ArcGISEngine空气污染扩散模拟系统的开发思路

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ArcGISEngine 空气污染扩散模拟系统的开发

思路

Abstract:

Based on the Gauss point source air diffusion model, this study studies the multi factor air pollution

diffusion composite model. Using the spatial geographic data visualization function of ArcGIS, the

spatial distribution of air quality is displayed on the basis of regional terrain and the air pollution

diffusion path is simulated. Combined with wind force, wind direction, temperature, air pressure,

terrain and other factors to evaluate the air diffusion, and use three-dimensional expression technology

to simulate the diffusion of polluted air. Finally, based on ArcGIS Engine, realize the visualization

goal of air pollution diffusion simulation.

Keyword:

ArcGIS; polluted air; diffusion; GIS;

　　 0　引言

空气质量问题一直影响并制约着经济发展和人民身体健康，其重要性显著。空气污染通常是由

于人类活动或自然过程引起某些有害物质进入大气，当达到足够的浓度和时间时，并危害人类

的舒适度或环境的现象。空气的流动性使空气污染具有明显的扩散性。空气污染是区域性问

题，更是全球性问题。本研究结合风力、风向、温度、气压、地形等多因子对空气进行扩散性

评价，并采用三维表达技术模拟污染空气的扩散，对于区域性空气质量评价和规划，服务地区

发展，具有重要的决策参考价值。通过对静态空气污染程度分等定级，采用三维技术模拟空气

污染在地形、风力、风向等多因子影响下的可视化发展过程，建立多因子空气污染扩散模型。

及时对空气污染进行评价，预测空气污染扩散范围的目标。为大气污染联动预警系统的建设研

究及实现，积累理论研究基础。

本研究采用张家口地区 1:25 万地形图及 2015 年TM 彩色合成遥感影像，提取坡度坡向值及高

程值做为地形因子参数，结合张家口地区风力、风向、湿度、温度、气

压、SO2、PM2.5、CO、NO2、O3、PM10 等综合影响因子，研究多因子影响的空气质量扩散

性分级评价体系。在此基础上，以高斯点源空气扩散模型为原型，重点研究多因子空气污染扩

散复合模型，利用 ArcGIS 的空间地理数据可视化功能，以区域地形为基础显示空气质量的空

间分布情况并对空气污染扩散路径进行模拟。最后基于 ArcGIS Engine,实现空气污染扩散模拟

的可视化目标。

　　 1　系统概述

基于 Arcgis 的污染空气扩散模拟软件以 GIS 地图为基础数据对象，建立污染空气的监测点以

GIS 网点表示。并对每个监测点的空气污染物进行实时数据监测，并对污染来源等进行分析。

使用饼形图、曲线图进行显示，更加数据表示直观形象。系统对空气污染物以及扩散、空气优

良天数进行日报、周报、季报的统计，生成统计报表，对空气优良天数进行显示。系统运行要

求处理器配置酷睿 I3 以上；内存 2GB;硬盘自由空间 80G,软件系统环境为 Windows 操作系统。

系统基于 Arcgis Engine 开发平台，开发语言为 VB6.0.本系统目前为单机运行，数据库采用文件

数据库。

系统界面体现简洁适用的风格，包含两级菜单，鹰眼区、目录区和主窗口区，一级菜单包括系

统设置、用户管理、数据采集、数据分析、站点管理、设备管理和数据报表等。鹰眼区用来显

示整个电子地图和目标位置的坐标；目录区管理图层，包括基础地理图层和业务数据图层。主

窗口区显示和模拟空气污染因子的变化和扩散状况。

　　 2　开发思路

使用 ArcGIS 软件，制作张家口地区 1:25 万DEM;使用 Erdas 软件处理 TM 真彩色遥感影像，并

合并地形图，生成地表模型，建立京津冀区域空间地理数据库；通过影响因子数据采集系统，

将风力、风向、温度、气压、地形等影响因子导入大气质量体质评价模型，对污染源发地进行

空气质量评价和等级划分，经高斯点源空气污染扩散模型进行可视化分析，动态模拟污染空气

的扩散路径，与沿途大气进行混合再扩散过程，以图形和动画的形式，通过网站或手机客户进

行预报预警。

图1 开发设计图

　　 3　系统功能设计

3.1 网点实时数据获取

该功能主要采集和存储监测设备传输的气象和污染因子业务数据，数据被获取后，流入后台数

据库存储。一个监测设备对应一个 GIS 点对象表示的监测点，各个监测点会得出不同因子的实

时数据，用户可以对实时数据进行查询，浏览全部站点数据：通过选择城市、站点性质、监测

站等复选框里相应选择，浏览复合查询的实时数据。

3.2 站点监测

结合 GIS 地图实时显示监控区域内全部监测点的站点信息、监测数据，通过建立网格，实现环

境监管区域和内容全方位、全覆盖、无缝隙监测。以站点为单位对重点污染区域、重点污染点

位进行 24 小时连续在线监测和采集，实时捕捉异常排放情况，便于及时管制。站点数据可以

生成单因子或多因子的历史曲线点击历史曲线，历史曲线可以以图片形式导出。

3.3 动态模拟

按时间段动态表示各污染因子的变化情况，该功能是建立在各站点连续获得各污染因子数据的

基础上实现的。使用空气污染检测仪器收集张家口地区区县共 20 个样本采集地点的

SO2、PM2.5、CO、NO2、O3、PM10 等空气污染因子和风力、风向、湿度、温度、气压等参

考因子数据。将空气质量评价标准中的空气质量分指数和高斯空气扩散模型，设计为受多因子

影响的动态扩展模型。在 ArcGIS 中，基于网络分析模型，以样本采集点内插产生的高源发生

中心地为整个模拟区域的几何中心，离散成等间距格网，并计算每个网格点上的污染物浓度，

生成大气污染物质量浓度的等间距格网，将浓度值赋值给对应的格网点，再根据值的大小进行

分级，按等级从深到浅赋颜色值，这种颜色差可以使人产生立体感，更直观地感受和分析污染

物浓度分布的空间差异。空间插值法，是动态模拟实现的核心技术，其基本原理是空间位置上

越靠近的点，越可能具有相似的特征值；而距离越远的点，其特征值相似的可能性越小。利用

ArcGIS 3D Analyst 扩展模块提供的三维数据查看环境实现系统的三维可视化。在 ArcScene 中

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ArcGISEngine空气污染扩散模拟系统的开发思路Abstract:BasedontheGausspointsourceairdiffusionmodel,thisstudystudiesthemultifactorairpollutiondiffusioncompositemodel.UsingthespatialgeographicdatavisualizationfunctionofArcGIS,thespatialdistributionofairqualityisdisplayedonthebasisofregionalterrainandtheairpollutiondiffu...

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