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摘 要： 簡要介紹環境地理信息系統的概念和它的基本功能,列舉環境地理信息系統在環境管理中的應用,對國內外環境地理信息系統的研究熱點和方向進行闡述并提出發展環境地理信息系統的策略和建議。
摘要:簡要介紹環境地理信息系統的概念和它的基本功能,列舉環境地理信息系統在環境管理中的應用,對國內外環境地理信息系統的研究熱點和方向進行闡述并提出發展環境地理信息系統的策略和建議。本文選自：《地理學報》是中國地理學會和中國科學院地理科學與資源研究所主辦的學報級綜合性學術刊物，本刊主要刊登能反映地理學科最高學術水平的最新研究成果，地理學與相鄰學科的綜合研究進展，地理學各分支學科研究前沿理論，與國民經濟密切相關并有較大應用價值的地理科學論文。
關鍵詞:GIS,環境地理信息系統,空間數據庫
一、環境地理信息系統的概念
環境地理信息系統( Geographic Information System for Environment ,簡稱EGIS) 是收集、存儲、管理、綜合分析和處理空間信息和環境信息的計算機軟硬件系統。它是GIS 技術在環境領域的延伸,是GIS 技術與環境監測技術、環境管理技術等各種環境信息分析和處理技術的集成。環境地理信息系統的主要功能有:
1. 基本功能包括對空間和屬性數據的輸入、存儲、編輯,以及制圖和空間分析等功能。編輯功能允許用戶添加、修改、刪除點、線、面或修改其屬性信息;制圖功能可以靈活多樣地制作和顯示及輸出各種專題地圖,如污染分布圖、水功能區劃圖、環境規劃圖等等,地理要素可放大縮小以顯示不同的細節內容,并能夠測量地圖上線段的長度或指定區域的面積。
2. 空間統計分析(Spatial Statistics Analysis) 是指對空間數據庫中的專題數據進行統計分析。畢業論文 包括各種屬性數據的集中特征數、離散特征數及其分類分級統計等。
3. 疊加分析(Overlay Analysis) 功能允許兩個或多個圖層在空間上比較各空間要素和屬性,分為合成疊加和統計疊加。合成疊加得到一個新圖層,它將顯示原圖層的全部特征,交叉的特征區域僅顯示共同特征;統計疊加可以統計一種空間要素在另一種空間要素中的分布特征。對不同的圖層進行疊加分析,從而獲得各種感興趣信息,如利用類型疊置分析獲取新的類型。如土壤圖與植被圖疊置,以分析土壤與植被的關系,可以計算某一區域內的植被類型的數量及面積,即通過對同一地區、相同屬性、不同時間的柵格數據的疊置,可以分析由時間引起的變化,通過與所需提取的范圍的疊加運算,快速地進行范圍內信息的提取等。
4. 緩沖區分析(Buffer Analysis) 是GIS 的基本空間操作功能之一。例如,某地區有危險品倉庫,要分析一旦倉庫爆炸所涉及的范圍,這就需要進行點緩沖區分析,結合與居民地圖層的疊加分析,可以獲取需要疏散的人口數等等。
綜上所述,空間分析是地理信息系統軟件的核心,空間統計分析、疊加分析、緩沖分析等功能為環境地理信息系統提供了強大的環境分析功能與廣闊的應用空間。隨著其功能的不斷完善和發展,環境地理信息系統將為環境各部門提供一個功能強大的空間信息服務和管理工具,成為各部門日常工作不可或缺的工作手段。
二、環境地理信息系統的具體應用
由于環境地理信息系統具有強大的信息服務和管理功能,具有廣泛的應用范圍。具體體現在兩個方面,一是它可以應用在環境管理的各個環節,如區域環境規劃、環境監督管理、區域環境監測及環境評價研究等;二是它可以廣泛應用在國家、省、市等不同層次的管理。下面簡單介紹一下它的具體應用。
1. 電子地圖使環境管理工作變得輕松直觀
由于采用空間數據和數據庫掛接,改變了傳統的信息管理方法,地圖由傳統的靜態紀錄變為信息豐富多樣的動態的電子地圖,實現了數據可視化。它使環境主管部門對各種環境要素的管理變得直觀、簡單和輕松。如通過直接對地圖要素進行查詢,可以獲得環境監測點位、污染源等的空間分布及其與環境敏感區域的空間關系等信息。可以對各種環境數據進行綜合的統計并分析以及采用直觀的豐富多樣的表現方式進行展示,為環境決策提供科學快捷的支持。
2. 強大的環境規劃手段
區域環境規劃是EGIS 應用發展的重點領域之一,目前基于EGIS 的環境規劃模型還處于深化研究階段,將環境應用模型與GIS 集成為一體,可以為環境規劃提供更強大的技術手段。由于應用EGIS 能夠更好地考慮和評價建設項目對環境的影響,因此在建設項目的環境評價中得到廣泛應用。
3. 危險物運輸管理
借助GIS 的運行路徑選擇功能,可以對危險物轉移運輸線路進行優化選擇,能避開人口集中居住區、飲用水源地等環境敏感區域制定運輸計劃。并可以通過GPS 對危險物的運輸線路進行實時監控。
4. 環境模型模擬分析
