地理信息系统在环境领域的应用摘要：介绍了地理信息系统(GIS)其特点。从环境科学的角度出发，介绍了 GIS在环境信息、 环境质量管理、环境规划和环境影响评价等方面的开发应用前景。并结合实例，探讨了地理 信息系统在大气环境影响评价中的具体应用过程。关键词：地理信息系统(GIS)；环境；大气环境评价GIS(geographical information system)是一门集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境 科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴交叉学科。它以地理空间数 据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的、动态的地理信息，为地理研究 及地理决策服务。计算机支持是其主要特征，空间查询和空间分析是其主要功能。由于环境 问题与地理因素紧密相关，通常带有很强的地理或地理分布特征，运用GIS技术能有效处 理基于环境问题的大量复杂空间信息。1环境问题是21世纪全球性的问题，对环境问题的研究及解决必然涉及到复杂、敞开的地表 系统。而GIS能为现实地理空间上的物质和能量运动规律的研究提供方便、准确的空间管 理和空间分析手段。因此，GIS与环境科学的结合运用有着巨大的发展潜力。在环境管理、 环境规划、环境监测、环境影响评价、环境工程及环境地球化学等领域拥有广泛的应用前景。1 GIS的特点GIS是在计算机硬件支持下，对地理空间数据及相关的属性进行采集、录入、编辑、处理、 分析、输出，并利用某一领域的数学模型进行空间分析、模拟的一门现代技术。其组成主要 包括硬件、软件、数据和用户四大要素。与一般的管理信息系统相比，地理信息系统有以下 特点：a)强大的空间数据管理系统。将现实世界经过模型处理后得到的各种数据(包括空间 数据和属性数据)输入到系统中，系统可以有机地组织、管理、显示这些数据。b)形象直观 的应用界面。系统用模型化了的电子地图和用户交互，使用者可依靠人类固有的对自然界的 认知和逻辑来操作数据。c)强大的空间分析能力。数据是空间对象的一种属性，并可通过地 理对象的相关性进行连接、分割、总计等操作，使空间问题的处理简单迅速。22 GIS在环境领域的应用2. 1环境管理环境管理信息系统(EMIS)该系统是为环境管理和决策服务的技术过程系统。GIS在其中的 应用大大改善了 EMIS基础数据的处理和收集方式，提高了环境管理的效率。利用GIS的数 据采集与编辑、信息查询、数据库管理、统计制图、空间分析等功能，环境工作者可将已经 编码的空间数据组合起来，并确定其地理位置，同时揭示不同信息间的相互关系，尤其可对 空间数据进行分析和运算。目前，为满足EMIS向更高形式发展的需要，GIS在其中的应用 以与环境模型相耦合为主要形式。3环境管理是指运用经济、法律、技术、行政、教育等手段，来限制人类损害环境质量的活动。 通过全面规划，使经济发展与环境相协调，达到既要发展经济，满足人类基本需要，又不超 过环境的允许极限的目的。国家和地方各级环保局都需要大量环境质量数据和统计报表，而 GIS能够管理大气质量、噪声、水资源、生物资源、社会经济数据等，并能够有效地组织这 类信息来进行环境统计、土地利用规划及总体发展规划等。目前，已有许多城市建立了自己 的环境信息系统，它可以搜索、存储、加工、传输本市的环境质量、污染物排放和治理、清 洁生产、环保产业与产品、自然保护、生态平衡、环境管理以及对外合作等相关的社会经济 信息。还可利用GIS对环境监测信息、环境管理业务信息、排污申报信息、贮存收集的其 它部门相关信息等进行数据分析。重点污染源是环境管理的主要内容，用GIS可以把重点 源的地理位置、污染种类、污染负荷、对该地区的影响以及对区域环境的贡献等清晰地反映 出来，同时还可以对重点污染源的各种污染要素进行分析和综合统一的管理，还可分不同层 面对污染源进行显示处理。