Sistemas de información geográfica en la investigación ambiental y de recursos
El Sistema de Información Geográfica (SIG) es un nuevo método y método de trabajo desarrollado en el campo de la geografía con el desarrollo y aplicación generalizada de la tecnología informática electrónica desde los años 1960. Esta disciplina es una materia interdisciplinaria entre las ciencias de la información, las ciencias espaciales y las ciencias de la tierra. Es una combinación orgánica de ciencias de la computación, tecnología de teledetección, ingeniería de la información y teorías y métodos de geografía moderna. Nuevos avances en geografía.
1. Información Geográfica y Sistema de Información Geográfica
La información geográfica se refiere a los números, texto e imágenes que representan la cantidad, calidad, características de distribución, interconexiones y patrones de cambio de elementos. en el sistema geográfico 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, información física e información del espacio geográfico creada por el hombre, e identificar, convertir, almacenar, transmitir, reproducir, mostrar, controlar y aplicar esta información de manera oportuna.
La información geográfica pertenece a la información espacial, y la identificación de su ubicación está asociada 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 la identificación de la ubicación espacial a través de coordenadas geográficas establecidas por la red de latitud y longitud o la red de carreteras. También tiene las características de una estructura multidimensional, es decir, una estructura tridimensional de múltiples temas; Se realiza sobre la base de un espacio bidimensional. Los tipos de entidades están conectados a través de códigos de atributos, lo que brinda la posibilidad de una investigación integral entre círculos de sistemas geográficos, brinda la posibilidad de análisis multinivel y brinda conveniencia para la transmisión y detección. de información. Las características temporales de la información geográfica son muy obvias. Según la escala de tiempo, la información geográfica se puede dividir en ultracorto plazo (como tifones, terremotos), corto plazo (como inundaciones de ríos, bajas temperaturas en otoño). a mediano plazo (como el uso de la tierra, estimaciones de rendimiento de los cultivos) y a largo plazo (como la urbanización, la erosión del suelo), a ultralargo plazo (como los cambios de la corteza terrestre, el cambio climático), etc. Esta característica de información geográfica que cambia dinámicamente requiere que la información geográfica adquirida se actualice de manera oportuna y regular, por un lado, requiere estudiar sus reglas cambiantes a partir de su proceso de cambio natural, para poder hacer predicciones y pronósticos; cosas geográficas y proporcionar toma de decisiones científicas Proporcionar evidencia. Reconocer las características regionales, multinivel y dinámicas de la información geográfica y establecer un sistema de información geográfica son de gran importancia para la integración de la población, los recursos, el medio ambiente, etc.
El sistema de información geográfica se basa en una base de datos geoespacial. Con el apoyo de software y hardware informático, recopila, gestiona, calcula, analiza, simula y muestra datos relacionados espacialmente, y utiliza métodos de modelado y análisis geográfico. un sistema de tecnología informática establecido para proporcionar diversa información geográfica espacial y dinámica de manera oportuna para la investigación geográfica y los servicios de toma de decisiones geográficas. Por lo tanto, el sistema de información geográfica tiene las siguientes tres características:
(1) Puede recopilar, gestionar, analizar y generar diversa información espacial geográfica.
(2) Para fines de investigación geográfica y toma de decisiones geográficas, utilizando métodos de modelado geográfico como medio, tiene las capacidades de análisis espacial, análisis integral multifactorial y predicción dinámica, y puede producir información geográfica de alto nivel.
(3) Utilizar sistemas informáticos como soporte para gestionar datos geográficos espaciales, simular métodos de análisis geográfico convencionales o especializados a través de programas informáticos, actuar sobre datos espaciales, generar información útil y completar tareas difíciles de realizar para los humanos. completo El soporte de sistemas informáticos es una característica importante de los SIG, que permite a los SIG realizar de forma rápida, precisa y completa el posicionamiento espacial y el análisis dinámico de sistemas geográficos complejos.
