《环境信息系统》课程实验教学设计与实践

陈志云，钟广锐

（1.嘉应学院 地理科学与旅游学院，广东 梅州 514015）

环境信息系统（EIS）结合了计算机技术、地理信息系统（GIS）、数据库技术、网络技术、数学模型、决策支持系统等多种技术，为环境科学的研究提供一种重要的技术支持手段和信息保障。尽管发展的历程还不长，但已经成为环境科学研究和实践中不可或缺的重要方面。全国许多高校环境类专业都开设了这门课，并且有学者对这门课的课程建设与实验教学进行了研究[1-3]，他们强调了实验的重要性，而且大多数实验是基于GIS软件进行的，很少具体提到这门课的实验设计。本文以本校环境科学专业《环境信息系统》课程实验课为例，探讨该实验课的设计与实践结果。

1 EIS与GIS的关系

环境信息是指通过加工的、能够用于环境保护工作的数据和符号，它反映了环境系统各个环节的时间、空间和状态特征[4]。而关于EIS，目前还没有统一的定义，这里引用孙水裕等人的定义“将一切用于环境管理、环境科学研究等与环境保护相关的信息系统都称为环境信息系统”，根据其技术核心的不同，又将EIS划分为环境管理信息系统(environmental management information system, EMIS)和环境地理信息系统(environmental geographic information system, EGIS)[3]。地理信息系统或称为地学信息系统、资源与环境信息系统，是一个在计算机软、硬件支持下，对整个或者部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述及辅助决策的技术系统[5]。

GIS按内容来分，一般有专题地理信息系统、区域信息系统和地理信息系统工具。GIS技术在环境方面的应用不胜枚举，如环境管理与规划、环境影响评价、水资源管理和分析、环境监测与演变、减灾防灾及紧急事故管理等[6-11]。由于GIS具有强大的空间数据处理能力，而大多数环境数据具有空间特性，所以环境学科中引用了GIS技术，产生了EGIS。一般认为，EGIS是GIS的一个专题信息系统。

2 《环境信息系统》课程实验设计

目前大多数的《环境信息系统》课程实验是以学习GIS软件为主，如ArcView、MapInfo等。结合本校环境科学专业学生具体情况，该实验课以学习Access与北京超图公司研发的SuperMap GIS为主。本课程是以应用为主的技术课程，所以实验课共安排24学时，分为实验1：数据库的基本操作、实验2：SuperMap GIS软件的基础操作和实验3：空间查询与空间分析，每个实验之间遵循由易到难、由此及彼的原则进行。

2.1 数据库的基本操作

该实验的主要目的是让学生熟练掌握创建数据库、表以及查询的操作，能综合运用窗体、查询等实现对数据的处理。实验内容是利用Access为一家销售公司建立一个仓库管理系统，并进行基于SQL语言的单表查询和多表查询（见图1）。

2.2 SuperMap GIS软件的基础操作

该实验由数据导入、地图扫描矢量化和空间数据编辑3个小实验组成。实验完成后，学生要回答关于SuperMap GIS中的数据组织、地图生成、配准等思考题，加深对该实验的理解。

1）SuperMap GIS软件的基本操作。主要介绍概念、工具菜单、视图环境等，要求学生掌握SuperMap GIS软件的基本操作，为后面的实验打基础。

图1 数据库创建表操作界面

2）地图扫描矢量化。扫描矢量化是获取空间数据的手段之一，屏幕跟踪和属性录入虽然在整个屏幕数字化中难度不大，但是工作量却是非常大的，因此对数字化人员的要求也是比较高的。该实验主要目的是让学生熟悉矢量化的主要过程，其中重点掌握配准的过程、修改数据结构（新建或删除用户字段），能够对一幅简单的栅格图进行矢量化操作。其主要内容是利用SuperMap GIS软件自带的扫描图片，进行配准、裁剪、新建数据集、修改属性表结构（建立用户字段）、屏幕矢量化、属性值录入和数据检查等操作（见图2）。

