土壤環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)及信息發(fā)布系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

景欣欣 方勃 饒恒 李雁波

摘 要 “土壤環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)及信息發(fā)布系統(tǒng)”能夠有效地解決環(huán)境監(jiān)測部門面臨的繁雜數(shù)據(jù)管理方面存在的問題。文章闡述了該系統(tǒng)的總體框架、特點(diǎn)及其主要功能，重點(diǎn)介紹了地理空間信息共享云平臺、數(shù)據(jù)上報信息發(fā)布模塊和土壤環(huán)境時空分析模塊。該系統(tǒng)能滿足公眾對土壤環(huán)境質(zhì)量的知情權(quán)，提升公眾對土壤環(huán)境保護(hù)的參與度，同時為其他城市的環(huán)境監(jiān)測信息化建設(shè)提供示范與借鑒。

關(guān)鍵詞 土壤環(huán)境監(jiān)測；信息發(fā)布；時空分析；地理空間信息共享云平臺

中圖分類號 X8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）206-0079-02

針對目前我國城市、人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模持續(xù)增長的現(xiàn)狀，目前環(huán)境監(jiān)測部門正面臨著越來越多的土壤環(huán)境污染造成的危害問題，而且該問題所造成的危害已經(jīng)積累到了驚人的程度。土壤環(huán)境問題涉及到的數(shù)據(jù)類型較多，有空間地理信息數(shù)據(jù)、環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)、日常監(jiān)測數(shù)據(jù)、污染源普查數(shù)據(jù)、環(huán)境執(zhí)法數(shù)據(jù)、排污收費(fèi)數(shù)據(jù)等類型，具有種類繁多、類型差別大、輸入輸出復(fù)雜、難以有效管理的特點(diǎn)。由于數(shù)據(jù)來源的復(fù)雜性，導(dǎo)致各級部門分別研發(fā)的系統(tǒng)相對獨(dú)立，難以為環(huán)境監(jiān)測部門開展相關(guān)業(yè)務(wù)提供有效的服務(wù)，對環(huán)保部門落實相應(yīng)的政策影響很大。

1 存在的問題

目前環(huán)境監(jiān)測部門管理的數(shù)據(jù)管理與信息發(fā)布方面存在以下幾點(diǎn)問題。

1）環(huán)境信息標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)力度需要加強(qiáng)。目前環(huán)保部門尚未形成完整的環(huán)境信息標(biāo)準(zhǔn)體系，信息標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)進(jìn)度尚未相對目前復(fù)雜的現(xiàn)狀相匹配。且各部門采用的數(shù)據(jù)格式和標(biāo)準(zhǔn)各不相同，為數(shù)據(jù)的后期處理帶來一定的困難，影響了各部門的數(shù)據(jù)交互效果。

2）環(huán)境信息資源開發(fā)和共享力度有限。由于環(huán)境監(jiān)測管理軟件的功能上局限于簡單的查詢和統(tǒng)計，相關(guān)信息資源尚未得到有效的管理與展示。而且這些數(shù)據(jù)庫的采集、傳輸、加工、存儲和應(yīng)用都比較分散，缺少規(guī)范化，存在著信息溝通不暢的現(xiàn)狀，導(dǎo)致各部門存在著各自為政、封鎖閉塞的現(xiàn)象?！靶畔⒐聧u”“數(shù)據(jù)煙囪”效應(yīng)的出現(xiàn)，成為環(huán)境信息化建設(shè)的主要瓶頸。

3）網(wǎng)絡(luò)覆蓋面受到多種因素制約。隨著環(huán)保部門對大氣、土壤等信息管理要求的提高，應(yīng)用需求的不斷增加，原先早期的網(wǎng)絡(luò)配置難以滿足目前日益增長的需求。且環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸、信息資源共享的要求受到眾多外在的因素的制約。

