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1、?1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/收稿日期:1998-11-24第一作者:男,1963年生,工程师3云南省应用基础研究基金项目(95D126Q)大气污染扩散空间信息系统3赵碧云1)贺 彬1)朱发庆2)袁国林1)段 坤1)(1)云南省环境科学研究所,昆明 650034;2)武汉大学环境科学系,武汉 430072)摘 要 将GIS(地理信息系统)引入大气多源扩散研究领域,成功地解决了GIS与大气污染扩散数据的连接问题,实现了大气污染扩散数据的计算机图形可视化
2、与计算机一次成图的功能。在此基础上开发了一套带GIS图形处理和分析功能的大气污染扩散空间信息系统软件包,该软件包对传统的G-H面源模式进行了改进工作,提高了其计算速度及计算精度。对线源模式进行了研究,提高了其计算速度及计算精度,解决了在普通微机上实现线源污染扩散的计算问题。关键词 大气污染 大气扩散 地理信息系统 空间信息系统Study on Spatial InformationSystem of AirPollutant DispersionZHAO Biyun1)HE Bing1)ZHU Faqing2)YUANGuolin1)DUANKun1)(1)YunnanInstitute of
3、 EnvironmentalScience,Kunming650034;2)EnvironmentalScience Department of Wuhan University,Wuhan430072)AbstractGeographic informationsystem(GIS)succedssfully linked to air pollutantdiffusion data was introduced to the field of mul2ti2source air diffusion,which realized the functions of computerized v
4、isualization of air pollutantdiffusion data and direct cartography.On the basis of this,an air pollutiondiffusion spatial informationsystem software package was developed withthe functionsof GISgraphic processing and analysis.The package improved the traditionalG-H model of area source and enhanced
5、the computation speedand accuracy.The line source mode was also improved withincreased computationspeedand accuracy,thus realizing the use of PC forline2sourcepollutiondiffusionmodeling.KeywordsAir pollution;Air difusion;Geography informationsystem;Spatial informationsystem笔者将GIS(地理信息系统)引入大气多源扩散领域,建
6、立了一套大气污染扩散空间信息系统。系统首先采用数值分析方法,建立各种条件下的大气扩散简化微分方程,通过分析,求出解析解,以解析解的模拟结果与微分方程的数值解进行理论误差分析,并对简化模式进行理论修正,确定理论修正参数和变量;采用多点插值的方法将大气污染扩散计算结果数据向矢量化或栅格化的GIS 数据转移。计算部分、GIS 接口、界面设计、数据库系统设计等采用 Visual Basic 语言。图形处理、输入、输出、数据的计算机图形可视化等采用MapInfo 软件实现。该系统可较好的应用于大气环境规划与评价等领域。1总体设计研究涉及大气模式建立、数据库设计、计算机程序设计、GIS 功能研究等分项工作
7、。111 大气模式的建立点源模式采用传统的高斯模式。线源模式采用文献 1提出的风向与线源成任意角时任意长地面线源大气扩散的快速模拟简化模式。面源模式采用文献 2,3所提出的G-H 模型的改进模式。在此基础上建立的大气模式为:一般气象条件下的点、线、面源扩散模式,静风及微风条件下的线、面源扩散模式,日平均浓度模式,长期平均浓度模式,大气多源扩散模型。112 计算机软件设计大气污染扩散空间信息系统运行于Windows用户界面下,用窗口、菜单、控制、对话框、光标等图形画面和符号的操作来完成对系统的使用。笔者选用 Vi2sualBasic 410 来进行大气扩散模型的程序编制及界面设计;并选用中文版的
8、MapInfo Professional 410 桌面地图信息系统作为GIS功能开发工具。第12卷 第6期环 境 科 学 研 究Research of EnvironmentalSciencesVol.12,No.6,1999名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 3 页 -?1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/整个软件的开发使用ManInfo 作为支撑环境,用 ManInfo 作系统菜单的总界面,大气多源扩散模型计算部分的计算及界面设
