WebGIS技術支持的PM2.5空間分布分析系統研究

陳建容，胡俊杰，褚 東

（1.成都理工大學 地學空間信息技術國土資源部重點實驗室，四川 成都 610059；2.電子科技大學 資源與環境學院，四川 成都 611731；3.成都理工大學 地物理學院，四川 成都 610059）

WebGIS技術支持的PM2.5空間分布分析系統研究

陳建容1，胡俊杰2，褚 東3

（1.成都理工大學 地學空間信息技術國土資源部重點實驗室，四川 成都 610059；2.電子科技大學 資源與環境學院，四川 成都 611731；3.成都理工大學 地物理學院，四川 成都 610059）

依據成都市已公布的PM2．5數據，采用反距離加權插值算法，推算出成都市5城區的PM2．5濃度分布情況，并采用分級渲染，直觀地展示市區內PM2．5的濃度分布情況。同時，應用熱點分析模型，根據指定時間段內的PM2．5數據，分析出該時間段具有統計顯著性的高值和低值的空間聚類。該模型一方面可讓成都市民更好地了解成都市PM2．5的分布情況，為出行提供參考；另一方面可為政府治理環境污染提供參考依據。

PM2．5；WebGIS；反距離加權插值；熱點分析

細顆粒物（PM2．5）雖然只是地球大氣成分中含量很少的部分，但其對空氣質量和能見度有重要的影響，同時，高濃度的PM2．5會對人體健康產生嚴重影響，易引發哮喘、心血管病等疾病[1-4]。因此，建立科學的檢測評估體系、改善空氣質量已成為一項刻不容緩的任務[5]。本文基于WebGIS技術，利用反距離加權插值算法，統計分析成都市區PM2．5的濃度分布情況。

1 關鍵技術

1.1 WebGIS技術

WebGIS是Internet技術應用于GIS開發的產物。GIS通過WWW功能得以擴展，真正成為一種大眾使用的工具。從WWW的任意一個節點，Internet用戶可以瀏覽WebGIS站點中的空間數據，制作專題圖，進行各種空間檢索和空間分析，從而使GIS進入千家萬戶[6]。目前已經有多種不同的技術方法被應用于研制實現WebGIS，包括CGI（通用網關接口）方法[7]、服務器應用程序接口（Server API）方法、插件法、Java Applet方法以及ActiveX方法[8]。

1.2 IDW算法

IDW是一種應用廣泛的空間插值方法，經常被用在各種GIS空間分析中，它通過計算未測量點附近區域各個點的測量值的加權平均來進行插值，其中，最近處點的權值最大。其原理為：令未知點的坐標值為x，各個觀測點的坐標為xi，如果有n個點，那么i從1到n。令未知點處的值為z（x），觀測點處的值為zi。同時，每一個觀測點都有一個權值di，這些權值是根據xi到x的距離計算出來的。由此，計算出x處的加權平均值如下：

其中，wi為權值，通常選擇距離平方的倒數作為權值，即

2 系統總體設計

2.1 開發環境與運行平臺

本系統GIS服務器采用ESRI公司發布的ArcGIS Server 10．1[9]；建立Microsoft Access 2010數據庫；以JavaScript為前端開發語言；采用Microsoft Visual Studio 2010開發工具，進行系統的實現。

2.2 系統功能模塊設計

本系統實現的主要功能模塊有等值面生成、監測點信息查看以及熱點分析，系統框架如圖1所示。

1）根據地名查詢PM2．5濃度。設置好時間以及查詢地點后，點擊“查詢”按鈕，地圖上將展示出所選時間和地點的PM2．5濃度值。

2）根據所選時間生成等值面。設置好時間后，點擊“生成等值面”按鈕，地圖上將展示出插值生成的等值面。

3）查看監測站當前時間PM2．5濃度。系統載入完成后，在“查看監測點信息”面板中能看到監測站在當前時間以及過去24 h的PM2．5濃度值。

4）熱點分析功能。設置好起始時間以及終止時間后，點擊“開始分析”按鈕，地圖上將展示出所選時間段內PM2．5的熱點圖像。

圖1 系統功能模塊

2.3 數據庫設計

用Microsoft Access 2010創建數據庫，建立數據表，存儲從成都市環境監測中心站獲取的PM2．5數據。數據結構如表1所示。

表1 數據結構設計表

3 系統功能實現

3.1 數據獲取模塊

成都市環境中心監測站每隔1 h更新8個監測點的環境數據。系統設計了一個類，該類每隔10 min訪問環境中心監測站的官網，并檢查該網站公布的環境數據是否有更新。如有更新，則取出網站公布的數據，并寫入Access數據庫，如圖2所示。

圖2 獲取數據流程圖

3.2 數據查詢模塊

1）根據所選時間和地點查詢PM2．5濃度。輸入時間和地點后，點擊“查找”按鈕，系統將把查詢出的監測點PM2．5濃度顯示在地圖上。查詢功能流程見圖3，查詢功能界面截圖見圖4。

在圖4中，設置的時間為“2013-05-12 07∶00∶00”，地點為“電子科技大學”，最終系統將在地圖上展示出信息面板，同時信息面板的箭頭指向電子科技大學所處位置。

2）根據所選時間，生成等值面。輸入時間后，點擊“生成等值面”按鈕，系統將根據所選時間的監測點PM2．5數據生成等值面，并在地圖上展示。生成等值面流程見圖5，等值面功能運行界面見圖6。

圖3 查詢功能流程圖

圖4 單點PM2.5查詢功能界面

圖5 根據時間生成等直面流程圖

圖6 等值面功能界面

3.3 信息展示模塊

該模塊用來展示當前時間以及過去24 h的PM2．5數據，當系統載入完成后，將在 “查看監測點信息”面板中展示PM2．5數據。該功能流程見圖7，信息展示見表2。

圖7 查看監測點信息流程圖

表2 PM2.5信息展示/μg/m3

3.4 熱點分析模塊

該模塊用來分析選定時間段內PM2．5分布情況。選定起始時間和終止時間后，點擊“開始分析”按鈕，系統將執行熱點分析模型，最終將生成的圖像在前端展示。熱點分析流程見圖8, 熱點分析運行界面見圖9。

圖8 熱點分析流程圖

圖9 熱點分析截圖

在圖9中，起始時間設置為“2013-05-08 20∶00∶00”，終止時間設置為“2013-05-12 22∶00∶00”。最終系統將在地圖上展示出熱點圖像，同時在右側的面板中展示圖例信息，監測點信息展示如表3。

4 結 語

本文以成都市5城區為研究范圍，以成都市環境監測中心站公布的PM2．5數據為基礎數據，采用B/S開發方式，構建了一套具備數據查詢、空間分析等功能的PM2．5Web應用系統。論文通過該系統的研究與實現，取得了以下成果：

表3 熱點分析監測點信息展示/μg/m3

1）采用WebGIS方式研究、實現了成都市5城區PM2．5短時（1 h）、中時（1 d）、長時（1月）的區域分布分析WebGIS系統。系統以成都市5城區行政區劃為地理底圖，提供了單點查詢、區域等值面、區域熱點分析等查詢與分析功能。

2）運用反距離加權插值算法模型和熱點分析算法模型對成都市PM2．5監測點單點采樣數據插值生成了區域分布數據，為系統5城區區域數據的構建提供了算法理論基礎。

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P208

B

1672-4623（2016）01-0046-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.01.014

陳建容，碩士，主要從事遙感地質解譯工作。

2014-11-04。