溫婷婷,卜志國(guó),趙玉慧,尹維翰,曾小霖,李海濤
(1.國(guó)家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266033; 2.青島科技大學(xué) 青島 266061)
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北海區(qū)陸源入海排污口數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)*
溫婷婷1,卜志國(guó)1,趙玉慧1,尹維翰1,曾小霖1,李海濤2
(1.國(guó)家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266033; 2.青島科技大學(xué) 青島 266061)
以ArcGIS Engine技術(shù)為核心,以.net為開發(fā)平臺(tái),采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)和C/S關(guān)系的多機(jī)系統(tǒng),設(shè)計(jì)研發(fā)了“北海區(qū)陸源入海排污口數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)”。系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、評(píng)價(jià)分析模塊、公式管理模塊和標(biāo)準(zhǔn)管理模塊。系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢驗(yàn)、評(píng)價(jià)和處置。對(duì)評(píng)價(jià)分析部分采取開放性設(shè)置,為后續(xù)評(píng)價(jià)方法的研發(fā)提供接口。系統(tǒng)集成的空間分析技術(shù),實(shí)現(xiàn)了一鍵導(dǎo)出評(píng)價(jià)結(jié)果的功能,極大地方便和簡(jiǎn)化了復(fù)雜繁瑣的制圖工作,提高了海洋環(huán)境評(píng)價(jià)工作的效率。
ArcGIS Engine技術(shù); 排污口; 數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)
近年來(lái),在建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略部署下,尤其是2014年國(guó)務(wù)院提出建設(shè)21世紀(jì)海上絲綢之路以來(lái),海洋產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型進(jìn)一步加快,海洋經(jīng)濟(jì)保持著平穩(wěn)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。多年來(lái),北海區(qū)尤其是環(huán)渤海地區(qū)作為我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要區(qū)域,海洋生產(chǎn)總值與長(zhǎng)江三角洲地區(qū)和珠江三角洲地區(qū)相比始終占據(jù)優(yōu)勢(shì),2014年,占到了全國(guó)海洋生產(chǎn)總值的37.0%[1]。隨著海洋產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和海洋經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,大量的營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)碳、重金屬等化學(xué)物質(zhì)通過(guò)河流以及入海排污口進(jìn)入海洋,造成海水水質(zhì)和地質(zhì)環(huán)境的污染甚至破壞,給海洋環(huán)境帶來(lái)諸多難以解決和恢復(fù)的嚴(yán)峻問(wèn)題。渤海近岸海域污染主要由陸源污染物貢獻(xiàn),約占入海污染物總量的75%[2]。2014年,渤海實(shí)施監(jiān)測(cè)的陸源排污口中,有82%的重點(diǎn)排污口鄰近海域環(huán)境質(zhì)量不能滿足周邊海洋功能區(qū)環(huán)境質(zhì)量要求,35%的重點(diǎn)排污口對(duì)其鄰近海域環(huán)境質(zhì)量造成較重或嚴(yán)重影響[3]。因此,及時(shí)、全面、深入了解陸源排污口的排污狀況,鄰近海域的海洋環(huán)境質(zhì)量及其時(shí)空變化情況,并對(duì)其做出科學(xué)、合理的評(píng)價(jià)一直是海洋行政主管部門的管理目標(biāo)和工作需求。
以往對(duì)排污口的評(píng)價(jià)工作全部依賴人工進(jìn)行,評(píng)價(jià)人員需要對(duì)數(shù)百個(gè)排污口、千余個(gè)excel文件、數(shù)萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、整理、計(jì)算、統(tǒng)計(jì),工作量之大直接制約著評(píng)價(jià)工作的時(shí)效性,且排污口數(shù)據(jù)處理過(guò)程較為復(fù)雜,對(duì)人工評(píng)價(jià)的每一個(gè)環(huán)節(jié)要求很高,稍有疏忽就會(huì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。這一現(xiàn)狀導(dǎo)致管理部門不能及時(shí)獲得所轄海區(qū)陸源入海排污狀況,在一定程度上制約了海洋管理工作的開展。
GIS技術(shù)由于其優(yōu)秀的基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)處理功能,在海洋環(huán)境信息可視化及海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)工作已有諸多應(yīng)用[4-6]。而排污口評(píng)價(jià)工作的兩個(gè)特點(diǎn),即排污口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)格式一致、排污口評(píng)價(jià)的計(jì)算公式相對(duì)確定,為評(píng)價(jià)分析模型化提供了便利條件?;谝陨锨闆r,為提高排污口數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性,便于海洋行政主管部門及時(shí)準(zhǔn)確地了解所轄海區(qū)陸源入海排污狀況,設(shè)計(jì)研發(fā)了“北海區(qū)陸源入海排污口數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)”。系統(tǒng)采用ArcGIS Engine技術(shù),以.net為開發(fā)環(huán)境,采用SQL Server 2008進(jìn)行數(shù)據(jù)管理,基于C/S模式的多機(jī)系統(tǒng)。
