gis环境科学；应用研究
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环境科学主要是对大气、土壤、生物、水的研究，诠释人们在自然环境中对自然环境的影响与自然万物生存规律。GIS技术和环境科学在研究目标与方法上具有一定相通性。现阶段，将GIS技术应用在环境科学中能够更好的挖掘潜力，为环境的检测、评估、规划、管理等方面创造更广阔发展空间。
GIS技术环境监测
1、大气环境监测
现如今，城市化进程的加快，人口逐渐增加、交通加压较大，工业生产成为社会经济发展的支柱型产业。但工业生产中排放大量化学物质和汽车尾气，造成城市空气环境受到冲击而逐渐降低质量。对此，净化空气、提高空气质量成为现阶段城市发展的当务之急。大气环境有一定的空间性特点，空气流动较快，地面是自然环境中空气不可穿越的固体界限。GIS技术的出现，能够有效进行信息环境监测，通过地理信息系统与数据库管理搜集、整合存在的污染物质、规模、工厂位置信息等，构建完整的地理信息数据库。随后，利用GIS技术空间研究与数据显示系统得出污染物质在大气中的分布形式。最后，获得污染空间与标准状况。现阶段，GIS技术已经在一些项目监测中得到了推广与应用，效果显著。
2、GIS技术水资源环境监测
水资源是我们生活的重要组成部分，是维持生命的主要物质具有重要作用。但是现阶段水资源紧缺并且水污染问题严重，使得大量水源不可作为生活用水。现阶段，GIS技术应用在水资源监测中也较为常见。GIS技术中的空间信息与分析系统能够对水资源环境空间信息进行深入研究分析，达到科学有效的组织与监测，便于管理人员进行空间信息搜集、查找等。另一方面，GIS技术中的图形分析与空间研究功能，能够帮助进行空间与数据检测，生成图表以便有关单位制定有效解决方法。
GIS是管理空间数据的计算机系统，它可进行数据输入、存储、检索、运算、分析、显示和输出，它的主要功能是制图、检索和查询。最早的GIS是为支持土地利用、规划和决策而设计的。世界上第一个GIS产生于加拿大，1963年开始研制，1971年运转。在70年代，美国田纳西流域管理局首先将GIS应用于水文学及水资源管理。80年代，GIS在该领域内得到了较广泛的应用。长期以来，研究者们对GIS进行了不断地改进，他们以计算机技术为基础，结合环境、系统工程、经济管理等学科的知识，形成了跨学科的技术系统。改进了的GIS可对资源与环境等方面内容进行综合评价、管理、分析和决策。目前，在国外和国内GIS已被广泛应用于气象、水文学及水资源、国土资源调查与管理、农业估产、病虫害监测、水土流失、沙漠化调查、盐渍化调查、环境污染监测（含赤潮）以及地质构造、矿产资源调查等方面。李勇等[2]应用GIS对土地利用的适宜性进行过评价。作者3在生态环境与荒漠化的研究中应用了GIS、RS技术，因而大大地提高了科研成果的水平和应用价值。 生态环境恶化与荒漠化已影响到人类的生存，引起了国际上的关注，它已被列入全球变化研究计划中。由于GIS具有强大的信息空间管理和分析功能，它已成为研究全球变化的一个重要手段。1990年美国全球变化研究计划（USGCRP）提出了以下的研究内容：地球观测与信息管理；全球变化过程研究；环境模拟和预测评估。其中环境模拟的优先学科是气候与水文系统；生物地球化学动力学和生态系统及其动力学。开展上述研究需要将模拟过程与GIS技术相结合，需要交叉学科的知识和技术，因而具有较大的难度，即使在美国，能开展这项研究的机构也是不多的4。 GIS虽然有了不少改进，但仍然存在某些不足之处。例如，缺乏多方面的分析、评价、预测和决策功能；由于数据编码和格式化不标准、不规范，信息不能互换，成果不能共享；缺少信息采集和更新的自动化功能。因此限制了GIS的推广和应用。当今环境科学的发展要求GIS不仅具有信息空间管理、分析的功能，在其内部还要有建模和模拟的功能。要满足上述要求，需要将GIS技术、EIS技术和跨学科的知识和技术三者进行完美的结合。但这一目标不是在近期内所能实现的。 此外，我们必需强调的是遥感技术（RS），它具有观测范围广、速度快、获取信息量大、适时性好、动态性强等特点，它是GIS主要的信息源。在GIS、RS、GPS技术的结合下，对于全球环境变化研究和环境地学研究特别重要。
在环境地学的研究过程中人们往往要对环境的特征、性质、状态和质量等进行客观地描述，这就需要进行环境质量评价，然而，环境质量评价仅
能反映某一时刻的环境状况。当人们需要了解未来的环境状况时，要进行环境预测，这样便相应地出现了各种预测模型。在研究生态环境与荒漠化关系时，我们不仅要进行环境评价及预测，而且还要了解生态环境恶化的“允许”极限，并为其发出预警信号。因此，需要借助于预警模型来实现这一目标。
人们往往采用物理的、化学的方法对某一客观事物和现象进行模拟实验，在此基础上建立相应的数学模型，以揭示事物运动的过程和规律。在有些情况下人们需要以客观事物为基础，去虚拟事物的某些状态和运动过程，并判断实现这一结果的可能性和真实性。要达到这一目的，需要运用仿真模型。简单地说，模拟模型是使具体的事物抽象化，而仿真模型是使抽象事物具体化。
