王鵬，宋煒，周瑞靜，繆澤

（北京市工程地質(zhì)研究所，北京 100048）

土壤作為自然界最重要的物質(zhì)承載基礎(chǔ)，一旦外界產(chǎn)生的污染物不斷進入、累積并超出其凈化能力就會造成土壤污染（黃昌勇，2000）。由于進入土壤的污染物釋放相對緩慢，因此土壤污染問題不像大氣和水污染那樣容易被發(fā)現(xiàn)，其環(huán)境影響常常滯后（陳晶中等，2003）。現(xiàn)有的大氣和水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測體系也較為完備，相對于大氣和水，土壤環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測體系較為薄弱（賈三滿等，2021；馬學利，2021），土壤環(huán)境質(zhì)量分析評價及預測預警的研究尚處于探索階段，許多理論和方法還有待完善（周長松等，2015；孟源思等，2020）。

近年來，土壤環(huán)境保護問題逐漸成為熱點，發(fā)達國家紛紛以人居環(huán)境健康為主題，通過對土壤污染狀況的調(diào)查研究，探討污染物的時空分布及變化特征和防治對策，為保障人居環(huán)境健康而服務(wù)（梁劍琴等，2009）。我國對土壤環(huán)境保護問題重視得相對較晚，目前我國土壤環(huán)境問題不容小覷（宋國君，2000），2014年《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，覆蓋全國約66%土地面積的監(jiān)測點位土壤總超標率達16.1%（環(huán)境保護部，2014）。在這樣的大背景下，國務(wù)院于2016年5月印發(fā)《土壤污染防治行動計劃》（《土十條》），要求全面開展土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查，構(gòu)建土壤環(huán)境信息化管理平臺，提升土壤環(huán)境信息化管理水平（陳明發(fā)等，2019；國務(wù)院，2016）。

建設(shè)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)不僅是《土十條》的目標要求，也是海量土壤數(shù)據(jù)數(shù)字化分析處理與集成共享的自身需求（郭書海等，2017）。傳統(tǒng)的土壤污染防治工作，在采樣階段多以紙質(zhì)形式記錄土壤點位及樣品等的信息，在土壤質(zhì)量分析評價階段多基于數(shù)學理論進行統(tǒng)計學分析，在數(shù)據(jù)管理方面又面臨著信息共享、可視化、動態(tài)更新等方面的困難，無法直觀全面地表達土壤環(huán)境的空間分布特征，也無法滿足當前形勢下土壤環(huán)境調(diào)查監(jiān)測工作的需求（Horváth et al.，2018；Mcbratney et al.，2003；金福杰等，2010；段海芹等，2021）。

WebGIS是使用Web技術(shù)在服務(wù)器和客戶端之間通信的任何GIS程序。傳統(tǒng)桌面GIS服務(wù)存在信息共享不便、服務(wù)器負載過重、軟件兼容性較弱等缺點，Web-GIS融合了Web技術(shù)和GIS技術(shù)的優(yōu)點，擴展了GIS技術(shù)的應(yīng)用范圍，一定程度上解決了這個問題（劉釗等，2018）。使用WebGIS技術(shù)構(gòu)建土壤環(huán)境質(zhì)量信息系統(tǒng)，既可以利用互聯(lián)網(wǎng)強大的信息收集和處理能力，還能利用GIS強大的空間數(shù)據(jù)處理和分析能力，很好地把數(shù)據(jù)的時空變化特征通過網(wǎng)絡(luò)地圖引擎展示出來，同時又兼?zhèn)浠镜膭討B(tài)可視化圖表制作與發(fā)布功能，提高了結(jié)果發(fā)布、展示及共享的便利性，能使土壤環(huán)境質(zhì)量管理工作更直觀更高效（朱權(quán)等，2017）。

