以环境监测为例吧：
城市环境的演变是一个动态的过程,城市环境动态监测的实现,有赖于信息的适时更新和对信息的空间分析与综合处理。地理信息系统具有强大的空间分析和数据处理功能,充分利用GIS的功能模块结合选定的环境监测模型可以对多源环境信息进行处理,从中发现环境演变的动态规律,通过不同时段环境信息的对比和综合分析,辅助决策。其关键在于建立科学的监测模型,对信息进行有效的综合处理,从而实现对环境的综合动态监测。包括大气污染的监测,水体污染监测、生态环境监测,环境灾害监测等。GIS强大的专题制图功能可将环境的变化情况、规律通过直观的图件资料予以显示。
(1)大气环境的动态监测与分析。大气环境是环境问题的一个重要因素,尤其是人口密集、工业企业集中的城市大气环境问题显得尤为突出。目前很多国家和地区都在为改善和恢复大气环境做着积极的努力。在进行这项工作时,首先要了解大气环境的特点。第一,它的空间尺度大,人类赖以生存的大气圈有上百公里的厚度;第二,空气在自然环境中有着最好的流动性,地面是其不可逾越的固体边界。因此大气环境的动态监测与分析工作最适合用GIS技术进行研究。应用GIS建立城市大气污染的管理系统时,将基础数据进行如下分类:属性数据,如污染物排放量、人口状况、工业结构等;地理(空间)数据,如污染源的分布、城市现状平面图等。把数据库分为基本型和导出型,应该既更新基本型数据库,又更新导出型数据库。利用GIS的空间图形图像的显示、分析功能,可以获得各污染物浓度分布图,了解各污染物的空间分布及超标情况。致力于大气环境问题的科研人员已经在这些方面取得了长足的进展,国内外都有成功的实例。比如,欧洲的RAINS模式[2]就是一个跨国界的SO2排放量计算机管理系统,我国“七五”环保项目中“国家大气环境信息系统”[6]。大家熟知的大气层的臭氧层“黑洞”就是通过GIS和遥感技术发现的。
(2)水资源环境监测。随着工业的发展,水资源也受到了不同程度的污染。此外人口的急剧增长及城市的发展,许多城市出现了用水紧张的局面。因此,加强对水资源的监测和管理迫在眉睫。水资源环境的一个特点是空间信息量大,而对空间信息的管理与分析正是GIS的优势,这样GIS便成了一个强有力的水资源管理工具,使水资源的管理工作由传统模式进入了现代化的动态管理模式。
GIS应用于水资源数据的监测管理,主要是对水质数据、供水部门数据及遥感数据进行管理与分析等。GIS与计算机水域模型(watershedmodel)的结合已成为动态评估城市水资源环境的强有力工具。如Adamus和Bergman采用GIS与筛选函数分析水域内无点污染源的荷载分布,Richard和Host应用GIS与相关函数分析河流生物与上游土地应用及河流形状的关系[6],中国环境科学院郑丙辉等应用GIS定量分析昆明市松华坝水库的流域面源污染[7]。用GIS管理水资源数据,使得数据资源共享具有很大潜力,增强了数据管理与分析的可视性,将数据管理的水平又提高到一个新的高度。Hudak等人在利用GIS技术对地下水监测网络进行的设计中,对所选研究区域进行详细的场地监测和分析,从而有利于管理地表和地下废物设施,及时发现潜在污染源,加强对水源井的保护,还能为填理场选址提供决策支持[3]。上海市环境管理部门于20世纪80年代末开始GIS的应用研究,并建立了黄浦江流域水环境地理信息系统,系统具有动态监测显示、水污染过程模拟及取水口水环境管理功能,并可对水质作出快速预测分析和预报(郑丙辉,刘宁。GIS支持下的流域面源污染研究。中国地理信息系统协会首届年会论文集,1995)。
(3)生态环境宏观监测。我国改革开放以来,经济高速增长,然而资源的过度开发利用,对生态环境造成了严重的破坏。为了实现我国经济可持续发展战略,必须了解生态环境现状,解决主要生态环境问题,以保障有关决策部门在资源开发利用和保护生态环境方面做出合理的、科学的宏观决策。由于生态环境信息具有容量大、层次多、内容广、关系复杂、空间分布和动态变化的特点,以往所做的大都是一些常规的、单项的生态环境和资源调查,而且监测结果的技术质量较低[8]。
第2卷第2期冯文博等GIS在环境工程中的应用17在GIS技术正逐渐走向成熟的今天,利用GIS软件支持,可以更精确、更直观地对空间数据进行划分,把生态环境的属性信息和空间信息按空间分布特点,输入计算机,来建立地理信息系统及生态监测数据库,以便有效地存储和管理数据,快速、准确地进行信息的查询、检索、更新,促使数据的全面综合处理和迭加分析,对生态环境的发展态势做出科学预测[9,10]。GIS的强大制图功能,可以使用户轻松获得定位准确、内容详的实专题图。生态环境信息系统的建立,不仅为将来的工作提供重要的本底数据,还可与其他部门的有关信息系统以及国际相关系统联网,形成统一的生态环境信息网络。内蒙古环境监测中心站利用遥感和环境信息技术对内蒙古伊盟地区进行首次生态环境调查,并取得了可喜调查成果,为建立自治区生态环境动态监测信息系统奠定了基础[11]。
(4)环境灾害监测与评估。灾害的发生大都是突发性的,其结果是对环境造成重大污染,经济上造成巨大损失,对居民的身体健康及生命安全造成巨大威胁,其危害制约着生态平衡及经济、社会的发展。一旦灾害发生,必须及时准确的制定出应急对策,在有限的资源条件下,最大限度的降低灾害损失。由于GIS具有交互定位和逻辑查询以及广泛的关系数据库连接能力,所以非常适合用于环境灾害监测与评估。对于特大火灾,消防部门可以使用GIS完成火灾事件分析、绘制火灾现场图、显示消火栓分布图、道路状况和资源分布,从而进行紧急调度和路径优化。灾后可很快进行环境质量追踪调查、评估,根据新的环保监测数据,迅速得出一定范围内大气污染的等值线图,以及对居民、生态的影响。GIS可以提供有关洪涝灾害的历史、自然环境和社会经济现状的背景数据;可以对洪涝灾害的可能性、空间分布、危险程度等进行综合的分析、评价、模拟分析和趋势预测研究;可以辅助防灾、减灾决策分析,提供灾害快速评估与计算机辅助决策。中国测绘科学院李紫薇等建立的一套基于“4D”的洪涝灾害遥感监测评估与保险核损技术系统也已经在岳阳地区投入了运行。水利部陈曦川等应用GIS网络分析技术,模拟分析出北京地区小清河滞洪区疏散居民最佳撤退路径,减少了居民伤亡和财产损失,为防洪减灾中提供最有效的决策依据。
地理信息系统可不断更新、储存新的信息,维持数据库的有效性和现势性。若将GIS与RS(遥感技术)相结合,可以实现实时动态监测模拟。在灾害发展过程和灾害消除后,灾害发生的规模、速度,灾害制止后是否有回迹现象等都可用遥感进行监测。尤其是对交通不便、人迹稀少的地方更为方便(李紫薇,毛可标,龚循平,等:《基于“4D”的理大洪涝灾害保险核损技术系统的建立》,第十届全国遥感技术学术交流会论文集,1997)。
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