關鍵詞:地理信息系統，環境科學，空間關系數據，空間數據管理系統
1簡介。GIS技術
地理信息系統(Geographical Information System，簡稱GIS)是以地理空間數據庫為基礎，采用地理模型分析方法，為地理研究和決策提供各種空間和動態的地理信息。地理信息系統(GIS)可以為現實地理空間中物質和能量運動規律的研究提供方便、準確的空間管理和空間分析手段。GIS系統是在數據庫管理系統(DBMS)和計算機輔助設計(CAD)兩種成熟的軟件技術基礎上發展起來的，具有管理和分析空間數據的特殊功能。GIS因其混合數據結構和獨特的地理空間分析功能而獨樹壹幟。其提供的特殊功能可用於測量、坐標轉換、繪制編號和顏色、根據編輯的空間數據進行分層選擇、通過分層疊加形成各種專題圖、通過繪圖儀和打印機輸出。
GIS是收集、存儲、管理、分析和描述整個或部分地球表面(包括大氣)的空間和地理分布相關數據的空間信息系統。GIS引擎提供了大量的業務分析功能，包括測距、投影變換、統計、拓撲疊加、緩沖區分析、地形表面操作、網絡分析等。許多GIS產品允許用戶通過宏語言擴展系統，包括定制菜單和功能，有些還支持與外部應用程序的開放通信。GIS可以根據幾個原則進行分類，如:完成的任務、目的、專業類型、系統功能、用戶類型、行政級別、空間數據模型、數據結構、地理範圍、系統操作難易程度等。本文介紹了GIS軟件根據GIS空間數據模型的不同可以分為以下幾類:格網、二維拓撲矢量、數字高程模型(DEM)、不規則三角網(T IN)和三維。柵格數據模型存在於許多產品中，但趨勢是更靈活的二維拓撲或不規則三角網。真正的三維和時間序列模型用的很少，但是是未來的研究方向。此外，圖像地理信息系統將使用遙感圖像。
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將影像與GIS矢量分析相結合，對地形進行三維觀察，並在GIS中進行分析，也是當前的研究方向之壹。
2.環境科學領域的發展
環境問題是21世紀的全球性問題，環境問題的研究和解決必然涉及復雜開放的地表系統。而GIS可以為研究現實地理空間中物質和能量的運動規律提供方便、準確的空間管理和空間分析手段。環境科學研究構成地表系統的水圈、大氣圈、土壤圈、生物圈等環境要素，旨在揭示人類活動對環境要素的影響以及它們之間的相互作用規律，並采取各種合理的工程措施進行調控，以保證環境質量的長期可持續性。由於環境科學涉及復雜、開放的地表系統，GIS為研究現實地理空間中物質和能量的運動和轉化規律提供了便捷、準確的空間管理和空間分析手段。由於研究對象和研究方法的相似性和互補性，GIS與環境科學的結合在環境管理、環境規劃、環境監測、環境影響評價、環境工程和環境地球化學等領域具有廣闊的應用前景。
3.地理信息系統在環境監測中的應用
環境監測離不開環境信息的采集和處理，而85%以上的環境信息都與空間位置有關，因此地理信息系統成為環境監測的有效工具。借助地理信息系統，可以方便地獲取、存儲、管理和分析各種環境信息，為環境監測提供全面、及時、準確、客觀、有效的環境信息。地理信息系統(GIS)具有強大的空間分析和數據處理功能。充分利用GIS的功能模塊結合所選擇的環境監測模型，對多源環境信息進行處理，尋找環境演變的動態規律，實現對環境的動態監測，並將環境的變化和規律直觀地用圖片表達出來。3.1在大氣環境動態監測中的應用
