李 豐，伍彩虹

（1.廣東盈峰科技有限公司，廣東 佛山 528322；2.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 佛山 528300）

環(huán)境監(jiān)測是應(yīng)對環(huán)境問題的關(guān)鍵，為了提高對環(huán)境的監(jiān)測效率，需要針對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)展開分析，合理對系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計，使系統(tǒng)能夠更好地投入使用，滿足應(yīng)急人員對環(huán)境問題的響應(yīng)指標(biāo)。環(huán)境信息采用動態(tài)圖表進(jìn)行顯示，應(yīng)用圖形化顯示技術(shù)，便于工作人員對數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行觀察，確定環(huán)境數(shù)據(jù)的具體信息情況，將數(shù)據(jù)以圖形的方式進(jìn)行展示，提高對環(huán)境數(shù)據(jù)信息的辨識度。

1 應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測可視化系統(tǒng)設(shè)計框架

環(huán)境監(jiān)測過程中，需要注重框架的整體結(jié)構(gòu)，確保監(jiān)測系統(tǒng)具有完整的框架，如圖1所示，為系統(tǒng)的各項功能提供支持，滿足可視化系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)框架形式如下：第一，數(shù)據(jù)接入層。由傳感器模塊和通信模塊組成，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集與傳輸，保障環(huán)境參數(shù)得到精準(zhǔn)確認(rèn)，提高環(huán)境的監(jiān)測效果，防止在數(shù)據(jù)采集過程中存在遺漏；第二，核心數(shù)據(jù)層。將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，為數(shù)據(jù)處理過程提供支持，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的調(diào)用過程，將應(yīng)急環(huán)境歷史數(shù)據(jù)展示出來，借助核心數(shù)據(jù)層實現(xiàn)查詢功能；第三，應(yīng)用支撐層。為應(yīng)用層提供各項支持，如離線地圖、數(shù)據(jù)訪問、串口通信等，確保數(shù)據(jù)能夠傳輸?shù)礁鱾€層次，滿足環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的可視化基礎(chǔ)；第四，應(yīng)用層。將環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)展示出來，通過圖形、表格等實現(xiàn)可視化，并且實現(xiàn)對環(huán)境數(shù)據(jù)的實時顯示，及時確定應(yīng)急環(huán)境的狀態(tài)信息，實現(xiàn)對監(jiān)測環(huán)境的管理功能[1]。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對框架結(jié)構(gòu)具有較高的要求，需要對不同模塊展開設(shè)計，提高模塊的應(yīng)用效果，使框架能夠順利實現(xiàn)，保障環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)具有良好的層次。

圖1 總體框架圖

2 應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測可視化系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)

2.1 用戶管理模塊

通過用戶管理模塊可以對不同用戶進(jìn)行管理，規(guī)范用戶的使用流程，規(guī)定用戶對數(shù)據(jù)庫的訪問行為，對用戶的訪問權(quán)限進(jìn)行控制。根據(jù)用戶的層次不同，將其劃分為管理員、高級用戶、普通用戶，同時為用戶分配不同的權(quán)限，滿足用戶對當(dāng)前工作的需求，不向其開放職責(zé)之外的權(quán)限。用戶登錄過程中，由用戶管理模塊實現(xiàn)身份的驗證，檢驗用戶名、密碼、身份信息等是否有效，確定用戶是否滿足身份條件，保障指定用戶能夠進(jìn)行登錄。訪問權(quán)限方面，包括增加、刪除、修改、查看四個權(quán)限，管理員具備所有權(quán)限，可對所有環(huán)境監(jiān)測信息進(jìn)行訪問；高級用戶可以對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查看，相對地，普通用戶僅能對部分信息進(jìn)行查看，部分功能將不被開放，需要提升用戶權(quán)限后才能查看信息，對應(yīng)急環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問。在用戶權(quán)限的作用下，可避免數(shù)據(jù)信息被意外修改，有助于提高環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的安全性，保障對用戶權(quán)限的限制作用，防止環(huán)境數(shù)據(jù)被非法使用。權(quán)限對用戶具有約束作用，防止用戶對參數(shù)信息進(jìn)行修改，針對用戶可視化過程進(jìn)行管理，使用戶管理模塊能夠發(fā)揮作用。