以往，此類系統(tǒng)的開發(fā)多基于商業(yè)GIS軟件和平臺（嚴加永等，2004；茅晶晶，2009；闕華，2013；張榆霞等，2014），費用高還受限多，不僅維護升級困難，而且數(shù)據(jù)共享程度低?；陂_源WebGIS技術(shù)源代碼進行開發(fā)的系統(tǒng)不依賴于傳統(tǒng)商業(yè)軟件，不僅開發(fā)成本低，而且更靈活、可擴展性更強，在后續(xù)使用中可以根據(jù)使用情況自行進行維護升級，更適應(yīng)時下土壤環(huán)境質(zhì)量信息系統(tǒng)的應(yīng)用需求（呂志強，2016）。而過去以C/S模型為開發(fā)架構(gòu)的WebGIS可視化技術(shù)，多依賴PC操作系統(tǒng)，安裝配置較為繁瑣，雖然具有較強的空間數(shù)據(jù)處理和可視化能力，但是共享困難，無法做到快速部署與信息共享（呂志強，2016）。基于WebGIS技術(shù)構(gòu)建B/S架構(gòu)的分布式土壤信息管理系統(tǒng)，以瀏覽器作為開發(fā)平臺，利用瀏覽器腳本進行開發(fā)，通過嵌入HTTP標準應(yīng)用體系，實現(xiàn)網(wǎng)頁端土壤信息管理系統(tǒng)的采樣點空間與屬性數(shù)據(jù)的實時發(fā)布、管理和共享，同時使系統(tǒng)的多平臺應(yīng)用和快速部署皆成為可能（陳明發(fā)等，2019）。

本文將開源WebGIS技術(shù)應(yīng)用于城市土壤環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，采用B/S架構(gòu)體系，結(jié)合單因子評價模型、內(nèi)梅羅綜合評價模型、一些基本的數(shù)理統(tǒng)計方法和空間插值方法等，對收集的土壤點位信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)信息和土壤環(huán)境質(zhì)量評價信息等進行加工處理，并能對其進行查詢、顯示及空間分析，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源管理、信息綜合查詢、統(tǒng)計分析評價及可視化展示等重要功能，為環(huán)?；蜣r(nóng)業(yè)部門提供了一個便于數(shù)據(jù)采集、存儲、加工、分析和展示的綜合服務(wù)平臺，有助于土壤環(huán)境的信息化管理及決策支持。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究針對北京市海淀區(qū)土壤環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的信息化管理，主要對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)這兩大類數(shù)據(jù)進行收集、存儲和管理，包括行政區(qū)劃圖、衛(wèi)星影像圖和地形圖等空間數(shù)據(jù)，以及監(jiān)測點位信息、監(jiān)測指標及標準限值和監(jiān)測結(jié)果等屬性數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)主要通過資料收集和現(xiàn)場踏勘獲得，屬性數(shù)據(jù)主要通過現(xiàn)場調(diào)查、野外采樣及室內(nèi)分析等過程獲得，并通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錄入模塊進行導入和上報。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計原則

系統(tǒng)在設(shè)計中，遵循以下原則：參照國內(nèi)外相關(guān)的規(guī)范和標準，借鑒目前國內(nèi)外主流的WebGIS網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的體系架構(gòu)，選用成熟、先進，穩(wěn)定性好、安全性高、兼容性強、可持續(xù)發(fā)展優(yōu)勢突出的技術(shù)設(shè)備、軟件產(chǎn)品和開發(fā)工具，在保障系統(tǒng)功能齊全、穩(wěn)定的前提下，保證技術(shù)的先進性和可持續(xù)發(fā)展能力，同時也要充分考慮系統(tǒng)的兼容性及可擴展性。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計方法

