PPGIS模式下的梅州市全民生態(tài)共治與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)

吳冰蓮 黃釗華 鐘廣銳

摘? ?要：隨著梅州市城鎮(zhèn)化速度加快，人為活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾程度增大，導(dǎo)致人地關(guān)系失衡，耕地占用、垃圾堆積、農(nóng)藥污染、水土流失等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。出于環(huán)境問(wèn)題追蹤難度大、處理周期長(zhǎng)等原因，本文提出“以人為本”的治理理念，公眾成為生態(tài)數(shù)據(jù)采集、處理與傳播的主體，并由公眾監(jiān)督，參與問(wèn)題處理的全過(guò)程。本文采用PPGIS技術(shù)與MVC軟件設(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)支持全民參與、在線監(jiān)督、信息可視化的環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)，激發(fā)公眾參與環(huán)境保護(hù)積極性，協(xié)助攻破環(huán)境管理難題。

關(guān)鍵詞：全民? 生態(tài)保護(hù)? GIS? PPGIS

中圖分類(lèi)號(hào)：X-1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）05（a）-0148-06

自馬什（1864）反思技術(shù)、工業(yè)、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地理環(huán)境和自然的負(fù)面影響[1]，生態(tài)研究興盛并涌現(xiàn)大批優(yōu)秀成果。學(xué)者提出生物、化學(xué)等改良措施，相關(guān)部門(mén)組織實(shí)施而基層民眾知之甚少，環(huán)境一邊治理一邊被持續(xù)破壞。為此，本文提出不受年齡、性別、行業(yè)、社會(huì)地位、文化水平限制的活躍在同一生態(tài)圈中的所有公眾主體，以梅州市全民生態(tài)共治與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為平臺(tái)，參與生態(tài)環(huán)境信息收集、上傳、擴(kuò)散、監(jiān)督、輿論的全過(guò)程，提高環(huán)保意識(shí)，增加參與度;創(chuàng)新信息反饋機(jī)制，打造多方聯(lián)動(dòng)，縮減反饋周期，提高問(wèn)題解決效率。

本系統(tǒng)采用PPGIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)上傳、信息共享、輿論監(jiān)督的全民共治模式，打造“個(gè)人地圖”、“環(huán)保專(zhuān)題”、“生態(tài)監(jiān)測(cè)”、“環(huán)保公益”、“信息公開(kāi)”與“論壇”五大功能模塊，其特點(diǎn)是易操作、可視化與信息共享。

1? 梅州市生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

梅州市城鎮(zhèn)化水平不斷提高，城鎮(zhèn)化率從2005年的41.63%提升到2015年的47.79%，近幾年，堅(jiān)持發(fā)展與治理并行，提出“無(wú)廢城市”理念，但仍存在開(kāi)發(fā)不當(dāng)、垃圾堆積、農(nóng)業(yè)污染、水質(zhì)超標(biāo)、公民環(huán)保意識(shí)薄弱等現(xiàn)象;同時(shí)由于梅州市是典型山區(qū)城市，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，亞熱帶季風(fēng)氣候顯著，山體滑坡、水土流失等問(wèn)題持續(xù)迸發(fā)。

1.1 耕地面積減少

耕地具有調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、分解有害物質(zhì)等改善自然條件的功能，是衡量環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)。隨著梅州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城鎮(zhèn)化推進(jìn)，城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積逐漸擴(kuò)大，住宅、商服、工廠企業(yè)占領(lǐng)大量土地;不科學(xué)耕種方式，導(dǎo)致土壤肥力下降;大量農(nóng)村人口進(jìn)城務(wù)工，田間勞動(dòng)力減少，耕地廢棄;梅州市山體滑坡、暴雨、霜凍等氣象災(zāi)害頻發(fā)，耕地受災(zāi)破壞，面積逐漸減少。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近17年間，梅州市耕地面積上下波動(dòng)，但總體呈下降趨勢(shì)。

