第九章专题GIS开发与应用9.1城市规划、建设管理城市是人类活动高度集中的区域，同时也是信息、物质高度集中的区域。随着科技的进步和经济的发展，城市系统越来越复杂，数据和信息越来越多，服务要求越来越高。城市管理面临着新的挑战，为了城市的现代化、生态平衡和持续发展，城市需要全面的规划，而地理信息系统给城市的规划和管理带来了新的工具。在城市管理中，可以应用GIS的方面非常多，如土地、道路、管网、环境、人口等等诸多要素都可以通过地理信息系统进行管理，并且形成了应用于专门领域的GIS工具，如土地信息系统（LIS-LandInformationSystem）和AM/FM（自动制图/设施管理，AutomaticMapping/FacilityManagement），前者侧重于管理地块的位置、面积、权属以及地籍的动态变化；后者则主要对电力、通讯等设施的管理和分析、制图。城市建设规划涉及的因素非常多，开发新城要征用土地，改建旧城要拆迁安置，同时需要基础设施、公共服务设施的配套。在开发建设活动中，如果不注意各工程项目之间的协调，就可能造成混乱，而采用GIS对各种信息进行管理，并基于此进行分析和辅助决策，可以有效地防止这种混乱局面的出现。由于城市在不断地建设发展，所以需要随时更新城市基础数据库，这就要求应用GIS管理日常城市建设活动，以保证信息的时效性。下面介绍GIS在密尔沃基（Milwaukee市城市建设日常管理方面的应用。美国威斯康星州的密尔沃基从1976年开始建设城市地理信息系统，并不断发展、完善。由于数据库比较完整，地理信息系统在很多方面发挥了作用，主要可以分为三个方面的活动。1）地图更新密尔沃基市常用地图分为三种第一种是地籍房产图（当地称为PlotMap），由政府税务部门负责编制。这种地图通常在以下情况下需要修改更新：1.地契内容改变，包括地块边界的变化以及地块权属的变化；2．在一个大的地块内再划分为若干小块，产生新的土地所有者；
第九章 专题 GIS 开发与应用 9.1 城市规划、建设管理 城市是人类活动高度集中的区域，同时也是信息、物质高度集中的区域。随 着科技的进步和经济的发展，城市系统越来越复杂，数据和信息越来越多，服务 要求越来越高。城市管理面临着新的挑战，为了城市的现代化、生态平衡和持续 发展，城市需要全面的规划，而地理信息系统给城市的规划和管理带来了新的工 具。 在城市管理中，可以应用 GIS 的方面非常多，如土地、道路、管网、环境、 人口等等诸多要素都可以通过地理信息系统进行管理，并且形成了应用于专门领 域的 GIS 工具，如土地信息系统（LIS-Land Information System）和 AM/FM（自 动制图/设施管理，Automatic Mapping/Facility Management），前者侧重于管 理地块的位置、面积、权属以及地籍的动态变化；后者则主要对电力、通讯等设 施的管理和分析、制图。 城市建设规划涉及的因素非常多，开发新城要征用土地，改建旧城要拆迁安 置，同时需要基础设施、公共服务设施的配套。在开发建设活动中，如果不注意 各工程项目之间的协调，就可能造成混乱，而采用 GIS 对各种信息进行管理，并 基于此进行分析和辅助决策，可以有效地防止这种混乱局面的出现。由于城市在 不断地建设发展，所以需要随时更新城市基础数据库，这就要求应用 GIS 管理日 常城市建设活动，以保证信息的时效性。下面介绍 GIS 在密尔沃基（Milwaukee） 市城市建设日常管理方面的应用。 美国威斯康星州的密尔沃基从 1976 年开始建设城市地理信息系统，并不断 发展、完善。由于数据库比较完整，地理信息系统在很多方面发挥了作用，主要 可以分为三个方面的活动。 1）地图更新 密尔沃基市常用地图分为三种： 第一种是地籍房产图（当地称为 Plot Map），由政府税务部门负责编制。 这种地图通常在以下情况下需要修改更新： 1. 地契内容改变，包括地块边界的变化以及地块权属的变化； 2. 在一个大的地块内再划分为若干小块，产生新的土地所有者；
