GIS在环境科学研究中的应用与展望

欧宇

摘 要：GIS技术可以有效地从多种信息学角度，对相应的空间体进行全方面的描述，并且结合有关计算机软件的知识，可以有效地对地球表面的各项地理数据进行分析和判断。GIS技术自身具有综合性、复杂性的特点，可以深层次地挖掘环境科学的有关内容，将GIS技术的自身价值在环境科学研究中充分地展现出来。主要以GIS技术在环境科学研究中的主要应用为主题，针对有关内容进行论述。

关键词：地理信息系统;环境科学;展望;应用

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）技术是一项新型的技术，可以将地理学、遥感学以及相应的计算机技术充分结合起来。最早在1967年就将地理信息系统研发出来，主要是储存、分析一些土地统计局所收集的相应数据。随着我国国际地位的不断提升，现代人对于生态环境保护的重视度也越来越高。如何应对现在越来越复杂的环境问题，是有关人员需要着重探讨的内容，也是现在环境科学着重研究的方向。传统的研究环境科学的技术和方法具有一定的落后性，不能很好地适应现代社会的发展。GIS技术在环境科学中的充分应用，可以更好地加强研究的效果[1]。

1 分析GIS技术的功能和特点

GIS技术与其他技术相比具有很大優势，对于一般的信息管理技术而言，具有以下特点和功能。

1.1  输出界面更加生动直观

在有关系统中，相应人员可以利用电子地图进行沟通和交流，而且操作人员可以依靠有关人员的认知和逻辑，更好地完成对数据的各项操作，在输出界面上也会显得更加生动直观，帮助有关人员更好地理解。

1.2  地理空间数据系统更加完善

与通常的信息管理技术系统相比，地理空间数据系统会更加完善，在数据的收集方面也会更加全面，大多数据都是来自实际案例，并且通过对期权方面的处理和研究，可以更好地得到相应数据分析的结果。将其导入相应的系统中，可以有序协调各项组织，并对这些数据进行高效的展示。除此之外，在GIS中，由于其数据参考的是同一空间坐标，在不同领域中可以对相应的数据和结果进行共享，方便了各个部门对GIS技术所分析的数据内容进行共享，使得数据的通用性大大提升。各部门负责人可以结合数据的结果来制定相关的战略发展计划，更好地增加整体经营收入[2]。

1.3  整体的空间分析能力会更加准确

空间分析能力一直是现代人比较重视的内容，有关数据可以对相应的空间对象进行全方面的描述，同时也是空间对象的直接属性。GIS技术可以根据地理对象的现象数据对其进行相应的分析，可以更好地展示相关的空间问题。有关人员可以围绕这些空间问题采取解决措施，使得空间问题的处理变得更加高效。除此之外，GIS技术在应用过程中体现出来的易更新、定量、快速等多种特点，也是传统的常规评价技术无法达到的水平。

1.4  整体的工作范围会更加广泛

当一些有害气体对周围环境造成一定污染时，需运用GIS技术，并对当地的气候有着深刻的认识，特别是一些风向的问题。传统的系统只能在一些风向上建立模型，导致在对其进行评价的过程中存在不全面性。但是GIS技术的运用可以对污染物进行全方面的分析，并且通过精准的分析之后，可以建立相应的扩散模型，帮助有关人员处理相应的问题。

2 GIS技术在环境科学领域的具体应用

根据上述内容了解到，GIS技术展现出来的特征和优势，是传统的环境科学研究技术无法达到的水平。有关人员要充分利用GIS技术的优势并制定发展战略，更好地保障该技术在环境科学研究中的价值，以下将针对GIS技术在环境科学领域的具体应用进行分析[3]。

2.1  在环境管理信息系统方面的应用

20世纪60年代中后期以来，一些发达国家就对GIS进行了充分的研究，像一些工业比较发达的国家，在相应的环境监测评价等各个领域都会建立信息管理系统。美国最早确定的AIRS系统和STORET系统，就是对GIS技术的充分应用。我国在该技术方面的研究比较晚，在20世纪80年代才对资源与环境管理信息系统进行研究，并且通过大量的研究和分析之后，初步确定了环境管理信息系统，像我国的水质管理信息系统、国家环境统计信息系统和国家污染控制管理信息系统等，都是充分应用了有关技术。“七五”之后，我国在GIS技术方面的研究越来越深入，并且也建立起更加专业的研究团队，同时，也不断完善了地方和全国性的空间型信息系统。与此同时，还开发了黄土高原信息系统以及相应的洪水灾害预防地理信息系统。我国逐渐在各个大中型城市建立城市信息系统，尤其是在环境保护方面，江苏省作为第一个省级环境管理信息系统的试点，在此之后推广到各个城市。我国在环境空间信息和共享方面的开发，可以更好地满足现代环境空间数据共享的需求，也为相应的环境保护领域提供了相关技术支持。

