浅谈GIS在环境科学研究中的应用与展望

潘彤 杨森林

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714124

摘要：地理信息系统（GIS）从信息学的角度对各种空间载体进行科学性的描述，在相关计算软件的支持下，对地球表层的部分或全部的空间地理分布数据进行分析和判断。因此，将GIS应用于具有综合性、复杂性等特点的环境科学相关研究领域的潜力非常巨大。在环境規划、环境影响评价、环境监测等多个分支学科中拥有广泛的应用前景。

关键词：地理信息系统；环境科学；应用；展望

中图分类号：X144文献标识码：A

Discussion on application and prospect of GIS for environmental science

Pan Tong1 Yang Senlin2

1.Chongqing Shuren Middle SchoolChongqing404100；2.Chengdu Institute of Planning & DesignChengdu610000

Abstract：Geographic Information System （GIS） described all kinds of space carrier scientifically from the aspect of informatics. The analysis and estimate for geographical distribution data in entire or part of the Earth's surface （including atmosphere） were conducted with the support of calculation software. Therefore， the application of GIS for environmental science which was comprehensive and complex was enormously potential. It would have a wide range of prospect in environmental planning， environmental impact assessment， environmental monitoring and other branches of environmental science.

Keywords：GIS；environmental science；application； prospect

GIS是一种特定的空间信息系统，它将地理学、地图学、遥感学以及计算机学进行有机结合，1967年，世界上首个投入实际应用的地理信息系统由罗杰·汤姆林森博士在加拿大研发成功，它用于存储、分析并综合利用加拿大土地统计局收集的相关数据。至此以后，GIS在短暂的时间里取得了飞速发展[1]。经过多年的不懈努力，GIS现已广泛应用于不同的领域[25]，成为一种独具特色的重要的分析和研究手段。

在我国，随着经济的快速发展，长期存在的不合理发展模式导致环境污染形势十分严峻，人与环境的矛盾十分突出。为了应对人类所面临的种种环境危机，一门交叉性的学科——环境科学应运而生。环境科学探讨了社会发展活动与环境演化规律之间的相互作用关系，以统筹协调的视角积极寻求人类与环境的和睦相处之道。但传统的环境科学研究方法存在一定的局限性，已无法应对当今日益严峻的环境问题，因而有必要探索新理念、新方法，其中开发GIS 在环境科学中的应用就成为了一项重要的课题。

基于此，本文通过对GIS的分析，总结了GIS的主要特点以及它在环境科学中应用的现状。并结合实际情况提出了未来GIS在环境科学研究中应用的建议，为我国的环境科学研究提供一定的参考作用。

1 GIS的功能与特性

与一般的管理信息系统相比，GIS有以下特点[6]：

（1）强大的地理空间数据系统。将来源于现实并经过处理后得到的各种数据输入到系统中，系统可以有序协调的组织、管理、显示这些数据；

（2）生动直观的互动和输出界面。系统用电子地图和用户进行交流，操作人员可依靠人固有的认知和逻辑来完成对数据的各项操作；

（3）高效准确的空间分析能力。数据是空间对象的一种直接的属性，GIS可根据地理对象的相关性对数据进行一系列的分析，使空间问题的处理变得简洁而方便；

（4）广泛全面的工作范围。当对某种有害气体进行环境影响评价时，需要重点考虑当地的气候特别是风向条件。传统的技术只能基于一维风向模型，这会导致评价具有很大的不确定性。而GIS能够通过精确的分析从而构建污染物复杂的扩散模型。

2 GIS在环境科学领域的应用

2.1 GIS在环境规划中的应用

环境规划是为使人类与环境协调发展而对人类自身活动和环境所做的空间和时间上的合理安排。GIS在环境规划方面拥有自己独特的功能，它将各种数据按类型进行分类整理，并放在不同的图层上，各层之间可以进行叠加运算等。更重要的是，在环境规划中可以利用GIS数据表达直观形象的特点使输出的结果图形化，便于人们接受。在日益强调公众在环境规划中的参与时，这一优良特性显得尤为突出。

