畢業(yè)論文-GIS技術(shù)在危險(xiǎn)化學(xué)品擴(kuò)散模擬中的應(yīng)用

1、PAGE 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目 GIS技術(shù)在危險(xiǎn)化學(xué)品擴(kuò)散模擬中的應(yīng)用學(xué) 號 姓 名 系 隊(duì)專 業(yè) 指導(dǎo)教師 二一年五月本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）PAGE IV摘 要危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故的發(fā)生不但會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還可能導(dǎo)致鄰近區(qū)域的人員生命安全遭受重大威脅。研究?；窋U(kuò)散模擬并結(jié)合GIS技術(shù)，對危險(xiǎn)化學(xué)品在大氣中的擴(kuò)散范圍進(jìn)行模擬，并把擴(kuò)散區(qū)域在電子地圖上直觀顯示出來，為現(xiàn)場警戒區(qū)域劃定提供科學(xué)的依據(jù)，同時(shí)優(yōu)化疏散路線，對現(xiàn)代社會具有重大意義。本文開發(fā)了基于GIS的危險(xiǎn)化學(xué)品擴(kuò)散模擬軟件，軟件運(yùn)用ALOHA作為計(jì)算模擬工具，通過ALOHA計(jì)算生成一個(gè)臨時(shí)文件，用VB編程將臨時(shí)文件轉(zhuǎn)換成所需格

2、式的文件，進(jìn)而利用GIS工具對轉(zhuǎn)換后的文件進(jìn)行操作，新建一個(gè)包含擴(kuò)散區(qū)域的圖層并在地圖上顯示出來。最后對美國Louisiana州首府Baton Rouge的化學(xué)工業(yè)園區(qū)的一處液苯儲罐泄漏事故進(jìn)行模擬，證明GIS模擬軟件實(shí)現(xiàn)了可視化顯示擴(kuò)散區(qū)，模擬效果形象生動，因此在未來的搶險(xiǎn)救援應(yīng)急指揮中GIS模擬軟件將發(fā)揮巨大作用。關(guān)鍵詞：GIS技術(shù)；危險(xiǎn)化學(xué)品；泄漏；擴(kuò)散模擬；可視化AbstractThe accident of hazardous chemical leakage will not only cause huge economic losses, but also can lead to

3、 the person nearby suffer from enormous threat. Studying the simulation of hazardous chemical leakage and combining it with GIS technology, then we can simulate the scope of hazardous chemicals diffusing in the atmosphere, and display on electronic map at the same time, so as to optimize the evacuat

4、ion routes to avoid and reduce casualties, these are of great significance in modern society.This paper describes how to develop the hazardous chemical leakage simulation software based on GIS, this software use ALOHA as simulation tool, the ALOHA would create a temporary file, then transform the fi

5、le to a specific format data, at last with the function of GIS tool, a new layer would be created from the transformed data and shown on the electronic map. Next step is simulating an accident of liquid benzene leakage in a petrochemical industrial park of Baton Rouge, Louisiana, USA, to show that G

6、IS simulation software realized the function of visualized diffusion zone. So in the near future, the GIS enabled simulation software will play huge effect on emergency rescue command.Keywords: GIS technology; Hazardous chemical Leakage; Diffusion simulation; Visualization目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLI

7、NK l _Toc262135510 中文摘要 PAGEREF _Toc262135510 h I HYPERLINK l _Toc262135511 英文摘要 PAGEREF _Toc262135511 h II HYPERLINK l _Toc262135512 目 錄 PAGEREF _Toc262135512 h III HYPERLINK l _Toc262135513 1 引言 PAGEREF _Toc262135513 h 1 HYPERLINK l _Toc262135514 1.1 選題背景及意義 PAGEREF _Toc262135514 h 1 HYPERLINK l _

8、Toc262135515 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc262135515 h 1 HYPERLINK l _Toc262135516 1.3 本論文的研究內(nèi)容 PAGEREF _Toc262135516 h 2 HYPERLINK l _Toc262135517 2 模擬軟件開發(fā)基礎(chǔ)理論 PAGEREF _Toc262135517 h 3 HYPERLINK l _Toc262135518 2.1 危險(xiǎn)化學(xué)品的泄漏擴(kuò)散模型概述 PAGEREF _Toc262135518 h 3 HYPERLINK l _Toc262135519 2.2 泄漏模擬軟件ALOHA簡介 PAGE

9、REF _Toc262135519 h 3 HYPERLINK l _Toc262135520 2.3 地理信息綜述 PAGEREF _Toc262135520 h 4 HYPERLINK l _Toc262135521 2.4 GIS組件ArcGIS Engine組件包簡介 PAGEREF _Toc262135521 h 6 HYPERLINK l _Toc262135522 3 模擬軟件開發(fā)步驟 PAGEREF _Toc262135522 h 7 HYPERLINK l _Toc262135523 3.1 模擬軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc262135523 h 7 HYPERLI

10、NK l _Toc262135524 3.2開發(fā)環(huán)境搭建 PAGEREF _Toc262135524 h 7 HYPERLINK l _Toc262135525 3.3 GIS基本功能實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc262135525 h 8 HYPERLINK l _Toc262135526 3.4 獲取并轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc262135526 h 8 HYPERLINK l _Toc262135527 3.5 新建圖層并顯示擴(kuò)散區(qū)域 PAGEREF _Toc262135527 h 11 HYPERLINK l _Toc262135528 4 模擬軟件應(yīng)用 PAGEREF _To

