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紧密结合环境保护行业的特点,完全依照环境保护行业GIS解决方案的原则和依据,对环境管理中的各种专业数据实施强有力的分类管理,根据环保部门的实际应用要求,不仅能够对影响环境状况的各种要素进行分析,而且能通过污染源、监测点的详细资料,对整体环境的状况进行分析、监测。
环保信息系统的推出,使环境管理部门从日常繁重的图数查询和手工分析、制图的工作中解脱出来,使管理者有了充裕的时间去进行环境污染源的监督、查处、环境保护计划的实施以及环境规划的制定等工作,针对不同的应用实现移动的、基于网络的各种应用,能够对GPS、GPRS、遥感影像、视频、实时监控等做到很好的处理。
1.4系统的设计原则
本系统将根据国家环保总局关于在全国各省市实施《国家环境监控信息系统》的要求,充分考虑苏州市环保局及国家环保总局的要求,并结合环保部门的业务需求进行具体设计,具有明显的针对性。
基于GIS的污染源管理系统的建设是环保信息化建设的重要部分,必须从环保信息体系建设的全局考虑,将系统建成一个高起点,易于扩充、升级、管理和使用的网络系统。
因此,在设计时,我们突出了以下原则:
1.实用性与适用性原则
在本系统的设计中,首先要考虑的是实用性和易于操作性、易于管理和维护,易于掌握和学习使用。
采用技术成熟的网络技术和设备及通信技术,同时要考虑对现有设备和资源的充分利用,保护原有投资。
当前网络技术发展迅速,新的设备不断涌现并趋于成熟,在满足实用性的基础上,起点要高,将选用先进的网络技术及通信设施,将计算机网络应用的技术水平定位在一个较高的层次上,以适应环保部门的业务需要。
本系统可兼容目前其它监测系统的数据,符合苏州市管理的要求,并能方便地满足总量收费、GPS调度等进一步管理要求。
2.开放性与标准化原则
在总体设计中,采用开放式的体系结构,使系统易于扩充,使相对独立的分系统易于进行组合调整。
有适应外界环境变化的能力,即在外界环境改变时,系统可以不作修改或仅作小量修改就能在新环境下运行。
网络选用的通信协议和设备要符合国际标准,将不同应用环境和不同结构优势有机地结合起来。
也就是说,要使网络的硬件环境、通讯环境、软件环境、操作平台之间的相互间依赖减至最小,发挥各自优势。
同时,保证网络的互联,为信息的互通和应用创造有利的条件。
3.可靠性与安全性原则
系统安全可靠运行是整个系统建设的基础。
鉴于环保信息的重要性,网络系统有较高的可靠性。
另外,确保系统的正确性、数据传输的正确性,防止异常情况的发生。
4.经济性与可扩充性原则
环保系统的建设,将从经济性着眼,在完成系统目标的基础上,尽量减少重复建设充分利用现有监测设备。
5.接入广泛性及接口标准化
为最大限度保护原有的投资、方便今后的升级、扩展,系统符合标准化协议(如TCP/IP、HTTP等),采用标准化的设计和标准化的产品。
在系统接入方面,采用了开放的接口标准,使系统的接入更具有广泛性。
在系统数据传输方面,采用PSTN、ADSL、无线通讯及手机通讯等方式,从而满足不同设备的需求。
监控中心与软件系统有很好的开放性和扩展性,数据处理和使用允许多元化挖掘,并允许多种环境数据的接入。
二、系统主要内容
2.1污染源综合信息管理
基于GIS的污染源信息管理系统的功能包括以下几个方面:
污染源(企业)基本信息的管理、排污口信息的管理、危险化学品信息的管理、污染源治理设施信息的管理、监察情况汇总信息的管理等。
2.1.1污染源(企业)基本信息管理
本模块主要完成对企业基本情况、排污情况、主要产品、主要原料、生产工艺流程、污染事故的防治措施等的管理,实现分类查询、统计。
系统可以直接引入企业管理信息。
2.1.2排污口信息管理
本模块主要完成对企业各排污口的地理位置、排放的污染物、排放量、自动监控装置等的管理,实现分类查询、统计。
2.1.3危险化学品信息管理
本模块主要完成对企业危险化学品的理化性质、处置方法、分析方法、检测要素等的管理,实现分类查询、统计。
2.1.4污染源治理设施信息管理
本模块主要完成对企业各污染源治理设施的处理方法、处理能力等的管理,实现分类查询、统计。
