环境空气质量系列专题地图制图方法研究

环境空气质量系列专题地图制图方法研究
李玮靓
【摘要】环境与发展是当今世界共同关注的重大问题。

目前我国经济正处于高速发展时期，随着经济社会的快速发展和城镇一体化进程的加快，空气污染问题日趋严重，对人体健康造成很大伤害，因此环境保护的重要性日益突出。

本文通过建立环境质量空间数据库，利用地理信息软件ArcGIS为基础平台，将环境空气质量监测数据与地理空间位置进行地理匹配，利用地理信息可视化技术，实现环境空气质量监测数据中各主要空气污染物的浓度时间分布的可视化表达，制作环境空气质量专题地图，有助于有效地从海量监测数据中发现有价值的信息，为环境保护部门提供决策参考依据。

%Environment and development are major issues of common concerns in today's world .The economy of China is in a period of rapid development ,with the rapid economic and social development ,to accelerate the integration process of urban air pollution problems have become more important ,causing great harm to human health and the importance of environmental protection have become increasingly prominent .Using GIS software ArcGIS‐based platform ,ambient air quality monitoring data and geospatial geographic location matching ,the use of geographic information visualization technology ,environment visualization of the major air pollutants concentration‐time distribution of air quality monitoring data ,the production of ambient air quality thematic maps to help effectively find valuable information from massive monitoring data ,and provide decision‐making reference for the environmental protection department .
【期刊名称】《现代测绘》
【年(卷),期】2014(000)006
【总页数】3页(P31-33)
【关键词】空气质量;专题地图;环境监测;分析应用
【作者】李玮靓
【作者单位】江苏省测绘资料档案馆，江苏南京210013
【正文语种】中文
【中图分类】P285
1 前言
党的十八大把生态文明建设纳入中国特色社会主义事业五位一体总体布局，提出大力推进生态文明建设，努力建设美丽中国，实现中华民族永续发展。

蓝天白云是人们对美丽中国最朴素的理解，治理大气污染是生态文明建设的重要任务。

大气环境质量能否改善，成为衡量生态文明建设成效的一个重要指标。

人民群众在解决温饱之后，对环境质量的要求更加迫切，呼吸清洁空气、感受温暖阳光越来越成为人们的新期待。

为了应对当前日益严重的大气污染问题，我国已建立起国家、省、市、县各级环境监测网，每天都获取了大量空气质量监测数据，而这些数据大都是以文字、数字形式展现，可视化程度不高，难以较为直观的表达数据信息和进行分析，专题地图具有一般文字和数字表达所无法比拟的形象性和直观性，因此在大气环境保护中要充分发挥专题地图的作用，直观展现数据的数量和质量特征，反映现象的时间空间发展变化和内在联系。

本文通过制作环境空气质量专题图，将这些监测数
据通过专题图进行表达，使之更加清晰、明了、直观。

2 专题地图制图数据获取与处理
2.1 专题地图数据处理方法
对获取的专题地图数据进行处理是专题地图制图的核心工作之一，是必不可少的环节。

专题地图数据的分类分级处理是数据预处理的重要方法，通常原始数据难以直观反映现象的规律性，而且地图的功能不仅要表示现象和空间分布，还要反映现象的性质、空间特征或动态变化等，因此可以通过对数据进行分级处理来简化数据，通过分类处理对相关数据进行合理的分类。

2.1.1 专题数据分级处理
数据分级处理的主要任务是选用适当的方法使分级之后的数据不仅满足专题制图的要求而且还能够准确客观的反映现象分布的规律性。

在进行分级处理时，最重要的是要找到关键的临界值，从而增强各级之间的差异性和同一级别域间的同质性，找出关键的临界值就是要确定分级数和分级界限。

确定分级数时要充分考虑地图的详细性、易读性和规律性，分级数越少，概括性越大，反之亦然；确定分级界限时要保持数据的分布特征且分级数据具有一定的统计精度。

2.1.2 专题数据分类处理
根据要素的质量特征分类，可以反映内容实质，数据分类主要有两个步骤，首先建立一个描述预订的概念集或数据类集的模型，然后利用模型进行分类。

在进行分类处理时，要顾及到地图比例尺的可能、考虑地图用途以及制图区域的特点，主要方法有系统聚类法、动态聚类法、判别分析方法、模糊聚类法等。

2.2 专题地图制图技术方法
在进行专题地图制图之前要确定地图的选题、内容选择和地图比例尺等；搜集、分析和评价制图资料，研究地图的内容特征；了解熟悉制图区域或制图对象的特点和分布规律；选择表示方法和拟定图例符号；确定制图综合的原则和编绘工艺，提出
地图编绘的要求和专题内容分类、分级原则等。

