gis在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用

gis環(huán)境科學(xué)；應(yīng)用研究

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環(huán)境科學(xué)主要是對(duì)大氣、土壤、生物、水的研究，詮釋人們?cè)谧匀画h(huán)境中對(duì)自然環(huán)境的影響與自然萬(wàn)物生存規(guī)律。GIS技術(shù)和環(huán)境科學(xué)在研究目標(biāo)與方法上具有一定相通性?，F(xiàn)階段，將GIS技術(shù)應(yīng)用在環(huán)境科學(xué)中能夠更好的挖掘潛力，為環(huán)境的檢測(cè)、評(píng)估、規(guī)劃、管理等方面創(chuàng)造更廣闊發(fā)展空間。

GIS技術(shù)環(huán)境監(jiān)測(cè)

1、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)

現(xiàn)如今，城市化進(jìn)程的加快，人口逐漸增加、交通加壓較大，工業(yè)生產(chǎn)成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)。但工業(yè)生產(chǎn)中排放大量化學(xué)物質(zhì)和汽車(chē)尾氣，造成城市空氣環(huán)境受到?jīng)_擊而逐漸降低質(zhì)量。對(duì)此，凈化空氣、提高空氣質(zhì)量成為現(xiàn)階段城市發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。大氣環(huán)境有一定的空間性特點(diǎn)，空氣流動(dòng)較快，地面是自然環(huán)境中空氣不可穿越的固體界限。GIS技術(shù)的出現(xiàn)，能夠有效進(jìn)行信息環(huán)境監(jiān)測(cè)，通過(guò)地理信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)管理搜集、整合存在的污染物質(zhì)、規(guī)模、工廠位置信息等，構(gòu)建完整的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。隨后，利用GIS技術(shù)空間研究與數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)得出污染物質(zhì)在大氣中的分布形式。最后，獲得污染空間與標(biāo)準(zhǔn)狀況?，F(xiàn)階段，GIS技術(shù)已經(jīng)在一些項(xiàng)目監(jiān)測(cè)中得到了推廣與應(yīng)用，效果顯著。

2、GIS技術(shù)水資源環(huán)境監(jiān)測(cè)

水資源是我們生活的重要組成部分，是維持生命的主要物質(zhì)具有重要作用。但是現(xiàn)階段水資源緊缺并且水污染問(wèn)題嚴(yán)重，使得大量水源不可作為生活用水?，F(xiàn)階段，GIS技術(shù)應(yīng)用在水資源監(jiān)測(cè)中也較為常見(jiàn)。GIS技術(shù)中的空間信息與分析系統(tǒng)能夠?qū)λY源環(huán)境空間信息進(jìn)行深入研究分析，達(dá)到科學(xué)有效的組織與監(jiān)測(cè)，便于管理人員進(jìn)行空間信息搜集、查找等。另一方面，GIS技術(shù)中的圖形分析與空間研究功能，能夠幫助進(jìn)行空間與數(shù)據(jù)檢測(cè)，生成圖表以便有關(guān)單位制定有效解決方法。

EIS和GIS的關(guān)系？EIS是環(huán)境信息系統(tǒng)，，GIS地理信息系統(tǒng)