2.2 串口通信模塊

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸過程中，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。串口通信模塊設(shè)計需要遵守串行通信的要求，對串口通信參數(shù)進(jìn)行配置，提高通信環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)化程度，避免對數(shù)據(jù)傳輸造成影響。串口通信參數(shù)包括端口號、波特率、校驗位等，是實現(xiàn)穩(wěn)定通信控制的關(guān)鍵，需要對數(shù)據(jù)的傳輸過程進(jìn)行驗證，保障數(shù)據(jù)能夠得到精準(zhǔn)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸過程中，引入傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，與計算機(jī)COM口建立通信關(guān)系，使參數(shù)傳輸過程能夠保持一致，提高數(shù)據(jù)的接收效果。對于臨時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，采用臨時開放接口的方式，提供一次性數(shù)據(jù)傳輸通道，數(shù)據(jù)傳輸完畢后斷開端口；對于實時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，由通信串口對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)聽，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄彌_區(qū)，逐條對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，滿足數(shù)據(jù)的實時處理需求，通過緩沖區(qū)的控制，避免數(shù)據(jù)在傳輸過程中造成丟失。數(shù)據(jù)傳輸過程中，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼校驗，確保數(shù)據(jù)具有完整的報文編碼，提高數(shù)據(jù)傳輸控制的精準(zhǔn)程度。以溫度數(shù)據(jù)傳輸為例，需要注重溫度傳感器的應(yīng)用，采用單片機(jī)對傳感器進(jìn)行控制，遵守單片機(jī)發(fā)送協(xié)議的要求，將溫度信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)對環(huán)境溫度信息的采集。為了滿足溫度監(jiān)測的實時要求，以40 bit且10幀作為一個監(jiān)測周期，對環(huán)境的溫度變化情況進(jìn)行采集，保障溫度數(shù)據(jù)得到有效發(fā)送[2]。

2.3 數(shù)據(jù)存儲模塊

2.3.1 文件存儲

為了滿足環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可視化需求，需要對本地數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，用于對不變數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的加載與調(diào)用。應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測過程中，需要對地理數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用，以gmdb格式進(jìn)行存儲，便于獲取指定的地理數(shù)據(jù)來源，縮短數(shù)據(jù)的調(diào)用時間，使文件存儲能夠發(fā)揮作用。地理數(shù)據(jù)類型及來源在Map中進(jìn)行制定，由GMap實現(xiàn)對實例的加載，對地理文件數(shù)據(jù)加以管理。對地理文件進(jìn)行操作時，需要通過API函數(shù)進(jìn)行控制，包括CreateFile、ReadFile、WriteFile等，提高文件存儲數(shù)據(jù)的采集效率。地理數(shù)據(jù)以字符串方式進(jìn)行調(diào)用，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分離與轉(zhuǎn)化，使數(shù)據(jù)具有完善的輸出形式，將數(shù)據(jù)向可視化方向進(jìn)行演變。文件存儲主要針對本地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將常用數(shù)據(jù)資源在本地進(jìn)行保存，使數(shù)據(jù)的調(diào)用更加方便，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)可視化主體對象的加載。

2.3.2 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫存儲

關(guān)系型數(shù)據(jù)與變量具有依存關(guān)系，將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，以一系列行與列的形式組成數(shù)據(jù)表，便于對數(shù)據(jù)進(jìn)行查找和調(diào)用，使數(shù)據(jù)參數(shù)更加明確。通常情況下，這種存儲方式適用于數(shù)據(jù)量不大的情況，數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的對應(yīng)關(guān)系。關(guān)系型數(shù)據(jù)存儲過程中，需要對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)展開設(shè)計，采用編碼對同一組數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識，使數(shù)據(jù)表具有完整的結(jié)構(gòu)，便于對數(shù)據(jù)展開調(diào)用，實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的存儲。對于不同的數(shù)據(jù)而言，需要采用字段方式進(jìn)行標(biāo)識，如溫度（TEMP）、濕度（HUM）、苯濃度，對應(yīng)數(shù)據(jù)類型分別為int、int、float，建立字段與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，便于對環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行唯一標(biāo)識。數(shù)據(jù)使用過程中，采用SQL語句進(jìn)行調(diào)用，能夠提高數(shù)據(jù)的調(diào)用效率，通過數(shù)據(jù)表獲取應(yīng)急環(huán)境的相關(guān)信息，構(gòu)建規(guī)范的數(shù)據(jù)設(shè)計環(huán)境。

