地級市環(huán)境監(jiān)測站信息系統(tǒng)建設(shè)構(gòu)想

蔡繼軍，王榮俊，龍 湘

(常州市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 常州 213001)

·信息應(yīng)用·

地級市環(huán)境監(jiān)測站信息系統(tǒng)建設(shè)構(gòu)想

蔡繼軍，王榮俊，龍 湘

(常州市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 常州 213001)

分析國內(nèi)環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)和環(huán)境監(jiān)測信息化建設(shè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，提出地級市環(huán)境監(jiān)測站信息系統(tǒng)的監(jiān)測業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)中心、綜合應(yīng)用3層構(gòu)架思路，對信息系統(tǒng)各層次的主要功能作出描述，著重對環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集成和分工進(jìn)行闡述。進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)建設(shè)，在先進(jìn)性、安全性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)充性等方面滿足地級市環(huán)境監(jiān)測部門今后相當(dāng)長一段時期內(nèi)的信息化建設(shè)需求。

地級市;環(huán)境監(jiān)測;信息系統(tǒng);構(gòu)想

1 概況

“十一五”期間，環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)飛速發(fā)展，自動監(jiān)測、監(jiān)控技術(shù)大量應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測工作，數(shù)據(jù)獲取量呈幾何級數(shù)式快速增長。環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)建設(shè)從過去著重針對環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理，向監(jiān)測業(yè)務(wù)管理、數(shù)據(jù)集成和決策輔助等方向發(fā)展［1］。

環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)集成也越來越被重視，實現(xiàn)“一數(shù)一源，一源多用，數(shù)據(jù)共享”已成為環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)建設(shè)的一個重要原則。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)集成是地方環(huán)保局信息系統(tǒng)建設(shè)的要求，也是環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)自身實現(xiàn)分層次、模塊化設(shè)計，具備靈活性、可擴(kuò)展性和安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

2 環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)建設(shè)框架

環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)采用業(yè)務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、綜合應(yīng)用3層構(gòu)架。在制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)通訊規(guī)范和研究綜合分析方法、表征手段、污染物擴(kuò)散、預(yù)測模型以及環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)模型的基礎(chǔ)上，開展環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)集成和環(huán)境數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺建設(shè)，采用基于面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)實現(xiàn)各層次內(nèi)應(yīng)用系統(tǒng)的自由擴(kuò)充，層次間數(shù)據(jù)無障礙通訊［2］。環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)框架見圖1。

環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)框架描述了上述3個層次所管理的對象、接口，以及層次間的協(xié)同關(guān)系，并與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、安全保障體系、軟硬件基礎(chǔ)資源共同組成一個有機(jī)整體。框架層次內(nèi)容及層次關(guān)系概括如下:

(1)業(yè)務(wù)系統(tǒng):根據(jù)其特點劃分為預(yù)警監(jiān)測、實驗室信息管理、應(yīng)急監(jiān)測3個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)均可視為前端數(shù)據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)，是數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)之源，同時也是環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，需要依托網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)通信接口、集成規(guī)范等進(jìn)行建設(shè);另一方面，對數(shù)據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)的過程有監(jiān)控、網(wǎng)管、統(tǒng)計、質(zhì)控等需求，具有應(yīng)用管理與科學(xué)研究的雙重功能。

(2)數(shù)據(jù)中心:實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、GIS屬性數(shù)據(jù)、以及市環(huán)保局、轄市(縣)數(shù)據(jù)等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的一致集成，為數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用與數(shù)據(jù)共享提供服務(wù)。數(shù)據(jù)中心作為面向事務(wù)(OLTP)數(shù)據(jù)庫到面向主題、面向分析(OLAP)數(shù)據(jù)倉庫的轉(zhuǎn)化，在功能上應(yīng)包含層次化的目錄體系管理、元數(shù)據(jù)管理、主題域模型管理、權(quán)限系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)二次或多次集成(ETL)、數(shù)據(jù)集導(dǎo)航定位、以及完備的數(shù)據(jù)傳輸與查詢驅(qū)動功能。

(3)綜合應(yīng)用:在環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，以環(huán)境管理與決策為目標(biāo)，以報表管理、環(huán)境質(zhì)量綜合分析、區(qū)域環(huán)境質(zhì)量展示為主題，通過XML/Web Service、WCF、商業(yè)智能(BI)、GIS 技術(shù)，實現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、評價與區(qū)域環(huán)境質(zhì)量展示等綜合性應(yīng)用與分析，科學(xué)服務(wù)于環(huán)境管理與領(lǐng)導(dǎo)決策。為滿足當(dāng)前乃至未來環(huán)境管理全方位、多層次需要，綜合應(yīng)用系統(tǒng)需要具備結(jié)構(gòu)靈活、功能伸縮、模型耦合、接口統(tǒng)一等特征。