11、c262135528 h 13 HYPERLINK l _Toc262135529 4.1 情景設(shè)置 PAGEREF _Toc262135529 h 13 HYPERLINK l _Toc262135530 4.2 模擬過程 PAGEREF _Toc262135530 h 13 HYPERLINK l _Toc262135531 4.2.1 啟動ALOHA模擬 PAGEREF _Toc262135531 h 13 HYPERLINK l _Toc262135532 4.2.2 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc262135532 h 15 HYPERLINK l _Toc262135533 4

12、.2.3 加載圖層 PAGEREF _Toc262135533 h 16 HYPERLINK l _Toc262135534 5 結(jié)論 PAGEREF _Toc262135534 h 17 HYPERLINK l _Toc262135535 5.1本文工作總結(jié) PAGEREF _Toc262135535 h 17 HYPERLINK l _Toc262135536 5.2本文存在不足 PAGEREF _Toc262135536 h 17 HYPERLINK l _Toc262135537 5.3下一步工作 PAGEREF _Toc262135537 h 17 HYPERLINK l _Toc2

13、62135538 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc262135538 h 18 HYPERLINK l _Toc262135539 致 謝 PAGEREF _Toc262135539 h 20第21頁 共20頁 1 引言1.1 選題背景及意義石油化學(xué)工業(yè)經(jīng)過近年來的快速發(fā)展，已經(jīng)成為了社會的支柱產(chǎn)業(yè)之一。石油化工產(chǎn)品被廣泛地應(yīng)用于社會的各個(gè)領(lǐng)域。但是，在石油化工產(chǎn)業(yè)的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中，潛在著一系列的危險(xiǎn)性，具體表現(xiàn)為1, 2：在生產(chǎn)過程中，所處理的原料、產(chǎn)品或者中間產(chǎn)品一般都具有易燃、易爆、有毒、腐蝕以及可以和其它物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)等特性；生產(chǎn)工藝過程復(fù)雜，條件苛刻，大多在高溫、高壓或深度冷卻的條件下

14、進(jìn)行，具有潛在的重大危險(xiǎn)；在使用、運(yùn)輸、存儲過程中，對技術(shù)人員操作、管理等方面要求較高，很容易因?yàn)槭д`造成危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故。這類事故發(fā)生時(shí)不但會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還可能導(dǎo)致鄰近區(qū)域的人員生命安全遭受極大的威脅，例如3：1984年12月3日凌晨，在印度博帕爾市（Bhopal）的美國聯(lián)合碳化物公司的一家農(nóng)藥廠發(fā)生了異氰酸甲酯（MIC）毒氣泄漏事件，直接致使3150人死亡，5萬多人失明，2萬多人受到嚴(yán)重毒害，近8萬人終身殘疾，15萬人接受治療，受這起事件影響的人口多達(dá)150余萬，約占博帕爾市總?cè)丝诘囊话?。博帕爾?zāi)難是迄今人類歷史上最嚴(yán)重的化學(xué)事故。2003年12月23日，重慶市開縣特大井噴事

15、故，造成243人死亡，65632人緊急疏散，26555人（次）門診治療，2142人住院治療，直接經(jīng)濟(jì)損失9262.7萬元。這一起事故造成的后果在中國石油鉆探史上是史無前例的。2005年3月29日，京滬高速公路淮安段發(fā)生液氯泄漏事故，共造成28人中毒死亡，350多人住院治療，10000余名村民被疏散，并造成京滬高速公路宿遷至寶應(yīng)段（約110km）被迫關(guān)閉20小時(shí)，經(jīng)濟(jì)損失將達(dá)到2901萬元人民幣。危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故突發(fā)性強(qiáng)、危害性大等特點(diǎn)決定了消防應(yīng)急處置此類事故難度大，為了更好地處置此類事故，可以對事故進(jìn)行模擬。但是應(yīng)用傳統(tǒng)的ALOHA等軟件進(jìn)行模擬時(shí)，僅能顯示出一個(gè)簡單的圖形區(qū)域，無法體現(xiàn)方

16、向以及范圍等信息；現(xiàn)場指揮人員在看到類似簡單的模擬結(jié)果后對泄漏擴(kuò)散區(qū)域沒有直觀的印象，造成了此類軟件的輔助決策功能比較弱；因此研究危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏模擬并結(jié)合GIS技術(shù)，把危險(xiǎn)化學(xué)品在大氣中的擴(kuò)散模擬結(jié)果在電子地圖上顯示，為現(xiàn)場警戒區(qū)域劃定提供科學(xué)的依據(jù)，同時(shí)優(yōu)化疏散路線，實(shí)現(xiàn)在最短的時(shí)間內(nèi)疏散人員，避免和減少人員傷亡，對現(xiàn)代社會具有重大意義4-6。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前世界各國均對GIS投入了大量的研究，經(jīng)過40多年的發(fā)展，GIS技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟和完善，并被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境評估、災(zāi)害預(yù)測、軍事公安、公共設(shè)施管理等眾多領(lǐng)域。在軟件支撐平臺方面已經(jīng)開發(fā)出了眾多成熟的產(chǎn)品，例如國外的ArcGIS系