GIS是管理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它可進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、檢索、運(yùn)算、分析、顯示和輸出，它的主要功能是制圖、檢索和查詢(xún)。最早的GIS是為支持土地利用、規(guī)劃和決策而設(shè)計(jì)的。世界上第一個(gè)GIS產(chǎn)生于加拿大，1963年開(kāi)始研制，1971年運(yùn)轉(zhuǎn)。在70年代，美國(guó)田納西流域管理局首先將GIS應(yīng)用于水文學(xué)及水資源管理。80年代，GIS在該領(lǐng)域內(nèi)得到了較廣泛的應(yīng)用。長(zhǎng)期以來(lái)，研究者們對(duì)GIS進(jìn)行了不斷地改進(jìn)，他們以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合環(huán)境、系統(tǒng)工程、經(jīng)濟(jì)管理等學(xué)科的知識(shí)，形成了跨學(xué)科的技術(shù)系統(tǒng)。改進(jìn)了的GIS可對(duì)資源與環(huán)境等方面內(nèi)容進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)、管理、分析和決策。目前，在國(guó)外和國(guó)內(nèi)GIS已被廣泛應(yīng)用于氣象、水文學(xué)及水資源、國(guó)土資源調(diào)查與管理、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)、水土流失、沙漠化調(diào)查、鹽漬化調(diào)查、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)（含赤潮）以及地質(zhì)構(gòu)造、礦產(chǎn)資源調(diào)查等方面。李勇等[2]應(yīng)用GIS對(duì)土地利用的適宜性進(jìn)行過(guò)評(píng)價(jià)。作者?3?在生態(tài)環(huán)境與荒漠化的研究中應(yīng)用了GIS、RS技術(shù)，因而大大地提高了科研成果的水平和應(yīng)用價(jià)值。 生態(tài)環(huán)境惡化與荒漠化已影響到人類(lèi)的生存，引起了國(guó)際上的關(guān)注，它已被列入全球變化研究計(jì)劃中。由于GIS具有強(qiáng)大的信息空間管理和分析功能，它已成為研究全球變化的一個(gè)重要手段。1990年美國(guó)全球變化研究計(jì)劃（USGCRP）提出了以下的研究?jī)?nèi)容：地球觀測(cè)與信息管理；全球變化過(guò)程研究；環(huán)境模擬和預(yù)測(cè)評(píng)估。其中環(huán)境模擬的優(yōu)先學(xué)科是氣候與水文系統(tǒng)；生物地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)及其動(dòng)力學(xué)。開(kāi)展上述研究需要將模擬過(guò)程與GIS技術(shù)相結(jié)合，需要交叉學(xué)科的知識(shí)和技術(shù)，因而具有較大的難度，即使在美國(guó)，能開(kāi)展這項(xiàng)研究的機(jī)構(gòu)也是不多的?4?。 GIS雖然有了不少改進(jìn)，但仍然存在某些不足之處。例如，缺乏多方面的分析、評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)和決策功能；由于數(shù)據(jù)編碼和格式化不標(biāo)準(zhǔn)、不規(guī)范，信息不能互換，成果不能共享；缺少信息采集和更新的自動(dòng)化功能。因此限制了GIS的推廣和應(yīng)用。當(dāng)今環(huán)境科學(xué)的發(fā)展要求GIS不僅具有信息空間管理、分析的功能，在其內(nèi)部還要有建模和模擬的功能。要滿足上述要求，需要將GIS技術(shù)、EIS技術(shù)和跨學(xué)科的知識(shí)和技術(shù)三者進(jìn)行完美的結(jié)合。但這一目標(biāo)不是在近期內(nèi)所能實(shí)現(xiàn)的。 此外，我們必需強(qiáng)調(diào)的是遙感技術(shù)（RS），它具有觀測(cè)范圍廣、速度快、獲取信息量大、適時(shí)性好、動(dòng)態(tài)性強(qiáng)等特點(diǎn)，它是GIS主要的信息源。在GIS、RS、GPS技術(shù)的結(jié)合下，對(duì)于全球環(huán)境變化研究和環(huán)境地學(xué)研究特別重要。

在環(huán)境地學(xué)的研究過(guò)程中人們往往要對(duì)環(huán)境的特征、性質(zhì)、狀態(tài)和質(zhì)量等進(jìn)行客觀地描述，這就需要進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，然而，環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)僅

能反映某一時(shí)刻的環(huán)境狀況。當(dāng)人們需要了解未來(lái)的環(huán)境狀況時(shí)，要進(jìn)行環(huán)境預(yù)測(cè)，這樣便相應(yīng)地出現(xiàn)了各種預(yù)測(cè)模型。在研究生態(tài)環(huán)境與荒漠化關(guān)系時(shí)，我們不僅要進(jìn)行環(huán)境評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)，而且還要了解生態(tài)環(huán)境惡化的“允許”極限，并為其發(fā)出預(yù)警信號(hào)。因此，需要借助于預(yù)警模型來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

