环境保护业务管理的信息化应用

1、GIS 技术在环境保护中的应用随着全球性环境的日益恶化， 人们已越来越认识到环境保护的重要性。同时， 也越来越认识到科学技术， 特别是信息技术对环境保护所起的重大作用。 环境保护离不开环境信息的 采集和处理，而环境信息 85% 以上与空间位置有关，所以，地理信息系统就自然成为环境 保护工作的有力工具。在地理信息系统的帮助下， 不仅可以方便的获取、存贮、管理和显示 各种环境信息， 而且可以对环境进行有效的监测、 模拟、 分析和评价， 从而为环境保护提供 全面、及时、准确和客观的信息服务和技术支持。地理信息系统（ GeographicInformationSystem 简称 GIS ）是随着地理科

2、学、计算机 技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一个新兴技术， 是一个能够对空间相关数据 进行采集、管理、分析和可视化输出的计算机信息系统。地理信息系统萌芽于 20 世纪 60 年代初， 1972 年， 世界上第一个物理信息系统加拿 大地理信息系统（ CGIS ）全面投入运行。此后，地理信息系统在全球范围内获得了快速发 展，在西方发达国家 GIS 应用已经渗透到社会经济生活的各个方面，目前已成功地应用到 了资源管理、 环境保护、 灾害预测、 投资评价、 城市规划建设、 人口和商业管理、 交通运输、 石油和天然气、教育、军事等众多领域。在我国随着经济建设的迅速发展， GIS 在城市规划 管

3、理、环境保护、交通运输、防灾减灾、农业、林业等领域发挥了重要的作用，取得了良好 的经济效益和社会效益。一、GIS技术及其特点GIS 系统是在数据库管理系统（ DBMS ）和计算机辅助设计（ CAD ）两个比较成熟的软 件技术基础上发展起来的， 并附加了对空间数据进行管理和分析的特殊功能。 GIS 以其混合 数据结构和独特的地理空间分析功能而别具一格。 它所提供的专用函数可用来进行测量、 坐 标变换、图象生成、属性修改、统计分析、拓扑叠加、网络分析等。许多GIS 产品还采用了工业标准的组件对象模型（ COM ）技术，为用户进行功能和结构定制拓展了空间。 GIS 技术特点可归纳为：1.1 数据输入

4、数据输入是把现有资料按照统一的参考坐标系统、统一的编码、 统一的标准和结构组织转换为计算机可处理的形式， 输入到数据库中的过程。 除了在地图上手扶跟踪数字化、 图形 扫描外，目前GIS的输入越来越多地借助非地图形式，RS （遥感技术）数据和 GPS （全球定位系统）数据已成为 GIS 的重要数据来源。1.2 数据处理GIS 对空间数据的处理主要包括数据编辑、数据综合、数据变换等，最终形成具有拓扑 关系的空间数据库。 GIS 中的数据分为栅格数据和矢量数据， 如何有效地存储和管理这两类 数据是 GIS 的基本问题。大多数 GIS 系统采用了分层技术，即根据地图的某些特征，把它 们分成若干图层分别

5、存储， 把选定的图层叠加在一起就形成了一张满足某些特殊要求的专题 地图。1.3 空间分析和统计空间分析和统计是 GIS 的一个独立研究领域，它的主要特点是帮助确定地理要素之间新的关系，为用户提供一个解决各类专门问题的工具。这也是GIS 得以广泛应用的重要原因之一。 GIS 的空间分析分为两大类：矢量数据空间分析和栅格数据空间分析。矢量数据空 间分析包括：空间数据查询和属性数据分析， 缓冲区分析，网络分析等。栅格数据空间分析 包括：记录分析、叠加分析、统计分析等。1.4 地图显示与输出GIS 可将空间地理信息以地图、报表、统计图表等形式显示在屏幕上，利用开窗缩放工 具可以对所显示的地图中的任意点

