本文為2013年環(huán)境影響評(píng)價(jià)師考試《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)方法》教材第三章的水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查與監(jiān)測(cè)詳細(xì)闡述，希望本文能夠幫助您更好的全面學(xué)習(xí)2013年環(huán)境影響評(píng)價(jià)師考試的重點(diǎn)知識(shí)!

♦第二步，選擇訓(xùn)練樣區(qū)與GPS定位。

在遙感影像圖上，均勻地選取各景觀類型的訓(xùn)練區(qū)(training sample)。對(duì)于非 監(jiān)督分類來說，訓(xùn)練樣區(qū)可以輔助對(duì)簇分析結(jié)果的歸類;對(duì)于監(jiān)督分類來說，訓(xùn)練 樣區(qū)用于提取各類的特征參數(shù)以對(duì)各類進(jìn)行模擬。在進(jìn)行訓(xùn)練區(qū)選取之前，一般都要進(jìn)行野外調(diào)查，過去野外考察樣地的定位是依據(jù)地形圖來進(jìn)行。隨著全球定位系 統(tǒng)(GPS)技術(shù)的發(fā)展，目前通常釆用GPS來對(duì)野外調(diào)查樣地進(jìn)行地理定位。下面 對(duì)GPS技術(shù)作簡(jiǎn)要介紹。

GPS系統(tǒng)包括3大部分，GPS衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)、GPS信號(hào)接收機(jī)。GPS 衛(wèi)星星座屬于GPS系統(tǒng)的空間部分，由21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，它們 均勻地分布在6個(gè)相互夾角為60°的軌道平面內(nèi)，即每個(gè)軌道上有4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星 高度離地面約20 000 km, 一天繞地球兩周，GPS使用無線電波向用戶發(fā)送導(dǎo)航定 位信號(hào)，同時(shí)接收地面發(fā)送的導(dǎo)航電文及調(diào)度命令;地面監(jiān)控系統(tǒng)屬于GPS系統(tǒng) 的地面控制部分，包括位于美國(guó)科羅拉多的主控站及分布在全球的3個(gè)注入站和5 個(gè)監(jiān)測(cè)站，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控;GPS信號(hào)接收機(jī)屬于用戶設(shè)備部分， 其任務(wù)是接收衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，并進(jìn)行處理，根據(jù)信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間，來確定接收機(jī)到衛(wèi)星的距離。若計(jì)算出4顆或更多衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，再參考衛(wèi)星的位置，就可以確定出接收機(jī)在三維空間的位置。

GPS定位的基本原理是利用測(cè)距交匯確定點(diǎn)位。一顆衛(wèi)星信號(hào)傳播到接收機(jī)的時(shí)間只能確定該衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，不能確定接收機(jī)相對(duì)于衛(wèi)星的方向，在三維空間中，接收機(jī)的可能位置構(gòu)成一個(gè)球面;當(dāng)測(cè)到兩顆衛(wèi)星的距離時(shí)，接收機(jī)的可能位置被確定在兩個(gè)球面相交構(gòu)成的圓上;當(dāng)?shù)玫降谌w衛(wèi)星的距離后，球面與圓相交得到兩個(gè)可能的接收機(jī)的位置;第四顆衛(wèi)星用于確定接收機(jī)的準(zhǔn)確位置。因此， 利用GPS系統(tǒng)進(jìn)行定位，需要接收至少4顆衛(wèi)星的信號(hào)。

造成GPS定位誤差的原因很多，包括衛(wèi)星軌道變化、衛(wèi)星電子鐘不準(zhǔn)確、信號(hào)穿越大氣層時(shí)速度的改變等。但是，其中主要的誤差是由于美國(guó)軍方人為降低信 號(hào)質(zhì)量造成的，誤差高達(dá)100 m。

這種定位誤差給GPS的民用帶來了很大的不便，但是可以用差分的方法來消除。差分糾正至少需要兩個(gè)GPS接收機(jī)才能完成，具體方法是在某一個(gè)已知位置上放置一臺(tái)GPS接收機(jī)，作為基準(zhǔn)站接收衛(wèi)星信號(hào)，在其他位置用另一臺(tái)接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)，通過基準(zhǔn)站可以確定衛(wèi)星信號(hào)中包含的人為干擾信號(hào)，然后在隨后 接收到的信號(hào)中減去這些干擾，從而達(dá)到降低GPS定位誤差的目的。

