沈麗霞
(福州市勘測院,福建 福州 350003)
隨著“《國務(wù)院關(guān)于開展第一次全國污染源普查的通知》[國發(fā)〔2006〕36號]”文件的發(fā)布,全國污染源普查工作正式拉開了帷幕。此次全國污染源普查是全面掌握我國環(huán)境狀況的重要手段,搞好污染源普查,有利于正確地判斷環(huán)境形勢,科學(xué)制定環(huán)境保護政策和規(guī)劃,切實改善環(huán)境質(zhì)量,保障國家環(huán)境安全,促進經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整,推進資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會建設(shè)。2011年福州市的污染源普查工作已進入后期階段,主要的工作重心在于整理各種普查表格和地圖,進行數(shù)據(jù)的編碼、錄入、入庫,分析評估普查數(shù)據(jù)、普查成果的進一步開發(fā)利用等。
福州市環(huán)境保護監(jiān)測站作為市環(huán)保局的直屬單位,主要承擔(dān)著環(huán)境要素的常規(guī)普查與監(jiān)測、污染源監(jiān)視監(jiān)測、污染事故監(jiān)測及污染糾紛仲裁監(jiān)測等工作,市環(huán)保局及監(jiān)測站相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)非常重視普查成果的開發(fā)利用。隨著普查污染源數(shù)據(jù)庫的逐步完善,為更好地利用普查成果資料,充分發(fā)揮普查成果的經(jīng)濟效益和社會效益。部門領(lǐng)導(dǎo)在綜合考察了GIS技術(shù)在環(huán)保行業(yè)信息化建設(shè)方面的成功經(jīng)驗后,決定在這次污染源源普查成果的基礎(chǔ)上開發(fā)建設(shè)《福州市污染源管理及應(yīng)急監(jiān)測地理信息系統(tǒng)》。
本項目采用地理信息系統(tǒng)與相關(guān)環(huán)境數(shù)學(xué)分析模型相結(jié)合的方式,充分利用地理信息系統(tǒng)對空間數(shù)據(jù)的查詢、管理和分析功能,保障各類歷史及現(xiàn)狀環(huán)保信息數(shù)據(jù)的綜合管理,并形成自己特有的環(huán)保知識庫來為社會提供技術(shù)支撐和信息服務(wù)。
人口、資源和環(huán)境是當(dāng)今人類社會所共同面臨的最嚴峻的問題。隨著全球環(huán)境的日益惡化,人們已越來越認識到環(huán)境保護的重要性。同時,也越來越認識到科學(xué)技術(shù),特別是信息技術(shù)對環(huán)境保護所起的重大作用。環(huán)境保護離不開環(huán)境信息的采集和處理,而環(huán)境信息85%以上與空間位置有關(guān),所以,地理信息系統(tǒng)就自然成為環(huán)境保護信息化工作中的有力工具。
該項目的總體目標(biāo)就是:利用GIS技術(shù),在福州市電子地圖數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,加載各類環(huán)保專用空間圖層,建立起福州市污染源管理及應(yīng)急監(jiān)測地理信息系統(tǒng)軟硬件平臺,提高環(huán)境監(jiān)察、污染源分析、應(yīng)急事故等工作的處置能力。
具體而言,該系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容包括兩個方面:
(1)福州市污染源管理及應(yīng)急監(jiān)測地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)。其中又包括:福州市基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫和福州市環(huán)保專題信息數(shù)據(jù)庫。