6、和范围进行无级开窗缩放，也可以按照某一比例尺显示， 进行分析对比。还可按照用户需要设置制图符号和颜色，根据编辑好的空间数据分层选择， 通过逐层叠加形成各种专题图，通过绘图机、打印机等输出。1.5 二次开发和编程大多数 GIS 系统都提供二次开发环境，包括提供专用语言的开发环境，用户可在自己 编程环境中调用 GIS 的命令和函数。 系统配有专门的控件， 供用户的开发语言 （ C+ ， VB， VC+ , Dephi ,）调用等等。用户可以很方便地编制自己的菜单和程序，生成可视化的 用户界面，完成 GIS 的应用功能的开发。二、GIS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

7、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 27 个省级环保局及一百多个城市环保部门都已经使用地理信息系统平台软 件和相应的硬件设施，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。 下面将结合实例分别阐述 GIS 技术在环保领域的应用情况。2.1 应用 GIS 制作环境专题图环境制图是环境科学研究的基本工具和手段。 与传统的、 周期长、 更新慢的手工制图方

8、 式相比，利用 GIS 建立起地图数据库，可以达到一次投入、多次产出的效果。它不仅可以 为用户输出全要素地形图，而且可以根据用户需要分层输出各种专题图，如污染源分布图、 大气质量功能区划图等等。 GIS 的制图方法比传统的人工绘图方法要灵活得多， 在基础电子 地图上， 通过加入相关的专题数据就可迅速制作出各种高质量的环境专题地图。可以根据实际需要从符号和颜色库中选择图件，使之更好地突出专题效果和特性。2.2 应用 GIS 建立各种环境地理信息系统各级环保部门在日常管理业务中， 需要采集和处理大量的、 种类繁多的环境信息。 而这 些环境信息 85% 以上与空间位置有关。 GIS 的强大功能之一是

9、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G I S ，可以建立各种环境空间数据库。例如：污染源空间信息数据库 （包括工业、 农业、 交通等污染源数量、 属性和污染源发生的地域范围） 、 环境质量信息数据库（包括空气、水、噪声等）， GIS 能够把各种环境信息与其地理位置结 合起来进行综合分析与管理，以实现空间数据的输入、查询、分析、输出和管理的可视化。 例如，基于 GIS 平台，厦门市建立了城市环境空间数据库和污染源监测属性数据库，开发 了网络化城市环境质量地理信息系统，该系统涵盖了大气、地表水、声学环境的监测信息， 以分布图、 专题图、 三维模型等形式，生动直观地反映

10、环境质量状况。 由于采用了因特网的GIS 开发技术，该系统可以在 Internet/Intranet 上运行。2.3GIS 应用于环境监测在环境监测过程中，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。该系统直 观显示和分析东深流域水环境现状、 污染源分布、 水环境质量评价，追踪污染物来源。 可结 合数字地图查询历年监测数据及各种统计数据，进行空间分析 （如缓冲区查询与分析） 、辅 助决策（容量计算及污染状况的预

11、测） 为流域水环境的科学化管理和决策提供了先进的科学 手段。2.4GIS 应用于自然生态现状分析 在进行自然生态现状分析过程中，利用 GIS 可以比较精确地计算水土流失、荒漠化、森林 砍伐面积等， 客观地评价生态破坏程度和波及的范围， 为各级政府进行生态环境综合治理提 供科学依据。 国家环保总局把 GIS 技术与遥感技术相结合， 对我国西部 12 省的生态环境现 状进行调查， 得到了西部地区生态环境的空间分布与空间统计状况、 生态环境质量状况和生 态环境变化的空间规律特点， 为该地区经济的可持续发展与资源环境的可持续利用提供了科 学依据。青海省遥感中心将“3S ”技术运用到青海湖环湖重点区域调