隨著城市土工業的發展，城市中的工業企業和機動車數量急劇增加，大量有毒有害汙染物排入城市空氣中。許多國家和地區都在努力改善大氣環境質量。大氣環境有以下特點:1，其空間尺度大，人類賴以生存的大氣厚達數百公裏；2.空氣在自然環境中流動性最好，地面是其不可逾越的固體邊界。因此，大氣環境的動態監測最適合用GIS技術進行監測和分析。通過引入GIS技術和數據庫管理技術，可以收集整理所有對大氣有潛在汙染危害的企業和位置信息、主要汙染物、汙染物移動範圍和周邊地形，建立地理信息數據庫。利用GIS的空間分析和數據顯示功能，可以得到汙染物在普及化的濃度分布圖，進而了解汙染物的空間分布和超標情況。在這方面已經有了成功的例子:歐洲的RAINS模型是跨界SO2排放計算機管理系統，中國環保項目中的國家大氣環境信息系統是利用GIS技術進行監測分析的。3.2 GIS在水資源環境監測中的應用
水是人類生存和發展不可缺少的物質條件，是工農業的重要資源。然而，水源的汙染越來越嚴重，而且大多表現為復合汙染，導致很大比例的水不能飲用。
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必須加強水資源和環境的監測和管理。水資源環境的特點是具有大量的空間信息，管理和分析空間信息是GIS的優勢。GIS用於水資源和環境監測，主要是科學有效地組織和管理水質監測數據和空間數據，使管理者能夠方便地查詢、修改和編輯各種空間信息。通過GIS強大的空間分析和圖標分析功能，可以實現空間和檢測數據的分析以及專題圖的制作，從而為汙染治理方案的制定提供有效的信息支持。如Adamus和Bergman利用GIS和篩選功能分析水域非點源汙染負荷分布，Richard和Host利用GIS和相關功能分析河流生物與上遊土地利用和河流形態的關系，中國環境科學研究院鄭炳輝利用GIS定量分析昆明松華壩水庫流域非點源汙染。在利用GIS技術設計地下水監測網時，Hudak等人對選定的研究區域進行了詳細的現場監測和分析，有利於地表和地下廢棄物的管理，及時發現潛在汙染源，加強水源井的保護，為填埋場選址提供決策支持。
4.GIS在綜合環境影響評價中的應用
將GIS應用於綜合環境影響評價，可以將大量的空間數據和屬性數據與區域地理環境緊密結合，快速生成圖形化的評價結果，直觀地展示區域環境汙染的分布、汙染物及其環境影響的數據，為決策者或環境管理者服務，然後利用GIS強大的空間分析功能，隨時根據不同的範圍和約束條件，快速生成評價區域的各種環境評價結果和專題圖。4.1數據處理
綜合環境影響評價涉及大量工程項目規劃數據、區域自然環境和社會經濟環境數據、汙染物排放數據和環境背景值。這些數據是評價的基礎數據，可以存儲在GIS中的屬性數據庫中，然後與評價區域的地理空間位置圖綁定，為以後的環境影響預測和評價提供了極大的便利。您可以隨時調用任何地區的相關數據，並根據設定值進行查詢和檢索。由於GIS具有海量數據的快速處理能力，可以滿足環境影響評價中海量數據分析、預測和評價的要求，通過程序設計將評價結果存儲在數據庫中，然後根據關系數據庫語言對評價區域的結果進行分層檢索並生成專題圖，為綜合環境影響評價的數字化發展提供了強有力的技術支持，使數據處理快速、準確、靈活。
4.2影響預測和綜合評價
GIS具有很強的管理空間數據的能力，利用空間數據進行空間分析，而綜合環境影響評價的原始數據、預測數據和評價結果都與地理區域的空間位置密切相關。這樣，在環境影響綜合評價中，可以利用GIS進行綜合分析和評價，將評價的基礎數據、預測數據和空間數據結合起來，得到不同方法得到的分析和評價結果，並以數據庫、圖形和圖表的形式保存下來，供以後分析和應用。此外，還編制了應用軟件，將GIS與各種綜合評價方法進行集成，設計了環境影響綜合評價應用軟件，可以有目的地分析各種評價結果，提高環境影響綜合評價的處理速度和空間表達，並根據不同要求及時提供預測分析結果。