基于ArcGIS Engine的空氣質量評價系統的設計及應用

馮娟 翟偉芳 盧秀麗

摘要：以ARCGIS為技術平臺，以SQL Server 2010為數據庫平臺，以面向對象程序設計語言c#為開發語言，設計空氣質量評價系統，應用該系統對保定市空氣質量進行評價。該系統操作界面友好，實時、形象直觀，能進行數據查詢及統計分析，評價結果合理、客觀，與實際情況相符合，提高了空氣質量評價的效率。

關鍵詞：ARCGIS Engine;保定市;空氣質量評價

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）15-0249-02

空氣質量評價是對空氣環境優劣的評述，可以采用定性和定量兩種方式進行評價，它是人們研究空氣環境的方法，有效的空氣質量評價可以為大氣污染的防治和有效治理提供科學依據。保定市空氣污染嚴重，為了有效對空氣污染進行治理，亟需對保定市的空氣質量進行客觀、全面、實時的評價。為此，本文以保定市為例，采用ArcGISEngine組件技術，開發空氣質量評價系統，對保定市空氣質量進行實時評價，對主要污染物質量濃度進行查詢與分析。

1系統總體設計

1.1系統開發環境

本系統采用GIS組件開發模式，GIS組件選擇ArcGIS En-gine，以SQL Server 2010為數據庫平臺，實現空間數據和關系數據庫的聯動，以面向對象程序設計語言C#為開發語言。

1.2系統結構設計

系統總體結構主要包括5大模塊，地圖瀏覽子系統，地圖查詢子系統，距離與面積量算，空間分析子系統和質量評價子系統。

2系統功能設計

結合保定空氣質量評價實際需求，系統主要實現以下幾個功能模塊。

2.1地圖操作模塊

主要包括地圖的基本操作，地圖的加載，縮放，漫游，選擇，量算，鷹眼等操作，地圖鷹眼功能能讓用戶快速判斷當前地圖視圖在整個地圖中所處的位置。鷹眼（縮略圖）窗口按全圖顯示比例顯示電子地圖的縮略圖，縮略圖上有一個紅色矩形框，代表地圖顯示窗口中當前顯示的內容。

2.2信息查詢模塊

信息查詢模塊是系統中的重要模塊，可以用來查詢空間位置信息，可以顯示出具體位置及相關的屬性信息。該模塊主要包括如下功能：圖層控制、地圖查詢、公交站點分析和空氣質量評價。圖層控制功能主要用來管理圖層，新建圖層，刪除圖層，控制圖層的開關。地圖操作功能主要實現SQL查詢，查詢地圖地理信息。公交站點分析實現站點查詢，線路查詢。

3系統數據庫設計

在本系統中，空間數據按照地圖來組織，每個地圖包含多個圖層。系統的數據類型分為環境監測站，公交站點、政府機關、醫院、學校，線路數據等基本地理信息;數據以Shapefile格式存儲，對應的屬性數據存儲在屬性表中。

4系統實現

4.1地圖顯示功能

主要借助于MapControl控件來實現，它能實現矢量和柵格地圖數據的顯示。地圖瀏覽工具的地圖放大、縮小、漫游、全幅顯示、前后視圖、距離量算等功能則需借助ToolbarControl控件，將其與MapControl控件建立伙伴關系即可方便實現上述功能。

4.2圖層控制功能

該模塊功能需借助TOCControl控件來實現，同樣只需建立與地圖窗口的MapControl控件的伙伴關系，并設置TOCControl的EnableLayerDragDrop屬性為True，即可方便實現打開關閉圖層、改變圖層疊加順序等功能。

4.3空氣質量評價功能

設置采樣時間、過濾方式、采樣點進行數據查詢，按照查詢數據，依據評價模型，顯示空氣質量評價結果。

4.4系統維護及幫助

系統維護及幫助模塊，通過該模塊用戶可以連接到資源網站下載最新的軟件版本以及最新電子地圖數據，以保持系統的時效性。當用戶有使用上的困難時，可以從使用手冊中及時獲得相應幫助，同時能夠了解當前所用系統的基本信息。

5系統應用

5.1空氣質量監測現狀

近年來保定市對主要污染物PM2.5，PM10，O3，NO2，SO2，CO等進行了實時監測。市區共設立了市監測站，華電二區，游泳館，接待中心，地表水廠，膠片廠6個空氣質量監測站點。

2019年從3月1日到9月19日，六個監測點位的六項污染因子均大幅下降。9月份以來，六個監測點位，除地表水廠和接待中心點位綜合指數同比上升8.11%、1.97%外，其他幾個點位均同比下降或持平。六項污染因子中除地表水廠和接待中心兩個點位的PM10指標同比上升18.52%、2.78%外，其他指標均下降或持平。綜上分析，3月份以來保定市空氣質量大幅下降，自大氣污染防治百日攻堅行動開展后，空氣質量持續向好，改善明顯。說明保定市政府高度重視空氣質量問題，采取了積極有效的措施，成效顯著。

5.2空氣質量評價

城市空氣質量等級是依據城市空氣環境質量標準和各項污染物的生態環境效應及其對人體健康的影響，所確定的污染指數分級以及相應的污染物濃度限值。城市空氣質量污染指數的分級標準是：①空氣污染指數（API）0～50，為國家空氣質量日均值一級標準，空氣質量為優，符合自然保護區、風景名勝區和其他需要特殊保護地區的空氣質量要求。②（API）51～100，為國家空氣質量日均值二級標準，空氣質量良好，符合居住區、商業區、文化區、一般工業區和農村地區空氣質量的要求。③（API）101～200，為三級標準，空氣質量為輕度污染。

系統評價結果表明，2018年4月、5月、7月、8月、9月、10月空氣質量等級為Ⅱ級，其他月份污染等級為Ⅲ級。可見，空氣污染最嚴重季節在冬季，一是因為冬季取暖，污染物排放增加，二是因為冬季多逆溫天氣，不利于污染物的擴散，導致廢氣長時間在低空滯留，出現霧霾天氣。同時，冬季地面植被覆蓋率降低，形成揚塵，各可吸入顆粒物濃度增高，空氣質量下降。

6討論

GIS組件的代表作應首推ArcObjects，它是ArcGIS系列產品的開發平臺，是基于Microsoft COM（component Object Model）技術構建的一系列COM組件產品。ArcGIS Engine是AO組件跨平臺應用的核心集合，它提供多種開發的接口，可以適應COM、.NET、Java和C++等開發環境。開發者可以使用這些組件來開發定制GIS應用系統。

本文基于GIS組件ArcGISEngine和C#.NET技術，設計了保定市空氣質量評價系統。開發過程中需要對功能、用戶操作界面和數據庫等進行合理的設計。系統中鷹眼功能為數據查詢提供便利，系統中最關鍵的功能模塊，借助程序模塊化的思想，通過對算法的優化，提升系統查詢的性能。該系統還可以考慮做如下功能的擴展：

（1）進一步完善空氣質量評價中GIS基礎設施建設，充實系統中的空間數據庫和屬性數據庫。

（2）系統功能還可以進一步完善，不斷擴展和升級，使其能夠進行更高級別的空氣質量評價與管理工作。

（3）隨著智能手機的普及，可以建立手機版的空氣質量評價系統，讓用戶隨時隨地都可以查詢空氣質量信息。