GIS技术在生态环境研究中的应用分析

2021-11-30陈泳慧

皮革制作与环保科技 2021年11期

陈泳慧

（大亚湾石化区环境监控中心，广东惠州 516081）

目前，生态环境正逐渐恶化，面临着较为严重的生态问题，要引起足够的重视。在处理环境信息的过程中，会产生大量的空间数据，因为研究的时间长、覆盖面积广等因素，会导致空间、结构与语义出现差异，所以推进信息化进程很有必要。

1 信息技术应用与生态环境研究现状

物理仿真需借助生态环境的物理模型，数值仿真需借助生态环境的数字模型。仿真模拟是为更好地了解生态环境运行模式，提升管理和决策的效率，减少相应的成本，对生态环境保护有着重要意义。信息系统将系统论作为指导思想，利用人机结合搜集环境数据，模型能够对所得信息进行处理，根据所得结果开展环境评价、预测与控制，利用计算机技术制成模拟系统，主要功能有数据的采集和录入、保存、加工，以各种形式输出信息，为决策者提供参考。

把决策支持机制加入生态环境的规划与管理之中。在这个过程中，属于人机交互的信息系统，以系统观点为基础，通过计算机技术，运用决策理论方法，描述结构与非结构化的问题，帮助工作人员做出正确决策，支持系统是建立在生态环境信息系统的前提下，让决策者利用人机对话直接解决管理工作中的决策问题，提高工作效率[1]。

2 GIS技术应用在生态环境研究的可行性

运用GIS技术可以对环境、资源与社会经济深入分析，对区域与时间序列的生态环境问题细致探究，对整个区域实行完整空间分析，从而对生态环境情况进行整体评价，可以通过“3S”集成的方法开展综合探究。“3S”是指GIS、RS、GPS，GPS与RS是利用卫星实现对信号的传送与接收。RS在时间分辨率、空间分辨率等方面获得了较大进步，能够运用在各种领域的RS与RS技术不断涌现出来。GPS技术中的信息处理技术和观察模式都能够满足实际所需，GIS具有良好的空间分析能力和信息管理能力，被广泛应用在多个行业。

3 GIS技术在生态环境研究中的具体应用

3.1 生态环境信息采集

信息以数据的形式呈现，生态环境信息获取技术是为得到生态环境系统中各要素的特点与联系的数据。加大力度发展定位观测技术有助于生态环境研究。GIS、RS与GPS三者的有机结合为得到区域尺度的生态环境信息创造了有利条件[2]。

3.2 生态环境数据管理

因为生态环境研究的空间尺度不断加大，人们需要收集的生态环境数据越来越多，若想完成长时间、大尺度的生态环境项目需要多学科之间的协同合作，还要以高效的生态环境数据共享作为支撑。对生态环境数据的管理至关重要，能够确保信息的正常模拟与传播。数据处理技术可以对数据进行收集、维护、分析、保存等操作。

元数据是数据管理技术的核心，一般被用在文档的设立、数据公布、数据转变等，是管理与共享的前提，部分GIS中会有对应的工具实现对元数据的控制。生态环境数据通过一系列的处理之后便能够得到有用的信息。所以，在储存数据时期，要尽可能考虑存储方式和可存取性。当面对大量数据时，需要将GIS和关系型数据进行融合[3]。

3.3 信息模拟与分析

基于GIS技术所建立的生态模型可以对相关数据进行优化，GIS技术是整个研究中的重点，可将数据高效转变成有价值的信息，经过处理得到针对某个问题的最佳解决方案。GIS技术能够对多时相、多数据源开展综合分析，借助强大的图像分析功能，对已经过去的过程进行再现和模拟，或对将来的生态环境演变进行展示，演变的时间较长，便难以复原，会造成严重后果，因此合理应用“3S”技术预测未来灾难的发生有着重要意义。

