GIS技術在環(huán)境保護中的應用
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隨著我國環(huán)境信息化的快速發(fā)展和計算機新技術在環(huán)境保護領域的廣泛應用，環(huán)境信息系統(tǒng)在環(huán)境保護管理和決策工作中發(fā)揮著越來越重要的作用。而地理信息系統(tǒng)技術的出現(xiàn)為環(huán)境保護工作邁向信息化、現(xiàn)代化提供了技術支持。
目前，全國27個省級環(huán)保局及一百多個城市環(huán)保部門都已購置了ESRI公司的ARCGIS、ARCVIEW地理信息系統(tǒng)平臺軟件和相應的硬件設施，大部分省市已經(jīng)建立環(huán)境基礎數(shù)據(jù)庫，在GIS平臺上開發(fā)了城市環(huán)境地理信息系統(tǒng)、重點流域水資源管理、環(huán)境污染應急預警預報系統(tǒng)等，取得了顯著的成效。
2.1應用GIS制作環(huán)境專題圖
環(huán)境制圖是環(huán)境科學研究的基本工具和手段。與傳統(tǒng)的、周期長、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，可以達到一次投入、多次產(chǎn)出的效果。它不僅可以用戶輸出全要素地形圖，而且可以根據(jù)用戶需要分層輸出各種專題圖，如污染源分布圖、大氣質量功能區(qū)劃圖等等。GIS的制圖方法比傳統(tǒng)的人工繪圖方法要靈活得多，在基礎電子地圖上，通過加入相關的專題數(shù)據(jù)就可迅速制作出各種高質量的環(huán)境專題地圖?？梢愿鶕?jù)實際需要從符號和顏色庫中選擇圖件，使之更好地突出專題效果和特性。
2.2應用GIS建立各種環(huán)境地理信息系統(tǒng)
各級環(huán)保部門在日常管理業(yè)務中，需要采集和處理大量的、種類繁多的環(huán)境信息。而這些環(huán)境信息85%以上與空間位置有關。GIS的強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。例如：污染源空間信息數(shù)據(jù)庫（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)境質量信息數(shù)據(jù)庫（包括空氣、水、噪聲等），GIS能夠把各種環(huán)境信息與其地理位置結合起來進行綜合分析與管理，以實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的輸入、查詢、分析、輸出和管理的可視化。例如，基于GIS平臺，廈門市建立了城市環(huán)境空間數(shù)據(jù)庫和污染源監(jiān)測屬性數(shù)據(jù)庫，開發(fā)了網(wǎng)絡化城市環(huán)境質量地理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)涵蓋了大氣、地表水、聲學環(huán)境的監(jiān)測信息，以分布圖、專題圖、三維模型等形式，生動直觀地反映環(huán)境質量狀況。由于采用了因特網(wǎng)的GIS開發(fā)技術，該系統(tǒng)可以在Internet/Intranet上運行。
2.3 GIS應用于環(huán)境監(jiān)測
在環(huán)境監(jiān)測過程中，利用GIS技術可對實時采集的數(shù)據(jù)進行存儲、處理、顯示、分析，實現(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，對東深流域的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行存儲處理，利用GIS技術開發(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)境質量評價，追蹤污染物來源?？山Y合數(shù)字地圖查詢歷年監(jiān)測數(shù)據(jù)及各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進行空間分析（如緩沖區(qū)查詢與分析）、輔助決策（容量計算及污染狀況的預測）為流域水環(huán)境的科學化管理和決策提供了先進的科學手段。
