RS与ArcScene支持下的环境污染源调查研究

彭 枫

（重庆市环境科学研究院，重庆 401147）

污染源是指造成环境污染的污染物发生源，通常指向环境排放有害物质或对环境产生有害影响的场所、设备、装置或人体，按属性可分为天然污染源和人为污染源。后者指人类社会活动所形成的污染源，是环境保护研究和控制的主要对象，也是目前环境保护工作中一项重要的工作内容。因此，了解一个区域的污染源现状具有极其重要的作用。传统中是利用人工实地调查，或者通过访谈等形式了解区域污染源状况。这种方式简单易行，但需要大量的人力、财力、物力，同时会占用大量时间，可谓事倍功半。随着空间技术和计算机技术的发展，遥感技术及其应用研究获得了空前发展，它以空间为信息获取平台，具有监测范围广、速度快、成本低，且便于进行长期动态监测等优势，此外还能发现用常规方法往往难以揭示的污染源及其扩散的状态［1］。一方面，遥感数据的获得更加便易和广泛（光谱分辨率和空间分辨率越来越高，波段越来越多，微波遥感实现了全天时、全天候的对地观测，高光谱遥感能够更精细地研究地物的光谱特性）；另一方面，遥感数据的处理也由早期的简单光学图像判读发展到了数字图像处理，由定性目视识别进入了定量建模反演，遥感应用也向着更广和更深的层次发展［2－3］。在成果的展示方面，传统的二维表达简单、对数据的信息量要求相对较低，因而展示结果并不形象、美观，有时甚至无法表达出一些特殊信息。三维形式的表达方式则可解决这一问题，能将成果直观、生动地表示出来，因而其运用越来越广泛［4］。

1 研究区简介及基础数据

研究区位于重庆市北部新区，该范围是以区域内人和空气环境自动监测点为中心，2 km为半径形成的圆形区域，总面积22.32 km2。区域内有人和、新牌坊等大型立交，照母山市级植物园，拥有工厂、企业及商品住宅小区、办公大楼等众多污染源，其污染形势不容忽视。

本文在研究过程中主要用到遥感影像和DEM两种基础数据，统一采用3度分带的Gauss投影。遥感数据采用2008年拍摄的航空相片，空间分辨率1 m；DEM数据比例尺为1：10 000，空间分辨率5 m。

2 污染源遥感调查

2.1 土地利用现状提取

污染源遥感调查，实质就是根据遥感影像所折射出的特征差异，根据解译精度的相关要求，提取出感兴趣的信息。本文在arc／info软件的workstation环境下，通过目视解译的方法提取区域内各种土地利用类型，解译过程中使用的土地利用分类标准见表1。

表1 研究区土地利用分类系统

根据以上土地利用分类标准，在室内解译与野外调查相结合的基础上，提取出研究区土地利用现状数据，结果见表2。

表2 研究区土地利用现状统计

2.2 污染源提取

根据土地利用分级标准中的含义可知，提取出的土地利用现状数据中，具备“污染条件”的用地类型有工业用地、住宿餐饮、商服用地、居民点和道路交通用地。其中有的工业用地可排放空气污染物，如SO2，NOx，颗粒物，有的能排放出水体污染物，如重金属、油类，致使水质COD较高；住宿餐饮、商服用地和居民点则主要存在废水排放问题，而道路交通主要是产生机动车尾气污染和噪声污染，严重影响空气质量，进而威胁人类生命安全。

虽然具备污染条件的用地类型并不一定是现实中真正的污染源，但污染源必然来源于这些具备污染条件的土地利用类型中。本文主要从宏观角度对污染源进行调查、展示，因此可简单地将具备污染条件的土地当作潜在污染源。因此，各种“污染源”的空间分布及其构成状况可大体折射出区域内的污染状况。将土地利用现状中的工业用地、住宿餐饮、商服用地、居民点和道路交通用地提取出来，作为区域内的主要污染源，其它用地类型作为非污染源。其空间分布状况见图1，各污染源构成情况见表3。

图1 研究区污染源空间分布

表3 研究区污染源构成情况

从表3可知，人和自动监测站周边2 km区域内污染类型最重的是机动车道路线源污染，主要包括道路的机动车尾气污染和车场（站）的噪声污染，其比例可达37%；其次是住宿餐饮、商服用地和城郊居民点这些具有形成潜在生活面源风险的生活源，其构成比例达26.91%；工业污染源占6.31%，仅从单位面积比例来看，这部分不是该区域的主要污染源。图1表明，监测点本身位于商服用地之中，周边主要用地类型是交通用地和住宿餐饮，工业用地在空间分布上相对较远，这与表3得出的结论一致。

因此，该区域内主要的污染物应该是机动车尾气污染及其伴随的噪声污染，其次是商业活动、人类生活产生的生活源污染。因而如何采取相应措施有效控制区域内机动车的尾气排放，科学、合理地布局大型生活污染型企业便成为这一区域内环境质量是否得以改善的关键所在。