(2)福州市污染源管理及應(yīng)急監(jiān)測地理信息系統(tǒng)。其中又包括兩個子系統(tǒng):環(huán)境監(jiān)測與污染源管理子系統(tǒng)、應(yīng)急監(jiān)測現(xiàn)場處理便攜子系統(tǒng)。
系統(tǒng)按照“分層設(shè)計、模塊構(gòu)建”的思想進行設(shè)計,由4層結(jié)構(gòu),兩大保障構(gòu)成。具體如圖1所示:
從下而上,第一層是基礎(chǔ)層:該層提供系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)操作、桌面操作系統(tǒng)及企業(yè)級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等基礎(chǔ)軟件環(huán)境,提供信息化系統(tǒng)運行所依賴的存儲設(shè)備、計算設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、安全設(shè)施等,是信息化系統(tǒng)的軟硬件設(shè)施基礎(chǔ)。
第二層是數(shù)據(jù)層,是整個系統(tǒng)的信息資源核心。污染源專題數(shù)據(jù)庫由污染源專題空間數(shù)據(jù)庫和染源屬性數(shù)據(jù)組成,污染源屬性數(shù)據(jù)庫直接從外部的污染源普查原始庫提取建庫;應(yīng)急監(jiān)測管理數(shù)據(jù)庫包括應(yīng)急流程庫、預(yù)案庫、大氣模型庫、模擬預(yù)演庫、化學(xué)品和專家儀器庫等;環(huán)保專題數(shù)據(jù)由基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫提供所需地圖背景。
圖1 系統(tǒng)總體框架圖
第三層是服務(wù)層,在統(tǒng)一的GIS核心平臺運行框架上,提供工作流程的運轉(zhuǎn)服務(wù),面向各應(yīng)用子系統(tǒng)提供標(biāo)準的服務(wù)接口,例如:基本GIS功能、數(shù)據(jù)更新恢復(fù)、空間信息的查詢、統(tǒng)計分析服務(wù)、專題圖的應(yīng)用等各種系統(tǒng)管理服務(wù)。
第四層是應(yīng)用層,在服務(wù)層的基礎(chǔ)上,面向污染源和應(yīng)急監(jiān)測管理的需求,為支持平臺提供應(yīng)用:如普查污染源信息管理、普查污染源專題分析、大氣擴散模擬分析及應(yīng)急監(jiān)測現(xiàn)場處理等功能模塊。
在上述四層結(jié)構(gòu)之外,還必須建立環(huán)保數(shù)據(jù)標(biāo)準、數(shù)據(jù)規(guī)范體系及信息管理制度、安全保障體系,從而保證信息有序,防止信息管理混亂,使信息化建設(shè)和運作有章可循,規(guī)范發(fā)展。
環(huán)保綜合空間數(shù)據(jù)庫軟件平臺采用Oracle 10g+ArcSDE,用于保存基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)、環(huán)保專題空間數(shù)據(jù)及相關(guān)的業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)。地理圖層的坐標(biāo)系以1954年北京大地坐標(biāo)系為基準,采用“高斯—克呂格投影”。
數(shù)據(jù)內(nèi)容包括:
(1)1∶25000電子地圖:主要包括市級行政區(qū)劃、縣級行政區(qū)劃、各級政府所在地、居民地、鐵路、主要水系面、各級道路、火車站、碼頭、機場等地物要素。數(shù)據(jù)范圍覆蓋福州市5區(qū)8縣。
(2)1∶5000電子地圖:主要包括行政區(qū)劃、縣市政府所在地、鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地、行政村、鐵路、水系、道路面、公園綠地、居民地等地物要素。數(shù)據(jù)范圍覆蓋福州市主城區(qū)及各區(qū)縣的縣城區(qū)。