4）信息化建設(shè)的重點(diǎn)存在著長期偏重于硬件建設(shè)，應(yīng)用軟件研發(fā)有所滯后的問題。軟件開發(fā)是一項包括需求捕捉、需求分析、設(shè)計、實現(xiàn)和測試的系統(tǒng)工程，存在著開發(fā)周期長、開發(fā)工作量大，軟件功能變更速度快的特點(diǎn)，難以在短期內(nèi)見到效益。相對于硬件能力快速建設(shè)的現(xiàn)狀，軟件開發(fā)特別是專業(yè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)方面存在一定的滯后。而且系統(tǒng)建設(shè)完成之后，存在著后續(xù)的人員技術(shù)保障及經(jīng)費(fèi)投入有限的問題。

5）系統(tǒng)建設(shè)缺少統(tǒng)一的管理和規(guī)劃。目前各系統(tǒng)建設(shè)受當(dāng)?shù)噩F(xiàn)狀的制約，系統(tǒng)開發(fā)的功能主要側(cè)重于“頭疼醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳”的問題，缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃。受技術(shù)力量制約，在技術(shù)框架設(shè)計方面溝通不暢，導(dǎo)致上級部門和下級部門開發(fā)的系統(tǒng)分別形成了多個數(shù)據(jù)庫，兼容性較差。且數(shù)據(jù)庫間沒能形成有效關(guān)聯(lián)，難以進(jìn)行項目的后期維護(hù)工作。

2 系統(tǒng)建設(shè)

2.1 概述

系統(tǒng)整合了國家及省網(wǎng)土壤環(huán)境狀況歷史數(shù)據(jù)與當(dāng)年數(shù)據(jù)、全省土壤詳查監(jiān)測數(shù)據(jù)、國控及省控土壤重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)數(shù)據(jù)、重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)污染地塊信息等，分階段擴(kuò)展水質(zhì)、環(huán)境空氣、污染源、生態(tài)等監(jiān)測要素相關(guān)數(shù)據(jù)。

通過該系統(tǒng)，環(huán)境監(jiān)測部門可以實時掌握省內(nèi)土壤背景、土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及動態(tài)，土壤污染來源、成因和風(fēng)險，污染地塊分布和污染程度，土壤污染面積等要素，從而整體提升相關(guān)部門土壤環(huán)境監(jiān)測能力，成果可直接應(yīng)用于土壤污染防治和監(jiān)管決策支撐。

2.2 總體框架設(shè)計

本文討論的土壤環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與信息發(fā)布系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)庫、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、SOA、SAAS、IAAS、PAAS等多種技術(shù)，通過合理設(shè)置系統(tǒng)環(huán)境、充分考慮各模塊的功能特點(diǎn)、仔細(xì)配置設(shè)計各個功能模塊之間的接口，使得各模塊銜接正確、穩(wěn)定、安全，確保系統(tǒng)平臺的高效正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

1）系統(tǒng)實現(xiàn)了將全省各個監(jiān)測點(diǎn)及附近區(qū)域三維可視化，建立實體模型，使得監(jiān)測工作更加方便、直觀，便于分析決策。

2）系統(tǒng)搭建的環(huán)境監(jiān)測時空信息云平臺，構(gòu)建環(huán)境監(jiān)測“一張圖”，既有二維功能，又具備三維空間分析能力。

3）系統(tǒng)建立了數(shù)據(jù)采集服務(wù)程序，將各個不同類型的監(jiān)測數(shù)據(jù)與時空信息云平臺通訊，平臺將對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分類預(yù)警、對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分項顯示。為了提高系統(tǒng)服務(wù)環(huán)境管理能力，平臺提供污染時空分析、侵蝕模擬分析、污染風(fēng)險預(yù)警等功能。

3 系統(tǒng)主要功能模塊

3.1 環(huán)境監(jiān)測地理空間信息共享云平臺

環(huán)境監(jiān)測地理空間信息共享云平臺是地理信息的基礎(chǔ)平臺，是其他基于地理信息應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施。時空信息云平臺整合了各種時空數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)、云GIS服務(wù)。利用這些服務(wù)，用戶可以在平臺中獲取自己需要的資源服務(wù)；平臺的核心內(nèi)容有：智能地圖、數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)、云GIS服務(wù)、平臺應(yīng)用等。

3.2 數(shù)據(jù)上報及信息發(fā)布系統(tǒng)

