国内外环境信息系统建设及研究进展

中国环境学会  2011年 06月22日

  张学敏(厦门市环境监测中心站)
  联系电话:0592-2217289(13799290246)    地址:福建省厦门市湖滨南路56号  361004


  摘要:融合遥感和GIS、GPS及环境自动监测技术的城市环境信息系统在环境监测、科学研究、规划决策、环境预测和评价等各个领域发挥着重要的作用,是现代环境管理所必备的技术手段。本文综述了国、内国环境信息系统研究成果及其进展,并对我国在环境信息系统建设中存在的普遍问题进行阐述,展望了今后国内在该领域的研究发展方向。
   
  随着经济的不断发展,环境质量的持续恶化已成为不争的现实,而凸现出来的环境生态问题引起的社会资源的不断减少更成为全球范围关注的主要问题,因而如何发展经济而又不以破坏环境为代价、如何依赖不断发展的科学技术保护现有的环境质量状况将成为目前环境保护的主要任务。那么无论是出于直接加强环境保护管理的需要,还是出于通过加强环境科学研究促进环境科学管理的需要,都要求有效组织经年积累的环境监测信息,供研究者分析。城市环境信息系统这一信息组织的技术手段和平台,便随着上世纪80年代以来信息技术的迅猛发展应运而生。其中的技术成分,以遥感、地理信息系统(GIS)及环境自动监测技术为关键。遥感具有观测周期短、时间频率高的优势,能够实现大面积、实时、同步、连续、密集的观测;自动监测系统技术则能实时连续地完成区域内的海洋水文、气象、污染/生态等环境要素的监测数据的采集、通讯、分析及处理。而GIS作为一种决策支持系统,不仅仅具备一般信息系统的特征,其独特的优点在于空间信息处理和分析。前二者作为环境信息采集手段,后者作为信息处理、信息服务和决策支持的平台,三者有机融合构成的环境信息系统,已成为现代科学管理环境、保障城市经济可持续发展的必要工具。


  1 国外环境信息系统发展现状


  国外在环境信息系统建设方面已经取得长足的发展。其中美国上世纪七十年代就有利用GIS专业技术软件及RS手段进行环境方面的管理及研究的相关报道。如美国国家环保局从1989年起用ARE/INFO进行了大量科学研究和应用,范围覆盖环境影响评价、地下水保护点源和面源污染分析、酸沉降分析,危险废物泄漏紧急响应等。GIS在环境评价方面已有许多成功的应用。如美国犹他大学的一个科研小组利用GIS技术对墨西哥与美国接壤地区进行了环境影响评价,建立了地表水和地下水污染路径模型,并用GIS的空间分析能力(如缓冲区分析)对该地区经济发展造成的环境影响进行了分析;美国美国加州大学、海军研究生院、茫特雷湾水科学研究所共同研究开发的REINAS(实时环境信息网络与分析系统),则是根据本国的实际需要而开发的区域性海洋环境与资源立体、动态监测和信息服务系统[1]。
  欧洲环保署(EEA)早在1985年就建立了欧洲共享环境信息系统(SEIS)[2],该系统经过了三个阶段的演化:1985至1995年为“独立”的信息系统阶段,1995至2005年属于“报告式”的环境信息阶段,即欧盟各成员国向欧洲环保署上报本国的环境信息;2005至今逐步形成真正意义的环境信息共享,各成员国所形成的环境信息子系统之间与EEA的中央数据库之间可以直接访问、可以共享和互通环境信息,该信息的创建目的是为了非政府组织、研究机构、大学以及对环境感兴趣的公众方便和自由的获取环境信息创造条件,这种信息共享制度也为区域范围内环境质量综合分析提供了良好的数据基础。就SEIS的公共服务系统,奥地利政府已经在“数字奥地利”的基础上成立了一个专门针对环境信息的电子政府工作小组,建立环境信息的一站式服务体系[3]。德国也在上世纪七十年代开始环境信息资源的建立,其中环境规划信息系统及综合的公众环境信息系统为公众了解国家的环境监测计划、环境参考文献及环境质量的相关数据信息搭建了一个平台,便于公众及时了解环保信息动态,同时公众也可以将自己的建议通过该平台反馈给政府[4]。
  加拿大也在上世纪80年代开始环境信息系统的研究,其中由加拿大国家的Envista公司开发的一个环境信息系统主要用来管理安大略湖沿岸矿产企业所产生的污染对沿岸环境可能产生的影响及周边环境的变化等,该信息的有助于各区域的环境例行监测计划的设立及环境管理及规划构建,减少环境监测的重复及资源的浪费,同时系统所提供的环境保护的条例及规定共享制度也有助于相邻区域之间的所产生的环境问题的快速协调[5]。
  印度政府环境信息系统网络已经建立起来,以处理环境数据和信息的收集、校对、存储、分析、交换和发布(印度政府 1995)。在通过卫星图象进行生态系统监测方面,已有一些令人振奋的成就。在澳大利亚,联邦、州和地方环境部门和机构越来越多地使用遥感数据(澳大利亚联邦 1999f)。澳大利亚还正在应用模型技术,利用环境数据指示具有较高环境价值的地区作为资源规划活动的一部分,例如原始森林的综合性区域评价(澳大利亚联邦 1999f)。一些国家还确定了一些环境指标来帮助进行国家环境状况报告。
  联合国亚洲及太平洋统计研究所和UNEP,正在参与加强机构管理环境信息的能力,并帮助一些国家编写国家和地区的环境状况报告。SPREP和联合国亚洲及太平洋经济社会委员会(UNESCAP),在环境与可持续发展机构间委员会成员的帮助下,每5年编写一份地区环境状况报告。