♦第三步，遙感影像分類。

遙感影像的計(jì)算機(jī)分類，就是根據(jù)像元特征值，將任一個(gè)像元?jiǎng)潥w最合適的類 的過程。主要有兩種分類方法：非監(jiān)督分類和監(jiān)督分類。

非監(jiān)督分類(unsupervisedclassification) 根據(jù)研究區(qū)盡可能有的景觀類型數(shù)，給定分類的類型數(shù)，遙感圖像處理軟件將根據(jù)TM各波段光譜數(shù)據(jù)的特征，自動(dòng)地等距離地劃分出所給定的類型。非監(jiān)督分類用來了解各種景觀類型的遙感數(shù)據(jù)特 征，如顏色、紋理等，為監(jiān)督分類中訓(xùn)練區(qū)的釆集提供依據(jù)。

監(jiān)督分類(supervised classification) 在地面調(diào)查和前人研究成果的基礎(chǔ)上， 在遙感影像圖上，均勻地選取各景觀類型的訓(xùn)練區(qū)，計(jì)算機(jī)首先統(tǒng)計(jì)訓(xùn)練區(qū)內(nèi)遙感數(shù)據(jù)特征，然后把這些訓(xùn)練區(qū)的數(shù)據(jù)特征傳遞給判別函數(shù)，判別函數(shù)再根據(jù)這些參 數(shù)，判斷某一個(gè)像元應(yīng)該屬于哪一個(gè)景觀類型，從而完成對(duì)整個(gè)影像的分類。一般 來講，監(jiān)督分類的精度比非監(jiān)督分類高。

♦第四步，分類結(jié)果的后處理。

遙感影像經(jīng)過計(jì)算機(jī)分類后，往往需要進(jìn)行一系列的處理，才能夠使用，一般 的后處理過程包括光滑或過濾、幾何校正、矢量化及人機(jī)交互解譯幾部分。

光滑或過濾(smoothing or filtering) 遙感影像計(jì)算機(jī)分類結(jié)果圖中，往往包括許許多多孤立的像素點(diǎn)，或由幾個(gè)像素構(gòu)成的小斑塊，通常稱之為“噪聲”。從 分類的角度來看，或許是正確的，但是從應(yīng)用的角度來看，就顯得過于復(fù)雜，需要 將這些“噪聲”消除。

幾何校正(geometric correction) 其目的有兩個(gè)，一是校正地物的幾何變形;二是對(duì)不同時(shí)期的遙感影像進(jìn)行空間配準(zhǔn)。具體做法是，首先在地形圖上選取地面 控制點(diǎn)，利用地理信息系統(tǒng)軟件找出各控制點(diǎn)的投影坐標(biāo)，然后運(yùn)用遙感圖像處理 軟件對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行幾何校正，使它們具有統(tǒng)一的投影坐標(biāo)，便于以后進(jìn)行空間分 析。

矢量化(vectorizing) 遙感影像計(jì)算機(jī)分類結(jié)果圖，一般是柵格式的。而應(yīng)用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行空間分析時(shí)，有時(shí)還需要用到矢量格式的圖件，為了滿足這一 需要，還需對(duì)分類結(jié)果圖進(jìn)行矢量化。

人機(jī)交互解譯計(jì)算機(jī)監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類形成的景觀類型圖的正確率平均 只有80%左右，有一些斑塊的分類結(jié)果是錯(cuò)誤的，為此，需要進(jìn)行人機(jī)交互解譯，對(duì)錯(cuò)誤的分類斑塊進(jìn)行糾正，以提高分類精度。

♦第五步，分類精度評(píng)價(jià)。

對(duì)計(jì)算機(jī)分類結(jié)果的準(zhǔn)確進(jìn)行分析，通常采用選取有代表性的檢驗(yàn)區(qū)的方法。檢驗(yàn)區(qū)一般有三種類型。