图2 屏幕矢量化与录入属性值

3）在SuperMap GIS中进行空间数据的操作。其内容包括绘制、编辑、修改几何对象，对空间数据进行裁剪、转换、拓扑处理、融合、追加、重采样等，要求学生能掌握SuperMap GIS 的几何对象绘制过程与方式以及几种空间数据的处理方法（尤其是拓扑处理），对最初采集的原始数据作进一步的处理。

2.3 空间查询与空间分析

GIS与其他信息系统最主要的区别就是前者可以对空间数据进行处理，然后进行空间查询和空间分析，其中空间分析是GIS的核心所在。本实验分2个小实验（空间查询和空间分析）进行。

1）在SuperMap GIS中进行空间分析操作，包括空间查询、缓冲分析和路径分析等。空间查询主要使用SQL查询中几个重要函数，如派生字段的生成方法、Between…and 等（见图3），目的是让学生掌握SuperMap GIS的各种查询方法。缓冲分析是通过实例验证来进行，如计算拆迁补偿、辅助建筑项目选址等。路径分析主要采用最佳路径分析方法查找两地之间的最佳路径（见图4）。该实验主要目的是让学生体会GIS技术的核心功能——空间分析的作用，掌握对空间数据的查询与分析操作步骤。本实验还设置了提高练习，如三维分析和栅格分析。

图3 空间查询界面

图4 最佳路径分析界面

2）制作专题统计图。主要是根据前面实验2和实验3第1个小实验产生的数据结果进行专题图制作，让学生掌握制作专题地图的基本方法，通过成果检查来了解学生的掌握情况。

3 《环境信息系统》课程实验实践

虽然本校《环境信息系统》的理论课与实验课是单独开课，但主要还是按照先理论后实验、理论与实验相结合的方式来授课，要求学生在掌握一定的理论知识后，按照各实验要求进行上机验证（学有余力的可以选做提高练习），然后提交一份实验报告。实验报告要包含操作过程截图、操作步骤、回答思考题、实验小结等内容。任课老师通过批改实验报告了解学生对实验的掌握情况，然后有针对性地答疑解惑。

自开课以来，《环境信息系统》实验课程基本按照上述内容进行，经过近10 a的实践与改革，摸索出一套比较适合本校实际情况的实验教学大纲，通过学生的实验报告和期末评课结果来看，实验效果能达到预期目标。

[1]赵妍, 孟阳. 浅论环境信息系统课程教学方法改革与实践[J].白城师范学院学报, 2011(5): 69-71

[2]马万征, 于群英. 环境信息系统教学改革初步研究[J].现代农业科技, 2011(22) : 44-44

[3]孙水裕, 王孝武. 浅析环境类专业《环境信息系统》课程的建设[J]. 广东工业大学学报：社会科学版,2003 (S1): 105-107

[4]曾向阳, 陈克安. 环境信息系统[M]. 北京: 科学出版社,2005

[5]张正栋, 邱国锋. 地理信息系统原理、应用与工程[M]. 武汉：武汉大学出版社, 2005

[6]刘勇, 井文涌. 地理信息系统技术及其在环境科学中的应用[J]. 环境科学, 1997(2): 62-65

[7]闫志刚, 盛业华. 3S技术及其在环境信息系统中的应用[J].测绘通报, 2001(S1): 17-20

[8]蓝家万, 栗苏文. 地理信息系统在环境影响评价中的应用[J].中国农村水利水电,2003(2): 75-76

[9]徐华山, 任玉芬. GIS在环境科学中的应用[J].干旱环境监测,2007(1): 42-46

[10]杨帆, 孙水裕.地理信息系统(GIS)在环境保护中的应用[J].科协论坛(下半月),2009(10): 128-129

[11]彭海琴, 李娟. 遥感与GIS技术在环境科学中的应用研究[J].安徽农学通报(上半月刊),2011(5): 146-147