  2 国内环境信息系统发展


  我国的总体环境信息系统,环境自动监测、数据的阐释、服务于环境管理决策、以及公众知情权的享有等方面,与发达国家相比还是有一定差距。但近年来随着国家对环保工作的重视,特别是自“十五”期间,我国确定了“以信息化带动工业化”信息化发展战略后,国家环保部加大了环境信息化建设的力度,努力推动环境监测、污染控制、生态保护的信息化、科学化和规范化,环境信息系统建设取得明显成效。
  我国环境信息系统发展分为三个阶段:1980至1990年属于探索阶段,期间初步建成了一些研究型的环境信息系统,如国家水质管理信息系统(NWQMIS)/国家环境信息系统以及一些地方性环境管理系统:如吉林省环境管理信息系统、常州环境管理信息系统。20世纪90年代至世纪末国内环境信息系统逐步走向成熟,国家环境信息系统领域得到很多的发展,各级环保部门将先进的计算机信息技术应用于日常的环境管理和环境决策支持中。如1994年江苏省环保局和清华大学环境工程系合作开发完成了我国第一个基于客户/服务器结构的省级先进环境管理信息系统——江苏省环境信息系统[6],该系统的建立在将客户/服务器体系结构应用于环境信息系统方面作出了有益的探索。在同一时期,我国还自行研制了一些适合本地特点和管理需要的地方环境信息系统,如大连市环保管理信息系统、苏州河环境信息系统、无锡市建立了太湖流域区域环境信息系统及福建省的罗源湾海洋环境信息系统等,此外,国家还针对我国的两条重要河流长江与黄河分别建立了黄河水环境地理信息系统[7]及长江口潮滩环境信息系统[8],这一阶段的研究与实际开发使得环境信息系统的理论、方法和技术得到了进一步的充实和完善。进入21世纪,由国家环保部组织开发的国家环境监测信息系统(NESMIS)标志着国内的环境信息系统逐步走向市场化阶段[9],该系统是在国家环保部的部署和指导下,由西安交大长天软件开发基地负责研制的,整个过程按照政府干预和市场机制相结合的运作方式,建成后的环境信息系统为环保产业提供信息和可行性方案,为企业提供环境影响评价、环境治理措施,而收益后的环保产业及生产企业又可以为环境信息系统的建设提供资金和技术支持,两者相辅相成,将是今后环境信息系统普及和发展的趋势。


