（环境科学专业论文）基于gis的区域大气环境信息系统.pdf

山东师范大学硕士学位论文 t h ea r e aa i re n v i r o n m e n t a li n f o r m a t i o ns y s t e mb a s e do ng i s a b s t r a c t a t m o s p h e r i cp o l l u t i o nh a sb e c o m et h es e v e r ep r o b l e mo ft h eg o v e r n m e n ta n d s o c i e t y , p e o p l eh a v em o r ea n dm o r ed e e p l yr e c o g n i z et h ei m p o r t a n c eo fa t m o s p h e r e e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，e s p e c i a l l yt h ei m p o r t a n tr o l eo fp r o t e c t i o no fi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yf o rt h ea t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t a i re n v i r o n m e n t a li n f o r m a t i o ns y s t e m h a sb e c o m ean e wf i e l di nt h ea t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t i nt h i sp a p e r , b a s e do nr e v i e w i n gt h ec o m p o n e n ta n df u n c t i o no fg i s ，t h e p r i n c i p l ea n dc h a r a c t e r i s t i c so fc o m g i si sd i s c u s s e d ，t h e c o n s t r u c t i o no fa i r e n v i r o n m e n t a li n f o r m a t i o n s y s t e mb a s e d o nc o m g i si ss t u d i e da n dj i n a n a t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mi sd e v e l o p e db yi n t e g r a t e ds e c o n d a r y d e v e l o p m e n tm o d e l t h e a t m o s p h e r e j i n a n a t m o s p h e r i c e n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mi s c h a r a c t e r i z e db yt h ef o l l o w i n g ： 1 t h es y s t e mh a sc o n v e n i e n ti n t e r f a c ea n de a s yt oo p e r a t e t h es y s t e mu s e st h e s a m em e n uw i t hw a yt h ew i n d o w s ，m a k i n gu s e ri n t e r f a c em o r ec o n v e n i e n ta n d i n t u i t i v e ，n o tr e q u i r i n gt h ep r o f e s s i o n a lc o m p u t e ro p e r a t o r t h eu s e r sw i l lo n l yn e e da s i m p l eo p e r a t i o nt oa c h i e v ei t sp u r p o s e ，m a k i n gt h es y s t e ms p r e a d i n ga n da p p l y i n g e a s i l y 2 t h ec o m g i si sc o m b i n e dw i t hv i s u a l b a s i c 6 0a n dt h es t r u c t u r e dl a n g u a g e s e r v e rd a t a b a s ei nt h es y s t e ma n dt h e i ro w na d v a n t a g e si sr e f l e c t e d 3 t h es y s t e mu s i n gc o m g i st e c h n