9、计由Visual Basic 编程后编译为可执行文件,挂接在 MapInfo 下调用,大气污染扩散空间数据到GIS 模块的接口算法及界面设计也由VB 410 完成。大气多源扩散模型计算结果由 Visual Basic进行多点插值的程序编制。113 数据库设计大气多源扩散空间信息系统中各污染源数据、气象参数、模型控制参数、GIS 地理数据等是计算中不可缺少的数据,数据量庞大,需要一个统一的数据库管理系统来进行增、删、改等操作。在该系统的数据库建立、管理系统的设计上,使用 VB 的 Access数据库及其Data Access功能来进行。使计算与数据库操作在同一开发工具下成为一个整体。114 数据
10、接口由于GIS所接受的数据格式为专有数据格式,因此要将大气扩散的各类数据转换为GIS 所能接受的数据格式。需对所要转换的数据做如下处理。11411 污染源数据地图化大气污染源一般有点源、交通线源、饮食线源、生活面源、工业面源等。要把这些源数据转换为可被所选用的GIS 软件所能识别的单个地图对象,以便于 GIS 软件功能模块对源数据的分析处理,该系统可以利用MapInfo 数据的收集获取 功 能 通 过Mapbasic编程来实现。11412 计算结果数据地图化经大气污染扩散模型计算所得结果为一些离散点浓度值数据,为便于GIS 分析处理,需把这些离散点数据转换成等值线或分级等值图。等值线便于对某一
11、特定浓度值分布进行处理分析,分级等值图便于对处于某一浓度级范围的区域进行分析处理。不论是转换成等值线或分级等值图都需对这些离散点数据进行插值处理。插值处理有2 条途径,即:栅格方式和矢量方式,其插值结果数据分别为栅格数据和矢量数据。栅格数据和矢量数据各有优缺点。栅格数据结构简单,精度低,图形质量也低,占用存储空间较大,但便于进行空间分析;而矢量数据结构复杂,精度高,图形质量也高,便于对实体进行分析。采用矢量方式插值,采用格网法(利用计算结果离散点数据建立数字高程模型)或三角网法(利用计算结果离散点数据建立三角网)插绘等值线。面状等值图生成需通过编程使等值线闭合并建立拓朴关系。插值生成的等值线采
12、用五点光滑法进行光滑。115 总体结构系统总体结构见图1。扩散模型模块气象数据模型控制参数污染源数据监测数据基础数据管理模块大气环境质量图大气环境浓度预测图GIS模块大气环境浓度预测图图形统计功能污染源数据分布图监测数据分布图地理数据管理模块图形查询专题图制作和打印大气环境质量图污染源浓度贡献图污染源浓度贡献分布图图1系统总体结构2系统功能设计整个系统由项目管理、数据管理、大气环境质量、污染源浓度贡献分析、GIS管理模块五部分组成。211项目管理该子模块主要是在进行大气多项目(不同地区)运作时,对各个项目分别进行管理的模块。当开始一新的项目地区的大气预测时,它为项目建立工作目录及相关文件,当多
13、项目运作时,指定工作指针指向当前工作项目。进行项目的拷备(当项目结束时,将结果文件、源文件拷备存放以备将来利用)、转入11第6期赵碧云,等:大气污染扩散空间信息系统名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 3 页 -?1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/(将备分的某项目的结果文件、源文件拷回系统)、删除(删除已经完成的项目)、结果数据浏览及打印。212数据管理该模块的功能是对系统中的数据进行增、删、改等操作,由数据库管理系统组成。系统数据
14、库由常规气象数据、污染源污染数据、模型控制参数、GIS 地理图形数据等组成。213 大气环境质量大气环境质量子系统由网格浓度预测、测点浓度预测及大气环境质量评价模块构成。21311 网格浓度预测子系统该子系统用于计算大气环境中污染物在给定区域大小、计算网格密度大小的情况下,污染物在各网格的落地浓度。该子系统由气态质量模式(用于计算 SO2,NOx等其他污染物)、颗粒物质量模式(用于计算TSP)组成;可参与计算的源类型为点源、生活面源、交通线源、饮食线源、工业面源;该子系统可预测情况为短期浓度预测、日平均浓度预测、长期平均浓度预测、多气象条件短期浓度预测;可分别计算各种源的污染情况,也可计算各源
15、叠加的总浓度。21312 任意测点浓度预测子系统该子系统用于计算大气环境中污染物在某些给定的坐标点或关心点上的落地浓度。该子系统的其他功能同21311。21313 大气环境质量评价子系统环境质量综合指数的计算方法有迭加法、算术平均法、加权平均法、平均值和最大值的平方和的均方根法、平均值和最大值的几何平均值法几种。几种方法中目前平均值和最大值的几何平均值法使用最多。该系统采用平均值和最大值的几何平均值法对所关心区域进行大气环境质量综合评价的计算。214 污染源浓度贡献分析污染源浓度贡献分析模块是为了解决当对某区域进行环境规划时,若某些污染控制点超过控制标准,对某超标污染控制点,各污染源的分担浓度
16、值是多少?以按比例削减和治理这些重点污染源。该子系统可参与计算的源类型同网格浓度预测一样有点源、生活面源、交通线源、饮食线源、工业面源;可参与计算的污染物种类有SO2,NOx,TSP 等;可预测情况有短期浓度贡献预测、长期平均浓度贡献预测、多气象条件浓度贡献预测。215 GIS管理功能21511 地理数据转入功能进行原始的污染源、浓度结果、背景资料及其他数据的转入,构造地理数据库。以便直观的用GIS的图形空间显示各污染源的污染状况、地理位置,直接在图形上进行数据库的信息查询。21512 地理数据转出功能将库中现有数据转换成所需要的数据格式。21513 编辑功能对生成的各类图、表内容进行编辑。21514 图形功能对生成的图形输出样式、输出范围及其布局进行定义。21515 查询功能对生成的背景资料信息、污染预测浓度等属性和空间信息进行查询。3结论大气污染扩散空间信息系统软件在大理经济开发区和昆明市大气环境规划及一些环境影响评价课题中进行了应用,取得了较好的效果。大气污染扩散与GIS 联合开发的系统具有:a1 模式全面。现污染源模式大多未考虑线源扩散。而随着经济的发展,汽车污染已经成为城市三
