GIS技术在环境保护中的应用
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随着我国环境信息化的快速发展和计算机新技术在环境保护领域的广泛应用，环境信息系统在环境保护管理和决策工作中发挥着越来越重要的作用。而地理信息系统技术的出现为环境保护工作迈向信息化、现代化提供了技术支持。
目前，全国27个省级环保局及一百多个城市环保部门都已购置了ESRI公司的ARCGIS、ARCVIEW地理信息系统平台软件和相应的硬件设施，大部分省市已经建立环境基础数据库，在GIS平台上开发了城市环境地理信息系统、重点流域水资源管理、环境污染应急预警预报系统等，取得了显著的成效。
2.1应用GIS制作环境专题图
环境制图是环境科学研究的基本工具和手段。与传统的、周期长、更新慢的手工制图方式相比，利用GIS建立起地图数据库，可以达到一次投入、多次产出的效果。它不仅可以用户输出全要素地形图，而且可以根据用户需要分层输出各种专题图，如污染源分布图、大气质量功能区划图等等。GIS的制图方法比传统的人工绘图方法要灵活得多，在基础电子地图上，通过加入相关的专题数据就可迅速制作出各种高质量的环境专题地图。可以根据实际需要从符号和颜色库中选择图件，使之更好地突出专题效果和特性。
2.2应用GIS建立各种环境地理信息系统
各级环保部门在日常管理业务中，需要采集和处理大量的、种类繁多的环境信息。而这些环境信息85%以上与空间位置有关。GIS的强大功能之一是它的空间数据的采集、编辑、处理功能和对空间数据的管理能力。使用GIS，可以建立各种环境空间数据库。例如：污染源空间信息数据库（包括工业、农业、交通等污染源数量、属性和污染源发生的地域范围）、环境质量信息数据库（包括空气、水、噪声等），GIS能够把各种环境信息与其地理位置结合起来进行综合分析与管理，以实现空间数据的输入、查询、分析、输出和管理的可视化。例如，基于GIS平台，厦门市建立了城市环境空间数据库和污染源监测属性数据库，开发了网络化城市环境质量地理信息系统，该系统涵盖了大气、地表水、声学环境的监测信息，以分布图、专题图、三维模型等形式，生动直观地反映环境质量状况。由于采用了因特网的GIS开发技术，该系统可以在Internet/Intranet上运行。
2.3 GIS应用于环境监测
在环境监测过程中，利用GIS技术可对实时采集的数据进行存储、处理、显示、分析，实现为环境决策提供辅助手段的目的。如广东省以东深流域自然环境地理信息为基础，对东深流域的监测数据进行存储处理，利用GIS技术开发了东深流域水环境管理信息。该系统直观显示和分析东深流域水环境现状、污染源分布、水环境质量评价，追踪污染物来源。可结合数字地图查询历年监测数据及各种统计数据，进行空间分析（如缓冲区查询与分析）、辅助决策（容量计算及污染状况的预测）为流域水环境的科学化管理和决策提供了先进的科学手段。
2.4 GIS应用于自然生态现状分析
在进行自然生态现状分析过程中，利用GIS可以比较精确地计算水土流失、荒漠化、森林砍伐面积等，客观地评价生态破坏程度和波及的范围，为各级政府进行生态环境综合治理提供科学依据。国家环保总局把GIS技术与遥感技术相结合，对我国西部12省的生态环境现状进行调查，得到了西部地区生态环境的空间分布与空间统计状况、生态环境质量状况和生态环境变化的空间规律特点，为该地区经济的可持续发展与资源环境的可持续利用提供了科学依据。青海省遥感中心将“3S”技术运用到青海湖环湖重点区域调查上，快速查清了该区域土地利用、土地覆盖现状，建立了生态环境数据库和生态环境评价指标体系，为政府规划决策、资源开发、环境保护提供了宝贵资料。
2.5 GIS应用于环境应急预警预报