Ventura等就利用GIS对城市面源污染进行了分析和评价，并结 合土地类型的分配，为采取控制措施提供决策依据。4 2. 2环境监测随着社会经济的不断发展，环境污染及生态破坏等环境问题也日趋严重。建立环境监察 信息系统已成为保证人类社会、经济和环境可持续发展的重要任务之一。以往的环境监察主 要以手工收集和处理为主、即使使用了计算机技术，也都是基于数据库建立的信息系统。传 统的数据库结构缺乏不能很好地表达、存储空间信息，不能实现空间管理和空间分析。 随着环境管理对环境监察工作要求的提高，以及计算机硬件成本的下降和应用技术的迅速发 展，对应用计算机来提高工作效率、降低劳动强度、促进决策的科学性的要求日趋强烈。现 在，在数据的使用效果和决策的科学性上，还没有得到基本解决。这是因为环境监察工作涉 及到许多方面的信息：监察的方法和准绳、环境标准、监测、污染源监测、污染处理设施运 转、污染事故、排污事故等。环境监察的信息涉及到自然、生态、经济、技术、法律和社会等错综复杂的领域。这些信息 内容极其丰富，来源十分广泛，且各种信息之间具有十分强烈的相关性和综合性。描述这些 信息的数据更含有大量的地理属性，既不是单一的空间数据，也不是纯粹的属性数据，而是 二者兼有。因此，要对其进行透彻的分析，必须把空间数据和属性数据结合起来，将地理信 息系统(GIS)技术引入到环境监察信息系统中是非常必要的。基于GIS技术的环境监察信息 系统的建立，不仅可以提高对污染源的管理水平，而且在经济上减少了由于没有很好管理污 染源带来的污染事故造成的经济损失，在社会发展层次上保障了人民生活安全和提高了人民 生活质量。5 2. 3环境影响评价环境影响评价(Environmental Impact Assessment， EIA)是在决策和开发建设活动中实施 可持续发展战略的一种有效手段和方法。EIA是建立在环境监测技术、污染物扩散规律、环 境质量对人体健康影响、自然界自净能力等学科研究分析基础上发展起来的一门科学技术 GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管 理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理 信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。EIA中的许多环境同 题和环境过程通过现有的成熟的模型可以准确的描述出来且算法精炼，如二维和三维水质模 型、大气扩散模型、污染物在地下水中运移模型、噪声扩散模型等等，且大都具有明显的空 间特性，但这些环境模型空间数据的操作尤其是在结果显示方面仍显困难。而空间分析和空 间数据管理正是GIS的优势。GIS可以为环境模型提供一整套基于GIS逻辑原理的空间操 作规范，用以反映具有空间分布特性的环境模型研究对象的移动、扩散、动态变化及相互作 用。GIS技术在直接解决复杂的环境问题，模拟复杂环境过程时又遇到一些难以解决的问题，如 随时间或空间变化过程的静态模拟，用简单的布尔代数逻辑运算去表达复杂的相互关系、三 维实体的二维表示和透视处理等而EIA通过20多年的发展，其中的环境模型已经相当成 熟，可以简洁明确地处理这些问题，从而使GIS免受复杂算法的困扰，使其充分发挥空间 数据管理分析、显示的能力6GIS在项目环境影响评价中的应用体现在以下几个方面:建立环境标准和环境法规数据库， 并使各种环境标准、环境法规与建设项目的性质、规模及所在的环境条件相匹配.从而在进 行具体项目EIA时可以根据该项目及其所处环境的实际情况，调用该项目EIA所必须遵守 的环境标准和环境法规；建立区域自然与社会经济信息数据库，其中自然环境信息包括地 形、地质、水文、土地利用、土壤、动植物区系等；社会经济信息包括行政区范围、人口数 量、卫生、教育、经济水平、产业结构、行业结构、基础设施、居住条件等；卖立区域环 境质量信息与污染源数据库，环境质量信息包括大气质量、水资源、土壤、生物资源、噪声、 放射性及其它有关信息；污染源信息包括工业、农业、生活、交通等污染源（数量、属性和 空间信息）及污染发生所涉及的地区范围。