3.公共道路的拓宽或者连通：4.小地块合并成为大地块；5.其它变化，如道路名称、地名的改变以及错误的纠正。第二种是一般的测绘图（当地称为Quarter-SectionMap）。这种图由政府市政工程部门负责编制，图面上标有主要的地块边界（不作为法律依据），但是没有普通的建筑物，通常在下列情况下需要更新：1.城市建设造成地面重要物体的边界变化；2．重新测量，纠正过时的内容；3．道路打通、拓宽或封死；4．大的地块合并或重新划分；5.街道名称改变；6.地图上的错误纠正。第三种是土地使用图（当地称为LandUseMap）。这种地图反映土地的实际用途，也反映了主要的地块边界。土地使用图由城市规划部门负责编制，主要为城市规划服务，通常在以下条件下需要更新：1．房屋的拆除和重建；2．房屋改变用途；3.地块边界改变；4.地块重新划分；5.地块兼并；6.道路变化；7.道路名称的修改；8.地图错误纠正。以上三种地图由三个相互独立的部门各自负责，在信息上存在很多重复内容，在地图更新时也需要大量的重复工作。在建立城市地理信息系统之后，三种地图上各类信息的更新工作明确地分配到三个部门，三种数字化地图集中地存放于数据库中，实现数据共享，每个部门对数据的修改内容可以被其它部门得到，减少了数据余和重复工作。2）土地区划管理在美国，大多数地方政府都用土地区划（Zoning）来指导、限制城市土地利
3. 公共道路的拓宽或者连通； 4. 小地块合并成为大地块； 5. 其它变化，如道路名称、地名的改变以及错误的纠正。 第二种是一般的测绘图（当地称为 Quarter-Section Map）。这种图由政府 市政工程部门负责编制，图面上标有主要的地块边界（不作为法律依据），但是 没有普通的建筑物，通常在下列情况下需要更新： 1. 城市建设造成地面重要物体的边界变化； 2. 重新测量，纠正过时的内容； 3. 道路打通、拓宽或封死； 4. 大的地块合并或重新划分； 5. 街道名称改变； 6. 地图上的错误纠正。 第三种是土地使用图（当地称为 Land Use Map）。这种地图反映土地的实 际用途，也反映了主要的地块边界。土地使用图由城市规划部门负责编制，主要 为城市规划服务，通常在以下条件下需要更新： 1. 房屋的拆除和重建； 2. 房屋改变用途； 3. 地块边界改变； 4. 地块重新划分； 5. 地块兼并； 6. 道路变化； 7. 道路名称的修改； 8. 地图错误纠正。 以上三种地图由三个相互独立的部门各自负责，在信息上存在很多重复内 容，在地图更新时也需要大量的重复工作。在建立城市地理信息系统之后，三种 地图上各类信息的更新工作明确地分配到三个部门，三种数字化地图集中地存放 于数据库中，实现数据共享，每个部门对数据的修改内容可以被其它部门得到， 减少了数据冗余和重复工作。 2）土地区划管理 在美国，大多数地方政府都用土地区划（Zoning）来指导、限制城市土地利
用和城市发展，但是具体做法各地有许多差异，在密尔沃基市，先由城市规划部门编制土地使用规划，经批准后再制定区划，区划的形式为文本和图件，它是城市建设和审批修建申请的依据。密尔沃基市的土地区划图分为用途图、范围图和高度图，用途图用于限制和规定相冲突的土地利用，如不准贴近主要交通干道修建大型商业设施等；范围图对建筑之间的距离以及建筑后退道路等作出了规定；高度图则规定了建筑本身的高度、相邻建筑在高度上的相互关系的限制在采用GIS后，这三种区划图分为三个图层进行管理，并可以叠加在一起显示，避免各个部门数据不一致的情况，此外，可以很方便地检查规划图的错误，避免法律上的约纷；也便于税收部门查询地产信息，调整对主地所有者的税收。3）建筑审批处的内部工作管理每个建筑物在修建之前，必须经过政府主管部门批准，由于申请非常多，并且需要实地勘察，工作繁重，如何分配并确定每个经办人员的工作，以充分调动每个人的积极性成为一个难题。在建立地理信息系统后，修建项目申请卡片被记录到属性数据库中，其中的建筑物地址属性与地块空间数据相关联，这样可以很方便地将一定时期内所有的修建申请的位置分布显示在地图上（图1），可以方便的根据申请量的多少、到市中心的距离、前往勘察的边界程度，划分每个工作人员的负责范围，提高了工作效率，改善了建筑审批处的内部管理。9.2农业气候区划9.2.1项目背景与需求自八十年代以来，中国农业生产环境、气候环境发生了巨大变化，包括：1）农业科学技术进步，高新技术引进，农业朝高产、优质、高效、低耗方向发展：种植业向粮食一经济一饲料作物三元结构转变：小生产、大市场向规模经营方向发展，逐步实现种养加、产供销、贸工农一体化。农村产业结构调整向农业气候区划提出了新的要求。2）气候条件与气候资源本身发生了变化。如东北地区平均气温升高，北方地区干旱范围扩大，长江流域洪涝增多，特别是九十年代以来，异常气候事件呈现明显增多的趋势。有必要重新认识气候资源的变化及其合理利用和保护问题。3）农业气候区划技术条件发生了巨大变化。“3S”（GIS、RS、GPS）与网
