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环境信息系统复习
环境信息系统第六讲
一、GPS的定义及历史
1.定义
全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem),是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统,可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置,三维速度和时间信息。
(一)第一代卫星导航系统的产生与发展
•1957年10月世界上第一颗人造地球卫星发射成功。
•1958年12月美国建立“子午卫星系统”——Transit
•1965年前苏联建立了“卫星导航系统”——CICADA
•1967年美国宣布解密子午卫星系统的部分导航电文供民间使用。
(二)第一代卫星导航系统的局限性
1.卫星少,不能实时定位。
2.轨道低,难以精密定轨。
3.频率低,难以补偿电离层效应的影响。
(三)第二、三代卫星导航系统:
1973年12月美国开始建立新一代的卫星导航系统——GPS全球定位系统
(GlobalPositioningSystem)
天基电子导航应运而生,1994年投入使用。
经历20年,耗资300亿美元,是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。
该系统分三个阶段进行:
1、论证方案阶段:
1973年12月组成
联合办公室。
2、工程研制阶段:
1978年2月22日第
一颗GPS试验卫星发射成功。
3、生产作业阶段:
•1989年2月14日第一颗GPS工作卫星
发射成功。
•1994年6月完成第二代卫星发射。
•1996年开始发射第三代(BlockIIR)卫星。
二、GPS的特点
(一)GPS相对于其它导航系统的特点
1、全球地面连续覆盖。
2、功能多,精度高。
3、实时定位速度快。
4、抗干扰性能好,保密性强。
(二)GPS应用于定位方面的特点
1、观测站之间无需通视。
2、定位精度高。
3、观测时间短。
4、提供三维坐标。
5、操作简便。
6、全天候作业。
三、利用GPS的限制与相应措施
(一)美国对利用GPS的限制政策
•美国实行所谓“选择可用性”—
SA政策(SelectiveAvailability)
•提供两种定位服务方式:
1.精密定位服务(PPS)—P码(精码)
2.标准定位服务(SPS)—C/A码(粗码)
(二)用户摆脱SA限制政策的措施:
1、建立独立的GPS卫星测轨系统。
2、建立独立的卫星导航与定位系统。
三、GPS的组成
GPS定位系统由GPS卫星空间部分、地面控制部分和用户GPS接收机三部分组成。
GPS工作原理
*卫星不间断地发送定位信号
*接收机任何时刻都可收到4~11颗GPS卫星信号
*C/A码(民用码)精度小于25米无SA,用差分技术可降至10米
*P码(精码)精度小于2米
*使用L波段
1、空间部分
由21颗工作卫星
和3颗备用卫星。
2、地面控制部分。
◆1个主控站:
Coloradosprings(科罗拉多.斯平士)。
◆3个注入站:
Ascencion(阿森松群岛)、DiegoGarcia(迭哥伽西亚)、kwajalein(卡瓦加兰)。
◆5个监控站:
以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷)。
3、用户接收机部分
◆GPS接收机的基本类型分导航型和大地型。
◆大地型接收机又分单频型和双频型。
四、GPS定位方法分类
(1)绝对/单点定位(pointpositioning)——确定观测点在WGS-84系中的坐标,即绝对位置。
