GIS在环保中的应用

1、GIS 在环保中的应用一、GIS技术及其特点GIS 系统是在数据库管理系统（ DBMS ）和计算机辅助设计（ CAD ）两个比较成熟的软件技术基础上 发展起来的，并附加了对空间数据进行管理和分析的特殊功能。 GIS 以其混合数据结构和独特的地 理空间分析功能而别具一格。 它所提供的专用函数可用来进行测量、 坐标变换、 图象生成、 属性修改、 统计分析、拓扑叠加、网络分析等。许多 GIS产品还采用了工业标准的组件对象模型（COM）技术， 为用户进行功能和结构定制拓展了空间。 GIS 技术特点可归纳为：1.1 数据输入数据输入是把现有资料按照统一的参考坐标系统、 统一的编码、 统一的标准和结构组织

2、转换为计算机 可处理的形式，输入到数据库中的过程。除了在地图上手扶跟踪数字化、图形扫描外，目前GIS的输入越来越多地借助非地图形式，RS （遥感技术）数据和 GPS （全球定位系统）数据已成为 GIS的重要数据来源。1.2 数据处理GIS 对空间数据的处理主要包括数据编辑、 数据综合、 数据变换等， 最终形成具有拓扑关系的空间数 据库。GIS中的数据分为栅格数据和矢量数据，如何有效地存储和管理这两类数据是GIS的基本问题。大多数GIS系统采用了分层技术，即根据地图的某些特征，把它们分成若干图层分别存储，把选定的图层叠加在一起就形成了一张满足某些特殊要求的专题地图。1.3 空间分析和统计空间分析

3、和统计是 GIS 的一个独立研究领域， 它的主要特点是帮助确定地理要素之间新的关系， 为用 户提供一个解决各类专门问题的工具。 这也是 GIS 得以广泛应用的重要原因之一。 GIS 的空间分析分 为两大类：矢量数据空间分析和栅格数据空间分析。矢量数据空间分析包括：空间数据查询和属性数 据分析，缓冲区分析，网络分析等。栅格数据空间分析包括：记录分析、叠加分析、统计分析等。1.4 地图显示与输出GIS 可将空间地理信息以地图、 报表、 统计图表等形式显示在屏幕上， 利用开窗缩放工具可以对所显 示的地图中的任意点和范围进行无级开窗缩放，也可以按照某一比例尺显示，进行分析对比。还可按 照用户需要设置制

4、图符号和颜色，根据编辑好的空间数据分层选择，通过逐层叠加形成各种专题图， 通过绘图机、打印机等输出。1.5 二次开发和编程大多数 GIS 系统都提供二次开发环境， 包括提供专用语言的开发环境， 用户可在自己编程环境中调用GIS的命令和函数。系统配有专门的控件，供用户的开发语言（ C+，VB，VC+，Dephi，）调用 等等。用户可以很方便地编制自己的菜单和程序， 生成可视化的用户界面， 完成 GIS 的应用功能的开 发。二、GIS 技术在环境保护中的应用 随着我国环境信息化的快速发展和计算机新技术在环境保护领域的广泛应用， 环境信息系统在环境保 护管理和决策工作中发挥着越来越重要的作用。 而地

5、理信息系统技术的出现为环境保护工作迈向信息 化、现代化提供了技术支持。目前，全国 27 个省级环保局及一百多个城市环保部门都已经使用地理信息系统平台软件和相应的硬件设施，大部分省市已经建立环境基础数据库，在GIS平台上开发了城市环境地理信息系统、重点流 域水资源管理、环境污染应急预警预报系统等，取得了显著的成效。下面将结合实例分别阐述 GIS技 术在环保领域的应用情况。2.1应用GIS制作环境专题图 环境制图是环境科学研究的基本工具和手段。与传统的、周期长、更新慢的手工制图方式相比，利用GIS 建立起地图数据库， 可以达到一次投入、 多次产出的效果。 它不仅可以为用户输出全要素地形图， 而且可

