我國水環(huán)境綜合管理平臺設(shè)計研究

韋大明，孫運海，陳巖，趙康平，張濤

（環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012）

引言

近年來，我國開展了大量的水環(huán)境調(diào)查、監(jiān)測及信息化建設(shè)工作，在全國各省、市、自治區(qū)環(huán)保廳和多數(shù)地級市環(huán)保局都已建立門戶網(wǎng)站和局域網(wǎng)辦公系統(tǒng)；開發(fā)了環(huán)評質(zhì)量的監(jiān)測、污染源的監(jiān)控、環(huán)境應(yīng)急管理、排污收費、污染投訴、建設(shè)項目的審批、核與輻射管理等一批業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。但與國外相比，我國水環(huán)境綜合管理還存在以下問題：各級水環(huán)境管理部門數(shù)據(jù)尚未全面整合集成在一起，層級間數(shù)據(jù)共享與印正難以實現(xiàn)，動態(tài)更新機制不夠靈活；各類水環(huán)境管理手段（如流域核查、總量核查等）缺乏現(xiàn)代化信息管理與服務(wù)系統(tǒng)支撐，相互之間難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和互操作；水環(huán)境信息及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的開發(fā)利用尚處于起步階段，水環(huán)境綜合評價、預(yù)警、會商等輔助決策的能力還有待提升與開發(fā)。

針對上述問題，筆者開展了我國水環(huán)境綜合管理平臺的設(shè)計研究，提出了平臺建設(shè)的必要性，并基于“多元集成、統(tǒng)一管理、綜合服務(wù)”模式，構(gòu)建了水環(huán)境綜合管理平臺，設(shè)計了平臺的邏輯層次、功能體系和數(shù)據(jù)接口等。

1 平臺建設(shè)的必要性

1.1 發(fā)揮水環(huán)境管理機構(gòu)的綜合效能

流域水環(huán)境綜合管理內(nèi)容廣泛，流域水環(huán)境綜合管理需要跨部門、跨學(xué)科、跨區(qū)域的合作?！端廴痉乐涡袆佑媱潯芬蟆案饔嘘P(guān)部門要認真按照責(zé)任分工，切實做好水污染防治相關(guān)工作”，需要統(tǒng)籌和整合發(fā)改、財政、水利、農(nóng)業(yè)、住建、海洋等國家有關(guān)部門的數(shù)據(jù)與資源，同時還要與水污染物總量減排、環(huán)評項目審查等工作緊密結(jié)合，形成以“流域—控制區(qū)—控制單元”為基礎(chǔ)的，以水環(huán)境質(zhì)量改善為目標的水環(huán)境管理基礎(chǔ)平臺，在流域、區(qū)域空間上實現(xiàn)各項水污染防治指標和管理指標的“落地”，充分發(fā)揮各方水環(huán)境管理機構(gòu)的綜合效能，有效提高流域水環(huán)境綜合管理水平。

1.2 提升水環(huán)境精細化、信息化管理水平

《水污染防治行動計劃》提出了控制排污、促進轉(zhuǎn)型、節(jié)約資源等任務(wù)，構(gòu)建水質(zhì)、水量、水生態(tài)統(tǒng)籌兼顧、多措并舉、協(xié)調(diào)推進的格局。各相關(guān)部門將陸續(xù)出臺管理、考核等制度。為有效評估各項管理、考核等制度的落實情況及績效，開展流域水環(huán)境綜合管理平臺的建設(shè)，是實現(xiàn)精細化水環(huán)境管理的需要，也是流域水環(huán)境信息公開的公眾需求，基于平臺的信息展示和分析，提升流域水環(huán)境管理決策水平。

2 總體結(jié)構(gòu)