建立重大环境污染事故区域预警系统，能够对事故风险源的地理位置及其属性、事故敏感区域位置及其属性进行管理，提供污染事故的大气、河流污染扩散的模拟过程和应急方案。例如，大连市的“重大污染事故区域预警系统”把重大污染事故的多种预测模型与GIS技术相结合，当某一风险源发生事故时提供应急措施、报警信息和救援信息，为重大污染事故应急指挥奠定了基础。上海市应用GIS、RS与GPS技术开发了环保应急热线系统，该系统采用GIS技术进行污染源搜索和定位；将GIS与GPS结合起来，用于出警指挥和导航；用RS技术获取地面信息，解决了GIS基础底图动态更新问题。通过“3S”技术的综合应用，更好地发挥了GIS在环保执法和应急事件中的作用。
2.6 GIS应用于环境质量评价和环境影响评价
由于GIS能够集成管理与场地密切相关的环境数据，因而也是综合分析评价的有力工具。环境影响评价是对所有的改、扩、建项目可能产生的环境影响进行预测评价，并提出防止和减缓这种影响的对策与措施。利用GIS的空间分析功能，可以综合性地分析建设项目各种数据，帮助确立环境影响评价模型。由于GIS系统具有层的结构，可将不同的环境影响进行计算并叠加。深圳市环境保护研究所已利用GIS技术进行编制环境影响评价报告书和制图。
在区域环境质量现状评价工作中，可将地理信息与大气、土壤、水、噪声等环境要素的监测数据结合在一起，利用GIS软件的空间分析模块，对整个区域的环境质量现状进行客观、全面的评价，以反映出区域中受污染的程度以及空间分布情况。如通过叠加分析，可以提取该区域内大气污染布图、噪声分布图；通过缓冲区分析，可显示污染源影响范围等。
2.7 GIS应用于水环境管理
水环境信息具有明显的空间属性和层次属性，利用GIS可以更加明确地揭示不同区域的水环境状况，反映水体环境质量在空间上的变化趋势。可以更加直观地反映如污染源、排污口、监测断面等环境要素的空间分布。利用GIS还可以进行污染源预测、水质预测、水环境容量计算、污染物削减量的分配等，以表格和图形的方式为水环境管理决策提供多方位、多形式的支持。目前，全国各省环保局正在使用GIS软件进行各省水环境功能区划汇总工作，在此基础上，进一步开发水环境功能区管理信息系统，实现水环境数据查询、水质评价、统计分析、水质预测等功能，将各种水环境信息以可视化的方式表达，对水环境的科学管理将具有非常重要的意义。
一、实训目的
1）掌握MAPGIS中拓扑造区的基本流程及操作。
2）掌握注释赋属性功能。
3）掌握Label与区合并操作。
二、实训准备
实训数据：本实训数据保存于文件夹“exercise-05”中。
预备知识：拓扑造区基本流程及相关操作；注释赋属性方法；Label与区合并方法。
三、实训步骤与内容
将实训数据复制、粘贴至各自文件夹内。
1.拓扑处理数据准备
1）新建工程文件“拓扑处理.MPJ”，装入光栅文件“YN50万分之一地质图.TIF”。
2）根据底图分别新建“国界线.WL”“省界线.WL”“地州界线.WL”和“县界线.WL”，如图SX5-1所示。
图SX5-1 新建线文件
3）完成对应线的输入，外面黑色粗线为国界线，边上红色一横两点线为省界线，中间红色两横一点为地州界线，中间黑色两横一点为县界线。国界线、省界线、地州界线和县界线参数设置分别如图SX5-2～SX5-5所示。
4）在绘制线的时候，要求一定要确保线的实相连，通过［F12］来实现线和连接。完成国界线、省界线、地州界线和县界线后如图SX5-6所示。
2.拓扑处理
1）新建一线文件“拓扑线.WL”，把国界线、省界线、地州界线和县界线的内容全部合并到“拓扑线.WL”文件，合并可以通过两种方法实现。
图SX5-2 国界线参数
图SX5-3 省界线参数
图SX5-4 地州界线参数
图SX5-5 县界线参数
a.复制、粘贴，分别选中国界线、省界线、地州界线和县界线文件，通过“选择线”命令选中线，用［Ctrl］＋［C］复制选中的线，再到“拓扑线.WL”文件中，用［Ctrl］＋［V］实现粘贴（图SX5-7）。本实训就选择这种方法来实现线的合并。
b.合并文件的方式，如图SX5-8 所示，选中要合并的线文件，点击右键进行合并。
通过上面的方法就可以把要参与拓扑的线放在一个文件“拓扑线.WL”中。
