環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺設(shè)計與實現(xiàn)

張緯　陳堃　楊宇坤

摘要：本文基于對環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的精細化管理與可視化分析，構(gòu)建了一個用于環(huán)境質(zhì)量檢測的平臺，并實現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的監(jiān)測與管理。該平臺可以對當前大氣、水、噪聲、輻射源與固廢等環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)進行處理，從而滿足不同用戶的不同需求。本文首先簡要介紹了環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺的主要功能與特點，并分析了該平臺所采集數(shù)據(jù)的范圍，最后提出了系統(tǒng)的主要設(shè)計思路與結(jié)構(gòu)，最后對該平臺的實現(xiàn)進行了闡述。

關(guān)鍵詞：環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù);精細化管理;可視化分析;平臺設(shè)計

中圖分類號：X82? 文獻標志碼：B

早在2017年，黨和國家就明確提出了建設(shè)智能社會、推進社會建設(shè)智能化、推進環(huán)保治理智能化的概念與要求。數(shù)據(jù)的精細化管理與可視化分析是環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)在應(yīng)用時的主要方法，無論是對于政府的環(huán)境治理與企業(yè)的節(jié)能減排來說都是至關(guān)重要的，環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺的構(gòu)建，可以為政府環(huán)境管理部門提供最全面、最真實的數(shù)據(jù)信息，從而為政府環(huán)境保護部門各項決策的制定提供更加科學(xué)、合理的數(shù)據(jù)支持。

1 系統(tǒng)功能

1.1 主要功能與特點

對于各類環(huán)境及污染數(shù)據(jù)進行實時采集與監(jiān)控是環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺設(shè)計的主要目的，同時還應(yīng)具備為政府環(huán)境管理部門提供智能監(jiān)管服務(wù)與數(shù)據(jù)分析服務(wù)等功能。在進行環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺的設(shè)計時，從以下幾個主要方向進行考慮：①構(gòu)建圖文一體化的環(huán)境污染源數(shù)據(jù)系統(tǒng)，包括環(huán)境污染源數(shù)據(jù)與氣象水文數(shù)據(jù)。②將排污企業(yè)分布、環(huán)境污染風險源與類型等環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)等以電子地圖的形式在地里信息系統(tǒng)中展示出來，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動分類與整理。③為用戶提供查詢功能，并實現(xiàn)用戶根據(jù)條件、關(guān)鍵詞等進行自定義查詢。因此，環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺的預(yù)期功能包括：實現(xiàn)各類環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的實施采集與動態(tài)化管理;各類環(huán)境污染源數(shù)據(jù)在后臺數(shù)據(jù)庫的集中儲存;各類環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)檔案的查詢;各類環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)信息的檢索;各類環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的可視化展示、分析等。

1.2 在線與離線功能

通過將各種環(huán)境監(jiān)測與調(diào)查數(shù)據(jù)上傳到環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺中，實現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)源的在線監(jiān)測、管理與污染預(yù)警，如對于大氣環(huán)境的監(jiān)測，可以通過環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺實現(xiàn)工業(yè)廢氣的在線監(jiān)控、餐飲油煙的在線監(jiān)控、建筑揚塵污染的在線監(jiān)控等。除了上述的在線功能外，環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺同時還具有離線功能，即對接受到的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進行智能化分類、整理與統(tǒng)計，并將環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的變化情況及未來發(fā)展趨勢進行分析，形成相應(yīng)的報表。

1.3 日常巡查管理功能

政府相關(guān)環(huán)境管理部門可以將該環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺安裝于大氣環(huán)境移動檢測車、揚塵污染移動檢測車等設(shè)備中，實現(xiàn)此類設(shè)備運行軌跡范圍內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的跟蹤檢測等功能。環(huán)境質(zhì)量巡查人員也可以通過環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺進行環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)信息的錄入、核對、更新等工作，并對在環(huán)境監(jiān)測工作中發(fā)現(xiàn)的污染問題通過該平臺進行及時上報與反饋，上級部門在接受到巡查人員反饋的信息后，利用在該平臺內(nèi)調(diào)取過去一段時間內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)，并根據(jù)平臺所提供的數(shù)據(jù)可視化分析功能，分析未來環(huán)境質(zhì)量發(fā)展趨勢，進而制定相應(yīng)的環(huán)境治理措施。

2 數(shù)據(jù)采集范圍

環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺在進行數(shù)據(jù)采集時，不僅可以實現(xiàn)實時采集，同時可以將歷史采集到的數(shù)據(jù)儲存到后臺數(shù)據(jù)庫中，便于在日后出現(xiàn)污染問題時相關(guān)人員結(jié)合歷史環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)制定相應(yīng)的治理策略。

2.1 大氣數(shù)據(jù)

對大氣數(shù)據(jù)的采集范圍主要包括以下幾個方面：空氣質(zhì)量監(jiān)測因子、環(huán)境氣象監(jiān)測因子、油煙、企業(yè)排污、其他。

2.2 水污染數(shù)據(jù)

水環(huán)境數(shù)據(jù)采集范圍包括：地表水、地下水、水文、海水、工業(yè)廢水、市政污水、其他。

2.3 噪聲數(shù)據(jù)

噪聲數(shù)據(jù)采集范圍包括：交通源、工業(yè)源、建筑源、其他源。

2.4 輻射源數(shù)據(jù)

輻射源數(shù)據(jù)采集范圍包括：放射性污染、電磁輻射等

2.5 固廢數(shù)據(jù)

固廢數(shù)據(jù)采集范圍包括：居民、建工、醫(yī)療、餐飲等。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)設(shè)計思路

