论述三维GIS技术在环境保护中的应用

论述三维GIS技术在环境保护中的应用

【摘要】地理信息系统GIS是一门以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用，形成了一门交叉性、边缘性学科，其在环境保护等领域的应用将有力地促进环境保护工作的开展。本文则阐述了建立环境保护地理信息系统的必要性和紧迫性，论述了环境地理信息系统在解决城市环保问题方面所发挥的重要作用。

【关键词】三维GIS技术 地理信息系统 环境保护 前言

地理信息系统GIS（GeographicInformationSystem）是六十年代中期开始发展起来的新技术。它最初为解决地理问题而起，至今已成为一门涉及测绘学科、环境科学、计算机技术等多学科的交叉学科，通俗地讲，它是整个地球或部分区域的资源、环境在计算机环境的缩影。严格地讲，它是反映人类赖以生存的现实世界（资源与环境）的现状与变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特征的属性，在计算机软件和硬件的支持下，以一定的格式输入、存贮、检索、显示和综合分析应用的技术系统。GIS把地图独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起。这种能力使GIS与其他信息系统相区别，

从而使其在为广泛的公众和个人企事业单位解释事件、预测结果、规划战略等中具有很强的实用价值。我们当今面临的最主要的挑战是―――环境污染、森林破坏、自然疾病等，这些都与地理因素有关。据报道，中国有四分之一的人口在饮用不符合卫生标准的水，“水污染”已经成为中国最主要的水环境问题。中国水利部全国700余条河流约10万公里河长的水资源质量评价结果中指出，目前已憎爱分明46。5%的河长受到污染（相当于四、五类）；10。6%的河长严重污染（已超五类），水体已丧失使用价值；90%以上的城市水域污染严重。因此，GIS在环境保护领域中有广阔的适用和发展空间，将给环境管理、环境监测、环境规划等提供强有力的技术支持。

1GIS技术在环境保护中的应用

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。下面将举例阐述GIS技术在环保领域的应用情况。 1.1应用GIS建立各种环境地理信息系统

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。

1.2GIS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。

1.3GIS应用于环境质量评价和环境影响评价 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。

1.4水环境信息管理

由于水环境信息具有明显的空间属性和层次属性，利用GIS技术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。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。同时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。还可以监测水土流失、地下水降落漏斗、土地沙化和盐碱化、森林和草场的退化与消失、海水入侵、黄河断流等。目前使用GIS软件的环保部分，已完成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，将对水环境的科学管理具有非常重要的意义。 2三维GIS可视化

三维可视化是在计算机图形学的基础上发展起来的一门新兴技术，也是直观表达和分析空间信息的有力手段。将可视化技术引入到DEM和三维地质建模，可以实现三维地形和地质体的生成和仿真。三维属性建模可视化：三维属性建模是建立在以岩（土）性为要素的单一体划分的基础之上的，数据来源于钻孔资料，主要是各岩层、土层分界点的X、Y坐标、高程值、岩性等。这些采样点具有有限性、离散、稀疏、不规则等特点。SiykaZlatanova提出了结合DTM和CAD进行建模的方法，避免了CAD和DTM之间的裂缝及遮掩，保证了数据模型的一致性。可视化技术在三维属性建模中得到了广泛的应用，用DEM来模拟其他二维表面上连续变化的特征，比如说还可以表示地面景观的属性，地面温度、降水、地球磁力、重力、土地利用、土壤类型等其他地

面特性信息，此时的DEM也称为数字地形模型

（DigitalTerrainModels，简称DTM）。考虑三维几何模型在计算机中的不同表达方式和不同的应用范围，主要有面模型、体模型和面向对象的模型几种。 2.1面模型

面模型侧重于三维空间实体的表面表示，如地形表面、地质层面、建筑物轮廓与框架等。基于MapGIS的三维城市地质信息服务系统中采用面模型表现大范围起伏的地形DEM数据，取得了很好的效果。 2.2体模型

体模型基于三维空间的体元分割和三维实体的表达，体元的属性可以独立描述和存储，因而可以进行三维空间分析操作。我们采用建立区域环境DEM模型来模拟某区域的某个时间段内单一化学元素分布状况，通过分析多个连续的时间内的数据，最终形成描述元素分布趋势的时间曲线图，从而将三维属性建模可视化技术应用到环境保护当中去。以上所有论述的方法已在武汉中地数码科技有限公司开发的“三维城市地质信息系统”中得到了很好的运用，且已实现，满足功能需求。 3结论

地理信息系统近年来发展迅速，尤其是“3S”集成技术的出现，使我国的环境地理信息系统开发与应用迈上新的台

阶，随着信息技术的发展和逐步完善，特别是计算机软件及网络技术的普遍应用，基于GIS建立的环保信息系统将朝着信息集中管理、智能分析和辅助决策的方向发展。系统将广泛应用CAD技术、人工智能、专家系统技术，从只进行简单的数据处理向智能分析发展。

随着应用的不断深入，系统不但可为城市环保部门及其他相关部门提供辅助信息、支持与决策，也为将来数字城市的建设打下坚实基础。基于GIS的城市环保信息系统的建立，对于解决城市环境污染问题具有极大的社会效益和经济效益。通过利用先进的环保信息系统对城市污染源进行实时监控，对污染源的历年资料进行分析，进行环保规划，将获得城市环保问题切实有效的解决办法，并最终实现城市环境管理的数字化、智能化与网络化。 参考文献

[1]阎立，张福炎，丁秋林，等。信息化纵横[M].南京：南京大学出版社，2003

[2]邬伦，刘瑜.地理信息系统导论[M].北京：北京大学出版社，2001

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