用和城市发展，但是具体做法各地有许多差异，在密尔沃基市，先由城市规划部 门编制土地使用规划，经批准后再制定区划，区划的形式为文本和图件，它是城 市建设和审批修建申请的依据。 密尔沃基市的土地区划图分为用途图、范围图和高度图，用途图用于限制和 规定相冲突的土地利用，如不准贴近主要交通干道修建大型商业设施等；范围图 对建筑之间的距离以及建筑后退道路等作出了规定；高度图则规定了建筑本身的 高度、相邻建筑在高度上的相互关系的限制。 在采用 GIS 后，这三种区划图分为三个图层进行管理，并可以叠加在一起显 示，避免各个部门数据不一致的情况，此外，可以很方便地检查规划图的错误， 避免法律上的纠纷；也便于税收部门查询地产信息，调整对土地所有者的税收。 3）建筑审批处的内部工作管理 每个建筑物在修建之前，必须经过政府主管部门批准，由于申请非常多，并 且需要实地勘察，工作繁重，如何分配并确定每个经办人员的工作，以充分调动 每个人的积极性成为一个难题。在建立地理信息系统后，修建项目申请卡片被记 录到属性数据库中，其中的建筑物地址属性与地块空间数据相关联，这样可以很 方便地将一定时期内所有的修建申请的位置分布显示在地图上（图 1），可以方 便的根据申请量的多少、到市中心的距离、前往勘察的边界程度，划分每个工作 人员的负责范围，提高了工作效率，改善了建筑审批处的内部管理。 9.2 农业气候区划 9.2.1 项目背景与需求 自八十年代以来，中国农业生产环境、气候环境发生了巨大变化，包括： 1）农业科学技术进步，高新技术引进，农业朝高产、优质、高效、低耗方 向发展；种植业向粮食—经济—饲料作物三元结构转变；小生产、大市场向规模 经营方向发展，逐步实现种养加、产供销、贸工农一体化。农村产业结构调整向 农业气候区划提出了新的要求。 2）气候条件与气候资源本身发生了变化。如东北地区平均气温升高，北方 地区干旱范围扩大，长江流域洪涝增多，特别是九十年代以来，异常气候事件呈 现明显增多的趋势。有必要重新认识气候资源的变化及其合理利用和保护问题。 3）农业气候区划技术条件发生了巨大变化。“3S”（GIS、RS、GPS）与网
络技术在农业气候资源动态监测与开发应用中展示出广阔前景。4）农业生产的发展，对气候资源开发利用和保护提出了更高要求。气象部门必需依靠科技进步，技术创新适应社会的需求。建立一套基于“3S”、网络平台的区划信息系统，有助于广大气象台站在气象服务手段和技术上得到提升。5）面对21世纪农业新技术革命和可持续农业战略，农业气候资源作为一种重要的投资环境，有必要进行科学、客观的评价。中国气象局提出建设“第三次农业气候区划”项目的目的是：采用新技术、新方法、新资料，开发“农业气候区划信息系统（Agriculture&ClimateDistributedInformationSystem，简称ACDIS）”软件，建立气候资源开发利用和保护监测体系，实行资源平面与立体，时间与空间全方位优化配置：发挥区域气候优势，趋利避害减轻气候灾害损失，提高资源开发的总体效益。为各级政府分类指导农业生产，农村产业结构调整，退耕还林防止水王流失等提供决策依据，为地方政府服务。9.2.2农业气候区划信息系统（ACDIS）系统结构及工作流程一、系统结构农业气候区划信息系统（ACDIS）是基于GIS工具平台，建立起面对专业技术人员的专用工具，适用于农业气候资源监测评价、气候资源管理与分析，小网格气候资源推算与空间查询、省地县三级区划产品制作等。具体实现了以下功能：1）地理基础信息管理：管理工作区的基础地理数据，如行政区划，水系，交通数据等；2）小网格资源信息管理：管理栅格格式的、与农业气候区划有关的信息，包括各种DEM数据：3）小网格资源推算与区划产品制作；4）农业气候资源监测与评价：5）农业气候区划成果演示。二、系统工作流程根据“3S”等新技术在区划中应用需求，建立了农业气候区划工作基本流程（如图1）：