3 数据成果三维表达

污染源数据给二维环境提供了相应的平面空间信息。然而，区域空气污染是一种非常复杂的现象，与地形、地貌、海拔高度等因子均具有非常密切的联系，仅了解其平面条件下的周边环境状况信息远远不够，必须掌握一些立体条件下的信息才可能去发现、解决相应的环境污染问题。

地理信息系统是空间思维工具，三维显示与分析一直是地理信息系统的重要功能。ESRI在其产品ArcInfo中首推TIN扩展模块，后在Arc View GIS3.x上也推出3D Analyst扩展模块，都是GIS中三维功能的经典之作。ESRI面向ArcGIS桌面系统（Arc View、ArcEditor、ArcInfo）推出了 ArcGIS三维分析扩展模块（ArcGIS 3D Analyst），其核心是ArcScene，构筑在COM架构上，为实现三维显示与分析提供了非常灵活的手段。

AreScene是一个适合于展示小范围内三维精细场景刻画的平台［5－8］。本项目在此平台中，利用DEM数据，将数据成果进行三维表达。在ArcS－cene中这主要是通过合理设置相关参数来实现，其中最重要的两个参数是Base Heights和Extrusion，两者共同决定其最终显示效果。Base Heights主要设置各种污染源的基础高程，相当于对各污染源图斑进行“绝对高度”的设置。此处该值通过与土地利用现状数据精确匹配的DEM数据进行自动获取；Extrusion一项是实现数据的拉伸效果，类似于设置各污染源图斑的“相对高度”。此处它通过存贮于污染源数据中具有类似Z值属性的“楼高”字段获取，各污染源用地类型的楼高取值见表4。

表4 各污染类型建筑物楼高取值

表4中的取值是通过行业经验估算得到，代表的是一般情况，要表现真实效果，需要取得它们的真实高度值，可通过国土或规划相关部门获取，或野外实地调查。

根据以上参数值，污染源数据在ArcScene中三维展示结果见图2。

图2 研究区景观三维表达（拉伸效果）

由图2可见，将污染源信息通过三维形式在空间展示出来，具有非常形象、生动且美观的效果。更重要的是，这种表达形式可使用户对于区域内地形条件、污染源的空间布局等一目了然。由图可知，监测点周边有一大型交通枢纽，即人和立交，这里将会长期性地大量产生机动车尾气污染。但其周边环境却并不利于空气的扩散，因为它周边分布有住宿餐饮这类高楼，将机动车产生的尾气包围起来，进而慢慢向附近的居民小区扩散，因而区域内的空气质量不可能很好。该点长期的空气质量监测数据也证实了这一结果的正确性。

由此可知，数据成果通过三维形式进行表达，可以为了解区域内污染物的扩散条件，分析大气污染的影响范围、发展趋势，解释相关空气环境问题等提供一些二维表达环境下无法提供的信息，充分体现了它在空间数据挖掘方面的潜力和价值。

4 结 论

本文选取一个自动监测站点为中心、半径2 km的圆形区域为研究示范，通过航空影像（航片）获取其土地利用现状数据，快速、准确地掌握了区域内污染源的空间分布信息，充分体现了遥感技术在污染源调查中的优势。

在成果数据展示方面，通过 ARC／INFO的ArcScene环境，对成果进行了3D表达，一方面充分体现了它的形象、直观、美观的特点，使得成果更易于用户接受；另一方面，三维表达也表现出其空间数据挖掘方面的潜力，使用户能够获取更多2D表达环境下无法提供的空间信息，充分反映了它在环境管理中的潜力和巨大价值。

［1］孙 震，苏尚典，益建芳，等．遥感综合技术在城市环境监测中的作用［J］．测绘与空间地理信息，2006，29（2）：92．

［2］覃志豪，Zhang M，Karnieli A，et al．用陆地卫星TM6数据演算地表温度的单窗算法［J］．地理学报，2001，56（4）：456－466．

［3］覃志豪，Zhang M，Karnieli A．用NOAA－AVHRR热通道数据演算地表温度的劈窗算法［J］．国土资源遥感，2001（2）：33－41．

［4］蒋波涛，李建成．三维GIS在国土信息可视化中的运用研究［J］．测绘与空间地理信息，2006，29（1）：18－23．

［5］连 健，李小娟，赵文吉，等．基于ArcScene的三维可视化系统设计与实现［J］．地理空间信息，2008（1）：83－86．

［6］黄 桦，吴建平．基于ArcScene的建筑物日照分析模块的设计与实现［J］．测绘与空间地理信息，2008（1）：86－89．

［7］俞 锐，黄 阳，张 军，等．一种基于ArcScene平台的城市生活垃圾填埋场堆体温度场信息系统［J］．市政技术，2004，22（2）：120－125．

［8］刘海义，王贵林，姚 鑫，等．一种快速的矿床空间三维模型的建立及可视化方法［J］．矿山测量，2007（1）：57－59．