12、查上，快速查清了该区域土地利用、 土地覆盖现状， 建立了生态环境数据库和生态环境评价指标体系， 为政府规 划决策、资源开发、环境保护提供了宝贵资料。2.5GIS 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。 例 如，大连市的“重大污染事故区域预警系统”把重大污染事故的多种预测模型与 GIS 技术 相结合， 当某一风险源发生事故时提供应急措施、 报警信息和救援信息， 为重大污染事故应 急指挥奠定了基础。上海市应用GIS 、RS 与 GPS 技术开发了

13、环保应急热线系统，该系统采用 GIS 技术进行污染源搜索和定位；将 GIS 与 GPS 结合起来，用于出警指挥和导航；用RS技术获取地面信息，解决了GIS基础底图动态更新问题。通过“3S”技术的综合应用,更好地发挥了 GIS 在环保执法和应急事件中的作用。2.6GIS 应用于环境质量评价和环境影响评价由于 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 G

14、IS 系统具有层的结构，可将不同的环境影响进 行计算并叠加。深圳市环境保护研究所已利用 GIS 技术进行编制环境影响评价报告书和制 图。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。2.7GIS 应用于水环境管理水环境信息具有明显的空间属性和层次属性，利用 GIS 可以更加明确地揭示不同区域的水 环境状况， 反

15、映水体环境质量在空间上的变化趋势。 可以更加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。利用 GIS 还可以进行污染源预测、水质预测、水环境容 量计算、 污染物削减量的分配等， 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。目前，全国各省环保局正在使用 GIS 软件进行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， 对水环境的科学管理将 具有非常重要的意义。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

16、理信息系统开发与应用迈上新的台阶。随着国家环境地理信息系统的建立和 100 城市日援项目的实 施，GIS技术必将在环境保护领域得到更广泛的应用。三、GIS 技术在环境保护中的优势提供丰富快捷城市环境地理信息系统对环境管理中的各种专业实施强有力的分类管理， 的查询、分析和统计功能，还具备环境监测、 环境评价等多种功能。并可打印各个环节产生 的数据或图表，从而使管理更加方便。3.1 污染源信息查询。包括污染源点定位， 多媒体介绍，污染源单项查询，污染源图元属性查询， 地方数据库 查询，污染信息查询，污染区域查询。实现对污染源的单项信息查询（如工业用水、工业废 水、工业能耗、工业固废、工业治理设施）

17、。对监测点的各方面（二氧化硫、氮氧化物、总 悬浮颗粒物、一氧化碳、降尘、降水 P H 值）污染信息的查询。查询自定义范围（圆形、 矩形、任意多边形）内某一年污染源的污染信息。并提供多种直观输出方式。3.2 污染源历年统计和分析。包括筛选企业分析、 各污染物排序分析、 污染源报告分析、污染源缓冲区分析、污染源 区域分析、污染源水系分析、大气环保预测、三维地貌显示、等标负荷分析。对各种污染物 进行排序分析， 能直观反映各企业的排污严重情况。 快速统计污染源废水排放量、 废气排放 量、废水等标污染负荷、废气等标污染负荷。提供点源模式和面源模式两种分析模型。3.3 监测资料分析。包括污染点位分析、 污

18、染等值线分析、大气环境质量状况、污染变化趋势分析、大气质 量周报分析、 区域噪声地图化分析、 道路交通噪声图生成等。 系统采用等值线方式分析全区 范围的污染情况。 提供平面和立体等值线两种分析模式。 对大气环境质量按年度分析四季污 染（二氧化硫、氮氧化物、总悬浮颗粒物、一氧化碳、降尘、硫酸盐化速率、降水）的变化 趋势，并在地图上动态绘制直方图。3.4 图形数据库编辑。提供污染源常用的编辑功能。 完成编辑污染物基本信息， 编辑污染物的图形数据。 可以 保存污染专题图的点文件。四、3DGIS 的应用3DGIS 是 GIS 的一个重要发展趋势，它区别于以往的二维 GIS 。二维 GIS 是始于二十

