韋大明，孫運(yùn)海，陳巖，趙康平，張濤

（環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012）

引言

近年來，我國開展了大量的水環(huán)境調(diào)查、監(jiān)測及信息化建設(shè)工作，在全國各省、市、自治區(qū)環(huán)保廳和多數(shù)地級(jí)市環(huán)保局都已建立門戶網(wǎng)站和局域網(wǎng)辦公系統(tǒng)；開發(fā)了環(huán)評質(zhì)量的監(jiān)測、污染源的監(jiān)控、環(huán)境應(yīng)急管理、排污收費(fèi)、污染投訴、建設(shè)項(xiàng)目的審批、核與輻射管理等一批業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。但與國外相比，我國水環(huán)境綜合管理還存在以下問題：各級(jí)水環(huán)境管理部門數(shù)據(jù)尚未全面整合集成在一起，層級(jí)間數(shù)據(jù)共享與印正難以實(shí)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)更新機(jī)制不夠靈活；各類水環(huán)境管理手段（如流域核查、總量核查等）缺乏現(xiàn)代化信息管理與服務(wù)系統(tǒng)支撐，相互之間難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和互操作；水環(huán)境信息及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的開發(fā)利用尚處于起步階段，水環(huán)境綜合評價(jià)、預(yù)警、會(huì)商等輔助決策的能力還有待提升與開發(fā)。

針對上述問題，筆者開展了我國水環(huán)境綜合管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)研究，提出了平臺(tái)建設(shè)的必要性，并基于“多元集成、統(tǒng)一管理、綜合服務(wù)”模式，構(gòu)建了水環(huán)境綜合管理平臺(tái)，設(shè)計(jì)了平臺(tái)的邏輯層次、功能體系和數(shù)據(jù)接口等。

1 平臺(tái)建設(shè)的必要性

1.1 發(fā)揮水環(huán)境管理機(jī)構(gòu)的綜合效能

流域水環(huán)境綜合管理內(nèi)容廣泛，流域水環(huán)境綜合管理需要跨部門、跨學(xué)科、跨區(qū)域的合作?！端廴痉乐涡袆?dòng)計(jì)劃》要求“各有關(guān)部門要認(rèn)真按照責(zé)任分工，切實(shí)做好水污染防治相關(guān)工作”，需要統(tǒng)籌和整合發(fā)改、財(cái)政、水利、農(nóng)業(yè)、住建、海洋等國家有關(guān)部門的數(shù)據(jù)與資源，同時(shí)還要與水污染物總量減排、環(huán)評項(xiàng)目審查等工作緊密結(jié)合，形成以“流域—控制區(qū)—控制單元”為基礎(chǔ)的，以水環(huán)境質(zhì)量改善為目標(biāo)的水環(huán)境管理基礎(chǔ)平臺(tái)，在流域、區(qū)域空間上實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)水污染防治指標(biāo)和管理指標(biāo)的“落地”，充分發(fā)揮各方水環(huán)境管理機(jī)構(gòu)的綜合效能，有效提高流域水環(huán)境綜合管理水平。

1.2 提升水環(huán)境精細(xì)化、信息化管理水平

《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》提出了控制排污、促進(jìn)轉(zhuǎn)型、節(jié)約資源等任務(wù)，構(gòu)建水質(zhì)、水量、水生態(tài)統(tǒng)籌兼顧、多措并舉、協(xié)調(diào)推進(jìn)的格局。各相關(guān)部門將陸續(xù)出臺(tái)管理、考核等制度。為有效評估各項(xiàng)管理、考核等制度的落實(shí)情況及績效，開展流域水環(huán)境綜合管理平臺(tái)的建設(shè)，是實(shí)現(xiàn)精細(xì)化水環(huán)境管理的需要，也是流域水環(huán)境信息公開的公眾需求，基于平臺(tái)的信息展示和分析，提升流域水環(huán)境管理決策水平。

2 總體結(jié)構(gòu)

