GIS在环境科学与工程中的应用

GIS在环境科学与工程中的应用

麦子恒

广东顺德环境科学研究院有限公司，广东省，佛山市， 528300

摘要：GIS又称地理信息系统，是一门较为综合性学科，由地理学与地图学以及遥感和计算机科学组成，广泛地运用于各个方面，是一种输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统。本文主要对GIS在环境科学中的应用进行了分析。

关键词：GIS；地理信息系统；环境科学

引言：随着人类发展水平提升，发展速度日益增长，环境污染也更加严重。人类环保意识也渐渐被唤醒。GIS在环境科学与工程中的应用主要有：环境规划、污染物扩散分析、给排水管网设计和管理、施工影响分析、环境监管等，对于环境的分析以及监控中起到了十分重要的作用，人类对其在环境规划中的运用也更加广泛。下面，笔者将针对GIS在环境科学与工程中的应用发表一些浅略的见解。

一、对于GIS的概述

（一）地理信息系统

GIS，又称为"地学信息系统"，是一种对于人类技术发展十分重要的学科。GIS是一种位于计算机中的软件工具，它可以对空间信息进行分析和处理。在计算机软件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述等操作，应用GIS技术把这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作集成在一起。信息来源：如果能将你所在市的降雨和你所在县上空的照片联系起来，就可以判断出哪块湿地在一年的某些时候会干涸。一个GIS系统就能够进行这样的分析，它能够将不同来源的信息以不同的形式应用。资料展现：GIS将现实世界客观对象（离散对象：例如公路，街道；连续的对象领域：例如天气，降水量等)用数字数据的形式展现出来。资料采集：数据采集，即向系统内输入数据。它占据了GIS从业者的大部分时间。有多种方法向GIS中输入数据，在其中它以数字格式存储。印在纸或聚酯薄膜地图上的现有数据可以被数字化或扫描来产生数字数据。

（二）GIS的用途

GIS将现实世界客观对象（离散对象：例如公路，街道；连续的对象领域：例如天气，降水量等)用数字数据的形式展现出来。GIS可以对地理国情常态化监测，土地调查及常态化监测。GIS在环境科学与工程中的应用主要有：环境规划、给排水管网设计和管理、污染物扩散分析、施工影响分析、环境监管等。

（三）GIS的特点

GIS具备独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形处理和表达、空间模拟和空间决策支持等，可产生常规方法难以获得的重要信息。另外，GIS地理信息是空间属性是描述属性的结合体。GIS地理信息的素图性,信息源性,无比例性等构成了地理信息系统的基本特性。

二、GIS在环境科学与工程中的应用

（一）大气污染可视化

GIS可以集成与环境和场地有关的数据，如地下水质、道路信息、大气环境质量、点源污染、面源污染和土壤状况等方面的数据，因此可适用于环境影响评价的分析和决策工具,其多用于监测大气污染状况,大气污染也一直都是大气环境质量的重点关注对象,而控制大气的污染就是要掌握和控制气态污染物在大气中的发散,通过数字数据利用数学物理模型模拟大气污染物的扩散是十分有效的,也能有效的监控,改善大气环境质量。 另外，GIS技术也广泛应用在生态环境与模拟，主要包括区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等内容。

（二）给排水管网设计和管理

随着人口数量的急剧增加以及城市面积的不断扩大,城市给排水管网的设计与管理更加复杂多变。而在当前部分城市给排水管网设计与管理的过程中，存在着管线分布不合理、给排水压力不均衡以及能耗较大等问题。GIS系统的出现可以有效解决此类问题。由于GIS系统可以建立二维矢量以及拓扑关系，因此可以对给水管网的走线以及管理提供操作工具，使各管道的给排水压力更加均衡，有效保障城市生产生活的正常运行，同时可以为城市排水管网的设计和管理提供强有力的工具。城市中的各工业区及生活小区污水排放、污染源空间和属性数据库，将水质模型与各种规划模型扩展到GIS分析模块后，可以建立使用的决策支持系统，以用来优化选择城市或区域的污水厂的数量及其位置分布。

