鄭州大學(xué)地理信息系統(tǒng)工程系 柳成亮 孫麗云 楊永坡 盧 艷

基于Flex和WebGIS機(jī)制下的河南省水環(huán)境管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄭州大學(xué)地理信息系統(tǒng)工程系 柳成亮 孫麗云 楊永坡 盧 艷

當(dāng)前，水環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。由于歷史的原因，造成河南省工業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，造紙、釀造、皮革等低附加值、高污染行業(yè)所占的比例較大，雖然近年來(lái)關(guān)閉并淘汰了一大批高污染、高排放的企業(yè)或設(shè)施，但結(jié)構(gòu)性污染態(tài)勢(shì)依然沒(méi)有得到根本解決，水環(huán)境管理工作的現(xiàn)代化進(jìn)程急需信息技術(shù)的支持。

我國(guó)的水環(huán)境管理經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，形成了以數(shù)學(xué)模擬和優(yōu)化手段為主的方法體系和以水污染控制、水環(huán)境綜合整治、水污染總量控制為主體的類(lèi)型體系，初步實(shí)現(xiàn)了區(qū)域數(shù)字化水環(huán)境管理的理論化、定量化和預(yù)警化。多年來(lái)，我國(guó)學(xué)者在這方面進(jìn)行了大量卓有成效的研究工作。王世巖、彭文啟等基于ArcGIS Engine開(kāi)發(fā)的全國(guó)水環(huán)境管理信息系統(tǒng)，對(duì)160多個(gè)全國(guó)重點(diǎn)水質(zhì)檢測(cè)站多項(xiàng)水環(huán)境專(zhuān)項(xiàng)功能進(jìn)行集成；向速林、吳彩斌等基于GIS技術(shù)研究了鄱陽(yáng)湖水環(huán)境信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)；田智慧基于WebGIS技術(shù)進(jìn)行了黃河水環(huán)境的相關(guān)研究。以上基于專(zhuān)業(yè)水質(zhì)評(píng)價(jià)模型的GIS系統(tǒng)，雖然在一定程度上滿(mǎn)足了水政部門(mén)的研究和決策支持需要，但是在增強(qiáng)公眾參與水環(huán)境管理的積極性，促進(jìn)公眾信息服務(wù)網(wǎng)站的建設(shè)方面尚顯不足。同時(shí)，在界面美觀程度和運(yùn)行效率方面，與Flex開(kāi)發(fā)方式相比仍有差距。

一、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1.開(kāi)發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。B/ S結(jié)構(gòu)是隨著Internet技術(shù)而興起的三層結(jié)構(gòu)，大大簡(jiǎn)化了客戶(hù)端的電腦載荷，降低了用戶(hù)的總體成本。系統(tǒng)利用MapGIS k9企業(yè)版作為基礎(chǔ)平臺(tái)，Adobe Flex作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，采用Microsoft SQL Server 2005進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，并可跨平臺(tái)運(yùn)行。

2.系統(tǒng)功能框架及關(guān)鍵技術(shù)。河南省水環(huán)境管理信息系統(tǒng)是基于MapGIS k9平臺(tái)和Flex技術(shù)開(kāi)發(fā)的Web應(yīng)用系統(tǒng)?；贔lex的WebGIS框架克服了原有WebGIS系統(tǒng)交互性差、響應(yīng)速度慢等問(wèn)題，提高了開(kāi)發(fā)和部署的效率，為WebGIS的應(yīng)用提供了一種嶄新的應(yīng)用機(jī)制。

系統(tǒng)使用XML語(yǔ)言進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，充分保證了界面和布局的和諧美觀。利用ActionScript處理用戶(hù)和系統(tǒng)事件，并且構(gòu)建了復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型。通過(guò)IMS服務(wù)器建立客戶(hù)端和服務(wù)器的通信，為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的存取、發(fā)布提供保障，從而實(shí)現(xiàn)水環(huán)境管理專(zhuān)項(xiàng)功能。

（1）客戶(hù)端通過(guò)瀏覽器發(fā)送請(qǐng)求訪問(wèn)相應(yīng)的資源，Web服務(wù)器接受請(qǐng)求，返回一個(gè)響應(yīng)。

（2）客戶(hù)端接收響應(yīng)，加載配置文件和組件，同時(shí)部分組件向服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求。加載完畢后，用戶(hù)瀏覽界面即可形成，等待與用戶(hù)交互。

（3）客戶(hù)端發(fā)送請(qǐng)求，Web服務(wù)器接受請(qǐng)求，轉(zhuǎn)發(fā)給IMS服務(wù)器，轉(zhuǎn)換并傳遞請(qǐng)求包含的參數(shù)。IMS服務(wù)器與GeodataBase服務(wù)器通信，獲得所需數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理后將結(jié)果返回給客戶(hù)端。

（4）客戶(hù)端遠(yuǎn)程服務(wù)組件對(duì)返回結(jié)果作出響應(yīng)，進(jìn)行相關(guān)的處理，從而完成用戶(hù)的請(qǐng)求。

3.系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。采用多層數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，MapGIS k9企業(yè)管理器提供對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。通過(guò)空間與屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)河南省水環(huán)境基礎(chǔ)地理信息及屬性數(shù)據(jù)的整理入庫(kù)、查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)分析、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布以及成果輸出。系統(tǒng)依據(jù)《地理信息分類(lèi)與編碼規(guī)則》（GB/T25529-2010）對(duì)多源地理信息進(jìn)行統(tǒng)一分類(lèi)和編碼，確保了組織、建庫(kù)、存儲(chǔ)及交換的一致性和通用性。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖 1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