o l o g y , n o to n l ya c h i e v et h eb a s i cf u n c t i o n so f g i s ，f o re x a m p l e ，t h ef u n c t i o n so fm a n a g i n gl a y e lt h eb a s i cm a po p e r a t i o n t h u m b n a i l s ，b u ta l s oa c h i e v ec o m b i n i n gg e o s p a t i a ld a t aw i t ha t t r i b u t ed a t a a n d t h e s y s t e mc a na d d ，m o d i f y , d e l e t ea n dq u e r yt h ei n f o r m a t i o no fp o i n ts o u r c e sp o l l u t i o n ， a b l et op r o v i d ear e a s o n a b l ea n de f f e c t i v em a n a g e m e n tp l a t f o r mf o rt h ee n v i r o n m e n t w o r k e r sa n dc o n v e n i e n tt o o l sf o re n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n ta n d p o l l u t i o n i i i 山东师范人学硕一i ：学位论文 p r e v e n t i o n 4 t h es y s t e mh a ss t r o n gs c a l a b i l i t y b e c a u s eo ft h ei n v a r i a n c eo fc o m p o n e n t i n t e r f a c e ，e n h a n c i n gs y s t e mp l a t f o r ma n de x p a n d i n gs y s t e ms i z ea n ds y s t e m r e q u i r e m e n t sw i l ln o ta f f e c tt h es y s t e ms o u r c ec o d e t h es y s t e mh a sg r e a ts c a l a b i l i t y a n df l e x i b i l i t y a v a r i e t yo fr e a s o n s ，t h ed e v e l o p e ds y s t e mi sn o tp e r f e c t ，e x p a n d i n gf o r e c a s t r e g i o n a la i rp o l l u t i o nf u n c t i o no ft h es y s t e mw i l lb et h ef o c u so ff u t u r er e s e a r c h k e yw o r d s ：g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o n s y s t e m ，c o m p o n e n t sg i s ，a i r e n v i r o n m e n t a li n f o r m a t i o ns y s t e m i v 山东师范人学硕士学位论文 ，表2 1 表2 2 表3 一l 表3 2 表3 3 表3 4 表3 5 表3 - 6 表3 7 表3 8 表3 - 9 表3 1 0 表3 1 1 表3 1 2 表4 1 表4 2 表4 3 表4 _ 4 图1 1 图3 1 图3 2 图3 3 图4 1 图4 2 图4 3 图4 - 4 图4 5 图表目录 m a p o b j e c t s 的体系结构 三种系统开发方式的优缺点 点源基本情况表 p s j b q k 逻辑结构 点源燃料消耗情况表 r l x h 逻辑结构 点源其他情况表 q t q k 逻辑结构 监测点基本情况表 j c d 逻辑结构 行政区基本情况表 x z q h j b q k 逻辑结构 环境质量标准表 h j z l b z 逻辑结构 气象站基本情况表 q x z j b q k 逻辑结构 联合频率分布表 l h p l f b 逻辑结构 风向玫瑰图表 f x m g t 逻辑结构 风速玫瑰图表 f s m g t 逻辑结构 气象观测数据表 q x g c s j 逻辑结构 用户信息表 y h x x 逻辑结构 空气污染指数相对应的污染物浓度限值 空气质量分级标准 空气质量指数相对应的污染物浓度值 a q i 等级分类 区域大气环境信息系统开发步骤 区域大气环境信息系统总体结构图 空间数据库建立流程图 属性数据库e r 简化图 e s r is h a p e 文件的获取 系统登录界面 系统总体界面 系统鹰眼图的实现界面 空间要素到属性要素的查询 