Χωρική κατανομή απογραφών ρύπων με χρήση δικτυακών γεωγραφικών πληροφοριακών συστημάτων και εξελιγμένων μοντέλων συντελεστών εκπομπής

Abstract

The calculation and reporting of emissions has gained a significant interest during the last decade on an international level and especially in Europe. Nations, organizations and the industry continuously set targets in order to limit and decrease emissions to certain levels. Apart from their calculation and reporting, very important is also the geospatial allocation of emissions on digital maps for more accurate representation and subsequent editing by air quality management systems.In the framework of this thesis, the development of a web Geographic Information System (GIS) is presented, that accepts as input data, emissions in a certain format and allocates them on maps and grid files according to the user needs. The study is not confined in the maps produced but also presents the features and capabilities of a web application that can be used by every user even without any prior knowledge of the GIS field. The development of the application was based on open source software tools such as MapServer for the GIS functions, PostgreSQL and PostGIS for the data management and HTML, PHP and JavaScript as programming languages. In addition, background processes are used in an innovative manner to handle the time consuming and computational costly procedures of the application. Furthermore, a Web Map Service was created to provide maps to other clients such as the Google Maps API v3 that is used as part of the user interface. The output of the application includes maps in vector and raster format, maps with temporal resolution on daily and hourly basis, grid files that can be used by air qualityviiimanagement systems and grid files consistent with the European Monitoring and Evaluation Programme Grid. Although the system was developed, validated and operates for the Republic of Cyprus covering a remarkable wide range of pollutant and emissions sources, it can be easily customized for use in other countries or smaller areas, as long as the corresponding geospatial and activity data are available. Concluding, it should be noted that this study lays the groundwork for programmers, GIS analysts, project managers and national experts that want to develop environmental systems, that demand the use of GIS through the web

Ο υπολογισμός και η καταγραφή των εκπομπών ρύπων έχει συγκεντρώσει πολύ μεγάλο ενδιαφέρον την τελευταία δεκαετία σε παγκόσμιο επίπεδο και ειδικά στην Ευρώπη. Κράτη, οργανισμοί και βιομηχανίες θέτουν συνεχώς στόχους για τον περιορισμό και τη μείωση των εκπομπών σε συγκεκριμένα επίπεδα. Πέρα όμως από τον υπολογισμό και την καταγραφή τους είναι πολύ σημαντική και η χωρική αποτύπωση των εκπομπών σε ψηφιακούς χάρτες για την ορθότερη απεικόνιση τους αλλά και για την μετέπειτα επεξεργασία τους από συστήματα διαχείρισης ποιότητας αέρα.Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής παρουσιάζεται η ανάπτυξη ενός διαδικτυακού Γεωγραφικού Πληροφοριακού Συστήματος (ΓΠΣ) που δέχεται σαν είσοδο δεδομένα εκπομπών σε συγκεκριμένη μορφή και κατανέμει τις εκπομπές σε χάρτες αλλά και σε αρχεία πλέγματος (grid files) ανάλογα με τις ανάγκες του χρήστη. Η μελέτη δεν περιορίζεται μόνο στους χάρτες που παράγονται αλλά παρουσιάζονται και τα χαρακτηριστικά και οι δυνατότητες μιας διαδικτυακής εφαρμογής, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί από οποιοδήποτε χρήστη, ακόμα και χωρίς προηγούμενη γνώση του πεδίου των ΓΠΣ.Η ανάπτυξη της εφαρμογής βασίστηκε σε λογισμικά ανοιχτού κώδικα όπως ο MapServer για τις λειτουργίες ΓΠΣ, οι PostgreSQL και PostGIS για τη διαχείριση τωνviδεδομένων και οι HTML, PHP και JavaScript ως προγραμματιστικές γλώσσες. Επιπρόσθετα, χρησιμοποιήθηκαν διεργασίες στο παρασκήνιο (background processes) με έναν καινοτόμο τρόπο για τη διαχείριση των χρονοβόρων και υπολογιστικά δαπανηρών διαδικασιών της εφαρμογής. Επιπλέον, δημιουργήθηκε μια δικτυακή υπηρεσία χαρτών (Web Map Service) για να παρέχει τους χάρτες σε άλλους «πελάτες-εφαρμογές» (clients) όπως το Google Maps API v3 το οποίο χρησιμοποιείται σαν μέρος της διεπαφής χρήστη. Η έξοδος (output) της εφαρμογής περιλαμβάνει χάρτες σε διανυσματική μορφή (vector) και μορφή ψηφιδωτού (raster), χάρτες με χρονική ημερήσια και ωριαία ανάλυση, αρχεία πλέγματος (grid files) που μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν από συστήματα διαχείρισης ποιότητας αέρα και αρχεία σύμφωνα με το πλέγμα του European Monitoring and Evaluation Programme (EMEP).Παρόλο που το σύστημα αναπτύχθηκε, ελέγχθηκε και λειτουργεί για τη Δημοκρατία της Κύπρου καλύπτοντας ένα αξιοσημείωτο εύρος ρύπων και πηγών εκπομπών, μπορεί εύκολα να παραμετροποιηθεί για χρήση σε άλλες χώρες ή μικρότερες περιοχές, αρκεί να υπάρχουν διαθέσιμα τα αντίστοιχα γεωγραφικά δεδομένα και δεδομένα δραστηριότητας. Κλείνοντας, αξίζει να σημειωθεί ότι η συγκεκριμένη έρευνα μπορεί να αποτελέσει μια βάση για προγραμματιστές, αναλυτές ΓΠΣ (GIS analysts), υπεύθυνους έργων (project managers) και εθνικούς εμπειρογνώμονες (national experts) που θέλουν να αναπτύξουν περιβαλλοντολογικά συστήματα, τα οποία απαιτούν τη χρήση ΓΠΣ μέσω του διαδικτύου