1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)與功能
系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)為增強(qiáng)陸源入海排污口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)工作的快速反應(yīng)能力,更加系統(tǒng)和科學(xué)地對(duì)排污口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、整合和管理,提高排污口環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)產(chǎn)品服務(wù)的效率,增加海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)工作的信息化程度。
系統(tǒng)可對(duì)已有的陸源入海排污口及其鄰近海域監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)檢索調(diào)用共享,對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫(kù)審核,可根據(jù)需要對(duì)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行錄入編輯和保存,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空分布分析,實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果實(shí)時(shí)顯示和評(píng)價(jià)產(chǎn)品一鍵生成等功能。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于GIS的基本功能,對(duì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)信息、實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)結(jié)果等屬性進(jìn)行整合,在GIS的地圖模式下,能夠根據(jù)用戶需求查看不同空間范圍和時(shí)間序列內(nèi)入海排污口的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果。
系統(tǒng)投入應(yīng)用,將大大解放人力,以往需要使用多種軟件、多名技術(shù)人員、花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間才能完成的工作,將實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)后臺(tái)運(yùn)行為主,人工介入為輔的工作模式,對(duì)于日常的業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)一鍵導(dǎo)出評(píng)價(jià)報(bào)告的目標(biāo),為海洋行政主管部門隨時(shí)掌握海洋環(huán)境動(dòng)態(tài)變化情況提供技術(shù)支持。
1.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)
根據(jù)北海區(qū)陸源入海排污口監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)工作的特點(diǎn),通過(guò)對(duì)陸源入海排污口監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的業(yè)務(wù)需求分析,將系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)管理模塊、評(píng)價(jià)分析模塊、公式管理模塊和標(biāo)準(zhǔn)管理模塊(圖1)。
圖1 北海區(qū)陸源入海排污口數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)作為“北海區(qū)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)”的子系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。子系統(tǒng)中使用的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、海洋功能區(qū)數(shù)據(jù)、地圖操作、系統(tǒng)管理等功能全部依托主系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本系統(tǒng)研發(fā)采用ArcGIS Engine技術(shù)完成,以.net為開發(fā)環(huán)境,系統(tǒng)選用與ArcGIS Engine兼容性較好的C#作為系統(tǒng)研發(fā)語(yǔ)言。同時(shí)選擇 Microsoft Visual Studio 2008作為軟件開發(fā)平臺(tái),PowerDesigner 15.1作為數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)工具,IBM Rational Rose 2003、Microsoft Visio 2005作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具,Microsoft Visual SourceSafe 2005作為版本控制工具,界面美化工具采用WPF和DotNetBar 8.2,使用LoadRunner 9.5進(jìn)行軟件測(cè)試。
