ArcGIS在環(huán)境信息系統(tǒng)中的作用

1、地理信息系統(tǒng)在環(huán)境信息系統(tǒng)中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用09環(huán)科20091304009劉盛濤環(huán)境信息系統(tǒng)簡(jiǎn)述：環(huán)境信息系統(tǒng)，是對(duì)各種各樣的環(huán)境信息及其相關(guān)信息加以系統(tǒng)化和科學(xué)化的信息體 系。它是正確認(rèn)識(shí)環(huán)境管理和加強(qiáng)環(huán)境管理的基礎(chǔ)，是環(huán)境信息采集系統(tǒng)（EICS）、環(huán)境信 息檢測(cè)系統(tǒng)（EIMS）、環(huán)境信息處理系統(tǒng)（EIPS）、環(huán)境資源信息系統(tǒng)（ERIS）、環(huán)境管理 信息系統(tǒng)（EMIS）等與環(huán)境相關(guān)的信息系統(tǒng)的總稱(chēng)。環(huán)境信息系統(tǒng)的基本作用是為信息使用者提供環(huán)境信息的錄入、修改、添加、刪除、處 理、傳輸、維護(hù)的數(shù)據(jù)管理功能，并提供查詢(xún)、公布等多種途徑的信息訪問(wèn)功能。并實(shí)現(xiàn)促 進(jìn)信息資源的有效利用和實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)、國(guó)際環(huán)境信

2、息交流。其根本目的是輔助環(huán)境管理。地理信息系統(tǒng)概述：GIS是地理與信息的集成系統(tǒng)，是處理空間數(shù)據(jù)的特殊信息系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)上，GIS由計(jì)算 機(jī)硬件、軟件、地理數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理模型和相關(guān)人員共同構(gòu)成；功能上，GIS是采集、存儲(chǔ)、 處理、顯示地理數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分布地理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其目標(biāo)是輔助空間決策。GIS可完成數(shù)據(jù)集成和標(biāo)準(zhǔn)化，提供大數(shù)據(jù)管理、高級(jí)空間分析、自動(dòng)完成重復(fù)工作（如 多次制圖、報(bào)表輸出、具體分析步驟等）能力，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布和輸出。其優(yōu)點(diǎn)是：以標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)格式為基礎(chǔ)，跟好的維護(hù)地理數(shù)據(jù)。易于修改、更新、查詢(xún)、分析和表達(dá)地理數(shù)據(jù)。 更多的產(chǎn)品增值?？梢怨蚕砗妥杂山粨Q地理數(shù)據(jù)。提供工作效率，節(jié)省

3、時(shí)間和經(jīng)費(fèi)， 作出更佳的決策。GIS在環(huán)境信息系統(tǒng)中的作用：信息化建設(shè)中，環(huán)境信息在特定的地理區(qū)域獲取，環(huán)境事件在具體地點(diǎn)發(fā)生，環(huán)境管理 在行政區(qū)域有效行使。因此，地理信息是環(huán)境信息的重要組成部分。地理信息系統(tǒng)是地理空 間數(shù)據(jù)管理、分析、輔助決策和信息可視化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在環(huán)境管理中應(yīng)用GIS技術(shù)能 夠?qū)崿F(xiàn)污染源、環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境污染影響等的可視化的管理和分析GIS為環(huán)境管理人員提 供了邏輯縮小的區(qū)域分析環(huán)境，在GIS平臺(tái)上進(jìn)行的各種環(huán)境管理的操作和分析不僅類(lèi)似 于現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境管理，而且可模擬各種條件下的環(huán)境影響。因此GIS是環(huán)境管理和決策不可 缺少的平臺(tái)。此外，諸如地球變暖、溫室效應(yīng)、臭氧空洞、

