Sistemas de información geográfica en la investigación ambiental y de recursos
1. Información Geográfica y Sistema de Información Geográfica
La información geográfica se refiere a números que representan la cantidad, calidad, características de distribución, interrelaciones y patrones de cambio de varios elementos en un sistema geográfico. , imágenes y gráficos. El paso de los datos geográficos a la información geográfica es un salto en la comprensión humana de las cosas geográficas. La litosfera, la hidrosfera, la atmósfera y las actividades humanas en la superficie de la Tierra son las mayores fuentes de información geográfica. Una tarea importante de la ciencia geográfica es recopilar rápidamente información geométrica, física e información artificial en el espacio geográfico, e identificar, convertir, almacenar, transmitir, reproducir, mostrar, controlar y aplicar esta información de manera oportuna.
La información geográfica pertenece a la información espacial, y su identificador de ubicación está vinculado a los datos. Este es el signo más significativo que distingue la información geográfica de otros tipos de información. Esta característica de posicionamiento de la información geográfica es realizar la identificación de la ubicación espacial a través de coordenadas geográficas establecidas por la red de latitud y longitud o la red de carreteras. La información geográfica también tiene las características de una estructura multidimensional, es decir, una estructura tridimensional de múltiples; Los temas se realizan sobre la base de un espacio bidimensional, la relación entre cada entidad temática a través de la codificación de atributos brinda la posibilidad de una investigación integral entre varios círculos del sistema geográfico y también facilita el análisis multinivel del sistema geográfico y la transmisión. y cribado de la información. Las características de las series temporales de la información geográfica son muy obvias, por lo que la información geográfica se puede dividir en ultracorto plazo (como tifones, terremotos), corto plazo (como inundaciones de ríos, bajas temperaturas en otoño) y mediano plazo. (como el uso de la tierra, estimaciones del rendimiento de los cultivos), y a largo plazo (como el uso de la tierra, estimaciones del rendimiento de los cultivos) según la escala temporal de la urbanización, la erosión del suelo) y a ultralargo plazo (como los cambios de la corteza terrestre, el cambio climático). Por un lado, este cambio dinámico de la información geográfica requiere que la información geográfica pueda obtenerse a tiempo y actualizarse periódicamente; por otro lado, sus reglas de cambio deben estudiarse desde su proceso de cambio natural, para poder predecir las cosas geográficas y proporcionar una información geográfica; base para la toma de decisiones científicas. Comprender las características regionales, multinivel y dinámicas de la información geográfica es de gran importancia para establecer un sistema de información geográfica y lograr la integración de la población, los recursos y el medio ambiente.
El Sistema de Información Geográfica (SIG) se basa en una base de datos geoespacial, respaldada por software y hardware informático, y utiliza métodos de análisis de modelos geográficos para recopilar, gestionar, operar, analizar, simular y mostrar datos relacionados. un sistema de tecnología informática que proporciona diversa información geográfica espacial y dinámica de manera oportuna y sirve para la investigación geográfica y la toma de decisiones geográficas. Por lo tanto, el sistema de información geográfica tiene las siguientes tres características:
(1) Tiene la capacidad de recopilar, gestionar, analizar y generar diversa información geoespacial.
(2) Para fines de investigación geográfica y toma de decisiones, utilizando métodos de modelos geográficos como medio, tiene análisis espacial, análisis integral multifactorial y capacidades de predicción dinámica, y puede producir alto nivel. información geográfica.
(3) La gestión de datos geográficos espaciales está respaldada por sistemas informáticos. Los programas informáticos se utilizan para simular métodos de análisis geográfico convencionales o especiales, actuar sobre datos espaciales, generar información útil y completar tareas que son difíciles para los humanos. completar sistemas informáticos El soporte es una característica importante de SIG, que permite a SIG localizar y analizar dinámicamente sistemas geográficos complejos de forma rápida, precisa y completa.
2. La composición del sistema de información geográfica
El sistema de información geográfica es un sistema de tecnología informática, que consta de partes básicas como entrada, almacenamiento, análisis y procesamiento de datos. y salida de información. , y trabajar con el soporte de software y hardware de computadora. Varios componentes desempeñan diferentes funciones en SIG y se pueden dividir en cinco partes:
(1) Hardware de computadora: se refiere al equipo básico requerido para SIG. Estos dispositivos se utilizan para almacenamiento, procesamiento y visualización. Los objetos son principalmente mapas digitales o datos de imágenes digitales.