環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)建設(shè)遵循“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施”的原則，逐步建設(shè)和完善。首先應(yīng)建設(shè)若干個環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)系統(tǒng)，在業(yè)務(wù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上建設(shè)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)中心和環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用系統(tǒng)。

圖1 地級市環(huán)境監(jiān)測站信息系統(tǒng)框架

3 環(huán)境監(jiān)測信息化基礎(chǔ)研究

重視信息化基礎(chǔ)研究，是決定信息系統(tǒng)實用性、先進(jìn)性、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性的基礎(chǔ)。必須在信息系統(tǒng)建設(shè)初期開展相關(guān)的信息化基礎(chǔ)研究工作［3］。

(1)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)研究:對每個環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)、全面的說明，為數(shù)據(jù)管理、查詢統(tǒng)計、綜合評價、GIS操作、多媒體展示等提供完備的數(shù)據(jù)資源和信息資源。

(2)環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)模式研究:對各類監(jiān)測業(yè)務(wù)進(jìn)行科學(xué)分類，按照環(huán)境監(jiān)測自身規(guī)律和相關(guān)實驗室認(rèn)可準(zhǔn)則要求，規(guī)范各類環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)流程，使環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)系統(tǒng)更加靈活和高效。

(3)環(huán)境質(zhì)量綜合分析及其表征手段研究:重點研究地理信息系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用。利用GIS系統(tǒng)提供的空間屬性管理、空間統(tǒng)計分析、疊加分析和緩沖區(qū)分析等核心功能，使GIS系統(tǒng)能夠與環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)各部分有機(jī)融合，在環(huán)境監(jiān)測點位管理、預(yù)警監(jiān)測、環(huán)境質(zhì)量綜合分析和決策輔助、環(huán)境災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測等方面為信息系統(tǒng)提供多樣化的分析和表征手段。

(4)環(huán)境污染物擴(kuò)散模式、預(yù)測模型等在信息系統(tǒng)中的應(yīng)用研究:為環(huán)境質(zhì)量預(yù)警監(jiān)測、環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺提供預(yù)測分析能力。

4 環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)系統(tǒng)

4.1 預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)

預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)測、污染源在線監(jiān)控、敏感區(qū)域環(huán)境預(yù)警監(jiān)測等環(huán)境質(zhì)量在線監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)的信息化管理。主要功能應(yīng)包括:

(1)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用組件(COM)技術(shù)屏蔽異構(gòu)系統(tǒng)及儀器協(xié)議的差異性，實現(xiàn)儀器動態(tài)管理和接口自適應(yīng)的數(shù)據(jù)采集。實現(xiàn)方面應(yīng)采用先進(jìn)、通用的硬件設(shè)備和編程環(huán)境;為避免重復(fù)性投資，在硬件指標(biāo)滿足系統(tǒng)要求的前提下應(yīng)盡量復(fù)用已有的硬件設(shè)備;為保證數(shù)據(jù)可靠性，應(yīng)堅持?jǐn)?shù)字量采集為主、模擬量采集為輔的原則。

(2)建立穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)通訊接入平臺，通訊接入平臺應(yīng)采用成熟的數(shù)據(jù)通訊技術(shù)進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，并提供透明的網(wǎng)絡(luò)傳輸，兼容Internet、CDMA、GPRS、ADSL、3G、光纖等各種通訊網(wǎng)絡(luò)，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸、高效匯集。

(3)建立監(jiān)測儀器管理檔案庫，集中管理水、氣、聲等自動監(jiān)測儀器的靜態(tài)信息、接口信息和動態(tài)信息。

(4)建立環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)控應(yīng)用服務(wù)平臺，服務(wù)平臺實現(xiàn)自動監(jiān)控數(shù)據(jù)的Web共享和環(huán)境專題地圖的空間表達(dá)，具備地圖管理、數(shù)據(jù)質(zhì)控、數(shù)據(jù)分析、趨勢分析、查詢檢索、統(tǒng)計報表、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)布、報警管理、權(quán)限管理等功能。

(5)建立自動監(jiān)控反向控制平臺，實現(xiàn)對自動監(jiān)測站的遠(yuǎn)程控制管理和實時狀態(tài)監(jiān)視。

(6)構(gòu)建靈活的權(quán)限管理框架，提供統(tǒng)一的用戶管理和系統(tǒng)管理，滿足不同部門、不同用戶使用系統(tǒng)，防止用戶非法使用或越權(quán)使用。

