基于WEBGIS的節(jié)能減排系統(tǒng)的架構(gòu)構(gòu)思

黃海東

(淮南職業(yè)技術(shù)學院, 安徽淮南232001)

基于WEBGIS的節(jié)能減排系統(tǒng)的架構(gòu)構(gòu)思

黃海東

(淮南職業(yè)技術(shù)學院, 安徽淮南232001)

節(jié)能降耗、發(fā)展低碳經(jīng)濟是我國現(xiàn)階段的經(jīng)濟發(fā)展的目標,節(jié)能降耗涉及行業(yè)眾多,數(shù)據(jù)類型不一,數(shù)據(jù)維度多變化快,需要及時全面的掌握節(jié)能減排中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù),通過信息化的手段來實現(xiàn)節(jié)能減排工作的過程評價、動態(tài)監(jiān)管和決策支持;WEB-GIS是成熟一種的技術(shù)架構(gòu),可以充分利用internet平臺進行信息發(fā)布、數(shù)據(jù)共享和交流協(xié)作,是節(jié)能減排的信息化是一個重要手段;通過對節(jié)能減排所涉及的數(shù)據(jù)特點進行詳細的分析,基于WEBGIS提出系統(tǒng)的架構(gòu)的構(gòu)思,并在此基礎(chǔ)上提出了系統(tǒng)的功能模塊的設(shè)計。

節(jié)能減排; WEB-GIS; 信息系統(tǒng)

中國經(jīng)濟的高速發(fā)展帶來了環(huán)境的嚴重污染,從水污染到大氣污染,中國的經(jīng)濟已經(jīng)不能采用高污染高發(fā)展的模式進行,需要留給子孫后代一片藍天和白云。國家近幾年對環(huán)境的治理越來越重視,陸續(xù)關(guān)停了一大批高污染的企業(yè)。對現(xiàn)有企業(yè)也加強了監(jiān)測和管理,要求采用一定措施節(jié)能減排。在十二五規(guī)劃中,國家也制定了明確的節(jié)能減排目標,到2015年,萬元GDP能耗將比2005年下降32%。節(jié)能減排工作是一個復雜的多學科知識交叉的領(lǐng)域,要有科學能源管理工具和決策分析工具。隨著計算機技術(shù)、空間技術(shù)的發(fā)展,并借助GIS的強大數(shù)據(jù)處理、可視化和空間分析,我們可以構(gòu)建一個節(jié)能減排的信息系統(tǒng)來進行科學化的管理,提升管理效率。

1 WEBGIS簡介

WEB-GIS是指基于internet平臺進行信息發(fā)布、數(shù)據(jù)共享、交流協(xié)作的地理信息系統(tǒng)?？蛻舳藨密浖捎肳WW協(xié)議,實現(xiàn)GIS信息的在線查詢和業(yè)務處理等功能。WEB-GIS是采用internet技術(shù)來擴展和完善GIS的一項新技術(shù)。[1]其構(gòu)成有主機、數(shù)據(jù)庫與終端并通過internetintranet連接,具有客戶、服務器(client/server)結(jié)構(gòu),服務器作為服務提供者,客戶端通過服務端來獲得各種空間信息和應用的功能。

WebGIS是Internet技術(shù)應用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物。GIS通過Web功能得以擴展, WebGIS是利用Web技術(shù)來擴展和完善地理信息系統(tǒng)的一項技術(shù)。Webgis廣泛的應用于各行各業(yè),應用范圍非常廣泛,目前隨著全球?qū)Νh(huán)境的重視,越來越多的研究者開始著手將其應用于節(jié)能減排方面。在我國,此項技術(shù)的應用也在大力的發(fā)展,例如:天津生態(tài)城大力推廣和使用新能源。新能源系統(tǒng)是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將新能源實時數(shù)據(jù)接入到GIS系統(tǒng),實現(xiàn)對新能源運行狀態(tài)與節(jié)能減排指標參數(shù)的實時監(jiān)測。通過Portal實現(xiàn)了系統(tǒng)的快速無縫集成與空間數(shù)據(jù)共享。