監(jiān)督分類的訓(xùn)練區(qū)大多數(shù)遙感圖像處理軟件，都提供這種檢驗(yàn)方法。然而這 種方法往往對(duì)分類精度的估計(jì)偏髙。其實(shí)，訓(xùn)練區(qū)只能反映訓(xùn)練地點(diǎn)的同質(zhì)性和訓(xùn)練類別間的差異性，它并不能真正反映分類結(jié)果的準(zhǔn)確度。

指定的同質(zhì)檢驗(yàn)區(qū)在選擇訓(xùn)練區(qū)時(shí)，故意多先取一些訓(xùn)練區(qū)，在監(jiān)督分類時(shí)， 只使用其中的部分訓(xùn)練區(qū)，其余的訓(xùn)練區(qū)用于對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行精度估計(jì)。

隨機(jī)選取檢驗(yàn)區(qū)在進(jìn)行分類的影像上隨機(jī)抽取檢驗(yàn)區(qū)，與分類結(jié)果圖進(jìn)行對(duì) 比，看是否與實(shí)際相符。

(2)地理信息系統(tǒng)。

①基本概念。地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS),是在計(jì)算 機(jī)支持下，對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行釆集、存儲(chǔ)、檢索、運(yùn)算、顯示和分析的管理系統(tǒng)。這里的空間數(shù)據(jù)指不同來源和方式的遙感和非遙感手段所獲取的數(shù)據(jù)。它有多種數(shù)據(jù) 類型，包括地圖、遙感數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等，其共同特點(diǎn)是都有確切的空間位置。

空間數(shù)據(jù)是各種地理特征和現(xiàn)象間的符號(hào)化表示，包括空間位置、屬性特征和 時(shí)態(tài)特征三個(gè)部分。空間位置數(shù)據(jù)描述地物所在位置，這種位置既可以根據(jù)大地參考系定義，如大地經(jīng)緯度坐標(biāo)，也可以為地物間的相對(duì)位置關(guān)系，如空間上的距離、 鄰接、重疊、包含等屬性數(shù)據(jù)，又稱為非空間數(shù)據(jù)，是描述地物特征的定性或定量 指標(biāo)，即描述了地物的非空間組成部分，包括語義與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。時(shí)態(tài)特征是指數(shù)據(jù)釆集或地理現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)刻或時(shí)段。在景觀動(dòng)態(tài)分析中，時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)非常重要，越 來越受到科研工作者的重視。

②地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)組織的結(jié)構(gòu)稱為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它 有效地表達(dá)各數(shù)據(jù)項(xiàng)間的關(guān)系。在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中大致有以下三種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：矢量結(jié) 構(gòu)、柵格結(jié)構(gòu)和層次結(jié)構(gòu)。

矢量結(jié)構(gòu)主要用于表示在線化地圖中，地圖元素?cái)?shù)字化的數(shù)據(jù)，基本的數(shù)據(jù) 元素為點(diǎn)、向量、線段和多邊形。

點(diǎn)(point) 為基本的地圖數(shù)據(jù)元素，由一對(duì)(X，坐標(biāo)表示。在地理信息 系統(tǒng)中，點(diǎn)可以大致分為結(jié)點(diǎn)、頂點(diǎn)、實(shí)體點(diǎn)、注記點(diǎn)和標(biāo)號(hào)點(diǎn)等。結(jié)點(diǎn)(node) 為特殊點(diǎn)，表示線段特征的兩個(gè)端點(diǎn)，即起點(diǎn)和終點(diǎn);弧點(diǎn)(vertex)表示線段和 弧段的內(nèi)部點(diǎn);實(shí)體點(diǎn)(point entity)用來表示一個(gè)實(shí)體，如城市的中點(diǎn)、油井等 點(diǎn)狀實(shí)體;注記點(diǎn)主要用來定位注記;標(biāo)號(hào)點(diǎn)(label point)用于記錄多邊形的屬

性，存在于多邊形內(nèi)或多邊形的重心點(diǎn)上。

向量(vector) 由連接兩點(diǎn)而構(gòu)成，從起點(diǎn)到終點(diǎn)構(gòu)成一定的方向性。

線段(line) 由兩個(gè)結(jié)點(diǎn)及兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間的一組序點(diǎn)組成，它包括一個(gè)或若干 個(gè)連續(xù)的向量。