4、森林毀壞與水污染等環(huán)境問(wèn)題，都是具有 空間特征。我們能識(shí)別災(zāi)害，災(zāi)害的起源可能是地方性的，往往有顯著的全球性后果。因此 需要在全球尺度上的檢測(cè)環(huán)境過(guò)程，獲取人類(lèi)活動(dòng)如何影響地球過(guò)程的知識(shí)。在環(huán)境模型中， 日益增加的數(shù)據(jù)源，是全球數(shù)據(jù)庫(kù)與GIS關(guān)聯(lián)日益密切。在足夠高的分辨率上，環(huán)境科學(xué) 家可開(kāi)發(fā)與實(shí)際過(guò)程相似的模型，模擬地球過(guò)程，在全球尺度上集成和可視化數(shù)據(jù)。H.環(huán)境信息系統(tǒng)中GIS的作用環(huán)境信息系統(tǒng)的根本目的是輔助環(huán)境管理，而環(huán)境管理本質(zhì)上是空間操作過(guò)程。環(huán)境管 理是以準(zhǔn)確無(wú)誤的地圖為基礎(chǔ)的，環(huán)境管理的數(shù)據(jù)包括：被描述對(duì)象的準(zhǔn)確位置（空間數(shù) 據(jù)）。環(huán)境對(duì)象特征性的明確描述（屬性數(shù)據(jù)）。對(duì)環(huán)境空

5、間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)說(shuō)明的元數(shù) 據(jù)。通過(guò)地圖表示環(huán)境對(duì)象的特征，輔助環(huán)境政策制定和環(huán)境管理GIS植根于計(jì)算機(jī)數(shù)字 制圖，提供了有效處理大量數(shù)據(jù)和進(jìn)行空間分析的能力，是環(huán)境信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)性操作軟件。在環(huán)境信息系統(tǒng)中，GIS主要具有：計(jì)算機(jī)制圖、空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理、GIS模擬和空間推 理的作用。應(yīng)用GIS制作環(huán)境專(zhuān)題圖環(huán)境制圖是環(huán)境科學(xué)研究的基本工具和手段。與傳統(tǒng)的、周期長(zhǎng)、更新慢的手工制圖 方式相比，利用GIS建立起地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，可以達(dá)到一次投入、多次產(chǎn)出的效果。它不僅可 以用戶(hù)輸出全要素地形圖，而且可以根據(jù)用戶(hù)需要分層輸出各種專(zhuān)題圖，如污染源分布圖、 大氣質(zhì)量功能區(qū)劃圖等等。GIS的制圖方法比傳統(tǒng)的人工

6、繪圖方法要靈活得多，在基礎(chǔ)電子 地圖上，通過(guò)加入相關(guān)的專(zhuān)題數(shù)據(jù)就可迅速制作出各種高質(zhì)量的環(huán)境專(zhuān)題地圖。可以根據(jù)實(shí) 際需要從符號(hào)和顏色庫(kù)中選擇圖件，使之更好地突出專(zhuān)題效果和特性。應(yīng)用GIS建立各種環(huán)境地理信息系統(tǒng)各級(jí)環(huán)保部門(mén)在日常管理業(yè)務(wù)中，需要采集和處理大量的、種類(lèi)繁多的環(huán)境信息。而 這些環(huán)境信息85%以上與空間位置有關(guān)。GIS的強(qiáng)大功能之一是它的空間數(shù)據(jù)的采集、編 輯、處理功能和對(duì)空間數(shù)據(jù)的管理能力。使用GIS，可以建立各種環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫(kù)。例如： 污染源空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)（包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等污染源數(shù)量、屬性和污染源發(fā)生的地域范 圍）、環(huán)境質(zhì)量信息數(shù)據(jù)庫(kù)（包括空氣、水、噪聲等），GIS能夠把各

7、種環(huán)境信息與其地理 位置結(jié)合起來(lái)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(xún)、分析、輸出和管理的可 視化。例如，基于GIS平臺(tái)，廈門(mén)市建立了城市環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫(kù)和污染源監(jiān)測(cè)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)， 開(kāi)發(fā)了網(wǎng)絡(luò)化城市環(huán)境質(zhì)量地理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)涵蓋了大氣、地表水、聲學(xué)環(huán)境的監(jiān)測(cè)信 息，以分布圖、專(zhuān)題圖、三維模型等形式，生動(dòng)直觀地反映環(huán)境質(zhì)量狀況。由于采用了因特 網(wǎng)的GIS開(kāi)發(fā)技術(shù)，該系統(tǒng)可以在Internet/Intranet上運(yùn)行。GIS應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)在環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，利用GIS技術(shù)可對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示、分析， 實(shí)現(xiàn)為環(huán)境決策提供輔助手段的目的。如廣東省以東深流域自然環(huán)境地理信息為基礎(chǔ)，

