基于ArcGIS Engine的空气质量评价系统的设计及应用

来源:用户上传      作者:冯娟 翟伟芳 卢秀丽

　　摘要：以ARCGIS为技术平台，以SQL Server 2010为数据库平台，以面向对象程序设计语言c#为开发语言，设计空气质量评价系统，应用该系统对保定市空气质量进行评价。该系统操作界面友好，实时、形象直观，能进行数据查询及统计分析，评价结果合理、客观，与实际情况相符合，提高了空气质量评价的效率。
　　关键词：ARCGIS Engine;保定市;空气质量评价
　　中图分类号：TP3 文献标识码：A
　　文章编号：1009-3044（2020）15-0249-02
　　空气质量评价是对空气环境优劣的评述，可以采用定性和定量两种方式进行评价，它是人们研究空气环境的方法，有效的空气质量评价可以为大气污染的防治和有效治理提供科学依据。保定市空氣污染严重，为了有效对空气污染进行治理，亟需对保定市的空气质量进行客观、全面、实时的评价。为此，本文以保定市为例，采用ArcGISEngine组件技术，开发空气质量评价系统，对保定市空气质量进行实时评价，对主要污染物质量浓度进行查询与分析。
　　1系统总体设计
　　1.1系统开发环境
　　本系统采用GIS组件开发模式，GIS组件选择ArcGIS En-gine，以SQL Server 2010为数据库平台，实现空间数据和关系数据库的联动，以面向对象程序设计语言C#为开发语言。
　　1.2系统结构设计
　　系统总体结构主要包括5大模块，地图浏览子系统，地图查询子系统，距离与面积量算，空间分析子系统和质量评价子系统。
　　2系统功能设计
　　结合保定空气质量评价实际需求，系统主要实现以下几个功能模块。
　　2.1地图操作模块
　　主要包括地图的基本操作，地图的加载，缩放，漫游，选择，量算，鹰眼等操作，地图鹰眼功能能让用户快速判断当前地图视图在整个地图中所处的位置。鹰眼（缩略图）窗口按全图显示比例显示电子地图的缩略图，缩略图上有一个红色矩形框，代表地图显示窗口中当前显示的内容。
　　2.2信息查询模块
　　信息查询模块是系统中的重要模块，可以用来查询空间位置信息，可以显示出具体位置及相关的属性信息。该模块主要包括如下功能：图层控制、地图查询、公交站点分析和空气质量评价。图层控制功能主要用来管理图层，新建图层，删除图层，控制图层的开关。地图操作功能主要实现SQL查询，查询地图地理信息。公交站点分析实现站点查询，线路查询。
　　3系统数据库设计
　　在本系统中，空间数据按照地图来组织，每个地图包含多个图层。系统的数据类型分为环境监测站，公交站点、政府机关、医院、学校，线路数据等基本地理信息;数据以Shapefile格式存储，对应的属性数据存储在属性表中。
　　4系统实现
　　4.1地图显示功能
　　主要借助于MapControl控件来实现，它能实现矢量和栅格地图数据的显示。地图浏览工具的地图放大、缩小、漫游、全幅显示、前后视图、距离量算等功能则需借助ToolbarControl控件，将其与MapControl控件建立伙伴关系即可方便实现上述功能。
　　4.2图层控制功能
　　该模块功能需借助TOCControl控件来实现，同样只需建立与地图窗口的MapControl控件的伙伴关系，并设置TOCControl的EnableLayerDragDrop属性为True，即可方便实现打开关闭图层、改变图层叠加顺序等功能。
　　4.3空气质量评价功能
　　设置采样时间、过滤方式、采样点进行数据查询，按照查询数据，依据评价模型，显示空气质量评价结果。
　　4.4系统维护及帮助
　　系统维护及帮助模块，通过该模块用户可以连接到资源网站下载最新的软件版本以及最新电子地图数据，以保持系统的时效性。当用户有使用上的困难时，可以从使用手册中及时获得相应帮助，同时能够了解当前所用系统的基本信息。
　　5系统应用
　　5.1空气质量监测现状
　　近年来保定市对主要污染物PM2.5，PM10，O3，NO2，SO2，CO等进行了实时监测。市区共设立了市监测站，华电二区，游泳馆，接待中心，地表水厂，胶片厂6个空气质量监测站点。
　　2019年从3月1日到9月19日，六个监测点位的六项污染因子均大幅下降。9月份以来，六个监测点位，除地表水厂和接待中心点位综合指数同比上升8.11%、1.97%外，其他几个点位均同比下降或持平。六项污染因子中除地表水厂和接待中心两个点位的PM10指标同比上升18.52%、2.78%外，其他指标均下降或持平。综上分析，3月份以来保定市空气质量大幅下降，自大气污染防治百日攻坚行动开展后，空气质量持续向好，改善明显。说明保定市政府高度重视空气质量问题，采取了积极有效的措施，成效显著。
　　5.2空气质量评价
　　城市空气质量等级是依据城市空气环境质量标准和各项污染物的生态环境效应及其对人体健康的影响，所确定的污染指数分级以及相应的污染物浓度限值。城市空气质量污染指数的分级标准是：①空气污染指数（API）0～50，为国家空气质量日均值一级标准，空气质量为优，符合自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护地区的空气质量要求。②（API）51～100，为国家空气质量日均值二级标准，空气质量良好，符合居住区、商业区、文化区、一般工业区和农村地区空气质量的要求。③（API）101～200，为三级标准，空气质量为轻度污染。
　　系统评价结果表明，2018年4月、5月、7月、8月、9月、10月空气质量等级为Ⅱ级，其他月份污染等级为Ⅲ级。可见，空气污染最严重季节在冬季，一是因为冬季取暖，污染物排放增加，二是因为冬季多逆温天气，不利于污染物的扩散，导致废气长时间在低空滞留，出现雾霾天气。同时，冬季地面植被覆盖率降低，形成扬尘，各可吸入颗粒物浓度增高，空气质量下降。
　　6讨论
　　GIS组件的代表作应首推ArcObjects，它是ArcGIS系列产品的开发平台，是基于Microsoft COM（component Object Model）技术构建的一系列COM组件产品。ArcGIS Engine是AO组件跨平台应用的核心集合，它提供多种开发的接口，可以适应COM、.NET、Java和C++等开发环境。开发者可以使用这些组件来开发定制GIS应用系统。
　　本文基于GIS组件ArcGISEngine和C#.NET技术，设计了保定市空气质量评价系统。开发过程中需要对功能、用户操作界面和数据库等进行合理的设计。系统中鹰眼功能为数据查询提供便利，系统中最关键的功能模块，借助程序模块化的思想，通过对算法的优化，提升系统查询的性能。该系统还可以考虑做如下功能的扩展：
　　（1）进一步完善空气质量评价中GIS基础设施建设，充实系统中的空间数据库和属性数据库。
　　（2）系统功能还可以进一步完善，不断扩展和升级，使其能够进行更高级别的空气质量评价与管理工作。
　　（3）随着智能手机的普及，可以建立手机版的空气质量评价系统，让用户随时随地都可以查询空气质量信息。
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