GIS在城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

【摘 要】地理信息系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的新興技術(shù)形式。圍繞著地理信息技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用，城市環(huán)境保護(hù)工作邁入了新的發(fā)展階段。本文結(jié)合地理信息技術(shù)的特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了地理信息技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)和管理方面的應(yīng)用，闡述了地理信息系統(tǒng)在建立環(huán)境監(jiān)測(cè)中的意義。

【關(guān)鍵詞】地理信息系統(tǒng) 環(huán)境監(jiān)測(cè) 污染 應(yīng)用

一、地理信息系統(tǒng)簡(jiǎn)介

GIS系統(tǒng)（地理信息系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱），是Geographic Information System的縮寫，是利用計(jì)算機(jī)來(lái)獲取、處理、管理地理空間數(shù)據(jù)的方法和手段。它由硬件、軟件、人員、數(shù)據(jù)和方法五部分組成。GIS系統(tǒng)近些年來(lái)引起了世界的廣泛關(guān)注，對(duì)地理管理系統(tǒng)的影響越來(lái)越大。

GIS是在地理學(xué)、測(cè)量學(xué)、計(jì)算機(jī)等學(xué)科基礎(chǔ)上綜合發(fā)展而成的。GIS具有空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、編輯和處理的功能。它為地理信息系統(tǒng)建設(shè)提供了硬件和軟件保障，其硬件主要由計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)設(shè)備、數(shù)據(jù)和外圍設(shè)施組成，它的軟件系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)開發(fā)和操作系統(tǒng)級(jí)等。GIS系統(tǒng)的作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：選擇合適比例尺的數(shù)據(jù)、把握現(xiàn)有數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性、深化數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)格式的集成、選用合適的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、更新和維護(hù)。

二、GIS應(yīng)用于城市環(huán)境監(jiān)測(cè)的必要性

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，環(huán)境污染及生態(tài)破壞等問題也日趨嚴(yán)重。建立環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)，已成為為保護(hù)人類社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)之一。在環(huán)境監(jiān)測(cè)工作要求提高的同時(shí)，以及計(jì)算機(jī)軟件成本的下降和應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)應(yīng)用計(jì)算機(jī)來(lái)提高工作效率、降低勞動(dòng)程度、促進(jìn)決策的科學(xué)性的要求日益強(qiáng)烈?，F(xiàn)在，在數(shù)據(jù)的使用效果和決策的科學(xué)上，還沒有得到基本解決。這是應(yīng)為環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)涉及到需多方面的信息：檢測(cè)的方法、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、污染源、監(jiān)測(cè)污染處理設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)、污染事故排污事故等。環(huán)境監(jiān)測(cè)的信息涉及到自然、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、法律和社會(huì)等錯(cuò)綜復(fù)雜的領(lǐng)域。因此，要對(duì)其進(jìn)行透徹的，必須把空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，將地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)引入到環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)中是十分必要的?；贕IS技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的建立，不僅可以提高對(duì)污染源的管理水平，而且在經(jīng)濟(jì)上減少了由于沒有很好管理污染源帶來(lái)的污染事故造成的經(jīng)濟(jì)損失，在社會(huì)發(fā)展層次上保障了人民生活安全和提高了人民的生活質(zhì)量。

GIS系統(tǒng)擁有先進(jìn)的信息技術(shù)，與之相關(guān)的環(huán)境參數(shù)可以隨著條件的變化而變化，可以對(duì)環(huán)境保護(hù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、儲(chǔ)存、傳輸和處理，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)的科學(xué)化、可視化、高效化，因此，在中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中推行GIS系統(tǒng)是形勢(shì)所迫、大勢(shì)所趨。

三、GIS技術(shù)在城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

信息化的快速發(fā)展，我國(guó)環(huán)保領(lǐng)域也加大了計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，GIS和計(jì)算機(jī)技術(shù)在城市環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域很快普及開來(lái)，并在城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中扮演了重要的角色。GIS系統(tǒng)是以三維地圖為基礎(chǔ)的信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)空間查詢、屬性查詢、數(shù)據(jù)管理、排污監(jiān)控與管理、數(shù)據(jù)通信等功能，重要的是，GIS具備環(huán)保宣傳功能。系統(tǒng)透過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將重點(diǎn)環(huán)境保護(hù)的區(qū)域，生態(tài)保育制定區(qū)域，實(shí)時(shí)環(huán)境狀況等數(shù)據(jù)與公眾分享，讓大眾清晰了解環(huán)保工作的重要性。GIS常用于環(huán)境評(píng)估研究、資源循環(huán)利用監(jiān)測(cè)、大氣質(zhì)量污染監(jiān)測(cè)、臭氧監(jiān)測(cè)評(píng)估等方面，此外，在地下水保護(hù)、海灣保護(hù)、建設(shè)許可評(píng)估、區(qū)域生態(tài)分析、工業(yè)污染源管理等方面也有應(yīng)用。

