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GIS技术在环境保护中的应用
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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27个省级环保局及一百多个城市环保部门都已购置了ESRI公司的ARCGIS、ARCVIEW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。
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。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。
2.3 GIS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。
2.4 GIS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。
2.5 GIS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。
2.6 GIS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。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。
2.7 GIS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。
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地理信息系统（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有时又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
陈小红1 潘懋1 徐旸2 汪艳梅3
(1.北京大学地球与空间科学学院；2.北京市地质调查研究院；3.内蒙古自治区国土资源信息院)
摘要 进行矿权范围内涉及国家出资地质勘查情况核查是矿政管理的一项重要工作。本文基于GIS技术，采用矿政空间数据与地质资料的结合，实现了矿权范围内涉及国家出资地质勘查情况筛查、重叠区域的核实等功能。该系统在内蒙古自治区国土资源厅实际工作中得到了应用，极大地提高了核查工作效率。
关键词 国家出资地质勘查 GIS 空间分析 影像配准
0 引言
国家出资地质勘查，是指地质勘查资金由国家投入、地质勘查风险由出资者(国家)所承担的地质勘查。国家投入的地质勘查资金来源一般包括税收、矿产资源补偿款、矿业权使用费及价款、地质勘查基金(中央或者地方)[1～2]。国家出资地质勘查形成的成果以不同形成体现在矿业权中，因此在矿业权登记、转让等环节中，需要考虑国家出资地质勘查情况。
矿政管理一般要承担矿业权的登记、变更、注销等工作以及矿产储量登记工作等。GIS技术已经广泛应用于矿政管理系统中，矿权管理系统、储量空间数据库管理系统、矿业权审批系统等[3～7]主要实现数据填报、矿权登记业务流程管理、网上审批、基于GIS功能的图形查询、统计、发布等功能；GIS应用于“一张图管矿”是业内研究的热点，主要将矿业权实地核查数据与矿产资源规划等多个数据库进行集成，实现矿权审批、监管、统计分析等[8～11]。
本文基于GIS技术，结合地质档案资料，集成探矿权、采矿权、储量等空间信息，实现了矿权范围内涉及国家出资地质勘查情况筛查、重叠区域的核实等功能，为矿业权登记、转让等环节中价款核算提供支持。该系统在内蒙古自治区国土资源厅工作中得到应用，解决了传统核查中核查精度低、周期长的问题，提高了矿政管理效率。
1 系统框架及功能
1.1 设计思路
矿业权(探矿权、采矿权、划定矿区范围批复等)审批、价款评估与缴费是矿政管理的一项重要工作，而进行矿业权范围内国家出资地质勘查情况核查工作是矿政管理及价款评估与收缴的重要依据之一。基于GIS的国家出资地质勘查核查系统建设应满足矿政管理的多层次需求，实现涉及矿政管理的基础数据管理、查询、图形核查、报告管理、统计分析等需求。系统建设应遵循总体设计、分步实施、技术先进、安全可靠的基本思路。
总体设计，分步实施：系统设计按照矿政管理需求，全面统筹规划，做好顶层设计，进而分步骤实施。优先考虑系统架构的合理设计，在此基础上逐步进行各功能组件及系统接口的深化设计，使组件之间实现高内聚、低耦合，力求形成一个布局合理、功能完备、能力均衡、分工明确的平台。
技术先进，安全可靠：系统建设充分借鉴信息技术发展前沿技术，综合运用数据库、地理信息系统(GIS)、分布式计算等多项信息技术，并遵循稳定性(运行稳定)、可扩展性(功能、数据、可视化、用户界面等)、可配置性(参数可配置)、标准性和规范性等设计原则。
1.2 系统框架
基于GIS的国家出资地质勘查核查系统框架包括数据库、技术支撑、应用系统、用户等，如图1所示。利用地质资料目录数据库、地质资料图文数据库、探矿权登记数据库、矿业权登记数据库及储量空间数据库，提取相关的数据项，构建数据库；采用空间数据库引擎进行数据访问；基于GIS平台二次开发，实现空间检索和图形核查等功能；基础组件实现显示、可视化、报表、报告模板、输出等等功能。
图1 基于GIS的国家出资地质勘查核查系统框架
1.3 主要功能
基础数据管理：主要包括地理底图、地质资料目录数据、探矿权登记数据、矿业权登记数据、储量空间数据管理。除了具有数据导入、录入、修改、删除等功能外，还包括利用区域坐标(拐点坐标)生成图层功能，生成的图层为地质资料目录GIS图层、探矿权GIS图层、矿业权GIS图层、储量GIS图层；另外，区域坐标(拐点坐标)发生变化后，GIS图层将实现更新。