17、列、MapInfo、GeoMedia、Small World等，在國內(nèi)也有許多優(yōu)秀的成果，中科院研發(fā)了Supermap系統(tǒng)、武漢大學(xué)研發(fā)了Geo Star系統(tǒng)等7。在危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏擴(kuò)散模擬領(lǐng)域國外起步較早，提出了大量的泄漏擴(kuò)散模型。西方發(fā)達(dá)國家在80年代初便完成了以Buro、Coyote、Thomeylsland為代表的一系列大規(guī)模現(xiàn)場泄漏擴(kuò)散試驗(yàn)。目前已經(jīng)研究出了許多優(yōu)秀的擴(kuò)散模型，如DEGADIS、GAUS、SUTTON、SLAB、TRACE等模型，直到現(xiàn)在該領(lǐng)域的研究還比較活躍8,9。在國內(nèi)，對泄漏模型的研究起步較晚，但隨著對危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故的深入研究，也取得了一定的成績。北京城市危險(xiǎn)

18、源控制技術(shù)研究中心研究毒物泄漏計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，先后完成了“重要有毒物質(zhì)泄漏擴(kuò)散模型及監(jiān)控技術(shù)研究”、“毒物泄漏擴(kuò)散模型研究”等科研課題；大連理工大學(xué)對毒性氣體泄漏擴(kuò)散模型進(jìn)行了研究，提出了板塊模型；南京工業(yè)大學(xué)對氣體擴(kuò)散的模擬與仿真技術(shù)進(jìn)行了研究10-13；公安部消防局組織研發(fā)了“化學(xué)災(zāi)害事故處置輔助決策系統(tǒng)”。但是目前將GIS技術(shù)和危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏擴(kuò)散模擬相結(jié)合的研究還不太成熟，國內(nèi)應(yīng)用也比較少，需要進(jìn)一步深入研究。 1.3 本論文的研究內(nèi)容本文結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，本文主要工作是對危險(xiǎn)化學(xué)品常見泄漏擴(kuò)散模型以及模擬軟件ALOHA進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上，把ALOHA模擬軟件結(jié)合GIS技術(shù)進(jìn)行軟件

19、二次開發(fā)，開發(fā)基于GIS的危險(xiǎn)化學(xué)品擴(kuò)散模擬軟件，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏危害區(qū)域的可視化。最后對美國Louisiana州首府Baton Rouge的石化工業(yè)園區(qū)的一處苯儲罐泄漏事故進(jìn)行模擬，展現(xiàn)GIS模擬軟件在搶險(xiǎn)救援應(yīng)急指揮方面的巨大作用。 圖1.1 論文結(jié)構(gòu)2 模擬軟件開發(fā)基礎(chǔ)理論2.1 危險(xiǎn)化學(xué)品的泄漏擴(kuò)散模型概述危險(xiǎn)化學(xué)品事故一般是由泄漏引起的。危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏模型分為瞬時(shí)泄漏、連續(xù)液體泄漏、連續(xù)氣體泄漏和兩相流泄漏。在危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏后，通過擴(kuò)散給周邊地區(qū)造成危害。氣體擴(kuò)散過程極其復(fù)雜，因而就有眾多擴(kuò)散模型用于研究氣體的擴(kuò)散，目前比較常用擴(kuò)散模型有14：（1）高斯模型高斯模型只適用于中性氣體

20、，模擬精度較差，但由于提出的時(shí)間比較早，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)多，因而較為成熟。（2）AFTOX模型AFTOX適用于輕質(zhì)浮力氣體，可應(yīng)用于港口液體或氣態(tài)危險(xiǎn)化學(xué)品貯運(yùn)作業(yè)過程連續(xù)或不連續(xù)情形下泄漏擴(kuò)散模擬，亦可以較好地用于港口單點(diǎn)源或小型面源溢出情形下的油氣擴(kuò)散模擬。 （3）DERMA模型DERMA模型是丹麥氣象研究所用于描述混合隨機(jī)粒子煙團(tuán)擴(kuò)散，是拉格朗日類型的長距離三維氣體擴(kuò)散模型。（4）SLAB模型SLAB模型適用于重氣體，可模擬類型包括:地面池蒸發(fā)、水平噴射、垂直噴射和瞬時(shí)泄漏。（5）DEGADIS模型DEGADIS是Dense Gas Dispersion Model的簡稱，適用于重氣體模擬。2.

21、2 泄漏模擬軟件ALOHA簡介ALOHA（Areal Locations of Hazardous Atmosphere）全稱有害大氣空中定位軟件。軟件最初是美國國家海洋和大氣局（NOAA）應(yīng)急響應(yīng)人員的專用模擬工具。經(jīng)過多年發(fā)展后現(xiàn)已成為應(yīng)急、規(guī)劃及學(xué)術(shù)研究工具，可以用來計(jì)算危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏后的毒氣擴(kuò)散、火災(zāi)、爆炸等產(chǎn)生的毒性、熱輻射和沖擊波等，被廣泛應(yīng)用于化學(xué)品安全，危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏事故的應(yīng)急響應(yīng)、應(yīng)急管理、毒氣泄漏事故疏散指揮等領(lǐng)域。ALOHA計(jì)算所得出的結(jié)果可以與GIS軟件結(jié)合，迭加顯示在電子地圖上，從而使模擬結(jié)果更直觀，更好地輔助搶險(xiǎn)救援指揮15-16。2.3 地理信息綜述地理信息系統(tǒng)簡

