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GIS在环境质量管理中的应用研究

现代农业科技 2012 年第 2 期

资源与环境科学

GIS 在环境质量管理中的应用研究

徐萍
(上海市青浦区环境监测站,上海 201799)

摘要 在我国环境质量管理系统中利用高效辅助决策系统 GIS,能够满足我国质量管理系统的设计需求,进而能够提高开发进程的整 体质量水准。研究 GIS 在环境质量管理中的应用,以期不断完善 GIS 的多元化功能,提高环境质量管理水*。
关键词 GIS;地理信息系统;环境质量管理;应用 中图分类号 X32 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2012)02-0303-03

GIS 是 地 理 信 息 系 统 (Geographic Information System)的 简称,是*些年我国环境质量管理领域及地理学工作建设 中研究的新技术。简单来说,它是一个信息决策辅助系统, 主要以自身强大的数据库存储空间作为基础,对空间内的 各类信息数据进行相关整合操作,如信息数据会经历采集、 整 合 、操 作 处 理 、分 析 等 过 程 ,最 终 呈 现 给 使 用 者[1]。也 就 是 说,在当前全球环境问题日益突出之际,如果利用好地理信 息辅助决策系统,并不断健全系统设计内容,完善其强大功 能,势必会辅助相关科研人员准确分析诸多与地理环境相 关的疑难问题。 1 GIS 在环境质量管理中的价值
环境质量管理相关的科学项目研究具备非常明显的空 间结构特性,并且对影响环境质量因素的信息渴求程度非 常高,需要分析并处理大量的空间信息与影响因素,此项技 术也就应运而生并且成为必然。尤其是*些年,随着全球环 境质量问题的日益突出,GIS 已经愈发受到各界科研人士的 极力关注与支持,被应用到质量管理环境领域中,给其开展 的相关工作带来极为显著的成效。而这种成果的优越特性 或重要价值主体体现在以下几个方面。 1.1 不可取代的特性
GIS 所具备的特性是任何科研项目软件所无法取代的, 这主要是因为其具备独特的空间属性与数据属性,并且能 够将这些功能特性的数据加以分级处理,利于分析与评价, 即这些属性的体现就是其价值所在[2]。简单说,GIS 能够将信 息数据库内的空间数据进行汇总、分级、分类,同时分级与 分类规划的数据利用到不同空间结构中,使数据最终的结 果所呈现的是点、线、面、注记的结合体,即数据形态的可视 化体现由此形成,大大提高了相关环境质量科研项目的工 作成效。 1.2 卫星动态监测
GIS 结合卫星动态监测系统的基本理论 ,并将这种基本 理论应用到现实中,实现全球宏观共享地理数据资源这一 目的。由此能使研究分析人员共同参与进来,便于研究分析 相关问题的疑难点所在,摒弃传统意义上的数据分析处理 的长时间传递过程。 1.3 实用价值强大
在环境质量管理领域中应用 GIS 所具备的功能价值体 现 非 常 强 大 。GIS 能 够 自 动 化 完 成 相 关 技 术 参 数 的 分 析 过 程,使评价因子的分析、计算、评估成果得以输出,利于动态
收稿日期 2011-12-08

