地理信息系统(GIS)与国土资源管理

1、 地理信息系统

    地理信息系统( Geographic Information Systems ,简称GIS) 是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统,是分析和处理海量地理数据的通用技术[1] 。地理信息系统萌芽于20 世纪60 年代的加拿大和美国,1972 年世界上第一个运行型的地理信息系统—加拿大地理信息系统(CGIS) 全面投入运行与使用。

    地理信息系统是一种决策支持系统,它与其他信息系统的主要区别是其存储和处理的信息是经过地理编码的,地理位置及与位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分[2] 。一个完整的地理信息系统主要由计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据(或空间数据) 、系统操作人员4 个部分组成。计算机硬件系统是计算机系统中实际物理设备的总称,包括计算机机、输入设备(如数字化仪、扫描仪、解析测图仪、数字摄影测量仪器、遥感图像处理系统、机助制图系统、图形处理系统等) 、输出设备(如图形终端显示设备、绘图仪、打印机等) 等。计算机软件系统包括计算机系统软件、地理信息系统软件和其他支持软件、应用分析程序。地理数据(或空间数据) 是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据,可以是图形、图像、文字、表格、数字等,通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机等设备输入地理信息系统中,是地理信息系统的操作对象和管理内容。

    按研究内容可将地理信息系统分为3大类:

    ①专题地理信息系统,是为特定的专门目标服务的具有有限目标和专业特点的地理信息系统,如水资源管理信息系统、草场资源信息系统、矿产资源信息系统等。

    ②区域信息系统,以区域综合研究和全面服务为目标,有不同行政级别(如国家级、省级、市级、县级) 的区域信息系统,如加拿大国家信息系统;也有以自然分区(如流域) 的区域信息系统。如黄河流域信息系统。实际上许多地理信息系统是介于①、②两类地理信息系统之间,如北京市水土流失信息系统、河南省冬小麦估产信息系统等。

    ③地理信息系统工具(地理信息系统外壳) ,是一组具有图形图像数字化、存储管理、检索查询、分析运算、多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。利用通用的地理信息系统工具建立专题或区域地理信息系统,能够节省软件开发的人财物,缩短建设周期,提高技术水平,易于推广,便于益于深度开发[2] 。

    地理信息系统是地理信息自动处理与分析系统,在数据采集—分析—决策应用的全过程中,能够回答和解决5类问题:
    ①位置,在某个地方有什么的问题;
    ②条件,符合某些条件的实体在什么地方的问题;
    ③趋势,某个地方发生的某个事件及其变化过程;
    ④模式,某个地方存在的空间实体的分布模式的问题;
    ⑤模拟,某个地方如果具备某种条件会发生什么的问题[2] 。

2、 国土资源

    国土资源是指在国家管辖范围内可以利用的一切资源的总和,是自然资源、劳动力资源,以及两者结合衍生出来的经济资源的总称。它是国家和人民赖以生存和发展的物质基础,对国土资源合理地开发、利用、治理和保护,会直接影响到一国的经济建设[3] 。国土资源及其利用的现状,各类国土资源的动态监测,是制定国土资源中长期利用规划和国民经济社会发展战略的重要依据。由于我国国土辽阔,国土资源类型复杂,利用传统的常规方法进行国土资源利用现状调查需要几年,甚至更长时间才能完成,这样就无法及时制定出切实有效的国土资源利用规划和国民经济社会发展战略。

    20 世纪60 年代发展起来遥感已经成为人类对地观测的实用技术,利用遥感技术能够及时或实时获得地表大气、地表形态、植被状况等环境和资源信息。地理信息系统支持下的遥感信息处理技术,进一步提高了遥感技术的应用水平,为国土资源动态监测提供了技术保证。

3、 地理信息系统对国土资源管理的支持

    地理信息系统最早应用在资源环境管理中,目前已经广泛应用于资源环境(如森林、矿产、水利、农业、牧业等) 的管理,自然资源(如林业、地质矿藏、水资源等) 的调查,自然灾害(如水灾、旱灾、虫灾、震灾等) 的监测、预报、评估,环境保护(如水土流失、荒漠化等的治理) 等方面。[4] 。作者据“中国期刊网”[ 5]“地理信息系统”、“GIS”论文的检索、统计分类,到2000 年地理信息系统在我国国土资源及其相关领域得到应用。

    在自然资源研究领域,有土地资源调查与分类、气候资源分析及农业气候区划、水资源可持续利用研究、湖泊资源动态研究、土壤养分的时空变异特征研究、土地生产潜力研究、湿地资源调查、资源与环境动态监测;建立了土地详查、水资源信息系统,土地开发与管理决策支持系统、土壤数据库系统。