山东师范大学硕士学位论文 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 一l o 图4 1 1 图4 1 2 图4 1 3 s q l 查询( 条件查询) 结果图 数据库的基本操作窗口 数据库的操作数据的添加 数据库的操作数据的修改 数据库的操作数据的删除 空气污染指数法( a p i 法) 空气质量指数法( a q i 法) 用户管理功能界面 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 ( 注：如 没有其他需要特别声明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名：纽新嫁捌丝 导师签字： 匹! 竺2 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解山东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权山东师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的 学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：砸 签字吼学年月手日|l 导师签字： 签字日期： 婴螂器 山东师范人学硕七学位论文 1 绪论 1 1 研究背景 大气是人类生活居住和生物生长的物质基础之一，大气环境质量的优劣直接 影响着人类的生活质量和健康水平。随着经济的不断发展，城市化水平的不断提 高以及城市机动车保有量的迅速增长【1 一，s 0 2 、n o x 、p m l o 、t s p 、c o 等大气 污染物不断排入周围大气环境中，导致大气污染程度日益加重，空气环境质量不 断下降，环境问题已经成为制约我国经济、社会可持续发展的重要因素。 环境保护离不开环境信息的采集和处理，而环境信息8 5 以上与空间位置有 关【3 】。随着环境问题的日益突出，传统的陈旧管理模式已经无法满足环境管理工 作对信息的要求，因而人们越来越认识到信息技术对环境保护的重要性。 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 作为- - 1 7 传统科 学与现代科学技术相结合而成的新兴边缘学科，与信息科学、计算机科学、地理 学、几何学、测绘遥感学和管理科学之间有着密切的关系，g i s 能够将空间信息 的处理同属性信息有机的结合起来，并且以直观的图表的形式提供给用户。g i s 的强大之处还在于能够根据用户需要对空间信息进行分析，得出时间和空间上的 变化，其结果可作为有关部门和领导决策的参考和依据。在g i s 的帮助下，用 户不仅可以方便地采集、编辑、管理和显示各种环境信息，而且可以对环境进行 有效的监测、分析、模拟和评价，从而为环境保护提供全面、及时、准确和客观 的信息服务和技术支持。 大气环境信息系统( a i re n v i r o n m e n t a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称a e i s ) 是 在g i s 的基础上发展起来的，不仅能够实现各种大气环境信息的收集、传递、 存储、管理和显示，而且还可以对大气环境进行有效的监测、分析、模拟、预测 和评价，并将结果以各种直观的图表形式显示出来。a e i s 的建立，能够为有关 领导和环保管理部门提供可视化、直观形象的信息获取手段，使其能够方便、迅 速地掌握城市的大气环境信息，如大气环境背景、大气污染源、大气污染物的排 放、大气污染效应、大气环境监测、预测与评价结果等情况，还可从现有的大气 环境基本信息以及各种信息的空间关系中挖掘出新的信息，引导环境管理工作者 山东师范人学硕士学位论文 产生新思路，发现和解决新问题，拓展形象思维。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外a e i s 的研究现状 国外a e i s 的研究起于2 0 世纪7 0 8 0 年代，是随着工业发达国家对日益严重 的环境问题的关注逐渐发展起来的。在英国、荷兰、德国、美国等发达国家，已 采用先进的大气动态实时监测系统开展空气污染预报工作，进行大气污染识别和 预报分析，为当地政府对可能出现的大气污染事故事先采取措施提供依据。在西 欧国土相连的许多国家，已经采用国际网络、跨国联合的形式分析、预报大气污 染，并日益趋于完善【4 】。美国、日本及谣欧一些国家用不同的数学模拟方法所开 发出的大气污染预测评价软件，虽然所需要的基础资料有所差别，+ 但都是针对本 国具体城市的大气污染评价和预测，总体发展趋势是一致的【引。 美国环境保护署( e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na g e n c y ，e p a ) ，将酸沉降模式、 城市空气质量模式、拉格朗同空气污染模式等多种区域空气质量模式模拟的结果 以g i s 为工具进行空间分析，并提出建设能够分析g i s 支持下的大气污染扩散 模拟与总量控制研究以及进行空间模拟的模式集成体系，为用户提供便利快捷的 空间分析工到6 】。