環(huán)境安全監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

彭鑫+李盛林+李輝

摘 要：在現(xiàn)今發(fā)展中群眾逐漸重視環(huán)境保護(hù)，有關(guān)部門(mén)也增強(qiáng)了對(duì)環(huán)境的安全監(jiān)測(cè)，其信息系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方面也趨于集成化，對(duì)系統(tǒng)技術(shù)也提高了設(shè)計(jì)要求。文章對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的信息系統(tǒng)展開(kāi)設(shè)計(jì)分析，尤其是對(duì)數(shù)據(jù)的處理以及組織，構(gòu)建集成化的數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)等為系統(tǒng)監(jiān)測(cè)提供精準(zhǔn)的地理信息。

關(guān)鍵詞：環(huán)境；安全監(jiān)測(cè)；信息系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；分析

目前我國(guó)高速公路在信息方面逐漸向數(shù)字化方向發(fā)展，系統(tǒng)中的地理信息在發(fā)展中面臨了相對(duì)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。伴隨計(jì)算機(jī)在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的發(fā)展，社會(huì)逐漸提升了對(duì)信息化的需求程度，加深了地理信息的系統(tǒng)高度應(yīng)用。尤其是加大了較高分辨率的遙感衛(wèi)星以及GIS應(yīng)用，推動(dòng)了空間信息類(lèi)技術(shù)發(fā)展有利于監(jiān)測(cè)生態(tài)資源的環(huán)境等。因此，國(guó)家信息中心、省級(jí)計(jì)劃委員會(huì)共同決定了研發(fā)環(huán)境安全的監(jiān)測(cè)信息類(lèi)系統(tǒng)。該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要運(yùn)用地理信息的系統(tǒng)，進(jìn)而構(gòu)建出具有先進(jìn)性、應(yīng)用性的環(huán)境安全監(jiān)測(cè)相關(guān)系統(tǒng)。尤其是在環(huán)境信息方面，令監(jiān)測(cè)的傳統(tǒng)指揮系統(tǒng)向智能化的方向快速發(fā)展，系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)主要運(yùn)用空間遙感以及衛(wèi)星傳輸?shù)龋瑢?shí)現(xiàn)了全方位和多層次部署工作的開(kāi)展與落實(shí)。

1 環(huán)境監(jiān)測(cè)信息的處理與組織

1.1 專(zhuān)題信息編碼

專(zhuān)題信息的編碼作為實(shí)現(xiàn)巨量數(shù)據(jù)管理的重要基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行編碼的根本目的就在于去區(qū)分專(zhuān)題的屬性、數(shù)據(jù)內(nèi)容的分類(lèi)。綜合各專(zhuān)題特征或是在應(yīng)用中的目的，奠定了GIS所支持的專(zhuān)題類(lèi)信息存儲(chǔ)或管理以及分析等基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)了環(huán)境的評(píng)價(jià)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)。各專(zhuān)題的信息完全采用了統(tǒng)一方法進(jìn)行編碼，且形成具有可行性的數(shù)據(jù)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)體系。其內(nèi)容包含了較多的專(zhuān)題層面，故層面信息需要參照比例尺的差異標(biāo)準(zhǔn)、地形分幅等對(duì)單位或基礎(chǔ)層面進(jìn)行編碼命名。各專(zhuān)題層面的內(nèi)容應(yīng)用了獨(dú)立性編碼的體系，其編碼代表著分類(lèi)的專(zhuān)題信息結(jié)果，進(jìn)而形成了具有獨(dú)立性分類(lèi)的體系。

1.2 專(zhuān)題信息處理

針對(duì)專(zhuān)題信息的處理而言，主要包括了統(tǒng)一化的坐標(biāo)系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)以及數(shù)量化的專(zhuān)題信息。其中統(tǒng)一化的坐標(biāo)系統(tǒng)為了要實(shí)現(xiàn)對(duì)不同專(zhuān)題的圖件進(jìn)行空間疊加的分析、在空間區(qū)域上連接單一的專(zhuān)題層面等，務(wù)必令各專(zhuān)題的層面在地里空間位置上具有統(tǒng)一性；標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)能夠比較多指標(biāo)的評(píng)價(jià)，要想克服具有不一致性的指標(biāo)量綱，就需將數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。它是空間疊加的分析、動(dòng)態(tài)對(duì)比等開(kāi)展的重要基礎(chǔ)，包括了對(duì)多專(zhuān)題數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的量化以及分析統(tǒng)一化的管理。其研究方法為：將樣本的容量設(shè)為N，各數(shù)據(jù)項(xiàng)可取m個(gè)基本指標(biāo)，則數(shù)據(jù)的處理公式為：

2 環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)集成平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