基于ArcGIS的专题图制作是一种比较常用的专题制图方法，制图步骤可以总结为五个阶段，分别是前期准备、数据采集输入、数据编辑处理、地图整饰和地图输出。

ArcGIS的专题地图制作功能十分强大，操作简单方便，可以根据用户需求制作出
精美生动的专题图，并且提供了点密度图、分级符号图、分级色彩图、统计图等供选择。

任何一幅专题地图基本上是由主题要素和底图要素两个层面构成，专题要素的基本表示方法主要有定点符号法、线状符号法、质底法、等值线法、范围法、点值法、等值区域法、分区统计图表法。

定点符号法——点状分布要素的表示方法，表示呈点状分布的物体，采用不同形状、大小和颜色的符号，表示物体的位置、性质和数量特征。

由于符号定位于物体实际分布位置上，故称为定点符号法。

定点符号分为几何符号如圆形、正方形、三角形，文字符号如名称缩写、汉语拼音字母，艺术符号如象形符号、透视符号。

线状符号法——线状分布要素的表示方法，用于表示呈现线状分布的现象，如河流、海岸线、山脊线、地质构造线等。

质底法——布满整个制图区域面状现象的表示方法，用于表示连续分布、布满整
个区域的面状现状。

如地质现象、土壤类型和土地利用现象等。

特点是无空白、无重叠、无交叉。

等值线法——布满整个制图区域面状现象的表示方法，用于显示地面和空间连续
分布且均匀渐变的现象，并能说明这种现象在地图上任一点的数值和强度。

如：地形起伏、气温、降水、地表径流等布满于整个制图区域的均匀渐变的自然现象。

等值线是表达专题要素数值的等值线的连线，如等高线、等温线、等降水线、等气压线、等磁线等。

范围法——间断成片状分布的面状现象的表示方法，可以用来表示如森林、沼泽、
湿地、某种农作物的分布和动物分布等。

范围法只表示现象的质量特征，不表示数量特征。

将现象的不同时期分布的范围相重叠，可以显示现象的发展。

特点是可重叠、有空白、有交叉。

点值法——是用一定大小、形状相同的点群，表示制图区域中呈分散的、复杂分
布现象的分布范围，数量特征和密度的表示方法。

点值确定的原则取决于比例尺和资料的详细程度，比例尺大，则点数多点值小，点值＝数量总和／点子数。

用点子的颜色区分现象的类别和质别，用不同颜色的点表示现象的发展变化，当不同区域密度差异过大时，对密度过大区可采用较大的点子。

等值区域法——用面状符号表示要素的分类特征，即用面状符号的色彩或图案表
示分级的各等值区域，通过色彩的同色或相近色的量度变化及晕线的疏密变化，反应现象的强度变化，主要应用于人口密度专题图、人均收入专题图、人均产量图等，缺点是无法反映单元内部的差异。

分区统计图表法——在制图区域的各个区划单位（通常以行政区为区划单位）内，按照其相应的统计数据，描绘不同形式的统计图表，以表示并比较各个区划单位现象的总和、构成及动态。

统计图表通常描绘在地图上相应分区内。

分区统计图表法只表示每个区域的现象总和，而无法反映现象的地理分布，因此它是一种非精确的制图表示法。

分区统计图表法大多用来显示现象的绝对数量指标，并可显示现象的内部结构和发展动态。

在制图时，区划单位越大，各区域内情况越复杂，则对现象的反应越概略。

可是分区也不能太小，否则会因为分区面积太小而难以描绘统计图表并表示其内部结构。

形式有定位图表法、分级比值法等。

3 环境空气质量专题地图制作实例与应用分析
3.1 基于空间数据库技术的环境质量专题地图制图实例
3.1.1 数据来源和获取
为了让市民更加直观地感受到当前的空气质量，南京市环保局建设了空气质量实时
发布系统，实时发布南京各区县空气质量和每日均值，从南京空气质量实时发布系统获取当天各区县空气质量数据，在南京的空气质量监测网点有六合雄州（郊区点）、浦口（国控点）、迈皋桥（国控点）、仙林大学城（国控点）、草场门（国控点）、山西路（国控点）、玄武湖（国控点）、奥体中心（国控点）、中华门（国控点）、瑞金路（国控点）、江宁彩虹桥（郊区点）、溧水永阳（郊区点）、高淳淳溪（郊区点）等13个监测点，记录所有监测点当天空气质量指数（AQI）
及各个空气污染物PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3的浓度值。

南京市空气质量监测点记录各个监测点监测数据，本文采用了4月中下旬五天的
监测数据，分别是4月16日、19日、24日、27日、30日。

3.1.2 专题制图
利用ArcCatalog建立南京空气质量数据库，在其下新建要素集命名为空气质量，并在要素集下新建五个要素类分别记录五天的监测数据，命名为W1、W2、W3、W4和W5。