2.1 總體框架

我國水環(huán)境綜合管理平臺按照“多元集成、統(tǒng)一管理、綜合服務(wù)”的總體框架模式設(shè)計（見圖1）。多元數(shù)據(jù)集成是指依托污染源環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)、補充監(jiān)測數(shù)據(jù)、應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)、考核數(shù)據(jù)、水文水資源數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)來源，構(gòu)建多元層級的水環(huán)境數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，以實現(xiàn)水環(huán)境數(shù)據(jù)的有機集成和資源的有序共享。統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息管理是指基于水環(huán)境綜合管理平臺數(shù)據(jù)庫，建立統(tǒng)一的水環(huán)境綜合管理信息應(yīng)用基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)，為平臺其他系統(tǒng)、業(yè)務(wù)部門的應(yīng)用系統(tǒng)及其他第三方系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及信息服務(wù)。綜合信息服務(wù)是指在前兩者的基礎(chǔ)上，面向決策者，構(gòu)建集中的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和空間展示系統(tǒng)，這是平臺數(shù)據(jù)信息收集、分析和對外展示的窗口。

圖1 我國水環(huán)境綜合管理平臺總體框架

2.2 邏輯層次

為實現(xiàn)平臺設(shè)計的總體框架，水環(huán)境綜合管理平臺邏輯上分為5個層次，自下而上分別為：設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層和用戶層（見圖2）。

圖2 我國水環(huán)境綜合管理平臺邏輯層次

設(shè)施層為平臺運行提供相關(guān)的軟硬件設(shè)備，是支撐平臺正常、穩(wěn)定運行的保障，主要由操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。

數(shù)據(jù)層是平臺服務(wù)的主要內(nèi)容，可集成各類渠道獲取的信息，為平臺提供數(shù)據(jù)支持。水環(huán)境綜合管理主要涉及的數(shù)據(jù)資源包括：社會經(jīng)濟、水文資源、水質(zhì)、水污染物總量、GIS、系統(tǒng)管理庫、模型輸出庫等。

支撐層主要是實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的調(diào)用、處理、結(jié)果反饋。該層包括管理功能和服務(wù)功能兩部分內(nèi)容，可為用戶提供注冊、登錄、權(quán)限認證、數(shù)據(jù)綜合分析、數(shù)據(jù)挖掘、空間展示等功能服務(wù)。

應(yīng)用層是平臺各功能成果的集成和展示。在支撐層的基礎(chǔ)上，應(yīng)用層利用計算機技術(shù)將核心功能包裝成管理所需各種模塊，為決策者提供基礎(chǔ)性功能的調(diào)用。例如，考核評估模塊集成了水質(zhì)數(shù)據(jù)評價方法、GIS平臺、信息發(fā)布平臺等內(nèi)容，能夠全景展示我國各流域水質(zhì)變化情況。

用戶層是指平臺的管理維護和使用者，具體包括水環(huán)境管理的業(yè)務(wù)人員、科研人員、決策者及國內(nèi)外公眾等。

2.3 功能體系

我國水環(huán)境綜合管理平臺功能體系（見圖3）具體包括多元數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)、信息應(yīng)用支撐系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和空間展示系統(tǒng)。

圖3 我國水環(huán)境綜合管理平臺功能體系

多元數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)是構(gòu)成水環(huán)境綜合管理平臺業(yè)務(wù)服務(wù)功能的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)主要包括水質(zhì)監(jiān)測、污染物排放、水文資源、社會經(jīng)濟、土地利用及空間矢量等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的整合集成，為水環(huán)境日常管理、預(yù)警報告、應(yīng)急會商等提供全面的一站式數(shù)據(jù)資源支撐服務(wù)。

信息應(yīng)用支撐系統(tǒng)是水環(huán)境綜合管理平臺正常運轉(zhuǎn)的引擎，為整個平臺提供統(tǒng)一的功能服務(wù)。該系統(tǒng)主要為業(yè)務(wù)人員提供系統(tǒng)操作功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分類、查詢、分析、空間化處理等，并為數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和空間展示系統(tǒng)提供操作服務(wù)。