處理與組織環(huán)境監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)信息，為其環(huán)境監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)庫(kù)提供了基礎(chǔ)性保障。環(huán)境監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)具有海量、較多比例尺、較大時(shí)間的特征。因此，設(shè)計(jì)完整性環(huán)境監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)庫(kù)通常包含了：（1）空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。針對(duì)其不同的比例尺要求地理數(shù)據(jù)構(gòu)建具有層次差異的數(shù)據(jù)庫(kù)，庫(kù)間的差異根據(jù)空間位置、屬性特征構(gòu)建了聯(lián)系。其中又根據(jù)各比例尺的差異數(shù)據(jù)庫(kù)要依照實(shí)況、用途去構(gòu)建出多個(gè)專(zhuān)題的字?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。（2）屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。屬性數(shù)據(jù)運(yùn)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的管理，其數(shù)據(jù)采用表格形式實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)，空間地物、屬性主要通過(guò)具有一致性的標(biāo)識(shí)碼實(shí)現(xiàn)連接，其中空間地物是運(yùn)用標(biāo)識(shí)碼去獲取與之相應(yīng)的屬性。（3）遙感影像數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。環(huán)境的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)遙感數(shù)據(jù)來(lái)源為中、低分辨率（TM或STOP）及其高分辨率（QuickBird）等數(shù)據(jù)。影像類(lèi)數(shù)據(jù)按照空間的分布、標(biāo)準(zhǔn)分幅實(shí)施分塊的壓縮，編碼了影像在空間上的位置、分辨率。與此同時(shí)，構(gòu)建影像數(shù)據(jù)的索引，利用索引檢索影像數(shù)據(jù)。（4）多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。所有多媒體的數(shù)據(jù)都需要獨(dú)立式存儲(chǔ)，通過(guò)統(tǒng)一化壓縮卻構(gòu)建數(shù)據(jù)相關(guān)索引，利用索引和對(duì)應(yīng)地物組建聯(lián)系。（5）元數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。元數(shù)據(jù)能夠定量、定性描述地理的空間數(shù)據(jù)，主要包含數(shù)據(jù)自身定義、內(nèi)容、空間的參考以及質(zhì)量或地理數(shù)據(jù)的管理等數(shù)據(jù)。將其作為地理信息的數(shù)據(jù)描述重要技術(shù)，涵蓋了對(duì)數(shù)據(jù)集的概述，標(biāo)識(shí)、數(shù)據(jù)質(zhì)量、空間參照、時(shí)空、空間數(shù)據(jù)的表示、分類(lèi)、元數(shù)據(jù)的參照等多種信息。因而，構(gòu)建元數(shù)據(jù)庫(kù)能夠長(zhǎng)期保存、持續(xù)性使用該數(shù)據(jù)。其環(huán)境監(jiān)測(cè)的信息系統(tǒng)涉及的元數(shù)據(jù)庫(kù)在內(nèi)容上包含了：數(shù)據(jù)的類(lèi)型、空間或時(shí)間的分辨率、生產(chǎn)時(shí)間、存儲(chǔ)或提供的格式、精度說(shuō)明、生產(chǎn)部門(mén)、更新日期、所有者，初始數(shù)據(jù)的編號(hào)、內(nèi)容的描述、數(shù)據(jù)庫(kù)的編碼、空間的范圍以及投影方式等。

3 環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

GIS應(yīng)用的集成系統(tǒng)主要分為松散式、緊密式2種，松散式的集成系統(tǒng)構(gòu)建在多平臺(tái)的GIS基礎(chǔ)之上，很好地集成了軟件件的所有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)獲取了統(tǒng)一的環(huán)境實(shí)現(xiàn)運(yùn)行，運(yùn)用了GIS空間的分析、統(tǒng)計(jì)等功能。然而緊密式的集成系統(tǒng)，是以單個(gè)、大型的商業(yè)軟件作為平臺(tái)功能開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，且集成了對(duì)語(yǔ)言系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)。該軟件集成重點(diǎn)采用較為先進(jìn)的開(kāi)發(fā)理論及思想，就是面向開(kāi)發(fā)對(duì)象的部件模型、技術(shù)將其視為軟件集成的基礎(chǔ)方法。COM模型的體系、結(jié)構(gòu)與自動(dòng)化的服務(wù)器、控制器等有相似特征，包括很多個(gè)COM的接口，其用戶(hù)界面也可有可無(wú)。COM模型的協(xié)議將若干個(gè)組件以組合方式組建起較大、較復(fù)雜的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?，F(xiàn)今COM模型應(yīng)用的技術(shù)已然成為其軟件在發(fā)展中的主流，例如：美國(guó)資源系統(tǒng)的研究所研發(fā)及推廣的“Map Objects”就提供了35個(gè)控制部件的對(duì)象；相繼研發(fā)了“Arclnfo8.0”，同樣利用COM模型的技術(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)研究。另外，在其他公司中也有相關(guān)研究動(dòng)向，“GeoMedia”有11個(gè)種類(lèi)、30個(gè)控制部件。該技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域中令系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效、無(wú)縫的集成，且不需進(jìn)行專(zhuān)業(yè)、二次去開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，具有標(biāo)準(zhǔn)化、普及性以及低成本的重要特征。因此，環(huán)境的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)上使用本技術(shù)，在“Arclnfo8.0”“MO”控件基礎(chǔ)上，運(yùn)用具有可視化的語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，集成了C語(yǔ)言等。