2 節(jié)能減排的數(shù)據(jù)類型分析

在眾多的信息管理系統(tǒng)中,基礎(chǔ)也是核心問題是數(shù)據(jù)的來源于種類。節(jié)能減排管理系統(tǒng)重點是采集相關(guān)數(shù)據(jù),并利用軟件來統(tǒng)計與分析數(shù)據(jù)。但目前涉及的數(shù)據(jù)來源復雜,數(shù)據(jù)維度多、格式不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)變化快、海量數(shù)據(jù)等特點。在采集方面有一定難度。

2.1 數(shù)據(jù)來源復雜

節(jié)能減排涉及的行業(yè)方方面面,例如各類工業(yè)生產(chǎn)中煤炭、鋼鐵、石油等產(chǎn)生的能源消耗和污染,這些行業(yè)因其污染嚴重,能耗高而受到政府的重點關(guān)注。通過對這些行業(yè)的數(shù)據(jù)分析可知,不同行業(yè)的數(shù)據(jù)種類不同、采集的內(nèi)容也相差甚大,在數(shù)據(jù)共享方面有著不利的一面。如何讓不同類型的數(shù)據(jù)共享,是一個值得研究的問題。通常在處理不同類型的數(shù)據(jù)類型共享問題有兩種方案:其一是制定一個統(tǒng)一的標準,進行數(shù)據(jù)標準化。其二是在同質(zhì)的數(shù)據(jù)中交換共享。

2.2 數(shù)據(jù)格式的不統(tǒng)一

在不同的行業(yè)中,涉及節(jié)能減排的數(shù)據(jù)格式是不統(tǒng)一的,可能會有圖形化的數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)、報表數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)格式的不統(tǒng)一造成數(shù)據(jù)采集的困難。解決的方案如下:其一是通過編制一套程序,通過程序來實現(xiàn)采集和轉(zhuǎn)化。其二是事先統(tǒng)一標準,設(shè)定好共享的格式,此方法應在系統(tǒng)規(guī)劃初期就需要完成。以上兩種方法都增加了系統(tǒng)的復雜度。

2.3 數(shù)據(jù)維度多

在一般的信息系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)要么是線性變化,數(shù)據(jù)隨著時間的變化而變化;要么數(shù)據(jù)具有空間性,會隨著地理位置的變化而變化,例如,利用遙感技術(shù)監(jiān)測城市的面積變化。而在節(jié)能減排中的數(shù)據(jù)具有時空特性,數(shù)據(jù)會隨著時間和空間的變化而變化,由此表現(xiàn)出來的信息是綜合性的。故在節(jié)能減排的信息管理系統(tǒng)中要充分考慮,需要采用多維度的分析。

2.4 數(shù)據(jù)變化快

在各個行業(yè)中,數(shù)據(jù)的變化更新是非常快的,比如化工生產(chǎn)中,不斷變化的有毒氣體的排放。這些數(shù)據(jù)不僅變化快,更新周期短而且具有很強的隨機性,同時也容易受到環(huán)境的影響,數(shù)據(jù)是動態(tài)的。因此,在設(shè)計系統(tǒng)的時候要考慮建立隨機的數(shù)學模型,同時在采集數(shù)據(jù)時盡量提取最本質(zhì)的特性,忽略次要因素,構(gòu)建合理的模型以求能較客觀的反映實際情況。

2.5 海量數(shù)據(jù)

在節(jié)能減排中所涉及到的數(shù)據(jù)具有實時性、空間性,是多維度的數(shù)據(jù)的積累。因此數(shù)據(jù)異常龐大。在計算機中用來統(tǒng)計的量通常達到TB為單位。海量數(shù)據(jù)要求計算機有海量數(shù)據(jù)的存儲能力和對海量數(shù)據(jù)的處理能力。解決的辦法通常采用從硬件上改變計算機結(jié)構(gòu),如現(xiàn)在的量子計算機;要么通過軟件,優(yōu)化軟件程序提高軟件的處理效率來組織管理。