6、以根据用户需要分层输出各种专题图，如污染源分布图、大气质量功能区划图等等。GIS 的制 图方法比传统的人工绘图方法要灵活得多， 在基础电子地图上， 通过加入相关的专题数据就可迅速制 作出各种高质量的环境专题地图。 可以根据实际需要从符号和颜色库中选择图件， 使之更好地突出专 题效果和特性。2.2应用GIS建立各种环境地理信息系统 各级环保部门在日常管理业务中，需要采集和处理大量的、种类繁多的环境信息。而这些环境信息 85%以上与空间位置有关。 GIS 的强大功能之一是它的空间数据的采集、编辑、处理功能和对空间数 据的管理能力。使用GIS,可以建立各种环境空间数据库。例如： 污染源空间信息数据库

7、（包括工业、 农业、交通等污染源数量、属性和污染源发生的地域范围） 、环境质量信息数据库（包括空气、水、 噪声等）， GIS 能够把各种环境信息与其地理位置结合起来进行综合分析与管理，以实现空间数据的 输入、查询、分析、输出和管理的可视化。例如，基于 GIS 平台，厦门市建立了城市环境空间数据库 和污染源监测属性数据库，开发了网络化城市环境质量地理信息系统，该系统涵盖了大气、地表水、 声学环境的监测信息，以分布图、专题图、三维模型等形式，生动直观地反映环境质量状况。由于采 用了因特网的 GIS 开发技术，该系统可以在 Internet/Intranet 上运行。.3 GIS应用于环境监测在环境

8、监测过程中，利用 GIS 技术可对实时采集的数据进行存储、处理、显示、分析，实现为环境决 策提供辅助手段的目的。 如广东省以东深流域自然环境地理信息为基础， 对东深流域的监测数据进行 存储处理，利用GIS技术开发了东深流域水环境管理信息。该系统直观显示和分析东深流域水环境现 状、污染源分布、水环境质量评价，追踪污染物来源。可结合数字地图查询历年监测数据及各种统计 数据，进行空间分析（如缓冲区查询与分析） 、辅助决策（容量计算及污染状况的预测）为流域水环 境的科学化管理和决策提供了先进的科学手段。2.4 GIS应用于自然生态现状分析在进行自然生态现状分析过程中，利用 GIS 可以比较精确地计算水

9、土流失、荒漠化、森林砍伐面积 等，客观地评价生态破坏程度和波及的范围，为各级政府进行生态环境综合治理提供科学依据。国家 环保总局把 GIS 技术与遥感技术相结合，对我国西部 12 省的生态环境现状进行调查，得到了西部地 区生态环境的空间分布与空间统计状况、 生态环境质量状况和生态环境变化的空间规律特点， 为该地 区经济的可持续发展与资源环境的可持续利用提供了科学依据。青海省遥感中心将“ 3S技术运用到青海湖环湖重点区域调查上，快速查清了该区域土地利用、土地覆盖现状，建立了生态环境数据库和生 态环境评价指标体系，为政府规划决策、资源开发、环境保护提供了宝贵资料。2.5 GIS应用于环境应急预警预

10、报建立重大环境污染事故区域预警系统， 能够对事故风险源的地理位置及其属性、 事故敏感区域位置及 其属性进行管理，提供污染事故的大气、河流污染扩散的模拟过程和应急方案。例如，大连市的 “重 大污染事故区域预警系统 ”把重大污染事故的多种预测模型与 GIS 技术相结合，当某一风险源发生事 故时提供应急措施、报警信息和救援信息，为重大污染事故应急指挥奠定了基础。上海市应用GIS、RS 与 GPS 技术开发了环保应急热线系统，该系统采用 GIS 技术进行污染源搜索和定位；将 GIS 与 GPS结合起来，用于岀警指挥和导航；用RS技术获取地面信息，解决了 GIS基础底图动态更新问题。 通过“3S技术的综

11、合应用，更好地发挥了GIS在环保执法和应急事件中的作用。2.6 GIS应用于环境质量评价和环境影响评价由于 GIS 能够集成管理与场地密切相关的环境数据， 因而也是综合分析评价的有力工具。 环境影响评 价是对所有的改、扩、建项目可能产生的环境影响进行预测评价，并提岀防止和减缓这种影响的对策 与措施。利用GIS的空间分析功能，可以综合性地分析建设项目各种数据，帮助确立环境影响评价模型。由于 GIS 系统具有层的结构， 可将不同的环境影响进行计算并叠加。 深圳市环境保护研究所已利 用 GIS 技术进行编制环境影响评价报告书和制图。 在区域环境质量现状评价工作中，可将地理信息与大气、土壤、水、噪声等