2.1 總體框架

我國水環(huán)境綜合管理平臺(tái)按照“多元集成、統(tǒng)一管理、綜合服務(wù)”的總體框架模式設(shè)計(jì)（見圖1）。多元數(shù)據(jù)集成是指依托污染源環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、補(bǔ)充監(jiān)測數(shù)據(jù)、應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)、考核數(shù)據(jù)、水文水資源數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)來源，構(gòu)建多元層級(jí)的水環(huán)境數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)水環(huán)境數(shù)據(jù)的有機(jī)集成和資源的有序共享。統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息管理是指基于水環(huán)境綜合管理平臺(tái)數(shù)據(jù)庫，建立統(tǒng)一的水環(huán)境綜合管理信息應(yīng)用基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，為平臺(tái)其他系統(tǒng)、業(yè)務(wù)部門的應(yīng)用系統(tǒng)及其他第三方系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及信息服務(wù)。綜合信息服務(wù)是指在前兩者的基礎(chǔ)上，面向決策者，構(gòu)建集中的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和空間展示系統(tǒng)，這是平臺(tái)數(shù)據(jù)信息收集、分析和對外展示的窗口。

圖1 我國水環(huán)境綜合管理平臺(tái)總體框架

2.2 邏輯層次

為實(shí)現(xiàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)的總體框架，水環(huán)境綜合管理平臺(tái)邏輯上分為5個(gè)層次，自下而上分別為：設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層和用戶層（見圖2）。

圖2 我國水環(huán)境綜合管理平臺(tái)邏輯層次

設(shè)施層為平臺(tái)運(yùn)行提供相關(guān)的軟硬件設(shè)備，是支撐平臺(tái)正常、穩(wěn)定運(yùn)行的保障，主要由操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。

數(shù)據(jù)層是平臺(tái)服務(wù)的主要內(nèi)容，可集成各類渠道獲取的信息，為平臺(tái)提供數(shù)據(jù)支持。水環(huán)境綜合管理主要涉及的數(shù)據(jù)資源包括：社會(huì)經(jīng)濟(jì)、水文資源、水質(zhì)、水污染物總量、GIS、系統(tǒng)管理庫、模型輸出庫等。

支撐層主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的調(diào)用、處理、結(jié)果反饋。該層包括管理功能和服務(wù)功能兩部分內(nèi)容，可為用戶提供注冊、登錄、權(quán)限認(rèn)證、數(shù)據(jù)綜合分析、數(shù)據(jù)挖掘、空間展示等功能服務(wù)。

應(yīng)用層是平臺(tái)各功能成果的集成和展示。在支撐層的基礎(chǔ)上，應(yīng)用層利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將核心功能包裝成管理所需各種模塊，為決策者提供基礎(chǔ)性功能的調(diào)用。例如，考核評估模塊集成了水質(zhì)數(shù)據(jù)評價(jià)方法、GIS平臺(tái)、信息發(fā)布平臺(tái)等內(nèi)容，能夠全景展示我國各流域水質(zhì)變化情況。

用戶層是指平臺(tái)的管理維護(hù)和使用者，具體包括水環(huán)境管理的業(yè)務(wù)人員、科研人員、決策者及國內(nèi)外公眾等。

2.3 功能體系

我國水環(huán)境綜合管理平臺(tái)功能體系（見圖3）具體包括多元數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)、信息應(yīng)用支撐系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和空間展示系統(tǒng)。

圖3 我國水環(huán)境綜合管理平臺(tái)功能體系

多元數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)是構(gòu)成水環(huán)境綜合管理平臺(tái)業(yè)務(wù)服務(wù)功能的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)主要包括水質(zhì)監(jiān)測、污染物排放、水文資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、土地利用及空間矢量等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的整合集成，為水環(huán)境日常管理、預(yù)警報(bào)告、應(yīng)急會(huì)商等提供全面的一站式數(shù)據(jù)資源支撐服務(wù)。

信息應(yīng)用支撐系統(tǒng)是水環(huán)境綜合管理平臺(tái)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的引擎，為整個(gè)平臺(tái)提供統(tǒng)一的功能服務(wù)。該系統(tǒng)主要為業(yè)務(wù)人員提供系統(tǒng)操作功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分類、查詢、分析、空間化處理等，并為數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和空間展示系統(tǒng)提供操作服務(wù)。