系統(tǒng)的核心是一套WebGIS組件，組成結(jié)構(gòu)上就是常見的客戶端-服務(wù)器-數(shù)據(jù)庫架構(gòu)。系統(tǒng)采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）分布式架構(gòu)，基于J2EE規(guī)范實現(xiàn)。后臺服務(wù)器端基于J2EE平臺開發(fā)，采用Eclipse作為開發(fā)工具，JDK 8.0作為開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境。地圖服務(wù)器采用GeoServer 2.7執(zhí)行地圖空間數(shù)據(jù)的請求和調(diào)用，Web應(yīng)用服務(wù)器使用Tomcat 8.0負責響應(yīng)Web端請求及屬性數(shù)據(jù)的調(diào)用，這2個服務(wù)器分離部署運行以提高系統(tǒng)運行效率。對于數(shù)據(jù)存儲，土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲在Mysql數(shù)據(jù)庫中，空間數(shù)據(jù)存儲在空間數(shù)據(jù)庫Postgresql中，分類存儲方便數(shù)據(jù)的管理。數(shù)據(jù)處理軟件采用Udig、Globalmapper。前臺客戶端為標準的Web瀏覽器，開發(fā)采用HTML 5、JavaScript、CSS3、Element ui完成頁面設(shè)計，配合JQuery，Vue，layui框架實現(xiàn)前臺所需功能。通過Ajax技術(shù)，實現(xiàn)前端與后臺的異步交互，數(shù)據(jù)交互格式為JSON。前端數(shù)據(jù)地圖化展示采用開源CesiumJS，CesiumJS支持多種地圖源，能夠訪問數(shù)據(jù)并允許用戶與數(shù)據(jù)進行各種交互操作。系統(tǒng)的開發(fā)工具與技術(shù)見表1。

表1 系統(tǒng)的開發(fā)工具與軟件Tab.1 The development tools and software of system

1.4 系統(tǒng)設(shè)計路線

傳統(tǒng)的土壤環(huán)境監(jiān)測分析工作，主要依靠人工手段收集并處理點位信息和監(jiān)測數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)管理方面面臨著信息共享、可視化、動態(tài)更新等方面的困難。本研究結(jié)合北京市海淀區(qū)土壤環(huán)境調(diào)查監(jiān)測評價的工作特點，基于較成熟的WebGIS開源技術(shù)進行系統(tǒng)封裝，對收集來的土壤點位信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)信息、土壤環(huán)境質(zhì)量標準等信息用一定的數(shù)學方法進行加工處理，以監(jiān)測數(shù)據(jù)或?qū)ｎ}圖層作為條件，進行算法匹配、空間查詢、顯示及空間分析，并將結(jié)果可視化，直觀全面地表達土壤環(huán)境的空間分布特征，低成本、靈活地實現(xiàn)了海量數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計分析、結(jié)果發(fā)布到數(shù)據(jù)可視化的全流程工作，設(shè)計路線如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計路線Fig.1 The desine route of system

2 系統(tǒng)采用的數(shù)學模型

由于土壤的空間異質(zhì)性，傳統(tǒng)基于統(tǒng)計學的土壤環(huán)境質(zhì)量評價方法難以表達土壤的空間分布特征（陳明發(fā)等，2019；Horváth et al.，2018）。而基于WebGIS技術(shù)嵌入污染評價方法和空間分析模型在對采集的數(shù)據(jù)進行空間分析及可視化表達上展現(xiàn)了獨特的優(yōu)勢。目前HJ/T 166—2004《土壤環(huán)境技術(shù)監(jiān)測規(guī)范》中規(guī)定的單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法最為通用，本研究優(yōu)先選取這2種常用的評價模型進行算法開發(fā)，同時在系統(tǒng)設(shè)計中考慮到評價方法的多樣性，設(shè)計了可插拔修改的系統(tǒng)模塊。在后續(xù)的實際應(yīng)用中，可以根據(jù)需要結(jié)合不同的應(yīng)用場景，采用不同的評價方法反復運算分析，再通過結(jié)果驗證與比較，優(yōu)選或集成最符合實際情況的方法，客觀評價土壤的環(huán)境質(zhì)量（陳明發(fā)等，2019）。另外，基于土壤采樣只能獲得部分采樣點的數(shù)據(jù)，采用空間插值方法模擬預測區(qū)域上的土壤環(huán)境質(zhì)量狀況已成為主流方法。反距離加權(quán)法（IDW）和克里金（Kriging）插值法是土壤污染評價中較為常用的插值方法。反距離加權(quán)法參數(shù)比較少，精度比克里金插值法略低。克里金插值法擁有更精確的插值結(jié)果，得到的插值圖更加平滑。對于模型精度，在后續(xù)工作中會隨著采樣點的加密，數(shù)據(jù)量的增多，逐步增加模型預測精確度。