2.1.5监察情况汇总信息管理
本模块主要完成对污染源现场监察情况、新建项目现场监察核实情况、建设项目试生产现场监察情况、建设项目验收情况、专项执法检查情况、信访调处情况等的管理,实现分类查询、统计。
图形/数据库编辑。
提供污染源常用的编辑功能。
完成编辑污染物基本信息,编辑污染物的图形数据。
可以保存污染专题图的点文件。
2.1.6污染源污染治理专家信息管理
本模块主要完成对污染源污染治理人员信息的编辑、查询,对污染治理机构的职责、要求信息的编辑、查询。
2.2重点污染源实时监控及预警
以污染源综合信息为基础,建设基于GIS的重点污染源实时监控及预警系统。
系统功能要求如下:
1.在GIS地图上显示重点污染源的分布情况,以及各重点污染源周边的地理情况。
并能由地图直接进入各污染源企业,查询实时监控情况和污染源的综合信息。
2.重点污染源实时监控部分,要求能实时接收污染源现场设备的监测数据,并根据监测数据实现查询、统计和图表分析。
2.2.1GIS地图的应用
系统基于1:
1万的基础地理数据开发。
实现电子地图用于污染源信息的查询、分析、统计。
利用污染源综合信息管理系统的基础空间数据和各种专业空间数据,集合资源库中的属性数据(历史资料数据及综合统计数据),利用WEBGIS的方式,实现数据采集、数据变换、数据库管理、信息输出图形图像显示以及信息查询等功能。
污染源信息查询包括污染源点定位,多媒体介绍,污染源单项查询,污染源图元属性查询,地方数据库查询,污染信息查询,污染区域查询。
实现对污染源的单项信息查询(如工业用水、工业废水、工业能耗、工业固废、工业治理设施)。
对监测点的各方面(二氧化硫、氮氧化物、总悬浮颗粒物、一氧化碳、降尘、降水PH值)污染信息的查询。
查询自定义范围(圆形、矩形、任意多边形)内某一年污染源的污染信息。
并提供多种直观输出方式。
同时,还可利用相关的GPS(卫星定位导航系统)后台通讯处理系统或接口服务系统,为应急联动指挥提供各种移动或固定目标的指挥、监控和调度。
在环境监察车上装载GPS定位模块,通过GPS车载装置的无线信号传递,实现车辆在GIS上的定位追踪和指挥。
2.2.2重点污染源实时监控
通过软件平台,实现对苏州市的重点污染源的实时在线监控,要求功能主要如下:
1.在线监控:
分别提供实时监控、数据传输、日志管理等功能;
通过现场的各种在线监测设备(COD仪、TOC仪等)传输排污数据和现场摄像设备对企业的排污图像情况进行实时监控。
软件的开发过程中应当充分考虑到各种仪器的可接入性和可扩展性。
能与任意的数据采集仪结合。
具备可拓展性,为系统的升级提高留有余地;
具有广泛的兼容性,能与其它系统兼容。
2.数据分析(报表分析):
报表种类应包括:
全市排污日报、月报、年报;
排污口排污日报、月报、年报等。
分别提供历史数据查询、报表分析、图表分析等功能。
污染源历年统计和分析包括筛选企业分析、各污染物排序分析、污染源报告分析、污染源缓冲区分析、污染源区域分析、污染源水系分析、大气环保预测、三维地貌显示、等标负荷分析。
对各种污染物进行排序分析,能直观反映各企业的排污严重情况。
快速统计污染源废水排放量、废气排放量、废水等标污染负荷、废气等标污染负荷。
提供点源模式和面源模式两种分析模型。
监测资料分析。
包括污染点位分析、污染等值线分析、大气环境质量状况、污染变化趋势分析、大气质量周报分析、区域噪声地图化分析、道路交通噪声图生成等。
系统采用等值线方式分析全区范围的污染情况。
提供平面和立体等值线两种分析模式。
对大气环境质量按年度分析四季污染(二氧化硫、氮氧化物、总悬浮颗粒物、一氧化碳、降尘、硫酸盐化速率、降水)的变化趋势,并在地图上动态绘制直方图。
可以支持多条件(按各类关键字)的模糊查询,实现对历年数据(按不同年份)的即时查阅。
能实现报表的按条件查询,并且系统支持报表即时打印,以及支持报表的引出。
引出格式应包括WORD、EXCEL等常用文字、图表处理软件,可以实现对特殊报表的再加工。
相关信息可以手工输入,也可以批量导入。
对于各类统计报表,除实现报表数据的引出外,还应实现对统计数据的图表分析,系统应提供多种图表的实现方式(三维饼图、柱状图、折线图等),并且系统能支持这些图表的打印。