以上的分析只是分析了這些數(shù)據(jù)的最主要的幾個特點,在節(jié)能減排的信息管理系統(tǒng)中可能會因為條件的改變需要加入一些其他因素,總之在構(gòu)建系統(tǒng)中需要考慮節(jié)能減排中的數(shù)據(jù)特性,根據(jù)實際情況尋找合適的解決方案。

3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

3.1 技術(shù)方案選擇

考慮節(jié)能減排的數(shù)據(jù)的特點,采用WEBGIS的技術(shù)架構(gòu),WEBGIS與傳統(tǒng)的桌面GIS有著很大不同,WEBGIS通常采用客戶端/服務器端架構(gòu),以WEB瀏覽器作為WEBGIS應用程序的接口,結(jié)合TCP/IP技術(shù)來實現(xiàn)WEB環(huán)境下的空間數(shù)據(jù)管理。WEBGIS的特點如下:

全球化的訪問(world wide web):在萬維網(wǎng)中的任意節(jié)點的用戶都能方便的訪問WEBGIS服務器提供的各種GIS服務,分布式的數(shù)據(jù)管理。

用戶廣泛,系統(tǒng)成本低:客戶端用戶無需安裝GIS軟件,同時針對WEBGIS的各類插件、ActiveX控件和Java Applet應用程序免費。用戶無需承擔額外的費用,只要有瀏覽器就可以。

易于擴展:Internet是一個開放的平臺, WEBGIS很容易和WEB中其他服務集成,具有良好的擴展性。

高效的負載平衡:對于一些復雜的數(shù)據(jù)處理可以通過網(wǎng)絡(luò)選擇合適的主機進行計算,簡單的數(shù)據(jù)的直接交給本地客戶端運行。

3.2 WEBGIS構(gòu)造方法的選擇

WEBGIS的主要構(gòu)造方法有:CGI方法: (Common Gateway Interface)通用網(wǎng)關(guān)接口,用于提供一個基于Internet服務器和應用程序之間的接口標準,其原理是將WEB服務器和數(shù)據(jù)庫服務器結(jié)合實時、動態(tài)的生成HTML文件。

SERVER API方法:類似CGI方法,不同在于要依附于特定的服務器。此方法相比CGI速度快,因為SERVER API的動態(tài)鏈接庫啟動后會一直運行。但缺點是要依附于特定平臺,可移植性差。

PLUG-IN方法:通過插件技術(shù)將一部分WEBGIS服務讓客戶端去執(zhí)行,可以提高用戶操作的響應速度,降低網(wǎng)絡(luò)流量和服務器的負擔。

ActiveX方法:基于DCOM(Distributed Component Object Model)技術(shù),即分布式組件化技術(shù),基于此技術(shù)標準開發(fā)相應ActiveX控件,來擴展WEB瀏覽器的功能。特點是支持OLE標準的任何語言或應用系統(tǒng),比Plug-in模式更靈活方便。

Java Applet方法:JAVA程序的特點是跨平臺性,一次編譯,到處運行。利用JAVA開發(fā)的程序有兩種,一種是獨立運行的,另一種是JAVA Applet,可以在運行時從WEB服務器動態(tài)下載的可執(zhí)行代碼。

在綜合比較各類構(gòu)造方法的優(yōu)劣和管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特性后,在WEBGIS的構(gòu)造方法上選擇JAVA Applet構(gòu)造比較合適。采用JAVA Applet構(gòu)造具有的優(yōu)點:此方法與操作系統(tǒng)無關(guān),具有跨平臺性,適用范圍廣,GIS操作速度快,易于擴展,可以通過JAVA Applet將部分WEB服務器的數(shù)據(jù)處理功能轉(zhuǎn)移到客戶機執(zhí)行,有效降低服務器的壓力,同時也加快了執(zhí)行效率。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 管理信息系統(tǒng)的功能設(shè)計