2.2  在环境规划和决策专家系统方面的应用

20世纪90年代以后，我国在GIS技术方面的研究获得了飞速发展，开始向一些商品化生产阶段转变。很多GIS技术被运用于自然生态环境研究，对于城市定量考核方面，也建立了专项的城市环境保护系统。比如美国将其运用于环境数据的管理方面，并建立了更加完善的专业系统，制定了相关法律法规，在投资成本风险上作出了全方面的规定。比如美国将GIS技术充分应用于区域开发、城市管网设计、废水处理厂、大气污染等多个行业，发挥了GIS技术的价值和作用。

除此之外，GIS技术也可以在模型驱动方面开展相应的知识工作，是现代环境科学研究方面的重要话题。GIS技术和环境模型本来是不同的研究对象，但两者之间的充分融合可以有效解决现代环境行业中面临的各项问题。环境模型的完善工作，可以及时解决相应的环境问题，提高其整体算法的准确度;同时，还有很多空间特性，比如一些三维和二维的水质模型、地下水中运移模型，这些模型的应用可以更好地帮助有关人员加深对环境问题的认识，而且利用这些模型，可以对环境模型研制的对象产生全方面的认识，加深对动态变化的了解。

2.3  在环境评价和预测方面的具体应用

通过以上内容的分析，可以知道GIS技术本身具有较强的空间分析能力，可以对相应的空间数据、属性数据等进行多方面的分析，还可以利用RS对整个行业的数据进行及时更新。有关人员可以根据环境质量资料、污染源流域边界等各项数据建立相关模型，对环境规划和决策工作起到一定辅助性作用，比如美国地质勘察局会利用水文数据库，对国家地表水资源产生充分的认识。除此之外，环境有关人员可以通过将传递模型和数据库充分连接起来，有效侦查水资源中的营养物质和污染物的含量比。近年来，人们不断深入研究GIS技术，地下水的杀虫剂模型、污染物迁移模型、渗透带模型都成为现代有关人员研究的重点。有关人员在早期对相应的假设稳定条件进行了回归分析，并且结合指数模型，更好地描绘了地下水的脆弱性，了解了渗透带盐分布的具体区域，有效对地下水污染风险进行了监测，更好地帮助了有关人员认识到地下水存在的问题。

我国相关研究人员可以通过实测数据以及相应的拟合方法，全方位地认识浓度分布图，充分了解污染物整体的空间分布情况，并对污染物的超标情况产生深刻的了解。通过对这些内容的认识，可以更好地反映全区的环境质量，比如上海环保局利用环境地理信息系统对其进行环境质量的监测，除此之外，该系统还具备查询、双向检索等功能，更好地保障了生态环境。环境评价作为环境科学研究的重要领域，通过建立环境评价模型，可以更好地帮助有关人员深刻认识环境科学。传统的环境评价主要是对数据进行相应的模型分析，并向大众展示数据表或者分析图。对于普通人员来说，理解起来有一定的难度，而且整个数据图也具备一定的抽象性。但是，GIS技术在环境评价中的充分应用可以使评价结果变得更加生动，帮助有关人员对其产生深刻的认识[4]。

2.4  在环境监测方面的应用

有关人员可以利用GIS技术对地下水进行相应的监测，并且对研究区域进行相应检测报告的分析，更好地帮助其对地表和地下废物设施开展管理工作，帮助有关人员尽快发现地下水存在的污染源，并且根据河流上方的监测数据，对地质以及排放到河流中的工业污水进行合理评价。除此之外，也可以运用GPS技术对污染源进行动态化监控，实现对整体污染总量的全方位跟踪。

3 对GIS在环境科学研究中的展望进行分析

隨着我国经济不断发展，对水文资源的发展提出了更高的要求。GIS技术的多维发展可以更好地满足现代社会对水文资源的实际要求，帮助GIS技术从二维走向了三维。GIS技术虽然在决策表达和地理空间分析方面存在一定的不足，但是其与水文资源模型的充分结合，可以有效地反映相应问题，摆脱传统技术的局限性，对数据进行高效的分析。同时，也可以针对土地管理开展深层次的审计工作，使有关人员对各项工作进行深层次的管理和跟踪。

我国GIS技术在环境科学方面的研究并不深入，在一些应用方面也没有过多的认识。但是不可否认的是，GIS技术最终的应用效果较好。随着GIS技术不断成熟，相关地理环境技术也会得到广泛应用，为我国环境科学领域提供更加高效的技术支持。

4 结语

在传统GIS技术的研究过程中，各个部门都是独立开发和研究的，缺乏标准化的技术要求，而且在信息交流和表达方面，也存在很大的阻碍。随着现代信息系统的不断完善，GIS技术在各个领域的优势越来越明显，且在环境科学方面的研究作用也越来越大，因此，有关人员要加强这方面的研究工作。

[参考文献]

[1]李旭祥.地理信息系统在环境科学中的应用[M].北京：清华大学出版社，2008.

[2]李莉，张维志，陈文英.GIS技术及其在环境保护中的应用[J].环境科学动态，2003（1）：11-13.

[3]李海强，郭成久，李勇.基于GIS的水土保持措施下坡耕地土壤养分变异特征[J].水土保持研究，2017（2）：43-48.

[4]齐林.GIS在城市交通规划中的应用剖析[J].智能城市，2016（7）：272.