12、环境要素的监测数据结合 在一起，利用 GIS 软件的空间分析模块，对整个区域的环境质量现状进行客观、全面的评价，以反映 出区域中受污染的程度以及空间分布情况。如通过叠加分析，可以提取该区域内大气污染布图、噪声 分布图；通过缓冲区分析，可显示污染源影响范围等。2.7 GIS 应用于水环境管理水环境信息具有明显的空间属性和层次属性，利用 GIS 可以更加明确地揭示不同区域的水环境状况， 反映水体环境质量在空间上的变化趋势。可以更加直观地反映如污染源、排污口、监测断面等环境要 素的空间分布。利用 GIS 还可以进行污染源预测、水质预测、水环境容量计算、污染物削减量的分配 等，以表格和图形的方式为水环

13、境管理决策提供多方位、多形式的支持。目前，全国各省环保局正在 使用 GIS 软件进行各省水环境功能区划汇总工作， 在此基础上， 进一步开发水环境功能区管理信息系 统，实现水环境数据查询、水质评价、统计分析、水质预测等功能，将各种水环境信息以可视化的方 式表达，对水环境的科学管理将具有非常重要的意义。地理信息系统近年来发展迅速，尤其是 “ 3S集成技术的岀现，使我国的环境地理信息系统开发与应用 迈上新的台阶。随着国家环境地理信息系统的建立和 100城市日援项目的实施， GIS 技术必将在环境 保护领域得到更广泛的应用。三、GIS技术在环境保护中的优势 城市环境地理信息系统对环境管理中的各种专业实

14、施强有力的分类管理， 提供丰富快捷的查询、 分析 和统计功能，还具备环境监测、环境评价等多种功能。并可打印各个环节产生的数据或图表，从而使 管理更加方便。3.1 污染源信息查询。 包括污染源点定位，多媒体介绍，污染源单项查询，污染源图元属性查询，地方数据库查询，污染信 息查询，污染区域查询。实现对污染源的单项信息查询（如工业用水、工业废水、工业能耗、工业固 废、工业治理设施） 。对监测点的各方面（二氧化硫、氮氧化物、总悬浮颗粒物、一氧化碳、降尘、 降水 P H 值）污染信息的查询。查询自定义范围（圆形、矩形、任意多边形）内某一年污染源的 污染信息。并提供多种直观输岀方式。3.2 污染源历年统计

15、和分析。 包括筛选企业分析、各污染物排序分析、污染源报告分析、污染源缓冲区分析、污染源区域分析、污 染源水系分析、大气环保预测、三维地貌显示、等标负荷分析。对各种污染物进行排序分析，能直观 反映各企业的排污严重情况。快速统计污染源废水排放量、废气排放量、废水等标污染负荷、废气等 标污染负荷。提供点源模式和面源模式两种分析模型。3.3 监测资料分析。 包括污染点位分析、污染等值线分析、大气环境质量状况、污染变化趋势分析、大气质量周报分析、 区域噪声地图化分析、道路交通噪声图生成等。系统采用等值线方式分析全区范围的污染情况。提供 平面和立体等值线两种分析模式。对大气环境质量按年度分析四季污染（二氧

16、化硫、氮氧化物、总悬 浮颗粒物、一氧化碳、降尘、硫酸盐化速率、降水）的变化趋势，并在地图上动态绘制直方图。3.4 图形数据库编辑。 提供污染源常用的编辑功能。完成编辑污染物基本信息，编辑污染物的图形数据。可以保存污染专题 图的点文件。四、3DGIS 的应用3DGIS是GIS的一个重要发展趋势，它区别于以往的二维 GIS。二维GIS是始于二十世纪六十年代 的机助制图，今天已深入到社会的各行各业中， 但是二维GIS存在着自身难以克服的缺限， 本质上是 基于抽象符号的系统，不能给人以自然界的本原感受。虽能够表达出表面起伏的地形，但地形下面的 信息却不具有， 世界的本原是处在三维空间中的， 二维 GI