络技术在农业气候资源动态监测与开发应用中展示出广阔前景。 4）农业生产的发展，对气候资源开发利用和保护提出了更高要求。气象部 门必需依靠科技进步，技术创新适应社会的需求。建立一套基于“3S”、网络平 台的区划信息系统，有助于广大气象台站在气象服务手段和技术上得到提升。 5）面对 21 世纪农业新技术革命和可持续农业战略，农业气候资源作为一种 重要的投资环境，有必要进行科学、客观的评价。 中国气象局提出建设“第三次农业气候区划”项目的目的是：采用新技术、 新方法、新资料，开发“农业气候区划信息系统（Agriculture & Climate Distributed Information System,简称 ACDIS）”软件，建立气候资源开发利 用和保护监测体系，实行资源平面与立体，时间与空间全方位优化配置；发挥区 域气候优势，趋利避害减轻气候灾害损失，提高资源开发的总体效益。为各级政 府分类指导农业生产，农村产业结构调整，退耕还林防止水土流失等提供决策依 据，为地方政府服务。 9.2.2 农业气候区划信息系统（ACDIS）系统结构及工作流程 一、系统结构 农业气候区划信息系统（ACDIS）是基于 GIS 工具平台，建立起面对专业技 术人员的专用工具，适用于农业气候资源监测评价、气候资源管理与分析，小网 格气候资源推算与空间查询、省地县三级区划产品制作等。具体实现了以下功能： 1）地理基础信息管理：管理工作区的基础地理数据，如行政区划，水系， 交通数据等； 2）小网格资源信息管理：管理栅格格式的、与农业气候区划有关的信息， 包括各种 DEM 数据； 3）小网格资源推算与区划产品制作； 4）农业气候资源监测与评价； 5）农业气候区划成果演示。 二、系统工作流程 根据“3S”等新技术在区划中应用需求，建立了农业气候区划工作基本流程 （如图 1）：
区数据叠加分析收集观测试验数据区划划指调研区划产品输出图收集考察研究成果考察标件分需专家专家评审产多元分析综合评判求析座谈品与分修订区划结果制农业气候相似分析析确作政府确定图件制作与打印发展专家评判分级定规划区确建观测资料及研究成果划定模式运算生成立资对资源数据层集区辅助考察、气候分区象农业源划结构小小应用3S进行土地应用GIS建立地理调整网网参数数据集分类格格推资统计分析、模型建立算建立土壤、植被、源模水体数据集库误差订正效果检验式图1：农业气候区划工作基本流程图RTe5o1517F宝2a环A：工作量分布B：参建中请分市图1：利用GIS进行建筑审批工作协调9.3“3S”在项目中的应用
区 划 指 标 分 析 与 确 定 确 定 资 源 小 网 格 推 算 模 式 建 立 区 划 小 网 格 资 源 库 调研 考察 专家 座谈 政府 发展 规划 农业 结构 调整 农业 发展 热点 应用 3S 进行土地 分类 模式运算生成 资源数据层集 需 求 分 析 确 定 区 划 对 象 收集观测试验数据 收集考察研究成果 多元分析综合评判 析、综合评判 农业气候相似分析 专家评判分级 观测资料及研究成果 辅助考察、气候分区 别 统计分析、模型建立 误差订正效果检验 应 用 GIS 建立地理 参数数据集 区 划 图 件 产 品 制 作 区划产品输出 统计分析 数据叠加分析 专家评审 修订区划结果 图件制作与打印 建立土壤、植被、 水体数据集 图 1：农业气候区划工作基本流程图 图 1：利用 GIS 进行建筑审批工作协调 9.3 “3S”在项目中的应用