通過(guò)編寫代碼實(shí)現(xiàn)DeskTop的SpatialAnalystTools中的分析工具,代替了DeskTop中復(fù)雜的操作過(guò)程。在DeskTop中,從數(shù)據(jù)制成評(píng)價(jià)圖要經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的過(guò)程,比如插值,拆分、合并、擦除、相交、融合、渲染等,但是通過(guò)本系統(tǒng)的空間分析技術(shù),就實(shí)現(xiàn)了一鍵導(dǎo)出評(píng)價(jià)結(jié)果的功能,極大地方便和簡(jiǎn)化了復(fù)雜繁瑣的制圖工作,非常具有現(xiàn)實(shí)意義。
3.1 數(shù)據(jù)管理模塊
數(shù)據(jù)管理模塊可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、搜索、同步、報(bào)告和分析等操作,實(shí)現(xiàn)排污口監(jiān)測(cè)任務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理,為海洋環(huán)境專題數(shù)據(jù)庫(kù)提供數(shù)據(jù)來(lái)源與分析評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)支持。模塊主要有數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制兩大部分構(gòu)成(圖2)。
圖2 模塊功能結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)導(dǎo)入部分主要基于排污口監(jiān)測(cè)上報(bào)的excel文件,包括排污口調(diào)查數(shù)據(jù)、排污口狀況數(shù)據(jù)、鄰近海域水質(zhì)數(shù)據(jù)、沉積物數(shù)據(jù)、生物質(zhì)量數(shù)據(jù)。導(dǎo)入功能能夠?qū)崿F(xiàn)這些數(shù)據(jù)的單個(gè)文件導(dǎo)入、多文件批量導(dǎo)入以及文件夾直接導(dǎo)入。
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入后,在正式入庫(kù)之前需要通過(guò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制檢驗(yàn),這一過(guò)程由數(shù)據(jù)管理模塊的質(zhì)量控制部分實(shí)現(xiàn)。該部分內(nèi)置閾值檢驗(yàn)、離群數(shù)據(jù)檢驗(yàn)、空間位置檢驗(yàn)等功能,可對(duì)預(yù)入庫(kù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行預(yù)警。通過(guò)分析每種要素的歷史均值、檢出限值,設(shè)置該要素的可能閾值,對(duì)可疑數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選。篩選后不符合條件的數(shù)據(jù)將在質(zhì)量控制日志中通過(guò)高亮、文字等方式進(jìn)行提示,用戶可根據(jù)報(bào)告提示對(duì)數(shù)據(jù)可靠性進(jìn)行人工判定和處置,處置結(jié)束后,數(shù)據(jù)入庫(kù)成功。
該模塊可實(shí)時(shí)檢測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的差異,使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間尺度異常、空間尺度異?;驁?bào)送信息異常在數(shù)據(jù)入庫(kù)之前得以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理[7]。
3.2 評(píng)價(jià)分析模塊
評(píng)價(jià)分析模塊是系統(tǒng)的核心模塊,可通過(guò)用戶指定的評(píng)價(jià)條件和評(píng)價(jià)范圍對(duì)所查詢選取的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)操作,如某一排污口多年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)、某一行政區(qū)所有排污口年度評(píng)價(jià)、或某污染事件周邊規(guī)定范圍內(nèi)排污口評(píng)價(jià)等,并以圖片或報(bào)告的形式給出評(píng)價(jià)結(jié)果。該模塊結(jié)構(gòu)按照功能分為數(shù)據(jù)查詢以及評(píng)價(jià)分析兩部分(圖3)。
圖3 評(píng)價(jià)分析模塊功能結(jié)構(gòu)
在排污口的日常評(píng)價(jià)工作中,常要求對(duì)不同海區(qū)、省市、功能區(qū)、年度、季節(jié)等條件下的排污口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)和結(jié)果統(tǒng)計(jì),由于排污口的屬性信息較多,常給評(píng)價(jià)人員帶來(lái)非常大的工作量。本模塊的數(shù)據(jù)查詢功能即針對(duì)這一需求設(shè)置。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)查詢可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)查詢屬性,如海區(qū)、省市、監(jiān)測(cè)類別、功能區(qū)、監(jiān)測(cè)時(shí)間、監(jiān)測(cè)經(jīng)緯度范圍等進(jìn)行數(shù)據(jù)選取,還可以在地圖中進(jìn)行矩形或不規(guī)則形狀的范圍選擇,從不同角度滿足評(píng)價(jià)工作的需求。數(shù)據(jù)選取成功后可直接進(jìn)入評(píng)價(jià)分析程序,或按需導(dǎo)出。