t c h e p e l 等【7 1 以g i s 为工具，利用中尺度大气模式，对0 3 浓度 的时间和空间分布进行模拟，模拟过程显示g i s 在中尺度大气模式的数据处理 中具有无法替代的作用。d r a g o s i t s 等【8 】以局地s 0 2 的干沉降模式为基础，前者用 a r c i n f o 本身的宏语言a m l 编程建模，后者由a m l 及f o r t r a n 语言共同编程建 模，通过a s c i i 文件交换数据模拟结果，然后定性和定量地对比了两种模拟结 果，显示单纯g i s 模式的模拟结果比后者g i s 与s 0 2 干沉降模式相结合的模拟 结果慢2 个数量级，说明现有的g i s 软件本身对复杂问题的模拟效果较差，而 g i s 与大气质量模型的结合则可以发挥两者的优势。r e b o l j 等f 9 j 以v i s u a l b a s i c - i - m a p o b j e c t s 为开发平台，集成f o r t r a n 建模的道路交通污染扩散模式，模式间的 数据以文件形式进行传输，用于模拟由交通运输引起的空气污染，这为以后g i s 与大气质量模型的完全集成奠定了一定的基础。m a r q u e z 等【l0 】利用同时考虑点、 线、面等多种形式的污染源和土地利用、交通运输等因素的城市空气质量模式， 2 山东师范大学硕十学位论文 并以g i s 建立空间数据库，就土地利用类型和基础设施建设等主要城市结构对 城市空气质量的影响进行预测评价。c a r r a s 等【l l 】利用g i s 建立了香港特别行政区 排放大气污染物的污染源系统，同时利用大气污染物的化学传输模型，并结合气 象因素，模拟了香港地区c 0 2 、n o x 等大气污染物浓度的空间分布，其模拟结 果与实测数据非常接近。j i a nd a i 等【1 2 1 以g i s 为平台，把统计模型和大气污染模 型相结合，模拟了面源污染物的排放浓度的空间分布特征。 以上大气环境信息系统不仅可以集成多种环境信息，而且能够运用多种大气 环境模型对环境信息进行分析和模拟预测，从而为环境管理与决策提供服务支 持，并在环境规划、环境法规、环境投资、环境预测及行政管理等领域发挥重要 作用。 1 2 2 国内a e i s 的研究现状 我国的a e i s 起步较晚，但进展较快，并取得了一定的成效。“七五”期间， 我国开始了大气环境信息标准化和大气环境数据库的开发研究。国家环保局“九 五 计划和2 0 1 0 年远景计划目标将大气环境信息化作为环境管理能力建设的 重要内容之一，并提出了“九五 国家大气环境信息化的目标，规定实现大气环 境信息化、提高环境管理和决策水平是一项战略任务。在“九五 计划和2 0 1 0 年远景目标中特别强调了大气环境地理信息系统的应用。经过1 0 多年的发展， 我国不仅建立了国家级的a e i s ，同时也建立了一批省市级、区县级a e i s 和专 题a e i s ，这些a e i s 为我国大气环境管理的现代化水平起到了推动作用【l3 1 。 吴必军等【1 4 】针对机动车尾气扩散迁移研究涉及到气候条件、道路交通等主 要因素及空间分析需要，建立了两类专题g i s 数据库，并将g i s 技术和机动车尾 气扩散模型相结合，开发了广州市机动车尾气预报系统，实现了机动车尾气污染 状况的可视化。华敏洲”】以v i s u a l b a s i c + m a p o b j e c t s 为开发平台，开发了基于传 统高斯点源模型的吴淞市开发区大气环境信息系统，实现了大气环境质量模型和 g i s 的有机结合，为城市区域大气环境管理与质量评价提供了有效帮助。李达等 u 6 】在污染源调查的基础上，采用g i s 技术，以城市多源大气扩散模式i s c s t 为建 模工具，建立了北京市西城区大气污染物排放总量控制管理信息系统，实现了总 量控制中的属性信息与社区的有机结合。该系统具有数据采集与编辑、以直观的 山东师范大学硕士学位论文 方法组织、分析和管理信息，大气模拟和总量控制等功能。郑继东等【l 7 】采用国 产g i s 软件m a p g i s ，基于g i s 技术建立的焦作市大气环境信息系统，在系统分 析大量空间信息的基础上，实现了城市空气质量预测和动态模拟的可视化，并建 立了城区空气环境质量的动态模拟模型和空间分析模型。谢鹏等【l8 】以广州市为 例建立的空气质量分析系统，能够实现污染源状况查询、管理和分析功能，并可 模拟计算污染物浓度的空间分布，实现了广州市污染源的可视化分析管理。杨卫 华等【1 9 】利用m 印h f o 本身的宏语言m a p b a s i c ，研究的大气污染物浓度预测系统， 通过对某工业区s 0 2 长期平均浓度的预测，并将由s u f f e r 绘制的污染物浓度等值 线成功地在m a p l n f o q b 与基础底图叠加，证明该系统在环境影响评价中具有很好 的应用价值。张云海等【2 0 】利用v i s u a l b a s i c 语言开发的辽宁省大气环境信息管理系 统，以m i c r o s o f ta c c e s s 建立系统属性数据库，结合图形工具m sc h a r t 实现图形功 能。