(2)相对定位(relativepositioning)——确定观测点在国家或地方独立坐标系中的坐标,即相对位置。
五、GPS的后处理测量方法
1.静态测量(staticsurveying)
(1)方法:
将几台GPS接收机安置在基线端点上,保持固定不动,同步观测4颗以上卫星。
可观测数个时段,每时段观测十几分钟至1小时左右。
最后将观测数据输入计算机,经软件解算得各点坐标。
(2)用途
是精度最高的作业模式。
主要用于大地测量、控制测量、变形测量、工程测量。
(3)精度
可达到(5mm+1ppm)
2.动态测量
(1)方法:
先建立一个基准站,并在其上安置接收机连续观测可见卫星,另一台接收机在第1点静止观测数分钟后,在其他点依次观测数秒。
最后将观测数据输入计算机,经软件解算得各点坐标。
动态相对定位的作业范围一般不能超过15km。
(2)用途:
适用于精度要求不高的碎部测量。
(3)精度:
可达到(10~20mm+1ppm)
六、GPS实时动态定位(RTK)方法
1.RTK(real-timekinematic)工作原理及方法
与动态相对定位方法相比,定位模式相同,仅要在基准站和流动站间增加一套数据链,实现各点坐标的实时计算、实时输出。
2.RTK用途:
适用于精度要求不高的施工放样及碎部测量。
3.作业范围:
目前一般为10km左右。
4.精度:
可达到(10~20mm+1ppm)
七、GPS的广泛应用
(一)、GPS在军事上的应用
1.GPS在海湾战争中的应用
2.GPS应用于B-52、F-16
3.精确标定战场重点设施的位置
4.用于空战指挥和控制
5.GPS用于地面部队
6.用于扫雷
(二)、飞速发展的GPS民用
1.GPS在汽车导航和城市交通管理中的应用
2.GPS用于农业
3.GPS用于绘制道路图
4.GPS用于救援
5.GPS用于森林防火
6.GPS用于地震预报
7.GPS用于大坝及地面沉降的监测
环境信息系统第七讲
第一节环境GIS设计的目标和任务
●目标:
充分利用GIS技术、数据库技术、网络通信技术、分布式计算等技术,建设一个科学高效的环境GIS。
●任务:
将系统分析阶段提出的逻辑模型转化为物理模型。
环境GIS设计任务分解
系统总体设计:
功能设计、数据库设计、应用设计
第二节环境GIS设计的原则
1、实用性2、标准性3、先进性4、动态性5、开放性6、经济性7、安全性
第三节环境GIS设计实施
环境GIS
系统设计:
技术、管理
第五节环境GIS数据库建设
●2.5.2环境GIS数据模型
常用环境空间信息管理方法:
混合方法——混合模型法
●2.5.2环境GIS数据模型
缺点:
1、不利于空间查询
2、数据的一致性容易遭到破坏
3、不利于分布式数据管理
解决方法:
1、扩展现有关系模型,容纳图形数据,并进行空间运算与查询
2、用面向对象的数据模型取代关系模型
●2.5.3环境GIS数据库规范
1、数据文件的命名规范:
通用、唯一、易记
2、符号标示与分类编码规范
GIS数据库空间数据编码方法:
要素编码+扩展码+类型码
●2.5.4环境GIS数据库设计
数据库是环境GIS的核心组成,除顾及环境空间的信息外,还包括逻辑设计与物理设计。
环境空间数据库的具体设计包括空间数据库、属性数据库、多媒体信息库和符号库的设计。
环境GIS数据库设计注意问题:
1)比例尺、坐标系和地图投影
2)空间特性和数据模型
3)数据表格及其模型
4)地理特征和图层
●2.5.5常用环境数据专题属性
1、大气监测点位2、河流断面3、湖泊、水库测点4、重点污染源分布5、城市固体生活垃圾填埋场6、城市水污染处理厂7、饮用水源地8、河流水功能区9、湖泊、水库功能区
●2.5.6环境GIS数据库设计举例
以全国污染物排放申报登记系统的数据库分析为例说明:
一、数据库分为三类
(1)数据报表
(2)汇总报表
(3)代码报表
二、数据类别
(1)单位基本概况数据