19、世纪六十年代的机助制图，今天已深入到社会的各行各业中，但是二维GIS 存在着自身难以克服的缺限， 本质上是基于抽象符号的系统， 不能给人以自然界的本原感受。 虽能够表达 出表面起伏的地形，但地形下面的信息却不具有，世界的本原是处在三维空间中的，二维 GIS 将现实世界简化为平面上二维投影的概念模型注定了它在描述三维空间现象上的无能 为力。克服这一缺陷迫切需要真正的基于三维空间的 GIS 的问世。三维 GIS 对客观世界的 表达能给人以更真实的感受， 它以立体造型技术给用户展现地理空间现象， 能方便地对空间 对象进行三维空间分析和操作。现阶段采用的环保地理信息系统， 在环境质量监测方面， 可提供

20、监测点位的显示、 点位 查询、 区域查询、信息查询、全区环境分布、 全区或个别点环境平均状况随时间的变化情况 等功能。自动生成交通线上的噪声污染图，功能区噪声图等； 在评价模型方面，实现了大气 环境领域的五种经典空气质量评价模型， 准确地对当前大气环境质量及影响进行评价， 系统 的结果输出直观， 并具有统计功能， 可存储多次 （按用户需求） 评价结果供用户参考、 比较； 在地理数据和专业数据管理方面， 可动态建立图形属性库、 修改属性域， 并对已有属性进行 管理、维护操作。 通过开放式数据库接口可充分利用环保系统已有的数据库资源， 减少了数 据的录入量；在污染源管理方面，利用GIS 技术把环境

21、污染源应用软件构筑于污染源数据库管理系统和图形库管理系统之上， 能综合分析环境情况， 实现污染源信息的综合查询； 在 动态数据成图方面， 自动对区域环境状况进行直观表现， 提供描绘全场平面， 立体等值线图， 各种数据可生成饼图、柱状图、线状图等多种表现形式，能动态外挂图、文、声、像等多媒 体数据，通过地理数据实现地貌的三维显示。环境保护业务管理的信息化应用信息技术作为当今世界上最先进的生产力,在各行各业发挥着重要的支撑作用，深刻地改变着经济和社会面貌。同样 ,信息技术在环境保护工作中也发挥着重要的作用，特别是“十一 五”以来， 国家以污染减排 “三大体系” 建设为龙头， 开展了一系列重点信息化

22、工程和项目， 为环境保护重点工作提供了重要技术保障。环境信息化技术架构设计根据国家电子政务建设总体规划， 结合信息技术的发展和环境保护业务特点， 国家环境信息 化总体技术架构建立在“三体系、四平台、五应用”框架基础上（图1 ）。其中“三体系”包括环境信息标准规范、 环境信息运行管理、 环境信息安全保障三大体系。 环境信息标准规 范体系为环境信息化建设的统一、 协调和规范提供标准化服务和保障。 环境信息运行管理体 系实现环境信息系统软硬件设施的运行维护和技术服务， 保障环境信息系统的稳定运行。 环 境信息安全保障体系保障国家环境保护信息系统的系统安全和信息安全。“四平台”包括环境信息基础设施平台

23、、环境信息应用支撑平台、环境信息资源共享平台、 环境信息资源服务平台。 环境信息基础设施平台是国家环境信息化的软硬件基础环境， 为各 类业务应用及支撑系统和数据库系统提供运行平台。 环境信息应用支撑平台为各类业务应用 系统提供统一应用支撑环境。 环境信息资源共享平台集成各类环境信息数据， 通过信息资源 目录提供统一的信息发布和共享交换服务。环境信息资源服务平台为政务管理、业务应用、 社会公众服务提供统一的环境信息服务。按照国家环境保护的业务需求，“五应用”包括环境质量监测管理、污染防治与监督管理、 生态保护管理、 核与辐射安全管理、 环境应急管理等业务应用系统， 为环境保护各大核心业 务应用提