8、對(duì)東 深流域的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)處理，利用GIS技術(shù)開(kāi)發(fā)了東深流域水環(huán)境管理信息。該系統(tǒng) 直觀顯示和分析東深流域水環(huán)境現(xiàn)狀、污染源分布、水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，追蹤污染物來(lái)源。可 結(jié)合數(shù)字地圖查詢(xún)歷年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行空間分析（如緩沖區(qū)查詢(xún)與分析）、 輔助決策（容量計(jì)算及污染狀況的預(yù)測(cè)）為流域水環(huán)境的科學(xué)化管理和決策提供了先進(jìn)的科 學(xué)手段。GIS應(yīng)用于自然生態(tài)現(xiàn)狀分析在進(jìn)行自然生態(tài)現(xiàn)狀分析過(guò)程中，利用GIS可以比較精確地計(jì)算水土流失、荒漠化、 森林砍伐面積等，客觀地評(píng)價(jià)生態(tài)破壞程度和波及的范圍，為各級(jí)政府進(jìn)行生態(tài)環(huán)境綜合治 理提供科學(xué)依據(jù)。國(guó)家環(huán)?？偩职袵IS技術(shù)與遙感技術(shù)相結(jié)合，對(duì)我國(guó)西部1

9、2省的生態(tài)環(huán) 境現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，得到了西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境的空間分布與空間統(tǒng)計(jì)狀況、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況 和生態(tài)環(huán)境變化的空間規(guī)律特點(diǎn)，為該地區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展與資源環(huán)境的可持續(xù)利用提供 了科學(xué)依據(jù)。青海省遙感中心將“3S”技術(shù)運(yùn)用到青海湖環(huán)湖重點(diǎn)區(qū)域調(diào)查上，快速查清 了該區(qū)域土地利用、土地覆蓋現(xiàn)狀，建立了生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)和生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為政 府規(guī)劃決策、資源開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)提供了寶貴資料。GIS應(yīng)用于環(huán)境應(yīng)急預(yù)警預(yù)報(bào)建立重大環(huán)境污染事故區(qū)域預(yù)警系統(tǒng)，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(guò)程和應(yīng)急方 案。例如，大連市的“重大污

10、染事故區(qū)域預(yù)警系統(tǒng)”把重大污染事故的多種預(yù)測(cè)模型與GIS 技術(shù)相結(jié)合，當(dāng)某一風(fēng)險(xiǎn)源發(fā)生事故時(shí)提供應(yīng)急措施、報(bào)警信息和救援信息，為重大污染事 故應(yīng)急指揮奠定了基礎(chǔ)。上海市應(yīng)用GIS、RS與GPS技術(shù)開(kāi)發(fā)了環(huán)保應(yīng)急熱線系統(tǒng)，該系 統(tǒng)采用GIS技術(shù)進(jìn)行污染源搜索和定位；將GIS與GPS結(jié)合起來(lái)，用于出警指揮和導(dǎo)航； 用RS技術(shù)獲取地面信息，解決了 GIS基礎(chǔ)底圖動(dòng)態(tài)更新問(wèn)題。通過(guò)“3S”技術(shù)的綜合應(yīng)用， 更好地發(fā)揮了 GIS在環(huán)保執(zhí)法和應(yīng)急事件中的作用。GIS應(yīng)用于環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和環(huán)境影響評(píng)價(jià)由于GIS能夠集成管理與場(chǎng)地密切相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)，因而也是綜合分析評(píng)價(jià)的有力工 具。環(huán)境影響評(píng)價(jià)是對(duì)所有的改、擴(kuò)