數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)是服務(wù)水環(huán)境綜合管理和宏觀決策的科學(xué)依據(jù)，可實現(xiàn)流域水質(zhì)、污染物總量、污染源分布、流域水文資源、地區(qū)社會經(jīng)濟等數(shù)據(jù)指標的綜合分析。利用該系統(tǒng)可進行流域考核管理、水環(huán)境預(yù)警分析和應(yīng)急會商的數(shù)據(jù)查詢、導(dǎo)入、導(dǎo)出以及圖表生成等操作。

空間展示系統(tǒng)是提升和擴展水環(huán)境綜合管理平臺的重要門戶。該系統(tǒng)利用數(shù)字高程模型（DEM），在重點地區(qū)采用高分辨率遙感影像，可生成各種屬性或?qū)傩辕B加的水環(huán)境專題圖，進行圖層和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)結(jié)果的空間化展示、查詢，并通過決策模擬進行水質(zhì)變化趨勢預(yù)測和污染源減排績效分析，實現(xiàn)多數(shù)據(jù)資源的信息聯(lián)動，使得考核、預(yù)警和會商等功能實施更為直觀。

3 平臺建設(shè)與實現(xiàn)

3.1 平臺開發(fā)技術(shù)

平臺主體上采用基于J2EE技術(shù)的B/S構(gòu)架的方式。J2EE是主流的技術(shù)體系，J2EE已成為一個工業(yè)標準，其基礎(chǔ)是JAVA語言，JAVA語言與平臺的無關(guān)性保證了基于J2EE平臺開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)和支撐環(huán)境可以跨平臺運行。平臺采用B/S構(gòu)架將有利于部署和實施，并且業(yè)務(wù)功能集中到服務(wù)器上，可以發(fā)揮易維護、易部署、應(yīng)用開放的優(yōu)勢。采用MVC分層編程模式（分別為：M是指業(yè)務(wù)模型、V是指用戶界面、C則是控制器），進行程序開發(fā)工作。底層數(shù)據(jù)庫采用業(yè)界最成熟的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Oracle10g，為平臺提供強大的數(shù)據(jù)支撐。

3.2 平臺實現(xiàn)

平臺開發(fā)已取得階段性成果。目前已完成多元數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)、信息應(yīng)用支撐系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和空間展示系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)。隨后工作將在此基礎(chǔ)上，進一步強化模型模擬、動態(tài)時序和重點城市等功能模塊的完善和拓展。

平臺已在環(huán)境規(guī)劃院以及部分省區(qū)市開展測試工作。在2013年和2014年的全國重點流域考核及全國主要水污染物總量減排核查核算過程中，平臺為考核工作提供了歷年污染源、監(jiān)測點位及地方社會經(jīng)濟發(fā)展等多方面數(shù)據(jù)支持及空間展示服務(wù)。在河池市測試過程中，平臺匯總集成了包括污染源、水環(huán)境、土壤環(huán)境、陸地生態(tài)等為一體的河池市環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫，為河池市環(huán)境保護工作的開展提供了有力的數(shù)據(jù)支持，并借助平臺的分析功能，明確了污染來源，確定了治污方案。

4 結(jié)語

本研究中提出并設(shè)計了基于“多元集成、統(tǒng)一管理、綜合服務(wù)”模式為一體的國家水環(huán)境綜合管理平臺。該平臺包括多元數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)、信息應(yīng)用支撐系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和空間展示系統(tǒng)。

在統(tǒng)一平臺中，4大系統(tǒng)協(xié)同工作，共同實現(xiàn)流域水質(zhì)、污染物總量、污染源分布、流域水文資源、地區(qū)社會經(jīng)濟等數(shù)據(jù)指標的無縫集成、統(tǒng)一管理，實時掌握我國流域水環(huán)境質(zhì)量狀態(tài)變化，開展重點城市/區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量分類分級評價和影響因子分析，提供水環(huán)境綜合管理的一體化服務(wù)。

利用基于J2EE技術(shù)B/S構(gòu)架的方式，已經(jīng)完成4大系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)，并在環(huán)境規(guī)劃院和部分省區(qū)市進行了應(yīng)用測試，集成了大量的數(shù)據(jù)，并為環(huán)保工作的開展提供了科學(xué)依據(jù)，帶來了便利。