该系统具有读入数据、输出数据、数据查询、报表打印、数据管理、图形输 出等功能。赵伟等【2 1 】采用v i s u a l b a s i c n e t + m a p o b j e c t s + s u f f e r 的开发平台，将 g i s 与高斯点源模型以及线源模型相集成，成功的解决了g i s 与大气污染扩散模 型的耦合问题，实现了大气污染扩散的模拟过程，为城市空气环境问题的管理和 决策提供了科学依据。 以上我国开发的大气环境信息系统，一般采用g i s 工具软件自身的二次开 发宏语言( 如m a p l n f o 的m a p b a s i c 语言) 或采用v i s u a l b a s i c + m a p o b j e c t s 二次 开发模式，开发g i s 与大气环境质量模型相结合的系统，且基本上以第一代大 气质量模型为主。系统能够实现数据的管理、数据的查询分析以及可视化输出等。 1 3 研究内容及技术路线 1 3 1 研究内容 本文以v i s u a l b a s i c 6 0 为开发工具，将组件式g i s m a p o b j e c t s 与大气质量 评价模型相结合，用于大气环境信息系统的开发。本文的主要研究内容有三个方 面： ( 1 ) 对地理信息系统( g i s ) 的组成、功能以及组件式g i s 的特点、原理进 行分析，为g i s 与大气质量评价模型的结合提供理论基础； 4 山东师范大学硕士学位论文 ( 2 ) 通过比较不同的a e i s 开发方式以及属性数据库的访问方式，筛选出本 文a e i s 开发的方式和属性数据库连接的方法； ( 3 ) 系统以v i s u a l b a s i c 6 0 + m a p o b j e c t s 为开发平台，采用集成二次开发模 式，继承成熟g i s 平台的大部分功能，例如地理信息管理、数据查询分析、空间 查询分析等，开发的济南市大气环境信息系统，能够为城市区域大气污染状况分 析提供有效辅助。 1 3 2 技术路线 结合区域大气环境信息系统的具体要求，首先对系统进行总体设计，然后对 具体的各个子系统进行功能分解，并进行数据库的建设。其开发步骤见图1 1 。 调研，查阅相关资料，可行性分析 1 r l 收集数据、资料，进行整理分类 图1 1 区域大气环境信息系统开发步骤 5 山东师范人学硕j ：学位论文 本论文需要解决的关键技术问题： ( 1 ) 采用v i s u a l b a s i c4 - m a p o b j e c t s 进行集成二次开发，解决区域大气环境 信息系统总体框架的设计问题； ( 2 ) 采用s q l s e r v e r 2 0 0 0 建立关系数据库( 属性数据库) ，通过a c t i v e x 数据 对象( a c t i v e xd a t ao b j e c t s ，a d o ) 技术使数据库与大气环境信息系统链接，解 决专题数据库与a e i s 的无缝链接问题； ( 3 ) 通过v i s u a l b a s i c 语言建立大气环境质量评价模型库，直接调用系统实 现大气环境质量评价，解决模型库的建立与a e i s 的结合问题。 6 山东师范大学硕上学位论文 2 系统设计的理论基础 2 1 地理信息系统( g i s ) 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是在计算机软硬件系 统支持下，对整个地球表面及空间中与地理分布有关的数据进行采集、存储、管 理、分析、建模、和显示的技术系统，是分析和处理海量数据的通用技术2 2 1 。 2 1 1g i s 的组成 地理信息系统主要有四个部分组成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、 地理空间数据和系统管理人员2 3 1 。计算机硬件系统是g i s 的物理外壳，主要包 括计算机主机、数据输入、输出设备；计算机软件系统是g i s 的核心，主要包 括计算机系统软件、g i s 软件和其他支撑软件、应用分析程序；地理空间数据反 映了应用g i s 的信息内容；而系统管理人员则决定系统的工作方式。 2 1 2g i s 的功能 g i s 经过近3 0 年的发展，无论在技术上还是应用上都同趋成熟，已经形成 统一的功能结构2 4 1 ，g i s 的基本功能是数据的采集、处理、存储、查询、分析和 输出。 ( 1 ) 数据采集与编辑 主要用于获取数据，通过对数据的检验和编辑保证g i s 数据库中的数据在 内容与空间上的完整性、数据值逻辑一致、无错等。目前g i s 中数据采集与编 辑主要是通过数字化仪、扫描仪、g p s 等数据采集设备把现实世界的空间和非空 间信息转换成数字化数据，并对其进行编辑修改。 ( 2 ) 数据处理与变换 为了保证g i s 数据的规范和统一，必须对数据进行相应的处理与变换。数 据处理操作的内容有： 数据转换：包括数据格式化和数据比例尺的变换。 7 山东师范大学硕_ 1 ：学位论文 数据概化：包括数据平滑、特征提取等。 ( 3 ) 数据存储与管理 这是一个数据集成的过程，也是建立g i s 数据库的关键步骤，包括属性数 据和空间数据的组织。