(2)废水排放数据
(3)废气排放数据
(4)固废排放数据
(5)固定噪声源和建筑施工场地噪声数据
第六节环境GIS开发技术路线
●3种实现方式:
Ø1、独立开发
不依赖任何GIS工具,独立设计算法,用某种程序,在一定操作系统上编程实现。
Ø2、单纯二次开发
完全借助GIS工具软件所提供的开发语言进行系统开发。
Ø3、集成二次开发
利用工具软件(ArcView,MapInfo等)实现GIS基本功能,并用通用开发工具(VB,Delphi,PowerBuilder等)为开发平台,进行两者的集成开发。
●环境GIS开发模式:
Ø生命周期法:
它将整个信息系统开发过程划分为独立的六个阶段,包括系统分析、程序设计、系统测试、运行和维护以及系统评估。
这六个阶段构成信息系统的生命周期。
Ø原形法:
在系统开发的开始阶段,凭借系统开发人员对用户需求的理解与用户共同确定系统的基本要求和主要功能,在强有力的人、软件环境支持下,给出一个满足用户需求的初始系统原型,然后与用户反复协商修改,最终形成系统。
Ø面向对象法:
从分析组成系统的对象开始,是基于数据抽象的类的组合的自底向上的开发方法,由四个基本步骤组成:
标示对象和定义类;组织类之间的关系;在类层中构造框架;建立可复用的类库和系统总框架。
第七节环境GIS开发模式
●环境GIS开发步骤:
Ø前期准备:
立项、调研、可行性分析、用户需求分析
Ø系统设计:
总体设计、制定标准、系统详细设计、数据库设计
Ø系统实施:
软件开发、建库、集成、试运行、测试
Ø系统运行:
系统交付使用和更新维护
第八节环境GIS软件结构体系
●第一节集中式
主机-终端模式,所有计算任务和数据管理任务集中在主机上,终端只是主机输入/输出设备的延长。
●第二节分布式
Ø1、客户端/服务器(C/S)两层结构
Ø2、客户端/服务器(C/S)和浏览器/服务器(B/S)三层结构
1、客户端/服务器(C/S)两层结构环境GIS模型
客户端/服务器(C/S)两层结构的缺点
✓1、系统的可伸缩性较差
✓2、安装维护困难
第十节环境GIS的集成
●地理信息系统的集成技术分类:
Ø
(1)同一GIS软件不同模块之间或者不同系统之间采用Import/Export的文本文件交换形式。
Ø
(2)具有一致的数据模型与数据结构,提供二次开发语言,构成软件开发平台。
Ø(3)采用应用程序接口(API)的形式进行集成。
Ø(4)对象连接与嵌入(OLE)的自动化功能提供对象之间的互相操作功能。
Ø(5)对象-关系数据库技术(ORDBMS)将空间数据作为一种数据类型直接集成进入数据库系统。
Ø(6)OpenGIS组织采用COBRA标准,发布简单特征规范1.0作为开发地理信息系统的基础。
第十一节环境GIS用户界面设计
●遵循的设计标准:
Ø语义清晰、操作简便、功能强大、界面友好
第十三节环境GIS安全
●环境GIS的安全核心是环境数据的安全,包括数据库安全、应用安全、口令安全和数据备份等内容。
环境信息系统第八讲
环境监测概述
3.1.1环境监测及其内容
环境监测是用科学的方法监视反映环境质量及其变化趋势的各种数据的过程。
3.1.1环境监测及其内容
•1、空气监测:
空气中的污染物(分子状和粒子状2种)及其含量以及相应的气象参数。
•2、水环境监测:
天然水、工业废水、生活废水
•监测项目:
水质污染:
温度、色度、浊度、pH、电导率、悬浮物
•有毒物质:
酚、氰、As、Pb、Gr、Hg、有机农药
•水体流速流量
•3、土壤检测
Ø废水、废渣
Ø化肥、农药的副作用
✓监测项目:
土壤中的重金属
•4、生物监测
生物体内有害物质的监测、生物群落种群的变化监测,监测项目依需而定。
•5、生态监测
观测与评价生态系统对自然变化及人为变化所做出的反应,是对各类生态系统结构和功能的时空格局的度量。
包括生态监测和地球物理化学监测。
•6、物理污染检测:
