劉濤,徐飛,吳熙,張小惠,高玉榮

(1.精密工程與工業(yè)測(cè)量國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430022; 2.武漢市測(cè)繪研究院,湖北武漢 430022; 3.武漢市水務(wù)集團(tuán)有限公司,湖北武漢 430034; 4.武漢警官職業(yè)學(xué)院,湖北武漢 430040)

面向環(huán)保的多級(jí)數(shù)據(jù)服務(wù)體系研究

劉濤1,2?,徐飛3,吳熙1,2,張小惠4,高玉榮1,2

(1.精密工程與工業(yè)測(cè)量國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430022; 2.武漢市測(cè)繪研究院,湖北武漢 430022; 3.武漢市水務(wù)集團(tuán)有限公司,湖北武漢 430034; 4.武漢警官職業(yè)學(xué)院,湖北武漢 430040)

針對(duì)不同用戶(hù)對(duì)環(huán)保信息的不同需求,本文提出一種面向環(huán)保數(shù)據(jù)多級(jí)服務(wù)體系建設(shè)的構(gòu)想。探討了環(huán)保多級(jí)空間信息服務(wù)的元數(shù)據(jù)建設(shè)、基礎(chǔ)地理空間信息多級(jí)服務(wù)體系建設(shè)、環(huán)保專(zhuān)題數(shù)據(jù)多級(jí)服務(wù)體系建設(shè)、基于Open-GIS的數(shù)據(jù)共享服務(wù)、環(huán)境數(shù)據(jù)中心建設(shè)等內(nèi)容。

元數(shù)據(jù);空間信息服務(wù);多級(jí)服務(wù);環(huán)境數(shù)據(jù)中心

1 引 言

隨著城市化速度的加快,環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越突出,城市環(huán)境污染的防治以及環(huán)境管理顯得日益緊迫,同時(shí)也給環(huán)保信息化工作帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。環(huán)境信息管理系統(tǒng)的建立,面臨著數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)具有很強(qiáng)的空間性和時(shí)效性等諸多問(wèn)題,基于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)之上建立的管理信息系統(tǒng)已無(wú)法滿(mǎn)足不同用戶(hù)的個(gè)性化需求。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)以及空間技術(shù)的快速發(fā)展,不同用戶(hù)對(duì)城市環(huán)境管理信息系統(tǒng)的需求也正在發(fā)生著變化。如何從海量的環(huán)境數(shù)據(jù)中提取出有用信息,滿(mǎn)足不同類(lèi)型用戶(hù)的應(yīng)用需求顯得尤為重要。為此,本文提出了面向服務(wù)的環(huán)保數(shù)據(jù)多級(jí)服務(wù)體系建設(shè)的構(gòu)想,并進(jìn)行了一定的探索。

2 相關(guān)概念

2.1 環(huán)保空間信息服務(wù)

空間信息服務(wù)指在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,在空間信息框架基礎(chǔ)上,集成多元化的公共以及專(zhuān)題信息,將地理空間信息與信息服務(wù)相結(jié)合,為不同用戶(hù)、不同層次、不同應(yīng)用角度提供及時(shí)、可靠的空間信息,從而滿(mǎn)足綜合性、區(qū)域性、專(zhuān)題性的決策分析需要(張艷偉等,2012)。

環(huán)保空間信息服務(wù)是以Web技術(shù)、GIS、GPS、RS、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)為基礎(chǔ),對(duì)環(huán)保空間信息的采集、加工、處理和管理進(jìn)行規(guī)范、有效地處理,并為各類(lèi)用戶(hù)提供方便、快捷的環(huán)?？臻g信息的發(fā)布、訪問(wèn)、查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、轉(zhuǎn)換、交換、下載等應(yīng)用的“一站式”服務(wù),以促進(jìn)環(huán)保信息的共享與高效利用。環(huán)保空間信息服務(wù)是環(huán)境信息化進(jìn)程中不可缺少的組成部分。

2.2 環(huán)保空間信息服務(wù)的主要研究?jī)?nèi)容

(1)環(huán)?？臻g信息的管理

通過(guò)空間信息服務(wù),對(duì)各類(lèi)環(huán)?？臻g信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的分類(lèi)管理,并進(jìn)行必要的分析研究,提供對(duì)環(huán)保空間信息服務(wù)維護(hù)的服務(wù)接口。通過(guò)在環(huán)保專(zhuān)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中調(diào)用這些維護(hù)接口,實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)保空間信息的動(dòng)態(tài)維護(hù),保障各類(lèi)信息的現(xiàn)勢(shì)性。

(2)環(huán)?？臻g信息的共享與分發(fā)服務(wù)