22、稱GIS(Geographic Information System)，是近年來迅速發(fā)展起來的地理學(xué)新技術(shù)，最先是由加拿大測繪學(xué)家R.T.Tomllnson博士提出的。它是對地理空間信息實(shí)現(xiàn)輸入、存貯、檢索、分析、管理、顯示和應(yīng)用的計(jì)算機(jī)綜合應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)。GIS在計(jì)算機(jī)軟件硬件支撐下，綜合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、測量學(xué)、地圖學(xué)等多門學(xué)科的知識，是信息時(shí)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物17。它建立在地理空間數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，采用地理摸索分析方法，集遙感應(yīng)用、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、地學(xué)專家分析和計(jì)算機(jī)制圖為一體，具有采集、管理、分析和輸出地理空間信息的能力，可以產(chǎn)出高層次地理信息。它還能快速、精確、綜合地對復(fù)雜的地理系統(tǒng)

23、進(jìn)行空間定位和過程的動態(tài)分析18。GIS基本功能具體有以下幾個(gè)方面：（1）空間數(shù)據(jù)的采集、編輯和處理功能GIS不但具備一般數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與編輯能力，而且在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，可以存入各種專題圖。GIS可以對圖形及文本數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和修改，從而清除采集的實(shí)體圖形數(shù)據(jù)和相應(yīng)屬性數(shù)據(jù)中的各種錯(cuò)誤。GIS還具備處理航空、航天技術(shù)所獲得大量空間數(shù)據(jù)的能力，從而使用戶能充分、有效地利用遙感資料這一重要信息源。（2）空間數(shù)據(jù)的管理能力地理信息數(shù)據(jù)庫是GIS的核心，它能夠?qū)嫶蟮牡乩韴D形和文本數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并能與其他數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)相互轉(zhuǎn)換，這樣不但可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫資源的共享，而且同時(shí)提供新的數(shù)據(jù)資源。（3

24、）空間查詢與空間分析能力GIS具有各種空間分析能力，能夠圍繞總體目標(biāo)從實(shí)體圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的空間關(guān)系中獲得派生的信息和新的知識，用以回答用戶有關(guān)空間關(guān)系的查詢和進(jìn)行空間分析。（4）圖形處理和制圖功能GIS具有多種處理及制圖功能，可以完成圖形的修改，并可按照不同用戶的要求繪制要素地圖或分層繪制各種專題地圖。由于它具有較強(qiáng)的多層次框架疊置分析能力，因而還可以通過空間分析得到一些特殊的地理學(xué)分析用圖。（5）分析結(jié)果的各種輸出與轉(zhuǎn)化功能為了便于用戶隨時(shí)進(jìn)行結(jié)果的分析和評價(jià)，GIS可將空間查詢和空間分析的結(jié)果以數(shù)學(xué)表格或轉(zhuǎn)化為2、3維圖形等多種形式輸出，輸出范圍也相當(dāng)廣泛19。地理信息系統(tǒng)根據(jù)其內(nèi)容可

25、分為兩大基本類型，一是應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)，以某一專業(yè)、領(lǐng)域或工作為主要內(nèi)容，包括專題地理信息系統(tǒng)和區(qū)域綜合地理信息系統(tǒng)；二是工具型地理信息系統(tǒng)，也就是GIS工具軟件包，如ArcGIS Engine等，具有空間數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理、分析和輸出等GIS基本功能。隨著地理信息系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，應(yīng)用型GIS的開發(fā)工作日顯重要。GIS常用的開發(fā)方式主要有如下三種20：（1）獨(dú)立開發(fā)GIS獨(dú)立開發(fā)是指不依賴于任何GIS工具軟件，從空間數(shù)據(jù)的采集、編輯到數(shù)據(jù)的處理分析及結(jié)果輸出，所有的算法都由開發(fā)者獨(dú)立設(shè)計(jì)，然后選用某種程序設(shè)計(jì)語言，如C# 、Delphi等，在一定的操作系統(tǒng)平臺上編程實(shí)現(xiàn)。這種方式的好處

26、在于無須依賴任何商業(yè)GIS工具軟件，減少了開發(fā)成本。但是一方面對于大多數(shù)開發(fā)者來說，能力、時(shí)間、財(cái)力方面的限制使其開發(fā)出來的產(chǎn)品很難在功能上與商業(yè)化GIS工具軟件相比，而且最終代價(jià)可能與購買GIS工具軟件花費(fèi)差不多。（2）宿主型二次開發(fā)宿主型二次開發(fā)指基于GIS平臺軟件上進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。大多數(shù)GIS平臺軟件都提供了可供用戶進(jìn)行二次開發(fā)的腳本語言，如ESRI 的ArcView 提供了Avenue 語言，MapInfo公司的MapInfo Professional提供了MapBasic語言等等。用戶可以利用這些腳本語言，以原GIS軟件為開發(fā)平臺，開發(fā)出自己的針對不同應(yīng)用對象的應(yīng)用程序。這種方式的

27、優(yōu)點(diǎn)是省時(shí)省心，但進(jìn)行二次開發(fā)的腳本語言，作為編程語言，功能極弱，用它們來開發(fā)應(yīng)用程序仍然不盡如人意，并且所開發(fā)的系統(tǒng)不能脫離GIS平臺軟件，是解釋執(zhí)行的，效率不高。（3）集成二次開發(fā)集成二次開發(fā)是指利用專業(yè)的GIS軟件，如ArcGIS、MapInfo等，實(shí)現(xiàn)GIS的基本功能，以及通用軟件開發(fā)工具，如Delphi、Visual C+、Visual Basic、PowerBuilder等為開發(fā)平臺，把GIS軟件功能集成在專業(yè)的軟件開發(fā)環(huán)境中，進(jìn)行二者集成開發(fā)。目前集成二次開發(fā)主要有兩種方式：第一種方式，OLE/DDE采用對象鏈接和嵌入(object link and embedding,OLE)

