基于GIS的城市區(qū)域噪聲信息管理系統(tǒng)研究

王志新

基于GIS的城市區(qū)域噪聲信息管理系統(tǒng)研究

王志新

福州市環(huán)境監(jiān)測站

利用GIS技術建立的城市區(qū)域噪聲信息管理系統(tǒng)，能動態(tài)、直觀地反映區(qū)域噪聲的時空分布規(guī)律，GIS技術為區(qū)域噪聲信息管理研究提供強有力的工具。本研究以MapObjects-windows版本軟件為主要的GIS開發(fā)工具，通過屬性數(shù)據和空間數(shù)據的鏈接，實現(xiàn)了區(qū)域噪聲污染分布的地圖化表現(xiàn)、動態(tài)查詢、基本空間分析、適用區(qū)劃分等功能。

地理信息系統(tǒng) 區(qū)域噪聲 信息管理 空間數(shù)據庫

1 前言

隨著我國國民經濟的高速發(fā)展，城市環(huán)境噪聲污染問題日益突出，它已和大氣污染、水污染及固體廢物污染一起并稱為城市環(huán)境方面的四大公害。目前噪聲污染已經成為制約城市人居環(huán)境質量提高的重要因素。因此，掌握準確的環(huán)境噪聲信息，科學評價噪聲現(xiàn)狀及其環(huán)境影響，是噪聲決策規(guī)劃和噪聲管理的重要基礎。過去傳統(tǒng)的環(huán)境噪聲信息管理系統(tǒng)，即無管理空間對象的數(shù)據庫管理系統(tǒng)（DBMS）中，多以文字、數(shù)字的形式表現(xiàn)現(xiàn)實中具有復雜性和時空動態(tài)性的噪聲數(shù)據，不利于發(fā)現(xiàn)隱藏在這些數(shù)據背后的許多深層次信息，噪聲評價與管理效率低下，準確度不高，因而高效率、高質量的環(huán)境預測規(guī)劃與評價、環(huán)境信息更新、查詢和管理已成為十分迫切的需要。

地理信息系統(tǒng) ( Gepographic Information System ,簡稱GIS)是19世紀60年代開始迅速發(fā)展起來的一門融地理學、幾何學、計算機科學及各類應用對象為一體的新興邊緣科學。GIS 以其高效的空間數(shù)據和屬性數(shù)據的管理能力及強大的檢索查詢功能、獨特的地理空間數(shù)據分析功能、建立較為復雜的空間模型等有別于傳統(tǒng)的數(shù)據管理系統(tǒng)（RDBM）的功能，為實時獲取信息和決策分析提供了一個有效的工作平臺和可靠的技術支持。

目前GIS已廣泛應用于環(huán)境噪聲信息管理研究的各個領域，及環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境質量評價分析、環(huán)境規(guī)劃、預測及輔助決策等領域。本研究以GIS技術為手段，開發(fā)區(qū)域噪聲信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)噪聲屬性數(shù)據與空間數(shù)據的一體化管理。

2 系統(tǒng)目標及系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)目標

實現(xiàn)區(qū)域環(huán)境噪聲數(shù)據的高效、科學管理，提供有效的環(huán)境信息服務，利用GIS所具有的空間數(shù)據與屬性數(shù)據相統(tǒng)一的綜合分析手段，制作環(huán)境噪聲評價的噪聲分布專題圖，并提供數(shù)據分析、統(tǒng)計和查詢等功能，為區(qū)域聲環(huán)境的規(guī)劃與管理提供支持與服務。