(3)數(shù)碼航拍影像:數(shù)據(jù)范圍覆蓋福州市主城區(qū)及重點監(jiān)測污染源周邊 4 km2。
(4)高程DEM數(shù)據(jù):基于1∶10000比例尺,精度為 1 m×1 m的DEM高程數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)范圍覆蓋福州地區(qū)5區(qū)8縣。
(5)熱點定位數(shù)據(jù):主要包括企事業(yè)單位、醫(yī)院、學(xué)校、酒店、商業(yè)等重要地物信息點數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)范圍覆蓋福州市主城區(qū)及各區(qū)縣的縣城區(qū)。
(6)道路中心線數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)范圍覆蓋福州市中心城區(qū)及8縣城區(qū)。
(7)河道中心線數(shù)據(jù):主要包括福州市區(qū)內(nèi)主要內(nèi)河、閩江及主要支流、龍江、敖江等。
(8)污染源普查數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)范圍覆蓋福州地區(qū)5區(qū)8縣。
(9)應(yīng)急重點污染源數(shù)據(jù):主要描述污染源的空間分布,并表示污染源與地物之間的空間關(guān)系。數(shù)據(jù)范圍覆蓋福州地區(qū)5區(qū)8縣。
(10)環(huán)境監(jiān)測點數(shù)據(jù):主要描述環(huán)境監(jiān)測信息源的空間分布,包括水質(zhì)監(jiān)測斷面、大氣監(jiān)測站點、水質(zhì)監(jiān)測點、噪聲監(jiān)測點。數(shù)據(jù)范圍覆蓋福州地區(qū)5區(qū)8縣。
(11)危險化學(xué)品危害及處置技術(shù)資料庫:主要包括環(huán)保監(jiān)測單位日常工作中涉及的各種危險化學(xué)品的基本化學(xué)性質(zhì)及對環(huán)境的影響情況。同時還提供在現(xiàn)場應(yīng)急監(jiān)測的方法、實驗室檢測方法、環(huán)境標(biāo)準以及應(yīng)急處理處置方法等信息。
(12)監(jiān)測儀器及專家信息:在應(yīng)急監(jiān)測過程現(xiàn)場需要各類專業(yè)的監(jiān)測儀器設(shè)備及專業(yè)人員來保障,主要包括車載應(yīng)急監(jiān)測流動實驗室,各類儀器設(shè)備;專業(yè)人員信息庫要求有人員的姓名、性別、所屬部門、專業(yè)、技術(shù)能力等信息。
(1)地圖瀏覽:實現(xiàn)平移、縮放、全圖、前后視圖等操作,從而達到方便快速瀏覽地圖信息的目的。
(2)地圖鷹眼:通過地圖鷹眼,對地圖全貌進行“鳥瞰”,實現(xiàn)對電子地圖的快速定位。
(3)地圖圖層控制:系統(tǒng)提供可視化的操作方式,控制視圖的顯示、選擇狀態(tài)及文本顯示狀態(tài)。
(4)地圖量測:實現(xiàn)點位坐標(biāo)量測、距離量測、任意多邊形區(qū)域面積量測。
(5)影像數(shù)據(jù)加載:顯示影像圖數(shù)據(jù),并可和矢量圖數(shù)據(jù)進行切換瀏覽。
(6)污染源空間專題圖:將污染源在地圖中的分布情況以專題圖方式體現(xiàn)出來,使數(shù)據(jù)形象地顯示在專題地圖上。
提供對公共專題數(shù)據(jù)、環(huán)保專題數(shù)據(jù)、應(yīng)急監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)的屬性查詢和空間查詢功能,以列表展示查詢結(jié)果,并可以在地圖上定位顯示,具體功能包括:
(1)常用地名查詢:用戶輸入地名、道路名,進行地名模糊查詢定位。
(2)常用單位查詢:用戶輸入單位名稱,進行地名模糊查詢定位。
