南京城市环境地理信息系统.docx
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南京城市环境地理信息系统.docx
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南京城市环境地理信息系统
南京城市环境地理信息系统
组员名单:
曹奇、曹陈霞、高永攀、高瑞超、黄赟、刘云龙、牛洪涛、叶海边、王俊杰、朱成林、张志生、海美
(排序不分前后)
以南京都市环境地理信息系统为例,利用GIS技术论述了地理信息系统在环境治理中的应用,对系统软件的设计与实现作了介绍和分析,着重论述了系统的技术关键和解决方案。
说明了利用GIS技术给环境治理工作带来的便利,及对环境地理信息系统的进展前景作了展望。
随着我国环境爱护工作的深入开展,环境信息化治理已成为衡量环境治理能力的重要内容之一。
环境信息治理所涉及的数据除具有时刻性和动态性特点外,还具有空间分布的特点,因此将地理空间数据与环境监测数据有机结合在一起极为重要。
但过去在环境信息治理方面的研究要紧集中于治理信息系统(MlS),空间数据与监测数据无法统一考虑,为此开发空间数据与环境监测数据高度结合的都市环境地理信息系统显得极为必要。
地理信息系统(GIS)最大的特点在于把社会生活中的各种信息与反映地理位置的空间信息有机地结合在一起,并可依照用户需要对这些信息进行分析基于Internet技术的地理信息系统——WebGIS,通过互联网公布和出版空间数据,能够实现各部门之间的数据共享,同时能够由各部门共同合作完成融合多种数据源的1项大型任务。
利用GIS技术,结合Internet技术,实施环境信息综合治理是与现代化环境治理进展趋势相适应的。
作为环境信息化治理工作的重要组成部分——环境地理信息系统,以其独有的技术手段,结合互联网的优势,解决了从前环境治理工作中的难点,越来越受到研究者的重视。
1南京都市环境地理信息系统的设计
针对现有的治理模式以及具体的工作内容,南京市环保局在目前积存的众多环境历史数据的基础上,力求开发以GIS技术为应用平台的环境信息综合治理系统,旨在实现对各类环境数据的统一和规范化治理。
1.1系统建设背景
1.公共绿地不足。
2O世纪9O年代以来.随着南京市人口膨胀以及交通与住宅的不断进展.生态绿地面积大量减少。
目前.主城区人口集中的lf9城和河西新区人均公共绿地分别为1.87m/人和3.18m/人.1f9城的指标仅为国家都市建设用地标准的四分之一左右。
2.都市热岛效应明显。
依照遥感影像分析:
2002年,南京主城区最高量温值为41.97℃,最低亮温值为24.87℃,二者相差17.10℃。
如不采取有效的防止生态环境退化的措施,南京市的热岛效应还有进一步增强的可能。
南京环境污染要紧包括:
3.都市水环境污染严峻。
目前,南京市如秦淮河、金川河等河段水质差不多连续10多年未能达到地表水V类标准。
南京市水环境质量不容乐观的另外一个表现确实是湖泊的富营养化状态加剧和河流的生态环境恶化。
4.空气环境状况不佳。
1990年代中后期,氮氧化物(NOx)和悬浮颗粒物以及降尘成为南京市空气环境中的要紧污染物,同时其含量连续4年超过国家标准。
目前,南京、上海和杭州等都市已成为我国东部要紧的酸雨地区,自2001年以来,南京市的酸雨显现频率均超过25%,雨水PH年均值低于5.6而且雨水的酸性呈逐步增强趋势。
1.2系统的目标
以南京市电子地图的基础地理信息和污染事故风险源、污染物理化特性、应急监测方法以及污染事故应急监测预案等数据库为基础,在突发性环境污染事故发生时,为现场快速监测,应急处理提供决策支持和辅助信息保证,如图1所示。
(1)以便利、完善、直观的属性数据和空间数据为环境治理和爱护提供更好的服务和支持;
(2)整合图形库、数据库、模型库和方法库,以良好的环境分析、环境评判和环境治理方法,为各级决策的研究和制定提供更科学的依据;
