基于Google Earth的江蘇省空氣質(zhì)量監(jiān)測平臺的建立與應(yīng)用.docxVIP

基于Google Earth的江蘇省空氣質(zhì)量檢測平臺的建立我國的空氣質(zhì)量監(jiān)測始于年，隨著監(jiān)測系統(tǒng)的逐步完善，監(jiān)測工作進入了長期、連續(xù)的系統(tǒng)化過程?？諝赓|(zhì)量與人們的日常生活息息相關(guān)，尤其對于患有哮喘類疾病及敏感性體質(zhì)人群來說，能方便快捷地獲取可靠的空氣質(zhì)量信息，有利于他們更好地安排工作和生活。隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）和遙感系統(tǒng)（RS）技術(shù)的發(fā)展，直觀顯示實時監(jiān)測數(shù)據(jù)成為可能。2005年6月，美國 Google公司推出了免費的全球地理信息系統(tǒng)搜索軟件Google Earth，能實時地為用戶提供全球衛(wèi)星影像（有效分辨率至少為100 m，通常為30 m）。筆者嘗試利用Google Earth和江蘇省環(huán)保廳提供的空氣監(jiān)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建能將實時監(jiān)測資料以三維形式表達的平臺。材料和方法1材料1.1系統(tǒng)軟件Google Earth 6.0簡體中文網(wǎng)絡(luò)安裝版，要求系統(tǒng)最低配置：CPU：600MHz，硬盤剩余空間：400MB，內(nèi)存：256MB，顯卡內(nèi)存：16MB，屏幕分辨率：1024768，32位顏色質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：128Kbps（寬帶）。1.2數(shù)據(jù)庫本系統(tǒng)選擇Excel作為數(shù)據(jù)庫管理平臺。數(shù)據(jù)庫包括監(jiān)測點經(jīng)緯度、基本情況說明（可選）、監(jiān)測數(shù)據(jù)三個部分。本平臺的目的表達監(jiān)測數(shù)據(jù)為當(dāng)日及前后各一天監(jiān)測的API指數(shù)、空氣質(zhì)量級別、主要污染物、空氣質(zhì)量狀況、活動指數(shù)、健康指數(shù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖12方法2.1軟件安裝Google Earth 6.0簡體中文網(wǎng)絡(luò)安裝版必須在連接網(wǎng)絡(luò)的情況下進行，整個安裝過程需20分鐘左右。2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)操作平臺的結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入、實時更新、用戶讀取等3個部分，如圖3所示進行構(gòu)建。圖22.3Google Earth平臺構(gòu)建理論上，監(jiān)測數(shù)據(jù)實時更新是通過KML中的標簽來實現(xiàn)的，但實際上筆者沒有調(diào)用監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的權(quán)限，因此數(shù)據(jù)的更新是通過手動修改本地數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)。這里列出兩種方法的思路。2.3.1直接使用Google Earth進行操作Google Earth支持兩種類型的地標文件，一種是KML文件，一種是KMZ文件。KML 是一種XML描述語言，用來描述和保存地理信息如點、線、圖片、折線并在Google Earth 客戶端之中顯示。程序員可以通過簡單的幾行代碼讀取出地標文件的內(nèi)部信息，并且還可以通過程序自動生成 KML文件，因此，使用KML格式的地標文件非常利于Google Earth應(yīng)用程序的開發(fā)。KMZ是Google Earth默認的輸出文件格式， 是一個經(jīng)過ZIP格式壓縮過的KML文件。KMZ文件的自身能夠包含圖片，可以不依賴引用網(wǎng)絡(luò)上的圖片1。