(2) Software informático: incluye diversos programas y datos relacionados necesarios para el funcionamiento de la máquina, como sistemas operativos, compiladores, ensambladores, programas especiales, sistemas de gestión de bases de datos SIG, diversos programas de análisis y manuales e instrucciones de uso. , etc. La función principal es completar varias operaciones SIG.
(3) Datos: diversos datos geoespaciales necesarios para la investigación SIG, incluidos datos de mapas digitales, datos de imágenes convertidas digitalmente, datos estadísticos para análisis, etc.
(4) Proceso: Cuando el SIG está funcionando, se realizan las operaciones paso a paso para obtener la respuesta a la pregunta. Cuando se implementan muchos sistemas, para facilitar a los usuarios el uso del método de selección de directorio, que es el llamado método de "menú", en qué acción hacer clic, algunos sistemas también usan el modo de comando para ingresar comandos de acuerdo con las necesidades del usuario. que puede ser completado por el sistema. Un comando puede realizar una acción o un comando puede completar una serie de acciones. Este es el proceso de comando.
(5) Experto: Lo más importante es entender el SIG y saber utilizar el sistema. Algunos sistemas no pueden entenderse plenamente, y mucho menos desarrollarse, si no se comprenden plenamente. La carga de trabajo que implica la creación de SIG es muy grande y, a menudo, se utiliza "persona-año" como unidad de medida.
En tercer lugar, tipos de sistemas de información geográfica
(1) Sistema de información geográfica temático: Es un sistema de información geográfica con objetivos y características profesionales limitados. Sirven para propósitos especiales específicos, como sistemas de información de gestión de recursos hídricos, sistemas de información de recursos minerales, sistemas de información de estimación del rendimiento de cultivos, sistemas de información de gestión de recursos de pastizales, sistemas de información de pérdida de suelo y agua, sistemas de información de gestión ambiental, etc.
(2) Sistema de información geográfica regional: tiene como objetivo principal la investigación regional integral y los servicios de información integrales. Puede haber sistemas de información regionales de diferentes tamaños a nivel nacional, regional o provincial, municipal o de condado para atender a las regiones administrativas en diferentes niveles. También se pueden establecer sistemas de información regionales basados en divisiones naturales o cuencas fluviales. Sistemas de información regionales como el Sistema de Información Nacional de Canadá, el Sistema de Información Regional de Oak Ridge de los Estados Unidos, el Sistema de Información del Condado de San Diego, el Sistema de Información de la Cuenca del Río Amarillo de China, etc.
(3) Herramienta SIG: Es un conjunto de paquetes de software con funciones SIG básicas como digitalización de gráficos e imágenes, gestión de almacenamiento, consulta y recuperación, análisis y cálculo, y salidas diversas. Son investigaciones especializadas o se obtienen tras completar un sistema de información geográfica práctico para extraer datos geoespaciales de un área o tema específico. Estos software son adecuados como software de soporte para sistemas de información geográfica, para establecer sistemas de información geográfica prácticos temáticos o regionales y también pueden usarse como software de enseñanza. Dado que el diseño SIG tiene un alto contenido técnico y la edición repetida de software básico complejo también provoca una gran pérdida de mano de obra, utilizar herramientas SIG para construir un SIG práctico es sin duda un atajo.
Cuatro. Sistemas de información geográfica en la investigación de recursos y medio ambiente
En el siglo XXI, los sistemas de información geográfica de mi país se han desarrollado rápidamente. El papel de los sistemas de información geográfica ha sido cada vez más reconocido por el público y se ha utilizado vigorosamente en diversos campos. . La humanidad está entrando en una nueva era de la información caracterizada por la aplicación de la tecnología de la información y la tecnología espacial. Como ciencia técnica emergente, los Sistemas de Información Geográfica (SIG) se han convertido en una de las industrias de la información más activas desde finales de los años 1980. Implica software, hardware, datos, teledetección y fotografía aérea, cartografía, recopilación de datos de campo, intercambio de datos, integración de sistemas y consultoría. Entre ellos, el software es la tecnología central de los SIG, y las empresas o instituciones dedicadas al desarrollo de software y la integración de sistemas a menudo se convierten en el cuerpo principal de la industria de los SIG.
En sus inicios, los SIG se utilizaban principalmente para la cartografía automática, la gestión de instalaciones y los sistemas de información territorial (LIS), y luego se expandieron gradualmente a la gestión ambiental y de recursos, el estudio de los recursos forestales, la planificación urbana, la gestión municipal, Monitoreo y predicción de desastres, investigación científica y estrategia militar y otros campos. Con la madurez de la tecnología SIG, la acumulación de datos y la mejora del entorno de aplicación, su alcance de aplicación continúa expandiéndose y su grado de aplicación continúa profundizándose.
