基于GIS的環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用研究

張文軍

（甘肅省地圖院甘肅蘭州730000）

基于GIS的環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用研究

張文軍

（甘肅省地圖院甘肅蘭州730000）

GIS在環(huán)境科學(xué)研究方面的應(yīng)用簡稱為環(huán)境GIS，環(huán)境GIS存在多技術(shù)集成、環(huán)境空間、動(dòng)態(tài)變化、廣泛實(shí)用和可視化等特性。本文著重從GIS在環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用的主要方面，應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行論述，最后對GIS在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用做出展望。

環(huán)境GIS環(huán)境監(jiān)測多技術(shù)集成

1　引言

地理信息系統(tǒng)（GIS）是集地理學(xué)、信息學(xué)、測繪科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、空間科學(xué)、地球科學(xué)和管理科學(xué)等多學(xué)科為一體的新興邊緣學(xué)科。主要用于采集、存儲(chǔ)、管理、處理、檢索、分析和表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。GIS在環(huán)境科學(xué)研究方面的應(yīng)用簡稱為環(huán)境GIS，它以遙感、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)技術(shù)為手段，進(jìn)行環(huán)境空間信息的獲取、分析、處理、存儲(chǔ)與表達(dá)，從而為環(huán)境保護(hù)工作提供空間信息支持和管理決策依據(jù)。環(huán)境GIS存在多技術(shù)集成、環(huán)境空間、動(dòng)態(tài)變化、廣泛實(shí)用和可視化等特性。

2　 GIS在環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用的主要方面

GIS能應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測各領(lǐng)域，是與GIS本身的特點(diǎn)以及環(huán)境監(jiān)測的特點(diǎn)所引發(fā)的需求是分不開的。GIS通過拓展的空間數(shù)據(jù)庫、豐富的制圖表達(dá)以及綜合的分析功能在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域取得了顯著成效，其在環(huán)境監(jiān)測及管理領(lǐng)域的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面。

2.1環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理分析

環(huán)境監(jiān)測的目的是準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)。GIS最大的特點(diǎn)是能夠?qū)φ麄€(gè)或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、運(yùn)算、分析和可視化表達(dá)的信息處理與管理，能對已有空間和屬性信息進(jìn)行加工處理，得出科學(xué)結(jié)論。也正是這些特點(diǎn)使得它與環(huán)境監(jiān)測結(jié)合成為可能。

2.2環(huán)境數(shù)值預(yù)報(bào)模型

環(huán)境監(jiān)測中，多數(shù)數(shù)值預(yù)報(bào)模型是空間模型。多因子綜合作用，使環(huán)境要素空間變異的數(shù)值分析相當(dāng)復(fù)雜。GIS模型則提供每個(gè)變量的空間插值分析，通過樣點(diǎn)數(shù)值預(yù)測整個(gè)區(qū)域環(huán)境變量的數(shù)值分布。

2.3環(huán)境監(jiān)測信息管理系統(tǒng)(EMMIS)

該系統(tǒng)是為環(huán)境監(jiān)測、管理和決策服務(wù)的技術(shù)過程系統(tǒng)。GIS在其中的應(yīng)用大大改善了EMMIS監(jiān)測基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理和收集方式，提高了環(huán)境管理的效率。

2.4建立環(huán)境地理信息系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測需要采集和處理大量的、種類繁多的環(huán)境信息。這些環(huán)境信息85%以上與空間位置有關(guān)，使用GIS可以建立各種環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫，GIS通過把各種環(huán)境信息與其地理位置結(jié)臺起來進(jìn)行綜合分析與管理，以實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的輸入、查詢、分析、輸出和管理的可視化。

2.5環(huán)境監(jiān)測應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)

把重大污染事故與GIS技術(shù)相結(jié)合，及時(shí)提供預(yù)警和制定應(yīng)急措施，能夠?qū)κ鹿曙L(fēng)險(xiǎn)源的地理位置及其屬性，事故敏感區(qū)域位置及其屬性進(jìn)行管理．提供污染事故的大氣、河流污染擴(kuò)散的模擬過程和應(yīng)急方案。