2.3.3 內(nèi)存數(shù)據(jù)庫存儲

內(nèi)存數(shù)據(jù)庫存儲過程中，一般為非關(guān)系型數(shù)據(jù)，以鍵值對的方式進(jìn)行存儲，提高對數(shù)據(jù)的修改速度。以Marker層地理標(biāo)記數(shù)據(jù)為例，采用兩部分對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，分別為地理位置（POSITION）和狀態(tài)數(shù)據(jù)（STATE），將環(huán)境參數(shù)與地理位置相匹配，產(chǎn)生具有地理標(biāo)記的數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的有效存儲?？臻g數(shù)據(jù)存儲采用節(jié)點矢量形式，根據(jù)地理屬性確定節(jié)點的狀態(tài)，對數(shù)據(jù)源的真實性進(jìn)行把控，使內(nèi)存數(shù)據(jù)庫得到有效解析。節(jié)點狀態(tài)存儲過程中采用Hash類型，提高對節(jié)點狀態(tài)的檢索效率，便于對內(nèi)存數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查找。為了實現(xiàn)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的有效調(diào)用，需要將地理位置與狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)合起來，針對非關(guān)系型數(shù)據(jù)進(jìn)行確定，滿足數(shù)據(jù)庫調(diào)用的邏輯需求，使內(nèi)存數(shù)據(jù)能夠得到有效應(yīng)用[3]。

2.4 數(shù)據(jù)分析模塊

2.4.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入與導(dǎo)出

應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測過程中，需要頻繁地對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用，對數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入和導(dǎo)出處理，并且與可視化過程結(jié)合起來，構(gòu)建數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)環(huán)境。數(shù)據(jù)導(dǎo)入和導(dǎo)出相對于數(shù)據(jù)庫而言，通過SQL語句進(jìn)行控制，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的快速操作，使數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能更加完善。如數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出可通過INSERT、SELECT等依據(jù)實現(xiàn)，提高對數(shù)據(jù)控制的效率，通過相應(yīng)的語句對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，使數(shù)據(jù)模塊得到有效運用。對于數(shù)據(jù)導(dǎo)入過程，需要通過導(dǎo)入模塊實現(xiàn)，將采集到的環(huán)境信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，將其以歷史記錄的方式進(jìn)行存儲，為后續(xù)階段數(shù)據(jù)的調(diào)用作準(zhǔn)備。對于數(shù)據(jù)導(dǎo)出過程，由導(dǎo)出模塊來完成，從數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出完整的數(shù)據(jù)信息，便于對環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提高數(shù)據(jù)分析結(jié)果的可靠性。導(dǎo)出模塊將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到界面中，由圖形化界面進(jìn)行展示，使數(shù)據(jù)具有整潔的顯示環(huán)境，確保數(shù)據(jù)可以一目了然。同時，還可以將數(shù)據(jù)以報表形式導(dǎo)出，對數(shù)據(jù)進(jìn)行離線存儲，方便對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存與分發(fā)，并且導(dǎo)出的不同格式的數(shù)據(jù)，便于對數(shù)據(jù)類型進(jìn)行整理[4]。

2.4.2 污染點分析評價

環(huán)境監(jiān)測過程中，需要做好污染點的評價工作，采用單因子評價的方式，明確污染點的監(jiān)測指標(biāo)，將不同因子的評價指標(biāo)進(jìn)行對比。不同因子展示采用柱狀圖實現(xiàn)可視化，便于對污染點的污染情況進(jìn)行排查，降低污染對環(huán)境的影響。單因子評價公式如下：

式中，Pi為某一評價指標(biāo)的相對污染值；Ci為某一評價指標(biāo)的實測濃度；Csi為某一評價指標(biāo)的最高允許標(biāo)準(zhǔn)值。通過上述公式，可得到監(jiān)測站位與觀測值的條形圖，對不同站點的觀測值進(jìn)行對比，實現(xiàn)對觀測值的有效分析。另外，需要注重等標(biāo)排放法模型的運用，對環(huán)境中的各類污染物進(jìn)行整合，由數(shù)據(jù)分析確定污染物及污染源情況，使用餅狀圖分析污染源的占比情況，便于掌握污染源的集中分布情況。為了降低污染源的影響，需要確保污染點評價的主動性，將評價結(jié)果記錄到數(shù)據(jù)庫中，對評價的總結(jié)果進(jìn)行對比，便于對不同監(jiān)測要素進(jìn)行掌控。