包括噪声、震动、电磁辐射和放射性等物理能量的环境污染测。
1、环境质量监测
•环境质量监测是监测工作的主体。
•环境质量监测内容:
空气质量监测、水环境质量监测、环境噪声质量监测
2、污染源监测
掌握污染源,长期、定点常规性的监视和检测污染源的时空变换。
分析判断污染源的时空分布、迁移、稀释、转化、自净规律等,为环境管理提供所需的技术支持和技术服务
3、污染源事故应急监测
对各种污染事故进行现场追踪监测、摸清事故的污染程度和范围,造成的危害大小等。
如:
油船漏油、核工厂泄露等。
4、环境管理监测
面向环境违法行为进行稽查、纠纷仲裁、考核验证和咨询服务等方面的监测。
如:
排污收费、数据仲裁监测、排污许可等
5、科研检测:
科研监测包括标法研制监测、污染规律研究监测、背景调查监测、综评研究监测等。
3.2.1空气污染指数及计算
空气污染指数(airpollutionindex,API)用来反映和评价空气质量。
空气污染指数是指根据环境空气质量标准和各项污染物对人体健康和生态环境的影响来确定污染指数的分级以及相应的污染物浓度极限值。
空气质量的好坏取决于各种污染物中危害最大的污染物污染程度。
我国空气污染指数分为五级。
空气质量监测内容包括大气监测、降水监测、降尘监测、硫酸盐化速率监测等。
空气质量信息管理内容包括大气、降水、降尘、硫酸盐化速率等的数据录入、审核、统计、查询。
空气质量信息管理系统的最常用功能是城市月报、季报、年报数据的管理与查询,及其对数据进行对比分析,并利用专题图显示。
通过GIS基本功能实现。
3.2.6大气监测子系统
1、大气监测功能分析
大气监测的3类功能
第1类污染源的监测,如烟囱、汽车排气口第2类大气环境污染监测,监测对象为大气层第3类特定目的的监测
3、大气监测子系统功能实现
可实现原始监测数据查询、城市测点日报、月报、季报和年报的数据查询以及对其数据进行横向对比分析和纵向对比分析。
3.2.7降水监测子系统
1、降水监测功能分析
主要指对酸雨的监测
干沉降:
不下雨时,大气中的酸性物质可被植被吸附或者重力沉降到地面。
湿沉降:
下雨时,高空雨滴吸收包含酸性物质继而下降时再冲刷酸性物质到地面。
3.2.8降尘监测子系统
•1、降尘监测功能分析
•自然降尘简称降尘,指大气中自然降落于地面上的颗粒物。
粒径多在10um以上。
•降尘是大气污染中的参考性指标,除测定除尘量外,还需测定降尘中可燃性物质、水溶性物质、非水溶性物质、灰分等。
3.2.9硫酸盐化速率监测子系统
1、硫酸盐化速率监测功能分析
工业生产和家庭燃煤排放的一些含硫物质(二氧化硫、硫化氢、硫酸等)经过一系列氧化演变过程,最终形成危害更大的硫酸雾和硫酸盐雾,硫化物的这种演化过程称为硫酸盐化速率。
3.3.1水体及水体质量
•水体:
是河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川、海洋等“地表储水体”总称。
包括水、悬浮物、底泥及水生生物。
•水体分类:
•1、按类型:
地表储水-海洋水体、陆地水体、陆地水体-地表水体、地下水体
•2、按区域:
长江、黄河、太湖等。
•主要问题:
•1、水资源短缺2、水污染3、用水浪费
2、水体质量数据统计方法
•
(1)地表水统计方法:
最大(小)值方法、最大(小)值超标倍数等
•
(2)地下水数据统计方法
•统计原则:
浅水层、承压水层分别统计;单层取水与混合取水分别统计;丰水期、枯水期分别统计。
3、水体质量评价方法
1)污染指数法
用水体各监测结果与其评价标准之比作为该项的污染分指数,然后通过各种数学手段将各项目的分指数综合得到该水体的污染指数,作为评定尺度。
2)模糊评价法
由监测数据建立各因子指标对各级标准的隶属度集,形成矩阵,再把因子的权重与隶属度集矩阵相乘,得到模糊积,形成一个综合评判集。