3　 GIS在環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用的現(xiàn)狀

3.1GIS在森林草場環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

我國已經(jīng)開展了一些利用GIS技術(shù)對森林等生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測的課題研究。如2000年，陳濤、楊武年所在課題組承擔(dān)了國家863計(jì)劃308主題“西部金睛行動(dòng)”專項(xiàng)“四川省岷江中上游生態(tài)環(huán)境遙感綜合調(diào)查與評價(jià)”課題。該課題利用以GIS為主要手段之一的現(xiàn)代科技技術(shù)，在短期內(nèi)查明該區(qū)生態(tài)環(huán)境本底狀況及變化趨勢，克服了長期以來傳統(tǒng)調(diào)查監(jiān)測方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、資金開支大和解譯精度低的缺陷，對今后生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價(jià)提供了高技術(shù)支持。

3.2GIS在水源濕地環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

進(jìn)行氣象與大氣環(huán)境、生物、土壤、水體、自然災(zāi)害等項(xiàng)目的濕地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測可以為科學(xué)地進(jìn)行濕地生態(tài)系統(tǒng)管理提供依據(jù)。在對濕地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)管理的過程中，GIS濕地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與管理信息系統(tǒng)具有進(jìn)行濕地遙感分類、濕地植被生物量遙感估測、濕地景觀格局演化及濕地退化分析、進(jìn)行濕地評價(jià)和輔助濕地自然保護(hù)區(qū)建設(shè)等重要作用。

3.3GIS在海洋環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

GIS技術(shù)在海洋領(lǐng)域可用于對空間環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、查詢、分析，并且利用GIS的統(tǒng)計(jì)制圖功能形象地展示出各種環(huán)境專題內(nèi)容、環(huán)境數(shù)據(jù)空間分布與數(shù)量統(tǒng)計(jì)規(guī)律，以滿足環(huán)境保護(hù)實(shí)際需要，為資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)能夠提供比較完善的技術(shù)支持，有助于海洋資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。借助GIS等技術(shù)可建立現(xiàn)代化海洋實(shí)時(shí)立體監(jiān)測管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息更新、信息共享，并通過圖形方式對管理與決策前景進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，為海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境和氣候的監(jiān)測、海洋防災(zāi)減災(zāi)以及維護(hù)國家海洋權(quán)益服務(wù)。

3.4GIS在城市環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

在我國隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，GIS在對空間數(shù)據(jù)的查詢和分析功能要求較高的領(lǐng)域如城市規(guī)劃管理、城市環(huán)境監(jiān)測、防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（1）水資源環(huán)境監(jiān)測。隨著工業(yè)的發(fā)展，水資源也受到了不同程度的污染。加強(qiáng)對水資源的監(jiān)測和管理迫在眉睫。GIS應(yīng)用于水資源數(shù)據(jù)的監(jiān)測管理，主要是對水質(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。上海市環(huán)境管理部門于20世紀(jì)80年代末開始GIS應(yīng)用研究，并建立了黃浦江流域水環(huán)境地理信息系統(tǒng)，系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)監(jiān)測顯示，可對水質(zhì)作出快速預(yù)測分析和預(yù)報(bào)。

（2）大氣環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測與分析。大氣環(huán)境是環(huán)境問題的一個(gè)重要因素，尤其是人口密集、工業(yè)企業(yè)集中的城市大氣環(huán)境問題顯得尤為突出。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足的進(jìn)展，大家熟知的大氣層的臭氧層“黑洞”就是通過GIS和遙感技術(shù)發(fā)現(xiàn)的。

（3）環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測與評估。災(zāi)害的發(fā)生大都是突發(fā)性的，其結(jié)果是對環(huán)境造成重大污染，經(jīng)濟(jì)上造成巨大損失，對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。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)庫連接能力，所以非常適合用于環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測與評估。