在环境地学研究中往往要进行多目标规划和方案优化决策，因此，经常借助于线性、非线性规划模型、动态规划模型和层次分析（AHP）、人工神经网络（ANN）等决策模型等来进行解决［5］。我们将环境评价、预测、预警、模拟、仿真、规划和决策等方法有机地结合起来，组成一个环境模拟系统，将其纳入模型库，或制成模型软件包，以满足环境地学研究中的各种需要，从对单一使用模型的现象中解脱出来。
环境模拟系统（EIS）中所含盖的信息大多数都具有时空属性，但是它们仍属于非空间信息。如果将EIS中的信息纳入GIS的空间管理系统，进行空间管理、应用分析和要素叠加，便可产生新的信息源。对丰富的信息进行深层次地开发，可深入认识、揭示环境特征和要素的运动规律，并实现信息的可视化。这将会大大提高环境地学研究的理论水平及其成果的应用价值。这是传统的研究方法所不能及的。
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随着地学工作的不断深入，地学研究的难度逐渐增加，以往单一的研究方法已难见成效。越来越多的人认识到，只有将地学领域的不同研究方法(地质、地球物理、地球化学和遥感等)得到的信息进行综合分析研究，才是提高效果的根本出路。近年来GIS技术的发展使这一可能变成现实。地理信息系统(GIS)是输入、存储、检索、分析和显示与地理位置有关的各种特征信息的计算机辅助系统，地学专家可以把各种相关的空间或非空间信息送入GIS进行管理，进行各种综合分析研究，这样就可能对许多重大信息，如能源和矿产潜力、环境灾害评价等提出新的认识和作出科学决策。
下面概述一下GIS在地球科学及相临学科应用的几个具体领域：
(1)自然资源管理方面：包括自然资源的分布状况、自然资源数量统计、自然资源查询、资源评价、预测与决策分析、资源合理开发利用、资源动态监测等。
(2)土地管理方面：包括地籍调查和管理、土地规划、土地利用现状调查与管理、土地评价、土地承载力计算和分析、土地类型划分、房地产评估和管理、土地信息查询、土地潜力分析、人地关系状况分析、土地利用预测与决策分析等。
(3)农业和土壤方面：包括农作物结构优化和合理布局、农作物估产、决定投资方向和规模，找出最佳投入产出比、收获规划、病虫害防治、土壤类型的分布及规律、土壤侵蚀、土壤演变规律等。
(4)地质水文方面：包括地形地貌的发生、发展和演变规律、地下岩石和地下水分布规律、水域分布和分析、洪水预测及防护、水质水量检测等。
(5)生态景观管理方面：包括景观设计与制图、生态演替模拟、景观生态结构分析、景观生态评价等。
(6)环境保护方面：包括环境质量专题制图、环境质量现状分析、环境质量预测分析、环境质量动态模拟等。
(7)水利方面：包括基本建设规划、测量、土方挖填、坡度和坡向分析、坝址设计、库容分析、洪水淹没分析、小流域治理等。
(8)测绘方面：包括大地测量、地图管理、地图制作等。
(9)地球科学学旅游方面：包括室内地图游览、旅游咨询、天然公园规划、景观布局、旅游景点的统一管理等。此外，地理信息系统还被应用于海洋、气象、石油、教育、航空运输、物业管理等许多领域。现在，地理信息系统已成为科学管理、科学规划、科学预测和科学决策等的重要工具。
3S——什么叫3S技术- -
遥感RS、地理信息系统GIS和全球定位系统GPS有机地结合在一起来应用，就叫作3S技术。
遥感是当今空间信息获取和更新的一个非常重要的手段和工具，用遥感技术获取信息有范围广、速度快、信息广的特点，且遥感信息中有地理信息系统所需的空间信息和属性信息,故遥感与GIS相结合是必然的。又由于遥感应用中地面采样、导向、定位是以GPS作为有力工具的，遥感和GIS的发展，在导航和其它动态定位及数据采集系统的应用中，GPS扮演着重要的角色。所以，以地理信息系统为核心的3S技术的集成，构成了对空间数据实时进行采集、更新、处理、分析及为各种实际应用提供科学的决策咨询的强大技术体系。三种技术的结合根据实际需要而定，具体有以下三种结合方式： ⒈地理信息系统与全球定位系统的结合。利用地理信息系统中的电子地图和GPS接收机的实时差分定位技术，组成GPS+GIS的各种电子导航系统，用于交通、警车定位，车船自动驾驶等。
⒉地理信息系统和遥感的结合。对于各种地理信息系统，遥感是重要的信息源和数据更新的重要手段，同时地理信息系统可以提供遥感图象处理所需的一些辅助数据，以提高遥感图象的信息量和分辨率，从而提高遥感图象处理和解译的精度。
⒊3S技术的整体结合。集遥感、地理信息系统和全球定位系统技术的功能于一体，构成高度自动化、实时化和智能化的地理信息系统，是空间信息适时采集、处理、更新及动态地理过程的现势性分析与提供决策辅助信息的有力手段。
重庆分公司
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