  3 目前环境信息系统建设方面存在的问题


  3.1空间数据标准化一直难以满足实际应用和技术发展的需要。
  数据的标准化是空间信息共享和系统集成的重要前提,但目前我国空间数据标准化一直难以满足实际应用和技术发展的需要,但是迄今为止,大部分的数据资料仍然分散在各个部门,甚至相当部分的资料仍为纸质储存,数据管理也缺乏统一的规范和标准。可以说目前还没有一个能够真正有效管理并集成现有的这些数据和成果、大量建成系统资源不能相互共享,互相集成。目前发达国家已经完成了一些空间数据互操作规范制定,并推出了原型产品,我们应当采纳和吸收国外的先进标准和技术,大力加快我国国家空间数据操作规范与标准,争取早日实现不同信息系统真正意义的共享。


  3.2已建成系统通用性能较差,部分系统没有达到预期建设目标。
  由于之前的技术手段落后和管理模式不同,各部门基本上都是根据本部或某一特定业务编制了相应的软件,各相应软件的工作平台、开发工具、后台数据库不尽相同,使得各软件系统彼此之间的通用性、数据共享性很差,大量的环境数据只停留在查询检索和统计功能上,并未转化为环保工作人员和管理人员所需要的具有分析和决策功能的数据,此外部分地区信息系统建设持续资金投入比例失调,只注重前期建设投入,缺乏系统建成后设备更新和人员及能力建设培训,使得系统建设的效益和作用未能充分发挥。


  3.3未能实现信息系统与专家知识的有机结合。
  在系统环境评价中,专家知识的应用也很重要,尤其对于环境影响评价,专家的概率思维和模糊思维尤其重要。目前多数环境影响专家系统直接建立在WINDOWS平台上,且系统本身也不完善,利用GIS强大的空间数据管理和分析功能构造空间分析GIS模型,并结合专家知识建立基于GIS平台的环境评价专家决策支持系统也是不断努力的方向。


  4 今后我国环境信息系统发展方向


   充分吸纳国、内外的先进的信息系统建设技术与经验,建设符合我们实际需要的环境信息系统。3S技术与计算机网络技术的有机结合是今后我国信息系统建设的平台基础,而将专家智能库的引用建成的智能决策信息系统是今后环境信息系统的发展方向。
  建设一个开放性的、公众性的环境信息系统。今后的环境信息系统不只是为环境科研部门、政府管理与决策部门提供信息的平台,它更是为普通百姓提供环境知识、了解环境质量的一个信息平台,通过该平台,实现公众与政府的沟通与互动,从而推动环保工作更好、更快的发展。


  主要参考文献
  1.网址:http://ec.europa.eu/wnvironemta/seis/
  2.朱云,吴乾钊等,从美国加州环保署环境信息系统建设情况思考中国城市环境信息系统的建设.环境保护科学, 2003, 119(29):47~50.
  3. 刑黎闻编译,奥地利与欧洲“共享环境”,信息化建设,2009年第7期; 52~53.
  4.McClarty, D, V, B. Environmental information system assists in tailings management. Min,Eng. (Litteton,Colo).1999,51,(3),47
  5..Bernd PageKristina Voigt. Recent history and development of environmental information systems and databases in Germany .Online Information Review,2003Vol.27(No.1):
  6.王学军,刘文.南京市大厂区水环境管理信息系统建设[J].环境科学研究,2003,16(4):83~85.
  7.刘真,孙德宝,杨绪华,等.黄河水环境信息系统的研制与开发。华北水利水电学院学报,2002,23(3):53~56.
  8.王军,陈振楼,许世远,等.长江口潮滩环境信息系统功能设计研究。地理与地理信息科学,2004,20(4):36~39.
  9.陈明亮,林宜雄,孙波,等.国家环境监理系统(NESMIS)的开发[J].西安交通大学学报,社会科学版,2001,21(1):48~52.

 
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