GIS在生态环境研究中的应用

　　摘要：随着全球生态环境的不断恶化，GIS在生态环境研究中的应用越来越明显，为人类解决各种生态问题提供了有力的技术支持。本文将从GIS技术下的生态信息管理和运用，以及生态环境影响评的构建，来论述GIS在生态环境研究中的应用。
　　关键词：GIS；生态环境；信息
　　
　　随着全球气候变暖的趋势进一步加快，全球生态环境正迅速的在恶化。生态问题成了21世纪人类面临的重大问题之一，而收集、存储、管理和利用生态环境信息，是人类解决生态环境问题的重点。生态环境研究中会涉及到大量的空间数据，但由于生态环境研究的周期长，范围广，数据繁多，加上生态环境本身的多样性和复杂性，会造成形成生态环境数据的空间、结构和语义产生差异。因此，利用GIS技术建立生态环境信息系统，对生态环境信息进行有效地管理并合理利用，加快生态环境问题研究的信息化进程势在必行。
　　一、 GIS技术支持下的生态环境管理系统
　　生态环境管理信息系统以系统论为指导思想，以人机结合的方式收集生态环境信息，并通过模型对生态环境信息进行加工转换，然后进行生态环境评价、预测和控制，最后以计算机技术实现生态环境管理的模拟系统。决策者根据所提供的可靠数据，在计算机技术的主持下，依据决策理论的方法，对结构化和非结构化的问题进行处理，进而协助人们完成管理决策，组成生态环境决策支持系统。支持系统是在生态环境管理信息系统的基础上，实现决策者的人机对话，为决策者提供一定的辅助支持，实现决策的高效率和科学性。具体模拟图如下：、
　　
　　二、 GIS技术在生态环境研究中应用原因
　　在生态环境研究中使用GIS技术，可以对环境、资源、社会经济等方面进行综合分析；可以将区域和时间序列的生态环境问题具体化，利用GIS的独特分析功能，可以实现对区域完整空间的分析，这样就可以对区域的生态环境状况做出科学有效的综合分析和评价。具体的实现手段是以“3s”集成的形式来完成的。“3s”技术，即遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、
　　全球定位系统(GPS)。RS和GPS的信号传接是通过卫星来完成的。RS技术在空间分辨率、波谱分辨率、
　　时间分辨率等方面都取得了一定的成就，应用于多领域的RS及RS技术系统也正在不断地得到应用。目前，GPS技术已经可以完成测量工作，而GIS的强大空间与属性信息一体化管理及空间分析能力，
　　也在各领域得到了广泛的应用和认可。，而且服务器体系的GIS、组建式GIS、多媒体GIS等也在不断的得到发展和应用，这样，“3s”技术已经基本具备了在生态环境研究中发挥检测与分析的能力和条件。
　　三、 GIS技术在生态环境研究中的信息处理
　　（一）生态环境信息的采集。生态环境信息的采集是进行生态环境研究首先要解决的问题。而有效的数据是信息的载体，因此必须收集不同类型的生态环境系统之间以及生态环境系统各要素的特征和关系的相关数据。一是进行生态环境背景调查；二是用遥感信息与地面站点监测信息相结合，对环境进行连续动态的监测；三是利用"3S"技术支持自然生态环境监测、预报与评估；四是面源污染的监测、分析与评价。通过这些工作大量的收集生态环境的信息数据，建立一个信息管理系统的数据库，为接下来的信息管理和处理奠定了基础。
　　（2）生态环境数据的管理。
　　因为随着科技的发展，生态环境研究的范围越来越大，手段也是更加的多样化，GIS技术下
　　采集的生态环境数据也越来越多，越来越复杂。而且随着不同生态环境系统间研究的加强，就需要建立多学科间的协作，需要建立一个强大的信息数据共享系统。因此需要对生态环境数据进行科学合理的管理，以保证生态环境信息模拟和传播的顺利进行。GIS中的数据库技术以及元数据技术可以对所收集到的数据进行有效的管理。
　　首先GIS中的数据库技术运用可以保证数据的管理有序有效。具体由两方面的工作完成，一是数据的设计与组织：通过科学的数据与组织，可以减少野外采样的难度，而且也可以相应的降低时间序列分析难度，进一步提高GIS对生态环境数据应用与组织的效率，便于生态环境数据查询与发布的系统化和网络化。二是数据质量的控制。GIS技术可以通过设定各种容量值、数据预处理、数据误差校正等方法保证生态环境数据的准确性，避免把采集到的错误数据引入数据库中，提高数据的质量。
　　其次，GIS中的元素数据技术也可以对生态环境数据进行有效的管理。元数据是数据管理技术的核心，常被用于数据文档的建立、数据发布、数据转换等，是数据管理和数据共享的基础之一。具体来说，元素数据技术可以进行有效的数据管理与存取。生态环境数据的可存取性决定生态环境数据的价值大小。数据越容易被存取、利用的频率越高，数据的价值也就越大。而GIS中的元素数据技术，不仅考虑其存储的方式，还考虑到数据的可存取性。实现GIS技术与关系型数据的有机结合，适用于生态环境海量数据的存储与管理。