属性数据一般直接利用关系数据库软件，如s q ls e r v e r 、 m i c r o s o f t a c c e s s 等组织；g i s 以分幅的方式组织空间数据，各种图形和图像信息 都以严密的逻辑结构存放在空间数据库中；最后通过统一的特征编码将属性数据 与空间数据融为一体。 ( 4 ) 查询与统计 查询、统计、计算是g i s 最基本的功能，包括已知属性查图形，已知图形 查属性及多种条件的综合查询、统计、计算等。 ( 5 ) 空间分析 空间分析是g i s 的核心功能，主要特点是确定地理要素之间新的空间关系， 包括缓冲区分析、叠置分析、空间集合分析、地学分析、数字高程模型的建立、 地形分析等。空间分析不仅是g i s 区别于其他类型系统的一个重要标志，而且 是用户灵活地解决各类专门问题的有效工具。 ( 6 ) 数据输出 数据输出是将数字信息及派生信息用各种不同的方式输出以便应用，其形式 既可以是计算机屏幕显示，也可以是报告、表格、地图等硬拷贝图件。g i s 不仅 可以输出全要素地图，也可以根据用户需要，分层输出各种专题图、各类统计图 等。 2 1 3g i s 在大气环境中的应用 目前，g i s 在大气环境研究中的应用主要集中在以下几个方面有： ( 1 ) 大气环境信息采集 大气环境信息采集的目的是获取相对于认识主体，表征大气环境实体的性 质、特征、变化状态以及大气环境特征与现象直接关系的数据。而3 s ( g i s 、r s 、 g p s ) 技术的有机集成为获取区域尺度的大气环境信息奠定了基础【2 5 1 。 ( 2 ) 大气环境数据管理 大气环境数据的管理是进行大气环境质量模拟与分析的保证，而g i s 中的 8 山东师范大学硕十学位论文 数据库技术是大气环境数据管理技术的基础。g i s 应用于大气环境数据的管理 【抓韧包括数据的采集、编辑、管理、存储、转换、分析及输出等， ( 3 ) g i s 与大气环境模型的结合 应用g i s 与大气环境模型相结合对大气环境进行质量模拟与预测分析已成 为大气环境研究领域的热点问题1 2 8 - 3 2 】。g i s 在环境建模的不同阶段都发挥不同的 作用，包括数据处理、模型空间离散化、模型参数化及结果可视化表现等。g i s 与大气环境模型的结合为大气环境质量的模拟及预测提供了有效方法。 ( 4 ) 大气环境动态监测 利用r s 和g p s 可以实时动态的对大气环境要素进行监测，获取大气环境信 息3 3 1 。大气环境实时数据采集系统由遥感传感器与g p s 接收机组成。各种遥感 传感器采集到的数据经处理后与g p s 测定的坐标数据一起输入到g i s 数据库中， 然后利用g i s 技术对大气环境质量进行分析，并对大气环境动态变化进行预测。 ( 5 ) 区域大气环境整治 通过遥感观测，对遥感图像进行分析，能够了解过去若干年内某区域生态环 境的变化过程，并将其与驱动因子联系起来，可以为区域大气环境整治提供科学 的依据口4 1 。同时借助g i s 建立的区域大气环境时空变化模型，具有实时、空间 表达详尽等特点。 ( 6 ) 大气环境管理与规划 目前大气环境污染问题日益突出，人们迫切需要能大范围、实时监测大气环 境质量，并有效的管理和迅速的处理这些信息3 5 1 。利用g i s 可以对大气环境信 息进行编辑，管理海量的大气环境信息，维护复杂对象的图形和属性信息的对应 关系。利用g i s 的专业模型应用功能，还可以进行大气污染预测、评价、规划、 模拟和决策等 3 6 - 3 8 】。 2 2 组件式g i s 技术 2 2 1 组件技术与g i s 在组件技术的概念模式下，软件系统可以被视为相互协同工作的对象集合， 其中每个对象都会提供特定的服务，发出特定的消息，并且以标准形式公布出来， 9 山东师范大学硕十学位论文 以便其他对象了解和调用。组件的内部功能包括提供数据成员属性、提供函数的 方法、与容器通信的事件以及可被容器使用的用户界面四个方面【3 州。 组件式g i s ( c o m p o n e n t sg i s ，c o m g i s ) 的基本思想是把g i s 的各大功能 模块划分为几个组件，每个控件完成不同的功能【删。组件式g i s 基于标准的组 件式平台，各个g i s 组件之间以及g i s 组件与其它非g i s 组件之间，可以方便 地通过可视化的开发软件工具相集成，形成最终的g i s 基础平台以及应用系统。 2 2 2 组件式g i s 的特点 组件式g i s 代表着当今g i s 发展的趋势，极大地方便了应用和系统集成。 同传统的g i s 相比较，组件式g i s 具有以下优点m 1 。4 5 1 。 ( 1 ) 高效无缝的系统集成 传统的g i s 软件在系统集成上都存在缺陷，而组件式g i s 则可以方便地解 决专业模型和g i s 软件的集成问题。g i s 组件通过属性、方法和事件与用户或其 他应用程序之间进行交互，从而实现专业程序和g i s 的无缝集成。 ( 2 ) 无须专f - jg i s 开发语言 传统g i s 往往提供独立的二次开发语言，如a r c i n f o 的a m l 、m a p l n f o 的 m a p b a s i c 等，对g i s 基础软件开发者而言，使用系统所提供的二次开发语言， 开发能力往往受到限制，难以处理复杂问题，并且二次开发语言的学习存在很大 负担。