（一）大氣環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

應(yīng)用GIS建立城市大氣污染的管理系統(tǒng)時(shí)，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行如下分類：屬性數(shù)據(jù)，如污染物排放量、人口狀況、工業(yè)結(jié)構(gòu)等；地理（空間）數(shù)據(jù)，如污染源的分布、城市現(xiàn)狀平面圖等。把數(shù)據(jù)庫(kù)分為基本型和導(dǎo)出型，應(yīng)該既更新基本型數(shù)據(jù)庫(kù)，又更新導(dǎo)出型數(shù)據(jù)庫(kù)。利用GIS的空間圖形圖像的顯示、分析功能，可以獲得各污染物濃度分布圖，了解各污染物的空間分布及超標(biāo)情況。致力于大氣環(huán)境問題的科研人員已經(jīng)在這些方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，國(guó)內(nèi)外都有成功的實(shí)例。

（二）水資源環(huán)境監(jiān)測(cè)

我國(guó)城市化進(jìn)程的迅猛發(fā)展，加大了城市的用水需求，水資源危機(jī)使水資源供需矛盾進(jìn)一步惡化，城市水資源管理問題越來(lái)越尖銳。世界上很多國(guó)家早就將GIS系統(tǒng)運(yùn)用到水資源管理中去，并且在城市水資源管理上取得了顯著的綜合效益，因此，在國(guó)內(nèi)開展GIS技術(shù)水資源管理工作迫在眉睫。水資源環(huán)境的一個(gè)特點(diǎn)是空間信息量大，而對(duì)空間信息的管理與分析正是GIS的優(yōu)勢(shì)，這樣GIS便成了一個(gè)強(qiáng)有力的水資源管理工具，使水資源的管理工作由傳統(tǒng)模式進(jìn)入了現(xiàn)代化的動(dòng)態(tài)管理模式。GIS應(yīng)用于水資源數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)管理，主要是對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)、供水部門數(shù)據(jù)及遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行管理與分析等。用GIS管理水資源數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)資源共享具有很大潛力，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)管理與分析的可視性，將數(shù)據(jù)管理的水平又提高到一個(gè)新的高度。

（三）生態(tài)環(huán)境宏觀監(jiān)測(cè)

我國(guó)改革開放以來(lái)，經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，然而資源的過度開發(fā)利用，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，必須了解生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，解決主要生態(tài)環(huán)境問題，以保障有關(guān)決策部門在資源開發(fā)利用和保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面做出合理的、科學(xué)的宏觀決策。由于生態(tài)環(huán)境信息具有容量大、層次多、內(nèi)容廣、關(guān)系復(fù)雜、空間分布和動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，以往所做的大都是一些常規(guī)的、單項(xiàng)的生態(tài)環(huán)境和資源調(diào)查，而且監(jiān)測(cè)結(jié)果的技術(shù)質(zhì)量較低。把生態(tài)環(huán)境的屬性信息和空間信息按空間分布特點(diǎn)，輸入計(jì)算機(jī)，來(lái)建立地理信息系統(tǒng)及生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，以便有效地存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)，快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行信息的查詢、檢索、更新，促使數(shù)據(jù)的全面綜合處理和迭加分析，GIS的強(qiáng)大制圖功能，可以使用戶輕松獲得定位準(zhǔn)確、內(nèi)容詳?shù)膶?shí)專題圖。生態(tài)環(huán)境信息系統(tǒng)的建立，不僅為將來(lái)的工作提供重要的本底數(shù)據(jù)，還可與其他部門的有關(guān)信息系統(tǒng)以及國(guó)際相關(guān)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，形成統(tǒng)一的生態(tài)環(huán)境信息網(wǎng)絡(luò)。

（四）環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估

災(zāi)害的發(fā)生大都是突發(fā)性的，其結(jié)果是對(duì)環(huán)境造成重大污染，經(jīng)濟(jì)上造成巨大損失，對(duì)居民的身體健康及生命安全造成巨大威脅，其危害制約著生態(tài)平衡及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展。一旦災(zāi)害發(fā)生，必須及時(shí)準(zhǔn)確的制定出應(yīng)急對(duì)策，在有限的資源條件下，最大限度的降低災(zāi)害損失。由于GIS具有交互定位和邏輯查詢以及廣泛的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)連接能力，所以非常適合用于環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估。對(duì)于特大火災(zāi)，消防部門可以使用GIS完成火災(zāi)事件分析、繪制火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)圖、顯示消火栓分布圖、道路狀況和資源分布，從而進(jìn)行緊急調(diào)度和路徑優(yōu)化。災(zāi)后可很快進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量追蹤調(diào)查、評(píng)估，根據(jù)新的環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，迅速得出一定范圍內(nèi)大氣污染的等值線圖，以及對(duì)居民、生態(tài)的影響。GIS可以提供有關(guān)洪澇災(zāi)害的歷史、自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀的背景數(shù)據(jù)；可以對(duì)洪澇災(zāi)害的可能性、空間分布、危險(xiǎn)程度等進(jìn)行綜合的分析、評(píng)價(jià)、模擬分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究；可以輔助防災(zāi)、減災(zāi)決策分析，提供災(zāi)害快速評(píng)估與計(jì)算機(jī)輔助決策。