3)灰色评价法:
计算水体中各因子的实测浓度与各级水质标准的关联度,然后根据关联度大小确定水体水质的级别。
灰色评价方法分类:
灰色聚类法、灰色关联评价法、灰色贴近分析法、灰色决策评价法等。
4)物元分析法5)单因子评价法6)密切值法7)集对分析法8)层次分析法
3.3.3湖库富营养化及调查
湖库富营养化指湖库等水体接纳过量的氮、磷等营养物质,使藻类以及其他水生物异常繁殖,水体透明度和溶解氧变化,照成湖泊水质恶化,加速湖泊老化,使湖泊生态系统和水功能受到阻碍和破坏。
2、湖库环境基本特征调查
湖库基本特征调查是判断水体富营养化起因,现状及发展趋势必不可少的依据。
●3、湖库水体特征调查:
水质调查、地质调查和水生物调查是核心内容。
3.3.4水体质量监测与管理分析
1、业务流程分析:
业务计划、数据录入、业务初审、业务终审、业务数据6个部分。
2、功能分析:
1)数据管理功能2)分析计算功能3)专题图制作4)报表功能
3.3.5水体质量信息管理GIS设计
水体质量监测数据管理系统主要包括河流、湖库、饮用水、地下水信息管理和系统维护5部分
3.3.6河流水质监测子系统
1、河流水质监测子系统功能分析
(1)河流水质数据和图件的输入、编辑
(2)河流水质数据资料的统计分析查询(3)河流水质数据适时查询、更改、补充。
(4)河流水质数据空间分析(5)辅助决策分析
3.3.7湖库水质监测子系统
1、湖库水质监测子系统功能设计
(1)湖库水质数据和图件的输入、编辑
(2)湖库水质数据资料的统计分析查询(3)湖库水质数据适时查询、更改、补充。
(4)湖库水质数据空间分析(5)辅助决策分析
3.3.8饮用水质监测子系统
1、饮用水源地水质管理子系统功能设计
主要功能:
饮用水质数据管理功能、统计分析、专题制图等。
3.4.1噪声环境监测
•1、产生:
运行的工业设备、人群活动。
•2、监测内容:
噪声物理量(声压、声级、声功率、频谱等)。
•3、分类:
普查性监测、例行噪声监测、交通噪声监测。
•4、监测设备:
声级计、频谱分析仪、自动记录仪和磁带录音机等。
3.4.2噪声环境监测评价
1、响度和响度级2、A声级3、统计声级4、等效连续声级5、昼夜等效声级
环境噪声标准原则:
先进性,科学性、现实性。
3.4.4噪声环境信息管理GIS功能分析
噪声环境信息管理系统具有噪声监测管理、数据查询、数据分析、统计报表、专题制图、测点维护、项目维护等功能
环境噪声监测体系包括噪声监测MIS和噪声监测GIS。
具体包括区域噪声监测、功能区噪声监测、交通噪声监测、噪声达标区监测、报表、系统查询、系统维护7个部分。
环境信息系统第九讲
4.1污染源及污染源管理
•污染源管理主要包括对水、气、声、固体废物、放射性、电工作波等污染物排放到环境的管理。
•等标污染负荷是为了比较不同污染物和污染源而设定的特征数。
•我国环保部门污染源管理有两大类数据库:
排污申报登记数据库,环境统计数据库。
4.3环境统计GIS开发
4.3.1环境统计
•环境统计是国家部门统计工作之一,是对环境状况和环境保护工作情况进行统计调查、统计分析、提供统计信息和咨询,实行统计监督。
•分为环境统计综合年报和专业年报两大类。
4.3.2环境统计数据分析
环境统计信息系统涉及的数据主要是基层报表数据、综合报表数据和代码数据,还有一些代码表数据。
4.3.3环境统计GIS功能设计
1、数据管理2、数据查询3、数据统计4、分析报告5、系统维护6、GIS应用
4.3.4环境统计GIS结构设计
环境统计信息系统构成:
数据管理、数据查询、分析报告、数据统计、报表输出、系统维护
4.4.1排污申报登记
排污申报是国家环境保护总局污染控制司为主管部门实施的一项环境信息收集工作。
工作对象是全国所有的污染排放单位。
排污申报登记工作是对所有排污单位排放的废水、废气、噪声、废渣、电磁和放射性辐射、污染治理情况做一次登记