1）利用GIS对农业气候区划综合要素空间套询和管理ACDIS利用GIS工具提供的基本功能，对其它子系统输入、处理和生成的气医资源等数据进行综合查询和管理。生成不同查询条件下的区划产品，作为区划专题内容，进而实现对区划各类产品的矢量图、栅格图、DEM、注记和属性数据进行以地理表达式为条件的逻辑查询以及不同图件和属性数据的综合查询、管理，并把查询结果制图输出到绘图仪或打印机，或保存为其它格式文件。2）利用GIS对气候资源进行小网格推算模式研究气候资源小网格推算模式研究是区划的一项基础性工作。在收集山区气候研究成果基础上，辅助以气象哨、水文站雨量资料后，通过GIS平台可快速计算和获取测点地理参数（高程、坡向、坡度）。采用统计分析方法，根据要素的统计特征值和地理特征将全省划分若干气候区，分别建立各区域气候要素推算统计模式，通过验证和残差订正，应用到气候资源小网格推算中。3）GIS在农业气候资源分析中的应用应用GIS来定量采集、管理、分析具有空间特性的气候资源，建立GIS分析气候资源的思想、方法、步骤，包括数字高程模型建立、GIS农业气候资源数据建立、空间分析模型建立、气候资源分析计算、气候分区及定量分析等。4）利用“3S”提取农业背景信息参与区划计算农业气候区划是根据农作物生长发育过程中对气候条件的要求和气候资源的地理分布特征来进行分区划片的，在某种农作物的气候可种植区内还有不同的地物类型，不同的农作物要求不同的地理环境。为使农业气候区划对农业生产更具有指导作用，将非气象因子引入到农业气候区划中。农业气候区划对象中往往对土壤PH值要求很高，根据土壤类型分布可以得出土壤PH值的分布，将其作为区划的一个关键指标，使得区划更加有实际应用意义。利用GIS将土壤分类图作为一项数据层参与气候资源数据层集运算，得出包含土壤类型信息的区划结果。江西省在全省优质早稻种植气候区划和万安县脐橙种植综合区划中（图2），除了应用1：25万的地理数据，还结合了TM影像数据，辅助GPS定位抽样，把早稻、脐橙的可能种植区（农田、荒山荒坡）提取出来，排除了山体、水体、居民点、道路等不能种植脐橙和早稻的区域，把可能种植区与农业气候区划图做逻辑交集运算，得到了全省优质早稻和万安县脐橙种植规划图
1）利用 GIS 对农业气候区划综合要素空间查询和管理 ACDIS 利用 GIS 工具提供的基本功能，对其它子系统输入、处理和生成的气 候资源等数据进行综合查询和管理。生成不同查询条件下的区划产品，作为区划 专题内容，进而实现对区划各类产品的矢量图、栅格图、DEM、注记和属性数据 进行以地理表达式为条件的逻辑查询以及不同图件和属性数据的综合查询、管 理，并把查询结果制图输出到绘图仪或打印机，或保存为其它格式文件。 2）利用 GIS 对气候资源进行小网格推算模式研究 气候资源小网格推算模式研究是区划的一项基础性工作。在收集山区气候研 究成果基础上，辅助以气象哨、水文站雨量资料后，通过 GIS 平台可快速计算和 获取测点地理参数（高程、坡向、坡度）。采用统计分析方法，根据要素的统计 特征值和地理特征将全省划分若干气候区，分别建立各区域气候要素推算统计模 式，通过验证和残差订正，应用到气候资源小网格推算中。 3）GIS 在农业气候资源分析中的应用 应用 GIS 来定量采集、管理、分析具有空间特性的气候资源，建立 GIS 分析 气候资源的思想、方法、步骤，包括数字高程模型建立、GIS 农业气候资源数据 建立、空间分析模型建立、气候资源分析计算、气候分区及定量分析等。 4）利用“3S”提取农业背景信息参与区划计算 农业气候区划是根据农作物生长发育过程中对气候条件的要求和气候资源 的地理分布特征来进行分区划片的，在某种农作物的气候可种植区内还有不同的 地物类型，不同的农作物要求不同的地理环境。为使农业气候区划对农业生产更 具有指导作用，将非气象因子引入到农业气候区划中。农业气候区划对象中往往 对土壤 PH 值要求很高，根据土壤类型分布可以得出土壤 PH 值的分布，将其作为 区划的一个关键指标，使得区划更加有实际应用意义。利用 GIS 将土壤分类图作 为一项数据层参与气候资源数据层集运算，得出包含土壤类型信息的区划结果。 江西省在全省优质早稻种植气候区划和万安县脐橙种植综合区划中（图 2）， 除了应用 1∶25 万的地理数据，还结合了 TM 影像数据，辅助 GPS 定位抽样，把 早稻、脐橙的可能种植区（农田、荒山荒坡）提取出来，排除了山体、水体、居 民点、道路等不能种植脐橙和早稻的区域，把可能种植区与农业气候区划图做逻 辑交集运算，得到了全省优质早稻和万安县脐橙种植规划图