28、自動化技術(shù)或利用動態(tài)數(shù)據(jù)交換(dynamic data exchange,DDE)技術(shù)，用軟件開發(fā)工具在前臺執(zhí)行應(yīng)用程序，以O(shè)LE或DDE方式啟動GIS軟件在后臺執(zhí)行，動態(tài)獲取其返回信息，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序中的地理信息處理功能。第二種方式，GIS組件和控件利用GIS工具軟件生產(chǎn)廠家提供的建立在OCX和COM技術(shù)基礎(chǔ)上的GIS功能控件，如ESRI的ArcGIS Engine、MapInfo公司的MapX等，把這些控件集成到Visual Basic、C#等專業(yè)編程開發(fā)環(huán)境中，利用編程工具強(qiáng)大的開發(fā)功能，開發(fā)應(yīng)用程序的同時(shí)，直接將GIS功能嵌入，實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)的各種功能。由于獨(dú)立開發(fā)難度太大，一般開發(fā)人

29、員根本無法承受。單純的二次開發(fā)受GIS工具提供的編程語言的限制，開發(fā)效率不高。因此結(jié)合GIS工具軟件與當(dāng)今可視化開發(fā)語言的集成二次開發(fā)方式就成為GIS應(yīng)用開發(fā)的主流。它的優(yōu)點(diǎn)是既可以充分利用GIS 工具軟件對空間數(shù)據(jù)庫的管理、分析功能，又可以利用其它可視化開發(fā)語言具有的高效、方便等編程優(yōu)點(diǎn)，集二者之所長，不僅能大大提高應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)效率，而且使用可視化軟件開發(fā)工具開發(fā)出來的應(yīng)用程序具有更好的外觀效果，更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫功能，而且可靠性好、易于移植、更于維護(hù)。由于上述優(yōu)點(diǎn)，集成二次開發(fā)正成為應(yīng)用GIS開發(fā)的主流方向。這種方法唯一的缺點(diǎn)是前期投入比較大，需要同時(shí)購買GIS工具軟件和可視化編程軟件，但是

30、一些軟件廠家會提供教育版供選擇，我們可以選擇教育版用來學(xué)習(xí)。本文通過ESRI的ArcGIS Engine嵌入Visual Basic可視化開發(fā)環(huán)境，進(jìn)行基于GIS的危險(xiǎn)化學(xué)品擴(kuò)散模擬軟件的開發(fā)。2.4 GIS組件ArcGIS Engine組件包簡介ArcGIS Engine作為ESRI公司在ArcGIS9版本中推出的新產(chǎn)品，是用于構(gòu)建定制應(yīng)用的一個(gè)完整的嵌入式的GIS組件包，由控件、工具條和工具對象庫三個(gè)關(guān)鍵部分組成。利用ArcGIS Engine，開發(fā)者能將ArcGIS功能集成到一些應(yīng)用軟件，如：Microsoft Word和Excel中，可以為用戶提供針對GIS解決方案的定制應(yīng)用。ArcG

31、IS Engine可以在Windows，UNIX和Linux上運(yùn)行并支持一系列的應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境，例如：Visual Basic 6.0，Microsoft Visual Studio.NET以及各種Java開發(fā)環(huán)境，如圖2.1、圖2.2所示。對開發(fā)人員而言，ArcGIS Engine不再是一個(gè)終端應(yīng)用，不再包括ArcGIS桌面的用戶界面，它只是一個(gè)用于開發(fā)新應(yīng)用程序的二次開發(fā)功能組件包。圖2.1 AE安裝界面 圖2.2 AE基于不同平臺開發(fā)產(chǎn)品3 模擬軟件開發(fā)步驟3.1 模擬軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于GIS的危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏模擬軟件開發(fā)環(huán)境采用ArcGIS Engine嵌入Visual Basic可視化

32、開發(fā)環(huán)境。軟件分為計(jì)算模擬和在地圖顯示兩個(gè)模塊，計(jì)算模擬采取調(diào)用ALOHA的方式，在地圖上顯示模擬結(jié)果通過ArcGIS Engine控件及相關(guān)的GIS編程實(shí)現(xiàn)，軟件結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。圖3.1 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3.2開發(fā)環(huán)境搭建搭建ArcGIS Engine嵌入Visual Basic 6.0的開發(fā)環(huán)境有以下幾個(gè)步驟：（1）安裝Visual Basic 6.0編程軟件（2）安裝Microsoft.NET Framework組件，創(chuàng)建DotNET環(huán)境，如圖3.2所示（3）安裝ArcGIS Engine 9.2 Runtime，創(chuàng)建GIS運(yùn)行環(huán)境，如圖3.3所示（4）安裝ArcGIS Engine

