环保GIS的设计及实现

第一章 绪论

1.1 论文研究的背景在经济快速发展进程中，珠海市面临的环境保护压力也日趋严重。如何能准确地把握经济又快、又好发展的同时，更好地加强环境保护的管理工作，做到经济社会的和谐发展，更好的应对环境的突发事件，成为珠海市环保工作面临的一个重大课题。珠海市工业排放的废水、废气，城市流域水环境以及噪声和废弃物对环境的污染日益严重，而相关的环境监测和信息管理技术仍停留在早期的模式，还是人工操作设备进行样本采集环境监测数据，但是由于环境污染中污染源数据总是不断变化，人工操作方式已经严重的不能满足环境管理机构的要求；并且监测站和环保局统计上报的数据也存在格式不统一或者是标准不一致的问题；环境评价和监察取证的视频监控系统还大都利用的传统的模拟单机拍摄，监控设备的性能差，稳定性低，很难实现网络的互联互通，无法利用计算机信息系统存储和查询；长期积累和逐渐形成的海量环境管理信息数据也无法有效的进行管理和分析，环保管理监察员和管理者也没有获取相关信息方便的手段和方式，数据报表自然也不能直观准确的反应环境污染信息的实时状况；迅速应对环境突发事件几乎成为一段空话。.........1.2 论文研究的目的和意义由于 GIS 能够集成管理与空间位置密切相关的环境数据，所以成为综合分析环境的首选平台。环境影响评价是对所有的改、扩、建项目可能产生的环境影响进行预测评价，并提出防止和减缓这种影响的对策与措施。在区域环境质量现状评价工作中，可将地理信息与大气、土壤、水、噪声等环境要素的监测数据结合在一起，利用 GIS 软件的空间分析模块和属性分析模块，对整个区域的环境质量状况进行及时、客观、全面、准确的评价，能反映出区域中受污染的程度以及空间分布情况。通过叠加分析，可以提取该区域内大气污染分布图、噪声分布图；通过缓冲区分析，能够显示污染源影响范围。利用 GIS 的空间分析功能，综合性地分析建设项目各种数据，帮助确立环境影响评价模型，将不同的环境影响进行计算并叠加，能够更好的解决环境评价问题。通过环境信息系统能加强污染监管，迅速应对突发性环境污染事故对环境造成的危害，努力提高环境监察执法信息化应用能力，对加强环境保护相关部门的信息化建设工作有重大意义。本文以珠海市的项目为实际应用平台，有针对性的建立空间数据库，在此基础上开发了珠海市环保信息系统，包括环境 GIS 基础信息共享平台和污染源管理子系统。实现了通过 C/S 和 B/S 两种方式访问空间数据和环境专题数据，规范了环保管理业务的数据格式，并实现了环境信息的空间化、专题化、可视化管理，以及污染源的分析、污染源的预测等高级分析功能，为珠海市环境保护工作提供了科学的决策依据。.........第二章 相关理论与技术基础2.1 空间数据库引擎（SDE）空间数据库为了支持各种空间地理数据的应用，主要采用关系型数据库来管理和组织空间地理数据和属性数据，同时提供对这些数据的有效存储查询和分析。如果要采用空间数据库组织管理空间数据，必须要考虑以下实际问题：如何用关系数据库来存储和管理复杂的空间地理数据，以让其支持空间关系运算和空间分析等功能；还有如何让用户透明地访问空间地理数据而不必关心它的实际存储位置方式和数据结构等。要解决这些问题的方法就是应用SDE（Spatial Database Engine，空间数据库引擎）[8]。通过SDE可以用传统的关系数据库对空间地理数据加以管理和处理，提供必要的空间关系运算和空间分析功能。通过SDE实现客户/服务器模式，实现地理空间数据的透明访问、共享和互操作，从而建立真正意义上的空间地理数据库。另外，在系统数据的存储管理过程中，传统的两层客户机/服务器体系已经不能很好地满足系统海量数据处理和分布式数据处理的要求，这就需要在两层结构之间引入应用服务器层构成三层客户/服务器体系来满足系统的需求，SDE的引入正是将应用从两层客户/服务器结构优化成三层客户/服务器结构的关键[5]。SDE在应用体系中位于应用处理层上，完成数据连接和数据库处理等重要功能。...........2.2 环保模型GIS提供了基础框架和分析功能，但具体的应用模型是由应用领域提出的。