數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)是服務(wù)水環(huán)境綜合管理和宏觀決策的科學(xué)依據(jù)，可實(shí)現(xiàn)流域水質(zhì)、污染物總量、污染源分布、流域水文資源、地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)指標(biāo)的綜合分析。利用該系統(tǒng)可進(jìn)行流域考核管理、水環(huán)境預(yù)警分析和應(yīng)急會(huì)商的數(shù)據(jù)查詢、導(dǎo)入、導(dǎo)出以及圖表生成等操作。

空間展示系統(tǒng)是提升和擴(kuò)展水環(huán)境綜合管理平臺(tái)的重要門戶。該系統(tǒng)利用數(shù)字高程模型（DEM），在重點(diǎn)地區(qū)采用高分辨率遙感影像，可生成各種屬性或?qū)傩辕B加的水環(huán)境專題圖，進(jìn)行圖層和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)結(jié)果的空間化展示、查詢，并通過決策模擬進(jìn)行水質(zhì)變化趨勢預(yù)測和污染源減排績效分析，實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)資源的信息聯(lián)動(dòng)，使得考核、預(yù)警和會(huì)商等功能實(shí)施更為直觀。

3 平臺(tái)建設(shè)與實(shí)現(xiàn)

3.1 平臺(tái)開發(fā)技術(shù)

平臺(tái)主體上采用基于J2EE技術(shù)的B/S構(gòu)架的方式。J2EE是主流的技術(shù)體系，J2EE已成為一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其基礎(chǔ)是JAVA語言，JAVA語言與平臺(tái)的無關(guān)性保證了基于J2EE平臺(tái)開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)和支撐環(huán)境可以跨平臺(tái)運(yùn)行。平臺(tái)采用B/S構(gòu)架將有利于部署和實(shí)施，并且業(yè)務(wù)功能集中到服務(wù)器上，可以發(fā)揮易維護(hù)、易部署、應(yīng)用開放的優(yōu)勢。采用MVC分層編程模式（分別為：M是指業(yè)務(wù)模型、V是指用戶界面、C則是控制器），進(jìn)行程序開發(fā)工作。底層數(shù)據(jù)庫采用業(yè)界最成熟的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Oracle10g，為平臺(tái)提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐。

3.2 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

平臺(tái)開發(fā)已取得階段性成果。目前已完成多元數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)、信息應(yīng)用支撐系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和空間展示系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)。隨后工作將在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)化模型模擬、動(dòng)態(tài)時(shí)序和重點(diǎn)城市等功能模塊的完善和拓展。

平臺(tái)已在環(huán)境規(guī)劃院以及部分省區(qū)市開展測試工作。在2013年和2014年的全國重點(diǎn)流域考核及全國主要水污染物總量減排核查核算過程中，平臺(tái)為考核工作提供了歷年污染源、監(jiān)測點(diǎn)位及地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多方面數(shù)據(jù)支持及空間展示服務(wù)。在河池市測試過程中，平臺(tái)匯總集成了包括污染源、水環(huán)境、土壤環(huán)境、陸地生態(tài)等為一體的河池市環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫，為河池市環(huán)境保護(hù)工作的開展提供了有力的數(shù)據(jù)支持，并借助平臺(tái)的分析功能，明確了污染來源，確定了治污方案。

4 結(jié)語

本研究中提出并設(shè)計(jì)了基于“多元集成、統(tǒng)一管理、綜合服務(wù)”模式為一體的國家水環(huán)境綜合管理平臺(tái)。該平臺(tái)包括多元數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)、信息應(yīng)用支撐系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和空間展示系統(tǒng)。

在統(tǒng)一平臺(tái)中，4大系統(tǒng)協(xié)同工作，共同實(shí)現(xiàn)流域水質(zhì)、污染物總量、污染源分布、流域水文資源、地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)指標(biāo)的無縫集成、統(tǒng)一管理，實(shí)時(shí)掌握我國流域水環(huán)境質(zhì)量狀態(tài)變化，開展重點(diǎn)城市/區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量分類分級(jí)評價(jià)和影響因子分析，提供水環(huán)境綜合管理的一體化服務(wù)。

利用基于J2EE技術(shù)B/S構(gòu)架的方式，已經(jīng)完成4大系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)，并在環(huán)境規(guī)劃院和部分省區(qū)市進(jìn)行了應(yīng)用測試，集成了大量的數(shù)據(jù)，并為環(huán)保工作的開展提供了科學(xué)依據(jù)，帶來了便利。