開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的系統(tǒng)時(shí)，VC的語(yǔ)言由于具有靈活的運(yùn)用、高效的執(zhí)行能力等特征，要求系統(tǒng)的整體界面或系統(tǒng)各功能的模塊在數(shù)據(jù)組織中應(yīng)用“VC++”的語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，其VB的語(yǔ)言由于具有簡(jiǎn)單且快速的編程基本特征，故部分功能控件需要依靠“VB”的語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)。環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)在系統(tǒng)上其功能模塊主要包括：土地利用的模塊，主要是掌控土地資源在開(kāi)發(fā)、利用時(shí)其空間具有的特征、時(shí)間序列在變化中產(chǎn)生的信息，進(jìn)而分析該土地被利用的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、程度等產(chǎn)生的變化情況；植被變化的模塊，主要是掌控森林等植被產(chǎn)生了動(dòng)態(tài)的變化、監(jiān)測(cè)；水體變化的模塊，主要是針對(duì)湖泊一類(lèi)地表、水體的面積進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析以及預(yù)測(cè)變化趨勢(shì)等；水土流失的模塊，掌控某區(qū)域土壤產(chǎn)生侵蝕的強(qiáng)度以及水土流失的總面積；環(huán)境的綜合分析功能模塊，權(quán)衡社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然環(huán)境等，運(yùn)用多個(gè)數(shù)學(xué)模型，展開(kāi)相關(guān)性的綜合分析或評(píng)價(jià)。針對(duì)項(xiàng)目對(duì)系統(tǒng)的功能性要求，可適當(dāng)添加系統(tǒng)控件，以此改善系統(tǒng)的用戶(hù)界面，在優(yōu)化系統(tǒng)時(shí)達(dá)到用戶(hù)對(duì)環(huán)境進(jìn)行安全性監(jiān)測(cè)的需求。

4 系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例分析

以湖北省為例對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行展開(kāi)分析，該省在我國(guó)長(zhǎng)江的中游，橫跨萬(wàn)里長(zhǎng)江且在洞庭湖的北部。其土地的總面積大于1800萬(wàn)公頃，大約占我國(guó)土地資源面積的19%左右。其地勢(shì)為西高東低的特征，此區(qū)域?yàn)樗疄?zāi)的多發(fā)區(qū)，有必要對(duì)該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境展開(kāi)綜合評(píng)價(jià)以及監(jiān)測(cè)的研究。將湖北省選為試驗(yàn)的區(qū)域，在作定性分析基礎(chǔ)上，還從水熱的條件和植被的指數(shù)以及地形、地貌等選取9個(gè)評(píng)價(jià)的指標(biāo)，將其輸入檢測(cè)系統(tǒng)中，運(yùn)用“主成分”的評(píng)價(jià)法對(duì)其湖北省近些年環(huán)境的狀況實(shí)行監(jiān)測(cè)。在綜合監(jiān)測(cè)的結(jié)果中，依照生態(tài)環(huán)境內(nèi)綜合指數(shù)的大小把試驗(yàn)區(qū)域分為不同等級(jí)生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量區(qū)，其第九級(jí)區(qū)域占了整個(gè)區(qū)域的較大比例，接近29%。而后是第八、七、四等級(jí)區(qū)域，大約占整個(gè)湖北省的22%，16%和10%左右，在這些質(zhì)量區(qū)域是湖北省當(dāng)前生態(tài)環(huán)境的重點(diǎn)區(qū)域，全區(qū)占總面積78%左右，其他等級(jí)質(zhì)量區(qū)域卻占有很小的比例（見(jiàn)表1）。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析環(huán)境在安全信息方面監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，涉及了較大的數(shù)據(jù)量，其在科學(xué)的處理以及組織下令系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中有著關(guān)鍵的影響作用。構(gòu)建相對(duì)具有完善性、靈活性以及高效率的數(shù)據(jù)庫(kù)和對(duì)應(yīng)的管理系統(tǒng)，將其作為了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建的重點(diǎn)工作。元數(shù)據(jù)能為各部門(mén)的使用提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息，對(duì)數(shù)據(jù)維護(hù)和更新有著重大意義。運(yùn)用現(xiàn)代化的信息技術(shù)進(jìn)而對(duì)資源環(huán)境實(shí)行動(dòng)態(tài)式監(jiān)測(cè)以及評(píng)估等，取得了較明顯的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。同時(shí)，它還具有較快的速度、超高精準(zhǔn)度以及低成本的特征，有利于我國(guó)落實(shí)防災(zāi)和減災(zāi)的重要工作。

[參考文獻(xiàn)]

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Design and Analysis of Environmental Safety Monitoring Information System

Peng Xin， Li Shenglin， Li Hui

（The Chuanqing Safety Tests Institute， Guanghan 618300， China）

Abstract：In the nowadays development， people gradually pay attention to the environmental protection， so the relevant departments also enhanced the safety monitoring on the environment， the information system in the design also tends to integration， the system also improves the design requirements. The information system of environmental monitoring design analysis， especially for data processing and organization， construction of integrated database， software system design and realization to provide accurate geographic information for the monitoring system.

Key words： environment； safety tests； information systems； design； analysis