33、9.2 Developer Kit for Visual Basic以上四個(gè)步驟結(jié)束后，ArcGIS for VB 開發(fā)環(huán)境搭建完畢，在VB工程菜單中的“部件”、“引用”選項(xiàng)中即可看到相應(yīng)的ESRI控件和類庫，開發(fā)人員即可在VB編程環(huán)境中開發(fā)GIS軟件。圖3.2 Runtime安裝 圖3.3 .NET環(huán)境部署3.3 GIS基本功能實(shí)現(xiàn)添加部件：在VB中通過添加ArcGIS Engine部件，可以為程序提供一些基本的GIS部件例如：Mapcontrl、TOCControl、ToolbarControl以及PageLayoutControl等。首先把GIS部件在工具欄中顯示出來，點(diǎn)擊“工程”下拉菜

34、單，再點(diǎn)擊“部件”項(xiàng)，把“ESRI Controls”、“ESRI Publisher Controls”等選項(xiàng)勾選中，點(diǎn)擊“引用”、“確定”即把這些部件添加到VB工具欄中，如圖3.4所示，在使用時(shí)，和操作正常VB控件一樣，拖動到相應(yīng)的位置即可。引用類庫：添加了部件進(jìn)行相應(yīng)的編程時(shí)，需要使用一些GIS接口完成特定的動作，這就需要引用GIS類庫，點(diǎn)擊“工程”下拉菜單，再點(diǎn)擊“引用”項(xiàng)，勾選所需要的類庫，如果不清楚具體需要哪些類庫，可以把ESRI提供的所有類庫全部選中，點(diǎn)擊“確定”即可。通過添加部件以及引用類庫，就可以在VB中實(shí)現(xiàn)最基本的GIS功能，從而進(jìn)一步開展GIS開發(fā)。圖3.4 GIS基本功

35、能實(shí)現(xiàn)3.4 獲取并轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)在ALOHA計(jì)算模擬完畢后，會生成一個(gè)臨時(shí)文本文件，臨時(shí)文本文件中包含計(jì)算模擬的結(jié)果，存放著一系列的坐標(biāo)點(diǎn)以及濃度數(shù)據(jù)等，此臨時(shí)文件位于“C:Program Files ALOHA ALO_FTP.PAS”目錄中?？梢杂肰B編程實(shí)現(xiàn)獲取這個(gè)臨時(shí)文件，復(fù)制到指定位置，并轉(zhuǎn)換成固定格式的文本文件21。例如：轉(zhuǎn)換成按MyID、X、Y、Value這個(gè)固定格式排列的文本文件，如圖3.8所示為某個(gè)事故情景數(shù)據(jù)文件的轉(zhuǎn)換結(jié)果。具體算法實(shí)現(xiàn)為：第1步：在VB中用Open方法打開ALO_FTP.PAS臨時(shí)文件，并指定文件號；第2步：對指定文件號用LineFromFile方法進(jìn)行逐行讀

36、??；第3步：設(shè)定條件，對打開文件的每一行用循環(huán)語句、if語句進(jìn)行篩選；第4步：用WriteLine方法逐行寫入數(shù)據(jù)，生成所需的TXT文件；第5步：把以上步驟代碼存放入tranpas模塊中，需要時(shí)引用；算法流程圖如圖3.5所示，轉(zhuǎn)換代碼如圖3.6、圖3.7所示。圖3.5 算法流程圖Public Function tranpas()Public Function tranpas()Dim ppx As LongDim ppy As Longppx = Val(FrmMain.Text1.Text)ppy = Val(FrmMain.Text2.Text)Dim FF , aDim LineFrom

37、File As StringDim pX As DoubleDim pY As DoublepX = ppxpY = ppyFF = FreeFileOpen C:PASALO_FTP.PAS For Input As #FFDim fs As ObjectSet fs = CreateObject(Scripting.FileSystemObject)Set a = fs.CreateTextFile(C:PASTest.txt, True)a.WriteLine (MyID,X,Y,Value)Dim i As Integeri = 0Dim f As StringDim d As Str

38、ingDim g As StringDo While Not EOF(FF) 檢查是否讀到了代號為ff的文件的結(jié)尾 Line Input #FF, LineFromFile 將讀入的一行存到變量LineFromFile中 f = Split(LineFromFile, )(0) 每一行中第一個(gè)字或單詞 If f = FOOTPRINT Then 如果這行第一個(gè)為FOOTPRINTd = Split(LineFromFile, :)(1) g = Split(d, )(0) 讀取FOOTPRINT End If圖3.6 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換代碼 If Mid(LineFromFile, 1, 1) = M

39、Then i = i + 1 Dim pXY As String pXY = Mid(LineFromFile, 2) pXY = Trim(pXY) 讀出M后面的值，并去除空格 Dim pXY1 As String pXY1 = Split(pXY, )(0) 以空格分拆-3.1 -0.3 并取前面的 Dim pXY2 As String pXY2 = Split(pXY, )(1) 以空格分拆，split函數(shù)生成數(shù)組 a.WriteLine (i & , & pXY1 + pX & , & pXY2 + pY & , & g) End If If Mid(LineFromFile, 1,

40、1) = L Then pXY = Mid(LineFromFile, 2) pXY = Trim(pXY) pXY1 = Split(pXY, )(0) pXY2 = Split(pXY, )(1) a.WriteLine (i & , & pXY1 + pX & , & pXY2 + pY & , & g) End IfLoop MsgBox 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)成功！, vbExclamationEnd Function圖3.7 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換代碼圖3.8 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換3.5 新建圖層并顯示擴(kuò)散區(qū)域把ALO_FTP.PAS文件轉(zhuǎn)換至指定格式的文本文件后，把文本文件里包含的圖形區(qū)域數(shù)據(jù)通過GIS編程創(chuàng)建一個(gè)sh