2.4 GIS應用于自然生態(tài)現(xiàn)狀分析
在進行自然生態(tài)現(xiàn)狀分析過程中，利用GIS可以比較精確地計算水土流失、荒漠化、森林砍伐面積等，客觀地評價生態(tài)破壞程度和波及的范圍，為各級政府進行生態(tài)環(huán)境綜合治理提供科學依據(jù)。國家環(huán)?？偩职袵IS技術與遙感技術相結合，對我國西部12省的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進行調查，得到了西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境的空間分布與空間統(tǒng)計狀況、生態(tài)環(huán)境質量狀況和生態(tài)環(huán)境變化的空間規(guī)律特點，為該地區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展與資源環(huán)境的可持續(xù)利用提供了科學依據(jù)。青海省遙感中心將“3S”技術運用到青海湖環(huán)湖重點區(qū)域調查上，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)庫和生態(tài)環(huán)境評價指標體系，為政府規(guī)劃決策、資源開發(fā)、環(huán)境保護提供了寶貴資料。
2.5 GIS應用于環(huán)境應急預警預報
建立重大環(huán)境污染事故區(qū)域預警系統(tǒng)，能夠對事故風險源的地理位置及其屬性、事故敏感區(qū)域位置及其屬性進行管理，提供污染事故的大氣、河流污染擴散的模擬過程和應急方案。例如，大連市的“重大污染事故區(qū)域預警系統(tǒng)”把重大污染事故的多種預測模型與GIS技術相結合，當某一風險源發(fā)生事故時提供應急措施、報警信息和救援信息，為重大污染事故應急指揮奠定了基礎。上海市應用GIS、RS與GPS技術開發(fā)了環(huán)保應急熱線系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用GIS技術進行污染源搜索和定位；將GIS與GPS結合起來，用于出警指揮和導航；用RS技術獲取地面信息，解決了GIS基礎底圖動態(tài)更新問題。通過“3S”技術的綜合應用，更好地發(fā)揮了GIS在環(huán)保執(zhí)法和應急事件中的作用。
2.6 GIS應用于環(huán)境質量評價和環(huán)境影響評價
由于GIS能夠集成管理與場地密切相關的環(huán)境數(shù)據(jù)，因而也是綜合分析評價的有力工具。環(huán)境影響評價是對所有的改、擴、建項目可能產(chǎn)生的環(huán)境影響進行預測評價，并提出防止和減緩這種影響的對策與措施。利用GIS的空間分析功能，可以綜合性地分析建設項目各種數(shù)據(jù)，幫助確立環(huán)境影響評價模型。由于GIS系統(tǒng)具有層的結構，可將不同的環(huán)境影響進行計算并疊加。深圳市環(huán)境保護研究所已利用GIS技術進行編制環(huán)境影響評價報告書和制圖。
在區(qū)域環(huán)境質量現(xiàn)狀評價工作中，可將地理信息與大氣、土壤、水、噪聲等環(huán)境要素的監(jiān)測數(shù)據(jù)結合在一起，利用GIS軟件的空間分析模塊，對整個區(qū)域的環(huán)境質量現(xiàn)狀進行客觀、全面的評價，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；通過緩沖區(qū)分析，可顯示污染源影響范圍等。
