第10章_环境应用建模

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6.1 概述
6.1.3 所需数据
GIS空间分析在环境领域的应用建模需要多源、多种类、 多时相的数据。主要包括以下数据：
1. 基础地理信息数据 2. 社会经济数据 3. 多源多时相卫星遥感数据 4. 污染事故历史统计数据 5. 环境监测数据 6. 环境工程统计数据 7. 区域环境矢量数据
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6.1 概述
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6.3 环境质量评价应用建模
6.3.3 土壤环境质量评价
（3）建模流程
土壤环境 作为一个环境 体系，不仅有 它的内部功能 属性，更有它 的外部特征。 土壤环境质量 评价的流程如 图所示：
土壤环境评价流程图
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6.3 环境质量评价应用建模
6.3.3 土壤环境质量评价
从影响土壤环境内部功能及外部属性出发，确定评价因子 及影响各因子的具体指标，并利用层次分析法确定各指标的权 重，评价因子表如下表所示：
在区域环境质量现状评价工作中，可将地理信息系统与大 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。
4. 空间数据的统计分析方法：包括空间点模式分析、格网 或面状数据空间统计分析、空间变异函数、克里金估计、 探索性空间分析等。
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6.2 数据模型
6.2.1 空间数据表示模型
空间数据的两种表示模型：
(1)栅格模型：地理空间被划分为规则的小单元，空间位置由 栅格单元的行、列号表示。栅格单元的大小反映了数据的分 辨率即精度，空间物体由若干个栅格单元隐含描述。 (2)矢量模型：各类地理要素根据空间形态特征分为点、线、 面三类/（体状空间对象）。地物是显示描述的。
6.1.4 所需方法
GIS空间分析在环境领域的应用建模需要多种空间分析 的方法,主要包括以下方法：
1. 栅格数据的空间分析方法:包括聚类、聚合分析、信息复 合分析、追踪分析、窗口分析、量算分析等；
2. 矢量数据的空间分析方法：包括包含分析、缓冲区分析、 叠置分析、网络分析等；
3. 三维数据的分析方法：包括三维可视化、三维空间查询、 地形分析、阴影分析、水淹分析等；
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6.3 环境质量评价应用建模
6.3.3 土壤环境质量评价
（4）具体操作过程
数据采集 采用公里网格法，即将研究区按公里网划分为若干单元，
进行土壤样品采集的同时，利用GPS进行精确定位。 土壤采样点位图
采用ArcGIS作为支持软件，把采样点GPS数据导入ArcGIS， 经过坐标和投影信息的变换，形成土壤采样点位图 土壤环境评价单元的确定
GIS空间分析在环境领域的应用建模需要的数据模型多种 多样，针对环境领域的应用，下面主要讲述应用较多的两种 数据模型： 时空数据模型:常用在环境监测领域，针对环境状况进行
时间序列的监测和变化研究，以便及时发现异常情况。 三维空间数据模型：常用在环境事故模拟、应急和决策领
域，可视化显示事故发生的地点、污染扩散情况，根据分 析结果及时有效做出应急处理，为政府部门提供决策支持。
由于采样点多而均匀，将研究区域划成一定数量的栅格， 每个栅格作为一个评价单元，栅格大小为30m*30m。
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6.3 环境质量评价应用建模
6.3.3 土壤环境质量评价
（4）具体操作过程
评价等级图的绘制 对离散的采样点进行插值得到连续的空间分布图。采用逆
距离加权法进行插值，然后根据相应的标准进行等级划分。 土壤养分与土壤污染状况
变化既可以是单一实体的位置、方向、尺寸、形状等发生变 化，也可以是两个以上的空间实体之间的关系发生变化； 空间实体或现象的坐标和属性都发生变化。
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6.2 数据模型
6.2.3 时空数据模型
时空数据模型的主要类型： ➢ 序列快照模型：将一系列时间片段的快照保存起来，各个
切片分别对应不同时刻的状态图层，反映地理现象的时空 演化过程。 ➢ 基图修正模型：基态修正模型按事先设定的时间间隔进行 采样，它只存储某个时间数据状态(基态)和相对于基态的 变化量。 ➢ 空间时间立方体模型：由空间两个维度和一个时间维组成， 描述了二维空间沿着第三个时间维演变的过程。 ➢ 空间时间组合体模型：空间分隔成具有相同时空过程的最 大的公共时空单元，每个时空对象的变化都将在整个空间 内产生一个新的对象。将空间变化和属性变化都映射为空 间的变化，是序列快照模型和基态修模型的折衷模型。
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6.3 环境质量评价应用建模
6.3.3 土壤环境质量评价
（2）数据和方法
所用数据： 采用的是根据土壤环境质量标准、国家标准以及一些经典
方法采集的土壤样品，并利用GPS进行精确定位。
所用方法： 土壤环境评价方法主要用到四种方法：
➢ 层次分析法：确定土壤评价指标的权重 ➢ 模糊数学法：获得土壤养分分布图 ➢ 空间内插：获得连续的土壤空间分布图 ➢ 栅格分析方法：获得土壤立地条件分布图