多邊形(polygon) 表示面狀空間實(shí)體的空間分布，是由一條或若干條線段 組成一閉合范圍。

柵格結(jié)構(gòu)柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是將連續(xù)空間離散化，通常是將工作區(qū)均勻地劃分為 柵格而構(gòu)成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格的形狀有三角形、六邊形、正方形、矩形等。人們通常釆用正方形網(wǎng)格，也可以由遙感圖像的像元直接構(gòu)成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。網(wǎng)格單元是最基本 的信息存儲(chǔ)和處理單元，網(wǎng)格的行列號(hào)隱含了空間實(shí)體的空間分布位置，對(duì)每個(gè)網(wǎng) 格單元記錄相應(yīng)空間實(shí)體的屬性值。

層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)是為了有效地壓縮柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，并提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的效率 而出現(xiàn)的一種新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它建立在逐級(jí)劃分的圖像平面基礎(chǔ)上，每一次把圖像劃分為四個(gè)子塊，故又稱為四分樹表示法。

③地理信息系統(tǒng)的功能。

空間數(shù)據(jù)的錄入空間數(shù)據(jù)的錄入是地下信息系統(tǒng)首先要進(jìn)行的任務(wù)，包括數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換、遙感數(shù)據(jù)處理、數(shù)字測(cè)量等。其中已有地圖的數(shù)字化錄入，是目前廣泛釆用的手段，但它也是最耗費(fèi)人力資源的工作。在輸入前，首先要對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分 層，然后確定要錄入哪些圖層以及每個(gè)圖層所包括的具體內(nèi)容。此外，由于數(shù)字化 過程是一個(gè)非常耗時(shí)的過程，所以不可能一次完成，在兩次輸入之間的地圖位置可 能相對(duì)于數(shù)字化儀面板而發(fā)生移動(dòng)，造成前后兩次輸入的坐標(biāo)發(fā)生偏移或旋轉(zhuǎn)。具體解決的方法是，在每次錄入之前，利用控制點(diǎn)(ticpoints)對(duì)地圖進(jìn)行重新定位， 這樣兩次輸入的坐標(biāo)，就可以根據(jù)定位點(diǎn)坐標(biāo)間的關(guān)系進(jìn)行匹配。

一般數(shù)字化的方式有兩種，即點(diǎn)方式(point mode)和流方式(stream mode)。 點(diǎn)方式是操作人員按下一個(gè)鍵時(shí)，釆集一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，當(dāng)輸入點(diǎn)狀地物時(shí)，必須采 用點(diǎn)方式輸入;線狀地物和多邊形地物的輸入可以釆用點(diǎn)方式，也可以釆用流方式輸入。采用點(diǎn)方式錄入時(shí)，操作者有選擇地錄入曲線上的釆樣點(diǎn)，一般原則是可以 在曲線較平直的地方少采集釆樣點(diǎn)，而在較彎曲的地方適當(dāng)增加釆樣點(diǎn)的數(shù)量，以 保證能夠反映出曲線的特征;釆用流方式輸入地物時(shí)，當(dāng)操作者沿著曲線移動(dòng)游標(biāo) 時(shí)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄經(jīng)過點(diǎn)的坐標(biāo)，可以增加錄入的速度。但是，采集點(diǎn)的數(shù)量往往比點(diǎn)方式多，從而造成數(shù)據(jù)量過大，這可以通過一定的采樣原則對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行實(shí) 時(shí)釆樣來解決。目前大多數(shù)系統(tǒng)釆用兩種采樣原則：距離流(distance stream)和 時(shí)間流(time stream)0采用時(shí)間流錄入時(shí)，當(dāng)要輸入的曲線較平滑時(shí)，操作人員 移動(dòng)游標(biāo)的速度較快，這樣記錄點(diǎn)的數(shù)目較少;可是當(dāng)曲線較彎曲時(shí)，游標(biāo)移動(dòng)較慢，記錄點(diǎn)的數(shù)目較多。而釆用距離流輸入時(shí)，很容易遺漏曲線的拐點(diǎn)，使曲線開