2.5 數(shù)據(jù)可視模塊

2.5.1 數(shù)據(jù)圖形化處理

為了將環(huán)境數(shù)據(jù)以圖形方式進(jìn)行展示，需要注重圖形繪制工具的應(yīng)用，采用CDC封裝類對圖形進(jìn)行操作，繪制出符合數(shù)據(jù)變化的等比例圖形，使數(shù)據(jù)的展示效果更加清晰。CDC類繪制點、線、面較為方便，可以通過條形圖、扇形圖對數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，便于確定數(shù)據(jù)的變化情況。以溫度、濕度為例，經(jīng)過可視化處理后，以時間（d）為x軸，溫度（℃）、濕度（%）為y軸，可繪制出溫度、濕度隨時間變化的折線圖，便于對環(huán)境變化趨勢進(jìn)行展示，有助于數(shù)據(jù)圖形化的實現(xiàn)。圖形是實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視的基礎(chǔ)，關(guān)鍵點在于數(shù)據(jù)的直觀展示，將數(shù)據(jù)可視化功能發(fā)揮到最大化，提高環(huán)境監(jiān)測效果。另外，還可以采取條形框圖顯示方式，實現(xiàn)對溫度、濕度的動態(tài)顯示，確定當(dāng)前環(huán)境數(shù)據(jù)的實時變化情況，將圖形界面與實時輸出結(jié)合起來。

2.5.2 動態(tài)數(shù)據(jù)圖表

環(huán)境數(shù)據(jù)可借助動態(tài)數(shù)據(jù)圖表進(jìn)行顯示，將動態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖表，將重點數(shù)據(jù)進(jìn)行突出顯示，對環(huán)境參數(shù)變化進(jìn)行動態(tài)顯示。圖表繪制過程中，需要注重界面庫的使用，采用MFC、Duilib、QT等展開設(shè)計，使圖表信息得到精準(zhǔn)展現(xiàn)。在圖表信息方面，便于對數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，可實時顯示數(shù)據(jù)的變化，對于重點數(shù)據(jù)可單獨進(jìn)行觀察，對數(shù)據(jù)進(jìn)行重點監(jiān)視。圖表設(shè)計過程中，需要使用CListCtrl類，針對圖表的基本信息進(jìn)行設(shè)計，如字體、顏色等，使圖表看起來更加美觀，提高圖表的設(shè)計質(zhì)量。同時，需要對列表的節(jié)點進(jìn)行更新，確定節(jié)點的參數(shù)變化，確保圖表時間范圍的準(zhǔn)確性。為了滿足動態(tài)圖表顯示效果，需要對圖表定時刷新，周期為5 min，對數(shù)據(jù)變化情況進(jìn)行判斷，必要時可手動對數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新，及時對環(huán)境數(shù)據(jù)的狀態(tài)進(jìn)行掌控，使數(shù)據(jù)狀態(tài)得到有效展示[5]。

2.5.3 多圖層同步顯示

數(shù)據(jù)可視化顯示過程中，需要注重多圖層同步顯示，對系統(tǒng)內(nèi)的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行同步縮放，避免影響到環(huán)境數(shù)據(jù)的展示效果。多圖層包括Map層、Overlay層、矢量數(shù)據(jù)層，需要做好圖層之間的相互綁定工作，防止數(shù)據(jù)變化過程中出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法正常投入使用，影響圖層顯示的同步性。在圖層綁定過程中，需要將矢量數(shù)據(jù)層與Overlay層綁定，再將整體與Map層綁定，確保與Map層數(shù)據(jù)的一致性，避免圖層數(shù)據(jù)間發(fā)生偏移。為保證圖層縮放層級相同，可以對Map方法進(jìn)行重寫，使Map層能夠更好地發(fā)揮作用，使圖層能夠得到同步標(biāo)識，保證對圖層進(jìn)行同步操作。圖層運用過程中，需要確保底圖中心重合，構(gòu)建出完善的圖層控制形式，實現(xiàn)多圖層同步控制設(shè)計，提高數(shù)據(jù)可視化顯示的精準(zhǔn)程度。

3 結(jié)論

綜上所述，應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測過程中，需要采用可視化監(jiān)測手段，提高應(yīng)急環(huán)境的監(jiān)測水平，對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行完善。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)需要合理進(jìn)行設(shè)計，通過數(shù)據(jù)分析及運用支撐可視化顯示過程，使數(shù)據(jù)能夠更好地進(jìn)行展示，構(gòu)建良好的數(shù)據(jù)查詢環(huán)境。圖形化是確定環(huán)境信息的關(guān)鍵，需要明確節(jié)點位置及屬性，保障監(jiān)測系統(tǒng)對環(huán)境信息的輸出顯示效果。