La aplicación de los SIG en la investigación de recursos y medio ambiente se refleja principalmente en los siguientes aspectos:
1 Inventario y gestión de recursos
El inventario, la gestión y el análisis de recursos son maduros e importantes en. Las aplicaciones SIG son áreas importantes que incluyen el inventario y la gestión de recursos terrestres, recursos forestales y minerales, planificación del uso de la tierra, protección de la vida silvestre, etc. El inventario de recursos es la función más básica del sistema de información geográfica. En este momento, la tarea principal del sistema es recopilar datos de diversas fuentes y proporcionar varias combinaciones de estadísticas de recursos regionales y análisis del estado de los recursos basados en diversas condiciones de límites y atributos a través de las funciones de análisis de cobertura y estadísticas del sistema, proporcionando así una solución racional. base para los recursos. Proporcionar la base para el desarrollo, la utilización y la gestión científica.
Tomando los tipos de uso de la tierra como ejemplo, puede generar la distribución y el área de diferentes tipos de tierra, los tipos de uso de la tierra divididos en diferentes zonas de elevación, las condiciones de uso de la tierra en diferentes áreas de pendiente, las diferencias de uso de la tierra causadas. por diferentes litologías y los cambios en el uso de la tierra en diferentes períodos proporcionan la base para la utilización racional, el desarrollo y la gestión científica de los recursos. Otro ejemplo es el sistema de información sobre tierras y recursos en el suroeste de mi país. Tiene tres subsistemas funcionales, a saber, un sistema de base de datos, un sistema auxiliar de toma de decisiones y un sistema de gráficos. Más de 1500 elementos, más de 3 millones de elementos, se almacenan en datos de recursos. El sistema proporciona una serie de modelos de análisis y evaluación de recursos, predicción de recursos y desarrollo y asignación racional de recursos para la región suroeste. Puede dibujar mapas profesionales con diferentes contenidos, como mapa de distribución de recursos de pastizales, mapa de distribución de recursos minerales, mapa estadístico de valor de producción del condado, mapa estadístico de rendimiento de cultivos, mapa de planificación de transporte y mapa de planificación de proyectos importantes.
2. Planificación regional y urbana
La planificación urbana y regional necesita abordar muchas cuestiones de diferente naturaleza y características, que involucran recursos, medio ambiente, población, transporte, economía, educación, cultura. , finanzas y muchas variables geográficas y grandes cantidades de datos. La gestión de la base de datos del sistema de información geográfica favorece la integración de esta información de datos en un sistema unificado y, en última instancia, lleva a cabo una planificación del desarrollo multiobjetivo de ciudades y regiones, incluida la planificación urbana general, la evaluación de la idoneidad del terreno para la construcción urbana, la evaluación de la calidad ambiental y planificación del tráfico rodado, configuración de equipamientos públicos, seguimiento dinámico del entorno urbano, etc. El método de búsqueda espacial, el procesamiento de superposición de información múltiple, el método de análisis espacial y la función de análisis de red del sistema de información geográfica garantizan la realización de estas funciones de planificación. En China hay muchas ciudades grandes y medianas. De acuerdo con los requisitos de acelerar la planificación y construcción de las ciudades centrales y fortalecer la toma de decisiones científica y de modernización de la construcción urbana, es de gran importancia utilizar los SIG como herramienta para la planificación, gestión y análisis urbanos.
3. Monitoreo de desastres ambientales
El uso de métodos SIG y datos de teledetección multitemporal se puede utilizar de manera efectiva para la predicción de incendios forestales, el monitoreo de inundaciones y la estimación de pérdidas por desastres, brindando ayuda y ayuda en caso de desastres. Toma de decisiones sobre control de inundaciones Información oportuna y precisa. Por ejemplo, según una investigación realizada en la región de Daxinganling de mi país, se analizaron estadísticamente cientos de miles de datos meteorológicos mediante censos y análisis de las condiciones de los incendios forestales. Después de descartar 14 factores como la temperatura, la velocidad del viento, las precipitaciones, la temperatura del aire y otros factores meteorológicos, el crecimiento de la vegetación en primavera y otoño y la capa de nieve, se estableció un modelo matemático utilizando métodos matemáticos difusos y un índice forestal integral de múltiples factores. Se estableció un método de predicción del riesgo de incendio para un sistema de información por microcomputadora. La precisión de la predicción del nivel de peligro de incendio puede alcanzar más del 73%. Otro ejemplo es el sistema de información sobre control de inundaciones y reducción de desastres del delta del río Amarillo. Con el apoyo del software del sistema de información geográfica ARC/INFO, se utilizan modelos de elevación digitales a gran escala y diversos mapas temáticos, como uso de la tierra, sistemas de agua, áreas residenciales, pozos petroleros, instalaciones de ingeniería de aguas residuales de fábricas e información estadística socioeconómica. , a través de diversas funciones como superposición gráfica, cálculo y análisis, se pueden calcular varias áreas de descarga de inundaciones y sus áreas. Al comparar el uso de la tierra, las pérdidas de viviendas y propiedades en diferentes áreas de descarga de inundaciones, finalmente se obtuvo el área óptima de descarga de inundaciones y se formuló la mejor ruta de transporte para la evacuación del personal, la transferencia de propiedades y el suministro de material de socorro en casos de desastre en toda el área de descarga de inundaciones.