因此，本系統(tǒng)主要采用單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法和克里金（Kriging）插值法等數(shù)學方法對區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量狀況和時空變化特征進行分析評價。評價標準根據(jù)調(diào)查點位的不同用地類型，優(yōu)先參考選取GB 15618-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風險管控標準（試行）》或GB 36600-2018《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風險管控標準（試行）》中相應(yīng)指標的風險篩選值。對于部分指標在國家標準中未能找到相應(yīng)篩選值的，需參照DB11/T 811-2011《場地土壤環(huán)境風險評價篩選值》對應(yīng)土地利用類型指標風險評價篩選值進行對比。對于國家標準和北京市地方標準中均未給出篩選值的，參照美國EPA區(qū)域篩選值進行評價。以上3個標準體系構(gòu)成了本系統(tǒng)土壤環(huán)境質(zhì)量評價的標準數(shù)據(jù)庫。

2.1 單因子評價模型

單因子指數(shù)法是其他環(huán)境質(zhì)量分級、環(huán)境質(zhì)量指數(shù)和綜合評價的基礎(chǔ)，應(yīng)用簡單、便于對比，其計算公式為：

式中，Pi為土壤中污染物i的單項污染指數(shù)，Ci為土壤中污染物i的實測值，Si為土壤中污染物i的評價參考值（劉德成等，2020）。Pi指數(shù)值越大，表示污染越嚴重，按單因子指數(shù)值大小可分為5個級別，見表2（周長松等，2015）。

表2 單項污染指數(shù)評價標準Tab.2 The evaluation standard of single pollution index

2.2 內(nèi)梅羅綜合評價模型

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法是在單項污染指數(shù)法的基礎(chǔ)上，針對土壤重金屬對環(huán)境質(zhì)量影響進行的綜合評價，該方法兼顧污染物的平均值和最大值，計算公式為（孟源思等，2020）：

式中，PN為內(nèi)梅羅綜合指數(shù)，i為土壤中第i種污染物，Pimax為各單因子指數(shù)的最大值，Piave為各單因子指數(shù)的平均值（劉德成等，2020）。按照內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法，也可劃分為5個級別，見表3（朱權(quán)等，2017）。

表3 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評價標準Tab.3 The evaluation standard of Nemerow comprehensive index

2.3 空間插值方法

土壤某點位的監(jiān)測結(jié)果只能代表該點位的情況，難以說明整個區(qū)域的土壤環(huán)境質(zhì)量狀況，這時可以借助克里金（Kriging）插值法，模擬預測出區(qū)域上的土壤環(huán)境質(zhì)量狀況（茅晶晶，2009）。克里金插值法用結(jié)構(gòu)分析及變異函數(shù)作為理論基礎(chǔ)，基于獲得的鄰近區(qū)域有限的樣本信息量，給未知采樣點插取一個最優(yōu)、線性、無偏的估計值，其原理基于假設(shè)區(qū)域化變量存在一個總體的空間結(jié)構(gòu)，地理距離越近值也越接近，通過結(jié)構(gòu)分析和變異函數(shù)理論，對已有樣本點的空間變異結(jié)構(gòu)進行擬合，得到理論模型后就可以根據(jù)已知點和插值點的距離得到已知點和插值點的半方差，進而計算出權(quán)重，通過對已知樣點賦權(quán)重來預測未知插值點的值，其公式如下（朱權(quán)，2017）：

式中，Z(x0)為的x0點位處的估計值，Z(xi)為插值點周圍的已知樣本點的值，wi為第i個已知樣本點對未知插值點的權(quán)重，n為已知樣本點的個數(shù)。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