管理与动态监控,同时其系统具备的更新功能也能很好 地 将 信 息 数 据 资 源进 一 步 完 善 ,使 其 实 用 价 值得 到 充 分 地 发 挥 [3]。 1.4 支持环境监测趋势分析和污染模拟
利用 GIS 对 历 史 监 测 数 据 进 行 分 析 ,可 实 现 对 未 来 环 境状况较为准确地预测和预报;在无损的条件下,可利用 GIS 技术进行环境污染模拟 ,用以研究环境污染 的发 生 、发 展规律,检验治理系统方案是否合理,为治理决策提供依 据 [4]。使 环 境 质 量 的 管 理 方 式 及 手 段 进 一 步 提 高 ,适 应 信 息 化和社会发展的需要。 2 GIS 在环境质量管理领域中的具体应用
环境质量管理科研工作进程中,环境污染问题一直是 重 点 内 容 。而 利 用 GIS 能 够使 不 同 区 域 内 的 质 量 环 境 污 染 容量物的具体指标得以呈现,从而能够直观分析所在区域 内各个城市的环境质量状况。这时就可结合分析评价而来 的结果采取对症的举措。 2.1 GIS 应用 2.1.1 大气监测与污染控制。不同地理环境及气象条件下, 每种污染源的污染体现程度也不尽相同,即具体的污染源 所排放的污染浓度会有所不同,尤其是在大气环境下。这种 特性也就决定大气污染源的监测与具体对污染源所采取的 控 制 举 措 ,应 当 结 合 GIS 的空 间 分 布 与 空 间 属 性 分 析 特 性 才能具体、直观地显现出来。例如,大气监测或者抑制污染 源扩大,传统的做法可能只会结合地图或者相关试验得来 的数据指标与指标权数进行客观分析,但是这种模糊误差 却难以避免,而 GIS 通过空间、数字、数据、结构属性的充分 体现,能够还原污染源所处环境的具体指标权数,更具科学 性与实用性。 2.1.2 环境 地 理 信 息 系 统 。地 理 信 息 决 策 辅 助 系 统 是 一 个 空间结构信息系统,具备控制监管、数据输入与数据输出、 空间分析、模拟参数等多重功能。尤其是其具有的空间分 析功能,能够将数据库内的信息资源加以调用,从而实现 辅助模块下的参数模拟功能。为了对环境污染状况进行动 态监测以及对重大灾害事件快速作出反应,建立环境管理 地理信息系统是十分必要的。目前,北京、上海、南京等城 市 已 经 建 立 该 系 统 ,并 且 应 用 在 环 境 管 理 中[5]。甘 肃 省 也 将 在*期开展的国土资源遥感调查中建立重点城市环境信 息系统。 2.1.3 各模 块 支 持 下 的 决 策 支 持 系 统 。地 理 信 息 决 策 辅 助 系统的应运而生,不仅能够为各级地方环境保护局以及环
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保单位部门等提供重要决策信息,同时还可以将确立的决 策信息及时与过去做出对比,即在利于现状决策的基础上 实现过去回顾与未来预测 。另外,GIS 的最 终 用 户 就 是 各 级 地方环保局与相关行政单位机关等,这样也就使这些单位 在决策系统支持下能够及时掌握阶段性工作任务重点。另 外,GIS 提供的数据管理、指令功能、图形界面和应用开发工 具的价值体现,能够实现多重模块功能,如空间数据库的信 息调用、内部属性库和外部公共数据库的管理、连接的操 作、模型的管理和计算、用户选择、情景分析、事件处理和决 策 输 出 等 功 能 [6]。 2.2 GIS 环境质量监测数据管理分析 2.2.1 污染源监测分析。评价污染源对环境影响程度如何, 除了必须考虑的污染源样本浓度及排放数据指标之外,还 必须考虑污染源所在地理位置的空间背景信息、气象条件、 地形地貌、周围化工建筑物等多个因素。而应用 GIS 就能很 好地结合污染源的空间背景信息做出细致分析。这种分析 是基于定量分析与空间分析相结合的一种计算方式,从而 能够将数据实现空间分布,将数行完美结合,即支持数字运 算与空间背景分析同时进行,优于传统意义上的地图分析 及采集样本进行定量分析。 2.2.2 应急监测。其一般蕴含特定监测目的 ,具体监测目标 内容包括污染事故监测、仲裁检测、考核验证监测以及咨询 服务监测。一般而言,污染事故监测主要是利用 GIS 数据库 对数据进行调用,最终确定污染物种类、危害程度、扩散渠 道以及波及范畴等,从而能够控制污染源污染程度扩张;仲 裁检测主要针对污染事故纠纷、环境法执行过程中所产生 的矛盾进行监测;考核验证监测包括人员考核、方法验证和 新建项目的环境考核评价及污染治理项目竣工时的验收监 测;咨询服务监测主要为政府机关、科研组织单位、生产工 业 单 位 等 组 织 机 构 提 供 服 务 性 监 测 [1]。
为了保证实施污染事故的应急实施有实质性成效,需 利用 GIS 系统的相关技术性数据并结合方法对其进行全面 性的分析。首先,要确定事故发生的位置 ;其次,利用 GIS 空 间结构形态的数据模拟环境模型,确立具体事故发生的 区 域 范 畴 。 例 如 ,可 凭 借 GIS 模 拟 的 可 视 化 环 境 模 型 对 区 域范畴内的敏感单位、需救援单位、路径安排作出分析,从 而能够为援救单位提供可行性的决策依据,以减轻污染事 故造成的危害(图 1)。
污染事故应急分析