通過(guò)空間信息服務(wù),對(duì)各類(lèi)環(huán)?？臻g信息提供共享與分發(fā)服務(wù),實(shí)現(xiàn)不同環(huán)保應(yīng)用系統(tǒng)間對(duì)環(huán)保空間信息的跨平臺(tái)調(diào)用,實(shí)現(xiàn)整個(gè)環(huán)保行業(yè)內(nèi)不同部門(mén)、應(yīng)用間的數(shù)據(jù)共享。

(3)環(huán)?？臻g信息的功能應(yīng)用

通過(guò)空間信息服務(wù),對(duì)環(huán)保專(zhuān)業(yè)功能應(yīng)用進(jìn)行服務(wù)封裝,使得不同應(yīng)用部門(mén),甚至是不熟悉環(huán)保業(yè)務(wù)的人員,也可以調(diào)用專(zhuān)業(yè)的環(huán)?？臻g信息功能服務(wù),如環(huán)保應(yīng)急救援的路徑分析服務(wù)、大氣、水污染擴(kuò)散的空間模擬服務(wù)等。

3 環(huán)保多級(jí)數(shù)據(jù)服務(wù)體系研究

3.1 環(huán)保元數(shù)據(jù)

(1)環(huán)境元數(shù)據(jù)框架

國(guó)標(biāo)的環(huán)境信息元數(shù)據(jù)框架包括8個(gè)元數(shù)據(jù)子集:標(biāo)識(shí)信息、覆蓋范圍、內(nèi)容信息、維護(hù)信息、限制信息、數(shù)據(jù)質(zhì)量、發(fā)布信息和元數(shù)據(jù)描述信息。為滿(mǎn)足環(huán)保多級(jí)數(shù)據(jù)服務(wù)體系建設(shè)要求,本文在國(guó)標(biāo)的基礎(chǔ)上增加了3個(gè)子集,即用戶(hù)類(lèi)型、空間數(shù)據(jù)表示信息、參照系統(tǒng)信息。環(huán)保多級(jí)數(shù)據(jù)服務(wù)體系元數(shù)據(jù)框架如圖1所示:

圖1 環(huán)境元數(shù)據(jù)的分布式空間數(shù)據(jù)管理模型

(2)環(huán)保元數(shù)據(jù)服務(wù)模式

環(huán)境元數(shù)據(jù)不僅是環(huán)境信息數(shù)據(jù)的描述和管理手段,而且已經(jīng)成為分布式異構(gòu)環(huán)境數(shù)據(jù)共享與搜索服務(wù)的基礎(chǔ)。本文通過(guò)將結(jié)構(gòu)化的環(huán)境元數(shù)據(jù)多級(jí)服務(wù)體系與WebGIS技術(shù)相結(jié)合,提出了分布式異構(gòu)環(huán)境下環(huán)境元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)管理模型,該模型由索引圖、空間元數(shù)據(jù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)集和一套規(guī)范框架組成,其模型如圖2所示。

圖2 環(huán)境元數(shù)據(jù)的分布式空間數(shù)據(jù)管理模型

在該模型下,整個(gè)信息服務(wù)框架運(yùn)行由用戶(hù)端、Web服務(wù)器、負(fù)責(zé)元數(shù)據(jù)服務(wù)提供的服務(wù)器和負(fù)責(zé)GIS服務(wù)提供的服務(wù)器等幾個(gè)部分組成。其中,Web服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)用戶(hù)發(fā)出的服務(wù)請(qǐng)求做出響應(yīng);元數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)提供環(huán)境元數(shù)據(jù)的發(fā)布、維護(hù)、運(yùn)行管理等服務(wù)工作;GIS服務(wù)器負(fù)責(zé)提供與元數(shù)據(jù)庫(kù)相對(duì)應(yīng)的環(huán)境空間數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、調(diào)用、處理和應(yīng)用等服務(wù)。

3.2 基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的分級(jí)服務(wù)

基礎(chǔ)地理信息資源為環(huán)保空間信息服務(wù)體系提供了統(tǒng)一的空間定位基準(zhǔn)和空間載體,是重要的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)地理信息資源所包含的具體內(nèi)容與地圖的比例尺密切相關(guān),比例尺越小,包含的地理要素越粗略,比例尺越大,包含的地理信息越廣泛。

基礎(chǔ)地理信息資源所包含內(nèi)容的詳細(xì)程度與環(huán)保空間信息服務(wù)所面對(duì)的用戶(hù)、運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、服務(wù)的顆粒度等因素密切相關(guān)。主要體現(xiàn)在:

(1)面向環(huán)保專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員與領(lǐng)導(dǎo)決策人員的環(huán)保空間信息服務(wù),需要詳細(xì)的大比例尺基礎(chǔ)地理信息資源,而面向社會(huì)公眾的則需要概略的、小比例尺基礎(chǔ)地理信息資源。

(2)面向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布的環(huán)保空間信息服務(wù),由于受到數(shù)據(jù)保密性的要求,只能提供概略的、小比例尺基礎(chǔ)地理信息資源,而面向環(huán)保內(nèi)部專(zhuān)網(wǎng)的環(huán)?？臻g信息服務(wù)則可以使用詳細(xì)的、大比例尺基礎(chǔ)地理信息資源。

(3)某些需要提供粗粒度服務(wù)的環(huán)保空間信息服務(wù),可以使用概略的、小比例尺基礎(chǔ)地理信息資源,需要細(xì)粒度服務(wù)的環(huán)保空間信息服務(wù),則可使用詳細(xì)的、大比例尺基礎(chǔ)地理信息資源。

3.3 環(huán)?？臻g數(shù)據(jù)的分級(jí)服務(wù)

環(huán)保空間信息資源是構(gòu)建環(huán)?？臻g信息多級(jí)服務(wù)體系的核心信息資源,通過(guò)這些專(zhuān)題信息資源可以對(duì)各類(lèi)環(huán)保信息進(jìn)行時(shí)間上和空間上的動(dòng)態(tài)分析與評(píng)價(jià)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和輔助決策。

環(huán)保專(zhuān)題空間信息資源分散于不同環(huán)保職能部門(mén),日常數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和維護(hù)都由這些部門(mén)來(lái)完成,通過(guò)對(duì)環(huán)境信息資源的分類(lèi)進(jìn)行分析和整理,依據(jù)環(huán)?？臻g信息面向的不同類(lèi)型用戶(hù)、不同功能的數(shù)據(jù)服務(wù)需求,可以清理出環(huán)?？臻g多級(jí)信息資源的分類(lèi)及分級(jí)策略。表1中列舉出部分環(huán)?？臻g信息資源的分類(lèi)及分級(jí)策略。

環(huán)保空間多級(jí)信息資源分類(lèi)及分級(jí)策略 表1

3.4 基于OpenGIS的數(shù)據(jù)共享服務(wù)

OpenGIS使得GIS由封閉的、不兼容的系統(tǒng),走向了開(kāi)發(fā)的、共享的、兼容的、可交互的發(fā)展方向,并實(shí)現(xiàn)了分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下異構(gòu)系統(tǒng)的互操作。其中,WMS (Web Map Service)、WFS(Web Feature Service)和WCS(Web Coverage Service)是OpenGIS中最常用的三個(gè)重要接口規(guī)范。它們都是采用WebService的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的,WMS服務(wù)是地圖服務(wù)的接口規(guī)范,該規(guī)范屏蔽了異構(gòu)數(shù)據(jù)訪問(wèn)及操作的復(fù)雜性,以一種簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的共享與互操作。

本文采用GeoServer創(chuàng)建了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和環(huán)保專(zhuān)題數(shù)據(jù)的WMS服務(wù),可以通過(guò)OpenLayers的方式打開(kāi)每個(gè)地理數(shù)據(jù)服務(wù),并預(yù)覽地圖效果,如圖3示例所示。

圖3 采用GeoServer創(chuàng)建的WMS數(shù)據(jù)服務(wù)

4 環(huán)境數(shù)據(jù)中心的建設(shè)

4.1 環(huán)境數(shù)據(jù)中心建設(shè)的意義

開(kāi)展環(huán)境數(shù)據(jù)中心的建設(shè)工作,主要是基于以下考慮:

(1)數(shù)據(jù)集中管理的需要

一方面保障了各類(lèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性,另一方面提高了數(shù)據(jù)的查詢(xún)和訪問(wèn)效率,為各級(jí)環(huán)保部門(mén)深入的進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和研究分析奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(2)信息共享的需要

按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來(lái)構(gòu)建環(huán)境數(shù)據(jù)中心,實(shí)現(xiàn)橫向、縱向多方面的數(shù)據(jù)共享。

(3)業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)的需要

可避免各業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)的重復(fù)投資,保障新建系統(tǒng)與已建系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享,急需建立環(huán)境數(shù)據(jù)中心來(lái)保障系統(tǒng)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)性、規(guī)范性和提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)。

(4)是構(gòu)建環(huán)保空間信息多級(jí)服務(wù)體系的基礎(chǔ)