24、供基础信息化工作平台。基于信息化总体架构，各级环境保护管理部门相继开展了“综合业务平台”建设， “综合业 务平台” 已经成为环境保护业务管理的基础工作平台和业务管理门户。同时， 各级环境保护管理部门以环境管理业务需求为主导， 基于各类先进的计算机开发技术相继组织开发了一系 列环境管理业务应用软件，提高了环境管理工作效率和决策支持水平。环境保护重点业务管理领域的信息化应用 环境保护信息化应用主要涉及网络通讯技术、应用开发技术、数据库技术、模型计算技术、数据存储技术、遥感技术（RS）、地理信息技术（GIS）等信息技术领域。近年来，各级环 境保护管理部门在环境质量监测管理、 污染防治与监督管理、 生

25、态保护管理、 核与辐射安全 管理、环境应急管理等环境管理领域广泛应用信息技术开展业务管理信息化建设，为环境管理和决策提供环境信息技术支持与服务。环境质量监测管理环境质量监测工作是环境管理工作的基础， 只有在掌握及时、 充分的环境监测数据的前提下， 各项环境管理和决策工作才能得以顺利开展。信息技术作为环境质量监测工作的重要手段， 在环境质量监测工作中发挥了重要的支撑作用。国家环境质量监测网覆盖了全国范围， 由涉及主要河流湖泊水库的水质监测站、 城市空气监 测站、 近岸海域监测分站以及酸雨、 沙尘暴监测站等组成， 以此网络为基础建立的国家环境 质量监测信息管理系统， 实现了环境质量数据准确采集和及

26、时传输， 为各级环境保护管理部 门及时、准确掌握环境监测数据，科学判断环境形势，客观评价环境质量和污染状况，及时应对环境突发事件提供了信息支持。通过正在运行的环境卫星， 基于多种先进的遥感探测设备， 开展生态环境监测及评价， 跟踪 突发环境事件的发生和演变， 为全国生态环境状况调查、 大型水体水华监测、 区域环境空气 污染监测、 沙尘暴监测等业务管理工作提供了及时高效的信息支持，为天地一体化的先进环境监测预警体系建设奠定了坚实的基础。污染防治与监督管理污染防治与监督管理是环境管理的核心业务。 通过在水、 大气污染防治、 城市环境综合整治 管理、 危险废物管理、污染源自动监控、 总量控制等业务管

27、理领域进行信息化建设，为污染 防治与监督管理提供了重要手段。在水污染防治方面， 国家在重点流域水污染防治、 饮用水水源地调查工作中相继建立了重点 流域水污染动态监控系统、 饮用水水源地调查信息管理系统、 重点湖泊水库调查基础数据库。应用数据库技术为各级环境保护业务部门进行环境监管和污染防治提供了信息管理平台， 水环境污染防治管理工作提供支持。在大气污染防治方面，通过 GIS 技术和模型计算进行城市大气污染扩散的动态监管和趋势 分析， 为城市环境管理提供了决策依据。 通过建立机动车车检的监控系统， 实现了机动车尾 气排放检测的动态管理。在城市环境管理方面， 结合全国城市环境综合整治定量考核工作，

28、 基于应用开发技术和数据 库技术开发的 “城考” 信息管理系统， 为各级城市环境保护管理部门业务管理和数据汇总提 供了基础工作环境，为国家“城考”业务管理工作提供了信息服务。 在危险废物管理方面，基于数据库技术和 GIS 技术建立的危险废物基础数据库，为危险废 物监管提供了基础数据支持。 通过建设危险废物转移联单管理信息系统， 为危险废物区域管 理和宏观决策提供了信息化的技术支持。 目前，正在开展的全国固体废物管理信息系统建设， 将形成覆盖国家级和省级固体废物管理的基础信息化平台， 通过信息技术提升国家对危险废 物的监管能力。在污染源自动监控方面， 全国各级环境保护监管部门依托自动控制、 基础