2.7 GIS應用于水環(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)境質量在空間上的變化趨勢?？梢愿又庇^地反映如污染源、排污口、監(jiān)測斷面等環(huán)境要素的空間分布。利用GIS還可以進行污染源預測、水質預測、水環(huán)境容量計算、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，全國各省環(huán)保局正在使用GIS軟件進行各省水環(huán)境功能區(qū)劃匯總工作，在此基礎上，進一步開發(fā)水環(huán)境功能區(qū)管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)水環(huán)境數(shù)據(jù)查詢、水質評價、統(tǒng)計分析、水質預測等功能，將各種水環(huán)境信息以可視化的方式表達，對水環(huán)境的科學管理將具有非常重要的意義。
一、實訓目的
1）掌握MAPGIS中拓撲造區(qū)的基本流程及操作。
2）掌握注釋賦屬性功能。
3）掌握Label與區(qū)合并操作。
二、實訓準備
實訓數(shù)據(jù)：本實訓數(shù)據(jù)保存于文件夾“exercise-05”中。
預備知識：拓撲造區(qū)基本流程及相關操作；注釋賦屬性方法；Label與區(qū)合并方法。
三、實訓步驟與內(nèi)容
將實訓數(shù)據(jù)復制、粘貼至各自文件夾內(nèi)。
1.拓撲處理數(shù)據(jù)準備
1）新建工程文件“拓撲處理.MPJ”，裝入光柵文件“YN50萬分之一地質圖.TIF”。
2）根據(jù)底圖分別新建“國界線.WL”“省界線.WL”“地州界線.WL”和“縣界線.WL”，如圖SX5-1所示。
圖SX5-1 新建線文件
3）完成對應線的輸入，外面黑色粗線為國界線，邊上紅色一橫兩點線為省界線，中間紅色兩橫一點為地州界線，中間黑色兩橫一點為縣界線。國界線、省界線、地州界線和縣界線參數(shù)設置分別如圖SX5-2～SX5-5所示。
4）在繪制線的時候，要求一定要確保線的實相連，通過［F12］來實現(xiàn)線和連接。完成國界線、省界線、地州界線和縣界線后如圖SX5-6所示。
2.拓撲處理
1）新建一線文件“拓撲線.WL”，把國界線、省界線、地州界線和縣界線的內(nèi)容全部合并到“拓撲線.WL”文件，合并可以通過兩種方法實現(xiàn)。
圖SX5-2 國界線參數(shù)
圖SX5-3 省界線參數(shù)
圖SX5-4 地州界線參數(shù)
圖SX5-5 縣界線參數(shù)
a.復制、粘貼，分別選中國界線、省界線、地州界線和縣界線文件，通過“選擇線”命令選中線，用［Ctrl］＋［C］復制選中的線，再到“拓撲線.WL”文件中，用［Ctrl］＋［V］實現(xiàn)粘貼（圖SX5-7）。本實訓就選擇這種方法來實現(xiàn)線的合并。
b.合并文件的方式，如圖SX5-8 所示，選中要合并的線文件，點擊右鍵進行合并。
通過上面的方法就可以把要參與拓撲的線放在一個文件“拓撲線.WL”中。
2）對“拓撲線.WL”進行“自動剪斷線”“清除微短線”“清重坐標”等拓撲預處理（圖SX5-9）。假如在線準備過程中用［F12］鍵確保了線的實相連，那么這幾步不會有太多的問題。
圖SX5-6 完成的國界線、省界線、地州界線和縣界線
圖SX5-7 復制、粘貼實現(xiàn)線的合并
圖SX5-8 合并文件
圖SX5-9 拓撲預處理
3）對“拓撲線.WL”進行拓撲查錯并解決錯誤；同樣假如在線準備過程中用［F12］鍵確保了線的實相連，那么一般不會出現(xiàn)拓撲錯誤。
4）對沒有拓撲錯誤的“拓撲線.WL”進行“線轉弧”操作，名稱為“拓撲區(qū).WP”，把轉換后的區(qū)文件為“拓撲區(qū).WP”添加到工程中，對“拓撲區(qū).WP”進行“拓撲重建”。
5）對區(qū)參數(shù)做相應的修改。
6）保存工程和項目文件。這樣就完成了拓撲造區(qū)的過程。
3.注釋賦屬性
1）新建點文件“地名.wt”，完成圖中縣城地名的輸入。