2. La composición del SIG
El SIG es un sistema de tecnología informática que consta de partes básicas como entrada de información, almacenamiento, análisis y procesamiento de datos y salida de información. Basado en software y hardware de computadora. Cada componente juega un papel diferente en SIG y se puede dividir en cinco componentes:
(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 e información relacionada para el funcionamiento de la computadora, como sistemas operativos, compiladores, ensambladores, programas especiales, sistemas de gestión de bases de datos SIG, diversos programas de análisis y los volúmenes, manuales, etc.
La función principal es completar varias operaciones SIG.
(3) Datos: la investigación SIG requiere diversos datos geoespaciales, incluidos datos de mapas digitales, datos de imágenes convertidas digitalmente, análisis y datos estadísticos, etc.
(4) Proceso: En el trabajo SIG, para obtener la respuesta a la pregunta, se deben realizar acciones paso a paso. Cuando se ejecutan muchos sistemas, para facilitar a los usuarios, utilizan el método de selección de directorio, también conocido como método de "menú", para seleccionar en qué acción hacer clic; algunos sistemas utilizan el método de comando, donde el usuario escribe los comandos según sea necesario; y el sistema completa la tarea. Puede realizar un comando con un comando. Una acción también puede completar una serie de acciones con un comando. proceso.
(5) Expertos: Comprender el SIG y saber utilizar el sistema es lo más importante. Algunos sistemas no se comprenden completamente y, por lo tanto, no se pueden utilizar en todo su potencial, y mucho menos desarrollarlos más. La cantidad de trabajo que implica la creación de un SIG es tan grande que los "años-persona" a menudo se utilizan como unidad para medir el trabajo.
Tres tipos de SIG
(1) SIG temático: SIG con objetivos limitados y características especializadas. Se utiliza para fines especializados 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 pastos, sistemas de información de erosión del suelo, 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. Pueden existir sistemas de información regionales de diferentes escalas a nivel nacional, regional o provincial, municipal o de condado para atender a varios niveles de gestión administrativa. También se pueden establecer sistemas de información regionales basados en divisiones naturales o cuencas fluviales. Los sistemas de información regionales incluyen 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 mi país, etc.
(3) Herramientas del sistema de información geográfica: Es un conjunto de paquetes de software de sistemas de información geográfica con funciones básicas como digitalización de gráficos e imágenes, gestión de almacenamiento, consulta y recuperación, análisis y cálculo, y diversas salidas. Se utilizan exclusivamente para investigación o son datos geoespaciales obtenidos para mapear un área o tema específico después de completar un SIG práctico. Estos paquetes de software son adecuados como software auxiliar de 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 más complejo también provocará una gran pérdida de mano de obra, el uso de herramientas SIG es sin duda un atajo para establecer un sistema de información geográfica práctico.
IV.SIG en la investigación de recursos y medio ambiente
En el siglo XXI, la industria de los SIG de mi país se ha desarrollado rápidamente. El papel de los SIG es cada vez más reconocido por el público y se utiliza ampliamente 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 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 de sistemas de información geográfica, cartografía, recopilación de datos de campo, intercambio de datos, integración y consultoría de sistemas, etc. 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.
Los primeros SIG se utilizaban principalmente en levantamientos y mapeos automáticos, gestión de instalaciones y sistemas de información territorial (LIS), y luego se expandieron gradualmente a la gestión ambiental y de recursos, inventario de recursos forestales, planificación urbana, gestión municipal y monitoreo de desastres. y predicción, investigación científica y estrategia militar y muchos otros campos. A medida que la tecnología SIG madura, se acumulan datos y mejora el entorno de aplicación, su alcance de aplicación continúa expandiéndose y su grado de aplicación continúa profundizándose. La aplicación de los SIG en la investigación ambiental y de recursos se refleja principalmente en los siguientes aspectos:
1 Inventario y gestión de recursos
El inventario, la gestión y el análisis de recursos son las áreas donde se encuentran las aplicaciones SIG. Las áreas cada vez más maduras incluyen el inventario y la gestión de los recursos terrestres, los bosques y los recursos minerales, la planificación del uso de la tierra, la protección de la vida silvestre, etc. El inventario de recursos es el componente más importante del SIG. El inventario de recursos es la función más básica del sistema de información geográfica. La tarea principal del sistema es recopilar datos de diversas fuentes y combinar estadísticas de recursos y análisis del estado de los recursos de acuerdo con diversas condiciones de límites y atributos a través de las funciones de análisis de cobertura y estadísticas del sistema. Proporcionar diversas condiciones en la región en forma de información, proporcionando una base para el desarrollo racional, la utilización y la gestión científica de los recursos.
