ArcGIS在城市交通污染分析中的应用

　第15卷第3期　2006年6月

系统工程理论方法应用

SYSTEMSENGINEERING-THEORYMETHODOLOGYAPPLICATIONS

Vol.15No.3　

Jun.2006　

　　文章编号:100522542(2006)0320270205

ArcGIS在城市交通污染分析中的应用

侯立文1,　谭家美2,　蒋　馥1

(1.上海交通大学安泰经济与管理学院,上海200052;2.上海海事大学交通运输学院,上海200135)

【摘要】介绍了ArcGIS在城市交通污染分析中的作用,并根据机动车尾气排放模型和扩散模型,构建了基于ArcGIS的城市交通大气污染分析系统框架,最后指出了ArcGIS在城市环境污染监测和管理体系中的重要地位。

关键词:交通污染;扩散模型;地理信息系统中图分类号:U491　　　文献标识码:A

ApplicationofArcGISiAnalysis

NJia2mei,　JIANFu

1

2

1

(1.AntaioficsManagement,ShanghaiJiaotongUniv.,Shanghai200052,China;

2.lTransport&Communications,ShanghaiMaritimeUniv.,Shanghai200135)

【Abstract】ThispaperfirstgivesabriefintroductionofArcGIS,anditsapplicationinurbantrafficpollu2tionanalysis.Thenbasedonautomobileemissionmodel,dispersionmodelandArcGISfunction,asystemframeworkisestablishedconcerningurbantrafficpollutionanalysis.Finally,theimportanceofArcGISispointedoutinurbanenvironmentpollutionmonitoringandmanagement.

Keywords:trafficpollution;emissionmodel;geographicalinformationsystem(GIS)　　城市在发展过程中会占用相当多的农田、水域或绿地,也会带来交通出行需求和运输需求的快速增长,由此引发了城市环境容量下降,交通污染增加(本文主要指机动车尾气污染)。表1显示了世界部分大城市的大气污染情况,而这其中,交通污染是首要问题。

　　根据联合国公布的数据,机动车尾气污染已成

表1　世界部分城市大气污染情况表人口与污染物人口 万人悬浮颗粒 m3

SO2 m3NO2 m3

为城市的主要污染源。在上海市,机动车尾气和噪声已成为上海中心城区的主要污染源。据监测分析,上

海市中心城区大气中机动车排放的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物的分担率分别达到87%、97%和74%,已成为影响上海大气环境质量的主要因素。表2所示为世界部分大城市机动车尾气污染占大气污染的百分率。

伦敦

764.0-2577

北京

1223.437790122

上海

1306.62465373

广州

674.129557136

东京

2695.9491868

纽约

1633.2-2679

巴黎

952.3141457

柏林

331.7501826

米兰

425.17731248

墨西哥

1652.227974130

　　注:据世界银行统计资料(1998年)

收稿日期:2004206216　　修订日期:2005208229

基金项目:国家自然科学基金资助项目(70501020);上海市哲学社会科学资助项目(2004BZH005)作者简介:侯立文(19722),男,博士,副教授。主要从事交通信息系统分析和系统仿真研究。

　第3期

侯立文,等:ArcGIS在城市交通污染分析中的应用

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表2　部分城市机动车尾气排放污染物分担率(%)

美国

COHCNOx

8258488

日本

94.667.169-

德国

6539559.4

北京

637446.0-

上海

869656-

重庆

79.54277-

广州

88.89179.3-

将基于相同地理环境下的不同属性特征层进行叠加,分析各特征的综合影响

。

微粒

　　机动车污染虽然属于移动污染,但在城市道路和交叉口周围,机动车尾气污染的浓度远远大于城市其他区域,形成城市中污染物浓度较高的走廊地带。这种由城市交通带来的污染对人们健康的影响是相当严重的,但遗憾的是,目前的研究多数还只是立足于单纯的定量或定性的数据分析,而对于以现实地理环境、人居环境为背景的城市交通系统整体分析研究还比较欠缺,还不能形成污染分布及其影响的整体评价体系。

　　本文借助于美国环境系统研究所(mentSystemResearchInstitute,I)rcGIS图1,因而交,空间信息及其他,是海量数据,而ArcGIS的产品rcSDE可提供对这些海量数据的有效管理,搜集、

价,,而不是孤立地看待污染这一现象,供切实可行的参考依据。

整理交通污染源的空间位置信息、特征信息以及各

种污染因素的主要污染物、扩散范围等,建立起空间地理信息数据库。同时,ArcSDE采用的是C S体系结构,因而支持大量用户并发地对同一数据进行操作。

为了研究机动车的尾气排放及扩散情况,需要对排放和扩散的特征进行描述和预测,由于Nicho2son箱式模型的修正形式和Vohnson模型就是针对交叉口和路段污染特征而建立的,故作为以下排放分析的理论基础。

对于污染的扩散,由于在平坦地形上,一条平直繁忙的道路可看作一无限长线源,污染物在横风向产生的浓度处处相等,而一无限长线源又可看成是由无限多个点源组成的,线源产生的浓度相当于其组成点源在该线源长度上的积分。因此,通过对点源扩散的高斯模型进行积分,便可获得线源扩散模型。

下面利用ArcGIS,根据所选取的污染物排放和扩散模型,详细分析和说明城市某一交通区域的污染状况。

1　ArcGIS功能特性与污染模型选取

下面将针对路网中路段和交叉口的不同特性,选择相应的交通污染排放和扩散模型,再结合Ar2cGIS中与交通污染分析密切相关的部分功能,对某

一交通区域进行综合分析。

由于ArcGIS可以将交通流模型、交通分配模型、机动车尾气排放模型、扩散模型以及相关的空间和属性数据整合,并使得城市交通污染的空间分布、分析与评价可视化,并且更直观生动,因此是进行环境分析评价的有效工具。同时基于Internet的Ar2cGIS提高了数据共享程度,使任何网上用户和部门可以及时准确地获取地理信息,进行基于位置的查询分析。另外,为方便政府管理部门规划与管理决策,ArcGIS可以提供动态实时的交通污染状况分析报告,并且还能根据所积累的数据进行中长期预测,这对城市的整体发展规划极为重要。

本文的研究主要是基于ArcToolbox进行的,它不仅用于确定地理要素之间的关系,而且还能作为空间分析(3DSpatialAnalysis)的工具,如在缓冲区分析中,就是根据地理空间已构成拓扑结构的点、线、面实体,自动建立其周围一定范围内的缓冲区多边形,如图1所示。叠置分析也是一种空间分析,它

2　城市交通区域污染分析

2.1　步　骤

　　目前,从整个路网角度研究交通污染状况的文献还较少[3],而在国际上也才开始运用SCOOT区

域交通控制系统估算车辆的排放物,系统的运行需要实时快速传输数据,以保证分析结果的实时性[4,5]。本文利用ArcGIS缓冲区分析和叠置功能,以及机动车尾气排放和扩散模型,说明城市交通污

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　　　　系　统　工　程　理　论　方　法　应　用

第15卷　

染的分析评价步骤,并设计出基于ArcGIS的城市交通污染分析评价与控制管理系统框架(见图2)

。

图4图2　基于ArcGIS的城市交通污染分析评价与

控制管理系统框架图

　　(5),绘制污染扩散缓,,,,如氮氧化物、硫氧,,,如图5所示

。

　　分析评价步骤:

(1)在ArcMap下绘制、

()(实线),取属性要求包含的要素有:道路编号,宽度,等级,路名,道路通行能力,如图3所示

。

图5　 …… 此处隐藏：6250字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……