2）通過點編輯菜單中的“修改點屬性結構”命令，給“地名.wt”增加4個屬性字段，如表SX5-1所示。操作如圖SX5-10所示。
3）修改注釋的地州屬性：香格里拉縣、維西縣、德欽縣的地州為“香格里拉”，麗江市、寧蒗縣、永勝縣、華坪縣的地州為“麗江”，瀘水縣、蘭坪縣、福貢縣、貢山縣的地州為“怒江”。
4）通過點編輯菜單中的“注釋賦屬性”命令，把對應的地名名稱賦到“地名.WT”文件的“name”字段中（圖SX5-11）。
5）現(xiàn)在查看地名中的屬性的時候，“name”屬性即為其注釋（圖SX5-12）。
表SX5-1 增加字段
4.Label與區(qū)合并
該操作的目的是把區(qū)域內(nèi)對應Label點文件的屬性連接到區(qū)文件的屬性中。
1）選擇“拓撲區(qū).WP”文件查看其屬性（圖SX5-13）。
2）確保“地名.WT”文件為關閉狀態(tài)，通過“其他”菜單的“Label與區(qū)合并”命令打開“地名.WT”為Label文件（圖SX5-14）。
圖SX5-10 編輯點屬性結構
圖SX5-11 把注釋賦到“name”屬性中
圖SX5-12 地名的屬性
3）系統(tǒng)自動把“地名.WT”文件的屬性連接到“拓撲區(qū).WP”文件中。查看屬性，如圖SX5-15 所示。實現(xiàn)了“地名.WT”文件的屬性與“拓撲區(qū).WP”文件的合并。
4）保存工程及項目文件。
圖SX5-13 Label 與區(qū)合并前屬性
四、提交實訓成果
1）工程文件“拓撲處理.MPJ”；
2）參與拓撲的“國界線.WL”“省界線.WL”“地州界線.WL”和“縣界線.WL”文件；
3）Label文件：“地名.WT”；
4）“拓撲線.WL”和“拓撲區(qū).WP”文件。
五、思考與討論
1）什么是拓撲處理？其主要作用是什么？一般操作步驟是什么？
2）Label點文件的作用是什么？
3）Label點不在區(qū)域內(nèi)能實現(xiàn)Label點與區(qū)的合并嗎？
圖SX5-14 Label 點與區(qū)合并
圖SX5-15 實現(xiàn)Label 與區(qū)合并后的區(qū)屬性
實習內(nèi)容
實習一 野鴨湖濕地植被群落識別
實習二 地物光譜反射率的野外測定
實習三 不同地物遙感解譯標志
實習四 野鴨湖濕地景觀遙感填圖
實習五 數(shù)據(jù)輸入與編輯
實習六 地圖編輯
實習七 空間分析
實習八 地圖編制與輸出
實習九 GPS實習
實習十 野鴨湖地區(qū)濕地環(huán)境變化
實習十一 城市土地利用現(xiàn)狀判讀與制圖
實習方法：
（1）課堂引導法
通過基本理論知識的回顧，讓學生了解課程的主旨。
（2）野外動手操作、現(xiàn)場講解
針對遙感應用中的典型地物光譜特性，通過學生動手操作和現(xiàn)場講解，引導學生思考，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。
（3）室內(nèi)分析和處理
將野外實測數(shù)據(jù)、基礎地理數(shù)據(jù)、多尺度遙感數(shù)據(jù)在室內(nèi)進行處理和分析，提升學生的動手操作、分析總結能力。
實習手段
（1）野外：手持GPS獲取空間定位數(shù)據(jù)、光譜儀獲取地物光譜信息、計算機分析和處理多源數(shù)據(jù)。
（2）室內(nèi)：多媒體技術應用、計算機多源數(shù)據(jù)后期處理。
一、實訓目的
1）掌握MAPGIS空間數(shù)據(jù)誤差校正的基本方法。
2）掌握交互誤差與自動誤差校正的要點。
3）掌握圖形變換操作。
二、實訓準備
實訓數(shù)據(jù)：本實訓數(shù)據(jù)保存于“jnsx-08”文件夾中。
預備知識：復習誤差校正的理論知識，知曉誤差校正中各種校正方式的適用范圍和其特點。
三、實訓步驟與內(nèi)容
1.數(shù)據(jù)準備
將實訓數(shù)據(jù)復制、粘貼至各自文件夾內(nèi)。
啟動MAPGIS主程序。在主菜單界面中，點擊【參數(shù)】按鈕，在彈出的對話框中，設置工作目錄最終指向文件夾“jnsx-08”（盤符依據(jù)各人具體情況設置）。