頭失真。在實(shí)際的輸入過程中，可以根據(jù)不同的錄入對(duì)象，而采用不同的錄入方式。

空間數(shù)據(jù)的查詢空間數(shù)據(jù)的查詢是地理信息系統(tǒng)的基本功能之一。在地理信 息系統(tǒng)中，空間數(shù)據(jù)常用的查詢包括兩種形式，即由屬性數(shù)據(jù)查找空間位置和由空間位置查找屬性數(shù)據(jù)，也就是人們所說的圖形和屬性互查。第一類查詢是按屬性信 息的要求查找空間位置，如在中國(guó)植被圖上查詢暗針葉林的分布狀況，這和一般的 非空間的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的SQL查詢沒有什么區(qū)別，根據(jù)圖形和屬性的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 將查詢的結(jié)果在圖上釆用制定的顏色顯示出來;第二類查詢是根據(jù)對(duì)象的空間位置查詢有關(guān)屬性信息，絕大多數(shù)地理信息軟件都提供一個(gè)查詢工具，讓用戶通過光標(biāo)， 用點(diǎn)、線、矩形、圓、不規(guī)則多邊形等工具選中地物，顯示被選中地物的屬性列表， 并進(jìn)行有關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。

此外，按照地物的空間關(guān)系地理信息系統(tǒng)還提供了復(fù)雜的查詢方式。主要有： 空間關(guān)系查詢和地址匹配查詢。前者主要用于查詢滿足特定空間關(guān)系(拓?fù)?、距離、 方位等)的地物，后者是根據(jù)街道的地址來查詢地物的空間位置和屬性信息，是地 理信息系統(tǒng)特有的一種查詢功能。

空間數(shù)據(jù)分析是地理信息系統(tǒng)的核心功能之一。地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)是地理信息 系統(tǒng)進(jìn)行空間分析的必要基礎(chǔ)。根據(jù)數(shù)據(jù)性質(zhì)的不同，可以將空間分析分為：基于空間圖形數(shù)據(jù)的分析、基于非空間屬性數(shù)據(jù)的分析和基于二者的聯(lián)合分析?？臻g分 析通常釆用邏輯運(yùn)算、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析和代數(shù)運(yùn)算等數(shù)學(xué)手段。

下面著重介紹地理信息系統(tǒng)空間分析的基本功能，包括緩沖區(qū)分析、疊加分析、 路徑分析以及空間數(shù)據(jù)的合并和派生等。

緩沖區(qū)(buffer)分析在實(shí)際工作中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣的問題，如需要知道 高速公路通過區(qū)都經(jīng)過哪些居民點(diǎn)。這在高速公路建設(shè)中是一個(gè)非常重要的問題，因?yàn)樯婕熬用竦陌徇w問題。在城市規(guī)劃中，需要確定公共設(shè)施(商場(chǎng)、郵局、銀行、 醫(yī)院、車站和學(xué)校等)的服務(wù)半徑等。所有這些問題，均是一個(gè)臨近度問題，而緩 沖區(qū)分析是解決這類問題的最重要的空間分析工具。

在地理信息系統(tǒng)中，可以對(duì)線狀、點(diǎn)狀、面狀地物進(jìn)行緩沖區(qū)分析的緩沖區(qū)， 可以是等寬度的或不等寬度的。此外對(duì)于線狀地物有雙側(cè)對(duì)稱、雙側(cè)不對(duì)稱或單側(cè)緩沖區(qū)，對(duì)于面狀地物有內(nèi)側(cè)和外側(cè)緩沖區(qū)，這要根據(jù)具體應(yīng)用的要求來決定。

疊加(overlay)分析在絕大多數(shù)地理信息系統(tǒng)中，地理空間數(shù)據(jù)是以圖層的 形式來表示的，同一個(gè)地區(qū)的所有數(shù)據(jù)圖層集表達(dá)該地區(qū)地理景觀的內(nèi)容，圖層可 以用矢量結(jié)構(gòu)點(diǎn)、線、面表示，也可以用柵格結(jié)構(gòu)來表示。疊加分析實(shí)際上是將幾個(gè)數(shù)據(jù)圖層進(jìn)行疊加，產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)圖層的操作過程，新的數(shù)據(jù)圖層綜合了原來兩 個(gè)或多個(gè)圖層所具有的屬性。疊加分析又可以分為點(diǎn)與多邊形的疊加、線與多邊形 的疊加、多邊形與多邊形的疊加及柵格圖層的疊加。

