淺談GIS在環(huán)境科學研究中的應用與展望

潘彤 楊森林

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714124

摘要：地理信息系統(tǒng)（GIS）從信息學的角度對各種空間載體進行科學性的描述，在相關計算軟件的支持下，對地球表層的部分或全部的空間地理分布數(shù)據(jù)進行分析和判斷。因此，將GIS應用于具有綜合性、復雜性等特點的環(huán)境科學相關研究領域的潛力非常巨大。在環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境影響評價、環(huán)境監(jiān)測等多個分支學科中擁有廣泛的應用前景。

關鍵詞：地理信息系統(tǒng)；環(huán)境科學；應用；展望

中圖分類號：X144文獻標識碼：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是一種特定的空間信息系統(tǒng)，它將地理學、地圖學、遙感學以及計算機學進行有機結合，1967年，世界上首個投入實際應用的地理信息系統(tǒng)由羅杰·湯姆林森博士在加拿大研發(fā)成功，它用于存儲、分析并綜合利用加拿大土地統(tǒng)計局收集的相關數(shù)據(jù)。至此以后，GIS在短暫的時間里取得了飛速發(fā)展[1]。經(jīng)過多年的不懈努力，GIS現(xiàn)已廣泛應用于不同的領域[25]，成為一種獨具特色的重要的分析和研究手段。

在我國，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，長期存在的不合理發(fā)展模式導致環(huán)境污染形勢十分嚴峻，人與環(huán)境的矛盾十分突出。為了應對人類所面臨的種種環(huán)境危機，一門交叉性的學科——環(huán)境科學應運而生。環(huán)境科學探討了社會發(fā)展活動與環(huán)境演化規(guī)律之間的相互作用關系，以統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的視角積極尋求人類與環(huán)境的和睦相處之道。但傳統(tǒng)的環(huán)境科學研究方法存在一定的局限性，已無法應對當今日益嚴峻的環(huán)境問題，因而有必要探索新理念、新方法，其中開發(fā)GIS 在環(huán)境科學中的應用就成為了一項重要的課題。

基于此，本文通過對GIS的分析，總結了GIS的主要特點以及它在環(huán)境科學中應用的現(xiàn)狀。并結合實際情況提出了未來GIS在環(huán)境科學研究中應用的建議，為我國的環(huán)境科學研究提供一定的參考作用。

1 GIS的功能與特性

與一般的管理信息系統(tǒng)相比，GIS有以下特點[6]：

（1）強大的地理空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)。將來源于現(xiàn)實并經(jīng)過處理后得到的各種數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，系統(tǒng)可以有序協(xié)調(diào)的組織、管理、顯示這些數(shù)據(jù)；

（2）生動直觀的互動和輸出界面。系統(tǒng)用電子地圖和用戶進行交流，操作人員可依靠人固有的認知和邏輯來完成對數(shù)據(jù)的各項操作；

（3）高效準確的空間分析能力。數(shù)據(jù)是空間對象的一種直接的屬性，GIS可根據(jù)地理對象的相關性對數(shù)據(jù)進行一系列的分析，使空間問題的處理變得簡潔而方便；

（4）廣泛全面的工作范圍。當對某種有害氣體進行環(huán)境影響評價時，需要重點考慮當?shù)氐臍夂蛱貏e是風向條件。傳統(tǒng)的技術只能基于一維風向模型，這會導致評價具有很大的不確定性。而GIS能夠通過精確的分析從而構建污染物復雜的擴散模型。

2 GIS在環(huán)境科學領域的應用

2.1 GIS在環(huán)境規(guī)劃中的應用

環(huán)境規(guī)劃是為使人類與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展而對人類自身活動和環(huán)境所做的空間和時間上的合理安排。GIS在環(huán)境規(guī)劃方面擁有自己獨特的功能，它將各種數(shù)據(jù)按類型進行分類整理，并放在不同的圖層上，各層之間可以進行疊加運算等。更重要的是，在環(huán)境規(guī)劃中可以利用GIS數(shù)據(jù)表達直觀形象的特點使輸出的結果圖形化，便于人們接受。在日益強調(diào)公眾在環(huán)境規(guī)劃中的參與時，這一優(yōu)良特性顯得尤為突出。

宋力等[7]探討了GIS在環(huán)境規(guī)劃中的應用，指出它的應用不僅使“可進入地區(qū)”、“定居區(qū)”及“植被敏感地區(qū)”等概念更科學，還使實地調(diào)查、公眾聽證會等非計算機化的審核評估過程更有針對性，更高效。