17、S 将现实世界简化为平面上二维投影的概念 模型注定了它在描述三维空间现象上的无能为力。 克服这一缺陷迫切需要真正的基于三维空间的 GIS 的问世。三维 GIS 对客观世界的表达能给人以更真实的感受， 它以立体造型技术给用户展现地理空间 现象，能方便地对空间对象进行三维空间分析和操作。现阶段采用的环保地理信息系统，在环境质量监测方面，可提供监测点位的显示、点位查询、区域查 询、信息查询、全区环境分布、全区或个别点环境平均状况随时间的变化情况等功能。自动生成交通 线上的噪声污染图，功能区噪声图等；在评价模型方面，实现了大气环境领域的五种经典空气质量评 价模型，准确地对当前大气环境质量及影响进行评价

18、，系统的结果输出直观，并具有统计功能，可存 储多次（按用户需求）评价结果供用户参考、比较；在地理数据和专业数据管理方面，可动态建立图 形属性库、修改属性域，并对已有属性进行管理、维护操作。通过开放式数据库接口可充分利用环保 系统已有的数据库资源， 减少了数据的录入量； 在污染源管理方面， 利用 GIS 技术把环境污染源应用 软件构筑于污染源数据库管理系统和图形库管理系统之上， 能综合分析环境情况， 实现污染源信息的 综合查询；在动态数据成图方面，自动对区域环境状况进行直观表现，提供描绘全场平面，立体等值 线图，各种数据可生成饼图、柱状图、线状图等多种表现形式，能动态外挂图、文、声、像等多媒体

19、数据，通过地理数据实现地貌的三维显示。 （转载）GIS 技术在生态环境研究中的应用摘要 ：GIS 是一种功能十分强大的信息处理系统。近年来， GIS 系统得到了广泛的运用，产生了巨 大的经济和社会效益。 由于传统生态环境研究本身存在着局限， 使得 GIS 在生态环境 研究中的应用 凸现出得天独厚的优越性，并在不同的研究方 向都发挥着重要作用。关键词：GIS、地理信息系统、生态环境、 应用1、GIS 简介 GIS 是英文 GeographicInformationSystem或 Eeo Information System 的缩写，可以简单定义为用于采集、 模拟、 处理、检索、分析和表达地理空间

20、数据的计算机信息系统 。一个 GIS 系统主要包括空间数据输入 子系统；数据存 储与检索子系统；数据分析与信息处理子系统；数据输岀 子系统2。功 能构成包括：数据采集、检验、编辑；数据操作运算；数据储存、组织；数据查询、检索、统计、计算； 数据空间分析；数据实现。2、 GIS 技术应用于生态环境研究的可行性和优越性 GIS 以其强大的空间与属性信息一体化管理及 空间分析能 力在不同的领域、行业获得了广泛的应用。随着不断进入科研 和应用领域， GIS 技术已具备了在生态环境监测与分析方面作 为主要技术手 段的能力。 另外， GIS 技术的发展过程本身就 包括其在生态环境科学中应用的不断深入发展，

21、 利用GIS 进 行生态环境分析评价与规划决策等方面已积累了大量的经验，并体现岀如下的优越性：可以充分利用 GIS 技术实现对生态 环境各要素的综合、动态、实时监测，获取丰富全面的信息； 利用 GIS 对生态环境数据处理与空间分析，可以克服分析方 法的不足，实现生态环境信息分析的空 间与属性信息一体化 分析与综合处理的功能，还可以实现对生态环境演变的模拟和预测；GIS技术对生态环境的监测与分析的效率高、成本 低、精度高、用途广，较传统方法在各方面都有较大的 优越性。3、GIS技术在生态环境研究中的应用3.1 生态环境监测与生态环境演变的动态模拟。生态环境的演变周期长，一旦失衡，就很难复原，造成

22、的灾害很严重。 GIS 技术通过对多源、多时相遥感图像的分析，能对过去历史 过程进行近 似的再现与模拟，并对未来的生态环境演变进行模 拟和演示，对预警生态环境灾难的发生具有非常 现实的意义。3.2 区域生态环境治理。GIS可以将RS（遥感）与GPS（全球定位系统）获取的数据从定量、动态和机制等方面进行综合 集成，建立具有实时、空间表达详尽等特点的区域生态环境时 空变 化模型。通过对遥感图像的分析，了解过去若干年内该区域生态环境的变化过程，并将其与驱动因子 联系起来， 建立解 释生态环境当前和未来变化的经验性诊断模型， 为区域生态 环境治理提供科学的 依据。3.3 生态环境动态监测。生态环境动态

