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第二章 资源环境信息系统分析
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2.1 概 述 2.1.1 环境地理信息系统定义 以遥感、地理信息系统和全球定位系统技术为手段，进行环境空间信息的获取、分析处理、存储和表达并为环境保护工作提供环境空间信息支持和管理决策依据的计算机系统。
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2.1.2 环境地理信息系统的特点 多技术集成特性 环境空间特性 动态变化特性 广泛实用特性 可视化特性
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2.2 环境GIS的应用模式 其应用模式可以分为：作为环境科学研究工具的应用模式；作为环境管理的应用模式；作为公众服务的应用模式。
环境管理应用模式
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2.3 环境地理信息系统的总体框架 进行环境GIS建设和应用的过程，实际就是对环境数据进行采集、存储、管理、加工和显示的过程。所以有必要对环境数据源进行简单的分类介绍。按照习惯分类，常见的环境数据有5种。 环境数据分类 环境监测数据 工业污染与防治数据 生活及其他污染与防治数据 自然生态环境保护数据 环境管理数据 空气和废水数据
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2.3.1 空气监测数据采集 空气数据采集 废水数据采集
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汽车尾气采集 噪声数据采集
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2.4 环境GIS业务需求分析 环境GIS的主要用户是各级环保部门，所以232.4要对环保部门的设置和主要职能有一个基本了解。我国的环保机构分为四级管理机制：国家环保总局、省级环保局、市级环保局和县级环保局。相应地信息系统也分为四个层次：国家级，省级，市级，县级。
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2.4.1 环境监测网络体系 环境监测数据是环境GIS的主要数据源，而其获得的主要途径是通 过环境监测体系。目前环境监测大体分为三个类型： 要素型 管理型 混合型
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2.4.2 业务工作流程 四级环境保护管理机制使得国家和省级环保部门主要担负宏观管理、综合分析和决策规划职能，这种层次化，向上集中的机 构特点决定了决策任务向下传达，下级执行后环境基础数据向上传输和汇总。
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2.4.3 环境空间数据采集与数据录入流程
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2.4.4 环境GIS涉及的空间信息的分类 环境GIS涉及的空间信息主要有三大类：污染源空间信息、环境质量空间信息和自然生态空间信息。对这些空间信息进行查询和处理是环境GIS应用的最基本的功能。 根据污染源空间信息可以分为： 点状污染源 非点状污染源 非点源污染源信息特点 分散性和隐蔽性 随即性和不确定性 不易监测性
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2.4.5 面源模型与GIS集成的方法 GIS与面源模型集成的方法总的来说有两种，松散集成和紧密集成。 松散集成 依赖于GIS与外部模型程序之间数据文件的传输与交换。GIS 与面源模型都有自己的系统和数据管理能力，并没有结合为统一的系统。
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紧密集成 GIS和面源模型的数据管理统一起来，形成统一的数据库和应用系统。通常在一个商业GIS软件包中集成一个或几个面源模型，这一过程通过GIS的宏语 言或其他常用的高级程序语言实现。系统结构如图所示。
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两种集成方式的比较
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2.5 环境质量空间信息查询与处理 环境质量空间 信息查询处理 水质检测信息查询与处理 空气质量检测信息查询与处理
区域噪声检测信息查询与处理 交通噪声检测信息查询与处理 检测断面测点和水质检测信息查询与处理 城市环境空气功能区信息查询与处理 环境质量空间 信息查询处理
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2.5.1 空气质量监测信息查询与处理 空气质量监测信息系统的基本功能： 污染调查 模型计算 制图表达
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1)空气质量监测信息系统工作流程 2）数据输入 数据来源有两类：固定污染源（排放污染物的烟囱，生活废水）和移动污染源（汽车）。
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2.5.2 与GIS的无缝接合 1）概述 城市空气质量以及各种相关城市空间数据的采集录入和实时更新，提高了工作的速度与精度；城市的不断发展，使得基础数据需要及时更新，GIS提供了对各种城市大气环境相关信息，包括污染源、污染影响因子的集源 中化的管理，并能够结合大气污染物扩散模型，进行污染物浓度计算。 2）数据的采集与管理 原来面源数据统计用人工计数、估计，现在自动计算。数据更新，原有新增加或更改基础数据，如道路，整个源强数据全部重新统计，现在只在基础道路图层更新需要更新的数据，其他自动更新
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3）直观生动的表现形式 以前数据采用表格表现，现在用可以用地图、数据表、动画、声音录像等多种媒体表现，生动直观。
