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(shù)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(shù)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(jù)和空間數(shù)據(jù)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(jù)庫

1 前言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)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(jīng)成為制約城市人居環(huán)境質(zhì)量提高的重要因素。因此，掌握準(zhǔn)確的環(huán)境噪聲信息，科學(xué)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(chǔ)。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(jù)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(fù)雜性和時空動態(tài)性的噪聲數(shù)據(jù)，不利于發(fā)現(xiàn)隱藏在這些數(shù)據(jù)背后的許多深層次信息，噪聲評價與管理效率低下，準(zhǔn)確度不高，因而高效率、高質(zhì)量的環(huán)境預(yù)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(jì)60年代開始迅速發(fā)展起來的一門融地理學(xué)、幾何學(xué)、計算機(jī)科學(xué)及各類應(yīng)用對象為一體的新興邊緣科學(xué)。GIS 以其高效的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)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(jù)分析功能、建立較為復(fù)雜的空間模型等有別于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(shù)支持。

目前GIS已廣泛應(yīng)用于環(huán)境噪聲信息管理研究的各個領(lǐng)域，及環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境質(zhì)量評價分析、環(huán)境規(guī)劃、預(yù)測及輔助決策等領(lǐng)域。本研究以GIS技術(shù)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(jù)與空間數(shù)據(jù)的一體化管理。

2 系統(tǒng)目標(biāo)及系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)目標(biāo)

實現(xiàn)區(qū)域環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)的高效、科學(xué)管理，提供有效的環(huán)境信息服務(wù)，利用GIS所具有的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)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(jù)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(wù)。

2.2 系統(tǒng)的設(shè)計

基于WINDOWS平臺，采用穩(wěn)定Client/Server結(jié)構(gòu)的Microsoft SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，開發(fā)平臺采用Borland Delphi 7.0以實現(xiàn)面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)。GIS軟件主要采用ESRI 的組件產(chǎn)品 MO（Map Objects）進(jìn)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(dāng)今得到最廣泛支持的面向目標(biāo)的軟件集成技術(shù)，可以直接插入到許多標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)環(huán)境的工具集中，包括Delphi 7.0程序設(shè)計環(huán)境。

空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計，因噪聲數(shù)據(jù)具有很強的時空分布特征，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要是空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。收集研究區(qū)域有關(guān)資料，高比例的GPS電子地圖或?qū)Φ貓D掃描數(shù)字化，生成底圖、專題圖和屬性數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)將空間數(shù)據(jù)類型按幾何特性分為點( Point )、線(Line)、面( Region)和文本(Text) 4種數(shù)據(jù)實體，每一空間實體具有唯一的標(biāo)識碼與屬性數(shù)據(jù)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(yīng)的圖層庫表(. shp)：區(qū)域邊界層、道路層、監(jiān)測點層、標(biāo)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(jù)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(jìn)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(jié)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(jié)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(jù)不同類別功能區(qū)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)對區(qū)域環(huán)境噪聲進(jìn)行現(xiàn)狀評價。系統(tǒng)將評價結(jié)果用專題圖的形式直觀表現(xiàn)出來，專題圖的形式將依據(jù)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(jù)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(gòu)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(shù)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(biāo)，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(jìn)行疊置分析，統(tǒng)計出每個街區(qū)內(nèi)各個用地所占比率，然后運用GIS的編程語言AML，根據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(jìn)行調(diào)整, 解決“孤島”現(xiàn)象和部分噪聲適用區(qū)類型應(yīng)執(zhí)行的噪聲標(biāo)準(zhǔn)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(shè)

噪聲監(jiān)測點的布設(shè)除了要符合相應(yīng)的國標(biāo)，還要考慮使布點能全面、準(zhǔn)確地反映監(jiān)測區(qū)聲環(huán)境狀況，而且又合理、可行、經(jīng)濟(jì)。傳統(tǒng)的戶外地理數(shù)據(jù)的獲取一直借助于紙制地圖，手工布設(shè)不但費時費力，而且準(zhǔn)確度不高，也達(dá)不到監(jiān)測點最優(yōu)配置。利用GIS技術(shù)進(jìn)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(jù)的可靠性。GIS與RS、GPS技術(shù)的融合使研究區(qū)域地理空間數(shù)據(jù)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(wǎng)格大小（700m×700m）進(jìn)行劃分，測量點設(shè)在每個網(wǎng)絡(luò)中心。每個監(jiān)測點的編號和名稱是唯一的，為適應(yīng)以后建成區(qū)的擴(kuò)大及維護(hù)方便，預(yù)留適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展接口，每個監(jiān)測點的專業(yè)屬性（類別、標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量等級、超標(biāo)與否等信息）可因?qū)嶋H改變而更新。然后實地踏勘剔除無效網(wǎng)格，繪制出建成區(qū)區(qū)域噪聲監(jiān)測網(wǎng)格示意圖。無效網(wǎng)格是指網(wǎng)格中心點在建成區(qū)外面、在河流中、在山上的網(wǎng)格，以及實際無法布設(shè)測點的網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(dāng)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(jié)

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

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