11、、建項(xiàng)目可能產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，并提出防 止和減緩這種影響的對(duì)策與措施。利用GIS的空間分析功能，可以綜合性地分析建設(shè)項(xiàng)目 各種數(shù)據(jù)，幫助確立環(huán)境影響評(píng)價(jià)模型。由于GIS系統(tǒng)具有層的結(jié)構(gòu)，可將不同的環(huán)境影 響進(jìn)行計(jì)算并疊加。深圳市環(huán)境保護(hù)研究所已利用GIS技術(shù)進(jìn)行編制環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告書(shū) 和制圖。在區(qū)域環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)工作中，可將地理信息與大氣、土壤、水、噪聲等環(huán)境要素 的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，利用GIS軟件的空間分析模塊，對(duì)整個(gè)區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行 客觀、全面的評(píng)價(jià)，以反映出區(qū)域中受污染的程度以及空間分布情況。如通過(guò)疊加分析，可 以提取該區(qū)域內(nèi)大氣污染布圖、噪聲分布圖；通過(guò)緩沖區(qū)分析，

12、可顯示污染源影響范圍等。GIS應(yīng)用于水環(huán)境管理水環(huán)境信息具有明顯的空間屬性和層次屬性，利用GIS可以更加明確地揭示不同區(qū)域 的水環(huán)境狀況，反映水體環(huán)境質(zhì)量在空間上的變化趨勢(shì)?？梢愿又庇^地反映如污染源、排 污口、監(jiān)測(cè)斷面等環(huán)境要素的空間分布。利用GIS還可以進(jìn)行污染源預(yù)測(cè)、水質(zhì)預(yù)測(cè)、水 環(huán)境容量計(jì)算、污染物削減量的分配等，以表格和圖形的方式為水環(huán)境管理決策提供多方位、 多形式的支持。目前，全國(guó)各省環(huán)保局正在使用GIS軟件進(jìn)行各省水環(huán)境功能區(qū)劃匯總工 作，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)水環(huán)境功能區(qū)管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境數(shù)據(jù)查詢(xún)、水質(zhì)評(píng)價(jià)、 統(tǒng)計(jì)分析、水質(zhì)預(yù)測(cè)等功能，將各種水環(huán)境信息以可視化的方式表達(dá)，

13、對(duì)水環(huán)境的科學(xué)管理 將具有非常重要的意義。，環(huán)境信息系統(tǒng)中GIS技術(shù)趨勢(shì)在應(yīng)用深度上，GIS應(yīng)用份4個(gè)層次：數(shù)據(jù)管理。描述和評(píng)估。建模和空間分析。 GIS模型的引入，GIS具有統(tǒng)計(jì)、分析功能。管理和空間決策支持。因此，環(huán)境信息系統(tǒng) 中GIS技術(shù)應(yīng)用也經(jīng)歷了制圖、統(tǒng)計(jì)分析和決策支持過(guò)程。伴隨著新技術(shù)的應(yīng)用，GIS技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用將向4個(gè)方向發(fā)展，即環(huán)境空間數(shù) 據(jù)挖掘、環(huán)境數(shù)值預(yù)報(bào)、環(huán)境過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬和環(huán)境信息服務(wù)。環(huán)境空間數(shù)據(jù)挖掘引入空間數(shù)據(jù)挖掘，GIS將用于發(fā)現(xiàn)環(huán)境空間要素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。如局部區(qū)域某物種 的消失與當(dāng)?shù)貧夂?、大氣成分、水質(zhì)變化、突然污染物等得關(guān)系，發(fā)掘空間相關(guān)，找到物種 gia哦是的驅(qū)動(dòng)因子。數(shù)據(jù)挖掘也可能來(lái)源于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，如南美雨林生態(tài)環(huán)境中，業(yè)主與青 蛙數(shù)量有密切聯(lián)系。由此形成一個(gè)青蛙數(shù)量經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑥牧值孛娣e、野豬數(shù)量發(fā)現(xiàn)青蛙生存 趨勢(shì)信息。環(huán)境數(shù)值預(yù)報(bào)模型數(shù)值模擬技術(shù)是天氣預(yù)報(bào)成為可能，并取得良好進(jìn)展。環(huán)境科學(xué)中，多數(shù)數(shù)值預(yù)報(bào)模 型是空間模型。環(huán)境數(shù)據(jù)采集是局部采樣，使用樣本推到或驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型，建立聯(lián)系可測(cè)變 臉與預(yù)測(cè)變量之間的關(guān)系。預(yù)測(cè)模型采用樣本數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)不同區(qū)域或不同時(shí)間的要素狀態(tài)。 GIS模型則提供每個(gè)變量的