　　（3）生态环境信息的模拟与分析。GIS的生态环境信息模拟分析是对生态环境数据深层次的处理。它是以GIS技术与其他信息技术的结合为基础，完成对生态环境信息的加工、再生而获取某一生态环境问题的最终解决方案和相关的策略信息。是GIS应用生态环境研究中最重要的部分，也是生态环境数据演变为生态环境信息乃至生态环境知识的关键环节。
　　同时GIS软件可通过对多源、多时相遥感图像的分析，对历史进行再现与模拟，并对未来的生态环境演变进行模拟和演示。监测生态环境的演变、模拟生态环境演变带来的后果、预警生态环境灾难的发生具有现实的意义。
　　GIS技术下的生态环境信息模拟分析可分为以下两个方面：首先是数量分析法，其引入实现了生态环境研究从定性描述走向定量分析的重大突破。目前数据定量分析理沦正不断的在发展，在GIS中采用分析的手段也日益多样化。例如，图形分析方法广泛应用于生态环境数据的质量控制、数据进化、探索性数据分析和数据管理。其次是模型分析法，其为生态环境的结构与过程以及对系统未来预测提供了有效方法。生态环境系统模型可以分为匀质斑块系统模型和空间异质系统模型，这两者各有长处。当前应用GIS技术对生态环境进行基于模型的分析方法已成为生态环境研究的热点。
　　四、 GIS的生态环境影响评价模型
　　（一）评价模型的概述。GIS技术下的生态环境影响评价模型，是以生态环
　　境影响评价模型为基础，进一步发展起来的一种可视化的综合评价模型。GIS软件为其操作平台，根据各评价指标因子空间分布情况，以数学模式关系计算生态环境影响的综合指数，进而完成对所研究区域生态环境影响状况的评价。GIS技术下的生态环境影响评价模型，在GIS的强大空间分析和显示功能下，可以对研究区域进行科学的定量评价，也可以展示生态环境影响程度在空间上的分布规律。
　　（二）评价模型的构建
　　GIS技术下的生态环境影响评价模型的构建，主要包括收集基础数据，整理数据创建评价因子数据库，构建评价模型等步骤。
　　首先是收集基础数据。主要是根据评价指标体系，收集地形地貌、气候环境，土壤保持度和植被覆盖面积、社会经济活动要素数据等。为研究区域的各评价指标提供准确的基础数据。
　　其次是整理数据创建评价指标数据库。GIS技术下收集的数据较为广泛，包括遥感数据、纸质地图、电子地图、实地调查数据等各种类型，这就要通过统计整理实地调查资料数据、纸质地图的数字化，数据的精纠正、转投影，分散的点图层插值为连续的面数据、数据格式的转化等方式进行处理，把相关数据转化为投影相同，格式统一的数据，以便建立评价模型。
　　再次是构建评价模型。GIS技术下的生态环境影响评价模型一般有两种数据格式，一种是矢量数据，一种是栅格数据。
　　使用矢量数据建立评价模型，是在Arc／info的analysistools模块下，利用叠加工具集(overlay)
　　的联合工具(Union)，把各评价指标因子专题矢量数据进行叠加，得到一个综合各个专题数据信息
　　的矢量数据图层。在综合矢量数据图层中，各评价指标因子分别对应属性表中的一个字段，用字段的
　　不同属性值来表示评价指标因子的不同等级参数。然后在属性表中用添加字段命令(Addfield)添加
　　一个新字段，用来表示生态环境影响综合指数，再运用属性运算工具(Calculatevalues)，采用多目
　　标加权函数法，根据各指标因子的权重系数，对代表指数因子的字段值加权叠加运算，计算生态环境
　　影响评价综合指数，创建生态环境影响评价模型。
　　在当前，与栅格数据相比使用矢量数据有很大优势，一是，使用矢量数据建立的评价模型评价结果精确度较高，栅格数据则在精确度上较低；二是使用矢量数据建立的评价模型数据修改方便，便于数据的更新和纠正，而栅格数据很难做出更改。三是使用矢量数据建立的评价模型可以直接统计
　　结果，而使用栅格数据的评价模型，则必需先转化为矢量数据后才能进行统计。四是使用矢量数据建立的评价模型占用的磁盘空间小，模型运行时间短，但是效率高。
　　图形对比比分析如下：
　　
　　
　　五、 结束语
　　GIS在生态环境研究中的应用，主要是通过生态环境信息的海量收集、系统管理和科学使用上，实现了对生态环境的全面检测，为各种研究奠定了数据和你技术基础，同时还可以构建科学的生态环境影响评价模型，为相关部门解决存在的生态环境问题，提供了有效的信息。
　　
　　
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