2）对“拓扑线.WL”进行“自动剪断线”“清除微短线”“清重坐标”等拓扑预处理（图SX5-9）。假如在线准备过程中用［F12］键确保了线的实相连，那么这几步不会有太多的问题。
图SX5-6 完成的国界线、省界线、地州界线和县界线
图SX5-7 复制、粘贴实现线的合并
图SX5-8 合并文件
图SX5-9 拓扑预处理
3）对“拓扑线.WL”进行拓扑查错并解决错误；同样假如在线准备过程中用［F12］键确保了线的实相连，那么一般不会出现拓扑错误。
4）对没有拓扑错误的“拓扑线.WL”进行“线转弧”操作，名称为“拓扑区.WP”，把转换后的区文件为“拓扑区.WP”添加到工程中，对“拓扑区.WP”进行“拓扑重建”。
5）对区参数做相应的修改。
6）保存工程和项目文件。这样就完成了拓扑造区的过程。
3.注释赋属性
1）新建点文件“地名.wt”，完成图中县城地名的输入。
2）通过点编辑菜单中的“修改点属性结构”命令，给“地名.wt”增加4个属性字段，如表SX5-1所示。操作如图SX5-10所示。
3）修改注释的地州属性：香格里拉县、维西县、德钦县的地州为“香格里拉”，丽江市、宁蒗县、永胜县、华坪县的地州为“丽江”，泸水县、兰坪县、福贡县、贡山县的地州为“怒江”。
4）通过点编辑菜单中的“注释赋属性”命令，把对应的地名名称赋到“地名.WT”文件的“name”字段中（图SX5-11）。
5）现在查看地名中的属性的时候，“name”属性即为其注释（图SX5-12）。
表SX5-1 增加字段
4.Label与区合并
该操作的目的是把区域内对应Label点文件的属性连接到区文件的属性中。
1）选择“拓扑区.WP”文件查看其属性（图SX5-13）。
2）确保“地名.WT”文件为关闭状态，通过“其他”菜单的“Label与区合并”命令打开“地名.WT”为Label文件（图SX5-14）。
图SX5-10 编辑点属性结构
图SX5-11 把注释赋到“name”属性中
图SX5-12 地名的属性
3）系统自动把“地名.WT”文件的属性连接到“拓扑区.WP”文件中。查看属性，如图SX5-15 所示。实现了“地名.WT”文件的属性与“拓扑区.WP”文件的合并。
4）保存工程及项目文件。
图SX5-13 Label 与区合并前属性
四、提交实训成果
1）工程文件“拓扑处理.MPJ”；
2）参与拓扑的“国界线.WL”“省界线.WL”“地州界线.WL”和“县界线.WL”文件；
3）Label文件：“地名.WT”；
4）“拓扑线.WL”和“拓扑区.WP”文件。
五、思考与讨论
1）什么是拓扑处理？其主要作用是什么？一般操作步骤是什么？
2）Label点文件的作用是什么？
3）Label点不在区域内能实现Label点与区的合并吗？
图SX5-14 Label 点与区合并
图SX5-15 实现Label 与区合并后的区属性
实习内容
实习一 野鸭湖湿地植被群落识别
实习二 地物光谱反射率的野外测定
实习三 不同地物遥感解译标志
实习四 野鸭湖湿地景观遥感填图
实习五 数据输入与编辑
实习六 地图编辑
实习七 空间分析
实习八 地图编制与输出
实习九 GPS实习
实习十 野鸭湖地区湿地环境变化
实习十一 城市土地利用现状判读与制图
实习方法：
（1）课堂引导法
通过基本理论知识的回顾，让学生了解课程的主旨。
（2）野外动手操作、现场讲解
针对遥感应用中的典型地物光谱特性，通过学生动手操作和现场讲解，引导学生思考，培养学生的创新能力。
（3）室内分析和处理
将野外实测数据、基础地理数据、多尺度遥感数据在室内进行处理和分析，提升学生的动手操作、分析总结能力。
实习手段
（1）野外：手持GPS获取空间定位数据、光谱仪获取地物光谱信息、计算机分析和处理多源数据。
（2）室内：多媒体技术应用、计算机多源数据后期处理。
一、实训目的
1）掌握MAPGIS空间数据误差校正的基本方法。
2）掌握交互误差与自动误差校正的要点。