1.2 地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，水土流失嚴(yán)重

梅州市屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，冷熱懸殊，夏季多暴雨;地勢(shì)北高南低，山地面積廣，占全市總面積的24.3%，由武夷山脈、蓮花山脈、鳳凰山脈三列山脈和興寧盆地、梅江盆地、蕉嶺盆地、湯坑盆地四大盆地組成;地形起伏大，坡度多在10°～45°之間;地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，由花崗巖、噴出巖、變質(zhì)巖、紅色巖以及灰?guī)r六大類(lèi)巖石構(gòu)成，結(jié)構(gòu)疏松、抗剪強(qiáng)度和抗風(fēng)化能力低。在氣候、地形、地質(zhì)以及長(zhǎng)期不合理農(nóng)業(yè)墾荒等條件共同作用下，梅州市地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，山體滑坡、水土流失嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查，截止2010年12月底，全市登記在冊(cè)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)6041處，其中土石坍塌4095處、山體滑坡1814處、泥石流1處、地面坍塌126處、地裂縫5處，頻繁的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)環(huán)境造成極大威脅。

1.3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)污染嚴(yán)重

梅州市工業(yè)企業(yè)發(fā)展迅速，截止2017年，梅州市共擁有規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)461個(gè)，民營(yíng)企業(yè)2.86萬(wàn)戶(hù)，個(gè)體工商戶(hù)18.54萬(wàn)戶(hù)，工業(yè)總產(chǎn)值約9123484萬(wàn)元，其中，輕工業(yè)占36.15%，重工業(yè)占63.85%。輕工業(yè)以白酒、卷煙、服裝、木制家具、藥品生產(chǎn)為主，重工業(yè)以采礦、加工、機(jī)械、發(fā)電等為主。但由于生產(chǎn)技術(shù)落后、管理水平較低、污染物排放量大、工業(yè)廢棄物處理能力與再利用率低，輕重工業(yè)所產(chǎn)生煙塵、顆粒物、氨氮、COD等有害廢棄物被排放到附近環(huán)境中，對(duì)河流、土壤、空氣造成極大破壞（規(guī)模以上單位：指統(tǒng)計(jì)范圍為年主營(yíng)業(yè)務(wù)收入達(dá)2000萬(wàn)元以上的工業(yè)企業(yè)）。

1.4 人口增長(zhǎng)，生活污染嚴(yán)重

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，人口加速聚集，垃圾生產(chǎn)量也以空前僅有的速度在增長(zhǎng)。截止2017年，梅州市常住人口約437.43萬(wàn)人，每人每天平均制造垃圾1.16kg，即每年有近百萬(wàn)噸垃圾產(chǎn)生，而焚燒處理、垃圾堆肥、衛(wèi)生填埋仍是主要處理方式。因堆肥面向剩菜剩飯等有機(jī)垃圾，大部分垃圾難以歸入堆肥范圍，因此仍以垃圾焚燒與填埋為主，處理產(chǎn)生的煙塵、NO2、SO2、CO、HCl等有害物質(zhì)排放到大自然中，對(duì)空氣、水源、土壤等造成嚴(yán)重二次污染。

1.5 農(nóng)藥、畜禽養(yǎng)殖污染嚴(yán)重

第一產(chǎn)業(yè)在梅州經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中具有重要地位，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年梅州市第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值約208.5億元，占總產(chǎn)值的18.52%。梅州市以種植糧食、玉米、水果、柚類(lèi)、茶葉為主，經(jīng)營(yíng)水產(chǎn)和肉豬養(yǎng)殖，種植經(jīng)濟(jì)林。生產(chǎn)過(guò)程中，農(nóng)民大量使用化肥、農(nóng)藥、塑料薄膜、溫室大棚等提高作物產(chǎn)量，農(nóng)藥殘留、農(nóng)用塑料掩埋，導(dǎo)致土壤肥力下降、地下水源污染、土質(zhì)硬結(jié);畜禽養(yǎng)殖醫(yī)藥、糞便等隨處排放，造成水體營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩、水體污染等;秸稈、稻草等廢棄物就地焚燒，造成空氣粉塵堆積等。