(3)对数据进行集中的网络化治理,实现环保系统内部充分共享信息资源,提高环保治理的透亮度;
(4)为环保系统各单位提供实时、高效的信息公布——访问系统,使之联系和交流更为紧密,提高环境治理的相应能力;
(5)使之成为国家环保信息工作和都市政府信息工作中的一个高质量、高效能的节点。
图1环境数据调查统计流程图
1.3系统的功能
(1)实现各类环保数据的综合查询,具有对地理空间分析和数据综合分析的能力,并能提供分析报告和报表,具备为决策提供支持的能力;
(2)具有对信息分析后提供专项推测的功能;
(3)支持通用网络技术,实现更广范畴的信息共享,不仅为环境治理部门提供支持,同时还对社会提供展现和宣传,以促进全社会监督体制的完善和公众环境意识的提高。
1.4系统的体系结构
本应用系统开发所采纳的地理信息系统平台是MapGuide4.0版,它是由美国Autodesk公司开发并通过Internet/Intranet公布实时地理信息的交互式解决方案,是一种成熟的WebGIS产品。
网络数据库软件采纳Macromedia公司的ColdFusion软件实现,数据库系统用ODBC驱动。
客户端使用IE6.0以上IE扫瞄器,内嵌MapGuideViewerActiveX地图扫瞄控件。
系统体系结构如图1。
图2系统体系结构图
1.5系统的功能模块
1.5.1环境质量模块
分别从大气、水、噪声3个方面以分布图、专题图、动画等形式,生动直观地反映环境状况。
1.5.2环境统计模块
能够查询需要的企业信息,并对该企业的历年数据进行汇总比较。
1.5.3总量操纵模块
依照用户指定的企业名称,能够在地图上快速显示其位图2系统结构模块图
置;或者通过条件查询指定诸如年份、区域、类别等条件,系统自动选择出相应企业污染源信息;还能够依照污染源分类的指标,对相应的数据进行排序。
通过汇总统计能够动态生成污染物排放总量、打算排放量和尚需削减量的信息,以及具体污染物在各地区内的分布情形。
1.5.4污染源监测模块
将环保监测部门对污染源数据的监测值进行分类治理,用于环保各部门对污染源监测数据的查询、统计,为环保部门综合治理污染源起到信息支持、辅助决策的功能。
1.5.5排污申报登记模块
使用现有排污申报软件的数据库,并按其各类报表格式显示相应信息,实现灵活快捷的网络查询。
1.5.6项目建设治理模块
与“国家建设项目治理”软件全面兼容,有关数据、报表在网络上传递、公布和查询,能够以多种方式进行相关数据的查询和汇总。
治理部门能够进行在线点位标识、修改、删除并进行环境评判和项目验收工作。
I.5.7环境爱护专题图集模块
环境爱护专题图是1种明确、直观地反映环境爱护工作特定内容的有效手段,是环境爱护工作的1种直截了当需求。
在“南京环境地理信息系统”中,专题图制作的方法简单,操作容易,有良好的扩充性,能满足用户的各类需要。
2系统实现的技术关键
2.1数据兼容问题
数据库建设目标是建立数据库以及数据治理的模式方法,集中各业务部门的数据,形成能够在网络上共享的数据仓库,有效地进行综合治理,利于和谐环保各职能部门之间的工作。
南京都市环境地理信息系统中数据库的治理是专门重要的部分,由于该系统是1套综合性的系统,需要实现对现有仍在使用软件数据库的访问,因此兼容问题是首要考虑的问题。
该系统采取在服务器端使用ODBC方式实现数据库的连接,如此能够专门好地保证系统实现对各种数据库的访问,提高系统适应各种数据库的能力。
目前该系统能够完全兼容现有的各类业务数据库,如:
现行的国家环境统计软件数据库、环境监测软件数据库、排污申报登记软件数据库等。
系统使用数据库时不需要对数据库进行任何转换,只需要改ODBC设置即可。
2.2地图数字化
对南京市行政区图进行矢量化,标注企业点位、大气监测点位、河流断面监测点位以及道路、水系、水库等信息,为系统提供地理信息资源。
2.2.1地图数据来源
南京市区地图,南京城区地图,南京旅行交通图。
2.2.2地图数字化
采纳扫描矢量化方法。
将地图扫描后用AutoCADMap2000软件进行数字化地图的制作,然后用AutoCADOverLayl4进行矢量化地图。