Tomando los tipos de uso de la tierra como ejemplo, el sistema puede generar la distribución y el área de diferentes tipos de tierra, tipos de uso de la tierra en diferentes zonas de elevación, condiciones de uso de la tierra en diferentes zonas de pendiente y diferencias de uso de la tierra. causadas por diferentes litologías, cambios de uso del suelo en diferentes épocas, etc., proporcionando una base para la utilización racional, el desarrollo y la gestión científica de los recursos. Otro ejemplo, el sistema de información sobre recursos terrestres en el suroeste de China tiene tres subsistemas funcionales: un sistema de base de datos, un sistema auxiliar de toma de decisiones y un sistema de gráficos. El sistema almacena más de 3 millones de datos de recursos para más de 1.500 proyectos. El sistema puede proporcionar una serie de modelos de análisis y evaluación de recursos, predicción y pronóstico de recursos e información sobre el desarrollo racional y la asignación de recursos en el suroeste de China. 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, mapa de planificación de proyectos importantes, etc.
2. Planificación regional y urbana
La planificación urbana y regional debe abordar muchas cuestiones de diferente naturaleza y características, incluidos los recursos, el medio ambiente, la población, el transporte, la economía, la educación, la cultura y variables financieras y otras variables geográficas y grandes cantidades de datos. La gestión de la base de datos del sistema de información geográfica favorece la integración de estos datos e información en un sistema unificado y, en última instancia, logra el desarrollo y la planificación 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, Carreteras Planificación del transporte, configuración de equipamientos públicos, seguimiento dinámico del entorno urbano, etc. La realización de estas funciones de planificación es inseparable de la garantía de los métodos de búsqueda espacial SIG, el procesamiento de superposición de información múltiple, los métodos de análisis espacial y las funciones de análisis de redes. Hay muchas ciudades grandes y medianas en mi país. De acuerdo con los requisitos de acelerar la planificación y construcción de las ciudades centrales y fortalecer la ciencia y la modernización de la toma de decisiones de construcción urbana, es de gran importancia utilizar sistemas de información geográfica como. una herramienta para la planificación, gestión y análisis urbanístico.
3. Monitoreo de desastres ambientales
Utilizando métodos de sistemas de información geográfica y datos de teledetección espacial y multitemporal, se puede utilizar eficazmente para la predicción y pronóstico de incendios forestales, monitoreo de inundaciones y desastres. estimación de pérdidas, prestación de socorro en casos de desastre y servicios de emergencia y proporcionar información oportuna y precisa para la toma de decisiones sobre el control de inundaciones. Por ejemplo, según el estudio de la región de Daxinganling de mi país, mediante censos y análisis de la situación real de los incendios forestales. Se analizaron estadísticamente más de 100.000 datos meteorológicos, por ejemplo, según el estudio de la región de Daxinganling de mi país, mediante el análisis del censo de las condiciones de los incendios forestales, el análisis estadístico de más de 10.000 datos meteorológicos y la selección de 14 factores tales. como temperatura del aire, velocidad del viento, precipitación, temperatura y otros elementos meteorológicos, crecimiento de la vegetación en primavera y otoño y cobertura de nieve, utilizando matemáticas difusas Métodos Se estableció un modelo matemático y un método de pronóstico de riesgo de incendio forestal de índice integral multifactorial de una microcomputadora Se estableció un sistema de información. Su precisión de pronóstico del nivel de riesgo de incendio es superior al 73%. Otro ejemplo es el sistema de información sobre prevención de inundaciones y reducción de desastres en la región del delta del río Amarillo. Con el apoyo del software ARC/INFO GIS, con la ayuda de modelos de elevación digitales a gran escala y varios mapas temáticos, como uso de la tierra, sistemas de agua, áreas residenciales, pozos petroleros, fábricas, instalaciones de ingeniería de drenaje y datos estadísticos socioeconómicos. , etc., a través de varios gráficos Funciones como superposición, cálculo y análisis pueden calcular múltiples áreas de descarga de inundaciones y sus áreas, comparar el uso del suelo, las condiciones de la vivienda, las pérdidas de propiedad, etc. en diferentes áreas de descarga de inundaciones y, finalmente, obtener la mejor inundación. área de descarga y planificar la evacuación del personal dentro de toda el área de descarga de inundaciones, transferencia de propiedad y suministro de material de socorro en casos de desastre, etc.