GIS能够方便地管理各种环境信息，并能够有效 地组织这类信息进行环境统计，为EIA提供基础资料。建立工程项目信息数据库；项目工 程信息包括建设项目的性质和规模、工艺流程、污染种类、排放源、排放方式与排放量、环 保治理技术等；不境监测，利用GIS技术对环境监测网络进行设计，环境监测收集的信息 又能通过GIS适时储存和显示，并对所选评价区域进行详细的场地监测和分析；环境质量 现状与影响评价，GIS能够集成与场地和建设项目有关的各种数据及用于环境评价的各种模 型，具有很强的综合分析、模拟和预测能力，适合作为环境质量现状分析和辅助决策工具。 GIS还能根据用户的要求，方便地输出各种分析和评价结果、报表和图形；环境风险评价， GIS能够提供快速反应决策能力，它可用于地震和洪水的地图表示、飓风和恶劣气候建模、 石油事故规划、有毒气体扩散建模等，对减灾、防灾工作具有重要意义。环境影响后评 价，GIS具有很强的数据管理、更新和跟踪能力，能协助检查和监督环境影响评价单位和工 程建设单位履行各自职责，并对环境影响报告书进行事后验证。另外，GIS在区域环境影响评价中也有应用。GIS能够有效地管理一个大的地理区域复杂的 污染源信息、环境质量信息及其它有关方面的信息，并能统计、分析区域环境影响诸因素（如 水质、大气、河流等）的变化情况及主要污染源和主要污染物的地理属性和特征等。GIS具 有叠置地理对象的功能，对同一区域不同时段的多个不同的环境影响因素及其特征（如环境 质量、人口、经济水平、产业结构、自然景观、地貌、山川、河流等）进行特征叠加，分析 区域环境质量演变与其它诸因素之间的相关关系。从而对区域的环境质量进行预测。此外， 可利用GIS将区域的污染源数据库和环境特征数据库（如地形、气象等）与各种环境预测模型 相关联，采用模型预测法对区域的环境质量进行预测。利用GIS不仅可显示原有数据的地 图，还可以建立分析结果的地图，例如在一张地图上。显示重点污染源的位置及其对环境的 影响。72. 4环境规划环境科学具有许多学科性，环境的规划管理，如流域的水污染控制，固体废弃物的处置 场址选择、自然保护区的规划等都需要处理大量的空间信息。为了正确、科学地进行环境规 划工作，必须有足够的、现时的环境状态与特征的信息资料，这些数据的处理和分析工作量 是很大的，用传统的人工作业工作量大且精确程度不高，在此基础上，将GIS引入环境规 划成为必然。GIS在环境规划方面具有很大的优越性，因为它可以把各种不同来源的数据按 类型进行分类，并放在不同的图层（Coverage）上，各层之间可以进行运算、变换、叠加、旋 转等。另外，在环境规划中可以利用GIS数据表达直观形象的特点，输出的结果图形化， 更便于为人们所接受。8城市环境规划是一项复杂的系统工程，涉及到对多源信息的采集、处理、分析及对不同 方案的比较、模拟、预测，要求不同方式的输出与显示方式.这些工作都可以在GIS的支 持下进行.1规划信息管理。城市环境规划信息涉及到产业布局、主要污染源分布、城市自然地理条件 等领域，涵盖大气、水、植被、固体废弃物、噪声等要素，信息源多样，数据格式和结构不 统一，进行统一的信息管理是规划工作的基础.GIS在信息管理方面具有突出的优越性，可 以将空间信息和属性信息进行综合管理，对不同要素、不同领域的信息分层管理，并在各信 息层之间建立有机的联系.因此，将有关的信息通过图形扫描输入、数据库移植、实地调查、 统计汇总等方式采集输入GIS数据库，按照信息之间的内在联系建立互联机制，利用GIS 数据库对规划信息进行综合管理，以提供规划使用.通过对已有资料的分析，可以为规划工 作提供指导和借鉴.2规划方案确定。规划方案的确定涉及到不同方案的模拟、评价与比较.GIS可以根据已有 信息、区域自然地理条件、方案设计等对模拟方案的运行情况，尤其是对重要污染源及其导 致