图4南京交通图
2.2.3地图数据的使用
系统的空间数据包括:
基础底图(城区底图、市区底图)、专业图层,由系统自动调用。
2.3网络技术
建立基于Internet/Intranet(因特网/局域网)的信息传输模式,实现属性数据与地理空间数据的共享、显示和查询。
采纳通用的B/S程序设计,兼容国际因特网的超文本传输协议,客户端安装方便,应用过程简单,效率高。
整个系统不仅在局域网中能够运行,同时也能够在国际互联网上公布,更有利于对外的环境宣传工作。
2.4图形数据与属性数据动态连接的实现
2.4.1图形数据与属性数据之间唯独标识码设计
要做到属性数据与图形数据之间的连接,需要有一标识码来识别2者之间的联系,即属性数据与图形数据要有一字段储备标识码,达到两者之间相互检索。
在MapGuide软件应用的原始SDF文件中,参数KEY中可储备此标识码,在外部数据库中同样能够有一字段来表示标识码。
2.4.2空间数据与属性数据动态连接的实现
ColdFusion是1种专门的软件,用来解决图形数据与属性数据之间的动态连接,它是1个快速建立Web应用系统的高效工具,其提供了实现图形数据与外部数据库高度集成技术最为快捷的方法。
利用ColdFusion开发应用系统并__不需要象传统的程序语言的源代码,它符合标准的HTML规则,ColdFusion的语言称之为TheColdFusionMarkupLanguage(CFML)。
通过ColdFuison用SQL语句通过ODBC可实现对外部数据库的操作。
利用图形数据与属性数据之间的唯独标识码,即可实现2者的连接,实现两者的双向检索。
当客户端发出1个要求时,通过Internet网络,到达服务器端,IIS(InternetInformationServer)将要求传递给MapGuideServer和ColdFusionServer,MapGuideServer处理空间数据的要求,ColdFusion则通过图形数据与属性数据之间的唯独标识码,利用SQL语句通过ODBC在数据库中检索到与图形相关联的记录,然后通过IIS、Internet传送到客户端,达到了实时查询的目的。
3南京都市环境地理信息系统总体设计
3.1系统的软硬件环境
“南京都市环境地理信息系统”是运行于NT网络操作系统环境中的客户端/服务器系统,属于WebGIS系统。
其要紧软硬件环境需求为:
3.1.1服务器端
(1)PentiumPC机;
(2)至少512MB的内存;
(3)至少40G的硬盘空间;
(4)VGA或更高级的独立视频卡;
(5)安装MicrosoftInternetInformationSever的
Windows2000或WindowsNT4.0以上版本操作系统;
(6)网络图形功能由AutodeskMapGuide4.0软件实现;
(7)数据库访问功能由ColdFusionServer软件实现
3.1.2客户端
(1)486或PentiumPC机;
(2)至少256MB的内存;
(3)至少10G的硬盘空间;
(4)VGA或更高级的视频卡;
(5)Microsoft鼠标或其他可兼容的鼠标;
(6)WindowsNT或WindowsXP操作系统;
(7)MicrosoftInternetExplorer6.0或更高版本的扫瞄器;
(8)AutodeskMapGuideViewerActiveX控件。
3.2开发工具
该系统要紧面向网络公布、网络查询、统计分析等的应用。
客户端使用扫瞄器,因此要紧采纳Java语言和ASP语言开发,另外设计中还应用了ColdFusion语言、VB语言等。
其中Java、ASP语言要紧应用于网页的设计;ColdFusion的作用是用来进行网络数据库的查询;VB语言则是用来对GIS地图控件对象进行设计的。
在系统开发过程中,应用VB开发工具成功进行了MapGuide软件的二次开发,制作了自己的用户控件。
3.3系统的数据库建设
地理信息系统的数据库包括2部分:
空间数据库和属性数据库。
空间数据要紧用来描述目标的空间位置、几何形状以及与其他目标的空间关系,如:
地势、道路、水系、地物、边界等。
空间数据刻画对象的空间位置以及对象之间的相互关系,专门难严格的加以结构化,难以用数据库治理系统(DBMS)来治理。
属性数据要紧是储备环境治理方面需要的数据,如:
企业信息、SO2含量、pH值等。
属性数据一样是能够结构化的,因此,能够用传统的DBMS来治理,并实现快速、可靠的检索。
3.3.1系统的空间数据
空间数据要紧包括基础底图(城区底图、市区底图)、业务图层、专题图。
图层分类如表1、表2。
专题图层依照具体情形由用户自己设计制定。
3.3.2系统的属性数据
“南京都市环境地理信息系统”完全使用现行的国家环境统计软件、环境监测软件、排污申报登记等统一软件的数据库文件,仅需将其数据库文件拷贝至系统的相应名目。
另外依照国家公布的标准,结合地理信息系统的实际需要,建立了部分诸如各种污染源、噪声源、排污口、监测点等的环保GIS符号库举荐给用户,用户也能够依照自己的需求定制自己的符号库。
4系统详细设计
依照总体设计时期的成果,信息系统分为9个功能模块,分别为环境监测模块、水环境质量信息治理模块、噪声环境信息治理模块、环境统计模块、排污申报登记模块、建设项目治理模块、流域环境治理模块、都市环境综合整治定量考核模块、环境污染事故应急模块。
详细设计时期的任务要紧是给出这些功能模块的具体流程及实现算法,包括模块具体实现方案的制定以及模块的界面形式。
以下要紧介绍各模块的具体流程。
4.1环境监测模块
环境监测(EnvironmentalMonitoring)是用科学的方法监视和检测反映环境质量及其变化趋势的各种数据的过程。
监测的对象有自然因素、人为因素和污染组分。
环境监测是把握环境质量状况和进展趋势的重要手段,是科学治理环境的基础,是正确处理环境污染事故和污染纠纷的技术依据,其监视程序具体如图5。
图5环境监测模块实现流程图6水体质量监测功能分析流程
4.2水环境质量信息治理模块
水体质量监测与治理要紧分为业务流程分析和功能分析。
其中,业务流程分析分为业务打算、数据录入、业务初审、业务复审、业务终审和业务数据提交;该模块的功能包括数据治理功能、分析运算功能、专题制图功能和报表功能,实现的流程如图6。
4.3噪声环境信息治理模块
环境噪声自20世纪70年代以来被称为都市环境问题的四大公害之一。
如何提高人居环境质量成为一个迫切需要解决的问题。
噪声监测模块功能的实现如图3。
4.4环境统计模块
环境统计的任务是对环境状况和环境爱护工作情形进行统计调查、统计分析,提供统计信息和咨询,实行统计监督。
4.5排污申报登记模块
模块结构设计
。
数据治理(数据录入、数据修改、数据转换)
。
数据查询(单位查询、单表查询、组合查询、组合查询)
。
数据汇总(基础数据汇总、上报数据汇总、汇总数据图形表示)
。
重点源分析(重点源生成筛查、申报重点源查询、行业重点源查询、单项重点源查询)
。
系统爱护(批量删除、用户治理、系统设置、代码表爱护、地区设置、用户信息治理)
4.6建设项目治理模块
建设项目治理:
建设项目治理包括建设项目环境爱护申报情形、建设项目环境爱护审批登记情形、建设项目环境爱护“三同时”竣工验收登记情形等。
模块结构设计:
数据输入;数据输出;数据汇总;数据查询;GIS功能(空间位置查询、空间量算、空间数据的汇总、专题图的制作);系统爱护与代码爱护。
4.7流域环境治理模块
模块结构设计:
数据治理、数据查询、分析报告、数据统计、报表输出、系统爱护。
流域环境治理是指国家以重要江河、湖泊的流域为单位、对水资源的开发、利用、治理、配置等活动所涉及的水环境问题进行同意的治理。
包括要紧河段沿程水质治理、监测断面污染物分析、水质评判、企业排污治理、治理设施、排污单位信息治理、污染源排污状况分析、饮用水源治理等。
流域水质治理:
河流沿程分布状况信息治理、监测断面污染物分布率、监测断面水质类别、监测断面要紧污染物信息查询显示、水质状况报告、评判指标设置。
流域污染源治理:
治理设施运行情形、排污区域分布、排污行业分布、废水排放方向等信息显示、排污状况对比、污染源缓冲区分析、污染源排污状况报告以及评判指标设置。
4.8都市环境综合整治定量考核模块
此模块的必要性:
随着可连续进展战略的逐步实施,都市环境综合整治定量考核差不多成为都市环境治理的重要手段和促进都市经济、社会和环境爱护和谐进展的战略性措施。
4.9环境污染事故应急模块
模块的必要性:
发生污染事故时,需要环境污染事故应急GIS确定事故中的危险品情形,确定相关预案治理和监测治理情形,进行应急监测和数据分析,并制定和实施环境污染事故应急处理执行方案。
环境污染事故应急GIS应具备风险源治理、危险品治理、仪器设备治理、应急监测专家治理、应急监测案例治理和污染事故应急分析。
突发性事件的应急行为要素包括:
时刻、地点、人员和应急计策。
在实际的操作中,将应急分为:
●事前操纵(对污染源的实时监测、风险源治理、监测预案治理)
●事中的应急监测(事故发生时或可能发生事故征兆时采取的反应措施)
●事后的操纵(通过重大事故案例治理,总结体会备案)
5系统的分析
5.1系统设计的评判
在系统设计终止之后,系统实施开始之前,第一对系统的设计成果进行全面评判。
现在,系统功能、数据块规模,所需要的软硬件都已明确。
进行系统设计评判能够幸免在系统实施时期造成重大缺失。
在南京市环境信息系统中有以下评判指标:
序号
评判指标
具体内容及评判结果
1
数据结构简明性
系统在完成所需功能的前提下,处理过程差不多专门短。
减少了不必要的处理经费,提高了系统效益,便于系统治理。
2
设计灵活性
系统的结构简单,方便爱护和以后的升级,对南京市的环境变化具有较强的适应能力。
即使条件变化以后,该系统仍旧能够提供有价值的信息。
3
设计完整性
系统的完整性强,具有统一的数据采集流程,设计规范标准,传递语言一致。
数据的输入量少。
4
设计可靠性
系统具有实时爱护的功能,在系统非正常工作的情形下能够自动储存数据。
5
设计经济型
系统不能产生直截了当的经济效益,然而通过该系统能够促进南京市的环境改善,同时系统运行以后能够减少南京市在都市环境上的支出,间接的取得良好的经济效益。
表3南京市环境信息系统设计评判指标
5.2代码编写工作的组织和治理
1.通过了以上的系统设计评判,开发小组制定了系统实施打算,并制定如下编码规范。
2.在适当的位置家兔必要的注解,即程序内部的文档。
3.数据说明应以方便阅读、明白得、查找和爱护为目的;注意声明次序的标准化;不同变量在同一语句中声明时,应按字母先后顺序排列。
4.语句书写应有层次感,便于明白得。
例如采纳缩进排列、幸免使用大量的嵌套结构、不将多个语句放在同一行中书写、幸免复杂的条件测试等。
5.程序组织应具有固定的层次。
如先进行数据输入或数据初始化,然后进行数据处理,最后是结果输出。
6.数据输入应进行完整性检查,格式力求统一、简单,应有必要的提示信息及友好的用户界面。
7.对输出的结果应采纳良好的格式,并加以必要的说明。
8.为了对代码进行合理的治理,建立了代码文档机制。
代码文档包括程序的源代码及程序名目,其中程序名目应包含每个程序所存放的位置、名称、功能及编写和修改的最后日期。
9.制定开发小组人员的培训。
南京市环境信息系统采纳c#进行开发。
5.3功能实现
5.3.1系统的结构与特点
系统的硬件结构通过代理服务器(ProxyServer)将IN2TERNET和INTRANET进行连接,并在代理服务器上运行软件防火墙,保证内部网络的安全性.关于INTERNET网络用户,能够通过WEB服务器上的CGI程序动态访问到数据库,及时了解环保工作的进展状况和其他信息.系统采纳目前流行的客户端/服务器(C/S)结构,有效地减少了网络通讯量,减轻了对带宽的压力.同时,依照用户需求和软硬件配置的特点,将系统分为10个业务治理模块和一个公共分析的地理信息系统模块(见图7).
