多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查與gis的結(jié)合

多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查與gis的結(jié)合

0空間數(shù)據(jù)綜合分析的必要性生態(tài)地球化學(xué)是將土地科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和生態(tài)科學(xué)等學(xué)科整合而成的一個新學(xué)科。這是地球化學(xué)領(lǐng)域的一個新發(fā)展趨勢。中國地質(zhì)調(diào)查局為促進地質(zhì)大調(diào)查與國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的緊密結(jié)合,實現(xiàn)地質(zhì)工作的根本轉(zhuǎn)變,近年來大力推進多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查工作。多目標地球化學(xué)調(diào)查以區(qū)域土壤和水體地球化學(xué)調(diào)查為依托,以第四紀地質(zhì)為研究對象,以土地質(zhì)量評價為主要內(nèi)容,以服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護、礦產(chǎn)資源普查等多領(lǐng)域為目標。近年來,多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查工作取得了豐碩的成果,同樣也獲得了海量高精度的地球化學(xué)數(shù)據(jù),如何有效地管理和綜合評價分析這些海量高精度地球化學(xué)數(shù)據(jù),從這些海量數(shù)據(jù)中挖掘出一些隱含的生態(tài)環(huán)境信息至關(guān)重要。地理信息系統(tǒng)(GeographicinformationSystem,簡稱GIS)是描述、存儲、分析和輸出空間信息的一門新興的交叉學(xué)科,在計算機軟硬件支持下,它可以對空間數(shù)據(jù)按地理坐標或空間位置進行各種處理、對數(shù)據(jù)的有效管理、研究各種空間實體及相互關(guān)系,它把地理位置和相關(guān)屬性有機結(jié)合起來,根據(jù)實際需要準確真實,圖文并茂地輸出給用戶。傳統(tǒng)的手工管理和分析手段效率低下,查詢分析和生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)質(zhì)量分析極為不便;屬性數(shù)據(jù)庫管理雖然查詢較為方便,但卻缺少可視化管理和空間分析的功能;而地理信息系統(tǒng)(GIS)卻可以較好地將空間數(shù)據(jù)管理和屬性數(shù)據(jù)管理結(jié)合起來,而且可視化能力比較強大。因此,建立基于GIS的生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)信息系統(tǒng)不僅有利于科學(xué),規(guī)范和高效地管理生態(tài)地球化學(xué)信息,而且能夠借助GIS強大的空間分析和可視化能力從海量的數(shù)據(jù)中挖掘出隱含的生態(tài)環(huán)境信息。1建立生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)評價信息系統(tǒng)建立生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)評信息系統(tǒng)就是將生態(tài)地球化學(xué)信息與地理信息系統(tǒng)(GIS)有機地結(jié)合起來,建立大型的空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫,利用計算機對具有地理特征的生態(tài)地球化學(xué)信息進行查詢、檢索和統(tǒng)計等操作,通過對生態(tài)地球化學(xué)信息進行分析和評價,查明多種地球化學(xué)指標的分布規(guī)律和變化特征,及其環(huán)境效應(yīng),為生態(tài)建設(shè)、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、發(fā)展效益農(nóng)業(yè)及土壤資源利用、國土規(guī)劃和基本建設(shè)、地方病防治、礦產(chǎn)資源勘查、基礎(chǔ)地質(zhì)研究等領(lǐng)域提供科學(xué)依據(jù)。因此,根據(jù)以上提出的目標建立生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)評價信息系統(tǒng)至少要包括兩個方面的內(nèi)容:一是科學(xué)而有效地管理海量的多目標地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù);二是結(jié)合各種評價指標,評價方法以及生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)模型,充分利用地理信息系統(tǒng)(GIS)的空間數(shù)據(jù)管理和分析功能,對生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)信息進行加工、分析和評價,進而能對生態(tài)系統(tǒng)進行預(yù)警預(yù)測。2數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)組織系統(tǒng)的建立包括如下幾個步驟。1)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立。