水体不宜区一般区较适宜区最适宜区图2：江西省万安县脐橙种植区划5）利用GIS建立集区划一资源动态监测一高产裁培技术为一体的信息服务系统利用GIS工具，开发出基于Web的、对气候条件敏感的两系杂交稻制种气候资源空间配置信息系统，将区划服务于作物生产基地选择、关键生育期气象服务、农业生产技术指导等各个方面。9.4大气污染监测管理随着经济的发展，环境污染直接影响了人们的生活质量，环境质量问题也得到了越来越多的重视。污染环境包括水污染、大气污染、固体废弃物污染等，其中就大气污染而言，城市区域由于受到工业生产、居民生活的影响，成为大气污染发生的集中区域，历史上几次严重的污染事故，如伦敦烟雾事件（1952）、洛杉矶光化学烟雾事件（1943），都是发生在大城市。近几十年来，研究者对大气污染问题进行了大量研究，并且通过实验或计算来建立适合于特定区域的大气污染物扩散模式以及确定相关参数的计算方法。城市大气污染的来源主要包括点状污染源和线状污染源，前者主要包括烟，后者则指汽车尾气排放。而污染的扩散的影响因子，除了排放量、排放物之外，还受到气象条件、下垫面等因素的影响。通过大气动力学的研究，研究者给出了用来描述污染物在大气中扩散规律的各种解析方程。这些大气扩散公式为空气污染预报提供了一定的基础，可以为现有污染源条件在不利的气象条件下减少有害污染物的排放、在城市规划中合理进行区域规划以及环境影响评价提供了切实有效的信息
图 2：江西省万安县脐橙种植区划 5）利用 GIS 建立集区划—资源动态监测—高产栽培技术为一体的信息服务 系统 利用 GIS 工具，开发出基于 Web 的、对气候条件敏感的两系杂交稻制种气候 资源空间配置信息系统，将区划服务于作物生产基地选择、关键生育期气象服务、 农业生产技术指导等各个方面。 9.4 大气污染监测管理 随着经济的发展，环境污染直接影响了人们的生活质量，环境质量问题也得 到了越来越多的重视。污染环境包括水污染、大气污染、固体废弃物污染等，其 中就大气污染而言，城市区域由于受到工业生产、居民生活的影响，成为大气污 染发生的集中区域，历史上几次严重的污染事故，如伦敦烟雾事件（1952）、洛 杉矶光化学烟雾事件（1943），都是发生在大城市。近几十年来，研究者对大气 污染问题进行了大量研究，并且通过实验或计算来建立适合于特定区域的大气污 染物扩散模式以及确定相关参数的计算方法。 城市大气污染的来源主要包括点状污染源和线状污染源，前者主要包括烟 囱，后者则指汽车尾气排放。而污染的扩散的影响因子，除了排放量、排放物之 外，还受到气象条件、下垫面等因素的影响。通过大气动力学的研究，研究者给 出了用来描述污染物在大气中扩散规律的各种解析方程。这些大气扩散公式为空 气污染预报提供了一定的基础，可以为现有污染源条件在不利的气象条件下减少 有害污染物的排放、在城市规划中合理进行区域规划以及环境影响评价提供了切 实有效的信息
无论是点源污染，还是线源污染，其空间分布以及属性可以通过地理信息系统进行管理，而污染扩散的影响因子的空间分布同样可以作为GIS的空间数据组成部分，所以，基于GIS可以建立大气污染扩散模型，进而，GIS也提供了丰富的功能以表现污染物强度空间分布，可以查询强度分布状况，并可以结合其它社会经济数据，进行更加细致的评价分析。下面介绍内蒙古自治区包头市在利用GIS进行大气污染扩散模拟中的应用。包头市是中国最大的稀土工业基地和著名的钢铁机械工业基地之一，是门类齐全，体系较为完善的现代化工业城市。包头市工业能源消耗以燃煤为主，占56%，其次为焦碳和电力，在能源结构中，重中污染能源占70.8%，包头工业排放的S02、烟粉尘和氟化物都较大，造成包头市煤烟型和氟污染的特点。其中21家重点空气污染源占全市工业排放的95%，85%，96%（分别为S02、烟粉尘和氟化物）。其中包钢是最大污染厂家，其S02、粉尘、氟化物的排放量高居榜首。从自然条件上看，包头市地处内陆，属内陆半干旱、中温带大陆性季风气候，全年干燥，无霜期短。年均气温6.5℃，取暖期6个月。由于受地形影响，冬季包头多北风和西北风，夏季多东南风，各月夜间均盛行NWW风。近年来城市建筑的快速发展及自然植被，人工绿化面积的不断扩大，市区平均风速呈逐年下降趋势。