图710个业务治理的模块
5.3.2系统数据流
系统数据分为环保业务数据和空间属性数据2大部分,它们之间通过特点代码进行连接.每个环保业务模块的数据库可拆解为字典库、代码库、标准库、基础数据库等4个部分.空间数据库包括县区界、绿地、公路、小区、陆地卫星影像图等。
5.3.3系统功能结构
依照环境治理业务需求的实际需要,设计了系统差不多功能,包括所有类型数据的录入、查询、统计分析,同时提供了系统代码爱护功能,使系统更加灵活.在空间分析功能上,系统设计了GIS空间分析、环境质量评判、环境阻碍评判、空间趋势分析等5个模块.最后,使用者能够依照实际情形选择内容输出形式,包括报表输出、空间分析制图、数据库内容的多格式输出,并对环境质量作出分析评判。
图8功能结构图
5.4系统的安装与调试
在系统开发终止之后,需要将不同开发人员开发的功能模块组装配置起来,进行整个系统正确性和可靠性的检验,系统检验的手段有多种,测试确实是其中一种,这种方式是使系统有操纵地运行,并从多种角度观测系统运行的行为,以发觉系统开发中存在的问题并加以改正。
那个过程有可能重复多次直到系统运行状态令人中意为止。
系统的安装与调试:
即对系统硬软件的安装及调试。
5.4.1系统硬件的安装
硬件安装指的是前面硬件配置中所提到的诸多硬件设备,如打印机、绘图机、扫描仪、数字化仪等的安装。
即把它们按照正确的顺序和方式联结、组织起来,并把相应的硬件驱动程序安装到硬盘上。
5.4.2系统硬件的调试
硬件设备联结好以后,并不是说它们赶忙就能够顺利地工作了,正确的做法应该是对硬件设备进行调试,诊断其是否会发生硬件上的错误,如打印机、绘图机所使用的并行或串行通讯接口是否会发生冲突,系统能否检测到各个硬件设备,各驱动程序参数设置是否正确等等。
5.4.3系统软件的安装
那个地点所说的软件不仅包括前面设计的成果——GIS软件包,同时还包括其它相关的支持软件,如操作系统软件Dos、Windows、Unix等;图形处理软件AutoCAD、3DS、Photoshop等;各种工具软件象汉字平台中文之星等软件。
5.4.4系统软件的测试
这种测试不同于上一节讲的程序的测试,而指的是整个系统软件的测试,包括GIS软件和其它支持软件是否能相互兼容,软件间的接口、程序的运行是否正常等。
5.4.5系统的综合调试
综合调试指的是系统软件与硬件通过各自安装以后,为使两者能和谐地工作而进行的一种测试,目的是使硬软件能相互衔接起来,使系统正常有效地运转。
6环境地理信息治理系统的进展前景
南京都市环境地理信息系统的建立,能够使治理者完全摆脱繁重的手工操作,利用地理信息系统技术辅助治理和进行决策分析,提高工作的科学化、规范化水平,高效利用各种信息,保证资料的完备性、实时性,提高查询的速度,促进信息共享。
作为环境信息系统工作的重要组成部分——环境地理信息系统,以其独有的技术手段,结合互联网的优势,解决了从前环境治理工作中的难点,因此越来越被人们重视。
另外都市环境地理信息系统的治理方法和思路不仅仅能够应用在环保领域当中,同样也是用于都市市政管网建设、都市规划、都市交通、电信等领域,进而为开发都市综合治理系统提供实践基础和理论指导,提供以GIS为基础的解决方案。
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