（4）環(huán)境噪聲監(jiān)測與管理。GIS應(yīng)用于環(huán)境噪聲監(jiān)測與管理，主要是體現(xiàn)在以下方面：

①噪聲監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)相對于傳統(tǒng)的噪聲監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置，不但提高了布設(shè)的準(zhǔn)確性、最優(yōu)性，能夠更好地反映監(jiān)測地區(qū)的噪聲環(huán)境狀況，

更是體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)可行性、科學(xué)合理化，同時(shí)也保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。

②自動(dòng)監(jiān)測噪聲主要是體現(xiàn)在監(jiān)測過程無需人工操作、值守，其連續(xù)運(yùn)行可以實(shí)時(shí)獲得時(shí)空分布的噪聲數(shù)據(jù)，滿足長短期監(jiān)測，為噪聲控制規(guī)劃決策提供基礎(chǔ)資料。

③環(huán)境噪聲GIS對所收集到的噪聲信息進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，并能夠?qū)ΡO(jiān)測區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步的場地監(jiān)測和分析，分析數(shù)據(jù)背后的深層次信息，如噪聲影響預(yù)測、噪聲超標(biāo)程度、范圍估計(jì)等。

GIS應(yīng)用噪聲評價(jià)的領(lǐng)域主要包含：（1）現(xiàn)狀評價(jià)，利用GIS形象直觀圖形界面和時(shí)空數(shù)據(jù)分析處理能力可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀、準(zhǔn)確的評價(jià)，如可以通過疊置分析可以得到監(jiān)測區(qū)域的噪聲分析圖，如此便可以進(jìn)一步確定潛在污染源；（2）環(huán)境影響評價(jià)，GIS還可以應(yīng)用噪聲預(yù)測，其強(qiáng)大的時(shí)空數(shù)據(jù)分析功能可有助于預(yù)測出噪聲的衰減性、地面吸引性等各種復(fù)雜特征；（3）噪聲功能區(qū)劃分，以GIS所提供的地圖和數(shù)據(jù)為功能區(qū)劃分，可以避免人為錯(cuò)誤和方法的局限性，更能夠反映出區(qū)域內(nèi)噪聲環(huán)境污染的分布狀況，并且還可以提供劃分精度，進(jìn)而為環(huán)境規(guī)劃控制提供有力支持。

4　結(jié)語

目前，GIS在環(huán)境監(jiān)測中還存在很多的問題，其中最大的問題是環(huán)境數(shù)據(jù)庫的支持能力不夠。GIS系統(tǒng)在與環(huán)境領(lǐng)域相結(jié)合時(shí)，需要的信息是分布于不同地域的環(huán)境信息載體(如水、氣以及土壤等)的數(shù)據(jù)，這就要求相應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)庫的支持，而目前這類數(shù)據(jù)庫十分缺乏。如果環(huán)境數(shù)據(jù)庫的建立得不到相應(yīng)的重視，最終會(huì)導(dǎo)致GIS系統(tǒng)這一先進(jìn)工具不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。同時(shí)各部門之問信息封閉，造成重復(fù)數(shù)據(jù)建設(shè)，導(dǎo)致了信息數(shù)據(jù)庫建立過程中步驟的重復(fù)，和人力、物力和財(cái)力的浪費(fèi)。這一問題的解決還有待于政府部門在宏觀上的規(guī)劃和協(xié)調(diào)。盡管GIS在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用還不夠深入，但是成效是顯著的，而且隨著新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，GIS必將為我國的環(huán)境監(jiān)測和保護(hù)做出巨大的貢獻(xiàn)。

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X83[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-260-1

張文軍（1978～），男，2003年7月畢業(yè)于長安大學(xué)地理信息系統(tǒng)專業(yè)，工程師，研究方向?yàn)閿?shù)字制圖與地理信息智能化等。