基于webgis的大气环境分析预测系统研究

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1、基于WebGIS的大气环境分析预测系统研究第一章绪论1.1研究背景及意义冶金工业是关系国计民生的基础性行业，对推动我国经济的发展起到了不可替代的作用。然而，近年来研究数据表明，冶金工业在促进经济发展的同时，对我国环境也造成了污染。据统计，2011年全国钢铁企业颗粒物排放量约为206.2万吨，占工业排放的20.1%；二氧化硫排放量约为251.4万吨，占工业排放的13.3%；氮氧化物排放量约为95.1万吨，占工业排放的5.7%[1]。2012年推出的钢铁工业污染物排放标准提高了颗粒物、SO2等的排放限值，而且添加

2、氮氧化物（NOx）等的排放标准。同时，钢铁工业正面临环境税法的敲定，国务院立法工作计划要求，《环境保护税法》对指定污染物从排污收费改为收税[2]，增加了企业环保管理支出。钢铁企业污染物排放量较大，其中排放的SO2和NOx是雾霾的主要组成。近几年严重的雾霾天气导致人们对空气质量的关注持续提高，大气污染危害人体健康，在低浓度长期作用下可引起机体免疫功能的降低，诱发人体过敏性疾病、呼吸系统疾病以及其他疾病的产生[3]。若企业监管不力，造成污染物排放超标，引起恶劣的环境影响，势必会给周边居民生活带来危害。为此提高污染

3、物的实时监测管理手段，研究厂区大气环境预测方法，对钢铁企业生存发展具有重要意义，为制定区域环境保护政策提供可靠的科学依据。大气环境预测采用在线监测、模型预测的手段，通过预测了解影响大气程度和范围，确定各污染源的污染分担率，优化区域污染源布局，是大气环境影响评价的有效管理方法。目前，以往的环境影响评价手段已经不能满足环境管理部门对环境信息采集、分析和决策的需求，构建先进高效的环境影响评价系统已成为环境管理的发展趋势。环境信息大多拥有地理空间属性，与地理空间信息相关，对空间信息的处理能力促进地理信息系统技术在环境

4、领域得到普遍应用[4]。.1.2国内外相关研究现状国外自20世纪70年代起逐步建成了不同类型的环境管理系统，美国、日本、德国等一直在环境管理领域的技术研究与应用处于领先地位。近些年来，GIS技术在环境管理领域的应用逐渐普及[9]-[11]。同时，环境管理应用到的数学模型和相关预测手段也在不断研究与完善，国外开发出了不同种大气污染模型[12]-[14]。20世纪90年代中后期，美国环保局协同美国气象学会建立基于高斯扩散方程的AERMOD[15]模型，作为新一代法规扩散模型。Jensen[16]等人在2001年集

5、成城市街道污染模型，构建基于GIS平台的大气环境质量管理系统，对当地城市空气污染程度做出评价。Arystanbekova[17]在2004年用FORTRAN语言实现了读取GIS数据文件，分析高斯模型在大气污染排放水平的影响分析和预测。Knebl[18]将天气预报模式与GIS结合，用GIS的空间分析制作天气图。2008年，BheshemRamlal[19]采用水质模型，建立了用于洪水管理的信息系统，且应用在印度Caparo地区的环境管理。Allen[20]研究了SCOOP项目利用GIS在分布式系统中实现观测数据

6、合并和可视化，通过模型预测输出多源数据集进行沿海预报的工作流程。Kim[21]等人在2010年提出利用Gauss方法对河流中的水质的溶解和颗粒指标进行了预测。Mori[22]使用谷歌地球的3DGIS建立三维数学模型设计开发洪涝灾害监测系统。2012年，Yu[23]开发了一种基于GIS的数据管理发布框架并应用于分析德国汉堡港的水动力模拟，通过该框架实现了大型数据集的可视化，减少了开发力度。Bandyophadyay[24]提出了一种分布式体系结构，使用开源apServer的GIS组件、PostgreSQL和Po

7、stGIS数据库管理工具研究基于apAPIV3接口创建Web地图服务，可输出包括矢量和栅格格式的地图、用于空气质量管理系统的时间段地图和网格文件。..第二章系统总体结构及关键技术2.1系统总体结构钢铁企业污染源通常包括废气排放口（烟囱）和废水排放口，为了对厂区污染源进行有效在线实时监测，系统采用传感器对污染排放情况进行现场数据采集。大气监测终端是装载了烟雾传感器（采集SO2、NOx、瞬时烟气流量等烟尘数据）和温湿度传感器（采集烟道气压、烟道温度、烟道湿度等大气数据），水质监测终端采用合适的传感器采集PH、CO

8、D、流量3个水质环境数据。传感器通过GPRS网络和服务器进行数据传输，Web应用服务器定时读取处理好的实时排放信息，接收监测数据保存在后台数据库，确保系统数据。系统采用B/S结构，利用采集的监测数据对厂区环境进行实时数据管理，基于WebGIS使用百度地图实现监测点地图管理，将大气环境监测与WebGIS集成，使WebGIS为环境预测提供及时、准确的基础数据，为大气预测提供技术支持。本文根据系统主要实现