4.4.2排污申报登记数据分析
排污申报数据类型:
1、单位基本概况数据2、废水排放数据3、废气排放数据
4、固废排放数据5、固定噪声源和建筑工地噪声数据
4.4.4排污申报登记GIS结构设计
排污申报系统大体分为六大部分,1、数据管理;2、数据查询;3、数据分析;4、数据处理;5、重点源分析;5、系统维护
4.5排污收费GIS开发
4.5.1排污收费
按照国家排污收费标准,超过排放污染物标准的一切企业、事业单位要征收排污费。
4.5.2排污收费GIS功能设计
1、污染源管理2、排污费计算与审核3、排污费征收管理4、排污费减免处理5、查询统计
6、系统管理
4.5.4排污收费GIS实现
排污收费GIS是面向排污单位和环境保护部门的业务系统。
可实现污染源信息的管理、排污费计算与审核、排污费征收管理、排污费减免处理、查询统计、排污费征收信息与专题图制作等
4.6建设项目管理GIS开发
三同时:
“建设项目中防治污染的措施,必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用。
防治污染的设施必须经原审批环境影响报告书的环保部门验收合格后,该建设项目方可投入生产或者使用。
4.6.3建设项目管理GIS功能设计
(1)代码维护功能
(2)数据数入功能(3)数据输出功能(4)数据汇总功能
(5)数据查询功能(6)系统维护功能(7)GIS功能
专题图:
基本信息专题图;
河流预测污染排放专题图;区域范围三废排放分布情况;区域范围污染物累计负荷情况。
4.6.4建设项目管理GIS结构设计
功能模块分为:
数据输入,数据校验,数据统计,数据查询,图表分析,地图分析与系统维护。
4.6.5建设项目管理GIS实现
建设项目管理GIS需要实现基本信息、河流的预测排放量和实际排放量、区域范围“三废”排放分布、区域范围污染物累计负荷等的专题图显示。
系统输出结果:
1、专题图;2、各种综表。
4.7烟尘控制区管理GIS开发
烟尘排放是城市的主要污染源之一,为控制大气质量,将质量控制具体到每个区域,专门成立烟控区来进行管理。
烟控区的管理工作包括污染排放管理和设施管理。
4.7.2烟尘控制区管理数据分析
烟尘控制区管理数据来源于环境监测与排污申报业务部门,数据库设计要兼顾已有的这2个数据。
烟尘控制区信息表包括:
生产单位基本情况表,生产单位设备表,监测指标评价表,燃烧设备信息表,除尘设备信息表,监测情况记录表,监测结果评价表,污染单位灶窑炉烟尘排放情况一览表等。
烟尘控制区管理子系统数据库包含:
基本数据库、中间数据库和报表库。
4.7.4烟尘控制区管理GIS结构设计
烟尘控制区管理GIS需要建立基本信息查询,燃烧设备查询,除尘设备查询、污染监测查询、烟控区数据统计、数据汇总、GIS表达和分析等模块。
4.7.5烟尘控制区管理GIS实现
烟尘控制区管理GIS可实现基本信息查询,燃烧设备查询,除尘设备查询、污染监测查询、烟控区数据统计、数据汇总、GIS表达和分析等模块。
一般来说,烟尘控制区管理GIS常用功能主要集中在大气污染等背景数据的查询和分析方面,可直接为烟尘控制和管理提供依据。
4.9.2流域环境管理GIS功能设计
•流域管理GIS功能设计主要应该具备的功能:
•1、流域水质管理:
主要河段沿程分布状况管理、监测断面污染物分布率、监测断面水质类别、监测断面主要污染物信息查询显示、水质状况报告、评价指标设置。
•2、流域污染管理:
治理设施运行情况、排污区域分布、排污行业分布、污染物排放大户、废水排放方向等信息查询、排污状况对比、污染源缓冲区分析、污染源状况报告以及评价指标。
流域管理GIS功能:
•1)主要河段水质沿程分布信息管理2)
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