1995年年均风速为2.2m/s。一年中，春季风速最大，秋季风速最小，冬季风速居中。除七月份主导风向与最大风速风向恰好相反外，常年盛行风向与最大风速风向重合。逆温层影响着污染物的扩散、稀释，包头市冬季逆温频率很高，夏季逆温频率较低，逆温的强度与厚度，冬季均明显大于夏季。包头是我国大气污染治理的重点城市，包头关于大气污染扩散的研究工作较多。冶金部建筑研究总院1982针对包钢地区的烟气综合治理规划，利用风洞模拟试验、现场实验等提出了“大气输送气候学模式”（ATCM）。1989年包头市环境监测站，针对包头新市区大气扩散模式和SO2容量计算，提出了基子美国EPA的ISC（工业复合源大气扩散模式）的城市多源高斯模式。这些模式的建立为包头市的大气污染治理和管理提供了可靠的依据。基于GIS建立大气污染扩散模型，可以1）模拟污染物的空间分布，评价不同区域的环境质量；2）将污染物空间分布与人口密度空间进行复合分析，确定受污染影响的人
无论是点源污染，还是线源污染，其空间分布以及属性可以通过地理信息系 统进行管理，而污染扩散的影响因子的空间分布同样可以作为 GIS 的空间数据组 成部分，所以，基于 GIS 可以建立大气污染扩散模型，进而，GIS 也提供了丰富 的功能以表现污染物强度空间分布，可以查询强度分布状况，并可以结合其它社 会经济数据，进行更加细致的评价分析。 下面介绍内蒙古自治区包头市在利用 GIS 进行大气污染扩散模拟中的应用。 包头市是中国最大的稀土工业基地和著名的钢铁机械工业基地之一，是门类 齐全，体系较为完善的现代化工业城市。包头市工业能源消耗以燃煤为主，占 56%，其次为焦碳和电力，在能源结构中，重中污染能源占 70.8%，包头工业排 放的 SO2、烟粉尘和氟化物都较大，造成包头市煤烟型和氟污染的特点。其中 21 家重点空气污染源占全市工业排放的 95%，85%，96%（分别为 SO2、烟粉尘和氟 化物）。其中包钢是最大污染厂家，其 SO2、粉尘、氟化物的排放量高居榜首。 从自然条件上看，包头市地处内陆，属内陆半干旱、中温带大陆性季风气候， 全年干燥，无霜期短。年均气温 6.5℃，取暖期 6 个月。由于受地形影响，冬季 包头多北风和西北风，夏季多东南风，各月夜间均盛行 NWW 风。近年来城市建筑 的快速发展及自然植被，人工绿化面积的不断扩大，市区平均风速呈逐年下降趋 势。1995 年年均风速为 2.2m/s。一年中，春季风速最大，秋季风速最小，冬季 风速居中。除七月份主导风向与最大风速风向恰好相反外，常年盛行风向与最大 风速风向重合。 逆温层影响着污染物的扩散、稀释，包头市冬季逆温频率很高，夏季逆温频 率较低，逆温的强度与厚度，冬季均明显大于夏季。 包头是我国大气污染治理的重点城市，包头关于大气污染扩散的研究工作较 多。冶金部建筑研究总院 1982 针对包钢地区的烟气综合治理规划，利用风洞模 拟试验、现场实验等提出了“大气输送气候学模式”（ATCM）。1989 年包头市 环境监测站，针对包头新市区大气扩散模式和 SO2 容量计算，提出了基于美国 EPA 的 ISC（工业复合源大气扩散模式）的城市多源高斯模式。这些模式的建立 为包头市的大气污染治理和管理提供了可靠的依据。 基于 GIS 建立大气污染扩散模型，可以 1）模拟污染物的空间分布，评价不同区域的环境质量； 2）将污染物空间分布与人口密度空间进行复合分析，确定受污染影响的人
口数目；3）预测在给定气象条件下污染物的空间分布；4）确定不同点源对整个研究区污染总量的贡献：进而5）为污染整治，如降低排放量、甚至关闭某些污染源，提供决策依据：6）如果要增加污染点源，可以比较不同的方案（如烟的位置，高度等），从中选择最优方案；7）在城市规划时，作为确定不同用地（居住、工业、商业等）的分布。在包头市的研究工作中，利用1月份平均风速、风向、频率，并将其换算为风频表，对包头市的37个高架点源造成的地面S02浓度的空间变化进行模拟，结果如图1所示。0.25-1.600. 000. 050. 050. 150. 15~0. 25一等值线污染点源单位：毫克/立方农图1：包头市大气二氧化硫分布图将模型预测结果图与包头市环境监测站绘制的等值线图相比较。模型在工业区的预测值比较切合实际，在昆都仑区，预测值偏小，原因应该是由于包头地区在一月份特定风向条件下，工业污染对该区域的影响比较小，相比之下居民取暖燃煤造成的二氧化硫污染就较突出。总体来看，无论从工业区还是居民区，模型预测的二氧化硫的浓度不存在数量级上的差别。在大气环境规划中，对规划中欲添加的新污染源需要预测新增污染源造成的污染、对新源的进行合理选址、确定新源的排污量大小以及点源烟的高度等