環境模型在環境決策中有著重要的作用,如可以通過模型模擬出污染事故發生后各個時間的擴散情況,為決策提供科學的參考依據。碩士論文常用的模型主要有大氣擴散模型、1 維水污染擴散模型、2 維水污染擴散模型等等,實現各種模型的模擬結果的生成、2 維和3 維的顯示等功能。
5. 為數字環保提供技術平臺
數字環保是最近提出來的終極環境管理系統,它是繼數字地球概念提出以后,環保領域提出的新概念,它將是未來十年環保領域信息化建設的終極方向,EGIS 作為數字環保的基礎平臺,將能夠為用戶提供實時動態環境信息服務,也能夠為環境管理者提供決策信息,逐步控制污染,改善環境狀況,提高人民生活水平。
三、國外環境地理信息系統的研究重點
1. 數據采集的技術比選
當前環境管理決策要求EGIS 提供的數據種類及其范圍都在不斷擴大,同時信息采集技術也有了很大的發展,包括GPS 技術、視頻技術、高清晰衛星圖像、實時環境監測技術等等。這些實時信息采集系統都有很多傳感器,包括空氣質量、溫度、氣壓及水質等等。如最近微軟公司正在基于Virtual Earth開發一項新技術,用戶可以在地圖上搜索大量的實時信息,如道路擁堵情況、天氣狀況、空氣質量,甚至是汽油價格等等實時信息,這需要大量的傳感器采集空間及其相關的實時信息,這無疑會推動更多的數據采集技術的開發。
2. EGIS 與環保信息化之間如何協調發展可以預計未來五年內EGIS 將會與環境信息化越來越緊密地集成起來,發揮良好的社會經濟效益,大大提高現有的環境管理與決策水平。二者的緊密集成還需要研究以下問題:
1. 制定所需空間數據及環境數據的標準,以保證系統的擴展性與兼容性;
2. 空間數據的獲取渠道以及更新途徑,以保證系統的可用性及可靠性;
3. 研究以何種方式進行有效集成,并分析這種方式的可行性;
4. 研究環境信息與空間信息及其分析、模擬結果的綜合表現方式;
5. 建立示范項目以便分析和測試集成的效果。
3. 海量空間數據庫管理技術
隨著空間信息與環境信息的積累,EGIS 的數據庫的維護會變得越來越重要,新的數據采集技術可能會使數據量以幾何級數增長,海量數據的存儲與維護是要繼續研究的課題。如:采用什么技術來實現空間數據的更新與歷史數據的備份? 如何實現新舊空間數據的合并和統一? 如何利用數據挖掘與信息抽取技術來更好地發揮數據的利用價值? 遙感數據如何才能得到有效的利用? 等等。
四、發展環境地理信息系統的策略探討和建議
隨著國外EGIS 技術的逐漸成熟和數據采集技術的快速發展,建立環境地理信息系統的條件開始逐漸成熟,而且將成為我國發展GIS 的重點領域,從GIS 在我國近幾年的發展領域也可以看出這種趨勢。當前我國有關部門已經開始著手進行環境地理信息系統的開發,并進行了一些有益的嘗試,如廣東省環境信息中心開發的珠三角水環境信息管理系統等,但鑒于我國GIS 基礎工作薄弱,特別是基本的空間信息數據庫尚未建立,因此EGIS 的開發費用十分巨大;加上EGIS 的發展涉及眾多部門和多種技術,因此有關部門應當重視和開展我國EGIS的發展策略研究。
發展EGIS 應當采用“統一規劃、注重基礎、緊密跟進、高起點開發、協調發展”的發展策略。
1. 統一規劃。由于EGIS 的發展不但涉及眾多環境部門,還包括與其他各級政府管理部門(如土地管理、環保、環境管理等部門) 之間的信息交流;同時又涉及多種信息技術,而信息技術發展的速度十分迅速,為了降低空間數據資源采集和管理的成本,為了適應未來發展的需要,必須在多方部門的參與下,統一規劃和構建EGIS 的發展框架。
2. 注重基礎。由于我國GIS 發展基礎薄弱,數據基礎是系統生命力的關鍵,失去了完善可靠的基礎數據的支撐,系統的功能再強大也不能發揮其作用,因此要在統一規劃的思路和明確的發展框架下,不斷加強基礎空間數據庫和基礎環境數據庫的積累與建設。
3. 緊密跟進、高起點開發、協調發展。職稱論文在技術上緊密跟進國外先進的GIS 技術,高起點進行系統開發,與我國的信息產業發展速度相協調,共同發展適合我國國情的EGIS。
當前我國各地許多部門雖然已經開展了EGIS的研究與開發,但這些開發均是出于本部門的需要,很少考慮到將來部門之間的數據交流和共享,加上沒有全國性的EGIS 發展框架和數據標準,數據的通用性將成為影響EGIS 開發的關鍵因素,建議有關部門及時組織開展EGIS 發展體系和框架標準的研究。
五、結束語
地理信息系統是近二十年來迅速發展的信息技術的重要組成部分,它的應用已經從早期的礦產資源管理拓展到與空間地理相關聯的更廣泛的領域,特別是在環境領域,原有的多種環境信息處理技術(環境模型、環境規劃分析) 正在與地理信息系統融合,逐漸形成具有強大功能并具有環境特征的地理信息管理系統,即環境地理信息系統( EGIS) 。它將成為各個環境管理部門日常信息處理不可缺少的新工具。它將徹底改變傳統的信息處理方式。可以說它是環境管理進入信息時代的標志。