在传统的环境分析模型中，结构不容易调整，难以融入新的技术和方法，并且很难自动获取模型参数。现有GIS软件在解决环境问题中，虽然有强大的空间分析能力，但是缺乏解决复杂问题所需要的预测能力和相关分析能力。而环境模型与GIS的结合，就可以提高应用系统的分析功能，充分发挥GIS在空间操作方面的优势，弥补GIS各个专业领域分析功能的不足。结合应用分析模型强大的数值运算和分析解决问题的能力，同时利用GIS提供的数据支持和空间分析，以及丰富的图形表现力，可以充分提升GIS分析功能和应用分析模型的易用性、规范化[30]。环境保护模型库是本系统的核心部分，模型主要以分析计算功能为主，充分利用其动态模拟和分析的功能，快速、客观、科学地表现和掌握各种环境状况及其变化规律和趋势，提供对环境保护监管过程中的决策支持。............第三章 环境保护地理信息系统的设计...............153.1 系统的需求分析............153.2 系统总体结构...............193.3 系统的主要功能设计 .................223.4 系统数据库设计...........283.5 本章小结.................32第四章 环境保护地理信息系统的实现...............344.1 基于C/S模式的系统功能实现.....................344.2 基于B/S模式的系统功能实现.............................384.3 系统实现的关键技术...................404.4 本章小结.................52第四章 环境保护地理信息系统的实现4.1 基于 C/S 模式的系统功能实现C/S 系统为用户单位的维护人员和高级用户使用的专用平台。它具系统维护功能，包括 GIS 通用功能模块、系统管理功能模块、地图制图及输出模块、空间信息维护模块。实现地理、环保空间数据库的维护、GIS 数据和属性数据的转换等功能。C/S 系统包括数据管理、图形操作、信息查询、数据导入、数据导出、地图编辑、属性编辑、地图打印、系统管理九部分。4.1.1 系统主界面系统启动完成后，进入应用系统主界面。系统主界面主要有标题栏、菜单栏、工具栏、地图视图、操作功能区、鹰眼图、现实栏几部分，如下图 4-1 所示：.........第五章 总结及展望5.1 论文总结本文在分析环境保护地理信息系统的相关理论和技术的基础上，设计和实现了环境保护 GIS 系统，重点研究了如何实现噪声格网的实际应用、如何通过 ASP. 技术实现海量数据导出到 Excel 的应用和如何实现环保 GIS 系统的网络发布。论文研究内容和所做的主要工作如下：（1）介绍和分析了实现环境保护地理信息系统的相关理论和技术的基础，包括空间数据库引擎，环保模型的构建，WEBGIS 的相关理论和技术，3S 技术。（2）完成环境保护地理信息系统的设计，主要探讨了环境保护 GIS 系统的需求分析（主要包括功能需求、数据需求、安全需求等）、系统的总体结构设计（包括逻辑结构设计和软件体系结构设计）、系统的技术路线、系统的功能设计、以及系统的数据库设计（包括数据库总体设计、空间数据库设计、专题数据库设计等）。（3）完成了环境保护地理信息系统的实现，主要实现了 C/S 系统的功能、B/S 系统的功能，重点探讨了如何实现噪声格网的算法和应用、如何通过 ASP. 技术实现海量数据导出到 Excel 的应用和如何实现环保 GIS 系统的网络发布。本文以珠海市环保局的项目为例，有针对性的设计了空间数据和属性数据，在此基础上开发了珠海市环保信息系统，包括环境 GIS 基础信息共享平台和污染源管理子系统。实现了通过 C/S 和 B/S 两种方式访问空间数据和环境专题数据的开发，规范了环保管理业务的数据，并实现了环境信息的空间化、专题化、可视化管理，以及污染源的分析、污染源的预测等系列高级分析功能，为珠海市环境保护工作提供科学的决策依据。............参考文献（略）