人們往往采用物理的、化學(xué)的方法對(duì)某一客觀事物和現(xiàn)象進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，以揭示事物運(yùn)動(dòng)的過(guò)程和規(guī)律。在有些情況下人們需要以客觀事物為基礎(chǔ)，去虛擬事物的某些狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并判斷實(shí)現(xiàn)這一結(jié)果的可能性和真實(shí)性。要達(dá)到這一目的，需要運(yùn)用仿真模型。簡(jiǎn)單地說(shuō)，模擬模型是使具體的事物抽象化，而仿真模型是使抽象事物具體化。

在環(huán)境地學(xué)研究中往往要進(jìn)行多目標(biāo)規(guī)劃和方案優(yōu)化決策，因此，經(jīng)常借助于線性、非線性規(guī)劃模型、動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型和層次分析（AHP）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）等決策模型等來(lái)進(jìn)行解決［5］。我們將環(huán)境評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)、預(yù)警、模擬、仿真、規(guī)劃和決策等方法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，組成一個(gè)環(huán)境模擬系統(tǒng)，將其納入模型庫(kù)，或制成模型軟件包，以滿足環(huán)境地學(xué)研究中的各種需要，從對(duì)單一使用模型的現(xiàn)象中解脫出來(lái)。

環(huán)境模擬系統(tǒng)（EIS）中所含蓋的信息大多數(shù)都具有時(shí)空屬性，但是它們?nèi)詫儆诜强臻g信息。如果將EIS中的信息納入GIS的空間管理系統(tǒng)，進(jìn)行空間管理、應(yīng)用分析和要素疊加，便可產(chǎn)生新的信息源。對(duì)豐富的信息進(jìn)行深層次地開(kāi)發(fā)，可深入認(rèn)識(shí)、揭示環(huán)境特征和要素的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并實(shí)現(xiàn)信息的可視化。這將會(huì)大大提高環(huán)境地學(xué)研究的理論水平及其成果的應(yīng)用價(jià)值。這是傳統(tǒng)的研究方法所不能及的。

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GIS在環(huán)境地學(xué)中的主要應(yīng)用領(lǐng)域?

隨著地學(xué)工作的不斷深入，地學(xué)研究的難度逐漸增加，以往單一的研究方法已難見(jiàn)成效。越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到，只有將地學(xué)領(lǐng)域的不同研究方法(地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)和遙感等)得到的信息進(jìn)行綜合分析研究，才是提高效果的根本出路。近年來(lái)GIS技術(shù)的發(fā)展使這一可能變成現(xiàn)實(shí)。地理信息系統(tǒng)(GIS)是輸入、存儲(chǔ)、檢索、分析和顯示與地理位置有關(guān)的各種特征信息的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，地學(xué)專(zhuān)家可以把各種相關(guān)的空間或非空間信息送入GIS進(jìn)行管理，進(jìn)行各種綜合分析研究，這樣就可能對(duì)許多重大信息，如能源和礦產(chǎn)潛力、環(huán)境災(zāi)害評(píng)價(jià)等提出新的認(rèn)識(shí)和作出科學(xué)決策。

下面概述一下GIS在地球科學(xué)及相臨學(xué)科應(yīng)用的幾個(gè)具體領(lǐng)域：

(1)自然資源管理方面：包括自然資源的分布狀況、自然資源數(shù)量統(tǒng)計(jì)、自然資源查詢(xún)、資源評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)與決策分析、資源合理開(kāi)發(fā)利用、資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等。

(2)土地管理方面：包括地籍調(diào)查和管理、土地規(guī)劃、土地利用現(xiàn)狀調(diào)查與管理、土地評(píng)價(jià)、土地承載力計(jì)算和分析、土地類(lèi)型劃分、房地產(chǎn)評(píng)估和管理、土地信息查詢(xún)、土地潛力分析、人地關(guān)系狀況分析、土地利用預(yù)測(cè)與決策分析等。

(3)農(nóng)業(yè)和土壤方面：包括農(nóng)作物結(jié)構(gòu)優(yōu)化和合理布局、農(nóng)作物估產(chǎn)、決定投資方向和規(guī)模，找出最佳投入產(chǎn)出比、收獲規(guī)劃、病蟲(chóng)害防治、土壤類(lèi)型的分布及規(guī)律、土壤侵蝕、土壤演變規(guī)律等。