（三）GIS对于施工的影响

随着科技水平的提高和建筑技术的发展,中国建筑技术已经进入了信息化时代，出现了测绘三新(新理论、新技术、新仪器),在现代工程建设快速、准确的需求下,传统的工程测量技术已不能精确有效的完成这些。现代测绘技术主要是由传统测绘向数字化测绘、信息化测绘的转换，借助计算机技术、信息科学、空间科学知识，以GIS技术为核心实现测量内外作业的一体化、数据处理的自动化、测绘内容的数字化、信息管理的可视化、信息发布的网络化、测绘数据服务的大众化。现代测绘技术的自动化、智能化降低了人工作业负担同时提升了测量精度，实现地理空间信息资源的融合，并为增值服务为社会提供多尺度、多方位、多形式的服务。GIS的操作对象是空间数据大地测量、工程测量、航空摄影测量等，遥感技术为GIS中的空间实体提供不同比例尺和精度的空间数据。在测量中应用GIS技术有利于大量数据的管理与维护，可以将地理数据以地图图形的方式显示出来，或生成电子地图，清晰直观地展现出地理空间的分布情況，明确地形特征，为各项社会应用提供数据支持。加强现代测绘人才的培养，对于测绘专业及工程建设类相关专业的学生，在讲授工程测量学的基础上概述地理信息系统的相关理论与技术，并将其应用于工程测量中,有助于学生准确、快捷地处理分析测量数据绘制电子地图，实现地理空间信息的可视化表达并获取各项应用的专题信息，进一步拓展工程测量的服务面。

4. 环境监管

GIS系统可广泛应用于环境监管方面，主要包括秸秆焚烧监测、自然保护区、自然保护地人类活动遥感监测以及生态保护红线划定与监管等环节。在应用于秸秆焚烧监测时，主要采取基于无人机遥感和卫星遥感相结合的秸秆焚烧监测，可以在重点时段持续逐日开展秸秆火点遥感监测工作，为引导农业生产，减少秸秆焚烧导致的大气环境污染发挥重要作用。而应用在自然保护区、自然保护地人类活动遥感监测时，主要完成两项任务，一是针对“绿盾”专项行动发现的问题进行监督和核查，建立问题台账，跟踪整改进展；二是主动开展全省自然保护区(地)人类活动遥感监测，及时发现违法违规活动，为环境执法提供依据。

最后，在生态保护红线划定与监管方面，利用GIS技术进行红线系统划定，遥感评估敏感区是生态保护红线划定的重要依据；监管过程中，卫星遥感技术识别的违法活动和风险源形成电子化、可视化原始档案,为管理和执法提供支撑。

4. 环境执法监管与应急预警

在环境执法监管以及应急预警方面，GIS系统也可发挥重要的作用。主要包括：①无人机热成像环境违法监管。采用航拍及夜间红外技术进行空中巡查,为发现污染治理设施不正常运行、夜间治污设施停运、排放超标等问题提供有力线索,严厉打击违法排污企业。②重污染天气过程监控，通过卫星遥感技术结合地面监测站点，形成空中和地面相结合的立体空气质量监控及传输监测网络，对区域污染的传输进行大尺度的监测与预报，为区域大气污染联防联控提供科学依据。③饮用水水源地监控预警，卫星遥感技术在推动消除饮用水环境安全隐患方面取得了积极进展,通过“卫星遥感+执法APP”推动水源地应急预警进入精准化智能化时代。

总结：环境是人类生存和发展的基本前提，环境为我们人类的生存和发展提供了必需的资源和条件。随着社会经济的发展,保护环境,减轻污染,遏制环境恶化趋势，成为全球人类的重要任务。而通过对GIS技术在环境保护中的运用,可以有效地帮助人类对环境的规划、监控与改善。

参考文献：

[1.]GIS在环境工程中的应用 冯文博，李继军，戴塔根(L湖南农业大学资源环境学院，湖南长沙410128; 2中南大学资源环境与建筑工程学院， 湖南长沙410083)

[2.]GIS在农业病虫害预警研究中的应用 洪波，张锋，李英梅,陈志杰，张淑莲,王琦(陕西省动物研究所,陕西西安710032)

[3.]GIS技术对工程测量的影响分析 李艳，李政，曹志刚，张维凯(河北科技师范学院a城市建设学院;b体育系河北秦皇岛066004)