6.1.2 基本概念
GIS空间分析在环境领域的应用建模就是根据环境领域 的具体应用，将GIS空间分析方法和环境应用模型相结合， 使得GIS技术能够运用在环境领域，发挥其处理大量复杂空 间信息的能力，实现环境领域的分析应用，提高模型的精 度和易用性。
目前，GIS空间分析应用建模已经在环境诸多领域得到 了的应用。主要有以下几个方面： 1. 环境工程管理 2. 环境质量评价 3. 环境监测 4. 环境事故模拟与决策 5. 环境污染应急与处理
环境质量评价：按照一定的评价标准和评价方法对一定 区域范围内的环境质量进行说明、评定和预测。
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6.3 环境质量评价应用建模
6.3.1 概述
环境质量评价应用建模是利用利用GIS的空间分析功能， 并结合环境质量评价模型，对所有的改、扩、建项目可能产 生的环境质量进行预测评价，并提出防止和减缓这种影响的 对策与措施。通过应用建模可以综合性地分析环境方面的各 种数据，帮助确立环境质量评价模型。
评价。 按参数选择：卫生学参数、生态学参数、地球化学参数
、污染物参数、经济学参数、美学参数、热力学参数等 质量评价。
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6.3 环境质量评价应用建模
6.3.2 目的和类型
环境质量评价按环境要素可分为：
大气环境质量评价 水环境质量评价 土壤环境质量评价 噪声环境评价等
下面以土壤环境质量评价为例来叙述GIS空 间分析在环境质量评价的应用建模过程
3. 分析型数据模型又称参数函数表示法，它可以描述三维空 间中的线、面和体目标，其指导思想就是利用有限的空间 数据，来寻求一个函数的解析式，用这个解析式来生成新 的空间点，用以逼近原有物体。
4. 基于混合结构的数据模型是将两种或两种以上的数据模型 加以综合, 形成一种具有一体化结构的数据模型。以适应 不同分辨率、不同背景条件、不同应用的要求。
三维 GIS：表达考虑多个Z值的出现 ，能表示多层属性。
二维GIS
2.5维GIS
三维GIS
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6.3 环境质量评价应用建模
6.3.1 概述
环境质量：环境系统客观存在的一种本质属性，并能用 定性和定量的方法加以描述的环境系统所处的状态。环境始 终处于不停的运动和变化之中，作为环境状态表示的环境质 量，也是处于不停的运动和变化之中。引起环境质量变化的 原因主要有两个方面，一方面是由于人类的生活和生产行为 引起环境质量的变化；另一方面是由于自然的原因引起环境 质量的变化。
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6.2 数据模型
6.2.4 三维空间数据模型
三维空间数据模型是研究三维空间的几何对 象的数据组织、操作方法以及规则约束条件等内 容的集合。
三维空间数据模型是人们对客观世界的理解 和抽象，是建立三维空间数据库的理论基础。三 维空间数据结构是三维空间数据模型的具体实现 ，是客观对象在计算机中的底层表达，是对客观 对象进行可视表现的基础。
对采样点的土壤养分进行模糊数学评价，对得到的综合指 数和土壤污染的内梅罗综合指数进行统计。 土壤环境质量综合评价
生的影响，即环境影响评价。
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6.3 环境质量评价应用建模
6.3.2 目的和类型
环境质量评价的类型： 按地域范围：局地的、区域的（如城市的）、海洋的和
全球的环境质量评价。 按环境要素：大气质量评价、水质评价、土壤质量评价
等。 就某一环境要素的质量进行评价，称为单要素评价。 就诸要素综合进行评价，称为综合质量评价。 按时间因素：环境回顾评价、环境现状评价和环境影响
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6.2 数据模型
6.2.4 三维空间数据模型
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6.2 数据模型
6.2.4 三维空间数据模型
三维空间数据模型的类型
1. 基于镶嵌的数据模型是将三维空间划分成一系列连通但不 重叠的几何体素, 它可以看成是二维栅格模型的扩展。
2. 基于矢量的数据模型以物体边界为基础定义和描述几何形 体, 并能给出完整和显式界面描述的方法。
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6.2 数据模型
6.2.4 三维空间数据模型
二维 GIS：即传统意义上的GIS，只能处理平面X、Y轴上的 信息，不能处理铅垂方向Z轴上的信息。
2.5维（假三维） GIS：在二维GIS的基础上，考虑了Z轴上 的信息，但并未处理，只将其作为附属的属性变量对待 。 如DEM，虽然赋予了Z轴高程信息，能够表达出表面起伏的 地形，但地形下面的信息却不具有 。
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6.3 环境质量评价应用建模
6.3.3 土壤环境质量评价
（1）基本概念
土壤不仅是一种有限的资源，作为地理环境的组成部分， 也对人类生存和发展乃至地球上众多生命形态的生存繁衍有着 重要的作用。
土壤环境就是地球生态系统中能够生长植物、具有一定环 境容量及动态环境过程地表疏松层连续体构成的环境。