口数目； 3）预测在给定气象条件下污染物的空间分布； 4）确定不同点源对整个研究区污染总量的贡献；进而 5）为污染整治，如降低排放量、甚至关闭某些污染源，提供决策依据； 6）如果要增加污染点源，可以比较不同的方案（如烟囱的位置，高度等）， 从中选择最优方案； 7）在城市规划时，作为确定不同用地（居住、工业、商业等）的分布。 在包头市的研究工作中，利用 1 月份平均风速、风向、频率，并将其换算为 风频表，对包头市的 37 个高架点源造成的地面 SO2 浓度的空间变化进行模拟， 结果如图 1 所示。 图 1：包头市大气二氧化硫分布图 将模型预测结果图与包头市环境监测站绘制的等值线图相比较。模型在工业 区的预测值比较切合实际，在昆都仑区，预测值偏小，原因应该是由于包头地区 在一月份特定风向条件下，工业污染对该区域的影响比较小，相比之下居民取暖 燃煤造成的二氧化硫污染就较突出。总体来看，无论从工业区还是居民区，模型 预测的二氧化硫的浓度不存在数量级上的差别。 在大气环境规划中，对规划中欲添加的新污染源需要预测新增污染源造成的 污染、对新源的进行合理选址、确定新源的排污量大小以及点源烟囱的高度等
在研究中，拟在青年农场（图上三角点位置）增加一个新的污染源，有三种方案，分别为源强为100000mg/s、烟肉高150米：源强1000000mg/s、烟肉高150米：源强1000000mg/s、烟窗高200米。在一月风向风频条件下进行预测，将预测结果叠加在原来的污染分布状况上，结果如图2。配十原强100000gg/s，烟图高150起原强100000g/s，烟幽高150m0. 050.15规划点源铁路0.150.250, 000. 050.251.6/单位：毫克/立方米F原强100000mg/s，烟肉高200m图2：增加不同参数污染源的污染分布图大气污染的受害人群是大气污染管理和控制中最重要的关注对象，结合包头市新市区（青山区和昆都仑区）的人口分布，研究中分析了添加新源前后大气中SO2污染受害人群的变化。研究方法是将模型的预测结果与包含人口数据的行政区划图进行叠加复合分析，获得各个污染区的面积和人口，结果见表1。表1：新添加污染源造成的污染人群变化结果表（单位：万人）浓度单位：0.00-00.05-00.15-00.25-1.mg/m26.05.15.25新源强：100000mg/s15.332. 1046.050.80新源高：150米新源强：36.2024.302.731000000mg/s1. 04新源强：150
在研究中，拟在青年农场（图上三角点位置）增加一个新的污染源，有三种方案， 分别为源强为 100000mg/s、烟囱高 150 米；源强 1000000mg/s、烟囱高 150 米； 源强 1000000mg/s、烟囱高 200 米。在一月风向风频条件下进行预测，将预测结 果叠加在原来的污染分布状况上，结果如图 2。 图 2：增加不同参数污染源的污染分布图 大气污染的受害人群是大气污染管理和控制中最重要的关注对象，结合包头 市新市区（青山区和昆都仑区）的人口分布，研究中分析了添加新源前后大气中 SO2 污染受害人群的变化。研究方法是将模型的预测结果与包含人口数据的行政 区划图进行叠加复合分析，获得各个污染区的面积和人口，结果见表 1。 表 1:新添加污染源造成的污染人群变化结果表（单位：万人） 浓 度 单 位 ： mg/m3 0.00-0 .05 0.05-0 .15 0.15-0 .25 0.25-1. 6 新源强： 100000mg/s 新源高 ：150 米 46.05 15.33 2.10 0.80 新源强： 1000000mg/s 新源强 ：150 36.20 24.30 2.73 1.04