4. Protección y gestión ambiental
La tecnología SIG es también una poderosa herramienta para la evaluación, 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 relacionados con la contaminación ambiental, suministro de datos estadísticos de gestión ambiental y resultados de informes, análisis de efectos ambientales y evaluación de la calidad ambiental, transmisión y mapeo de información ambiental, etc.
La gestión ambiental involucra todas las áreas de las actividades socioeconómicas humanas. Una ciudad grande y mediana puede recopilar y monitorear hasta 1 millón de datos ambientales cada año. decisiones de gestión y otros fines. Las funciones del sistema de información de gestión ambiental local son: proporcionar al departamento de gestión ambiental un método de almacenamiento de datos y sistemas de información: un sistema de base de datos básico para proporcionar estadísticas de datos, informes y métodos de edición gráfica para la gestión ambiental; modelos de contaminación para facilitar la toma de decisiones de gestión ambiental Proporcionar soporte; proporcionar software de oficina para los departamentos de protección ambiental proporcionar métodos y medios de transmisión de información; Métodos y medios de transmisión de información.
Por ejemplo, el Sistema de Información de Gestión Ambiental de Shanghai tiene principalmente las siguientes características: establecer una base de datos dinámica que puede almacenar datos de monitoreo ambiental (incluidas las fuentes de contaminación y la calidad ambiental, etc.) y otros datos relacionados (como normas ambientales, hidrología, meteorología, etc. ), proporcionando servicios de información a la mayoría de los departamentos de gestión ambiental. ), proporcionando intercambio de datos para la realización de la mayoría de las funciones de gestión ambiental; ② Orientado a la gestión de la calidad ambiental, brindando apoyo para estadísticas, evaluación, predicción, planificación y otra gestión de las condiciones de calidad ambiental; Soporte de fuentes de contaminación, brinda apoyo para la implementación de la gestión del sistema de cobro de descargas contaminantes y permisos de descargas contaminantes, 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 la visualización de pantalla, la impresión de tablas, el dibujo de gráficos, la salida de disco, etc., y las interfaces de comunicación remota también están reservadas. También está reservada una interfaz de comunicación remota.
5. Toma de decisiones macro
Los SIG utilizan bases de datos efectivas y, a través de una serie de modelos de toma de decisiones y análisis comparativos, proporcionan una base científica para la toma de decisiones macro a nivel nacional o regional. . Por ejemplo, los estudios de capacidad de carga terrestre respaldados por SIG pueden abordar cuestiones de 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 diversas funciones, como SIG y métodos topográficos y cartográficos asistidos por máquinas, que proporciona una base fiable para la toma de decisiones macroeconómicas en las Tres Gargantas, como la cantidad, velocidad y tendencia de evolución de los cambios ambientales antes y después de la construcción del embalse. Por otro ejemplo, la base de datos del sistema de monitoreo de pérdida de agua y suelo se utiliza para analizar y estudiar la intensidad de la pérdida de agua y suelo, la litología geológica, la pendiente y otros datos relacionados con los recursos y el medio ambiente utilizando funciones como superposición gráfica y modelos de regularidad de cambios, agua y. La predicción de la pérdida de suelo se puede llevar a cabo para proporcionar planes de conservación del agua y del suelo. La implementación y la gestión del entorno ecológico proporcionan una base de datos sólida para proporcionar una base para la toma de decisiones macro.