2.2 系統(tǒng)的設計

基于WINDOWS平臺，采用穩(wěn)定Client/Server結構的Microsoft SQL Server 2000數(shù)據庫進行數(shù)據管理，開發(fā)平臺采用Borland Delphi 7.0以實現(xiàn)面向對象編程技術。GIS軟件主要采用ESRI 的組件產品 MO（Map Objects）進行開發(fā)。MapObjects-windows版本軟件是一個可嵌入的地圖制圖和GIS組件（ActiveX控件）的集合，是由一個Map控件和可編程ActiveX對象所組成。ActiveX是當今得到最廣泛支持的面向目標的軟件集成技術，可以直接插入到許多標準開發(fā)環(huán)境的工具集中，包括Delphi 7.0程序設計環(huán)境。

空間數(shù)據庫設計，因噪聲數(shù)據具有很強的時空分布特征，系統(tǒng)的數(shù)據結構主要是空間數(shù)據結構和屬性數(shù)據結構。收集研究區(qū)域有關資料，高比例的GPS電子地圖或對地圖掃描數(shù)字化，生成底圖、專題圖和屬性數(shù)據庫。系統(tǒng)將空間數(shù)據類型按幾何特性分為點( Point )、線(Line)、面( Region)和文本(Text) 4種數(shù)據實體，每一空間實體具有唯一的標識碼與屬性數(shù)據相連。區(qū)域噪聲信息管理系統(tǒng)把屬性相近的空間實體組成相應的圖層庫表(. shp)：區(qū)域邊界層、道路層、監(jiān)測點層、標注層等，并由一個工作空間（. mxd）來管理(見圖1)。

圖1 空間數(shù)據圖層

3 系統(tǒng)主要功能簡介

3.1 查詢統(tǒng)計功能

環(huán)保部門在日常管理工作中，需要查詢、分析大量環(huán)境要素信息，環(huán)境要素具有明顯的空間屬性和層次屬性，系統(tǒng)可進行各種組合方式的信息查詢統(tǒng)計，滿足環(huán)保管理及決策需要。比如查詢某年度區(qū)域環(huán)境噪聲為重度污染（Leq(dB)> 65dB）的監(jiān)測點，系統(tǒng)將查詢結果以符號形式顯示在地圖上；查詢、分析區(qū)域環(huán)境噪聲污染狀況的趨勢情況，系統(tǒng)將提供空間分布、時間分布及定性評價等組合方式，查詢結果以圖表形式顯示在地圖上。

3.2 區(qū)域噪聲現(xiàn)狀評價

系統(tǒng)利用GIS的空間分析功能，判斷各監(jiān)測點所處哪類別功能區(qū)（0類、1類、2類、3類、4類），后根據不同類別功能區(qū)的噪聲標準對區(qū)域環(huán)境噪聲進行現(xiàn)狀評價。系統(tǒng)將評價結果用專題圖的形式直觀表現(xiàn)出來，專題圖的形式將依據城市區(qū)域環(huán)境污染現(xiàn)狀和管理控制的要求而定。專題圖有區(qū)域環(huán)境噪聲年度統(tǒng)計數(shù)據及現(xiàn)狀評價；區(qū)域環(huán)境噪聲不同聲級范圍的區(qū)域所占比例及覆蓋面積；區(qū)域環(huán)境噪聲聲源構成狀況等。

3.3 環(huán)境噪聲適用區(qū)劃分

《城市區(qū)域環(huán)境噪聲適用區(qū)劃分技術規(guī)范》(GB/T15190- 94)為噪聲區(qū)劃工作提供了基本思路和定量劃分指標，利用GIS將工作底圖分層數(shù)字化，生成土地利用、街區(qū)、行政區(qū)界、水系、交通圖等五個圖層，并進行疊置分析，統(tǒng)計出每個街區(qū)內各個用地所占比率，然后運用GIS的編程語言AML，根據分類標準編寫程序，將每個街區(qū)劃分為不同類型，并將類型相同的區(qū)域連結成片。最后采取實地踏勘、聽取專家意見等形式對有問題的區(qū)域進行調整, 解決“孤島”現(xiàn)象和部分噪聲適用區(qū)類型應執(zhí)行的噪聲標準與噪聲現(xiàn)狀水平有較大差距等問題，繪制出環(huán)境噪聲功能區(qū)劃圖。圖2是利用本研究繪制的福州市聲環(huán)境功能區(qū)劃圖。