（1）文件加載
執(zhí)行如下命令：實用服務→誤差校正→文件→打開文件→選所需加載文件→打開（圖SX8-1）。
圖SX8-1 加載需要校正的文件
（2）圖形放大
執(zhí)行如下命令：數(shù)據(jù)校正→整圖變換→選擇轉換文件，進行轉換處理（圖SX8-2）。
選擇轉換文件后，在系統(tǒng)彈出的對話框中進行變換類型和相應參數(shù)的設置（圖SX8-3）。
（3）圖框文件加載
在窗口中點擊鼠標右鍵，選擇復位窗口，查看圖形更新結果。執(zhí)行如下命令：文件→打開文件→點擊“圖框.WL”→打開。
（4）創(chuàng)建控制點文件
執(zhí)行文件→打開控制點命令，創(chuàng)建控制點文件（圖SX8-4）。
（5）獲取圖形左下角坐標
1）執(zhí)行控制點→設置控制點參數(shù)命令設置參數(shù)（圖SX8-5）。
2）執(zhí)行控制點→選擇采集文件命令（圖SX8-6）。
3）執(zhí)行控制點→添加校正控制點命令（圖SX8-7）。
圖SX8-2 選擇轉換文件進行整圖變換
圖SX8-3 整圖變換參數(shù)設置
圖SX8-4 創(chuàng)建控制點文件
圖SX8-5 控制點參數(shù)設置
圖SX8-6 選擇采集文件
4）采用同樣步驟，獲取“圖框.WL”文件左下角坐標值（圖SX8-8）。
（6）圖形平移
執(zhí)行如下命令：數(shù)據(jù)校正→整圖變換→選擇轉換文件（圖SX8-9）。
選擇轉換文件后，在系統(tǒng)彈出的對話框中進行變換類型和相應參數(shù)設置（圖SX8-10）。點擊【確定】按鈕，完成圖形平移。通過窗口復位命令，選擇全部文件，顯示平移效果（圖SX8-11）。
圖SX8-7 添加校正控制點
圖SX8-8 獲取圖框.WL 文件左下角坐標值
2.圖形誤差校正
點擊控制點→清除所有控制點命令。
（1）控制點實際值采集
1）點擊控制點→控制點參數(shù)設置命令，勾選采集實際值時是否同時輸入理論值（圖SX8-12）。
2）點擊控制點→選擇采集文件命令（圖SX8-13）。
3）點擊控制點→自動采集控制點命令（圖SX8-14）。
（2）控制點理論值采集
1）點擊控制點→設置控制點參數(shù)命令（圖SX8-15）。
圖SX8-9 選擇轉換文件
圖SX8-10 整圖變換類型和相應參數(shù)設置
圖SX8-11 顯示平移效果
圖SX8-12 實際值控制點參數(shù)設置
圖SX8-13 選擇實際值采集文件
圖SX8-14 自動采集實際值控制點
2）點擊控制點→選擇采集文件命令（圖SX8-16）。
圖SX8-15 理論值控制點參數(shù)設置
圖SX8-16 選擇理論值采集文件
3）點擊控制點→自動采集控制點命令（圖SX8-17）。
圖SX8-17 理論值匹配實際值
（3）編輯校正控制點
點擊控制點→編輯校正控制點命令，選擇“雙線性多項式”誤差校正方法（圖SX8-18）。
圖SX8-18 編輯校正控制點
（4）誤差校正
1）點擊數(shù)據(jù)校正→線文件校正命令，選擇需校正的文件，一次只能選取一個文件（圖SX8-19）。
圖SX8-19 線文件校正
2）點擊文件→另存文件命令，選擇校正生成的文件“NEWLIN.WL”，【確定】，換名保存（圖SX8-20）。
3）按上述步驟依次完成線文件校正，“圖框.WL”不需校正。
4）點擊數(shù)據(jù)校正→點文件校正命令，完成點文件校正?！胺嚼锞W(wǎng).WT”可以不用校正。
5）點擊數(shù)據(jù)校正→區(qū)文件校正命令，完成區(qū)文件校正。
圖SX8-20 換名保存校正生成的線文件
四、提交實訓成果
本實訓完成后需提交圖SX8-21中所示文件。
圖SX8-21 需提交的文件
五、思考與討論
1）若在自動誤差校正中，先提取理論值后提取實際值，這樣操作行不行，為什么？
2）校正方式與控制點采集個數(shù)有無相互聯(lián)系，若有，其聯(lián)系是什么？
重慶分公司
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