(3)污染源分級樹圖顯示及查詢定位:系統(tǒng)根據(jù)污染源所屬類別進行三級分類,并點擊某污染源時進行查詢定位。
(4)污染源查詢定位:用戶輸入污染源名稱,對污染源進行模糊查詢定位。如圖2所示:
圖2 污染源查詢定位
(5)污染源屬性查詢:用戶點選污染源后,可顯示污染源的詳細屬性信息。
(6)地圖選擇查詢:通過選擇工具來獲取框選范圍內(nèi)的污染源分布情況,并能查看其屬性。選擇方式可以為點選、圈選、框選、多邊形選擇等。
(7)化學(xué)品信息查詢:用戶輸入化學(xué)品名稱、性質(zhì)、類型等關(guān)鍵字進行模型查詢,顯示該危險化學(xué)品的全部相關(guān)信息及處理建議程序。
(8)儀器設(shè)備及應(yīng)急專家查詢:用戶輸入類型、名稱等條件能查詢各類儀器設(shè)備,輸入姓名、專業(yè)、技能可查詢?nèi)繉I(yè)人士檔案信息。
(1)水環(huán)境監(jiān)測:對地下水、湖庫、內(nèi)河、飲用水、河流等重點水域的水質(zhì)監(jiān)測情況進行查看,篩選過濾。
(2)空氣監(jiān)測:對重點監(jiān)測點的城市空氣、降塵、降水、硫酸鹽化速率監(jiān)測情況等進行查看、過濾、分析和統(tǒng)計。
(3)聲源監(jiān)測:對主要功能區(qū)和道路的道路交通噪聲、功能區(qū)噪聲、區(qū)域環(huán)境噪聲等監(jiān)測情況進行查詢、過濾、分析和統(tǒng)計。
(4)專題報表統(tǒng)計:對水環(huán)境、空氣、聲源三類監(jiān)測數(shù)據(jù)進行專題報表統(tǒng)計、分析、導(dǎo)出等。如圖3所示:
圖3 報表統(tǒng)計分析
(5)大氣擴散模型分析:根據(jù)擴散模型的模擬分析數(shù)據(jù),結(jié)合GIS的空間分析功能,顯示污染物種類及數(shù)量,涉及或影響的范圍,自動生成應(yīng)急布控范圍,預(yù)演擴散點分布等,如圖4所示。
圖4 大氣擴散模型分析
(6)環(huán)境監(jiān)測站360°全景展示:以360°全景技術(shù),全方位展示環(huán)境監(jiān)測站整體外觀、實驗室內(nèi)部布局、重要區(qū)域情況等,提供以步進方式循序漸進展示。
系統(tǒng)可提供對應(yīng)急監(jiān)測工作的流程制定及向?qū)焦ぷ鞴芾?,并可形成?yīng)急監(jiān)測工作的統(tǒng)計分析報表并導(dǎo)出。
(1)應(yīng)急監(jiān)測工作向?qū)?按照應(yīng)急監(jiān)測工作的設(shè)計流程,提供向?qū)Х绞降膽?yīng)急監(jiān)測工作管理模式,使操作用戶可以簡單清晰地完成應(yīng)急監(jiān)測各項工作。如圖5所示:
圖5 應(yīng)急監(jiān)測工作向?qū)?/p>
(2)應(yīng)急監(jiān)測流程制定:提供對應(yīng)急監(jiān)測工作的流程制定,為向?qū)焦ぷ鞴芾硖峁┗A(chǔ)。
(3)應(yīng)急監(jiān)測方案管理:提供應(yīng)急監(jiān)測方案的管理功能,包括方案增加、修改刪除等。方案在應(yīng)急監(jiān)測工作向?qū)е锌勺詣诱{(diào)用。
(4)應(yīng)急監(jiān)測案例查詢:系統(tǒng)提供可查詢已經(jīng)存在的污染事故案例信息,對已有的環(huán)境污染事故的應(yīng)急監(jiān)測案例進行存檔和管理,通過數(shù)據(jù)挖掘為環(huán)境污染事故區(qū)域應(yīng)急和預(yù)警工作提供有價值的信息。
(5)應(yīng)急監(jiān)測統(tǒng)計報表:對應(yīng)急監(jiān)測工作中的過程數(shù)據(jù)及結(jié)果進行統(tǒng)計查詢分析,并可輸出到Word或Excel文件。
(1)重點污染源數(shù)據(jù)維護:實現(xiàn)對重點污染源數(shù)據(jù)的錄入、編輯修改、導(dǎo)入、導(dǎo)出等數(shù)據(jù)維護。
(2)環(huán)保信息專題更新:實現(xiàn)對空氣、水源及噪聲等各類自動監(jiān)測站環(huán)保相關(guān)信息的維護管理。