宋力等[7]探讨了GIS在环境规划中的应用，指出它的应用不仅使“可進入地区”、“定居区”及“植被敏感地区”等概念更科学，还使实地调查、公众听证会等非计算机化的审核评估过程更有针对性，更高效。

万帆等[8]将GIS应用于怒江西藏境内东巴坝址至松塔库尾河段水电规划中，将怒江上游段西藏段陆生生态环境的评价范围进行了划分。划分方法充分体现了对于生态完整性的各种要求，表明了划分方法的科学性和合理性。

刘芳芳等[9]以湖北省潜江市河网为例，通过GIS分析划分了水环境功能区，计算了水环境容量，为规划层面水污染控制措施的确定提供了有利的支撑。

2.2 GIS在环境影响评价中的应用

环境影响评价针对项目开工前后对环境所照成的影响进行预判，从而指导人们做出合理判断，科学决策，规避环境风险。

华建伟等[10]研究了GIS在矿产资源规划环境影响评价中的应用，通過对环境保护目标和环境敏感制约因素的识别与分析，表明了江苏省矿产资源规划布局基本合理，与其它规划总体协调。

陈功等[11]利用遥感和GIS探讨了城市高压电网规划的环境影响评价，为城市高压电网的环境影响评价带来了新的数据获取、分析手段。

金国平[12]等将GIS与城市交通的环境影响评价结合。按照国内相关导则和标准的要求初步设计了基于GIS的城市综合交通规划环境影响评价支持系统。

2.3 GIS在环境监测中的应用

为了保证环境规划和环境影响评价得出恰当的结论，准确而快速的环境监测就显得十分重要，根据选定的环境监测模型（如水体污染物的完全混合模型，大气污染物扩散的高斯模型等），可充分利用GIS的功能模块对动态的环境信息进行持续性的监测[13]。

2.3.1 GIS在大气环境监测中的应用

大气环境复杂多变，直接影响人类活动，污染物一旦进入其中则其迁移转化规律就变得十分复杂[14]。因此对大气环境的科学有效监测能直接指导人类做出改变，以便更好的适应发展需求。

安兴琴等[15]在兰州市大气污染空间分析中应用了GIS技术，研究了兰州市SO2，TSP 等几种大气污染的空间分布特征与污染源的内在关系，分别对这些污染物的污染强度进行了区域划分。

景楠等[16]将GIS 用于长春市城区夏季大气污染分析。依据SO2，NO2，O3三项大气环境监测指标，以GIS 的空间分析与地理统计分析功能为支撑技术， 重点探讨了夏季长春城区大气O3 污染特征。并进一步分析了2002 年、2004年长春市夏季大气污染状况与动态变化。

2.3.2 GIS在水环境监测中的应用

与大气环境相似，水环境也是人类赖以生存的基本环境要素，对水环境的动态把控不仅能够使人类规避可能存在的潜在水污染风险，更是人类合理利用水资源的必要前提。

刘芝等[17]通过对四川省南江县水资源监测系统的构建，研究了 GIS 技术在水环境监测系统中的应用，为水利信息化建设提供了借鉴。

郑一新等[18]基于GIS空间分析技术，建立了滇池流域工业企业污染源数据库，预测了工业发展可能带来的环境污染，提出了相应的产业结构布局和相关治理政策的建议意见。

3 结语

GIS作为一项先进的技术手段在环境科学领域中的应用引人注目。它不仅使得工作效率大大提高，而且由于其独特的可视性、系统性、前瞻性使得其不仅成为了环境科学领域的一门重要的分析工具，更成为了一门独特的分支性分析学科，这对环境科学领域的不断壮大和发展提供了新的思路和指引。

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基金项目：国家自然科学基金项目（51208324）

作者简介：潘彤（2000-），女，四川达州人，在校高中生，研究方向：地理信息系统应用。

通讯作者：杨森林（1989），男，四川达州人，硕士研究生，研究方向：城市环境规划。