2? PPGIS技術(shù)在梅州市生態(tài)共治的應(yīng)用概述

WebGIS是Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS開(kāi)發(fā)的產(chǎn)物，是基于Internet的OpenGIS。GIS通過(guò)WWW功能實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，真正成為可供大眾使用的工具。WebGIS以WWW的Web頁(yè)面作為GIS軟件用戶(hù)界面，實(shí)現(xiàn)Internet和GIS技術(shù)結(jié)合，支持各種交互操作，是一種大社會(huì)級(jí)的GIS。WebGIS可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種傳統(tǒng)GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的相互操作和共享，以便充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源;同時(shí)可用于Internet以建立各部門(mén)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)GIS，實(shí)現(xiàn)局部范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)共享。它不但改變了傳統(tǒng)GIS的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方法，而且完全改變了空間數(shù)據(jù)的共享模式。

4.2.2 面向服務(wù)架構(gòu)

本系統(tǒng)采用SOA（Service-Oriented Architecture）架構(gòu)即面向服務(wù)架構(gòu)，可根據(jù)需求通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)松散耦合的粗粒度應(yīng)用組件進(jìn)行分布式部署、組合和使用。服務(wù)層是SOA的基礎(chǔ)，可直接被應(yīng)用調(diào)用，從而有效控制系統(tǒng)中與軟件代理交互的人為依賴(lài)性。

SOA是一種粗粒度、松耦合服務(wù)架構(gòu)，服務(wù)間通過(guò)簡(jiǎn)單、精確定義接口進(jìn)行通訊，不涉及底層編程接口和通訊模型，可看作B/S模型、XML/Web Service技術(shù)之后的自然延伸;是一種組件模型，允許不同服務(wù)模塊通過(guò)良好的契約和接口聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)分布式服務(wù)調(diào)用。接口是采用中立的方式進(jìn)行定義，獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言[13]。

當(dāng)前SOA的實(shí)現(xiàn)形式是Web服務(wù)，基于公開(kāi)的W3C及其他公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。利用SOA架構(gòu)實(shí)現(xiàn)梅州市全民生態(tài)共治與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，需要將相關(guān)的環(huán)保專(zhuān)題數(shù)據(jù)、生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資源通過(guò)Web服務(wù)方式轉(zhuǎn)化為可被復(fù)用的信息資產(chǎn)，再將Web服務(wù)按不同層面在統(tǒng)一SOA架構(gòu)中進(jìn)行部署、運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速需求響應(yīng)。

4.2.3 ArcGIS Server

ArcGIS產(chǎn)品線為用戶(hù)提供一個(gè)可伸縮、全面的GIS平臺(tái)。ArcObjects包含眾多可編程組件，從細(xì)粒度對(duì)象（如單個(gè)的幾何對(duì)象）到粗粒度對(duì)象（如與現(xiàn)有ArcMap文檔交互的地圖對(duì)象）涉及面極廣，這些對(duì)象為開(kāi)發(fā)者集成了健全的GIS功能。

ArcGIS Sever是功能強(qiáng)大的基于服務(wù)器的GIS產(chǎn)品，用于構(gòu)建集中管理的支持多用戶(hù)的、具備高級(jí)GIS功能的企業(yè)級(jí)GIS應(yīng)用與服務(wù)。如：空間數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)編輯、空間分析、二三維地圖可視化等應(yīng)用和服務(wù)。ArcGIS Sever為開(kāi)發(fā)者提供了REST（Representational State Transfer）風(fēng)格的應(yīng)用程序接口ArcGIS Sever REST API，在此基礎(chǔ)上提供了采用Dojo框架的JavaScript語(yǔ)言的富客戶(hù)端（RIA）開(kāi)發(fā)接口，ArcGIS API for JavaScript。RIA改變了傳統(tǒng)的所有任務(wù)都在服務(wù)端的執(zhí)行模式，不僅減輕了網(wǎng)絡(luò)傳輸和服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，也提高了客戶(hù)端的處理和交互能力[14]。

4.3 數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

系統(tǒng)主要使用地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)和Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)兩大數(shù)據(jù)庫(kù)。

地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)由ArcSDE進(jìn)行管理，用于存儲(chǔ)和輸出梅州市底圖、用戶(hù)標(biāo)注地理位置信息、POI以及降水、植被覆蓋等基于位置的空間數(shù)據(jù);Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)則以表單形式存儲(chǔ)用戶(hù)信息、標(biāo)注信息、專(zhuān)題圖屬性等內(nèi)容。由ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎連接Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性信息的統(tǒng)一高效管理。