建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是一項工作量大而又及其重要的工作,需要收集和整理大量數(shù)據(jù)資料,并且根據(jù)數(shù)據(jù)的類型、特征、含義和各種數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系來組織數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)的好壞最終直接影響著系統(tǒng)建設(shè)的好壞;2)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的總體目標和要求,按照系統(tǒng)可操作性和易用性原則設(shè)計系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),確定其功能模塊;3)根據(jù)運用地理信息系統(tǒng)平臺提供的組件,二次開發(fā)函數(shù)及類庫,結(jié)合可視化的開發(fā)語言(VB/VC++)和各種環(huán)境評價預(yù)測模型建立生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)信息系統(tǒng)。系統(tǒng)建立流程圖如圖1所示。2.1數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)模式數(shù)據(jù)庫的建立是生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)評價信息系統(tǒng)建立過程中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié),其很大程度上決定了最終信息系統(tǒng)的質(zhì)量。信息系統(tǒng)的很大部分工作是存儲,管理和檢索大量的數(shù)據(jù),使用戶能夠方便和有效地訪問系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。因此,設(shè)計一個合理而高效的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)模式至關(guān)重要,其能使整個系統(tǒng)迅速、方便、準確地為用戶提供所需的數(shù)據(jù)。根據(jù)生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)調(diào)查和評價的要求,生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)評價信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)該包括以下內(nèi)容。1)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫。包括:區(qū)域水系圖、地形圖、行政區(qū)劃圖、地質(zhì)圖、交通分布圖、居民地分布圖、基礎(chǔ)設(shè)施分布及其屬性數(shù)據(jù)等。2)生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)信息數(shù)據(jù)庫。包括:各種介質(zhì)的地球化學(xué)采樣點數(shù)據(jù)、地球化學(xué)元素分析結(jié)果數(shù)據(jù)、水文生態(tài)測試數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)林業(yè)數(shù)據(jù)、城市調(diào)查數(shù)據(jù)等空間信息及屬性信息。3)各類標準數(shù)據(jù)庫。包括:土壤分級標準,土壤環(huán)境質(zhì)量標準,水質(zhì)評價標準,生活飲用水衛(wèi)生標準等。4)生態(tài)環(huán)境模型庫。包括:土壤評價模型,水質(zhì)評價模型,環(huán)境綜合評價模型等。5)調(diào)查成果資料,相關(guān)法律法規(guī)資料等。其系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖2所示。2.2環(huán)境地球化學(xué)信息的功能根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的目標,生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)評價信息系統(tǒng)應(yīng)該包括如下幾個功能:系統(tǒng)的基本功能;地圖的顯示和控制功能;環(huán)境地球化學(xué)信息的屬性和空間數(shù)據(jù)管理功能;環(huán)境地球化學(xué)空間和屬性信息的查詢和統(tǒng)計分析功能;環(huán)境地球化學(xué)信息的分析評價和預(yù)測功能;各種專題成果的表達和輸出功能;各種文檔資料的管理和維護功能。其系統(tǒng)體系功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。2.2.1系統(tǒng)的基本功能模塊包括:工程數(shù)據(jù)的加載、保存、導(dǎo)入導(dǎo)出、打印、系統(tǒng)環(huán)境的設(shè)置,以及幫助等功能。2.2.2地圖顯示并控制功能模塊包括:地圖導(dǎo)航;放大、縮小、漫游、刷新;圖層添加、刪除、更新、選擇等功能。2.2.3環(huán)境中地球化學(xué)信息的屬性和空間數(shù)據(jù)管理的功能模塊包括:對屬性和空間信息顯示、刪除、添加、更改、備份等功能。2.2.4根據(jù)查詢結(jié)果實現(xiàn)查詢和統(tǒng)計分析1)空間和屬性信息查詢方式主要包括以下四種。①屬性瀏覽,以列表的方式顯示被選擇圖層的全部屬性數(shù)據(jù);②基于空間特征的矩形查詢,根據(jù)用戶鼠標操作所選擇的矩形空間范圍,系統(tǒng)查找出該矩形空間范圍的空間實體,以及它們的屬性,并以列表的方式顯示被選擇空間實體的屬性信息;③基于空間特征的點選擇查詢,根據(jù)用戶鼠標所點擊的位置,系統(tǒng)查找該位置是否有空間實體,如果有,則顯示該空間實體的屬性信息;④基于屬性信息的查詢,在屬性數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)屬性信息的復(fù)合條件檢索,篩選出滿足條件的空間實體,以及它們的屬性,顯示這些空間實體的屬性信息。