只有建立了環(huán)境數(shù)據(jù)中心,統(tǒng)一了數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),整合了各類(lèi)數(shù)據(jù),保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和唯一性之后,才能建立起環(huán)?？臻g信息多級(jí)服務(wù)體系。同時(shí),環(huán)保數(shù)據(jù)中心也需要空間信息的支撐,環(huán)?？臻g信息多級(jí)服務(wù)體系可為環(huán)境數(shù)據(jù)中心提供所需的空間信息服務(wù)。

4.2 環(huán)境數(shù)據(jù)中心的構(gòu)成

環(huán)境數(shù)據(jù)中心集成了所有環(huán)保業(yè)務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù),不僅包括環(huán)境監(jiān)測(cè)、污染源監(jiān)控、排污申報(bào)、城市考核、環(huán)境統(tǒng)計(jì),還應(yīng)該包括水文、地質(zhì)、地貌、氣象等相關(guān)數(shù)據(jù)以及環(huán)保相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系、法律法規(guī)等內(nèi)容。環(huán)境數(shù)據(jù)中心的建立主要依靠已有的環(huán)保業(yè)務(wù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)來(lái)組成,各地環(huán)保業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)是否完善直接關(guān)系,環(huán)境數(shù)據(jù)中心的覆蓋內(nèi)容是否全面。環(huán)境數(shù)據(jù)中心的構(gòu)成,如同4所示、圖5為基于多級(jí)環(huán)境信息服務(wù)的“武漢市環(huán)境數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目建設(shè)項(xiàng)目”的系統(tǒng)截圖。

圖4 環(huán)境數(shù)據(jù)中心的構(gòu)成

圖5 基于多級(jí)環(huán)境信息服務(wù)的“武漢市環(huán)境數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目建設(shè)項(xiàng)目”的系統(tǒng)截圖

5 總 結(jié)

目前,環(huán)境信息化的建設(shè)主要為面向不同主題的管理信息系統(tǒng),如環(huán)境監(jiān)測(cè)、污染源監(jiān)控、生態(tài)保護(hù)和核安全與輻射環(huán)境安全等信息系統(tǒng)。這些系統(tǒng)無(wú)法在原有的數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上高效發(fā)掘和發(fā)現(xiàn)不同環(huán)境信息用戶(hù)感興趣的知識(shí)和信息。通過(guò)面向不同用戶(hù)的多級(jí)環(huán)境數(shù)據(jù)服務(wù)體系建設(shè),將各類(lèi)環(huán)境數(shù)據(jù)資源進(jìn)行分級(jí)、分類(lèi)建設(shè),將有助于為不同用戶(hù)提供個(gè)性化的環(huán)境數(shù)據(jù)服務(wù),進(jìn)而為環(huán)境信息多級(jí)應(yīng)用服務(wù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 因蔓,王志海譯.數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)[M].北京,機(jī)械工業(yè)出版社, 2005.

[2] 王橋.環(huán)境信息技術(shù)與應(yīng)用[M].北京,化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[3] 張艷偉,曾楠.基于空間信息服務(wù)的城市軌道交通應(yīng)急管理[J].城市軌道交通,2012(5):12～17.

[4] 曾鳴.基于SOA的森林資源空間信息分級(jí)服務(wù)研究[D].中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院博士學(xué)位論文,2011.

[5] 王方雄.基于原子服務(wù)的網(wǎng)格空間信息互操作研究[D].武漢大學(xué)博士論文,2005.

[6] 陳應(yīng)東.空間信息服務(wù)模式的研究與實(shí)踐[D].解放軍信息工程大學(xué)博士論文,2008.

Research on Environmental Protection Oriented Multi-level Data Spatial Information Services

Liu Tao1,2,Xu Fei3,Wu Xi1,2,Zhang XiaoHui4,Gao YuRong1,2
(1.Key Laboratory of Precise Engineering and Industry Surveying of National Administration of Surveying,Mapping and Geoinformation,Wuhan Geomatic Institute,Wuhan 430022,China; 2.Wuhan City Water Group Co.,Ltd,Wuhan 430034,China; 3.Wuhan Police Vocational College,Wuhan 430040,China)

According to the different users of different environmental information demand,This paper proposes a multi-level data service system construction of environmental protection oriented conception.This paper discusses the media data construction、multi-level data services of fundamental geographical spatial information,multi-level data services of environmental protection thematic data,data sharing service based on OpenGIS,the construction of environmental data center,and so on.

metadata;spatial information service;multi-level service;environmental data center

1672-8262(2014)06-71-04

P208.2

B

2014—08—09

劉濤(1979—),男,高級(jí)工程師,主要從事地理信息系統(tǒng)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)等工作。

精密工程測(cè)量國(guó)家測(cè)繪局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目(PF2012-18)