摘要:简要介绍环境地理信息系统的概念和它的基本功能,列举环境地理信息系统在环境管理中的应用,对国内外环境地理信息系统的研究热点和方向进行阐述并提出发展环境地理信息系统的策略和建议。本文选自：《地理学报》是中国地理学会和中国科学院地理科学与资源研究所主办的学报级综合性学术刊物，本刊主要刊登能反映地理学科最高学术水平的最新研究成果，地理学与相邻学科的综合研究进展，地理学各分支学科研究前沿理论，与国民经济密切相关并有较大应用价值的地理科学论文。
关键词:GIS,环境地理信息系统,空间数据库
一、环境地理信息系统的概念
环境地理信息系统( Geographic Information System for Environment ,简称EGIS) 是收集、存储、管理、综合分析和处理空间信息和环境信息的计算机软硬件系统。它是GIS 技术在环境领域的延伸,是GIS 技术与环境监测技术、环境管理技术等各种环境信息分析和处理技术的集成。环境地理信息系统的主要功能有:
1. 基本功能包括对空间和属性数据的输入、存储、编辑,以及制图和空间分析等功能。编辑功能允许用户添加、修改、删除点、线、面或修改其属性信息;制图功能可以灵活多样地制作和显示及输出各种专题地图,如污染分布图、水功能区划图、环境规划图等等,地理要素可放大缩小以显示不同的细节内容,并能够测量地图上线段的长度或指定区域的面积。
2. 空间统计分析(Spatial Statistics Analysis) 是指对空间数据库中的专题数据进行统计分析。毕业论文 包括各种属性数据的集中特征数、离散特征数及其分类分级统计等。
3. 叠加分析(Overlay Analysis) 功能允许两个或多个图层在空间上比较各空间要素和属性,分为合成叠加和统计叠加。合成叠加得到一个新图层,它将显示原图层的全部特征,交叉的特征区域仅显示共同特征;统计叠加可以统计一种空间要素在另一种空间要素中的分布特征。对不同的图层进行叠加分析,从而获得各种感兴趣信息,如利用类型叠置分析获取新的类型。如土壤图与植被图叠置,以分析土壤与植被的关系,可以计算某一区域内的植被类型的数量及面积,即通过对同一地区、相同属性、不同时间的栅格数据的叠置,可以分析由时间引起的变化,通过与所需提取的范围的叠加运算,快速地进行范围内信息的提取等。
4. 缓冲区分析(Buffer Analysis) 是GIS 的基本空间操作功能之一。例如,某地区有危险品仓库,要分析一旦仓库爆炸所涉及的范围,这就需要进行点缓冲区分析,结合与居民地图层的叠加分析,可以获取需要疏散的人口数等等。
综上所述,空间分析是地理信息系统软件的核心,空间统计分析、叠加分析、缓冲分析等功能为环境地理信息系统提供了强大的环境分析功能与广阔的应用空间。随着其功能的不断完善和发展,环境地理信息系统将为环境各部门提供一个功能强大的空间信息服务和管理工具,成为各部门日常工作不可或缺的工作手段。
二、环境地理信息系统的具体应用
由于环境地理信息系统具有强大的信息服务和管理功能,具有广泛的应用范围。具体体现在两个方面,一是它可以应用在环境管理的各个环节,如区域环境规划、环境监督管理、区域环境监测及环境评价研究等;二是它可以广泛应用在国家、省、市等不同层次的管理。下面简单介绍一下它的具体应用。
1. 电子地图使环境管理工作变得轻松直观
由于采用空间数据和数据库挂接,改变了传统的信息管理方法,地图由传统的静态纪录变为信息丰富多样的动态的电子地图,实现了数据可视化。它使环境主管部门对各种环境要素的管理变得直观、简单和轻松。如通过直接对地图要素进行查询,可以获得环境监测点位、污染源等的空间分布及其与环境敏感区域的空间关系等信息。可以对各种环境数据进行综合的统计并分析以及采用直观的丰富多样的表现方式进行展示,为环境决策提供科学快捷的支持。
2. 强大的环境规划手段
区域环境规划是EGIS 应用发展的重点领域之一,目前基于EGIS 的环境规划模型还处于深化研究阶段,将环境应用模型与GIS 集成为一体,可以为环境规划提供更强大的技术手段。由于应用EGIS 能够更好地考虑和评价建设项目对环境的影响,因此在建设项目的环境评价中得到广泛应用。
3. 危险物运输管理
借助GIS 的运行路径选择功能,可以对危险物转移运输线路进行优化选择,能避开人口集中居住区、饮用水源地等环境敏感区域制定运输计划。并可以通过GPS 对危险物的运输线路进行实时监控。
4. 环境模型模拟分析
环境模型在环境决策中有着重要的作用,如可以通过模型模拟出污染事故发生后各个时间的扩散情况,为决策提供科学的参考依据。硕士论文常用的模型主要有大气扩散模型、1 维水污染扩散模型、2 维水污染扩散模型等等,实现各种模型的模拟结果的生成、2 维和3 维的显示等功能。
