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GIS在環(huán)境保護中的應用

2013-12-29 00:00:00宋昆桓童文錦
電腦知識與技術 2013年12期

摘要:該文分析了GIS在環(huán)境保護中的一些優(yōu)點,介紹了GIS具備采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力,總結了GIS在環(huán)境保護應用的發(fā)展趨勢。

關鍵詞: GIS;環(huán)境保護

中圖分類號:TP393 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2013)12-2918-03

1 GIS技術在環(huán)境保護中的特點

GIS(Geographic Information System或 Geo-Information system,以下簡稱GIS),是一項新興的技術種類,它是伴著遙感技術、信息科學、計算機應用技術以及地理環(huán)境科學技術的發(fā)展而產生的,它通過對空間相關數(shù)據(jù)進行一系列的處理后輸出至計算機。更準確的說,GIS是一門交叉學科,介于地理環(huán)境科學和計算機信息學科之間,在計算機硬件和軟件系統(tǒng)的的支持下,對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算等處理,分析地理模塊,并提供多種地理信息 [1]。

1.1 具備各種地理空間信息的處理能力

地理信息只是一堆數(shù)字紀錄,需要有合適的軟件去把它表示出來;與此同時,地理信息數(shù)據(jù)庫的建立,亦有賴合適軟件的幫助,把地理數(shù)據(jù)信息化。GIS可以通過地圖掃描形式和非地圖掃描形式兩種方式輸入數(shù)據(jù),對輸入的數(shù)據(jù)進行編輯和轉換等處理之后形成了一個具有拓撲關系的數(shù)據(jù)庫,然后進一步做柵格數(shù)據(jù)空間分析和矢量數(shù)據(jù)空間分析,根據(jù)空間信息采用分層技術將其分為若干圖層分別儲存,再結合指定的圖層相互疊加,形成了一張有特定要求的專題地圖,最后將空間地理信息以表格、報表或行的地圖的形式輸出在屏幕上,這樣一來我們就可以更直觀的做數(shù)據(jù)進行下一步的處理,如利用開窗縮放工具可以對所顯示的地圖中的任意點和范圍進行無級開窗縮放,進行對比分析,實現(xiàn)圖像分類處理。其中柵格數(shù)據(jù)空間分析包括:疊加分析、記錄分析、統(tǒng)計分析等;矢量數(shù)據(jù)空間分析包括:緩沖區(qū)分析、屬性數(shù)據(jù)分析、網絡分析和空間數(shù)據(jù)查詢等。

1.2 具備地理空間分析和動態(tài)預測的能力

GIS以地理學及環(huán)境研究和決策為目的,在計算機系統(tǒng)的支持下進行空間信息數(shù)據(jù)處理,通過模擬常規(guī)分析方法,作用于空間數(shù)據(jù),具有空間分析和動態(tài)預測的能力,可產生高層次的信息,能精準快速的對復雜環(huán)境進行空間定位和分析。GIS的空間分析模塊通過將地理信息與各種環(huán)境要素的監(jiān)測數(shù)據(jù)結合在一起,對特定區(qū)域的環(huán)境情況進行全方位的分析,以反映出此區(qū)域的空間分布情況和受污染的程度。例如,通過對緩沖區(qū)分析,可預測污染源影響范圍;結合監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、對污染情況預測,為環(huán)境管理提供科學的手段;結合各種評價模型,集成環(huán)境決策的信息管理系統(tǒng),為環(huán)境管理決策提供依據(jù),通過對現(xiàn)實的結果相比較,反過來對原有的應用模型加以評價和修正等等。

2 GIS技術在環(huán)境保護中優(yōu)勢應用

GIS在環(huán)境保護的研究已深入到各方各面的應用,并且已經成功的處理了很多在環(huán)境監(jiān)測問題中出現(xiàn)的大量的復雜的空間數(shù)據(jù),提高了環(huán)境保護工作的效率和質量。目前使用GIS技術的有工業(yè)污染管理、環(huán)境污染監(jiān)測、濕地保護、臭氧層監(jiān)測、水質監(jiān)測、環(huán)境資源分析、生物資源分析、水污染源分析、空氣質量評估和建設許可評估等多個環(huán)境保護方面的工作。

2.1 應用GIS建立環(huán)境地理信息系統(tǒng)

我們知道,各級環(huán)保部門每天都要采集和處理大量的環(huán)境信息,這些信息絕大部分與空間位置關聯(lián)緊密。使用GIS技術可以建立各種環(huán)境地理系統(tǒng)庫,它對空間數(shù)據(jù)有極強的管理能力,包括采集空間數(shù)據(jù)、編輯空間數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)等等。GIS可以將各種各樣的環(huán)境信息,如環(huán)境質量信息數(shù)據(jù)庫、污染源空間信息數(shù)據(jù)庫等結合其地理位置信息進行處理和分析,再通過可視化的形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入、輸出、查詢和分析等操作。例如:把GIS技術與水環(huán)境功能區(qū)劃及管理結合起來,可以把大量零散的水環(huán)境功能區(qū)劃數(shù)據(jù)集中管理,把各項管理信息與相應的空間數(shù)據(jù)結合起來,不僅可以方便的獲取、存貯、管理水環(huán)境功能區(qū)劃的數(shù)據(jù)信息,而且可以實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)及信息的組合查詢,實現(xiàn)水環(huán)境功能區(qū)的空間分析及管理,最終實現(xiàn)水環(huán)境功能區(qū)劃及管理的可視化,形象化,動態(tài)化,主要技術路線見圖1[3]。

通過使用GIS技術可以顯示不同區(qū)域的水環(huán)境情況,反映水環(huán)境在地理位置上的變化趨勢,特別是洪澇災害進行監(jiān)測,對洪澇災害發(fā)展趨勢進行預測預報起到非常大的作用。