圖2 福州市聲環(huán)境功能區(qū)劃圖

3.4 噪聲監(jiān)測點布設

噪聲監(jiān)測點的布設除了要符合相應的國標，還要考慮使布點能全面、準確地反映監(jiān)測區(qū)聲環(huán)境狀況，而且又合理、可行、經濟。傳統(tǒng)的戶外地理數(shù)據的獲取一直借助于紙制地圖，手工布設不但費時費力，而且準確度不高，也達不到監(jiān)測點最優(yōu)配置。利用GIS技術進行噪聲監(jiān)測布點，不但方便、快捷，而且保證了監(jiān)測點數(shù)據的可靠性。GIS與RS、GPS技術的融合使研究區(qū)域地理空間數(shù)據的獲取和更新變得簡單方便。

系統(tǒng)將已數(shù)字化的工作底圖（建成區(qū)地圖）按照一定網格大小（700m×700m）進行劃分，測量點設在每個網絡中心。每個監(jiān)測點的編號和名稱是唯一的，為適應以后建成區(qū)的擴大及維護方便，預留適當?shù)臄U展接口，每個監(jiān)測點的專業(yè)屬性（類別、標準、質量等級、超標與否等信息）可因實際改變而更新。然后實地踏勘剔除無效網格，繪制出建成區(qū)區(qū)域噪聲監(jiān)測網格示意圖。無效網格是指網格中心點在建成區(qū)外面、在河流中、在山上的網格，以及實際無法布設測點的網格。圖3是利用本研究繪制的福州市建成區(qū)區(qū)域環(huán)境噪聲監(jiān)測網格示意圖。

圖3 福州市建城區(qū)區(qū)域環(huán)境噪聲監(jiān)測網格示意圖

3.5 試圖及圖層管理

系統(tǒng)提供放大、縮小、漫游等基本地圖操作，同時提供鷹眼圖，用顯著顏色的方框顯示當前圖形在全圖中的位置，并可在全圖中迅速定位。圖層管理主要包括圖層的新建、添加、保存、隱藏和顯示圖層等功能。

4 總結

隨著GIS技術和環(huán)境科學的不斷發(fā)展，GIS在環(huán)境保護領域必然會有更為廣泛的應用，GIS技術將把環(huán)境噪聲信息管理研究工作推上一個科學、高效的平臺，本研究希望能對從事此領域研究的人員提供一些參考和幫助。

[1] 楊衛(wèi)華．基于GIS的區(qū)域噪聲信息管理系統(tǒng)[J]．交通環(huán)保，2003，24（6）：9-11.

[2] 周綠等．GIS技術在區(qū)域環(huán)境噪聲評價中的應用研究[J]．測繪與空間地理信息，2010，33（3）：140-142.

[3] 劉勁松．GIS在城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準適用區(qū)劃分中的應用[J]．河北師范大學學報（自然科學版），2000，24（4）：540-543.

[4] 李紅星等．GIS技術在城市環(huán)境噪聲中的應用研究[J]．環(huán)境科學與管理，2007，32（3）：42-44.

[5] 范文義等．資源與環(huán)境地理信息系統(tǒng)[M]．北京：科學出版社，2003．

[6] 宋坤，鄒天思．Delphi數(shù)據庫系統(tǒng)開發(fā)完全手冊[M]．北京：人民郵電出版社，2006．

[7] 薛偉．MapObjects：地理信息系統(tǒng)程序設計[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2004.

[8] 李香敏．SQL Server 2000 編程員指南[M]．北京：希望電子出版社，2000.

[9] 福建省環(huán)境監(jiān)測中心站．福建省環(huán)境質量評價技術規(guī)定.2008．

[10] 許榕生等．福州市環(huán)境質量報告書（2001-2005）．2006.