5. 为数字环保提供技术平台
数字环保是最近提出来的终极环境管理系统,它是继数字地球概念提出以后,环保领域提出的新概念,它将是未来十年环保领域信息化建设的终极方向,EGIS 作为数字环保的基础平台,将能够为用户提供实时动态环境信息服务,也能够为环境管理者提供决策信息,逐步控制污染,改善环境状况,提高人民生活水平。
三、国外环境地理信息系统的研究重点
1. 数据采集的技术比选
当前环境管理决策要求EGIS 提供的数据种类及其范围都在不断扩大,同时信息采集技术也有了很大的发展,包括GPS 技术、视频技术、高清晰卫星图像、实时环境监测技术等等。这些实时信息采集系统都有很多传感器,包括空气质量、温度、气压及水质等等。如最近微软公司正在基于Virtual Earth开发一项新技术,用户可以在地图上搜索大量的实时信息,如道路拥堵情况、天气状况、空气质量,甚至是汽油价格等等实时信息,这需要大量的传感器采集空间及其相关的实时信息,这无疑会推动更多的数据采集技术的开发。
2. EGIS 与环保信息化之间如何协调发展可以预计未来五年内EGIS 将会与环境信息化越来越紧密地集成起来,发挥良好的社会经济效益,大大提高现有的环境管理与决策水平。二者的紧密集成还需要研究以下问题:
1. 制定所需空间数据及环境数据的标准,以保证系统的扩展性与兼容性;
2. 空间数据的获取渠道以及更新途径,以保证系统的可用性及可靠性;
3. 研究以何种方式进行有效集成,并分析这种方式的可行性;
4. 研究环境信息与空间信息及其分析、模拟结果的综合表现方式;
5. 建立示范项目以便分析和测试集成的效果。
3. 海量空间数据库管理技术
随着空间信息与环境信息的积累,EGIS 的数据库的维护会变得越来越重要,新的数据采集技术可能会使数据量以几何级数增长,海量数据的存储与维护是要继续研究的课题。如:采用什么技术来实现空间数据的更新与历史数据的备份? 如何实现新旧空间数据的合并和统一? 如何利用数据挖掘与信息抽取技术来更好地发挥数据的利用价值? 遥感数据如何才能得到有效的利用? 等等。
四、发展环境地理信息系统的策略探讨和建议
随着国外EGIS 技术的逐渐成熟和数据采集技术的快速发展,建立环境地理信息系统的条件开始逐渐成熟,而且将成为我国发展GIS 的重点领域,从GIS 在我国近几年的发展领域也可以看出这种趋势。当前我国有关部门已经开始着手进行环境地理信息系统的开发,并进行了一些有益的尝试,如广东省环境信息中心开发的珠三角水环境信息管理系统等,但鉴于我国GIS 基础工作薄弱,特别是基本的空间信息数据库尚未建立,因此EGIS 的开发费用十分巨大;加上EGIS 的发展涉及众多部门和多种技术,因此有关部门应当重视和开展我国EGIS的发展策略研究。
发展EGIS 应当采用“统一规划、注重基础、紧密跟进、高起点开发、协调发展”的发展策略。
1. 统一规划。由于EGIS 的发展不但涉及众多环境部门,还包括与其他各级政府管理部门(如土地管理、环保、环境管理等部门) 之间的信息交流;同时又涉及多种信息技术,而信息技术发展的速度十分迅速,为了降低空间数据资源采集和管理的成本,为了适应未来发展的需要,必须在多方部门的参与下,统一规划和构建EGIS 的发展框架。
2. 注重基础。由于我国GIS 发展基础薄弱,数据基础是系统生命力的关键,失去了完善可靠的基础数据的支撑,系统的功能再强大也不能发挥其作用,因此要在统一规划的思路和明确的发展框架下,不断加强基础空间数据库和基础环境数据库的积累与建设。
3. 紧密跟进、高起点开发、协调发展。职称论文在技术上紧密跟进国外先进的GIS 技术,高起点进行系统开发,与我国的信息产业发展速度相协调,共同发展适合我国国情的EGIS。
当前我国各地许多部门虽然已经开展了EGIS的研究与开发,但这些开发均是出于本部门的需要,很少考虑到将来部门之间的数据交流和共享,加上没有全国性的EGIS 发展框架和数据标准,数据的通用性将成为影响EGIS 开发的关键因素,建议有关部门及时组织开展EGIS 发展体系和框架标准的研究。
五、结束语
地理信息系统是近二十年来迅速发展的信息技术的重要组成部分,它的应用已经从早期的矿产资源管理拓展到与空间地理相关联的更广泛的领域,特别是在环境领域,原有的多种环境信息处理技术(环境模型、环境规划分析) 正在与地理信息系统融合,逐渐形成具有强大功能并具有环境特征的地理信息管理系统,即环境地理信息系统( EGIS) 。它将成为各个环境管理部门日常信息处理不可缺少的新工具。它将彻底改变传统的信息处理方式。可以说它是环境管理进入信息时代的标志。
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