GIS与大气污染扩散模型的整合研究

综述油气田环境保护第17卷．第1期．47．GIS与大气污染扩散模型的整合研究陈宏坤李兴春李春晓(中国石油天然气集团公司环境工程技术中心)摘要大气扩散模型与GIS整合是当前的重要发展趋势．文章分析了该技术存在的主要问题和可行的解决路线，并指出了其主要发展方向．主张采用GIS二次开发工具和大气污染模型进行整合．详细介绍了开发“硫化氢应急专家系统”的工作中，解决二者整合所取得的研究进展和成果．将GIS、大气模型与应急救援工作三者有机的整合，实现了GIS数据和应急数据的紧密结合及对硫化氢扩散的预测．关键词地理信息系统大气模型硫彳匕氢扩散预测应急反应系统0引言大气污染可以以各种方式危害人类的健康、破坏环境。大气模型是评估新建和改扩建项目对大气环境影响的有效方法，更是评价假定大气泄漏事故环境影响的最好方法。随着大气模型的发展，GIS技术逐渐被大量用在大气模型的空间数据管理、可视化、影像分析等工作中，并且呈现出两者逐渐融合的趋势。评价大气污染对人类健康和环境的影响往往离不开GIS的支持，例如影响区域分析、影响人口分析、基础设施分布、各种叠加分析、三维显示等。不同大气扩散模型的输入、输出和分析的复杂程度各不相同。很多情况下，将模型的输出结构输入到GIS系统中，来分析大气污染的影响是非常必要的。1主要技术问题通常大气模型的空间显示和空间分析功能都比较薄弱，而这正是GIS的优势所在，因此两者具有很强的互补性。GIS与大气扩散模型的整合主要体现在大气模型的前后端处理上。很多模型的输入数据(如地形)，往往是从GIS中获取。但这些模型的输入格式通常是固定的，这一工作常常需要编写专门的工具软件完成。许多模型的运算结果是包含坐标和浓度等信息的数据文件，将这些文件转变为GIS软件可识别的格式，并进行相应的准备工作，就可以利用GIS进行显示。这项工作可以在商业GIS软件中完成，如在ArcGIS软件中，利用GENERATE、TRANSFORM、ROTATE等命令来完成；也可通过编写专门的软件工具完成；还可通过GIS二次开发编程完成。大气扩散模型的输入参数通常是比较复杂的，常见的参数有风向、风速、温度、大气稳定度、盖度、经纬度、源的位置、源的强度等，复杂的模型还需要输入地形、湿度、源的性质、喷射角度、喷射速度、地表类型等参数。使用商业GIS软件来完全获取这些数据并传递给模型系统是困难的。商业GIS软件也不可能针对每一个大气扩散模型开发专门的软件工具。虽然大多数的GIS软件均提供二次开发语言，例如ArcView的Avenue等，美国联邦应急管理信息系统(FEMIS)软件就使用ArcView作为地图显示模块，该软件包括一个处理点源化学品污染的模块。n1美国阿尔贡国家实验室开发了一系列应急反应系统，在他们开发的“特别污染计划者”(SpecialPopulationPlanner(SPP))系统中，GIS软件可以从D2PC模型中输入大气扩散结果(目前正在扩展对D2Puff模型的支持)。该系统也是基于ArcVi9w软件进行的二次开发。但是此类语言的功能往往相对薄弱，只能进行简单的数据处理，能够实现的功能有限，如果想将GIS、大气扩散模型和实际工作流程紧密结合起来就比较困难。2问题的解决解决上述问题的途径主要有两个：一是加强大气扩散模型本身的GIS开发；二是利用ActiveX控件等形式的GIS二次开发工具，根据具体工作进行系统地开发。前者的问题在于GIS开发工作本身就是非常专陈宏坤，毕业于中国地质大学(北京)环境工程专业，现在中国石油天然气集团公司境工程技术中心从事科研工作．通讯地址：北京市海淀区信息路18号瑞宝大厦中油爱索，100085万方数据·48·2007年3月油气田环境保护综述业的问题，由模型开发团队来进行GIS开发会有开发难度大和成本高、数据格式通用性范围窄、专业性差等缺点。比较而言，后者更为灵活，利用专业GIS公司提供的GIS二次开发工具，可解决数据格式和实现GIS的功能，开发自由度大，可以与具体工作深入结合，但是具有一定的技术难度。总之，目前GIS与大气扩散模型的整合有两种趋势。一是商业化与GIS软件结合的大气扩散模型正在不断发展，他们或者在模型自身中实现一定的GIS功能，或者为模型与GIS软件的结合提供专门的工具和接口。第二种趋势是利用通用的开发语言和GIS开发工具由模型应用者进行不断地深入开发从而实现GIS、大气模型和具体工作的深入结合。3大气扩散模型与GIS结合在硫化氢应急工作中的应用作者在开展。控制和消除硫化氢大范围空气毒性污染综合技术及应急决策信息支持系统研究”过程中，对GIS与大气扩散模型的整合进行了深入地研究和开发，在此基础上结合应急工作的需求开发了“硫化氢应急专家系统”。该研究需要将GIS、大气模型、应急工作三者有机的整合，单一的GIS软件和大气