支持套打功能的实现。
3.预警管理
系统应提供的报警类型:
断线报警、超标报警和开关设备报警。
系统应实现的报警方式:
系统自动报警、短信报警、邮件报警。
报警方式的实现,除要求在系统上实现预警功能之外,还需与当下的GSM平台、邮件平台实现互连。
即:
消息提醒与手机短信平台绑定。
在系统自动报警的同时,给相关人员的手机发送报警短信。
消息提醒与办公系统绑定。
在系统自动报警的同时,自动将消息以邮件的方式发送到环保局办公系统的相关邮箱中。
2.3系统安全性
*分别提供权限管理、用户定义、数据维护、系统诊断等功能。
*权限管理应分为三层:
功能权限、范围权限、数据操作权限。
领导和工作人员根据职责权限能够查看相关信息。
具有多级传递和分级反控功能。
*可由用户自行进行对访问人员帐号、密码的授权、修改。
*提供数据维护(数据字典)功能,用于设置系统的一些参数,如常量管理、设备管理和监控源类型设置等。
三、系统主要特色
3.1充分体现GIS的优点
各级环保部门在日常管理业务中,需要采集和处理大量的、种类繁多的环境信息。
而这些环境信息85%以上与空间位置有关。
GIS的强大功能之一是它的空间数据的采集、编辑、处理功能和对空间数据的管理能力。
使用GIS,可以建立各种环境空间数据库。
例如:
污染源空间信息数据库(包括工业、农业、交通等污染源数量、属性和污染源发生的地域范围)、环境质量信息数据库(包括空气、水、噪声等),GIS能够把各种环境信息与其地理位置结合起来进行综合分析与管理,以实现空间数据的输入、查询、分析、输出和管理的可视化。
例如,基于GIS平台,厦门市建立了城市环境空间数据库和污染源监测属性数据库,开发了网络化城市环境质量地理信息系统,该系统涵盖了大气、地表水、声学环境的监测信息,以分布图、专题图、三维模型等形式,生动直观地反映环境质量状况。
在环境监测过程中,利用GIS技术可对实时采集的数据进行存储、处理、显示、分析,实现为环境决策提供辅助手段的目的。
GIS给污染源管理系统中的数据呈现平台提供了暂新的理念。
以往都是采用固定地图上固定位置嵌入LED,通过复杂的硬件来实现简单的报警显示。
将GIS引入环保监控后,通过系统软件就可以自适应城市地图的切换、缩放、修正以及污染源位置的增删、修改和报警等。
图:
此外,系统采用了WebGIS的方式进行信息发布。
WebGIS是Internet技术应用于GIS开发的产物。
GIS通过WWW功能得以扩展,真正成为一种大众使用的工具。
从WWW的任意一个节点,Internet用户可以浏览WebGIS站点中的空间数据、制作专题图,以及进行各种空间检索和空间分析,从而使GIS进入千家万户。
WebGIS具有以下特点:
1.全球化的客户/服务器应用全球范围内任意一个WWW节点的Internet用户都可以访问WebGIS服务器提供的各种GIS服务,甚至还可以进行全球范围内的GIS数据更新。
2.真正大众化的GIS由于Internet的爆炸性发展,Web服务正在进入千家万户,WebGIS给更多用户提供了使用GIS的机会。
WebGIS可以使用通用浏览器进行浏览、查询,额外的插件(plug-in)、ActiveX控件和JavaApplet通常都是免费的,降低了终端用户的经济和技术负担,很大程度上扩大了GIS的潜在用户范围。
而以往的GIS由于成本高和技术难度大,往往成为少数专家拥有的专业工具,很难推广。
3.良好的可扩展性。
WebGIS很容易跟Web中的其他信息服务进行无缝集成,可以建立灵活多变的GIS应用。
4.跨平台特性。
在WebGIS以前,尽管一些厂商为不同的操作系统(如:
Windows、UNIX、Macintosh)分别提供了相应的GIS软件版本,但是没有一个GIS软件真正具有跨平台的特性。
WebGIS则把跨平台的特点发挥得淋漓尽致。
3.2将GPS和RS充分利用到系统中
1.GPS的应用
GPS在环保中的切入点有两处,第一是在污染源监控处的数据采集设备中嵌入,第二是在监控巡逻车中嵌入。
这两处的GPS嵌入对及时发现污染源超标事件和环保监察及时处理和相应提供了有效且可靠的保证。