威海市把重大污染事故的多種預(yù)測(cè)模型與GIS技術(shù)緊密結(jié)合，奠定了風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急和搶救的技術(shù)基礎(chǔ)，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)可以為城市提供及時(shí)的報(bào)警信息、救援信息和應(yīng)急策略。上海市對(duì)GIS應(yīng)急預(yù)警的運(yùn)用，一直走在全國(guó)各大城市的前列，并很早就在此基礎(chǔ)上開發(fā)了應(yīng)急熱線系統(tǒng)、出警指揮導(dǎo)航系統(tǒng)、污染源搜索和定位系統(tǒng)，強(qiáng)化了城市對(duì)地面信息的掌控和把握能力，提升了城市環(huán)保執(zhí)法和處理應(yīng)急事件的功能。

環(huán)境影響評(píng)估是對(duì)城市建設(shè)對(duì)環(huán)境可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估，并根據(jù)情況制定相應(yīng)的策略，采取一定的措施。GIS具有疊置地理對(duì)象的功能，可以對(duì)統(tǒng)一區(qū)域不同時(shí)段的環(huán)境影響因素及其特征進(jìn)行疊加分析，進(jìn)而與在區(qū)域污染源數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上建立的各種環(huán)境預(yù)測(cè)模型產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，提升城市環(huán)境質(zhì)量預(yù)警能力。

四、GIS的應(yīng)用意義及現(xiàn)狀總結(jié)

在環(huán)保工作中，環(huán)境監(jiān)測(cè)地理信息系統(tǒng)是環(huán)保三維仿真系統(tǒng)，此系統(tǒng)是一套集成先進(jìn)信息技術(shù)的環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)地表水、大氣、噪聲以及污染源的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息?；诘乩硇畔⑾到y(tǒng)（GIS）的可視化顯示、檢索、統(tǒng)計(jì)、分析、預(yù)警、控制、上傳、實(shí)現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量和污染源的綜合管理和監(jiān)控。配置在線監(jiān)測(cè)設(shè)備接口與視頻監(jiān)控接口，及時(shí)、準(zhǔn)確、完整地反應(yīng)水質(zhì)監(jiān)控測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控常規(guī)項(xiàng)目數(shù)據(jù)，并將所有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳遞至數(shù)據(jù)系統(tǒng)，進(jìn)行匯總、分析。提高環(huán)保部門的綜合反映能力，通過實(shí)時(shí)的監(jiān)控、及時(shí)超標(biāo)報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)排污異常，最大限度地降低污染事故造成的危害，全方位地實(shí)現(xiàn)了環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的需求。

不過我國(guó)GIS應(yīng)用實(shí)踐中存在著很多問題，這些問題，既有管理層面上的問題，也有技術(shù)層面上的問題。如同一個(gè)城市中，不同單位和部門之間的GIS應(yīng)用模式的開發(fā)工作大都是一致的，從理論層次上將，一個(gè)城市的GIS模型可以被移植利用，多個(gè)單位自己開發(fā)，造成了物力、財(cái)力的浪費(fèi)。加上體制和技術(shù)上的原因，各用戶單位自行開發(fā)的模塊具有重復(fù)、技術(shù)薄弱、橫向聯(lián)系較少等缺點(diǎn)，這樣既造成了人力、物力的浪費(fèi)，又限制了GIS系統(tǒng)作用的正常發(fā)揮。因此，城市環(huán)保部門應(yīng)該與其它單位大力合作的基礎(chǔ)上，加快GIS系統(tǒng)研發(fā)、應(yīng)用的步伐，積極利用GIS系統(tǒng)來(lái)提高工作效率和環(huán)保監(jiān)測(cè)能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]張維文.GIS技術(shù)及其在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用[J].可持續(xù)發(fā)展，2009年第7期

[2]陳雪英.GIS技術(shù)及其在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)，2010年第02期

[3]李琦.GIS系統(tǒng)在城市環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)循環(huán)，2010年第10期