(7)引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)的軟件模型，結(jié)合當(dāng)?shù)靥攸c和排放清單的完善，建立本地化的預(yù)警預(yù)測模型，并加強(qiáng)與氣象部門的合作，共同研究、完善空氣質(zhì)量預(yù)警預(yù)報的綜合平臺，包括建立數(shù)值預(yù)報、統(tǒng)計預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)。開展分時段、分區(qū)域、多因子及趨勢預(yù)報等多樣化預(yù)報業(yè)務(wù)。搭建數(shù)據(jù)與信息共享平臺，逐步實現(xiàn)環(huán)境與氣象要素的實時信息共享。

4.2 實驗室信息管理系統(tǒng)

LIMS系統(tǒng)實現(xiàn)例行監(jiān)測、執(zhí)法監(jiān)測、委托監(jiān)測等傳統(tǒng)手工環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)流程管理、實驗室信息管理、質(zhì)量控制和相關(guān)實驗室資源管理等功能，統(tǒng)一管理信息存儲與調(diào)用，管理評價標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)權(quán)限，以及系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換等。

LIMS實現(xiàn)手工監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)化，不僅提高了環(huán)境監(jiān)測的信息化程度，也使手工監(jiān)測如同自動監(jiān)測一樣，有了模式化、規(guī)范化的管理方式，有利于提升業(yè)務(wù)管理水平，實現(xiàn)對業(yè)務(wù)過程的可知、可控管理，同時可以大幅提升工作效率，是環(huán)境監(jiān)測走向現(xiàn)代化的重要環(huán)節(jié)和發(fā)展方向。

4.3 環(huán)境污染應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng)

環(huán)境污染應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對風(fēng)險源信息、污染源排放清單、環(huán)境應(yīng)急預(yù)案、環(huán)境災(zāi)害處置措施及環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測現(xiàn)場調(diào)度等功能。

(1)全面的污染源基礎(chǔ)信息管理:結(jié)合環(huán)境統(tǒng)計、排污申報、污染源普查等環(huán)境管理系統(tǒng)，管理維護(hù)本市各類污染源和污染物排放信息。

(2)污染源監(jiān)督監(jiān)測數(shù)據(jù)管理:各類污染源監(jiān)督監(jiān)測點位管理和歷史數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、總量核算等功能。

(3)污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)的接入:接入污染源在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，讀取歷史和實時自動監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場視頻圖像。

(4)污染物排放清單管理:結(jié)合管理數(shù)據(jù)、污染源監(jiān)督監(jiān)測數(shù)據(jù)和污染源調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)，管理維護(hù)污染源排放清單，并通過持續(xù)的維護(hù)和改進(jìn)，形成本地的污染排放清單。

(5)有毒有害物質(zhì)在線查詢管理:搜集和完善各有害物質(zhì)屬性、危害和應(yīng)急處置信息。

(6)環(huán)境風(fēng)險應(yīng)急預(yù)案管理:逐步增加針對污染源和環(huán)境敏感點的應(yīng)急預(yù)案數(shù)量。

(7)環(huán)境應(yīng)急決策輔助:充分利用GIS系統(tǒng)和相關(guān)環(huán)境預(yù)測模型，結(jié)合各類歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，對環(huán)境污染事故可能造成的危害程度及范圍做出相對準(zhǔn)確的預(yù)測和模擬。

5 環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)中心

作為環(huán)保局?jǐn)?shù)據(jù)中心的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)“分中心”，為局信息系統(tǒng)提供全面的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，滿足環(huán)境管理對環(huán)境監(jiān)測的需求;實現(xiàn)各環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的自動獲取和集成;提供外部數(shù)據(jù)接入功能，接收環(huán)境管理數(shù)據(jù)、轄市區(qū)站上報數(shù)據(jù)和GIS地理屬性數(shù)據(jù)等;實現(xiàn)上報數(shù)據(jù)的自動生成，提高數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)效率。

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)中心包括環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)、污染源數(shù)據(jù)、公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的分類、編碼、屬性信息，數(shù)據(jù)交換格式與共享規(guī)范，分析主題定義和質(zhì)量控制等核心內(nèi)容，形成對環(huán)境監(jiān)測對象、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)規(guī)則的一致描述和規(guī)范化管理，同時管理面向分析主題的評價指標(biāo)、統(tǒng)計分析算法、統(tǒng)計評價體系，以及數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、加載策略等內(nèi)容，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和規(guī)范化存儲與使用。除此之外，數(shù)據(jù)中心應(yīng)具有面向決策分析的功能，具備多維分析與深層信息挖掘(MOLAP)的支持能力。

在技術(shù)實現(xiàn)層面，采用SQL Server集成服務(wù)(SSIS)生成高性能數(shù)據(jù)中心集成解決方案，采用Integration Services對象模型編程API進(jìn)行快速集成。