3.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

由于傳統(tǒng)C/S體系架構(gòu)兼容性不強、可擴展性不足、開發(fā)成本又高，本系統(tǒng)采用目前國內(nèi)外主流網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的B/S體系架構(gòu)，分層次設(shè)計開發(fā)來滿足系統(tǒng)對屬性數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、算法數(shù)據(jù)的管理及調(diào)用等需求。根據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)可劃分為數(shù)據(jù)層、應(yīng)用支撐層和顯示層，如圖2所示。顯示層面向用戶，實現(xiàn)用戶交互進行數(shù)據(jù)管理、分析評價，并向用戶展示各種數(shù)據(jù)信息及處理結(jié)果。應(yīng)用支撐層作為系統(tǒng)的中間層，封裝了算法模型，實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的連接，完成土壤質(zhì)量評價，以支撐顯示層。數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的基石，包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、監(jiān)測點位信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測指標及標準限值等所有的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、算法數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)。

圖2 土壤環(huán)境質(zhì)量信息系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖Fig.2 System logical structure diagram

3.2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)技術(shù)框架邏輯上可分為：客戶層、WEB層、業(yè)務(wù)層、持久層、資源層、核心層，如圖3所示?？蛻魧又缚蛻舳说挠嬎銠C瀏覽器，用于展現(xiàn)頁面?？蛻舳嘶趈Query、AJAX和WebGIS等完成頁面交互、異步刷新、地理信息顯示。WEB層基于SpringMVC完成HTTP請求合法性校驗、HTTP請求參數(shù)有效性校驗、用戶操作權(quán)限檢查、記錄用戶訪問日志、顯示系統(tǒng)運行異常等任務(wù)。業(yè)務(wù)層集成了Web Service、JMS、EJB等組件服務(wù)模型，基于Spring框架完成數(shù)據(jù)校驗、業(yè)務(wù)邏輯處理、記錄業(yè)務(wù)處理日志等任務(wù)。持久層基于DAO實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取存儲、記錄數(shù)據(jù)讀寫日志等任務(wù)。資源層指數(shù)據(jù)、文本文件存儲的服務(wù)器。核心層包括系統(tǒng)類庫、配置文件、事務(wù)處理組件、數(shù)據(jù)校驗組件、數(shù)據(jù)綁定組件、異常處理組件等，作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)類庫為WEB層、業(yè)務(wù)層和持久層提供支持。

圖3 土壤環(huán)境質(zhì)量信息系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖Fig.3 System technical architecture diagram

3.3 系統(tǒng)功能及業(yè)務(wù)流程

系統(tǒng)聚焦土壤環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的信息化管理，立足土壤環(huán)境監(jiān)測評價的基本業(yè)務(wù)需求，基于采集的空間環(huán)境信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)、標準限值等建立數(shù)據(jù)庫以及模型庫，通過空間分析和模型推理，實現(xiàn)土壤環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲與信息檢索、土壤環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)處理、信息對比分析、結(jié)果發(fā)布、傳輸、展示、數(shù)據(jù)挖掘分析以及土壤環(huán)境監(jiān)測評價等功能。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)流程如圖4所示。

圖4 土壤環(huán)境質(zhì)量信息系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)流程圖Fig.4 System functional structure and business process diagram