41、p圖層文件，并把shp圖層文件顯示在mapcontrl控件中的電子地圖上。顯示模塊基本算法為：第1步：新建類模塊gisGeneral、gisUniqueRender、misOpenTextFile，對創(chuàng)建圖層所需要的方法進(jìn)行封裝；第2步：創(chuàng)建新建圖層所需的各個(gè)字段，初始化變量；第3步：獲取地圖參考坐標(biāo)系；第4步：新建多邊形區(qū)域圖層；第5步：通過AE接口對圖層寫入坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)；第6步：加載顯示新圖層；算法流程圖如圖3.9所示，具體代碼如圖3.10、圖3.11所示圖3.9 算法流程圖Public Sub Createshp()Public Sub Createshp()Dim strboxPoint

42、Path As StringDim strSpatailReferenceShpPath As StringDim strNewShpPath As StringstrboxPointPath = C:PAStest.txtstrNewShpPath = C:PAStest.shpDim bArrayDim MyID , Value , x y As String MyID = MyID , Value = Valuex = X , y = YDim goGeneral As gisGeneral Dim pFields As IFieldsDim pFieldsEdit As IFields

43、EditSet pFields = New esriGeoDatabase.FieldsSet pFieldsEdit = pFieldsDim pField As IField圖3.10 顯示模塊代碼Set goGeneral = New gisGeneralSet goGeneral = New gisGeneralSet pField = goGeneral.CreateField(MyID, 4, esriFieldTypeInteger)pFieldsEdit.AddField pFieldSet pField = goGeneral.CreateField(Value, 40, e

44、sriFieldTypeString) pFieldsEdit.AddField pFieldDim pSptailReference As ISpatialReferenceDim pSptailReferenceFS As IFeatureClass Dim pDs As IGeoDatasetDim layer1 As ILayerDim layerNew As ILayerSet layer1 = FrmMain.MapControl1.Map.Layer(0)Dim pFL1 As IFeatureLayerIf TypeOf layer1 Is IFeatureLayer Then

45、 Set pFL1 = layer1 Set pDs = pFL1 Set pSptailReference = pDs.SpatialReferenceElseIf TypeOf layer1 Is ICompositeLayer Then Dim pComLayer As ICompositeLayer Set pComLayer = layer1 Set layerNew = pComLayer.Layer(0) Set pDs = layerNew Set pSptailReference = pDs.SpatialReferenceEnd IfDim pNewPolygonFeatu

46、reClass As IFeatureClassSet pNewPolygonFeatureClass = goGeneral.CreateShapefile(strNewShpPath, pFields, pSptailReference)Dim goOpenTextFile As misOpenTextFileSet goOpenTextFile = New misOpenTextFileDim bOk As BooleanbOk = goOpenTextFile.ReadPolysfromText(pNewPolygonFeatureClass, strboxPointPath, MyI

47、D, x, y, Value)If bOk = True Then MsgBox 生成新的面圖層成功！, vbExclamationEnd IfEnd Sub圖3.11 顯示模塊代碼由以上步驟可知，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊中，實(shí)現(xiàn)了把包含ALOHA計(jì)算結(jié)果的臨時(shí)文件轉(zhuǎn)換到指定格式TXT文本文檔，為下一步的顯示擴(kuò)散區(qū)域圖層的數(shù)據(jù)引用打下基礎(chǔ)。在顯示模塊中實(shí)現(xiàn)了引用上一步驟生成的TXT文件，生成新的區(qū)域圖層，并作為一個(gè)新的圖層加載在電子地圖上，從而顯示出擴(kuò)散區(qū)域。4 模擬軟件應(yīng)用上文詳細(xì)介紹了軟件的開發(fā)方法與步驟，在軟件開發(fā)完成后引用一個(gè)事故實(shí)例，應(yīng)用基于GIS的擴(kuò)散軟件進(jìn)行模擬，展現(xiàn)軟件功效。4.1 情景

48、設(shè)置2006年8月20日22:30，美國Louisiana州的Baton Rouge化工園區(qū)，一容量為50000gallon（加侖），直徑為18 feet（英尺）的苯儲罐（垂直）發(fā)生泄漏。泄漏孔直徑6inches，高度在底部上方10inches。溫度80F。風(fēng)速7 mph（10m高的氣象塔測量），50%的云層，相對濕度75%，沒有逆溫層；園區(qū)建筑物很少，在東北方向有一個(gè)綠化區(qū)。4.2 模擬過程4.2.1 啟動ALOHA模擬啟動ALOHA軟件，輸入Baton Rouge化工園區(qū)泄漏現(xiàn)場的氣象條件、泄漏參數(shù)等。（1）地理位置SiteData Location，選擇BATON ROUGE, LOUI

49、SIANA（2）輸入時(shí)間SiteData Date & Time，選擇Set a constant time，輸入2006年8月20日22:30（3）輸入化學(xué)物質(zhì)SetupChemical，選擇Pure Chemicals，選擇苯（BENZENE）（4）輸入天氣條件SetupAtmosphericUser Input，輸入：風(fēng)速：7mph；風(fēng)向：SE，測量高度10m，地面粗糙度：Open Country；云層：50%；溫度：80F；逆溫層高度：無；相對濕度：75%（medium）。ALOHA根據(jù)風(fēng)速、云層量和時(shí)間信息自動得到大氣穩(wěn)定度為E。（5）泄漏情景儲罐的類型和方向：SetupSource