2.2 GIS應用于環(huán)境監(jiān)測

在環(huán)境監(jiān)測過程中,利用GIS技術對環(huán)境決策起到非常大的輔助作用。例如,水污染的監(jiān)測系統(tǒng)中可以通過設置若干個地方監(jiān)測子站,每個地方監(jiān)測子站配備有連續(xù)自動檢測儀,對水系或區(qū)域進行實時監(jiān)測,再由一個中心站統(tǒng)一控制。如此一來,各個監(jiān)測子站通過GIS系統(tǒng)將各地方的水質污染調查數(shù)據(jù)連續(xù)自動上傳至中心站數(shù)據(jù)庫,中心站通過對數(shù)據(jù)的處理分析,然后將分析結果及時快速反饋給管理控制端,從而實現(xiàn)對該地區(qū)水質污染狀況的連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)。

在該系統(tǒng)中,中心站是各地方監(jiān)測子站的數(shù)據(jù)處理中心及指揮中心,必須配備具有高速度處理器和大容量儲存的計算機系統(tǒng)、先進的通訊設備、輸入輸出設備及數(shù)據(jù)管理軟件,才能有效完成數(shù)據(jù)流通處理、建立數(shù)據(jù)庫、預警系統(tǒng)和數(shù)據(jù)打印等任務。除此之外,地方子站還能對水體或區(qū)域進行常年的實時的監(jiān)測,采集各污染物的綜合指標以及數(shù)據(jù)參數(shù)等技術數(shù)據(jù)。

2.3 GIS應用于環(huán)境評價

環(huán)境影響評價是在決策和開發(fā)建設活動中實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一種有效手段和方法【2】。目前傳統(tǒng)的環(huán)境影響評價存在許多弊端:第一,還沒有制定正式的統(tǒng)一標準的戰(zhàn)略性和區(qū)域性環(huán)境影響評價的規(guī)則,只是根據(jù)項目環(huán)境影響評價的經驗對其進行評價;第二,傳統(tǒng)的環(huán)境影響評價,沒有很好的考慮到環(huán)境的影響和其代替方案,忽略了非污染生態(tài)影響、積累性影響和戰(zhàn)略環(huán)境影響所帶來的經濟評價。此外在評價方面,因為環(huán)境影響評價中涉及的環(huán)境問題與處理過程都具有復雜性、模糊性、實時性、隨機性、空間性和非線性等變化特性,通過傳統(tǒng)的方法根本無法理清思路和解決問題,只有研究建立一個系統(tǒng)的專家知識庫和多模型機制才是最好的解決方法。

GIS 通過強大的數(shù)據(jù)與圖形處理功能,建立和分析地理對象之間的拓撲關系, 對環(huán)境中的各個影響因素、污染物的數(shù)據(jù)屬性及空間分布情況進行深入的分析研究,達到對項目的環(huán)境影響預測評價。另外,結合環(huán)境質量模型可以實現(xiàn)集成化,通過可視化的圖形界面直截了當?shù)娘@示空間上污染物的排放預測和擴散規(guī)律,很大程度上提高了環(huán)境影響評價的精確度和可比性。曾經美國猶他大學環(huán)境保護科研團隊就利用過GIS 技術建立地理空間數(shù)據(jù)庫和水污染路徑模型, 并成功通過GIS 的空間分析能力對該地區(qū)進行環(huán)境影響評價。

3 GIS的環(huán)保中的應用前景

目前,GIS技術在環(huán)境保護領域的應用效果還是比較顯著的。隨著計算機技術和信息技術的不斷發(fā)展,GIS技術會越來越成熟,其應用領域會不斷的擴大??v觀未來,人們最為關注的應用大致有以下幾個方面:

1) 基于Web上的GIS應用。GIS的快速發(fā)展為地理信息帶來了重大的變革,但它只局限于局域網內使用,局限性大。而隨著網絡技術的發(fā)展越來越發(fā)達,英特爾技術為GIS技術提供了非常有效的信息載體,并在逐漸的完善。

2) 智能遙感GIS的應用。在人工智能系統(tǒng)和專家知識庫的支持下,可以模擬人腦的思維方式進行推理思考,提供可行性的決策方案,有助于解決一些顯示中難以用數(shù)學模型或者非結構性的問題。

3) 引進面向對象方法。面向對象方法是把面向對象的思維應用在軟件開發(fā)中的方法,對于GIS的信息數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù),將兩種技術整合起來可以實現(xiàn)三維的景觀,在一定程度上實現(xiàn)現(xiàn)實世界和空間的實體,更加直接形象的描述客觀世界處在的各種數(shù)據(jù)。特別是對解決GIS集成后其輸出的不確定性問題提供了很大的幫助。

4) 集成3S綜合系統(tǒng)。3S指的是GIS、RS(遙感)和GPS(全球定位系統(tǒng)),目前3S技術在空間數(shù)據(jù)管理方面和處理環(huán)境可持續(xù)發(fā)展問題上有強大的功能和突出的表現(xiàn),漸漸被各行業(yè)廣泛應用,為環(huán)境保護提供了性的檢測方法。

5) 支持模型驅動決策系統(tǒng)的發(fā)展。即便GIS在環(huán)境保護中得到了應用,但在模型管理系統(tǒng)中還是處于從屬地位,解決環(huán)境中結構化程度低的問題相對難度較大。因此,而模型驅動決策系統(tǒng)在進行空間運算和模型建立過程中,可通過不同決策階段給予不同的支持決策,很大程度上曾加了GIS在環(huán)境信息分析評價和預測的準確性,避免了其模型分析功能的不足。

參考文獻:

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