點(diǎn)與多邊形的疊加即計(jì)算多邊形對(duì)點(diǎn)的包含關(guān)系，并進(jìn)行屬性處理，既可以將

多邊形的屬性加到其中的點(diǎn)上，也可以將點(diǎn)的信息加到多邊形上。通過點(diǎn)與多邊形 的疊加，可以得到每個(gè)多邊形類型里有多少個(gè)點(diǎn)，判斷點(diǎn)是否在多邊形內(nèi);此外還可以描述在多邊形內(nèi)部點(diǎn)的屬性信息。例如，將遼寧省礦產(chǎn)資源分布圖和遼寧省政 區(qū)圖進(jìn)行疊加，同時(shí)將政區(qū)圖多邊形的屬性信息加到礦產(chǎn)的數(shù)據(jù)表中，可以查詢指 定市有多少種礦產(chǎn)、儲(chǔ)量有多少;也可以查詢指定類型的礦產(chǎn)在哪些市里有分布等。

線與多邊形的疊加通常用于判斷線是否落在多邊形內(nèi)。疊加的結(jié)果是產(chǎn)生一個(gè) 新的數(shù)據(jù)圖層，每條線被它穿過的多邊形打斷成新弧段圖層，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的 屬性數(shù)據(jù)表記錄原線和多邊形的屬性信息。比如線狀圖層為河流，經(jīng)過疊加，我們可以查詢?nèi)我舛噙呅蝺?nèi)的河流長(zhǎng)度，計(jì)算它的河流密度等。

多邊形與多邊形的疊加是gis常用的功能之一。將兩個(gè)或多個(gè)多邊形圖層進(jìn)行疊加產(chǎn)生一個(gè)新多邊形的操作，結(jié)果將原來的一個(gè)多邊形分隔成幾個(gè)多邊形，新圖 層中的每個(gè)多邊形均具有輸入圖層和疊加圖層中多邊形的所有屬性，然后就可以對(duì) 新的圖層進(jìn)行各種空間分析和查詢操作。

柵格圖層的疊加?xùn)鸥駭?shù)據(jù)是地理信息系統(tǒng)中比較典型的一種數(shù)據(jù)層面，在柵 格地理信息系統(tǒng)中，建立不同數(shù)據(jù)層面之間的數(shù)學(xué)聯(lián)系是GIS的一個(gè)典型功能?？?間模擬尤其要通過各種數(shù)學(xué)方程將不同數(shù)據(jù)層面進(jìn)行疊加運(yùn)算，以揭示某種空間現(xiàn)象或空間過程。在柵格地理信息系統(tǒng)中，可以通過地圖代數(shù)(map algebra)來實(shí)現(xiàn)。它有三種不同的類型：常數(shù)與數(shù)據(jù)層面的代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)層面的數(shù)學(xué)變換(指數(shù)、對(duì)數(shù)、三角變換等)、數(shù)據(jù)層間的代數(shù)運(yùn)算(加、減、乘、除、乘方等)和邏輯運(yùn) 算(與、或、非、異等)。

下面給出在長(zhǎng)白山工作的一個(gè)實(shí)例來加以說明(常禹，2001)。長(zhǎng)白山溫度和 降水與經(jīng)度、緯度和海拔的數(shù)學(xué)模型為：

^mean=41.882 2+0.105 2.1ong_1.148 6*lat-0.005 4 alt (3-45) Rmean=5 917.206 7-7.150 3• long-102.211 6-lat+0.182 7.alt (3-46)

式中：long ----- 經(jīng)度數(shù)據(jù)層;

lat——緯度數(shù)據(jù)層; alt——海拔數(shù)據(jù)層;

/mean——年平均溫度，°C ;