目前,为了能够及时响应各类突发事件,比较大的城市都配有环保监察巡逻车,在接到举报电话或者接收到各类指示的情况下,能够及时处理。
因此,及时准确的了解各巡逻车的当前位置和污染源超标的准确位置就显得格外重要了。
为此,将GPS接收单元嵌入到环保监察巡逻车和污染源数据采集仪成了首选的方案。
图GPS数据示意图
2.RS的应用
RS(RemoteSensing)遥感信息提供了全球或大区域精确定位的高频度宏观环境影像。
它扩大了人们的视野,从可见光发展到红外、微波等波谱范围,加深了人们对生态环境的了解。
在遥感与地理信息系统基础上建立的数学模型,实现了空间和时间转移,在空间上由野外转入室内,在时间上从过去、现在的研究发展到三维空间上定量地预测未来。
遥感信息技术对环境科学的发展起了重要推动作用。
遥感信息科学从理论、技术和方法上进一步将地球大气圈、水圈、生物圈作为一个完整的、开放的、非线性的系统,以现代高新技术为手段,全面地、综合地、系统地研究地球生态环境系统的各个要素及其相互关系,建立全球尺度上的关系和变化规律。
针对全球环境问题,世界各国提出了一系列大型国际环境遥感信息合作计划(有的已付诸实施)。
这些计划充分显示了遥感信息科学在环境保护领域中的作用和地位。
利用遥感信息对环境进行监测,获取了生态环境变化的基本数据的图面资料,提供了沙漠化进程、土地盐渍化和水土流失、生态环境恶化(如酸雨对植被的污染)、工业废水和生活污水对水体的污染、石油对海洋的污染等基本状况和发展程度的数据和资料,为环境的管理与治理等科学决策提供了依据。
遥感信息技术为环境科学提供了全新的研究手段。
它标志着信息获取和分析处理方法等前沿、交叉学科的兴起,具有重要的意义。
遥感信息技术的理论和方法在环境监测、评估和环境灾害的调查以及在地理信息系统支持下的分析预测诸方面有着广泛的应用前景。
遥感的切入点主要有以下有两点:
第一是通过将遥感影像与矢量图相叠加,添加标注,改变比例尺等,这样使用户看到的不仅仅是地图,还可以看到更详细的信息,同时还可以使可视化效果更加美观。
第二是通过遥感影像的波段分析来进行预测评估,例如可以分析污染分级情况的分布
重大污染源等级分布情况
3.3系统开发平台要求
1.系统采用Microsoft.Net平台开发,B/S架构或B/S与C/S结合架构
2.数据库平台采用SQLSERVER
3.GIS平台采用ARCGIS系列产品
四、系统组成
4.1系统结构
整个系统以环境监测数据(环境质量数据和污染源数据)采集和管理为出发点,环境质量数据主要包括地表水监测数据、空气质量监测数据、区域噪声监测数据。
污染源数据包括县区内各企业的污水排放监测数据、烟气排放监测数据、厂界噪声排放监测数据、视频图像监测数据。
这些数据和各类统计表数据、法规文档数据最终组成环保局的环境监测综合信息存放于环保局大型数据库中。
同时系统提供专门的数据调用接口,实现向上级环保局污染源监控信息系统的数据上传。
本系统涉及网络、软件、通讯、自控四个方面的技术,网络涉及局域网、广域网。
通讯采用宽带方式,自控涉及到数据采集、图像、仪器兼容,声光报警等。
系统设计重点围绕数据采集的完整、及时、可靠展开,向数据处理、管理应用延伸。
其中,软件具备良好的开放性和扩展性。
在数据采集和处理上要将报警数据和日常数据区别开来。
报警数据强调准确、及时,与监理人员联动,能分析异常原因,日常数据要详尽、完整,能分析年度、月度乃至每日数据分布趋势。
系统还具备水、气、声、渣等多种环境数据的接口。
图1系统结构图
图2系统总体结构图
4.2系统的主要功能
基于GIS的污染源管理系统主要实现对苏州全市的污染源信息管理和重点污染源排放实时监控监测,综合、全面、实时掌握苏州市污染源状况及污染物排放情况,为环境管理和公共决策提供技术支撑,实现污染排放事故的早期预警,提高苏州市污染源监管水平和污染事故预警、应急能力。
它主要包括如下一些模块:
地图可视化;
数据管理;
数据更新和维护;
数据查询;
空间分析和统计;
各种报表的输出与打印;
环保执勤车辆监控、排污监控、预警管理、反控功能、专题图的制作等。
1.地图可视化