(3)化學(xué)品信息更新維護:可進行危害化學(xué)品相關(guān)信息及處置流程的錄入、編輯和修改。
(4)儀器專家信息更新維護:對監(jiān)測儀器設(shè)備及應(yīng)急專家信息的錄入、修改和更新。
(5)應(yīng)急監(jiān)測資料庫管理:系統(tǒng)內(nèi)置相關(guān)應(yīng)急處理規(guī)范、國際條例等相關(guān)文檔資料。用戶可根據(jù)事故情況參照查找,為應(yīng)急處理提供理論幫助。
系統(tǒng)對污染源進行基于專題圖的統(tǒng)計分析,并提供報表的統(tǒng)計瀏覽及導(dǎo)出功能。
(1)工業(yè)源專題統(tǒng)計分析:在地圖上直接對不同專題顯示其分析結(jié)果。如按普查企業(yè)數(shù)量、行業(yè)分布情況、工業(yè)源用水情況、廢水廢氣產(chǎn)生處理及排放情況、工業(yè)源能源消費情況等來分析。能用顏色的差異、不同大小的圖例直觀地在電子地圖上表達出來。
(2)生活源專題統(tǒng)計分析:在地圖上直接對不同專題顯示其分析結(jié)果。如按普查對象數(shù)量、生活源污水產(chǎn)生、處理、排放情況、各項普查污染物的區(qū)域、行業(yè)分布、生活源廢氣產(chǎn)生量、處理量等來分析。能用顏色的差異、不同大小的圖例直觀地在電子地圖上表達出來。如圖6所示:
圖6 環(huán)保專題圖分析
(3)集中式污染治理設(shè)施專題統(tǒng)計分析:在地圖上直接對不同專題顯示其分析結(jié)果。如按污水處理廠數(shù)量、建設(shè)情況,按照城鎮(zhèn)污水處理廠、工業(yè)廢水集中處理設(shè)施、其他污水集中處理設(shè)施以及其中二級以上污水處理設(shè)施等分類分析。能用顏色的差異、不同大小的圖例直觀地在電子地圖上表達出來。
(4)統(tǒng)計報表瀏覽:包含報表查詢、報表查詢結(jié)果詳細分類顯示、污染源的詳細信息顯示等。
(5)統(tǒng)計結(jié)果導(dǎo)出:將統(tǒng)計結(jié)果輸出到報表,并可打印,或輸出Word,Excel文檔,以便保存。
提供支撐系統(tǒng)正常運行的基本管理功能,包括用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、配置管理及日志管理。
(1)用戶管理:系統(tǒng)范圍內(nèi)的用戶的新增、修改、刪除等基本功能。
(2)角色管理:提供角色的定義,可將不同的功能模塊及功能進行組合,設(shè)定為不同的角色。
(3)權(quán)限管理:對系統(tǒng)使用人員按不同的職位設(shè)置不同的角色,使得每人擁有相應(yīng)的權(quán)限,只能在自己的權(quán)限范圍內(nèi)辦理自己的工作業(yè)務(wù)。
(4)配置管理:提供系統(tǒng)所需代碼、數(shù)據(jù)字典的管理工具。
(5)日志管理:系統(tǒng)自動記錄每個用戶的登錄、使用情況,可對記錄的日志進行瀏覽、備份、刪除等操作。
(6)備份管理:將系統(tǒng)重要的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)定期備份。
該項目建設(shè)在污染源普查成果的基礎(chǔ)上充分利用GIS、數(shù)據(jù)庫、三維虛擬現(xiàn)實等技術(shù)搭建一套的環(huán)保綜合空間數(shù)據(jù)庫管理平臺,并保證后期利用該平臺可進行更多專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā),譬如環(huán)境監(jiān)測分析系統(tǒng)、環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測管理系統(tǒng)、環(huán)境質(zhì)量考核與總量控制系統(tǒng)、環(huán)境污染模擬與預(yù)測信息系統(tǒng)及環(huán)境資源信息發(fā)布與服務(wù)系統(tǒng)等。
