基于GIS的城市环境质量评价系统的设计

第２３卷第４期　２００９年７月　山东理工大学学报（自然科学版）　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖ０１．２３　Ｎｏ．４　

Ｊｕ１．２００９　

文章编号：１６７２—６１９７（２００９）０４—００５０—０３　

基于ＧＩＳ的城市环境质量评价系统的设计　

柏　云　，孙　勇　（１．山东理工大学建筑工程学院，山东淄博２５５０４９；　２．山东理工大学计算机科学与技术学院，山东淄博２５５０４９）　

摘　要：针对城市环境质量评价需要解决的问题，采用多层次模糊综合评判模型作为评价方法，确　定了较为实用的Ｆｕｚｚｙ—Ｇｒｅｙ模型。提出了城市环境质量评价系统的总体设计方案，并介绍了主要　模块功能的设计．　关键词：环境规划；ＧＩＳ；城市环境质量评价系统　中图分类号：Ｘ８２０．２　文献标识码：Ａ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｕｒｂａｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｉｎｇ　ｏｎ　ＧＩＳ　ＢＡＩ　Ｙｕｎ　，ＳＵＮ　Ｙｏｎｇ。　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｉｂｏ　２５５０４９，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｉｂｏ　２５５０４９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉ—ｌｅｖｅｌ　ｆｕｚｚｙ　ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌ　ｊ　ｕｄｇｅｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｕｒｂａｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ．Ａ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｐｌａｎ　ｆｏｒ　ｕｒｂａｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｓ—　ｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｊ　ｏｒ　ｍｏｄｕｌｅｓ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｐｌａｎｎｉｎｇ；ＧＩＳ；ｕｒｂａｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　

城市环境质量评价是现代城市管理的重要手段　之一，通过城市环境质量评价，可为制定城市发展建　设规划提供环境质量基本信息，为城市环境规划提　供科学的依据，对搞好环境管理、制定环境对策、开　展城市环境综合治理具有重要的指导意义＿１］．本文　开发的城市环境质量评价系统，解决了以往手工难　以完成的大量繁琐的计算问题，大大地提高了环境　质量评价工作的效率，减轻了工作人员的工作量，实　现了环境工作的自动化，为信息资源共享提供了有　力支持　．　１　城市环境质量综合评价的方法及数　学樟犁　进行环境质量评价首要的问题是正确认识环　境，选择评价因子，计算各因子在评价中的权重系　数．本文采用多层次模糊综合评判模型作为评价的　收稿日期：２００９一Ｏ１—１８　作者简介：柏云（１９６９一），女，副教授，硕士．Ｅ—ｍａｉｌ：ｂｙ６６＠ｓｄｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ　方法，该方法在城市环境质量综合评价中应用具有　较大的优越性．首先它能使无法用准确数字描述的　因素参加运算，大大增加了评价中的信息，且能达到　常规指数法和叠加法无法达到的效果，具有可比性　功能口］．其次模型简单，易与其他图形和数据库软件　包相连接．并且从灰色局势的原理出发，在多目标综　合评价决策矩阵中得出最佳局势，以确定城市环境　质量的评价级别．由此导出了较为实用且适合计算　机解决的Ｆｕｚｚｙ—Ｇｒｅｙ模型．　

２　ＧＩＳ在系统中的应用　在进行环境问题的研究和对环境进行管理的过　程中，涉及面广，处理的数据量大，而且这些数据均　具有明显的地理空间特征嘲，因此要解决好环境问　题，就必须解决如何处理数量庞大具有地理空间特　第４期　柏　云，等：基于ＧＩＳ的城市环境质量评价系统的设计　５１　点的数据问题．ＧＩＳ（地理信息系统）技术正好具有　这方面的优势，利用ＧＩＳ成熟的技术，可以将信息　数据叠加到电子地图上，并能使地图对象与数据库　中的数据建立连接关系，实现地图与数据库的双向　查询；利用ＧＩＳ技术，可将数据库的信息进行直观　的、可视化分析，为系统的开发提供有力的技术支　持　］．ＭａｐＩｎｆｏ就是这样一个功能强大、全面直观的　桌面地理信息系统．本系统在ＭａｐＩｎｆｏ外部建立分　析模块，在ＭａｐＩｎｆｏ和分析评价软件之间增加数据　交换接口，使得分析数据及相关影响因素和分析结　果能在ＭａｐＩｎｆｏ中以各种简单和复合的图形形式　显示出来，即ＧＩＳ外挂分析模块　］，将二者有机结　合进行评价．　

３系统研制所采用的方法　城市环境质量评价系统是一项以计算机技术、　ＧＩＳ技术、环境质量评价技术为基础的系统工程，是　涉及多领域、采用多技术，寻求多目标的复杂系统，　采用单一的方法无法解决该系统所面对的各种具体　问题，必须采用系统工程的技术与方法．在该系统的　开发中，采用软件工程中的生命周期法进行系统的　分析与设计，采用原型法和面向对象的方法进行系　统实施　Ｊ．　

４城市环境质量评价系统的功能设计　４．１　系统功能模块的划分　在系统总体设计思想与设计原则指导下，根据　建立的数学模型，通过对现有手工原型系统的分析　与总结，导出城市环境质量评价系统的数据流图（图　１）和相应的功能模块图（图２）．　从图１数据流图可以看出，在城市环境质量评　价系统中，数据流形式的衔接比较紧密，自然的将数　据流图转化为相应的功能模块图（图２）．　４．２系统功能模块设计　城市环境质量评价系统的工作流程是首先输入　评价数据；然后依据评价标准，按照数学模型进行相　应的计算、评价；最后，将评价结果以地图化形式输　出．由此可见，贯穿整个系统的是数据，它起着重要　的作用．故此，在城市环境质量评价系统模块的研制　中，存在以下有关数据的技术特点和要求：　数据以数据库的形式组织、存放，数据库中　８０　的数据表是动态产生的．　