条件查询：包括地质资料目录数据、探矿权登记数据、矿业权登记数据、储量空间数据查询。
空间检索：除了具有点选检索、拉框检索、输入地理坐标检索功能外，还有两个图层交互检索功能。
图形核查：功能包括两个方面：一是在地理底图基础上加载探矿权图层、矿业权图层、储量信息图层及地质资料目录图层，实现待核查矿权范围内地质资料检索，检索结果显示、追加、删除及资料查看等功能；二是实现待核查矿权与涉及国家出资地质勘查重叠区域比对功能，包括导入数据、配准、距离量算、面积量算、数据导出等功能。
核查报告管理：核查信息保存到数据库后，系统具有提取核查信息并自动生成报告功能，并且还具有报告上传入库、查询、显示等功能。
统计分析：按照矿权性质(招拍挂、探矿权、采矿权、划定矿区范围)统计，按矿权类别(探转采、延续、变更、转让、新立)统计，按行政区划查询(矿权所在的省、市、区行政区划)统计。
2 系统主要关键技术及实现
系统采用Oracle10 g数据库，把地质资料目录数据库、探矿权登记数据库、矿业权登记数据库及储量空间数据库提取的数据项按照空间-属性进行关联；系统采用C＃ WinForm，基于GIS平台二次开发；实现系统的关键技术主要为矿权涉及国家出资地质勘查项目筛查、矿权涉及国家出资地质勘查重叠区域核实、核查信息提取并生成核查报告等方面。
2.1 空间数据与属性数据组织
地质资料是一种国家投入巨额勘查资金获得的特有信息资源[3]，是将地质勘查形成的原始地质资料、实物地质资料等进行总结、编制而形成，地质资料需按照地质汇交管理办法进行汇交[12]。汇交的地质资料包含目录和电子文件。利用地质资料目录数据库、地质资料图文数据库、探矿权登记数据库、矿业权登记数据库及储量空间数据库，提取相关的数据项，再增加与核查特性相关的数据项，组成核查系统的数据内容。
提取地质资料目录数据库中档号、报告名称、起始经度、终止经度、起始纬度、终止纬度等数据项，并增加是否涉及国家出资数据项；提取地质资料图文数据库的档案号及电子文件；提取探矿权登记数据库中矿权证号、项目名称、矿权性质、申请人、勘查单位、地理位置、东经起、东经止、北纬起、北纬止、区域坐标(拐点坐标)等数据项，并利用坐标信息组织空间数据图层；提取矿业权登记数据库中矿权证号、矿山名称、矿权性质、申请人、勘查单位、地理位置、东经起、东经止、北纬起、北纬止、区域坐标(拐点坐标)等数据项，并利用坐标信息组织空间数据图层；提取储量空间数据库中矿区名称、报告名称、行政区域、主矿种、矿区面积、地理位置、东经起、东经止、北纬起、北纬止、区域坐标(拐点坐标)等数据项，并利用坐标信息组织空间数据图层。
另外，设计了保存核查结果的数据项，主要为：文号、项目名称、项目性质、矿权证号、矿权人、面积、行政区域、东经起、东经止、北纬起、北纬止、区域坐标(拐点坐标)、报告出具时间、是否国家出资等。
2.2 矿权涉及国家出资地质勘查项目筛查
在地理底图上，加载探矿权图层、采矿权图层、储量信息图层、地质资料目录图层，利用GIS的空间分析功能[13，14]，实现矿权范围内涉及国家出资地质勘查项目，具体步骤为：
1)建立图形工作区，图形工作区为西安80 地理坐标，并加载探矿权图层、采矿权图层、储量信息图层、地质资料目录图层，其中，探矿权图层、采矿权图层、储量信息图层一般为高斯三度带或者高斯六度带投影，需进行坐标转换。
2)地质资料目录图层中属性“是否涉及国家出资”数据项进行标识，分别标为“涉及国家出资”和“不涉及国家出资”。
3)在探矿权图层、采矿权图层或储量信息图层中，选定待核查矿权，利用GIS空间分析功能，得出该矿权范围所有的地质勘查项目，如图2所示。
4)利用“是否涉及国家出资”数据项进一步筛查，即可得出矿权范围内涉及国家出资地质勘查项目。
5)筛查得出的涉及国家出资地质勘查项目，如有其他资料进行佐证，可以追加或者剔除。
图2 待核查矿权涉及地质勘查项目示意图
2.3 矿权与国家出资地质勘查重叠区域核实
筛查得出的涉及国家出资地质勘查项目，与图文数据库链接，提取国家出资地质勘查项目数据，并利用GIS的矢量数据与影像数据配准功能[15～17]，实现矿权与国家出资地质勘查重叠区域核实。具体步骤为：
1)建立图形工作区，图形工作采用高斯三度带或者高斯六度带投影，并加载待核查矿权图形。
2)获取国家出资地质勘查工作区域影像数据，并以待核查矿权图形为参考进行配准，如图3所示。
3)配准后，在图形工作区域利用距离或者面积量算工具，确定待核查矿权与涉及国家出资地质勘查工作区比例。
图3 待核查矿权图形与涉及国家出资工作区域影像配准
2.4 核查信息提取，自动形成核查报告
核查中形成矿权人、矿权、位置(坐标)、面积、矿权范围涉及地质勘查情况等信息，提取后存入数据库中。利用Word模板，系统实现核查报告自动生成，该报告为矿权价款核算提供重要依据。
3 系统应用
该系统在开发完成后，依托内蒙古自治区矿政管理基础数据库及管理系统建设项目，在内蒙古自治区国土资源厅实际工作中得到应用，极大地提高了核查工作效率。图4为该系统主界面。
图4 基于GIS的矿权涉及国家出资地质勘查核查系统工作界面
以前核查一宗矿权涉及国家出资地质勘查需要调阅20 档左右的纸质资料，并需要采用手工的方式，将坐标转换后投影到矿权纸图上扣合后得出结论，这种方式费时、费力，效率低下。而该系统实现了核查流程自动化，利用GIS的空间分析功能，快速得出涉及国家出资地质勘查情况，而且可以直接调阅地质资料，并在计算机屏幕上进行核查，减少了大量反复调阅纸质地质资料的时间，核查效率提高30%以上。
4 结论
本文基于GIS技术，结合矿政信息管理实际需求，实现了矿权范围内涉及国家出资地质勘查核查功能。该系统在内蒙古自治区国土资源厅应用中取得了很好的效果，利用该系统，累计完成了超过近千宗的矿权核查，提高了矿政管理能力，取得了良好的社会和经济效益。
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