系統(tǒng)除了GIS常有的地圖基本操作功能外，還有數(shù)據(jù)管理、信息查詢、數(shù)據(jù)時空分析、質(zhì)量評價及可視化結(jié)果發(fā)布等功能。數(shù)據(jù)管理即用戶在相應(yīng)授權(quán)下對土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測點位信息、標準限值等進行錄入、修改、刪除、導出、導入及批量導入。信息查詢實現(xiàn)歷年土壤監(jiān)測區(qū)域點位的信息存儲和綜合查詢，以及土壤環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合查詢和統(tǒng)計分析檢索查詢。數(shù)據(jù)時空分析實現(xiàn)各指標各點位分年度的監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計分析，可對選定某時空內(nèi)的土壤監(jiān)測指標及數(shù)據(jù)進行基本數(shù)理統(tǒng)計分析；還能對其按時間序列和空間位置變化進行對比，可展示某點位某指標隨時間的變化圖、某點位多指標隨時間的變化圖、不同點位或區(qū)域之間的檢出結(jié)果對比圖、單點或區(qū)域土壤質(zhì)量狀況分析結(jié)果、單指標多點位綜合評價結(jié)果以及等值面渲染圖。土壤環(huán)境質(zhì)量評價，主要采用單因子指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法2種方法?？梢暬Y(jié)果展示，按照一定的檢索條件生成相應(yīng)的專題圖表，將不同土壤環(huán)境監(jiān)測指標的時間、空間分布圖或等值面統(tǒng)計圖直接嵌入到GIS系統(tǒng)開發(fā)平臺中，實現(xiàn)評價結(jié)果與WebGIS技術(shù)的集成，形象直觀地展示監(jiān)測區(qū)域土壤環(huán)境監(jiān)測結(jié)果。系統(tǒng)還提供其他基本管理功能，比如用戶管理、角色管理、字典管理和日志管理等。另外系統(tǒng)還預留數(shù)據(jù)接口方便后續(xù)信息共享和功能升級。

3.4 功能實現(xiàn)及操作

系統(tǒng)的首要功能是對土壤采樣監(jiān)測信息及數(shù)據(jù)的管理，主要包括監(jiān)測點位信息、監(jiān)測指標及標準限值、監(jiān)測結(jié)果等數(shù)據(jù)的錄入和管理。該功能在數(shù)據(jù)管理后臺實現(xiàn)（圖5），可以完成各類數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除、導出、導入及批量導入。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫預設(shè)了各類數(shù)據(jù)上傳的格式模板，在數(shù)據(jù)導入時，先點擊下載模板，再按照模板準備好要上傳的Excel數(shù)據(jù)表格，點擊導入一鍵錄入大批數(shù)據(jù)。如有對少量數(shù)據(jù)進行編輯修改或增減的需要，也可以點擊新增、修改、刪除來完成。為方便用戶要找到并修改其中幾條數(shù)據(jù)，用戶可以通過搜索查詢很快地過濾并找到想要的數(shù)據(jù)條，直接點擊相應(yīng)按鈕進行編輯更改。除了新增、修改、刪除和導入等數(shù)據(jù)操作以外，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫也支持數(shù)據(jù)的導出，以方便數(shù)據(jù)的Excel編輯和傳輸共享，這樣更方便用戶自由地利用和管理數(shù)據(jù)。