叠 加 分 析

集 合 分 析 与

缓 冲 区 分 析

网 络 分 析





空间分析

可 视

污染扩散模拟



污染影响分析









分析报告

图 1 污染事故应急分析 304

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3 环境质量管理中 GIS 的总体设计 3.1 系统数据库管理
对于 GIS 而 言 ,一 般 其 自 身 的 数 据 资 源 与 信 息 内 容 主 要包含其所对应组织区域内的各项环境质量监测指标。这 类指标既有图形文档,又有录入的监测纪要等,即数据资源 来源渠道很多,基本存储信息量非常庞大。因此,为了建立 一个性能优良的数据库,必须设计好各类数据配套的数据 模 型 ,以 此 才 能 使 这 些空 间 数 据 与 属 性 数 据 得以 充 分 调 用 , 在存储、人工录入、查询、定期维护等阶段,能够更为准确并 且有针对性地调取信息。 3.2 数据调用
GIS 空间数据基数庞大。为了更加方便地找到环境监测 工作所需的监测点以及准确的污染源所在明细范畴,需要 充分体现系统的定位功能。因此,可以在地图上选择监测 点,显示该监测点位的基本信息,还可以反向确定该监测点 的位置。图形操作包括对图形进行显示、缩放浏览和直接修 正 数 据 等 功 能 ,并 能 完 成 地 图 的 输 出 等 [1]。 3.3 空间分析
对各个环境监测点的监测范围作缓冲区分析、叠加分 析、插值分析等;对采集到的污染数据进行动态分析,如相 关分析、回归分析等;利用专题地图功能,将分析的结果以 图形方式显示。 4 环境质量领域中引入 GIS 所实行的技术手段
GIS 系统的设计开发 过 程 所 需要 的 技 术 手 段 主 要 是 指 技术开发工具。也就是说,GIS 系统开发 时 需 要 编 程 语 言开 工工具,如 Visual Stadio 2010c# 语言 开 发 工具 ,同 时 也 需 要 数据库存储工具 SDB,如 SuperMap Deskpro6 。 [1,4] 4.1 确立各功能模块
根据总体设计需求及相关要求,将系统内的各功能模 块定位,即设计出功能结构框架。另外,GIS 需求一定的组件 技术与数据库技术,以支撑其整个系统的运作。而正基于 此,在环境质量管理领域中开发功能模块时,必须立足于地 理空间数据与其关联的环境影响参数。因此,只要基本开发 思路能够把握这一点,相关技术开发人员就能建立一个满 足存储、数据处理、便于查询、统计分析、模拟评价的可视化 决策辅助系统。 4.2 收集相关信息资源
这类信息资源要充分考虑环境板块,如可结合现有的 GIS 系统条件进行数字化升级 ;在体系中 逐 步 完 善 水系 、交 通建设、乡镇居住点、旅游区等的相关信息,并将信息最后 呈现出空间形态,即完善空间数据;将各环境监测点的位 置、级别、监测项目等地理信息矢量化,在地图上显示。 4.3 设置好系统功能使用界面
该项设置的目的主要在于能够让 GIS 使用者更好地使 用其各个模块功能。因此,在设计系统版面功能时,应当考虑 各类信息资源的结构安排是否合理,是否能够将各项功能模 块有组织性地集结在一起,以利于使用者之间交流沟通。 5 结语
总之,GIS 在我国环境质量管理工作领域中已经充分运 用,势必有其重要的价值与优势。但是在实际运用及开发过

徐 萍:GIS 在环境质量管理中的应用研究

程中,还存在一些不足之处,这就需要相关技术开发人员及
GIS 使用人员等要能够夯实理论体系知识,使之逐步应用到
实 践 中 ,以 此才 能 使 GIS 的 模 块 功 能 与 空 间 数 据 的 信 息 价 值得以充分体现 。 [8-11]
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(上接第 302 页)

