GIS技术在大气环境质量评价中的运用

赵江伟，赵文英，代艳伟（河北省环境监测中心站，石家庄050037）

GIS技术在大气环境质量评价中的运用

赵江伟，赵文英，代艳伟（河北省环境监测中心站，石家庄050037）

引入地理信息系统（GIS）技术对大气环境质量评价具有越来越重要的作用，从监测数据、空间分析、属性查询角度出发，可实现对污染状况的综合统计分析，同时借助大气污染因子的权重分析，对地区进行差异化统计赋值，以实现对城市大气环境质量的科学评价。研究结果表明，GIS技术在该方面具有良好的评价结果，与实际状况契合度很高。

地理信息系统；大气环境质量评价；模型分析

引言

现阶段，依据新的《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）全国各城市均开展了对SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO和O3六项污染物进行评价。传统的环境质量评价方法中，多借助常规监测数值进行统计分析，直观效果较差，基于环境功能、小区管理，将评价模型充分与GIS技术融合，借助空间分析、质量控制、地理要素等方面关系的分析，可实现对大气环境质量的更为科学的评价。

1 研究思路分析

在GIS技术处理下：可将不同来源的大气评价影响结果以一定的规格模式上传至数据库平台；通过友好的用户界面对数据进行编辑、改动、完善，并建立拓扑关系；针对各个要素进行空间分布分析，建立大气环境评价的初步模型；从初步模型、质量关系等方面进行检验和校正处理，根据GIS绘制的等值线可实现对大气环境的空间变化全面掌控，将对应环境质量进行分级、分区域统计，并根据评价模型、划分等级对实际质量进行评价，借助GIS输出功能形成相应的直观化的评价结果。

2 大气评价模型

2.1 模型的选择

评价模型对后期评价结果的影响较大，需要根据大气环境质量监测进行模型的选取，现阶段，相关模型包括：大气环境质量指数模型、灰色聚类法和模糊数学法等。指数模型一般具有计算便捷、操作简单的特点，可充分反映污染破坏的影响比例，分析处理中便于与地理空间信息想结合。为此，本文以指数模型的加权平均法进行分析处理。

式中：PI为大气环境质量综合指数；Wi为第i个评价因子的权重；Ci为第i个评价因子浓度的实测值；Coi为第i个评价因子的标准值。

2.2 评价因子的分析选取

针对不同地区的环境状况进行污染物评价特征因子的选择，并对代表性污染物进行合理分析。目前在大气环境质量评价中，一般选取SO2、NO2、PM10、PM2.5、CO和O3六项污染物进行评价分析。

2.3 权重的确定

权重是某一项污染物在评价因子中具有的比重，评价因子中对应权重分配对后期结果影响极大。合理的确立评价因子的权重对后期评价结果精确度、灵敏度具有积极影响。

权重确立方法中，一般需要从评价因子的重要性、空间分布差异等方面进行选择。实际操作中，评价因子的影响随空间位置差异会存在一定的变化。固定空间位置后，评价因子的监测值低于标准状况下，对应重要程度下降，监测值高于标准的状况下，其重要程度有所增加。为此，本文借助GIS技术信息空间位置、查询功能的辅助，将研究区域划分成对应小区域后进行权重的确立，权重取值随空间位置相应发生变化。

3 研究应用案例分析

本文借助某地区大气环境质量评价为例进行探讨，该地区燃料以煤为主，且煤燃料用量逐渐增加，导致空气污染呈现为 “煤烟型”。根据大气污染特点，本文选取选用二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、可吸入颗粒物（PM10）和细颗粒物（PM2.5）4项空气污染物作为评价因子。

3.1 数据的收集处理

各污染因子浓度监测值统计表、《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）中各项大气污染物的浓度限值。该城市共设立了26个大气监测控制点位，除市里的8个大气环境质量监测点（国控站和质控站）外，另外还建有17个县级自动监测点位，本文以各监测点位2015年度的污染物浓度年日均值为评价基础。

3.2 具体操作步骤

（1）借助MAGPGIS的DTM功能，将监测分布数据记录后，绘制对应污染因子等值曲线。

（2）将SO2、NO2、PM10、PM2.54个等值线图进行区空间分析，形成一个包含所有4个污染因子信息的复合层。在这个新的信息层上，把整个研究区域被分成M个小区域（以县域行政区划来分），有关模型计算的所有属性信息均存储在该层的小区属性表中。

（3）根据复合层属性中的参数进行模型计算，把输出图形显示的分级结果与实际数据对比进行考虑，判断对应二者之间是否相符。若在一定精度范围内，满足测量精度要求，需要借助该模型、阈值对大气环境质量进行分级定位；反之若偏差过大，需要对阈值进行合理改进，重新计算并拟合相关数据结果，直至满足精度范围要求。

表1 该城市大气环境质量综合评价表

从表1中计算结果可得出，对应该地区的总体空气质量整体较差，受污染状况较为严重，轻度污染以上占总面积的73.3%；较清洁区域仅占4.2%。在误差允许范围内，污染地区一般是在工业集中区较为明显，县区污染状况普遍高于市区，评价结果与该城市的整体状况大体一致，契合度较高。

4 结语

本次评价方法借助“权重改变”处理手段进行环境质量的评价，可行性较高，可应用于实际的环境质量评价工作中。借助GIS技术可充分实现对大气环境的质量监测处理，评价结果科学性、合理性、精确度均满足要求，该方法的借鉴意义较强，但是受大气环境自身复杂度的影响，任何一种评价模型均会存在一定的限制性，在实际操作中，需要结合当地状况、能耗资源进行模型的选择和阈值分析。GIS技术可充分利用地面监测数据与空间监测数据的结合，结合当地实际状况，可实现合理的图形展示、空间分析，满足现代环境监测高效管理的需求。

[1]郭东恩，沈 燕，张 峰.GIS技术在大气环境模拟与评价系统中的应用探讨[J].测绘科学，2011，36，5.

[2]朱瑞娟，马民涛，卢萌萌.主成分分析和GIS技术在沈阳大气环境时空特征研究中的应用[J].环境工程，2012，30（4）：110～113.

[3]杨 晨.基于GIS的城市大气质量评价系统设计、实现及案例分析[D].合肥工业大学，2013.

X823

A

2095-2066（2016）33-0013-02

河北省重点城市细颗粒物空气质量持续改善与管理技术研究（201409007）。

2016-11-12

赵江伟（1982-），男，工程师，从事大气环境监测与质量管理工作。

赵文英（1968-），女，高工，硕士，从事大气环境质量监测与管理工作。