空間數(shù)據(jù)的更新顯示地理信息系統(tǒng)的一個(gè)重要功能就是數(shù)據(jù)更新方便快捷。 傳統(tǒng)的地圖更新需要花費(fèi)大量的人力和物力，首先要進(jìn)行野外調(diào)查，接著在室內(nèi)對(duì)調(diào)查資料進(jìn)行整理，最后成圖。這一過程就意味著，在一個(gè)地理區(qū)域內(nèi)的所有地物 均需要重新繪制成圖，而不考慮其是否發(fā)生變化，從而造成了極大的浪費(fèi)。運(yùn)用地 理信息系統(tǒng)，可以只對(duì)局部空間數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，從而給數(shù)據(jù)的更新提供了極大的方便，也使成本大大降低。

空間數(shù)據(jù)的顯示是將點(diǎn)、線、面狀地物以符號(hào)或色彩等形式在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來，以便于數(shù)據(jù)的修改和空間查詢。

空間數(shù)據(jù)的打印輸出指將設(shè)計(jì)好的專題地圖在硬拷貝輸出設(shè)備上打印輸出的過程，硬拷貝設(shè)備包括點(diǎn)陣打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、激光打印機(jī)以及各種繪圖儀等， 根據(jù)輸出設(shè)備的不同，可以輸出黑白或彩色圖件。

地理信息系統(tǒng)的其他功能地理信息系統(tǒng)還具有對(duì)空間數(shù)據(jù)局部刪除、局部截 取和分割等功能。局部刪除是應(yīng)用刪除圖層將輸入圖層中相應(yīng)的地理區(qū)域刪除，而產(chǎn)生新的結(jié)果圖層;局部截取是利用截取圖層將輸入圖層中相應(yīng)的地理區(qū)域截取下 來，而產(chǎn)生新的圖層;空間數(shù)據(jù)的分割是運(yùn)用分割圖層將輸入圖層分割成多個(gè)結(jié)果 圖層的過程。

④常用的GIS工具軟件。

a) 國(guó)外GIS軟件。目前國(guó)外開發(fā)的地理信息系統(tǒng)軟件比較常用的主要來自 兩家美國(guó)公司ESRI和Maplnfo開發(fā)的軟件產(chǎn)品。ESRI公司產(chǎn)品主要有PC- Arc/Info、Workstation Arc/Info、Desktop Arc/Info 和 Arc View GIS。PC-Arc/Info 主 要包括 Arcedit、Arcplot、Tables、Networks、Overlay 幾個(gè)模塊。Arcedit 用于圖 形的編輯和修改;Arcplot用于空間數(shù)據(jù)的顯示和專題圖的制作;Tables用于對(duì)屬 性數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理;Networks用于網(wǎng)絡(luò)分析;Overlay主要用于對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行 疊加分析。Workstation Arc/Info基本模塊提供的功能和微機(jī)版Arc/Info的功能相 當(dāng)。其他7些實(shí)現(xiàn)特定功能的擴(kuò)能模塊，包括TIN (地面立體模型的生成、顯示 和分析)、GRID (針對(duì)柵格數(shù)據(jù)的分析處理模塊)、ArcScan (掃描矢量化模塊)、 COGO (處理空間要素的空間關(guān)系)、ArcPress (圖形輸出模塊)和ArcSDE (空 間數(shù)據(jù)引擎);ArcCatalog (對(duì)元數(shù)據(jù)的定位、瀏覽和空間數(shù)據(jù)管理)、ArcToolbox (常用數(shù)據(jù)分析處理功能組成的工具箱)。ArcView GIS是桌面地理信息系統(tǒng)，實(shí) 現(xiàn)了對(duì)地圖數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)圖和開發(fā)語言等多種文檔的管理。此外，還提供了一些擴(kuò)展模塊，包括Spatial Analyst (柵格數(shù)據(jù)的建模分析)、Network Analyst (網(wǎng)絡(luò)分析)、ArcPress (制圖輸出)、3D Analyst (利用DEM實(shí)現(xiàn)三維立體透視圖)、 Image Analyst (影像分析處理)、Tracking Analyst (直接接收和回放實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí) 現(xiàn)對(duì)GPS的支持)。

