基于GIS的空气质量监管系统

崔 瑾

(西南林业大学林学院 云南 昆明 650224)

基于GIS的空气质量监管系统

崔 瑾

(西南林业大学林学院 云南 昆明 650224)

随着近年来人们对环境空气质量问题的重视，环境部门也加强了对空气质量的监管，为了实现对空气质量的可视化管理，系统采用C/S结构，运用ArcGISengine组件进行二次开发，构建GIS管理平台，具备基本的空间数据的查看功能，实现了监测点的标注、查看，监测数据录入、存储，并运用空间插值方法，生成污染物浓度等值线功能，从而达到了由点及面——根据监测点的监测数据按污染程度显示区域受污染的程度范围，以便更好对空气质量行评估。

空气质量监管;GIS;空间插值

一、引言

世界卫生组织于2014年最新发布的一份报告显示，全球每年大约有700万人死于空气污染，空气污染已成为全球最大的单一环境健康风险[1]。随着近年来，中国北方地区的严重的雾霾问题，使飞行交通受阻，出行生活受限，更给人们的健康造成了威胁，这人们越来越重视空气质量问题，环境部门也越来越重视生态环境的建设工作，加强了日常空气质量的监管，在一些重污染地区，以及一些医院、学校等重点单位设置空了空气质量的监测点，进行有毒有害气体污染物浓度值的测量。如何由点及面，更好的、更准确的、更直观的了解受污染的范围、严重程度，这就需要与GIS地理信息系统技术相结合，实现空气质量的可视化监管系统。

二、GIS在空气质量监管的方面的应用与发展

地理信息系统是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息与其他系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象[3]。

由于地理信息系统的具有地理位置与空间特性，从而可以满足很多系统管理在空间位置表现上的虚拟化与可视化的要求，实现系统的可视化管理，这使得地理信息系统在各个领域包括在大气环境监管得到了广泛的应用，并作为了很多系统的一个基础平台，实现在空间上的，即在电子地图上的展示。当然，地理信息系统也不只是地图数字化系统化的结果，更重要的是可以进行空间数据的查询、量算、分析、统计以及空间插值等普通管理信息系统所不具备的空间分析等功能。而要实现由点及面，从监测点到受污染范围区域的分析，就需要运算空间插值算法。

三、系统设计

(一)技术设计

系统结构：C/S结构

开发语言/工具：C#/.net

gis组件：ArcGISEngine组件

数据库：Geodatabase

近些年，很多管理系统都较广泛的采用B/S(Browser/Server)结构，B/S结构在浏览器进行操作，所以不需要另外安装程序，当程序更新版本时，只需要更新服务器端的程序，不需要重新下载程序，系统维护方便，特别适用于系统功能升级较频繁，使用用户较多的情况，但由于大量工作也是在服务器端进行，造成服务器端负荷较大。由于系统要进行空间插值，这对系统要求较高，C/S(Client/Server)结构，由客户端承担了主要运算处理工作，更适用于需要进行大量空间分析的专业系统。

目前功能比较强大的GIS软件，主要有ArcGIS、MapInfo等，本文将研究基于ArcGISEngine来进行二次开发。ArcGISEngine提供了大量的高级开发控件，使开发人员可以建立或扩展GIS应用程度和创建高质理的地图用户界面。ArcGISEngine是一种组件式GIS，包括了ArcObjects的核心功能，组件库的每一个组件中定义有不同的类、接口。

(二)技术路线

系统的技术路线如图1所示

图1

(三)功能模块

系统功能模块图如图2:

图2

四、系统实现

(一)GIS主控制台

要构建GIS主控制台，需要两个基本的组件AxLicenseControl、AxMapControl组件，由于绘制等值线时要进行插值，所以AxLicenseControl中要钩选SpatialAnalyst空间分析除此以外，还需要工具条AxToolbarControl，添加基本地图操作工具，打开地图文件，放大、缩小地图，按比例尺显示地图等，图层显示列表控件AxTOCControl，并与AxMapControl绑定，以实现同步变换。

