摘 要

随着生产力的发展，推动了经济的快速发展，特别是工业的发展，环境污染问题也随之越发严重，大气污染作为环境污染的重要组成部分，也越来越被人们所重视。当大气污染物浓度达到一定值时，就会对人体健康构成巨大威胁，所以，对大气污染物的浓度以及扩散情况的监测和预测就显得尤为重要。

本研究借助ArcEngine以及VS开发平台，结合现有的大气污染扩散模型，利用从武汉市生态环境局获取的污染源数据以及从湖北省气象厅获取的气象数据，建立一个大气污染物扩散模拟系统，对武汉市重点排污企业的大气污染情况进行实时模拟，生成大气污染扩散模拟结果图。该系统实现了大气污染扩散模型与地理信息系统的有机结合，完成了对武汉市重点排污企业的大气污染扩散情况模拟，对大气污染扩散结果进行可视化化后能够较为直观的看出污染范围以及污染程度，可以为大气污染防治工作提供有力保障。

关键词：ArcEngine；大气污染扩散模型；地理信息系统

Abstract

In recent years, with the rapid development of the economy, especially the development of industry, the problem of environmental pollution has become more and more serious. Air pollution is an important part of environmental pollution, and has been paid more and more attention. When the concentration of atmospheric pollutants reaches a certain value, it will pose a huge harm to human health. Therefore, it is particularly important to monitoring the concentration and diffusion of atmospheric pollutants.

This study use ArcEngine and the VS development platform, using the existing atmospheric pollution diffusion model, combined with the pollution source data obtained from the Wuhan City Eco-Environment Bureau and the meteorological data obtained from the Hubei Provincial Meteorological Department, to investigate the atmospheric pollution situation of key polluting enterprises in Wuhan Carry out real-time simulation to generate a graph of simulation results of atmospheric pollution diffusion. The system realizes the organic combination of the atmospheric pollution diffusion model and the geographic information system, and completes the simulation of the atmospheric pollution diffusion of key sewage companies in Wuhan. The results of air pollution diffusion can be visualized to see the scope and extent of pollution. It can provide a strong guarantee for the prevention and control of air pollution.

Key Words：ArcEngine ；Atmospheric pollution diffusion model ；Geographic Information System

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.1.1大气污染物定义与分类 1

1.1.2大气污染物来源及危害 1

1.1.3我国大气污染现状 1

1.2大气污染扩散系统研究综述 2

1.2.1常用大气污染扩散模型 2

1.2.2大气扩散模型研究现状 2

1.2.3 GIS与大气扩散模型结合综述 2

1.3本文研究目标与内容 3

1.3.1研究目标 3

1.3.2研究内容 3

1.4研究技术路线 4

第二章地理信息系统及其开发平台概述 5

2.1地理信息系统概述 5

2.2 ArcEngine开发平台概述 5

2.3大气扩散模型与GIS的结合方式 6

2.3.1松散耦合 6

2.3.2紧密耦合 6

2.3.3完全集成 6

第三章 大气污染扩散模型 8

3.1 高斯扩散模型 8

3.1.1高斯扩散模型适用条件 8

3.1.2高斯烟团模型 8

3.1.3高斯烟羽模型 8

3.2高斯模型中参数确定 9

3.2.1大气稳定度等级确定 9

3.2.2确定扩散系数、、 10

3.2.3混合层高度确定 10

3.3影响大气污染物扩散因素研究 11

3.3.1风向风速 11

3.3.2污染源状态及泄露方式 11

3.2.3地面条件 12

3.2.4大气稳定度 12

第四章 基于ArcEngine的大气污染物扩散模拟系统设计与实现 13

4.1系统需求分析 13

4.1.1系统目标 13

4.1.2系统功能需求分析 13

4.2系统功能架构及总体设计 13

4.3系统功能模块设计与实现 14

4.3.1地图基本功能 14

4.3.2文件储存与读取功能 15

4.3.3 查询统计功能 16

4.3.4鹰眼图功能 16

4.3.5生成网格 16

4.3.6浓度计算 17

4.3.7计算结果可视化 17

第五章 系统核心功能测试 19

5.1地图基本功能展示 19

5.1.1系统主窗体及主要控件说明 19

5.1.2鹰眼图功能 19

5.2浓度计算及可视化功能 19

5.2.1生成网格 20

5.2.2浓度计算 20

5.2.3 计算结果可视化 21

5.3专题图生成 22

第六章 总结与展望 24

6.1 主要研究成果 24

6.2 未来展望 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1大气污染物定义与分类

大气污染物一般指人类生产生活所产生和排放到大气中的对人体或环境有害的物质，当浓度达到一定值时，会对人类身体健康或者自然环境造成巨大威胁。大气污染物的分类方式有很多种，按照大气污染物的来源可以分为一次污染物与二次污染物，一次污染物主要是由污染源直接排放到大气中的，如SO ₂、PM2.5、PM10、CO、NO₂等等，二次污染是指不是直接排放到大气中，而是由排放到大气中的污染物发生化学反应所形成的，最常见的有硫酸及硫酸盐气溶胶、臭氧、光化学氧化剂OX等。

1.1.2大气污染物来源及危害

大气的污染物的来源有很多，本研究主要针对城市大气污染进行扩散模拟，工业废气排放以及机动车尾气排放是城市大气污染的主要来源，其中机动车尾气排放由于机动车数量多，分布面广，个体排放量小，所以较工业废气排放来说，较难监测与预测，而工业排放排放量大，污染源固定，数据易收集，所以比较好监测以及预测模拟。

大气污染的危害主要为对自然环境的破坏与对人类身体健康的破坏，大气污染对自然环境的破坏主要是对动植物的危害，如工业废气排放导致的酸雨会腐蚀植物与建筑。大气污染对人类身体健康的危害主要有急性中毒、慢性中毒、致癌作用三种。急性中毒一般是在突发重大污染事件中会发生，比如1984印度帕博尔农药厂甲基异氰酸酯泄露，有毒气体扩散到大气中，造成严重大气污染，直接造成数万人死亡。慢性中毒一般是污染物浓度较低时，通过长时间作用于人体，破坏人体健康，最终导致发病，最常见的就是由雾霾引起的肺病。致癌作用是一种长期影响的结果，主要是污染物长期作用于人体，破坏人体细胞，诱发细胞癌变，最后会导致人的寿命大幅度下降。