Maplnfo Professional是Maplnfo公司的主要軟件產(chǎn)品，支持多種本地或遠(yuǎn)程數(shù) 據(jù)庫(kù)，較好地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可視化，可以生產(chǎn)各種專題地圖。此外還可以進(jìn)行空間查詢和一些簡(jiǎn)單的空間分析運(yùn)算，如緩沖區(qū)分析等。該公司還推出了對(duì)Maplnfo Professional進(jìn)行二次開發(fā)的MapBasic語言，釆用與Basic語言一致的語句和函數(shù)， 便于用戶掌握，通過二次開發(fā)，能夠擴(kuò)展MapBasic的功能，并和其他應(yīng)用系統(tǒng)集成。

b) 國(guó)產(chǎn)GIS軟件。國(guó)產(chǎn)GIS軟件近年來發(fā)展很快，參加國(guó)產(chǎn)地理信息系統(tǒng)軟 件2001年測(cè)評(píng)的軟件已達(dá)43個(gè)，其中基礎(chǔ)軟件5個(gè)，桌面軟件1個(gè)，專項(xiàng)工具軟

件13個(gè)，應(yīng)用軟件24個(gè)。比較優(yōu)秀的軟件在技術(shù)和市場(chǎng)上均有明顯的競(jìng)爭(zhēng)力。下面介紹幾種目前應(yīng)用較廣的國(guó)產(chǎn)地理信息系統(tǒng)軟件。

MapGIS是由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)開發(fā)的地理信息系統(tǒng)軟件，其功能模塊包括：數(shù)據(jù)輸入模塊，數(shù)學(xué)化儀、掃描儀、GPS輸入;數(shù)據(jù)處理模塊，矢量數(shù)據(jù)的編輯修改、錯(cuò)誤檢查、投影變換等;數(shù)據(jù)輸出模塊，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的打印輸出; 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，與其他系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換;數(shù)據(jù)庫(kù)管理，空間庫(kù)和屬性庫(kù)的管理;空 間分析，疊加分析、網(wǎng)絡(luò)分析、DTM分析;圖像處理，影像配準(zhǔn)、鑲嵌、處理分 析;電子沙盤模塊;生成三維地形立體圖;數(shù)字高程模型，DEM的生成及其相應(yīng) 的操作分析。

GeoStar是由武漢測(cè)繪科技大學(xué)開發(fā)的地理信息系統(tǒng)軟件，其功能模塊包括： GeoStar,是系統(tǒng)的核心，包括從數(shù)據(jù)輸入到制圖輸出的整個(gè)GIS工作流程;GeoGrid, 數(shù)字地形模型和數(shù)字正射影像的處理和分析;GeoTin，建立TIN和DEM，進(jìn)行相 關(guān)分析運(yùn)算和三維立體圖的生成;Geolmager，遙感影像的處理和制圖; GeoImageDB,建立多尺度的遙感影像數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng);GeoSurf，因特網(wǎng)空間信息發(fā)布系統(tǒng);GeoScan，圖像掃描矢量化模塊。

CityStar是由北京大學(xué)開發(fā)研制的地理信息系統(tǒng)軟件，其功能模塊包括：編輯模塊，空間數(shù)據(jù)的錄入、編輯、修改;查詢分析模塊，空間數(shù)據(jù)的查詢、分析和管 理;制圖模塊，專題地圖的修飾、地圖符號(hào)制作及影像地圖制作等;掃描矢量化模 塊，線畫地圖的掃描輸入;可視開發(fā)模塊，包括OCX控件，便于用戶進(jìn)行二次開 發(fā);遙感圖像處理模塊，遙感影像的糾正、增強(qiáng)、變換、分類等;數(shù)字地形模塊， DEM的生成及其相關(guān)運(yùn)算;三維模塊，生產(chǎn)三維地形模型;GPS模塊，GPS數(shù)據(jù) 的接收、顯示和分析。

總之，上述軟件都是針對(duì)各自特定的領(lǐng)域開發(fā)的，在應(yīng)用到生態(tài)評(píng)價(jià)中時(shí)，針 對(duì)性都不強(qiáng)，或者說比較適用于解決部分問題。生態(tài)學(xué)家還應(yīng)發(fā)展適于自己使用的軟件。

相關(guān)文章：

2013年環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)方法教材解析匯總

2013年環(huán)評(píng)師環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)方法考點(diǎn)分析

更多關(guān)注：成績(jī)查詢 考試培訓(xùn) 歷年真題 論壇交流

（責(zé)任編輯：中大編輯）