29、网络、 数据库技术、 通信技术等多项信息技术开展污染源自动监控系统建设， 实现了全国重点污染源的实时监控 和数据传输， 提高了各级环境保护部门应对重大环境污染事故的预防和应急能力， 降低了环 境执法成本，提高了执法监察效能。近年来，信息技术在环境统计、排污申报、总量减排、排污收费、建设项目管理等重点业务 工作中发挥了重要的支撑作用。以先进的计算机技术、数据库技术和空间信息技术为依托， 相继建立的各级重点业务应用系统和环境空间基础数据库,实现了污染源数据采集、汇总、审核、统计等功能，形成各类综合污染源数据库，为污染源日常管理提供了技术支持。 生态保护管理生态保护管理是生态文明建设的基础。 围绕生

30、态功能保护区管理、 自然保护区管理、 全国生 物物种资源重点调查等重点工作， 国家开展了一系列生态保护业务信息化建设工作， 利用信 息技术手段对各类生态保护信息和数据进行动态化管理。国家利用 RS 技术和 GIS 技术开展了全国西部地区、中东部地区生态环境现状调查工作,并建立了信息系统及基础数据库建设， 为我国生态环境保护规划与管理提供重要科学依据， 国家经济结构战略性调整和重大建设项目布局提供决策依据。围绕国家级自然保护区， 各级环境保护管理部门建设的自然保护区管理系统， 通过地理信息 系统进行环境专题图制作 ,基于信息技术实现了信息采集、处理、分析和监管一体化管理， 为保护区的日常管理和规

31、划提供了辅助工具。基于基础网络和数据库技术建立的生物物种资源数据库， 为生态保护管理部门掌握全国物种 资源总体状况、 规范和强化生物物种资源保护和管理提供决策依据， 为下一步建立健全生物 物种监测体制和安全预警体系提供了信息基础。核与辐射安全管理核与辐射安全管理是国家环境管理的重要组成部分， 核与辐射安全管理信息化建设是通过对 各类辐射源和核设施进行实时自动监测，为环境管理和决策提供数据支持。根据国家核安全管理的业务需求， 国家先后建立了核与辐射事故应急响应与评价系统、 核设 施运行和经验反馈系统、 核安全管理数据库及核安全信息系统等， 保证了国家核安全和辐射 环境管理的安全审评和监督等工作的

32、完成。为了保障国家辐射环境安全，相继建设了 “国家辐射环境监测数据库” 及“国家辐射环境监 测数据库连续监测平台” ，为各级辐射环境管理部门提供了准确、 及时的辐射监测信息，实 现了管理系统与实时监测系统、实验室系统的对接，提高了数据采集的准确率和速度。 环境应急管理 环境应急管理是有效防范和妥善应对突发环境事件，保障人民群众生命财产安全和环境安 全，促进经济全面、 协调、 可持续发展和社会和谐的重要保障。 环境应急信息管理系统为各 级环境应急管理部门应对突发环境应急事件， 提高信息获取能力、 快速反应能力、 组织协调 能力、决策指挥能力、综合服务能力，进行突发环境事件的监控与预警、应急决策、现场的 应急处置提供全面的技术支持和保障，在环境应急管理中发挥着重要的支撑作用。 近年来，各级环境应急管理部门根据应急业务现状与发展趋势， 以信息网络技术应用为基础， 构建了各类环境应急管理信息系统， 为预测预警、 指挥调度、 现场处置、灾后评估和培训演 练等方面的工作提供了信息化支持， 为下一步建立各级环境应急平台和重点行业环境风险源 数据库积累了实践经验。新兴信息技术在环境保护领域的应用前景 目前，信息技术发展迅速，计算技术正在向超高性能、网络化方向发展，信息获取、处理、 存储和传输能力持续增强，通信和网络技术向宽带、移动、融合方向发展，模拟信息技术