运用GIS技术开展生态环境研究时，数量分析方法的引入是一次革新，将研究从定性描述转向定量分析。定量分析理论的形成，使得分析方法逐渐丰富。比如，图形分析法被广泛应用在数据质量控制、探索性分析等方面。模型技术是一种预测未来的高效方法，生态环境系统模型包括空间异质模型与匀质斑块模型两类，匀质斑块模型适合在小范围空间运用，空间异质模型考虑了空间耦合，可以覆盖较大面积。知识属于更高级的信息，应用单一的数量分析方法难以解决生态环境问题。GIS技术、人工智能等先进技术的出现，使得生态环境知识更加智能化[4]。

例如，某火力发电厂日常排放的废气会对周边自然保护区造成影响，在运用烟气脱硫与低氮燃烧技术外，还需预设烟囱的高度，要确保废气浓度符合相关标准，借助GIS技术构建烟囱排放点的废气扩散模型，根据所提供的数据源预设烟囱的高度，测算影响因子的最大落地浓度与落地距离，如二氧化硫与二氧化氮等，参照相关数据，确定烟囱的合适高度，对环境尽量减少影响。

3.4 区域生态环境管理

GS和GIS不但能够提供地区生态环境情况的定位数据，还可显示生态环境信息的图形与数据。GIS具有较高的空间数据处理能力，能够把RS和GIS得到的信息从定量、动态与机制等方面进行整合，为解决实际问题奠定技术基础。

通过GIS技术打造时空变化模型，拥有实时、空间表达详细等特征，可对区域生态环境变化进行检测，参考地面实际情况展开调查，探究影响环境变化的要素，认真研究遥感图像，知晓近几年内这片区域的变化状况，再与驱动因子相结合，建立预测未来生态变化趋势的模型，为生态环境治理提供一定的参考。

3.5 生态环境动态监测

由于经济的飞速发展和人口的增加，环境污染问题日趋严重，需要对生态环境数据进行大范围、实时监测。GPS和GIS的搭配使用建立起数据收集和分析的系统。实时信息采集系统是由多种传感器和GPS接收机构成。传感器将数据收集后保存好，和GPS测定的坐标数据共同传输到GIS数据库之中，再通过GIS对生态环境参数进行系统分析，可预测生态环境灾害的出现，并能准确定位灾害位置，进行动态监督，比如，调查植被类型，植被属于其他自然要素的指标，可以很好的反映出一定区域内自然与社会条件，变化信息在研究生物多样性变化中起到重要作用，可通过MSS卫星图像进行遥感调查，可取得较好的成效。随着技术的不断发展，借助“3S”技术开展植被资源调查也逐步趋于成熟。例如，某城市以行政规划图当作底图，把TM资料影像图和底图进行叠加，再通过GIS系统制作出城市绿色植被图与生态环境工程规划图，借助先进技术动态监测生态环境变化过程。

3.6 生态环境评价

对生态环境进行评价与管理需要依赖于生态环境数据，需对模型进行细致分析获得地区生态环境情况参数，再进行预测与规划。在数据采样过程中，基于遥感数据采集有关生态环境指标的定性数据，制定出合理方案，划分主要采样区，提升采集效率和样本利用率，需与GPS相结合才能顺利完成任务。采样结束后把待处理数据传输至软件中，对信息进行插值或拟合，获得影响生态环境因子的分布图，详细了解空间分布状况，利用GIS中的叠加分析与路径分析等进行整体区域的评价工作，再将评价指标加入规划模型当中，设计具体的规划方案。

3.7 生态环境管理

“3S”技术适于采集并管理生态环境信息，通过RS与GPS技术能够实时掌握动态数据，掌握实时信息。借助GIS的输入功能，把采集的信息传输至GIS数据库中，借助对应功能编辑生态环境信息，并且维护复杂对象之间的图形和属性的相互关系，可以管理大量生态环境数据，经过处理将统计数据转变成生态环境专题图或统计地图。GIS的重要作用是对生态环境数据进行传输，GIS和WebGIS技术发展为传播带有空间特性的环境信息打下了基础，生态环境的表达不只是模拟符号，达到了数字化和多媒体化，有助于实现信息共享。