导入地图数据，然后利用ArcMap，添加数据W1 到W5，在属性表中增加字段，并输入当天空气质量各污染物浓度指数平均值。

打开图层属性利用符号系统可以将各个空气污染物字段以多种形式进行可视化表达。

可以利用分级颜色变化表示的单个字段的分级比值法，以及利用点密度表示的点值法。

将各个污染物监测指数进行可视化表达可以利用柱状图法。

3.2 环境空气质量专题地图应用分析
在南京环境空气质量专题地图实例中，通过对数字数据利用专题图进行可视化表达，将数据更为直观地展现出来，如PM2.5、SO2、NO2等各种数据的浓度高低通过柱状图加以体现，为了提高地图的易读性，可以通过对各空气污染物浓度计算得出一个综合指数，评定出各地区空气质量的优、良、轻度污染、中度污染、重度污染，从而增加地图易读性，使大众对各地区环境空气质量一目了然。

以绿色表示空气质量为优秀，空气质量综合指数（AQI）范围是0 到50；黄色为
良，空气质量指数范围是51到100；橙色为轻度污染，空气质量指数范围是101到150；红色表示中度污染，空气质量指数范围是151到200；深褐色为重度污染，空气质量指数范围是201到300。

分析：可以直观的看出4月中下旬这随机选取的五天当中，空气质量最好的是4
月19日，且南部郊区空气质量为优秀，北部市区污染相对严重些，空气质量为良，4月19日前后几天均有降水，当天最高气温仅有15度，这也是空气质量比较好
的一个重要原因；4月30日空气污染最为严重，南部高淳县和中部下关、鼓楼、
建邺三区已经达到了中度污染的程度，且其他区县均有不同程度的空气污染，4月30日无降水，最高气温25度，且风力较弱，使得污染程度增大；其他三天空气
污染情况基本处于大部分地区良，少部分地区轻度污染，极少部分地区重度污染的状况。

总体来说，南京中部各区空气质量污染情况比较严重，这和多方面客观因素有关，南京中部经济发达区域人口流动性大，交通流量大，主干道拥堵情况较严重，导致上路机动车行驶速度缓慢从而排放尾气污染大气强度加大等多种因素导致污染程度较大，加之雨水少、天气干燥、气温高使某些天空气污染程度更加严重。

4 小结
计算机信息技术发展迅速，基于计算机技术的专题地图制图也得到了快速发展，制图数据存储和表达的分离以及快速成图过程，改变了传统制图中数据存储和表达为一体、地图内容表示方法都固定不变、用户只能被动接受信息等不利状况。

针对当前环境空气质量问题日益突出，要充分利用专题地图制图技术，相关的环保部门不应只纯粹是数据的发布提供者，还要对数据进行合理的可视化表达，在易读性、完整性等方面更加符合大众、更加人性，并提供详细的信息分析等。

本文将大气污染数据与地理信息相匹配，更加直观、清晰的将文字和数字数据表示在地图之上，展现不同时间段、不同地域下的空气环境质量，对大气环境现状分析和保护具有十分重要的作用，有利于提高人民生活水平和全社会的环保意识。

参考文献
1 刘凡俊.国内外专题地图制图现状和发展趋势［J］.煤炭地质与勘探，1991，19（6）：36－40.
2 曹亚妮，熊金华，张晓楠，冯长强.典型专题地图制图规律及模板研究［J］.地矿测绘，2011，27（4）：4－7.
3 王洪战，马燕燕，张振涛，王振.基于ArcGIS 的专题地图制作方法综合研究［J］.城市勘测，2008（4）：47－49.
4 刘方，王瑞斌，李钢.中国环境空气质量监测现状与发展［J］.中国环境监测，2004，20（6）：7－11.
5 杨乃.专题地图中专题要素表达手段的研究［J］.地理空间信息，2007，5（4）：102－105.
6 萨师煊，王珊.数据库系统概论（第三版）［M］.北京：高等教育出版社，2000.
7 边雪清，韩有文，王海芹.专题地图制图系统设计与实现［J］.测绘科学，2009，34（4）：165－169.
8 姜秋冬，程雄，王维莉，李卫.基于GIS平台的系列专题地图数据组织方法［J］.测绘信息与工程，2010，35（6）：44－48.
9 杨静，李云星.基于GIS的专题地图编制及其应用研究.测绘与空间地理信息，2009，32（2）：90－96.
10 廖小韵.专题地图表示方法的研究［J］.测绘通报，2005，（10）：53－55.
11 李观松.城市环境空气质量数据挖掘与可视化的研究［D］.山东大学，2007.
12 Shen Dayong，lin Hui，Gong Jianhua，ect.An Intelligent Agent Based on Virtual Geographic Environment System ［J］.Geo－Spatial Information Science（Quarterly），2004，7（Issue2）：113－116.。