監(jiān)測點經(jīng)緯度獲取實際工作中，監(jiān)測點是以市（縣、區(qū)）名來命名，其經(jīng)緯度可以當(dāng)?shù)刂行慕?jīng)緯度代替。Google Maps提供查詢地點的經(jīng)緯度信息，具體方法如下：1. 登錄Google Maps網(wǎng)站（），在搜索欄里鍵入地名，回車；2. 在瀏覽器的地址欄中鍵入代碼“”2，回車；3. 彈出的窗口中即為所查詢地點的經(jīng)緯度。地標的建立打開Google Earth，在主界面點擊“添加地標”，填寫監(jiān)測點代碼或名稱以及經(jīng)緯度，選擇地標類型和顏色（例如以淡黃色為基本色，顏色逐漸加深表示等級增高，紅色為最高等級），點擊確定完成地標建立。說明文字的編寫選中監(jiān)測點地標，右鍵選擇說明，填寫所要表達的內(nèi)容。例如：監(jiān)測點名稱當(dāng)日監(jiān)測結(jié)果API指數(shù)：API空氣質(zhì)量級別：level主要污染物pollution matter活動指數(shù)：activity index健康指數(shù)：health indexKML文件生成監(jiān)測點數(shù)據(jù)輸入完畢后，選擇“我的位置”，右鍵選擇“將位置另存為”，保存為KML文件。KML文件發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)連接的狀態(tài)下，直接在Google Earth中打開KML文件，點擊各監(jiān)測點地標符號，所有人便能觀察到各監(jiān)測點相應(yīng)的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)。2.3.2直接編寫KML根據(jù)圖1所示的監(jiān)測數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的KML文件結(jié)構(gòu)如下：圖3根據(jù)KML指導(dǎo)手冊說明，可以直接使用記事本編寫代碼。主KML文件示例：圖4昨日監(jiān)測數(shù)據(jù)KML示例：圖53實際操作根據(jù)2011年5月8日-2011年5月11日江蘇省13個地級市監(jiān)測點的資料，包括監(jiān)測點經(jīng)緯度、基本情況說明、API指數(shù)、空氣質(zhì)量級別、主要污染物、空氣質(zhì)量狀況、活動指數(shù)、健康指數(shù)等數(shù)據(jù)，將結(jié)果按級別進行發(fā)布，用戶通過異地讀取發(fā)布的結(jié)果，驗證表達平臺的清晰度和直觀性，評價操作平臺的可操作性和即時性。結(jié)果1數(shù)據(jù)庫在全省共有13個地級市監(jiān)測點，地標數(shù)據(jù)庫如表1所示。ID監(jiān)測點經(jīng)緯度1南京32.060255,118.7968772蘇州31.298886,120.5853163無錫31.566145,120.3030274徐州34.20475,117.2840675常州31.810077,119.9744546南通31.979997,120.8943247連云港34.596544,119.2212828淮安33.61036,119.0152889鹽城33.347378,120.16356110揚州32.39421,119.41296611鎮(zhèn)江32.199147,119.4572212泰州32.455778,119.92311613宿遷33.961994,118.275497表12表達效果討論1Google Earth作為平臺的優(yōu)缺點Google Earth操作簡便快捷、 圖文直觀清晰、有網(wǎng)絡(luò)資源共享優(yōu)勢，已經(jīng)成為新一代GIS平臺的首選，可以看到目前很多國外公共衛(wèi)生研究使用Google Earth追蹤疾病情況、探索疾病傳播模式，如Saul Lozano-Fuentes等建立登革熱決策支持系統(tǒng)3、等研究H1N14、Raoul Kamadjeu追蹤polio病毒5，都利用了Google Earth作為GIS工具。隨著Google Earth API接口的豐富，其二次開發(fā)能力也將越來越強大。