23、监测具有长期性、实时性、综合性和周期性等特点，需要大范围的、实时监测的 生态环境参数；数据必须具有较高的精度和准确度，并得到有 效的管理和 迅速的处理5。GPS与GIS的结合可构成生态环境 实时数据采集与分析系统。 传感器采集到的 数据经处理后记 录在文件中，并与GPS测定的坐标数据一起输入到GIS数据库 中，利用GIS进行生态环境参数的定量、定性分析及分析预测 生态环境的动态变化。3.4 生态环境评价。生态环境的评价、管理是建立在生态环境监测数据的基础上的。在生态环境数据采样时， 首先获 取需采样的生态环境指标的定性信息， 然后制定岀合理的采 样方案和重点采 样区。采样完成后将预处理的信息输

24、入到 GIS 中，得到有关生态环境因子的分布图，然后利用 GIS 进行全区 域生态环境的综合评价， 再将评价指标输入到生态环境管理 规划模型中， 制定岀该区域的 生态环境规划策略。3.5 生态环境管理与规划。对生态环境要素进行动态监 测，获取生态环境信息。获取的信息输 入 GIS 数据库中，经过 管理和编辑，生成各种统计图象和专业模型以满足实际需要。3.6 生物多样性研究。植被类型调查：植被是其他自然要素的指示，综合反映所在地的自然和社会条件，其变化信息在生物多样性变化的研究中具有十分重要的意义。近年来，利用GIS等空间信息技术进行植被资源进行植被资源的调查逐渐走向成熟：Ringrose应用

25、GIS和RS技术进行博茨瓦纳南部 植被变化的研究；Blackburn等根据树冠覆盖间隙，利用GIS与航空遥感图像进行落叶林地的生态调查；野生珍稀动物的调查研究：野生珍稀动物是生物多样性研究和保护的重要 目标。通过对其生境及其栖息地状况（包括地形、土壤、水源、植被覆盖特征、人类活动影响等）的研究与分析，可以间接反 映其生物多样性情况。Herr 等10利用GIS 与RS技术对鹤的栖息地进行研究，通过数据层的生成、栖息地描述、分布预测，建立栖息地模型，实现对研究区鹤的生物多样性信息的调查；生物多样性分析与评价：通过GIS，对获取的可靠数据进 行有效管理和共享，进行数据实时更新，及时给岀生物多样性 变

26、化数据，为生物多样性保 护途径提供可靠的决策支持。3.7水土保持。GIS等空间信息技术的发展为现代水土保持监测的发展提供了技术支持。水土流失普查：利用RS 与GIS的集成，对大面积水土流失动态监测， 同时利用GPS对 水土流失普查中典型样地进行定位； 水土流失数据更新：典 型水土流失更新是利用不同时期遥感影像对比，发现变化靶标，再利用GPS技术为变化靶标精确定位，再由 GIS系统对变 更数据进行编辑处理；水土流失动态分析：利 用GIS的分析功 能提供各级行政、流域单元、各个层面的分类统计资料和有关 属性因子之间的关系， 根据需要提供各种专题图、演示图和相应的文档报表；水土流失预测预报：利用GI

27、S分析功能，对水 土流失过程进行模拟，建立各种预测预报模型的 GIS 系统。4、总结GIS地理信息系统经过近三十多年的发展，在诸多行业 当中已经到达了一个相当重要的地位，特别是在 生态环境研 究方面的应用， 更是大大提高了在生态环境监测、 保护与治理 研究、生态环境分析评价、 环境规划决策以及环境管理等方面 的效率，为生态环境研究提供了功能强大的辅助工具和操作 平 台，开拓出更加广阔的发展空间。尽管党的十六届五中全会提出新农村建设要发挥国家和 农民两个方面的积极性，但在新农村建设之 初，国家的投入致 关重要。长期以来，由于国家的政策偏向城市而导致农村贫 穷，导致城乡巨大差 别。现在，要解决城乡矛盾，缩小城乡差 距，关键是政策上的改变，这一点随着社会主义新农村建 设的 进行我们看到了党中央的决心。政策出台后，就要进行实际的 投入。首先，生活条件的投入。 要改变目前农村村民非常差的 饮水、 交通和其它恶劣的生存环境和生存条件。 按照科学发展 观以人 为本的要求，同样生存在社会主义阳光下的贫困农民 生活基