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浅谈GIS技术在地球科学中的应用

中图分类号：P9 文献标识码：A 文章编号：1007-0745(2014)02-0181-01

摘要：地理信息系统是指带各种地理信息以及它们的载体包括文字、数据、图像等，进行输入、存贮、检索运算、分析、输出等的技术系统。本文介绍了地理信息系统(GIS)的组成、功能、特点，概述了其在地球科学中的几个主要应用领域。

关键词：GIS 地球科学

1、GIS简介

地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)是20世纪60年代发展起来的一门融计算机技术、测绘、地理、信息管理一身的综合和集成的信息技术。它以地理空间数据库为基础，在计算机系统的支持下，对空间相关数据进行采集、操作、分析、管理、显示，是与人类的生存与发展密切关联的一门信息科学与通用技术。地球科学是以地球系统(包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空间)的过程与变化及其相互作用为研究对象的基础学科，包括地球物理学、大气科学、水文学、自然地理学、环境科学等分类。自GIS发展以来，就与地球科学建立了深厚的联系，应用的潜力也越来越大。目前，GIS已经在地形图与专题制图、土地利用与规划、环境保护与治理、环境监测、灾害监测和防治、生物资源保护与利用等诸多领域得到了初步的应用。

一个完整的地理信息系统由4个部分构成：(1)硬件系统，计算机与一些外部设备及网络设备的连接构成GIS的硬件环境，硬件主要包括计算机、打印机、绘图仪、数字化仪、扫描仪等；(2)软件系统，支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机系统。按照功能分为GIS专业软件、数据库软件、系统软件；(3)地理空间数据，主要是指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据，是系统分析与处理的对象，构成系统的应用基础；(4)管理操作人员。人是地理信息系统中重要构成因素，GIS是一个动态的地理模型，仅仅有系统软件、硬件和数据尚不能构成完整的地理信息系统，使用过程中还需要人进行组织、管理、维护和完善系统。

2、GIS在地球科学中的应用

随着地球科学研究工作的渐渐深入，研究的难度不断增加，过去单一的研究方法已难见成效。近年来计算机技术的进步特别是GIS技术的发展，地学专家把各种相关的空间或非空间信息利用GIS进行管理，进行各种综合分析研究，GIS在地球科学各个领域逐渐广泛应用。GIS在地球科学及相临学科的应用主要有如下几个主要领域：

土地管理方面：GIS产生和发展首先在土地管理中得到应用，这是因为从古至今土地的管理和利用一直是人们重视的内容。早期的GIS大部分是处理与土地有关的信息，土地可以说是GIS最古老、最广泛的应用领域之一。目前，GIS在地籍调查和管理、土地利用规划、土地利用现状调查与管理、土地资源评价、土地承载力计算和分析、土地类型划分、土地信息查询、土地潜力分析、土地利用预测与决策分析等方面发挥着越来越重要的作用。

自然资源管理方面：包括自然资源的分布状况、自然资源数量统计、自然资源查询、资源评价、资源合理开发利用、资源动态监测等。我国自然资源十分丰富，传统的管理技术无论是从效率上还是应用上都不能跟上时代的步伐。将GIS技术应用于这一领域，不但减少了人力、物理、财力，关键是进行管理的效率大大提高了。

水文地质方面：包括地貌的发生、发展和演变规律、地下岩石和地下水分布规律、水域分布和分析、洪水预测及防护等。从现有的资料来看，GIS在地下水的应用比较广泛，包括地下水规划和管理、地下水水质监测、含水层的识别、水源保护、编制水文地质图等方面。

林业和农业方面：包括林地使用状况、植被分布特征、森林资源清查、分析与评价，以及农作物结构优化和合理布局、农作物估产、决定投资方向和规模，找出最佳投入产出比。在林业生产管理的基础上融入GIS技术，使林业形成一套综合的林业生产管理的信息管理系统，节省了林业管理经费，提高了管理效率。作为农业生产管理的工具，主要是建立各种模型和拟定各种方案，直接用于农业生产。

环境保护方面：包括环境质量专题制图、环境质量现状分析、环境质量预测分析、环境质量动态模拟等。通过对遥感图像的分析，能对过去历史过程进行近似的再现与模拟，并对未来的生态环境演变进行模拟和演示，对预警生态环境灾难的发生具有非常现实的意义。GIS与GPS相结合起来还可以进行生态环境参数的定量、定性分析及预测生态环境的动态变化。

水利和水资源管理方面：包括基本建设规划、测量、土方挖填、坡度和坡向分析、坝址设计、库容分析、洪水淹没分析、小流域治理等。水利部曾提出了“以信息化带动水利现代化”，说明GIS在水利方面中有着广泛的应用，GIS在水利现代化中起着并将继续起到至关重要的作用。