數(shù)據(jù)上報及信息發(fā)布子系統(tǒng)在一張圖上展示所有風(fēng)險企業(yè)的空間位置。利用不同的圖片或者符號對風(fēng)險企業(yè)進(jìn)行分類渲染。子系統(tǒng)主要包括兩大功能模塊：風(fēng)險企業(yè)自測數(shù)據(jù)上報功能模塊和土壤環(huán)境監(jiān)測信息發(fā)布功能模塊。

1）風(fēng)險企業(yè)自測數(shù)據(jù)上報。實現(xiàn)對風(fēng)險企業(yè)上報的自測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集，規(guī)范數(shù)據(jù)采集格式，將不同企業(yè)之間的數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的規(guī)范進(jìn)行收集，并將所有數(shù)據(jù)以約定的數(shù)據(jù)形式保存在服務(wù)器中，提供給信息展示系統(tǒng)進(jìn)行分類查詢與展示。

2）土壤環(huán)境監(jiān)測信息發(fā)布?；诘乩砜臻g信息共享平臺、WebGIS技術(shù)，實現(xiàn)土壤環(huán)境質(zhì)量的發(fā)布，需提供分行政區(qū)域、分不同部門來源的查詢和發(fā)布；實現(xiàn)風(fēng)險企業(yè)周邊土壤環(huán)境質(zhì)量的發(fā)布，包括企業(yè)自測數(shù)據(jù)以及監(jiān)督性監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3.3 面向土壤環(huán)境管理的時空分析系統(tǒng)

1）土壤侵蝕計算模型。土壤侵蝕是指土壤或成土母質(zhì)在外力（水、風(fēng)）作用下被破壞剝蝕、搬運(yùn)和沉積的過程。系統(tǒng)利用通用土壤流失方程（USLE）作為土壤侵蝕計算模型，結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）來模擬土壤侵蝕情況。該模型綜合考慮了降雨侵蝕力因子、土壤可侵蝕因子、坡長因子、坡度因子、植被與作物管理措施因子影響。

利用該模型計算模省內(nèi)最新的水土流失分布情況，結(jié)合GIS技術(shù)，在地圖上顯示全省土壤侵蝕現(xiàn)狀，并實現(xiàn)對省內(nèi)土壤侵蝕狀況的統(tǒng)計與分析。利用土壤侵蝕模型分析后的統(tǒng)計圖如圖2所示。

2）土壤風(fēng)險預(yù)警模塊。土壤污染預(yù)警系統(tǒng)包括系統(tǒng)管理、空間分析模塊、預(yù)警信息輸出模塊和土壤預(yù)警信息庫維護(hù)等功能。通過單點(diǎn)登錄的方式，使用面向任務(wù)的圖形界面方式，對預(yù)警信息進(jìn)行分析操作。本系統(tǒng)使用智能化的操作方式，通過后臺對多個數(shù)據(jù)庫的開展有效的管理。由從事預(yù)警分析的人員可以方便的使用多種因素開展分析預(yù)警工作。

通過系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)窗口，把相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到土壤污染綜合評價模型中，對土壤污染情況進(jìn)行綜合評估，實現(xiàn)特定污染物的超標(biāo)預(yù)警；實現(xiàn)突發(fā)事件造成的土壤污染影響范圍及程度風(fēng)險評價。土壤污染物分布曲線如圖3所示。

4 結(jié)論

本文討論的“土壤環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與信息發(fā)布系統(tǒng)”可以有效地完善環(huán)境監(jiān)測部門對各類信息形成統(tǒng)一管理、分布存儲、合作共建、資源共享的工作布局，有利于提高該部門信息服務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)協(xié)同水平，從而實現(xiàn)系統(tǒng)滿足目前日益增長的功能更強(qiáng)大、服務(wù)更專業(yè)、發(fā)布更及時的工作目標(biāo)和要求。

同時，該系統(tǒng)也能滿足公眾對土壤環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量的知情權(quán)，提升公眾對土壤環(huán)境質(zhì)量保護(hù)的參與度，并加強(qiáng)對政府相關(guān)職能部門的監(jiān)督。

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