(二)监测点及监测数据管理

为了进行后续的空间插算法，要标注监测点所在的位置。相较于其它管理信息系统，地理信息系统需要存储的数据的主要区别在于包括空间位置信息，需要数据库支持空间信息的存储，在本文的研究中选用Geodatabase数据库。Geodatabase是Esri公司推出的支持空间数据类型存储的全关系型空间数据库。Geodatabase采用的是面向对象的存储模式，提供包括非空间数据的一般对象、矢量要素对象类型、栅格数据要素类型等，以及表示对象与对象关系的关系对象类型的存储。

ArcGISengine提供了点、线、面要素的标注编辑功能，可以在地图上的找到相应的位置标注出监测点，并填写一些基本信息，后保存到Geodatabase中，在系统中可能加载出监测点的图层，可以通过点击相应的要素——即监测点，进一步填写各种有毒有害气的检测值存储到数据库中，待下一步进行空间插值。

(三)生成污染浓度等值线

设置好各个监测点，并录入所监测气体的浓度后，需要通过空间插值方法，生成污染物浓度等值线，以更好的了解受污染区域的范围，受污染程度信息。

空间插值算法即通过已存在的点，根据空间位置上越靠近的点，浓度值等特征值越相近的原则，按一定的插值算法，计算出未知的点污染物浓度值。把这些已存在的点与通过插值算法计算出来的连接起来，就生成了污染物浓度等值线，并按浓度值用不同深浅的颜色表示，并保存为一个新图层，在系统中加载显示如上图3。ArcGISengine已经提供了上面一系列操作的组件，并且提供了多种插值算法，可以根据需要进行选择，本文通过ArcGISEngine调用IDW内插值所生成的栅格数据的分类和颜色不是我所想要的分类和颜色，我们可以对生所的栅格图像进行再分类和配色，可以调用IRasterClassifyColorRampRenderer来实现。

(四)空气质量变化查看

系统数据库保存了，不同时间点的污染物浓度值，在系统中可以单击观测点，进一步选择查看设定时间段内，污染物浓度值的变化曲线路，以了解污染情况的变化发展趋势，以辅助进行决策。

五、结论与讨论

目前，系统在ArcGISengine的基础上实现了监测点的标注、属性数据的编辑和查看，可以选中相应的监测点录入有毒有害气体污染物浓度，并可以存储到Geodatabase中，在生成污染物浓度等值线时，从数据库中按时间点查出相应的数据，利用空间插值算法，最后生成等值线。另外，可以选择，横向纵向的观察受污染及污染物浓度的变化情况。

未来，运用3S技术，即结合RS遥感技术与GPS全球定位统，进行大气环境的反演，从整体上掌握的受污染情况。并进一步扩展GIS平台的功能，对重点污染源进行排查分析，以便对造成重污染的工厂企业进行管理，进而还提供根据居民小区、学校医院等人口较多的地方空间分布情况，重新选址，尽量选择人员活动较少的地方，等等这些规划决策功能。

[1]WorldHealthOrganization.2014.Reviewofevidenceonhealthaspectsofairpollution——REVIHAPP．

[2]廖永丰,张莉,王五一,王钦敏,杨林生. 城市空气质量GIS数据模型及分析系统的集成与应用[J]. 地球信息科学,2007,(01):123-128.

[3]邬伦,刘瑜,张晶,马修军,韦中亚,田原.地理信息系统——原理、方法和应用[M].科学出版社，2001.2.

[4]钟流举,郑君瑜,雷国强,陈晶,车汶蔚. 空气质量监测网络发展现状与趋势分析[J]. 中国环境监测,2007,(02):113-118.

崔瑾(1980-)，女，汉族，贵州贵阳人，硕士，西南林业大学林学院, 地理信息系统，研究方向:3s技术。