的机动车数量以及工业企业数量在城市化以及工业化不断发展的今天变得越来越多，因此在城市的空气中排入到了大量的有毒有害污染物，现在世界上很多国家和地区都在致力于对大气环境质量的改善。大气环境具有自己独特的特点：首先其具有超大的空间尺度，人类赖以生存的大气圈的厚度有上百公里；在自然环境中空气的流动性是最好的，而其不可逾越的固体边界就是地面。所以采用GIS技术监测和分析大气环境具有重要作用，通过对数据库管理技术以及激励信息系统技术的运用，能够有效的搜集和整理所有对大气造成污染的企业的周围地形、污染物移动范围、主要污染物情况以及位置信息等，同时还可以将地理信息数据库建立起来。通过对GIS数据显示功能以及空间分析功能的利用能够将大气中污染物的浓度分布图获得，并且对污染物的超标情况和空间分布进行进一步的了解。

在水资源环境监测中GIS技术的应用。作为人类生存和发展必不可少的资源，水资源同时也是工农业生产的重要资源，但是现在的水污染变得越来越严重，而且还呈现出了复合型污染的特征，所以必须要将监测和管理水资源环境的工作做好。具有较大的空间信息量是水资源环境的主要特点，而GIS最为显著的优势就是管理和分析空间信息。在水资源环境监测中对GIS技术进行利用能够有效地组织和管理水质监测空间数据，并且还可以让管理人员十分方便的查询、修改和编辑各种空间信息；通过对GIS的图标分析功能和空间分析功能的利用还可以制作专题图、分析空间和检测数据，能够将有效的信息支持提供给制定污染治理方案的工作。

在环境影响评价中对GIS技术的具体影响

系统性的评估、预测以及识别拟议中的国家政策、区域开发计划以及建设项目在实施之后会对环境造成的各种影响，就是所谓的环境影响评价。开展环境影响评价工作的最为主要的目的就是鼓励在决策和规划中对环境因素进行充分的考虑，从而能够保证人类的活动更具环境相容性。现在利用现有的成熟的模型可以将环境影响评价中的很多环境过程和环境问题描述出来，比如大气扩散模型以及水质模型等，然而在操作、分析及显示等方面这些环境模型空间数据仍然具有较多的困难，同时其空间特性也非常明显。通过对GIS技术的利用能够有效的连接数据和地图，并且将拓扑关系建立起来，开展制作各类专题图以及空间分析和查询等各项工作，最终可以将环境质量和污染状况非常直观的显示出来，同时可以选择各种各样的评价方法在评价过程中实施区域综合评价以及单要素评价，并且可以将分析、计算评价因子以及输出评价结果的工作完成，这样就使得工作人员的工作量得以有效降低，并且使评价工作进程也变得更快。

相对于其他的工具而言，GIS具备的空间分析能力、非空间的属性数据的管理能力以及空间数据的管理能力具有十分显著的优势，GIS能够有效的处理多种统计数据和空间数据，并且能够进行数据变换、编辑以及建立拓扑关系等，可以通过四种不同的空间数据曾对不同的空间对象进行表达，还可以将各种统计图和专题图书城出来，能够将大量的财力物力以及人力节省下来，最为关键的是其在获得成果的时候具有较高的精度以及较快的速度。因此，我们有理由相信，在未来的环境科学中会越来越多的运用到GIS技术，而且其势必将会发挥越来越重要的作用。

黑令西南民族职业技术学院）