4.功能模塊?；赪ebGIS的數(shù)字化水環(huán)境管理系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)多用戶(hù)群（政府部門(mén)、科研單位、公眾等）、多目標(biāo)、多水源（河流、水源地等）的復(fù)雜工程。公眾的參與不僅是政府和市場(chǎng)積極高效發(fā)揮環(huán)境保護(hù)功能的重要推動(dòng)力，也是進(jìn)一步增強(qiáng)公民的環(huán)保意識(shí)，動(dòng)員全社會(huì)控制污染、保護(hù)環(huán)境的重要措施。系統(tǒng)功能模塊分為公眾信息網(wǎng)站和政府內(nèi)部管理分析網(wǎng)站2部分，針對(duì)不同的用戶(hù)設(shè)置不同的使用權(quán)限，實(shí)現(xiàn)全省水環(huán)境信息更新、專(zhuān)題地圖發(fā)布、信息管理與查詢(xún)、空間分析與決策等多項(xiàng)用途。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

三、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

1.常規(guī)操作功能。系統(tǒng)常規(guī)操作功能包括數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)圖表輸出和地圖量算等功能。

圖 2系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2.水環(huán)境公眾信息網(wǎng)站功能設(shè)計(jì)。鑒于目前公眾對(duì)水環(huán)境管理相關(guān)知識(shí)、法律及信息獲取方式的局限性，水環(huán)境公眾信息網(wǎng)站旨在向公眾提供全省最新水環(huán)境要聞概覽、相關(guān)法律法規(guī)檢索、基本專(zhuān)題地圖在線瀏覽等網(wǎng)絡(luò)信息，以提高公眾參與水環(huán)境管理的積極性，架起政府部門(mén)和公眾之間溝通的橋梁。

3.水環(huán)境政府部門(mén)內(nèi)部分析應(yīng)用平臺(tái)功能設(shè)計(jì)。

（1）水環(huán)境基礎(chǔ)信息查詢(xún)。主要包括水庫(kù)、河流基本信息及主要污染事故檢索、市縣水利設(shè)施基礎(chǔ)信息查詢(xún)等。

（2）污水行進(jìn)模型。采用零維和一維污水混合模型。該模型以高錳酸鉀、COD、BOD污染物濃度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)目標(biāo)河段上下游監(jiān)測(cè)斷面的選擇，用戶(hù)輸入評(píng)價(jià)指標(biāo)、河流污染物降解系數(shù)及目標(biāo)點(diǎn)起始位置坐標(biāo)，可得出研究范圍內(nèi)河流任一點(diǎn)處污染物濃度和污染物排放量。模型能夠動(dòng)態(tài)模擬沿河工廠污染物的擴(kuò)散過(guò)程，為流域水環(huán)境的綜合治理及政府決策提供依據(jù)。

（3）水源地選址。依據(jù)傍河水源地選址的一般原則，根據(jù)擬建最大水源地半徑對(duì)周邊縣市水利基礎(chǔ)設(shè)施的緩沖區(qū)進(jìn)行分析，進(jìn)而判斷在該處選址的可行性。

（4）河流水質(zhì)分析。地表水水質(zhì)模型是描述各種污染物在地表水體中混合、輸運(yùn)在時(shí)間和空間上的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律以及各影響因素的相互關(guān)系。系統(tǒng)水質(zhì)分析模塊采用S-P模型和QUAL系列模型，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)斷面點(diǎn)的選擇，將統(tǒng)計(jì)該斷面處各個(gè)污染物指標(biāo)值，同時(shí)對(duì)綜合污染物指數(shù)、單向污染指數(shù)、污染負(fù)荷比進(jìn)行計(jì)算并可視化顯示。

（5）水環(huán)境容量模型模擬。由于河流混合輸移過(guò)程只關(guān)注污染物濃度的沿程變化，因此以BOD作為河流水環(huán)境容量計(jì)算的主要指標(biāo)。假設(shè)污染源為點(diǎn)源，各排污口連續(xù)、均勻排污。首先，根據(jù)河流混合輸移過(guò)程、污染物衰減形式、水質(zhì)模型維數(shù)等參數(shù)確定評(píng)價(jià)模型。然后，通過(guò)對(duì)目標(biāo)河段的確定，提取相關(guān)計(jì)算參數(shù)，計(jì)算出河流污染物的衰減系數(shù)。最后，以水質(zhì)目標(biāo)為基準(zhǔn)，計(jì)算出河流水環(huán)境的容量值，并以數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖的形式呈現(xiàn)給決策者，同時(shí)將數(shù)據(jù)入庫(kù)。

河南省水環(huán)境管理信息系統(tǒng)采用基于MapGIS K9平臺(tái)和Flex技術(shù)的開(kāi)發(fā)方式，具有富客戶(hù)端應(yīng)用、交互性好、運(yùn)行效率高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可針對(duì)不同的客戶(hù)群進(jìn)行功能操作和擴(kuò)展。由于平臺(tái)特性和筆者開(kāi)發(fā)水平的限制，該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與相關(guān)分析模型的整合設(shè)計(jì)上還存在一些不足。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速進(jìn)步和地理信息技術(shù)在水環(huán)境管理領(lǐng)域應(yīng)用的不斷縱深發(fā)展，系統(tǒng)將進(jìn)行進(jìn)一步地優(yōu)化，以適應(yīng)更高規(guī)格的管理和決策需要。