组件式g i s 则不需要专门的g i s 二次开发语言，只需实现g i s 的基本功 能函数，按照组件标准开发接口。g i s 应用开发者，不必掌握专门的g i s 开发语 言，只需熟悉基于w i n d o w s 平台的通用集成开发环境，以及组件式g i s 各个控 件的属性、方法和事件，就可以完成应用系统的开发和集成。这不仅有利于减轻 g i s 软件开发者的负担，而且增强了g i s 软件的可扩展性。 ( 3 ) 小巧灵活，成本低 传统的g i s 由于自身结构的封闭性，使得不同系统之间的交互性较差，系 统开发难度大，软件本身变得越来越庞大。组件式g i s 在组件模型的支持下， 系统能以灵活的方式与数据库系统连接，这样不仅可以保证系统的功能，而且系 统表现得小巧灵活。组件式技术，可以把复杂的功能分成几个功能相对独立的组 件，这样用户便能根据需要，以较好的性能价格比获得或开发g i s 应用系统， 1 0 山东师范大学硕士学位论文 降低了成本。 ( 4 ) 大众化的g i s 组件式g i s 与用户和应用程序之间主要通过属性、方法和事件进行交互， 使得非专业的普通用户能够开发和集成g i s 应用系统，同时组件式g i s 支持网 络上的应用，这必将推动g i s 软件的大众化。 ( 5 ) 强大的g i s 功能 现在的组件技术都是基于3 2 位系统平台，进程内直接调用，因此，管理数 据的能力和处理的速度均优于传统的g i s 软件。g i s 组件能够提供空间叠加、缓 冲区分析、空间分析等g i s 功能。 2 2 3m a p o b j e c t s 概述 目前，比较流行的组件式g i s 产品主要有m a p o b j e c t s 和m a p x 。m a p o b j e c t s 是由e s r i 推出的，它由一个名为m a p 的a c t i v e x 控件和4 0 多个可编程的a c t i v e x 自动化对象组成。 ( 1 ) m a p o b j e c t s 的特点 m a p o b j e c t s 允许定制利用制图和g i s 组件的应用程序，m a p o b j e c t s 的特点 包括锎： 广泛的数据格式支持。支持a r c l n f oc o v e r a g e 、e s r is h a p e 、a r c s d e 图层 与栅格图层；支持a u t o c a d 2 0 0 0 的d x f 、d w g 格式数据；支持大量的栅格图 像格式等。 支持o d b c 和a d o 访问数据库表格数据源。 支持扩展的图形数据及操作。 支持投影。m a p o b j e c t s 包含预定义的坐标系统和坐标转换，也允许用户 创建自己的坐标系统并完成用户定义的坐标转换系统功能。 空间分析功能。m a p o b j e c t s 包含一个用于合并、交叉和缓冲区操作的空 间几何库。 支持a r c l m s ( a r ci n t e r n e tm a ps e r v e r ) ，实现了在因特网上发布地理数据 的功能。 山东师范大学硕士学位论文 ( 2 ) m a p o b j e c t s 的体系结构 m a p o b j e c t s 的可编程对象划分为六类4 7 1 ：地址匹配对象( a d d r e s sm a t c h i n g o b j e c t s ) 、数据访问对象( d a t aa c c e s so b j e c t s ) 、地图显示对象( m a pd i s p l a y o b j e c t s ) 、几何图形对象( g e o m e t r i co b j e c t s ) 、实用对象( u t i l i t yo b j e c t s ) 与投 影对象( p r o j e c t i o no b j e c t s ) 。 表2 1m a p o b j e c t s 的体系结构 对象名称主要功能 地址匹配对象 数据访问对象 地图显示对象 几何对象 实用对象 投影对象 通过地址匹配对象，可以进入一图层上的某个地址。 通过数据访问对象，便能建立与地图数据的联系，增加属性值， 从地图特征上反馈属性信息。 通过地图显示对象，可用符号或专题描述画一张地图，也可加入 图像作为背景，在地图上显示动态数据。 依据从图层中选择的特征反馈几何信息：向图层添加几何对象； 向地图中画几何对象而不更新图层。 通过该集合可从其他对象中取值来增加接口控件中的数据。 通过投影对象，可以自定义坐标系，也可以在不同坐标系之间进 行坐标转换。 ( 3 ) m a p o b j e c t s 的功能 通过m a p o b j e c t s 可实现以下主要功能1 4 8 】： 显示一张多图层地图，如污染源、监测点等。 放大、缩小或漫游整个地图。 显示说明注记。 识别地图上被选中的特征。 生成图形特征，如点、线、圆、多边形。 通过线、方框、区域、多边形或圆来选择特征。 选择据某参照物特定范围内的特征。 通过s q l 描述来选择特征。 