50、Tank，選擇Vertical cylinder儲罐，輸入直徑18feet，容積50000gallon,自動計(jì)算出高度。物質(zhì)狀態(tài)：Tank contains liquid環(huán)境溫度：Chemical stored at ambient temperature物質(zhì)質(zhì)量：容量50000gallons事故類型：苯儲罐泄漏，不會燃燒，選擇“Leaking tank, chemical is not burning and forms an evaporating puddle”泄漏孔描述：Circular opening，直徑：6 inches；泄漏類型：Hole泄漏位置：在底部上方10inches地面

51、類型（ground type）：混凝土（Concrete）地面溫度（ground temperature）：Use air temperature (select this if unknown)泄漏區(qū)域直徑直徑（maximum puddle diameter）：Unknown.ALOHA將Text Summary窗口在計(jì)算出氯氣的泄漏速率、持續(xù)時(shí)間和泄漏量（圖4.1）。在Toxic Threat Zone窗口中顯示出泄漏擴(kuò)散區(qū)域圖形，如圖4.2所示。圖4.1 Text Summary窗口圖4.2 Toxic Threat Zone窗口4.2.2 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)在上面的步驟中，利用ALOHA模擬軟件

52、進(jìn)行了模擬，得到了擴(kuò)散區(qū)域的基本圖形，此步驟把上文中得到的結(jié)果在電子地圖中顯示出來，ALOHA軟件進(jìn)行計(jì)算模擬完成后，在ALOHA安裝目錄生成臨時(shí)文件（由于ALOHA生成的是臨時(shí)文件，在轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)結(jié)束前不要關(guān)閉ALOHA）。文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換具體步驟：（1）輸入泄漏點(diǎn)坐標(biāo)，泄漏點(diǎn)坐標(biāo)可以在現(xiàn)場通過GPS定位儀獲得，也可用GIS提供的地理信息識別工具在地圖上點(diǎn)擊獲取，鼠標(biāo)單擊地圖，信息識別窗體，把坐標(biāo)系統(tǒng)選擇為Meters坐標(biāo)系統(tǒng)，即可把識別點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為Meters制的坐標(biāo)，然后在左邊文本框中輸入坐標(biāo)信息。（2）點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換文件按鈕，后臺對文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，提示成功時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換步驟完成。圖4.3 輸入坐標(biāo)點(diǎn)4.2

53、.3 加載圖層成功轉(zhuǎn)換文件后，點(diǎn)擊“地圖中顯示”即可生成新的shp圖層，并加載到地圖上。圖4.4 模擬結(jié)果在電子地圖上顯示對比圖4.2、圖4.4可以發(fā)現(xiàn)，ALOHA模擬的區(qū)域僅僅是一個(gè)圖形區(qū)域，不能描述周邊情況，不能表現(xiàn)出方向，而在電子地圖上顯示方向明確，能顯示具體范圍以及周邊地理事物，同時(shí)也可以進(jìn)行放大縮小拖動等操作，適應(yīng)不同的需要，有利于救援現(xiàn)場的指揮，因而結(jié)合GIS技術(shù)進(jìn)行模擬有著很大的優(yōu)勢，消防部隊(duì)到達(dá)現(xiàn)場后應(yīng)根據(jù)影響區(qū)域的危害程度，按圖4.4所示，從內(nèi)向外把影響區(qū)域依次劃分為緊急避難區(qū)、協(xié)助疏散區(qū)、引導(dǎo)疏散區(qū)和自主疏散區(qū)，針對不同區(qū)域采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，同時(shí)也可結(jié)合地圖對多個(gè)因素進(jìn)行

54、綜合考慮，確定最優(yōu)疏散路線，確保在最短時(shí)間內(nèi)疏散完畢，降低人員傷亡22,23。5 結(jié)論5.1 本文工作總結(jié)本文對現(xiàn)有的危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏擴(kuò)散模型進(jìn)行了較深入的研究，結(jié)合了GIS技術(shù)以及ALOHA模擬軟件，開發(fā)出了基于GIS的危險(xiǎn)化學(xué)品擴(kuò)散模擬軟件，可視化地顯示擴(kuò)散區(qū)域。最后設(shè)定情景成功地進(jìn)行了模擬，證實(shí)了GIS應(yīng)用于搶險(xiǎn)救援領(lǐng)域的可行性。GIS可以在搶險(xiǎn)救援活動中發(fā)揮重大作用，促進(jìn)各種突發(fā)事故的成功處置。5.2 本文存在不足本文對GIS在危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏擴(kuò)散模擬中的應(yīng)用進(jìn)行了較為深入的研究，但由于相關(guān)GIS開發(fā)資料的缺少，時(shí)間和條件的限制，仍有很多問題需要進(jìn)一步深入研究探討，模擬軟件仍然存在許多問題，例如：擴(kuò)散計(jì)算模擬采取引用ALOHA，軟件自身沒有實(shí)現(xiàn)計(jì)算模擬功能；在本文中引用了國外的事故案例，主要是由于國內(nèi)的地圖數(shù)據(jù)不易獲??；擴(kuò)散區(qū)域地理信息采集功能沒有實(shí)現(xiàn)。5.3 下一步工作（1）更加深入地進(jìn)行二次開發(fā)，對ALOHA進(jìn)行深度整合下一步可以在VB中開發(fā)出各項(xiàng)參數(shù)的中文輸入界面，可以在一個(gè)頁面中