評(píng)價(jià)分析部分作為本系統(tǒng)的核心組成,其中整合了排污口和鄰近海域環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的常用方法模型,系統(tǒng)現(xiàn)已內(nèi)置的方法基于《陸源入海排污口及鄰近海域環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程(試行)》[7],主要包括排污口評(píng)價(jià)部分的單因子評(píng)價(jià)、等標(biāo)污染負(fù)荷評(píng)價(jià)、超標(biāo)率評(píng)價(jià)和排污口綜合評(píng)價(jià)等以及鄰近海域環(huán)境評(píng)價(jià)中的單因子評(píng)價(jià)和綜合指數(shù)評(píng)價(jià)。用戶可對(duì)數(shù)據(jù)查詢部分已選取的數(shù)據(jù)按需選擇評(píng)價(jià)方法或直接一鍵實(shí)現(xiàn)綜合評(píng)價(jià),給出排污口的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)結(jié)果??紤]到排污口評(píng)價(jià)方法一直處于改進(jìn)階段[8],目前系統(tǒng)內(nèi)置的方法也存在一定的缺陷[9],未滿足評(píng)價(jià)方法的發(fā)展需求,本系統(tǒng)對(duì)評(píng)價(jià)方法的設(shè)置是開放的,用戶可按需對(duì)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行編輯、修改、刪除、新建等操作。
另外,本模塊還可以對(duì)所選取的數(shù)據(jù)和得出的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,按照用戶要求將統(tǒng)計(jì)結(jié)果以文字、餅圖或柱狀圖的形式給出,并將文字和圖形按照系統(tǒng)內(nèi)置模板形成評(píng)價(jià)報(bào)告,直接以word格式導(dǎo)出,便于用戶編輯或提交。
3.3 公式管理模塊
公式管理模塊是評(píng)價(jià)分析模塊的基礎(chǔ)支持。評(píng)價(jià)分析模塊中所集成的評(píng)價(jià)方法模型均由簡(jiǎn)單的計(jì)算公式組合而成,公式管理模塊就是對(duì)這些計(jì)算公式進(jìn)行新建、編輯、刪除、管理等方面進(jìn)行操作的模塊。本模塊主要是為評(píng)價(jià)分析模型的開放化而設(shè)置的,用戶可以根據(jù)評(píng)價(jià)方法的變化自己設(shè)置評(píng)價(jià)模型,增強(qiáng)了系統(tǒng)工作的靈活性和主觀能動(dòng)性。
本套公式編輯器目前包含33種邏輯運(yùn)算,不僅包含加減乘除等基本運(yùn)算,而且還包含IF, And等復(fù)雜的邏輯運(yùn)算函數(shù)。選擇相應(yīng)的運(yùn)算,組合成需要的公式,進(jìn)行語(yǔ)法分析,算術(shù)邏輯分析,結(jié)果校驗(yàn),指定公示名稱,公式分類之后進(jìn)行保存,在指定評(píng)價(jià)方法時(shí)就可以直接調(diào)用公式。
3.4 標(biāo)準(zhǔn)管理模塊
標(biāo)準(zhǔn)管理模塊作為評(píng)價(jià)分析模塊的支持模塊,主要對(duì)評(píng)價(jià)分析中用到的不同評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理。目前,排污口評(píng)價(jià)用到的標(biāo)準(zhǔn)包括《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》[10]《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[11]《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[12]《海洋沉積物質(zhì)量》[13]和《海洋生物質(zhì)量》[14]。模塊內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)查詢、新建、修改和刪除。當(dāng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)改變時(shí),用戶可自行對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編輯,在最短的時(shí)間內(nèi)解決評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)變化帶來(lái)的問(wèn)題。
北海區(qū)陸源入海排污口數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)采用ArcGIS Engine技術(shù),以.net為開發(fā)環(huán)境,采用SQL Server 2008進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊,實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理、質(zhì)量檢驗(yàn)和異常數(shù)據(jù)處置。對(duì)評(píng)價(jià)分析模塊的開放性設(shè)置,為后續(xù)評(píng)價(jià)方法的研發(fā)提供接口。系統(tǒng)集成的空間分析技術(shù),實(shí)現(xiàn)了一鍵導(dǎo)出統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果的功能,極大地方便和簡(jiǎn)化了復(fù)雜繁瑣的制圖工作,提高了海洋環(huán)境評(píng)價(jià)工作的效率。
實(shí)際應(yīng)用表明,系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)管理、評(píng)價(jià)分析、公式管理、標(biāo)準(zhǔn)管理四大模塊能夠滿足日常分析評(píng)價(jià)工作的需求,使排污口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或人工半介入。系統(tǒng)后續(xù)開發(fā)將進(jìn)一步優(yōu)化后臺(tái)計(jì)算過(guò)程,豐富評(píng)價(jià)產(chǎn)品的表現(xiàn)形式,為提升海洋行政主管部門的快速應(yīng)對(duì)能力和科學(xué)管理能力提供技術(shù)保障。
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[14] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB18421-2001海洋生物質(zhì)量[S].2001.
山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(2012004);海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201205012).
X55;P7
A
1005-9857(2015)12-0090-04