(4)地質(zhì)水文方面：包括地形地貌的發(fā)生、發(fā)展和演變規(guī)律、地下巖石和地下水分布規(guī)律、水域分布和分析、洪水預(yù)測(cè)及防護(hù)、水質(zhì)水量檢測(cè)等。

(5)生態(tài)景觀管理方面：包括景觀設(shè)計(jì)與制圖、生態(tài)演替模擬、景觀生態(tài)結(jié)構(gòu)分析、景觀生態(tài)評(píng)價(jià)等。

(6)環(huán)境保護(hù)方面：包括環(huán)境質(zhì)量專(zhuān)題制圖、環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀分析、環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)分析、環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)模擬等。

(7)水利方面：包括基本建設(shè)規(guī)劃、測(cè)量、土方挖填、坡度和坡向分析、壩址設(shè)計(jì)、庫(kù)容分析、洪水淹沒(méi)分析、小流域治理等。

(8)測(cè)繪方面：包括大地測(cè)量、地圖管理、地圖制作等。

(9)地球科學(xué)學(xué)旅游方面：包括室內(nèi)地圖游覽、旅游咨詢(xún)、天然公園規(guī)劃、景觀布局、旅游景點(diǎn)的統(tǒng)一管理等。此外，地理信息系統(tǒng)還被應(yīng)用于海洋、氣象、石油、教育、航空運(yùn)輸、物業(yè)管理等許多領(lǐng)域?，F(xiàn)在，地理信息系統(tǒng)已成為科學(xué)管理、科學(xué)規(guī)劃、科學(xué)預(yù)測(cè)和科學(xué)決策等的重要工具。

GIS技術(shù)或者3S技術(shù)在氣象學(xué)中的應(yīng)用前景有哪些？

3S——什么叫3S技術(shù)- -

遙感RS、地理信息系統(tǒng)GIS和全球定位系統(tǒng)GPS有機(jī)地結(jié)合在一起來(lái)應(yīng)用，就叫作3S技術(shù)。

遙感是當(dāng)今空間信息獲取和更新的一個(gè)非常重要的手段和工具，用遙感技術(shù)獲取信息有范圍廣、速度快、信息廣的特點(diǎn)，且遙感信息中有地理信息系統(tǒng)所需的空間信息和屬性信息,故遙感與GIS相結(jié)合是必然的。又由于遙感應(yīng)用中地面采樣、導(dǎo)向、定位是以GPS作為有力工具的，遙感和GIS的發(fā)展，在導(dǎo)航和其它動(dòng)態(tài)定位及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用中，GPS扮演著重要的角色。所以，以地理信息系統(tǒng)為核心的3S技術(shù)的集成，構(gòu)成了對(duì)空間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行采集、更新、處理、分析及為各種實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)的決策咨詢(xún)的強(qiáng)大技術(shù)體系。三種技術(shù)的結(jié)合根據(jù)實(shí)際需要而定，具體有以下三種結(jié)合方式： ⒈地理信息系統(tǒng)與全球定位系統(tǒng)的結(jié)合。利用地理信息系統(tǒng)中的電子地圖和GPS接收機(jī)的實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)，組成GPS+GIS的各種電子導(dǎo)航系統(tǒng)，用于交通、警車(chē)定位，車(chē)船自動(dòng)駕駛等。

⒉地理信息系統(tǒng)和遙感的結(jié)合。對(duì)于各種地理信息系統(tǒng)，遙感是重要的信息源和數(shù)據(jù)更新的重要手段，同時(shí)地理信息系統(tǒng)可以提供遙感圖象處理所需的一些輔助數(shù)據(jù)，以提高遙感圖象的信息量和分辨率，從而提高遙感圖象處理和解譯的精度。

⒊3S技術(shù)的整體結(jié)合。集遙感、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)技術(shù)的功能于一體，構(gòu)成高度自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化和智能化的地理信息系統(tǒng)，是空間信息適時(shí)采集、處理、更新及動(dòng)態(tài)地理過(guò)程的現(xiàn)勢(shì)性分析與提供決策輔助信息的有力手段。