就本項目而言，使用Google Earth表達數(shù)據(jù)有兩個層面的優(yōu)勢：其一，對于家庭（個人）或健康從業(yè)者，能夠方便、直觀的了解空氣質(zhì)量信息，可以更有針對性地調(diào)整工作或生活計劃，避免潛在的健康風(fēng)險；其二，空氣質(zhì)量往往在突發(fā)狀況發(fā)生前會有劇烈變化，因此實時數(shù)據(jù)的提供利于對突發(fā)（自然災(zāi)害）事件進行預(yù)警、計劃和應(yīng)對，同時地圖化后的數(shù)據(jù)也可為其他部門（如防火部門）所用。但同時要注意的是，Google Earth畢竟不是專業(yè)的GIS軟件，也存在如下缺點：一、數(shù)據(jù)錄入功能不夠友好，效率不高、操作繁瑣，無法滿足輸入海量數(shù)據(jù)的需求；二、缺少象ArcGIS那樣專業(yè)的GIS軟件對數(shù)據(jù)進行深入的查詢、對比、分析、篩選、統(tǒng)計等方面的功能；三、Google Earth很多景幅之間存在著細微的銜接誤差。對某個基于Google Earth的項目，應(yīng)分別對各個景幅作相應(yīng)的誤差校正處理，消除所有偏移現(xiàn)象6。除卻技術(shù)上的缺陷，使用Google Earth還應(yīng)注意信息安全問題。Google Earth特色性的衛(wèi)星影像，也是對信息安全造成威脅的主要隱患。首先，Google Earth提供的影像在部分地區(qū)具有較高的分辨率，某些地區(qū)的分辨率甚至達到分米級，這使得國家重要設(shè)施和軍事活動的保密性大大降低；其次，Google Earth還為用戶提供了標注功能，網(wǎng)民的貢獻能使毫無標注的衛(wèi)星圖片在極短的時間里變成信息豐富的地圖，從街道名稱到樓房主人都能迅速被標注，具有保密性質(zhì)的軍事設(shè)施也不例外，這對國家安全或個人隱私來說都是更大的威脅7。因此，在使用Google Earth的過程中，我們要注意采取科學(xué)的安全措施，避免泄密。2平臺建立的關(guān)鍵技術(shù)2.1數(shù)據(jù)實時更新系統(tǒng)結(jié)構(gòu)理論上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示：圖6根據(jù)此結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫實時讀取數(shù)據(jù)，實時更新KML文件，最終在Google Earth的地標上顯示出即時數(shù)據(jù)。但實際操作中，因為沒有讀取該數(shù)據(jù)庫的權(quán)限，因此無法做到真正的實時更新。2.2KML更新事件順序根據(jù)Google提供的KML開發(fā)人員指南可知，KML更新事件的順序如圖7所示：圖7具體步驟解釋：1.將原始的KML 文件加載到 Google 地球中。以后要更新的元素需在首次指定時明確定義一個ID，此ID 在指定文件中必須是唯一的。2.另一個加載第二個KML文件，該文件含有對已加載的KML對象的更新（包括更改、創(chuàng)建和刪除的任何組合操作）。此更新文件包含標識原始 KML 數(shù)據(jù)的兩個引用：3.為了能夠在Google地球中查找對象，Update元素會使用targetHref元素來標識定義了要修改對象的原始文件；而為了標識要修改的對象或新對象的容器，更改、創(chuàng)建和刪除元素會包含引用這些對象ID的targetId屬性8。3改進除了上述提及的因?qū)嶋H操作條件所限而未能完成的真正意義上的數(shù)據(jù)實時更新，本平臺還存在諸多有待改進之處。目前此平臺的可視化效果還只是停留在最基礎(chǔ)的階段，實際上Google Earth幫助中心提供的KML開發(fā)人員指南中，還提及了很多高級技巧，例如利用時間戳標簽（）制作動態(tài)地圖。在有一定數(shù)據(jù)支持的基礎(chǔ)下，動態(tài)衛(wèi)星地圖顯然更加強可視化效果，尤其便于即時發(fā)現(xiàn)異常天氣狀況，為突發(fā)事件做好應(yīng)急準備。參考文獻：16Google Earth及其應(yīng)用展望2http:/3 Use of Google Earth to strengthen public health capacity and facilitate management of