    在生态环境研究领域,有湿地资源及其生物多样性的遥感监测、景观生态研究与设计、植被景观空间格局及其环境响应特征研究、动物生态与动物地理分布、动物生境概率评价、水生植物生态学研究、估算植被光利用率、植被类型与气候因子关系的研究、流域生物圈保护区动物生境定量分析、植物地理分布式样研究、景观资源情况探测、昆虫区域性空间分布格局及动态分析、环境生态形势的空间分异研究、移民安置区内生态系统的管理、土壤养分空间变异特征研究、土地沙化/土地退化动态趋势研究、可持续农业景观生态规划与设计,建立了陆地脊椎动物分布的推论性预测模型。

    在土地资源管理领域,有土地资源评价、土地利用现状动态监测、城市地价评估、土地利用结构对非点源污染的影响、土地利用现状计算机成图;建立了土地管理信息系统、土地资源动态监测技术系统、城市土地利用扩展模式、用地管理系统、基于网络的土地利用总体规划管理信息系统、红壤开发区多媒体电子地图与土地管理信息系统、县域土地利用现状数据库系统、土地利用总体规划管理信息系统。

    在地质领域,有区域地质调查、区域填图、区调野外空间数据快速采集、岩溶塌陷预测、城市地质环境评价、火山机构和火山喷发规模研究、估算岩溶区大气CO2 ;建立了地质数字化管理系统、地质图空间数据库、综合地质信息系统、岩土工程信息系统、边坡构造专题GIS、地学断面GIS。

    在矿产资源领域,有煤田勘查、开采沉陷预测、找矿预测、金属矿产成矿预测与远景评估、编制矿产预测图、煤矿突水危险性预测、矿产资源管理;建立了铁矿供水管网地理信息系统、矿区地理信息系统(MGIS) 、矿山空间数据库、生产矿山资源评价与管理决策支持系统、开采沉陷预测化模型、矿山地理信息系统中巷道模型、面向MGIS 的开采沉陷应用子系统。

    在林业领域,有森林与生态环境综合监测及评价、护岸公益林规划、林业资源调查、森林景观监测、林业模型、林场森林立地分类、内陆河流域的荒漠河岸林变化研究、优势树种与地形空间关系格局探讨、森林采伐量的监督、连续森林清查与估计蓄积量、林业区划、森林资源可持续利用空间格局分析、森林资源信息更新,建立了森林地理空间数据库。

    在农业领域,有集水高效农业工程、精细农业(精确农业) 、农业合理布局与区划、水稻气候生产潜力研究、农作物快速更新、农牧系统结构的区域差异及空间位移研究、害虫综合治理、水稻产量时空变化研究、估算作物面积、农作物遥感估产区划研究、气候变异对棉花产量影响的空间分析、棉花生产发展时空变异分析、农用土地适宜性评价、棉田土壤养分精准管理、土壤肥力综合评价,建立了变量施肥智能空间决策支持系统、旱作节水农业管理信息系统。

    在水土保持领域,有铁路工程水土流失监测与管理、黄土丘陵沟壑区小流域侵蚀产沙的地貌分带研究、土壤侵蚀与土地利用关系研究、区域水土流失快速定量评价、岩溶地区水土流失遥感定量监测研究、土壤侵蚀与其背景的空间分析,建立了小流域水土保持规划信息系统、区域水土流失评价模型、土壤侵蚀背景数据库、水土流失遥感定量模型、水土保持土壤侵蚀信息系统。

    在水力与水利领域,有海岸工程冲淤分析、供水系统功能失效分析、水文站网管理、电子江图开发、水资源综合开发、河道演变分析,建立了岩溶地下水资源信息系统、潮汐河网区环境管理决策支持系统、堤防管理信息系统、水利工程宏观规划与信息管理系统、电子江图显示与信息系统数据库、水电规划决策支持系统、泥沙过程可视化分析系统、地表水资源开发管理信息系统、水环境空间信息管理系统、灌区地理信息系统、库区及河道地理信息系统。

    在环境保护领域,有生态环境保护、大气环境质量预测、大气质量模型、大气污染扩散可视化、城市区域环境噪声标准适用区划分、城市噪声区划、水质管理、海湾陆源污染物总量控制、交通建设项目环境影响后评价、农业非点源污染研究、地质环境评价、水质现状评价、海水污染时空模拟与调控策略、近岸海域环境管理、突发性应急监测、水库水质模拟、机动车污染模拟、矿质污染沉积物疏浚及后续处理、地表水污染调查、现代水处理企业综合自动化方案、河水水环境背景分析、重点流域环境管理、区域水环境管理、地区环境综合评价,建立了城市环境监测与管理系统、大气污染扩散空间信息系统、环境航空测量与评价系统、环境决策支持系统、环境质量评价系统、环境敏感区信息系统、环境综合评价地理信息系统、突发性环境污染事故应急地理信息系统、自然保护区基础地理信息系统。