原始污　染数据　城区（监测　

点）名称　

定污染数据　

各城区污　染数据　

计算隶属度　

分类标准原始数据　ｌ确定分类标准ｌ　蓍擘　笔／ｊ——　子　／　数据集合　

分类标　准数据　

确定各城区评价因子Ｉ　．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．　ｌ城区评价　

因子数据　＿－。。。。。　●　＿。。。。●　。。。－。。。。’＿。。＿。。。。　一　确定比较矩阵　ｌ　

－－——－－－－－－・－—－－－－・－—－—－—－－－－・—－－－－－－　Ｉ比较矩阵数据　

——　Ｌ——一．　

计算判断矩阵　ｌ　－－－－－－－－－－－－－－－－－—－－－－—－－——－－－－－－－－－－・－－－－　ｌ判断矩阵数据　

隶属度数据１　Ｊ　计算权重、检验　

判断环境质量等级，各　城区环境质量比较　

质量等级数据　

绘制专题地图ｆ　———ｒ　Ｉ图形结果　

广一　Ｌ—＿＿、　

输出评价结果ｆ　

图１系统流图　

等级映射向量　监测点（城　区）地图　

确输输输确确计　定人人人定定算　分城污城评比判　类区染区价较断　标名数地因矩矩　准称据图子阵阵　

结　绘　曩　挈　

射　题　地　地　

图　图　

图２功能模块　数据必须保持一致．　

数据的修改必须可靠．　尽量减少用户的工作量（输入、修改数据），保证　友好的用户界面．　下面对几个主要的功能模块作简要介绍：　４．２．１　计算判断矩阵模块　本模块的主要功能是：（１）自动计算并得出相应　的判断矩阵；（２）根据一致性检验结果，可对判断矩　阵进行修正．其相应的技术特点是：先自动计算；然　

判断质计算决¨　隶一致性计算机５２　山东理工大学学报（自然科学版）　后的检验模块，若矩阵一致性得不到满足，可返回此　模块，选择合适的修正系数，对判断矩阵进行修正．　修正方式分为两类：一是整体调整，即对所有判断矩　阵选择同一修正系数，一次性进行修正；二是个别调　整，对某城区（监测点）某一因素集的判断矩阵，选择　修正系数进行修正．　４．２．２计算权重模块　本模块的主要功能是：计算各城区每个因素集　的权重系数，以　４．２．３计算隶，　和用　亏染数据乳查分类标准表，确定该　亏染数据的　所属区间　，　１　援Ｆ式计算碍刽每个凼于的累属腰向量。　』，一盘　”　Ｉ　６　１—６　（６　≤　＜６　＋１）　ｒ　Ｉ　一　（６　≤　１）　｛　Ｉ　１　）　将该因子集中所有因子的隶属度　向量组成隶属度矩阵　将该因素集的权重向量ｗ．乘以其隶属度矩阵，得到　该因素集的决策向量　将污染决策向量、社会决策向量、美学决策向量合　并为矩阵Ｐ　本模块的主要功能是：（１）根据污染数据计算各　因子在相应的分类标准上的隶属度；（２）由隶属度和　权重计算得到综合决策矩阵；（３）由最佳局势确定各　城区的环境质量等级；（４）由等级映射向量和综合决　策矩阵计算得到各城区质量比较结果．　本模块的过程繁琐且计算量非常大，故在程序　设计过程中，特别注重代码的可重用性，其相应的程　序流图如图３所示．　

图３程序流图　４．２．４　地图化的评价结果　本模块的主要功能是：按照城市环境的质量评　价结果，绘制环境质量评价专题地图，用于输出图形　化的评价结果．　在本模块中，利用Ｍａｐｂａｓｉｃ对Ｍａｐｉｎｆｏ进行了　二次开发，工作流程如图４所示．　

５结束语　经过实例测试，本系统获得较为满意的效果．但　是仍有很多方面可以改进，如：增加专家决策系　统口］，根据不同的评价结果，提出合理化的专家建　议，进一步提高环境管理工作的自动化水平；进一步　加强与ＧＩＳ的有机结合，利用ＧＩＳ中建立缓冲区的　功能，确定污染源的影响范围，预测环境污染的发展　趋势，以便于控制城市环境污染、治理重点污染源，　

用二级权重系数明　以矩阵Ｐ，得到该　城区的决策向量　

将所有城区的决策向量合并，得到该城　市综合决策矩阵　

找出综合决策矩阵中每行的最大值。即　可得到各城区的评价级别。　

用综合决策矩阵乘以等级映射向量，得到　各城区质量综合评价值。　

对各城区的综合评价值进行排序。　ＥＮＤ　

利用扫描仪输入城区（评价点）地图　打开城区（评价点）栅格地图、配准　对城区地图进行屏幕数字化。　对城区地图信息化　接收城区环境质量评价结果数据　ｌＩ　根据评价结果绘制专题地图　●　Ｉ对城区环境质量评价进行查询及分析　

图４工作流程图　为城市的可持续发展与环境保护做出更大贡献．　（下转第５７页）