对选取特征进行基本统计。 山东师范大学硕士学位论文 对所选特征的属性进行更新、查询。 2 3a c t i v e x 数据对象技术 a c t i v e x 数据对象( a c t i v e xd a t ao b j e c t s ，a d o ) 是一个用于存取数据源的 c o m 组件，是一种新型的数据访问方式m 】。它提供了编程语言和统一数据访问 方式o l e d b 的一个中间层，允许开发人员编写访问数据的代码而不用关心数据 库是如何实现的，而只用关心到数据库的连接。 a d o 编程模型是由8 个对象组成。 ( 1 ) 连接对象：包含了某个数据提供程序的信息，这样就可以从应用程序 访问数据源，连接是交换数据所必需的环境。对象模型用c o n n e c t i o n 对象使连 接概念得以具体化。 ( 2 ) 命令对象：包含关于某个命令，通过已建立的连接发出的“命令 可 以某种方式来操作数据源。对象模型用c o m m a n d 对象来体现命令概念。 ( 3 ) 参数对象：包含参数化的命令对象是某个参数信息。在命令发布之前 可以更改命令需要的变量部分即“参数”。对象模型用p a r a m e t e r 对象来体现参数 概念。 ( 4 ) 记录集对象：记录集是在行中检查和修改数据最主要的方法，包含某 个查询返回的记录，以及那些记录中的游标，并且将表中按信息行返回数据的查 询( 行返回查询) 存储在本地。对象模型将该存储体现为r e c o r d s e t 对象。 ( 5 ) 字段对象：包含记录集中数据的某单个列的信息。每一字段( 列) 都 分别包含有名称、数据类型和值的属性，正是在该值中包含了来自数据源的真实 数据。对象模型以f i e l d 对象体现字段。 ( 6 ) 错误对象：包含数据提供程序出错时的扩展信息。在应用程序中错误 随时可发生，通常是由于无法建立连接、执行命令或对某些状态的对象进行操作。 对象模型以e r r o r 对象体现错误。 ( 7 ) 属性对象：每个a d o 对象都有一组惟一的“属性”来描述或控制对 象的行为。属性有内置和动态两种类型。对象模型以p r o p e r t y 对象体现属性。 ( 8 ) 集合对象：a d o 提供“集合 ，这是一种可方便地包含其他特殊类型 对象的对象类型。使用集合方法可按名称或序号对集合中的对象进行检索。 1 3 山东师范大学硕士学位论文 总体来说，使用a d o 技术访问数据可以概括为： ( 1 ) 应用程序创建一个c o n n e c t i o n 对象建立a d o 与数据源的连接； l 2 ) 使用c o m m a n d 对象指定数据源的存储命令； ( 3 ) 通过r e c o r d s e t 对象执行命令产生一个记录集； ( 4 ) 在记录集中添加、修改、删除记录； ( 5 ) 用修改的记录更新已有的数据源。 2 4 系统开发方式的选择 大气环境信息系统的开发作为一种应用型g i s 的开发，在开发初期，最主 要的工作就是确定系统的开发方式。 2 4 1 系统开发的三种方式 目前应用型g i s 的开发方式主要有三种模式 5 0 - 5 1 】，即独立开发，单纯二次 开发以及集成二次开发。 ( 1 ) 独立开发：指不依赖于任何g i s 工具软件，从空间数据的采集、编辑 到数据的处理分析及结果输出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种 程序设计语言( 如v i s u a l b a s i c ，d e l p h i 等) ，在一定的操作系统平台上编程实现。 ( 2 ) 单纯二次开发：指完全借助于g i s 工具软件提供的开发语言进行应用 系统开发。g i s 工具软件大多提供了可供用户进行二次开发的宏语言，如m a p l n f o 公司研制的m a p l n f op r o f e s s i o n a l 提供了m a p b a s i c 语言，e r s i 公司的a r c v i e w 提供了a v e n u e 语言等。用户可以利用这些宏语言，以原g i s 工具软件为开发平 台，开发出针对不同应用对象的应用程序。 ( 3 ) 集成二次开发：是指利用专业的g i s 工具软件，实现g i s 的基本功能， 以通用软件开发工具，如v i s u a l b a s i c ，d e l p h i ，s u a l c 抖，p o w e rb u i l d e r 等作 为开发平台，进行二次的集成开发。 2 4 2 本文系统的开发方式 1 4 要确定本文系统的开发方式，首先比较三种丌发方式的优缺点，然后再确定 山东师范人学硕上学位论文 本系统的开发方式，三种开发方式的优缺点见表2 2 。 表2 2 三种系统开发方式的优缺点 综合比较应用型g i s 的三种开发模式，本文选择使用集成二次开发作为系 统的开发方式，而集成二次开发模式主要有两种开发方法： ( 1 ) o l e d d e 采用o l e ( o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n g ，对象链接与嵌入) 自动化技术或 利用d d e ( d y n a