應(yīng)急監(jiān)測工作具有時間緊迫、責(zé)任重大等特點,通過分析應(yīng)急監(jiān)測工作內(nèi)容,將應(yīng)急監(jiān)測工作分為7個步驟,分別是建立警情、應(yīng)急調(diào)度、路徑分析、現(xiàn)場記錄、應(yīng)急方案、記錄報告、終止監(jiān)測。通過實際應(yīng)急工作處置時間段,具體細化各流程的工作內(nèi)容,通過警情輔助定位、應(yīng)急資源查詢調(diào)度、最短路徑分析、集成大氣擴散模型、部署應(yīng)急監(jiān)測點、上傳應(yīng)急現(xiàn)場和監(jiān)測圖片視頻資料等手段,輔助部署、分析、決策,輔助應(yīng)急監(jiān)測工作。
環(huán)境監(jiān)測站多年來積累了許多環(huán)保數(shù)據(jù),如普查監(jiān)測數(shù)據(jù)、重點污染源數(shù)據(jù)、水、氣、聲等常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)以分散形式存儲在市環(huán)保站內(nèi),并且使用不同的系統(tǒng)進行日常管理使用,造成了數(shù)據(jù)維護和日常工作的不便。該項目將普查污染源數(shù)據(jù)和各類污染源數(shù)據(jù)進行整合,在系統(tǒng)上集成現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的部分功能,初步解決了“信息孤島”問題,并且以本次項目成果為基礎(chǔ),將來可以將更多的環(huán)保數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用都集成到一個平臺上,實現(xiàn)環(huán)保業(yè)務(wù)的統(tǒng)一平臺處理。
本項目的矢量和影像切圖樣式吸收了長久以來的信息系統(tǒng)地圖以及網(wǎng)絡(luò)電子地圖的特點,對項目底圖數(shù)據(jù)重新配圖,矢量切圖數(shù)據(jù)最后兩級還采用了2.5維建筑配圖方案,增加了地圖的美觀性;在切圖方面,采用ArcGIS 10的最新切圖技術(shù),用切片數(shù)據(jù)壓縮技術(shù),減少了切片數(shù)據(jù)量,減少了系統(tǒng)數(shù)據(jù)部署遷移的時間。
應(yīng)急監(jiān)測子系統(tǒng)采用Microsoft Silverlight插件式開發(fā)技術(shù),可以在系統(tǒng)基本框架不變的情況下,以插件開發(fā)方式擴展基礎(chǔ)功能和業(yè)務(wù)功能。不僅系統(tǒng)框架清晰,并且不同模塊間的開發(fā)不會相互影響,降低了系統(tǒng)集成難度以及系統(tǒng)模塊間的耦合度。
在項目建設(shè)過程中,福州市環(huán)境監(jiān)測站各級領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)部門骨干給予了大力支持;他們憑借多年在環(huán)保行業(yè)積累的經(jīng)驗,給我們提出了寶貴的意見和建議,為項目建設(shè)的順利完成起到了重要的作用。
隨著系統(tǒng)應(yīng)用的深入和條件的成熟,還可從以下幾個方面對現(xiàn)有系統(tǒng)進行拓展:
(1)建立應(yīng)急監(jiān)測指揮平臺,真正實現(xiàn)應(yīng)急警情接入、現(xiàn)場指揮的功能;
(2)集成常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入、管理;
(3)在重點污染源企業(yè)的環(huán)保關(guān)注位置安裝監(jiān)控探頭,將實時視頻數(shù)據(jù)回傳到監(jiān)測站,實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)控。
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