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空间插值——空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较，它包括了空间内插和外推两种算法。
内插 在已观测点的区域内估算未观测点的数据的过程； 4）模型运算支持
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外推 在已观测点的区域外估算未观测点的数据的过程
① 边界内插 首先假定任何重要的变化都发生在区域的边界上，边界内的变化则是均匀的、同质的。 边界内插的方法之一是泰森多边形法。泰森多边形法的基本原理是，未知点的最佳值由最邻近的观测值产生。
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② 趋势面分析 某种地理属性在空间的连续变化，可以用一个平滑的数学平面加以描述。思路是先用已知采样点数据拟合出一个平滑的数学平面方程，再根据该方程计算无测量值的点上的数据。这种只根据采样点的属性数据与地理坐标的关系，进行多元回归分析得到平滑数学平面方程的方法，称为趋势面分 析。它的理论假设是地理坐标（x,y）是独立变量，属性值Z也是独立变量且是正态分布的，同样回归误差也是与位置无关的独立变量。多项式回归分析是描述长距离渐变特征的最简单方法。 ③ 局部内插 利用局部范围内的已知采样点的数据内插出未知点的数据。线性内插将内插点周围的3个数据点的数据值带入多项式，即可解算出系数a0、a1、a2。
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2.6 环境GIS应用需求分析 2.6.1 污染控制应用 污染源分布情况,排污企业基本情况、污染物排放情况企业的污染处理进度等情况的GIS表达与处理；主要通过地图的抓取或选择方法汇总分析区域或流域内企业的排污总量，使用户能动态查询辖区内或流域内纳污状况。
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2.6.2 环境监测应用 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系统。
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2.6.3 建设项目管理的应用 建设项目的相关空间信息查询和管理 辅助进行建设项目审核与环境污染控制 确定建设项目影响范围 寻找废物处理最短路径 审核工业污染达标排放
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2.6.4 环境规划应用 环境区域规划 生态示范规划 水环境规划 自然保护区规划 为环境规划提供技术手段
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2.6.5 环境质量远程监控 识别和计算¡°环保黑匣子¡±所测数据 对监控污染源进行跟踪表述 制作监控点污染指标专题图
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2.6.6 环境质量评价 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。
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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。
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2.6.7 环境变化调查分析应用 土地利用/土地覆盖 自然生态景观格局 水土流失调查与分析 沙漠化和草场退化 森林资源调查
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2.6.8 城市定量考核 城市环境综合整治考核指标的信息查询和专题制图 如地面水质监测状况、大气环境质量、区域环境噪声、饮用水源水质状况、城市绿地、工业污染源分布等专题地图。
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2.6.9 应急预警预报应用 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。
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流域管理应用 流域空间信息进行综合管理 对流域水质污染状况进行分析评价 评价河流的水质状况 分析排放到河流中工业污染源的贡献率
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2.7 环境GIS功能需求分析 从总体上，环境GIS应具备环境空间信息的采集、管理、分析、处理、制图和发布等基础功能。最常用的包括：环境空间数据处理、数据分析和数据维护功能。 环境空间数据处理功能 环境空间数据分析功能 环境空间数据维护功能 环境应用功能
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2.7.1 空间数据处理功能 利用和管理数据资源是环境GIS系统总体设计必须重视和解决的问题 具备空间数据组织和数据结构转换的功能 考虑环境空间数据与环保业务属性数据的同意存储策略
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1.7.2 环境空间数据分析功能 查询分析功能 基本空间分析功能 三维显示功能 统计分析与制图功能
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2.7.3 环境空间数据维护 图层操作功能 图形编辑功能 图形显示功能 处理客户请求功能 数据访问功能
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2.7.4 环境应用功能 大气测点分布专题数据 降水测点分布专题数据 河流水质监测断面测点分布专题数据 噪声监测测点分布专题数据
建设项目专题数据 环境统计空间信息专题数据
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