4.1 系統(tǒng)功能分析

本系統(tǒng)針對的用戶主要是三類,企業(yè)、行業(yè)機構(gòu)和政府部門。數(shù)據(jù)庫包含三種,一種是屬性數(shù)據(jù)庫,主要存放用戶數(shù)據(jù)、企業(yè)采集的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、專家?guī)旌吞峁┲笇У陌咐龜?shù)據(jù)庫。屬性數(shù)據(jù)庫的主要操作是查詢與生成各類報表和數(shù)據(jù)演化曲線圖,也可查詢專家?guī)旌桶咐龓?用以提供決策支持方面。第二種是空間數(shù)據(jù)庫,空間數(shù)據(jù)庫由各類圖層數(shù)據(jù)構(gòu)成,基礎(chǔ)是地理地圖數(shù)據(jù),在此之上疊加各類數(shù)據(jù)圖層,比如各類監(jiān)測的污染源數(shù)據(jù)。對此數(shù)據(jù)庫的操作主要是查詢與定位,快速直觀的展現(xiàn)污染源的生產(chǎn)單位和地理位置坐標。第三種是多媒體數(shù)據(jù)庫,主要存儲現(xiàn)場采集的音頻視頻,作為政府監(jiān)控的一個有力證據(jù)支持。政府機構(gòu)可以依據(jù)采集的數(shù)據(jù)對企業(yè)行為進行管理,是政府的管控的一個有力手段。

4.2 系統(tǒng)功能模塊

按系統(tǒng)所要完成的功能可以分成如下幾種功能模塊,系統(tǒng)總體功能如圖2所示。

4.2.1 用戶管理模塊

由于系統(tǒng)所涉及的用戶分成三類,每種用戶的權(quán)限和職責是不相同的,因此在用戶管理模塊需要考慮權(quán)限管理和對系統(tǒng)的應用權(quán)限管理,不同級別的用戶擁有不同的權(quán)限級別,不同類型的用戶操作的系統(tǒng)模塊也不一樣。

4.2.2 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是管理系統(tǒng)的非常重要的一環(huán),數(shù)據(jù)庫中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于此,主要是企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營中所產(chǎn)生的各種類型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),通過采集到數(shù)據(jù)庫,作為數(shù)據(jù)的進一步分析的基礎(chǔ)。

4.2.3 數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的主要功能是組織和管理各類數(shù)據(jù)源,管理人員能進行各類查詢,并設(shè)定數(shù)據(jù)的采集標準和參數(shù),完成數(shù)據(jù)的校驗與數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換,不同類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標準格式。

4.2.4 數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),能提供給數(shù)據(jù)接口用于接收不同傳輸設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù),通常的傳輸方式基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)結(jié)合GPRS方式傳送數(shù)據(jù),因為GPRS傳輸具有傳輸速率高、接入時間短、計費合理等有利因素。

4.2.5 數(shù)據(jù)分析模塊

通過采用空間數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等手段從海量數(shù)據(jù)中分析企業(yè)用戶的數(shù)據(jù),作為二次分析的數(shù)據(jù)來源,能按用戶的需求生成指定的各種分析報表和數(shù)據(jù)演化曲線。數(shù)據(jù)應用系統(tǒng)則是根據(jù)分析的數(shù)據(jù)生成各種報表和不同類型的變化曲線。

4.2.6 預警管理系統(tǒng)

是通過設(shè)定一定的預警機制來監(jiān)控相關(guān)數(shù)據(jù)是否在合理范圍。監(jiān)控主體可以設(shè)定預警臨界值,實時監(jiān)控數(shù)據(jù)的變化,當達到臨界值時,系統(tǒng)能向管理者發(fā)送短消息提示,實時監(jiān)控屏幕會閃爍提示并報警。

4.2.7 決策支持系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫預先導入了相關(guān)專家所提供的預案,通過一系列的數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論與專家?guī)爝M行比對,可以給政府管理者提供參考的依據(jù),并作為政府決策的一個輔助系統(tǒng)。