    在灾害防治领域,有自然灾害区划、滑坡灾害研究、抗震防灾、抗震规划、活动断裂与地震的相关性研究、城市防震减灾应急决策、地震灾害损失快速评估、地质灾害风险评价与风险管理、地质灾害危险性区划、城市岩溶塌陷地质灾害风险评估、大地震社会经济影响的多学科评估、干旱监测、供水系统地震反应分析、土地沙漠化动态研究、蝗虫灾害防治研究、地裂缝灾害模拟与灾情预报研究、滑坡特征与危险性评价、洪水灾害风险区划,建立了区域历史地震信息系统、防震减灾信息系统、地震环境与潜在震源区信息系统、防洪空间数据库、海岸带信息管理系统与风暴潮预警子系统、重大自然灾害数据库、滑坡灾害制图的概率预测模型、城市防震减灾信息管理系统、城市火灾信息管理与分析系统、旱灾决策支持系统、森林火灾损失评估系统、区域洪涝灾害卫星遥感监测与评估系统、旱灾遥感监测研究- - 作物缺水指数模型、防震减灾应急决策信息系统。

    在环境演变研究领域,有草地退化指数研究、多年气象观测数据处理、多年平均降水资源空间变化模拟、半干旱地区降雨- 径流关系模拟、环境演变信息的管理与应用。

    在国土资源相关图件的制作领域,有森林分布图、水下地形成图、自然保护区植被分类系统与数字植被图、地面岩溶塌陷预测图件、气候资源及专题气候区划图集、建立城市基础地图数据库、城市基础数字地图库。

    在区域研究领域,有可持续发展空间分析、区域可持续发展研究、区域持续发展的空间分析,建立了区域资源信息系统、资源与环境地理信息系统、综合省情地理信息系统。在经济区划、聚落和人口研究领域,有综合经济区划分、工业布局调整、工程移民、乡村聚落空间分布规律研究、人口增长空间变化,建立了工业布局调整信息系统、村庄布局决策支持系统。

    在城乡地籍管理领域,并建立了地籍管理系统、城镇地籍管理信息系统、时域地籍信息系统、农村地籍管理信息系统、日常地籍管理信息系统。

    在城市规划与管理领域,有城市地形测绘、城市建设用地与地质环境协调性评价、城市土地工程能力评价、城市规划、城市环境管理、城市时空扩展的遥感监测及其动力机制,建立城市规划建设与管理信息系统,
如城市规划管理信息系统、城市3 维可视化GIS、城市供水智能管理系统、城市绿化遥感信息的系统、城市基础地理信息系统,还在城市拆迁与危改中应用了地理信息系统。

    地理信息系统还应用于市政设施管理、电力、交通运输、房地产、公共安全、高校校园管理、海洋研究、行政区划管理、城市地名库、门牌号的研究、军事、电信网络资源管理、有线电视网综合管理、商业地理定位研究、最佳路径规划、地理信息系统多媒体CAI 制作、住宅小区可视化物业管理、风景园林规划、医学地理等领域。

4、 结语

    目前,遥感(RS) 、地理信息系统(GIS) 、地球定位系统(GPS) 三者结合,已经成为资源环境观测的通用技术。地理信息系统支持下的资源环境监测,能够即时展示资源环境的现状及其历史变化,还能模拟资源环境的进一步发展过程。

    随着区域经济社会的发展和城市规模的不断扩大,城市空间信息急剧增加,传统方法已不能适应现代城市管理的需要,城市地理信息系统(Urban GeographicInformation System ,简称UGIS) 成为现代城市管理、规划、科学决策的先进工具,目前已经应用于有些城市的地籍管理、市政规划管理、公安消防管理、地下管线管理等领域。

    另外,地理信息系统还应用于政府宏观决策,而且成为国家管理决策信息化的重要标志之一,如我国国务院综合国情地理信息系统已成为国务院领导宏观决策的辅助工具。地理信息系统应用于企业管理中成为企业级地理信息系统,是目前地理信息系统向上发展的趋势, 也是Intranet 网上重要内容。应用EnterpriseGIS、Intranet GIS ,可以完成Intranet 上的信息发布、数据共享、业务处理、在线查询等功能。地理信息系统应用于军事中成为军事地理信息系统(Military Geographic In2formation System ,简称MGIS) ,在美国和西方各国MGIS在作战指挥(如作战的快速保证) 中发挥着非常重要的作用。地理信息系统应用于现代商业领域中,在确定销售网络、调控产品供应、选择目标市场等市场营销辅助决策中发挥着重要作用。

    在西方发达国家,地理信息系统已经应用于社会的各个领域,已经形成了地理信息系统的产业,是新兴的信息产业的主要组成部分。在我国,地理信息系统必将迎来一个迅速发展的崭新阶段。

[参考文献]
[1 ] 陈述彭. 地理信息系统导论[M] . 北京:科学出版社,19991
[2 ] 邬伦等. 地理信息系统—原理、方法与应用[M] .北京:科学出版社,20011
[3 ] 孙九林. 国土资源信息系统的研究与建立[M] . 北京:能源出版社,19861
[4 ] 陆守一,唐小明等. 地理信息系统实用教程(第2版) [M] . 北京:中国林业出版社,20001
[5 ] 中国期刊题录数据库.