进入系统时能自动加载预先准备好的数据集,并提供地图放大、缩小、平移、刷新、图层控制等工具,方便对地图交互操作,使图形数据具有较美观的可视化效果。
此外能由地图直接进入各污染源企业,查询实时监控情况和污染源的综合信息。
图地图可视化效果
2.数据管理
对所给的数据信息(包括基础空间数据、各种专业空间数据、属性数据、采集仪采集的各种数据等)进行有效的管理,具有相同属性的数据可以归为一个图层进行相应的图层管理。
3.数据更新和维护
数据更新是保持系统现势性的重要环节。
为满足国民经济建设的需要,必须定期更新数据,保持基础数据的现势性。
提供各种数据接口进行数据导入导出操作,从而实现对数据的维护和更新。
系统允许多种接入方式,多种数据处理方式,不搞一刀切。
系统根据统计数据与地图关联信息,将需要的专题统计数据导入图层属性表格,供专题地图配置和专题统计数据查询使用。
对于不再使用的图层属性字段,数据维护人员可以通过选择删除,以减少冗余数据量。
GPS数据和RS数据
4.数据查询
根据用户的需要查询所需要的信息,如可以查询数据的属性信息、图形信息等等。
信息查询主要包括空间查询、专题信息查询和基础数据的查询等。
可以支持多条件(按各类关键字)的模糊查询,实现对历年数据的即时查阅。
其中空间查询包括要素查询、位置查询、路径查询、各种复杂条件查询等,查询的主要要素包括大气污染、水资源、空气、污染源、单位、排污口、下水道分布等各种空间相关的信息查询。
属性查询包括模糊查询、SQL查询、条件查询等。
属性查询主要查询基础数据库中的数据,以及与空间要素相关联的属性数据。
查询的要素主要是以污染源、污染单位相关的主题信息。
实现不同方式的查询:
(1)通过选定简单的查询条件,快速定位查询对象;
(2)通过选定多种条件,查找指定内容(如根据不同的年份、污染类型、污染指标、污染源等来进行查询);
(3)用户自定义查询;
(4)图形查询。
查询结果的显示形式:
(1)查询结果定位并且闪烁显示;
(2)浏览属性信息,查询结果能以动态报表打印输出;
(3)查询结果可以直接生成报表,图文并茂地输出用户需要的信息。
图上图就可以根据不同的条件来查询
5.空间分析和统计
(1)污染源历年统计分析
对城市历年的污染源资料统计,阶段性分析企业的污染物的排放,污染源的变化情况,预测污染变化趋势,突出污染严重的企业并跟踪管理,有利于综合治理污染环境。
包括污染源排序分析、污染源历年报告、污染源缓冲区分析、污染源区域分析、污染源水系分析、大气环保预测、三维地貌显示、等标负荷分析等。
通过怎样的形式反应统计分析呢?
是直方图还是?
横轴纵轴分别表示什么?
贴图来说明。
(2)监测资料分析
根据监测点资料,对当前区域内造成的环境质量变化进行分析,从而为区域开发建设及区域环境污染综合防治提供科学依据。
利用开放式网络数据库连接,可以较准确和方便地对当前大气环境质量及影响进行监测,为环境污染治理提供支持和参考。
主要包括监测点信息查询、监测点点位分析、等值线分析、大气环境质量状况、大气污染变化趋势、空气质量周报、区域噪声、功能区噪声、交通噪声、环境噪声浏览、总量控制。
系统提供总量控制解决方案,用户可根据企业的名称或者企业代码,快速在地图上显示其位置,并能查询其相关属性。
用户还可通过Internet环境,直接对总量控制的数据进行插入、删除和更新等。
6.各种报表的输出与打印
主要根据环境保护综合数据库,根据各种连接管理,结合地图功能,制作各种统计报表、图形报表、单位数据报表并打印。
报表种类包括:
全市排污日报、周报、月报、年报;
排污口排污日报、周报、月报、年报等;
另外根据污染类型还可以分为大气污染报表、废水污染报表等。
能实现报表的按条件查询,并且支持报表即时打印,以及支持报表的引出。
引出格式包括WORD、EXCEL等常用文字、图表处理软件,可以实现对特殊报表的再加工。
对于各类统计报表,除实现报表数据的引出外,还可提供多种图表的实现方式(三维饼图、柱状图、折线图等),并且能支持这些图表的打印。
另外还支持套打功能。
图报表之一
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