4.3 針對B/S模式開發(fā)系統(tǒng)中如何優(yōu)化用戶體驗的思考

WEB-GIS是采用B/S架構(gòu)的一個復雜系統(tǒng),涉及復雜的數(shù)據(jù)查詢,如果按照傳統(tǒng)的“發(fā)出請求-＞等待服務器響應-＞服務器返回結(jié)果”的方式訪問,在大數(shù)據(jù)、用戶量訪問密集的時候,用戶會明顯的感覺系統(tǒng)的延遲,用戶的體驗并不是很好。為了解決這問題,系統(tǒng)可以采用ajax技術(shù)來解決。Ajax是一種富客戶端,具有良好的異步操作特性,響應速度快,界面友好。Ajax技術(shù)是由幾種技術(shù)組合而成,包括xhtml、CSS、DOM對象、javascript等。采用Ajax技術(shù)的理由如下:

用戶體驗好,無刷新,響應速度快;減輕網(wǎng)絡(luò)負擔,很多時候頁面數(shù)據(jù)只需要局部更新,而ajax技術(shù)正是很好的適應這點,因此可以大大減少網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳送量;富客戶端,能分擔一些服務器上的數(shù)據(jù)處理,減輕服務器的壓力;能使WEB程序更加規(guī)范。

節(jié)能減排關(guān)系到人類的生存環(huán)境,全球都非常關(guān)注,各國都在積極研究對節(jié)能減排中的數(shù)據(jù)進行科學化和信息化管理。本文就其信息化管理的架構(gòu)進行了構(gòu)思。信息化管理系統(tǒng)本身就是非常復雜的系統(tǒng),所涉及的技術(shù)也很多,是一個融合多科學的系統(tǒng)。涉及到計算機技術(shù)、地理學知識、管理學等,在研究節(jié)能減排的信息化管理的軟件架構(gòu)設(shè)計時,要充分考慮每一個環(huán)節(jié),軟件的架構(gòu)是非常復雜的的,需要長時間的摸索。

[1] 胡林.基于webgis的排水信息發(fā)布系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].武漢:武漢大學,2004.

[2] 李清霞,秦勇.面向服務架構(gòu)的webgis系統(tǒng)設(shè)計[J].應用科技,2008,35(8):.

[3] 郝選文,衛(wèi)海燕.基于WebGIS的西安市環(huán)境監(jiān)測管理信息系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)[J].內(nèi)蒙古師范大學學報(自然科學漢文版),2007,36(5): 617-620.

[4] 閭國年,張書亮,龔敏霞.地理信息系統(tǒng)集成原理與方法[M].北京:科學出版社,2003.

Architecture Design of Energy Saving and Emission Reduction System Based on WEBGIS

HUANG Hai-dong
(Huainan Vocational an d Technical College, Huainan Anhui 232001)

Energy saving and low carbon economy development is the present goals of our country's economic development.Saving energy and reducing consumption involves many industries,which exist different data types,and their data dimensions changes quickly,so it requires to grasp basic data and process data timely and comprehensively in the process of energy saving and emission reduction,by the means of information technology,the process evaluation,dynamic monitoring and decision support of energy saving and emission reduction work can be achieved.WEB-GIS,as mature technology architecture,can make full use of the Internet to launch information,share data and communication,and it is also an important means for energy saving information work.Through the detailed analysis,this paper put forward the idea of system architecture on the basis of WEB-GIS,and the design of functional modules in the system.

energy saving and emission reduction; Web-GIS; information system

TP311.52

B

1671-4733(2015)02-0018-05

10.3969/j.issn.1671-4733.2015.02.005

2015-04-07

安徽省軟科學研究計劃項目“安徽省低碳經(jīng)濟績效評價、影響機理與優(yōu)化路徑研究”(項目編號:1402052043)

黃海東(1977-),男,安徽安慶人,碩士,講師,研究方向為計算機應用研究,電話:18655410335。