萬帆等[8]將GIS應用于怒江西藏境內(nèi)東巴壩址至松塔庫尾河段水電規(guī)劃中，將怒江上游段西藏段陸生生態(tài)環(huán)境的評價范圍進行了劃分。劃分方法充分體現(xiàn)了對于生態(tài)完整性的各種要求，表明了劃分方法的科學性和合理性。

劉芳芳等[9]以湖北省潛江市河網(wǎng)為例，通過GIS分析劃分了水環(huán)境功能區(qū)，計算了水環(huán)境容量，為規(guī)劃層面水污染控制措施的確定提供了有利的支撐。

2.2 GIS在環(huán)境影響評價中的應用

環(huán)境影響評價針對項目開工前后對環(huán)境所照成的影響進行預判，從而指導人們做出合理判斷，科學決策，規(guī)避環(huán)境風險。

華建偉等[10]研究了GIS在礦產(chǎn)資源規(guī)劃環(huán)境影響評價中的應用，通過對環(huán)境保護目標和環(huán)境敏感制約因素的識別與分析，表明了江蘇省礦產(chǎn)資源規(guī)劃布局基本合理，與其它規(guī)劃總體協(xié)調(diào)。

陳功等[11]利用遙感和GIS探討了城市高壓電網(wǎng)規(guī)劃的環(huán)境影響評價，為城市高壓電網(wǎng)的環(huán)境影響評價帶來了新的數(shù)據(jù)獲取、分析手段。

金國平[12]等將GIS與城市交通的環(huán)境影響評價結合。按照國內(nèi)相關導則和標準的要求初步設計了基于GIS的城市綜合交通規(guī)劃環(huán)境影響評價支持系統(tǒng)。

2.3 GIS在環(huán)境監(jiān)測中的應用

為了保證環(huán)境規(guī)劃和環(huán)境影響評價得出恰當?shù)慕Y論，準確而快速的環(huán)境監(jiān)測就顯得十分重要，根據(jù)選定的環(huán)境監(jiān)測模型（如水體污染物的完全混合模型，大氣污染物擴散的高斯模型等），可充分利用GIS的功能模塊對動態(tài)的環(huán)境信息進行持續(xù)性的監(jiān)測[13]。

2.3.1 GIS在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應用

大氣環(huán)境復雜多變，直接影響人類活動，污染物一旦進入其中則其遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律就變得十分復雜[14]。因此對大氣環(huán)境的科學有效監(jiān)測能直接指導人類做出改變，以便更好的適應發(fā)展需求。

安興琴等[15]在蘭州市大氣污染空間分析中應用了GIS技術，研究了蘭州市SO2，TSP 等幾種大氣污染的空間分布特征與污染源的內(nèi)在關系，分別對這些污染物的污染強度進行了區(qū)域劃分。

景楠等[16]將GIS 用于長春市城區(qū)夏季大氣污染分析。依據(jù)SO2，NO2，O3三項大氣環(huán)境監(jiān)測指標，以GIS 的空間分析與地理統(tǒng)計分析功能為支撐技術， 重點探討了夏季長春城區(qū)大氣O3 污染特征。并進一步分析了2002 年、2004年長春市夏季大氣污染狀況與動態(tài)變化。

2.3.2 GIS在水環(huán)境監(jiān)測中的應用

與大氣環(huán)境相似，水環(huán)境也是人類賴以生存的基本環(huán)境要素，對水環(huán)境的動態(tài)把控不僅能夠使人類規(guī)避可能存在的潛在水污染風險，更是人類合理利用水資源的必要前提。

劉芝等[17]通過對四川省南江縣水資源監(jiān)測系統(tǒng)的構建，研究了 GIS 技術在水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的應用，為水利信息化建設提供了借鑒。

鄭一新等[18]基于GIS空間分析技術，建立了滇池流域工業(yè)企業(yè)污染源數(shù)據(jù)庫，預測了工業(yè)發(fā)展可能帶來的環(huán)境污染，提出了相應的產(chǎn)業(yè)結構布局和相關治理政策的建議意見。

3 結語

GIS作為一項先進的技術手段在環(huán)境科學領域中的應用引人注目。它不僅使得工作效率大大提高，而且由于其獨特的可視性、系統(tǒng)性、前瞻性使得其不僅成為了環(huán)境科學領域的一門重要的分析工具，更成為了一門獨特的分支性分析學科，這對環(huán)境科學領域的不斷壯大和發(fā)展提供了新的思路和指引。

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基金項目：國家自然科學基金項目（51208324）

作者簡介：潘彤（2000-），女，四川達州人，在校高中生，研究方向：地理信息系統(tǒng)應用。

通訊作者：楊森林（1989），男，四川達州人，碩士研究生，研究方向：城市環(huán)境規(guī)劃。