6 環(huán)境質(zhì)量綜合應(yīng)用平臺

環(huán)境質(zhì)量綜合應(yīng)用平臺重點解決業(yè)務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、綜合應(yīng)用三者集成關(guān)聯(lián)的問題，從而有效服務(wù)于報表管理、環(huán)境質(zhì)量綜合分析、區(qū)域環(huán)境質(zhì)量展示等應(yīng)用主題。實現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量點位管理，將常規(guī)例行監(jiān)測、預(yù)警監(jiān)測等各類監(jiān)測業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)均作為環(huán)境質(zhì)量綜合分析的數(shù)據(jù)來源;開發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析工具和表征發(fā)布系統(tǒng)，豐富環(huán)境質(zhì)量綜合分析手段，規(guī)范環(huán)境質(zhì)量評價，提高綜合分析水平;實現(xiàn)各類環(huán)境監(jiān)測報表的自動輸出、數(shù)據(jù)的綜合查詢、綜合分析文檔管理;實現(xiàn)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量綜合展示。

為實現(xiàn)上述功能并保證功能擴(kuò)展和業(yè)務(wù)需求的延伸，環(huán)境質(zhì)量綜合應(yīng)用平臺采用面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)實現(xiàn)功能中間件開發(fā)與部署，在設(shè)計上應(yīng)至少包含以下3個部分:

(1)門戶系統(tǒng):以 MOSS(Microsoft Office SharePoint Server)作為統(tǒng)一架構(gòu)體系，內(nèi)置了對商業(yè)智能(BI)的支持，為門戶提供Web Part界面管理、報表管理、工作流(Windows Workflow Foundation，WF)引擎管理、業(yè)務(wù)協(xié)同管理、授權(quán)認(rèn)證管理等內(nèi)容，實現(xiàn)決策支持(DSS)，完成數(shù)據(jù)報表、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)查詢、權(quán)限管理等功能。

(2)業(yè)務(wù)邏輯層:主要包括查詢服務(wù)、分析服務(wù)、報表/報告服務(wù)、報警管理服務(wù)、流程規(guī)則服務(wù)、文件管理服務(wù)、接口服務(wù)。這些服務(wù)內(nèi)部均可實現(xiàn)功能擴(kuò)展和自定義配置而不影響整體框架，從而實現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯和功能組件松散耦合，便于組件封裝、系統(tǒng)升級和接口擴(kuò)充，保證系統(tǒng)間的無縫銜接。

(3)應(yīng)用邏輯接口:是平臺門戶與業(yè)務(wù)邏輯層的通訊接口，采用 WCF(Windows Communication Framework)技術(shù)作為基本通訊框架，除了為平臺門戶提供一致的訪問接口外，還提供環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的共享訪問。

7 結(jié)語

依據(jù)本文所述建立地級市環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)和環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的全覆蓋管理，具有較高的安全性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)充性。在環(huán)境監(jiān)測信息化研究的基礎(chǔ)上建立的環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)具有一定的先進(jìn)性，基本可以滿足“十二五”及今后一段時期內(nèi)環(huán)境監(jiān)測管理對環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)建設(shè)的要求。

［1］陳建江.對我國環(huán)境自動監(jiān)測發(fā)展的思考［J］.環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2007，19(1):1-3.

［2］劉定.環(huán)境信息化標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展［J］.環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2010，2(1):27-31.

［3］王合生.對環(huán)境監(jiān)測信息化建設(shè)工作的思考［J］.環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2008(4):57-59.

Idea for the Construction of Environmental Monitoring Station Information System Construction in Prefecture-level City

CAI Ji-Jun，WANG Rong-jun，LONG Xiang
(Changzhou Environmental Monitoring Central Station，Changzhou，Jiangsu 213001，China)

By analyzing the status quo and the development tendency of domestic environmental monitoring business and information construction，the three － tier framework of ideas of monitoring operations，data center，integrated application for the information system of prefecture－level city environmental monitoring stations were proposed.The main function of the information system in different levels，focusing on the integration and division of labor of the environmental monitoring business systems was described.The method could satisfy the information construction requests of prefecture－level city environmental monitoring apartments in the aspects of advancement，safety，stability and extendibility for a very long time.

prefecture-level city;environmental monitoring;information system

X84

B

1674-6732(2012)-03-0032-04

10.3969/j.issn.1674-6732.2012.03.008

2010-10-08;

2011-03-21

蔡繼軍(1967—)，男，工程師，本科，從事環(huán)境監(jiān)測及信息化管理工作。

(本欄目編輯 黃珊)