圖5 數(shù)據(jù)管理頁面Fig.5 Data management page

其他系統(tǒng)管理包括用戶管理、角色管理、菜單管理、部門管理、崗位管理、字典管理、參數(shù)設(shè)置和日志管理等內(nèi)容，以及系統(tǒng)監(jiān)控，這些功能幫助提高系統(tǒng)的實用性，幫助用戶更好的管理系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)查詢和分析評價及結(jié)果可視化是本系統(tǒng)的核心。信息查詢、空間顯示、分析評價、空間插值和制圖發(fā)布等這些功能均在前臺客戶端相應(yīng)子模塊實現(xiàn)并展示。用戶在前臺客戶端可對搜索欄、條件查詢、底圖、圖層、統(tǒng)計分析工具進行選擇和執(zhí)行相應(yīng)操作（圖6）。首先，信息查詢是對監(jiān)測點和監(jiān)測指標及監(jiān)測結(jié)果的綜合查詢，用戶可以通過單、多條件組合過濾查找到想要的數(shù)據(jù)和圖表，不僅可以對原始數(shù)據(jù)進行查詢檢索，還能對分析評價數(shù)據(jù)進行查詢和圖表顯示。底圖和圖層在系統(tǒng)中顯示空間數(shù)據(jù)，可以選擇衛(wèi)星圖、電子圖和地形圖等作為底圖。圖層顯示更多的空間信息，包括監(jiān)測點位、矢量邊界和經(jīng)緯網(wǎng)等。系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具，將用戶錄入的土壤環(huán)境監(jiān)測信息轉(zhuǎn)換為空間圖層。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析評價是本系統(tǒng)的重中之重。該模塊具有對用戶指定區(qū)域進行各種統(tǒng)計分析評價的功能。用戶只要指定要統(tǒng)計分析評價的工作區(qū)域和方法模型，系統(tǒng)就會按照預設(shè)的模型方法進行相關(guān)數(shù)據(jù)處理運算，然后將統(tǒng)計分析結(jié)果以圖表形式或色塊圖方式在界面上呈現(xiàn)出來。通過對數(shù)據(jù)進行對標分級的質(zhì)量狀況評價、變量序列的統(tǒng)計分析和時空變化上的對比分析，實現(xiàn)了單點單指標監(jiān)測點基本信息及監(jiān)測數(shù)據(jù)檢索、單點多指標的監(jiān)測數(shù)據(jù)檢索及對比分析、多點單指標的監(jiān)測數(shù)據(jù)檢索與對比分析、多點區(qū)域平均對比及統(tǒng)計分析、單因子污染評價和內(nèi)梅羅指數(shù)綜合評價以及等值面統(tǒng)計等具體功能。設(shè)計完成的系統(tǒng)界面友好，應(yīng)用能力強，不僅能對各點位各監(jiān)測指標進行單項查詢和評價，還可以結(jié)合時間尺度、監(jiān)測范圍和土地利用類型等信息進行統(tǒng)計分析和綜合評價。根據(jù)業(yè)務(wù)需要在監(jiān)測點位、監(jiān)測區(qū)域、監(jiān)測對象、土地利用類型、監(jiān)測時段之間進行對比查詢分析，并在統(tǒng)計分析條件中預設(shè)這些字段，方便用戶過濾數(shù)據(jù)進行查詢和統(tǒng)計分析。

圖6 綜合查詢及統(tǒng)計分析Fig.6 Integrated query and statistical analysis

4 結(jié)論

1）傳統(tǒng)的土壤環(huán)境監(jiān)測調(diào)查分析工作存在數(shù)據(jù)管理效率低、分析手段單一、可視化程度低等問題，針對于此設(shè)計開發(fā)了一套基于開源WebGIS技術(shù)的土壤監(jiān)測評價系統(tǒng)，將雜亂繁多的地理信息數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分層次存儲，便于數(shù)據(jù)的管理、查詢、調(diào)用、分析評價和可視化展示。

2）傳統(tǒng)的C/S體系架構(gòu)兼容性不強、可擴展性不足、開發(fā)成本又高，本系統(tǒng)采用目前國內(nèi)外主流的B/S體系架構(gòu)，通過嵌入HTTP標準應(yīng)用體系，實現(xiàn)網(wǎng)頁端信息的實時發(fā)布、管理和共享，擁有權(quán)限的各級單位可訪問土壤監(jiān)測評價系統(tǒng)，進行土壤信息的實時查看、檢索與更新，大幅提高了土壤環(huán)境及資源管理的信息化水平，可以更好地為管理工作服務(wù)。

3）傳統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)多基于商業(yè)GIS軟件，費用高受限多，而基于開源WebGIS技術(shù)源代碼進行開發(fā)更安全可靠，可擴展性強并且成本低。該系統(tǒng)基于開源WebGIS技術(shù)開發(fā)，與商業(yè)軟件相比，不僅小巧靈活，易于管理和維護，而且對土壤質(zhì)量評價與管理更加有針對性。

4）系統(tǒng)總體設(shè)計和主要功能雖已實現(xiàn)，但在后續(xù)使用過程中仍有待提升和完善，例如：數(shù)據(jù)批量導入功能還需進一步優(yōu)化，實現(xiàn)所有點位數(shù)據(jù)文件導入的一一自動對應(yīng)；數(shù)據(jù)統(tǒng)計評價目前只能做比較基本的數(shù)理統(tǒng)計和簡單的對標評價，還需考慮添加更多的方法模型，進一步充實數(shù)據(jù)分析模塊；另外，結(jié)果可視化的界面還需要進一步優(yōu)化，以便更清楚、更直觀地展示數(shù)據(jù)特征。