這四種查詢方式的查詢結(jié)果都應(yīng)該實現(xiàn)了屬性數(shù)據(jù)與圖形空間實體的聯(lián)動與閃爍,并且被選擇的空間實體要閃爍顯示,相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)也應(yīng)該高亮度顯示。2)空間和屬性信息的統(tǒng)計分析應(yīng)該包括以下內(nèi)容。①對被選擇專題圖層數(shù)據(jù)的各個屬性字段進行基本統(tǒng)計量的統(tǒng)計計算,這些基本統(tǒng)計量包括最大值,最小值,平均值,中位數(shù),標準方差等,并且根據(jù)被選擇的屬性實時生成相應(yīng)的各種統(tǒng)計圖件;②對被選擇專題圖層數(shù)據(jù)的各個屬性字段進行相關(guān)分析,分析各個屬性字段之間的相關(guān)程度;③對被選擇專題圖層數(shù)據(jù)的屬性字段進行回歸分析,因子分析、主成分分析、聚類分析等統(tǒng)計分析,以便挖掘更多的隱含環(huán)境信息。2.2.5評價預(yù)測模塊的實現(xiàn)該模塊是系統(tǒng)中非常重要的一個功能模塊,應(yīng)該能把生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)評價和預(yù)測的新思想、新方法融入到其中,真正做到數(shù)據(jù)與圖形相融合,GIS與生態(tài)環(huán)境數(shù)學(xué)模型相結(jié)合,評價標準與評價方法想結(jié)合。1)評價模塊,應(yīng)該包括:單因子評價,多因子評價、模糊綜合評價,空間結(jié)構(gòu)分析,空間插值與等值線成圖等。單因子評價、多因子評價和模糊綜合評價塊應(yīng)該實現(xiàn)根據(jù)被選擇專題數(shù)據(jù),自動判斷其類型(土壤、水、動物等),然后,根據(jù)類型自動在評價標準數(shù)據(jù)庫中檢索其相應(yīng)的評價標準進行評價?？臻g結(jié)構(gòu)分析、空間插值與等值線成圖應(yīng)該能夠根據(jù)被選擇專題數(shù)據(jù)的屬性字段,利用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)和各種插值方法(樣條插值,鄰域插值,Krige插值等)對該字段進行等值線成圖。2)預(yù)測模塊,應(yīng)該是一個相對比較靈活和難以把握的模塊,該模塊功能的設(shè)計完全取決于所建立的預(yù)測模型。現(xiàn)有比較普遍的預(yù)測的包括時間序列分析,灰色預(yù)測,馬爾可夫概型分析等預(yù)測模塊,當然也可以建立其他的生態(tài)環(huán)境預(yù)測模型。2.2.6環(huán)境預(yù)測結(jié)果圖專題成果的表達和輸出功能模塊主要包括兩個方面:第一方面是對各種評價結(jié)果圖,等值線圖,環(huán)境預(yù)測圖的顯示,打印,導(dǎo)出;第二方面是對專題成果以報表的形式顯示,保存,打印等。2.2.7文擋的科學(xué)使用生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)調(diào)查取得了大量的成果,這些成果大都以文檔的形式存在。除此以外,與環(huán)境相關(guān)的法律法規(guī),評價標準以及評價方法等資料也大都以文檔的方式存在。因此,科學(xué)而有效地管理這些文擋資料非常的重要。文檔資料的管理功能模塊包括文擋的實時查詢,添加,修改,刪除等功能。3次開發(fā)平臺系統(tǒng)功能模塊的實現(xiàn)包括:地理信息系統(tǒng)平臺;數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng);開發(fā)工具的選擇;具體代碼的編寫。常用的地理信息系統(tǒng)平臺有很多,比較著名的有美國環(huán)境系統(tǒng)研究所(ESRI)的ARCGIS和ArcView,澳大利亞GENASYS公司開發(fā)的GENAMAP,中國地質(zhì)大學(xué)開發(fā)的MapGIS,北京超圖地理信息技術(shù)公司的SuperMap,等等。這些平臺都支持用戶二次開發(fā)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)比較常用的有SQLSERVER,ACCESS,ORACLE等。開發(fā)工具的選擇與選用的二次開發(fā)平臺有一定的關(guān)系,目前,比較常用的開發(fā)環(huán)境有VisualC++6.0,VisualBasic6.0,DEPHI等。具體代碼的編寫是信息系統(tǒng)建立過程中最煩瑣和費時的一個工作,需要參考大量的資料。4濕地生態(tài)環(huán)境評價信息系統(tǒng)按照上述的思路和方法,筆者選用MapGIS作為二次開發(fā)平臺,Access作為屬性數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),VisualC++作為開發(fā)工具,建立了洞庭湖濕地生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)評價信息系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)了工程管理,地圖控制,空間和屬性數(shù)據(jù)查詢,統(tǒng)計分析,以及專題數(shù)據(jù)環(huán)境評價等功能。系統(tǒng)界面如圖4所示。5生態(tài)環(huán)境地球化學(xué)評價的信息化工具的探索雖然地理信息系統(tǒng)(GIS)以其獨特的技術(shù)手段和強大的空間數(shù)據(jù)管理、分析、顯示能力,解決了目前