3）掌握图形变换操作。
二、实训准备
实训数据：本实训数据保存于“jnsx-08”文件夹中。
预备知识：复习误差校正的理论知识，知晓误差校正中各种校正方式的适用范围和其特点。
三、实训步骤与内容
1.数据准备
将实训数据复制、粘贴至各自文件夹内。
启动MAPGIS主程序。在主菜单界面中，点击【参数】按钮，在弹出的对话框中，设置工作目录最终指向文件夹“jnsx-08”（盘符依据各人具体情况设置）。
（1）文件加载
执行如下命令：实用服务→误差校正→文件→打开文件→选所需加载文件→打开（图SX8-1）。
图SX8-1 加载需要校正的文件
（2）图形放大
执行如下命令：数据校正→整图变换→选择转换文件，进行转换处理（图SX8-2）。
选择转换文件后，在系统弹出的对话框中进行变换类型和相应参数的设置（图SX8-3）。
（3）图框文件加载
在窗口中点击鼠标右键，选择复位窗口，查看图形更新结果。执行如下命令：文件→打开文件→点击“图框.WL”→打开。
（4）创建控制点文件
执行文件→打开控制点命令，创建控制点文件（图SX8-4）。
（5）获取图形左下角坐标
1）执行控制点→设置控制点参数命令设置参数（图SX8-5）。
2）执行控制点→选择采集文件命令（图SX8-6）。
3）执行控制点→添加校正控制点命令（图SX8-7）。
图SX8-2 选择转换文件进行整图变换
图SX8-3 整图变换参数设置
图SX8-4 创建控制点文件
图SX8-5 控制点参数设置
图SX8-6 选择采集文件
4）采用同样步骤，获取“图框.WL”文件左下角坐标值（图SX8-8）。
（6）图形平移
执行如下命令：数据校正→整图变换→选择转换文件（图SX8-9）。
选择转换文件后，在系统弹出的对话框中进行变换类型和相应参数设置（图SX8-10）。点击【确定】按钮，完成图形平移。通过窗口复位命令，选择全部文件，显示平移效果（图SX8-11）。
图SX8-7 添加校正控制点
图SX8-8 获取图框.WL 文件左下角坐标值
2.图形误差校正
点击控制点→清除所有控制点命令。
（1）控制点实际值采集
1）点击控制点→控制点参数设置命令，勾选采集实际值时是否同时输入理论值（图SX8-12）。
2）点击控制点→选择采集文件命令（图SX8-13）。
3）点击控制点→自动采集控制点命令（图SX8-14）。
（2）控制点理论值采集
1）点击控制点→设置控制点参数命令（图SX8-15）。
图SX8-9 选择转换文件
图SX8-10 整图变换类型和相应参数设置
图SX8-11 显示平移效果
图SX8-12 实际值控制点参数设置
图SX8-13 选择实际值采集文件
图SX8-14 自动采集实际值控制点
2）点击控制点→选择采集文件命令（图SX8-16）。
图SX8-15 理论值控制点参数设置
图SX8-16 选择理论值采集文件
3）点击控制点→自动采集控制点命令（图SX8-17）。
图SX8-17 理论值匹配实际值
（3）编辑校正控制点
点击控制点→编辑校正控制点命令，选择“双线性多项式”误差校正方法（图SX8-18）。
图SX8-18 编辑校正控制点
（4）误差校正
1）点击数据校正→线文件校正命令，选择需校正的文件，一次只能选取一个文件（图SX8-19）。
图SX8-19 线文件校正
2）点击文件→另存文件命令，选择校正生成的文件“NEWLIN.WL”，【确定】，换名保存（图SX8-20）。
3）按上述步骤依次完成线文件校正，“图框.WL”不需校正。
4）点击数据校正→点文件校正命令，完成点文件校正。“方里网.WT”可以不用校正。
5）点击数据校正→区文件校正命令，完成区文件校正。
图SX8-20 换名保存校正生成的线文件
四、提交实训成果
本实训完成后需提交图SX8-21中所示文件。
图SX8-21 需提交的文件
五、思考与讨论
1）若在自动误差校正中，先提取理论值后提取实际值，这样操作行不行，为什么？
2）校正方式与控制点采集个数有无相互联系，若有，其联系是什么？