4. Protección y gestión ambiental
La tecnología de los sistemas de información geográfica es también una poderosa herramienta para la evaluación ambiental y la planificación y gestión ambiental. Su contenido incluye: monitoreo ambiental y recopilación de datos, establecimiento de bases de datos básicas y bases de datos dinámicas ambientales, establecimiento de modelos relevantes de contaminación ambiental, suministro de datos estadísticos y resultados de informes para la gestión ambiental, análisis de impacto ambiental y evaluación de la calidad ambiental, transmisión y mapeo de información ambiental, etc. .
La gestión ambiental involucra todos los ámbitos de las actividades humanas sociales y económicas.
Una ciudad grande o mediana puede recopilar y monitorear hasta 10.000 datos ambientales cada año. Esas grandes cantidades de datos deberían utilizarse eficazmente para fines tales como decisiones de gestión ambiental. Las funciones de un sistema de información de gestión ambiental local son las siguientes: proporcionar al departamento de gestión ambiental un método de almacenamiento de datos y sistemas de información: un sistema de base de datos básico, proporcionar estadísticas de datos, métodos de edición de informes y gráficos para la gestión ambiental; modelos para brindar gestión ambiental Brindar apoyo para la toma de decisiones; proporcionar software de oficina para los departamentos de protección ambiental; proporcionar métodos y medios de transmisión de información;
Por ejemplo, el Sistema de Información de Gestión Ambiental de Shanghai tiene principalmente las siguientes características: ① Ha establecido una base de datos dinámica que puede almacenar datos de monitoreo ambiental (incluidas las fuentes de contaminación y la calidad ambiental) y otros datos relacionados (como estándares ambientales, hidrología, meteorología, etc.), y para la mayoría de las funciones de gestión ambiental, los datos se pueden compartir ② Para la gestión de la calidad ambiental, puede brindar apoyo para las estadísticas, evaluación, predicción, planificación y otra gestión de la calidad ambiental; orientado a la fuente de contaminación Brinda apoyo para el control y la gestión de la contaminación, y puede realizar la gestión de los cargos de aguas residuales y el sistema de permisos de aguas residuales ④ Para comodidad de los usuarios, el sistema ha diseñado un sistema de menú de ventana fácil de usar, que es fácil de usar y puede proporcionar diferentes formas de salida, incluida visualización en pantalla, impresión de tablas, dibujo gráfico, salida en disco, etc. y reserve una interfaz de comunicación remota.
5. Toma de decisiones macro
Los SIG utilizan bases de datos efectivas y, mediante la construcción y el análisis comparativo de una serie de modelos de toma de decisiones, pueden proporcionar bases científicas para decisiones nacionales o regionales. toma de decisiones macro. Por ejemplo, la investigación sobre la capacidad de carga de la tierra respaldada por SIG puede resolver la planificación de los recursos terrestres y la capacidad de la población. En el estudio de la zona de las Tres Gargantas, mi país ha establecido un sistema de vigilancia ambiental que utiliza sistemas de información geográfica y cartografía asistida por computadora, que proporciona una base confiable para la toma de decisiones macroeconómicas sobre la cantidad, velocidad y tendencias de evolución de los cambios ambientales. Antes y después de la construcción del embalse de las Tres Gargantas. Para otro ejemplo, a través del análisis y la investigación de datos relacionados con los recursos y el medio ambiente, como la intensidad de la erosión del suelo, la litología geológica, la pendiente, etc. en la base de datos del sistema de monitoreo de la erosión del suelo, la función de superposición de gráficos y el modelo de patrón de cambio se pueden utilizar para predecir la erosión del suelo y proporcionar orientación para la planificación de la conservación del suelo y el agua. La compilación e implementación de la gestión del medio ambiente ecológico proporcionan una base de datos sólida y una base para la toma de decisiones macro.