4.4 系統(tǒng)主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)

4.4.1 地圖操作

（1）地圖請(qǐng)求模式。

用戶(hù)在客戶(hù)端進(jìn)行交互性操作，發(fā)送地圖服務(wù)請(qǐng)求到ArcGIS Server服務(wù)端，服務(wù)器處理請(qǐng)求返回響應(yīng)之后將相關(guān)地圖服務(wù)在客戶(hù)端顯示。

（2）常用的GIS功能。

主要有地圖顯示、地圖放大、地圖縮小、測(cè)量距離、測(cè)量面積、清除選擇等，通過(guò)調(diào)用ArcGIS for JavaScript API相關(guān)接口實(shí)現(xiàn)。

（3）地圖搜索。

通過(guò)調(diào)用服務(wù)對(duì)圖層屬性、空間屬性進(jìn)行過(guò)濾顯示，通過(guò)圖表展示出來(lái)。

（4）圖層疊加。

通過(guò)用戶(hù)輸入服務(wù)URL，調(diào)用圖層服務(wù)疊加圖層。

（5）下載服務(wù)。

通過(guò)調(diào)用PrintTask服務(wù)，將地圖打印出來(lái)。

4.4.2 生態(tài)信息反饋

通過(guò)調(diào)用標(biāo)注服務(wù)，用戶(hù)通過(guò)點(diǎn)、線、面標(biāo)繪、錄入屬性信息表單，將信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)信息進(jìn)行展示和統(tǒng)計(jì)。

4.4.3 生態(tài)監(jiān)測(cè)功能

WebSocket是基于TCP連接的通訊協(xié)議，它實(shí)現(xiàn)了客戶(hù)端瀏覽器和服務(wù)器之間的全雙工通信。WebSocket的基本原理是客戶(hù)端瀏覽器首先向服務(wù)器發(fā)出一個(gè)包含申請(qǐng)通訊協(xié)議升級(jí)的HTTP請(qǐng)求，然后將其與客戶(hù)端之間的HTTP協(xié)議升級(jí)至WebSocket協(xié)議并作出響應(yīng)，通過(guò)這個(gè)過(guò)程，客戶(hù)端和服務(wù)器之間完成“握手”，建立WebSocket連接。連接建立以后，客戶(hù)端和服務(wù)器端可通過(guò) TCP 連接直接交換數(shù)據(jù)。

用戶(hù)在客戶(hù)端（瀏覽器端）瀏覽時(shí)，向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，通過(guò)WebSocket技術(shù)，利用pm25.in提供的開(kāi)源數(shù)據(jù)，在服務(wù)端對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、邏輯處理和推送，并通過(guò)客戶(hù)端以圖形、表格等形式展示給用戶(hù)，從而達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)的可視化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

5? 結(jié)語(yǔ)

本文在充分調(diào)查研究梅州市生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，從PPGIS生態(tài)治理應(yīng)用的技術(shù)內(nèi)涵、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)四個(gè)方面探討了該技術(shù)在支持全民參與生態(tài)環(huán)境治理的實(shí)現(xiàn)路徑。系統(tǒng)基于地圖進(jìn)行信息的可視化展示，最大化考慮用戶(hù)使用便捷性;支持用戶(hù)以位置標(biāo)記反饋和描述環(huán)保信息，以涂鴉和基于底圖分析的方式繪制個(gè)人地圖，支持查看和評(píng)論其他用戶(hù)發(fā)布內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)信息的傳播和傳遞，以此實(shí)現(xiàn)生態(tài)問(wèn)題的統(tǒng)一管理和整治。由于作者知識(shí)水平限制、PPGIS技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用不成熟等原因，本項(xiàng)目理論研究和實(shí)踐操作仍需進(jìn)一步發(fā)展和完善，但相信隨著公民參與意識(shí)的增強(qiáng)、技術(shù)融合程度的提高、科技水平的發(fā)展，PPGIS技術(shù)的應(yīng)用將趨于成熟，當(dāng)下許多問(wèn)題將迎刃而解。

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