由于環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺主要是為了實現(xiàn)對區(qū)域環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的智能監(jiān)測、分析與管理，因此在進行環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺的設(shè)計時，大致設(shè)計思路為利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)與可視化技術(shù)的結(jié)合，構(gòu)建環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的監(jiān)測與環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的精細化管理體系。由于環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的量級符合大數(shù)據(jù)的標準，因此可以在大數(shù)據(jù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建可視化數(shù)據(jù)分析與評估系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對環(huán)境質(zhì)量的數(shù)據(jù)獲取、儲存、分析與檢測等功能。該平臺可大致分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)儲存模塊、數(shù)據(jù)分析模塊等主要組成部分。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于該平臺時為了為政府環(huán)境管理部門與各類用戶提供環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的精細化管理與可視化分析服務(wù)，因此該平臺必須具備良好的可操作性。本次在進行平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，采用的是瀏覽器與服務(wù)器相結(jié)合的B/S架構(gòu)設(shè)計模式，包括表示層、業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)層三個主要部分，如圖1所示。

作為整個平臺提供各項服務(wù)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)層的主要作用是為了實現(xiàn)平臺的數(shù)據(jù)導(dǎo)入與儲存功能，數(shù)據(jù)層包括環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)文件庫與環(huán)境質(zhì)量空間數(shù)據(jù)庫。其中空間數(shù)據(jù)庫負責儲存包含空間屬性的環(huán)境數(shù)據(jù)，如各監(jiān)測點數(shù)據(jù)、各被監(jiān)測企業(yè)數(shù)據(jù)與地理信息數(shù)據(jù)。環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)文件庫則負責儲存各類環(huán)境業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)，如空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)、各企業(yè)排污數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)層是各項環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的集成，為整個環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺的功能實現(xiàn)提供準確、全面的數(shù)據(jù)支持。

作為整個平臺結(jié)構(gòu)中的核心，業(yè)務(wù)邏輯層介于表示層與數(shù)據(jù)層二者之間。業(yè)務(wù)邏輯層中包含著多個功能模塊，從而實現(xiàn)平臺的環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析。各層級之間的數(shù)據(jù)信息通過業(yè)務(wù)邏輯層之間各功能模塊的接口進行傳遞，提高各層級之間的連接性。其中，業(yè)務(wù)邏輯層中的數(shù)據(jù)并行訪問模塊可以為各功能的具體實現(xiàn)提供統(tǒng)一、集中的數(shù)據(jù)訪問接口，從而保證該平臺的開放性與功能的延伸性得以實現(xiàn)。

用戶與平臺之間的人機交互通過表示層來完成，表示層為用戶提供該平臺的可視化界面，用戶可以在表示層中輸入各項操作指令，表示層將該指令傳遞給業(yè)務(wù)邏輯層，從而實現(xiàn)為用戶提供各項功能與服務(wù)。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

根據(jù)平臺預(yù)期完成的功能與組成，并結(jié)合用戶的實際需求，設(shè)計并實現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化平臺。該平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于B/S結(jié)構(gòu)，在構(gòu)架該平臺的框架時以SSM框架為基礎(chǔ)，采用SQL Server2008作為后臺數(shù)據(jù)庫，空間數(shù)據(jù)的管理通過AreSDE10.1數(shù)據(jù)引擎實現(xiàn)。為了實現(xiàn)多類型數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與集中訪問，該平臺綜合運用了AreGIS Server、Web-Service、Ajax等技術(shù)。具體實現(xiàn)方法如下，AreGIS Server負責實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)發(fā)布功能，并在進行訪問時以數(shù)據(jù)服務(wù)地質(zhì)的形式;非空間數(shù)據(jù)如氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)、企業(yè)排污數(shù)據(jù)等通過Ajax實現(xiàn)后臺數(shù)據(jù)請求。Arc-GIS API for JavaScript與ECharts實現(xiàn)返回結(jié)果數(shù)據(jù)的可視化分析等功能。

平臺的人機交互界面由兩部分組成，分別是模塊選擇與各模塊的內(nèi)部窗口，并通過操作面板實現(xiàn)用戶的數(shù)據(jù)選擇、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)可視化分析等功能。平臺可以根據(jù)不同類型的環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)，采用不同的可視化技術(shù)實現(xiàn)相對應(yīng)的展示方法，不僅可以很好將數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性展示出來，同時實現(xiàn)了操作界面的簡潔性、多功能性。在此基礎(chǔ)上，平臺還可以實現(xiàn)多種功能，如歷史環(huán)境數(shù)據(jù)的動態(tài)演示、同一區(qū)域多種環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的集中分析、繪制等，滿足了用戶對于環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的不同精細化管理與可視化分析需求。

5 結(jié)語

綜上所述，環(huán)境質(zhì)量問題已經(jīng)成為了全球個國家在當前發(fā)展階段中最為重視的一個問題，環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的綜合利用在我國環(huán)境信息化過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文通過設(shè)計并實現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺，為我國生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測、治理提供全新的思路，進一步助推我國環(huán)境保護與污染治理工作的開展。

參考文獻

[1]歐松，易丹.環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)精細化管理與可視化分析平臺設(shè)計與實現(xiàn)[J].深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2020，19（1）：16-22.

[2]李娜.基于規(guī)則的數(shù)據(jù)分析與可視化系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].2019.

[3]謝易成.水質(zhì)監(jiān)測平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[D].湖南師范大學(xué)，2019.

[4]潘洪志.基于環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)，2019，15（25）：269-271.

[5]啟夏欒.環(huán)境監(jiān)測分析數(shù)據(jù)質(zhì)量控制淺談[J].2019，42（27）：18-20.