表 2 1954—2004 年台山市晚稻产量

年份 1954 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979

面积∥万 hm2 6.12 6.11 6.12 5.94 4.89 5.27 5.41 5.90 5.84 5.98 5.77 5.55 5.37 5.36 5.36 5.39 5.51 5.65 5.58 5.60 5.59 5.56 5.49 5.42 5.48 5.37

产 量 ∥kg/hm2 1 980.00 2 040.00 2 025.00 2 085.00 2 370.00 2 580.00 2 400.00 2 445.00 2 505.00 2 565.00 2 100.00 2 160.00 2 895.00 2 595.00 2 955.00 3 060.00 2 250.00 3 090.00 2 610.00 2 565.00 2 385.00 2 250.00 2 160.00 3 315.00 2 115.00 2 985.00

注:晚稻产量数据由台山市农业局提供。

总产∥万 t 12.12 12.46 12.39 12.38 11.59 13.60 12.98 14.43 14.63 15.34 12.12 11.99 15.55 13.91 15.86 16.49 12.40 17.46 14.56 14.36 13.33 12.51 11.86 17.99 11.59 16.03

年份 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 *均

面积∥万 hm2 5.29 5.10 4.99 4.97 4.82 4.45 4.53 4.58 4.58 4.59 4.59 4.57 4.45 4.55 4.12 4.12 4.14 4.14 4.13 4.09 2.71 2.56 2.27 2.28 2.32 4.87

产 量 ∥kg/hm2 3 585.00 2 265.00 3 735.00 3 480.00 4 140.00 2 970.00 3 855.00 4 335.00 3 930.00 4 515.00 4 830.00 5 025.00 5 130.00 2 985.00 4 830.00 4 830.00 5 085.00 5 280.00 5 415.00 5 475.00 5 535.00 4 635.00 4 755.00 4 605.00 4 575.00 3 417.30

总产∥万 t 18.96 11.55 18.63 17.30 19.95 13.22 17.46 19.85 18.00 20.72 22.17 22.96 22.83 13.58 19.90 19.90 21.05 21.86 22.36 22.39 14.99 11.87 10.79 10.50 10.61 16.54

1970、1976、1981、1985、1997、1999、2000、2002 年),其 中 有 6 年 晚 稻 产 量 偏 低 , 占 60.0% 。 无 寒 露 风 20 年 (1961、1962、 1964、1966、1969、1977、1980、1982、1983、1986、1987、1988、 1990、1991、1995、1996、1998、2001、2003、2004 年 ), 其 中 仅 有 5 年晚稻产量偏低,占 25.0%;其余 15 年晚稻产量偏低属 正 常或 偏 高 ,占 75%。也 就 是 说 ,在 出现 寒 露 风 的 31 年 里 , 有 23 年晚稻产量偏低 ,占 74.2%;没 有 出 现 寒露 风 的 20 年 里,有 15 年晚稻产量属正常或偏高,占 75.0%。。
由此可见,寒露风的出现对当年晚稻的产量具有比较 明显的影响:在不考虑其他因素影响的前提下,如果当年出 现寒 露 风 ,则 晚 稻 产 量 偏 低的 几 率 很 大 ,约 为 70%;如 果 没 有寒露风出现,则晚稻产量偏低的几率不大,一般低于 30% 。 另 外 , 寒 露 风 发 生 的 轻 重 程 度 对 晚 稻 产 量 的 影 响 也 不 尽相同:重度和中度寒露风对晚稻产量的影响很大(产量偏 低 几 率 高达 70%~80%),轻 度 寒 露 风 对 晚 稻 产 量 的 影 响 则 相对小些(产量偏低几率达 60%)。 3 建议
由于 台 山 市 历 史 上 * 70%的 寒 露 风 出 现 在 10 月 中 下

旬 (晚 稻 常 规 抽 穗 扬 花 期 ),而 寒 露 风 的 出 现 对 当 年 晚 稻 的
产量具有比较明显的影响,因而建议将晚稻适宜插播期提
前 15 d,使晚稻抽穗扬花期能相应提前 15 d(9 月下旬至 10 月 上 旬 ),以 避 开 寒 露 风 的 影 响 [4-8]。
4 参考文献
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