李光師，崔旭東，那 艷

(鞍山師范學(xué)院計(jì)算中心，遼寧 鞍山114007)

近年來(lái)，環(huán)境污染和生態(tài)破壞等問(wèn)題受到社會(huì)各界的高度關(guān)注，因此，建立環(huán)境污染源信息管理系統(tǒng)已經(jīng)成為保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)之一［1］.目前，部分省、市環(huán)保部門在國(guó)家對(duì)污染源普查等統(tǒng)一監(jiān)管的基礎(chǔ)之上，結(jié)合自身管理需要開發(fā)了相應(yīng)的污染源信息管理應(yīng)用系統(tǒng)，以有效地對(duì)城市環(huán)境污染情況進(jìn)行監(jiān)管［2］.然而，這些應(yīng)用系統(tǒng)大都專注于某項(xiàng)環(huán)境管理業(yè)務(wù)工作的流程信息化，無(wú)法提供更加直觀、全面、智能、快速的分析和統(tǒng)計(jì)，還存在著諸多薄弱的環(huán)節(jié)，表現(xiàn)如下：(1)環(huán)境信息流通與共享不足.現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)沒(méi)有充分利用Internet技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，很難進(jìn)行污染源信息及分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果的流通和共享.(2)空間分析與處理能力匱乏.現(xiàn)有系統(tǒng)中對(duì)污染源相關(guān)信息的查詢和統(tǒng)計(jì)通常僅僅針對(duì)排量、范圍等屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行，往往忽略其空間因素.因此，系統(tǒng)缺乏空間分析和處理能力，無(wú)法充分利用地理信息的時(shí)空特性.(3)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表現(xiàn)形式單一.通常，分析統(tǒng)計(jì)的結(jié)果只能以簡(jiǎn)單的表格和報(bào)表的形式呈現(xiàn)，管理者對(duì)環(huán)境現(xiàn)狀和專題分析缺乏直觀感受，因此，分析統(tǒng)計(jì)的結(jié)果不能真正成為直接輔助監(jiān)管部門制定環(huán)境決策的關(guān)鍵數(shù)據(jù).(4)海量環(huán)境信息管理與存儲(chǔ)混亂.污染源數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一的管理系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)高效的管理，導(dǎo)致信息利用率低下.

為解決上述問(wèn)題，本研究將具有強(qiáng)大空間信息處理功能的GIS技術(shù)引入污染源管理系統(tǒng)中，并結(jié)合Internet、空間數(shù)據(jù)庫(kù)、Ajax等技術(shù)來(lái)構(gòu)建城市污染源信息管理WebGIS系統(tǒng).下面對(duì)WebGIS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)、技術(shù)路線及客戶端異步更新的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行詳細(xì)的探討.

1 基于WebGIS的城市污染源信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

本系統(tǒng)在充分整合和利用城市環(huán)境空間數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理信息的基礎(chǔ)上，為城市環(huán)保部門提供準(zhǔn)確可靠的污染源信息，并在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)污染源管理基本功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：(1)污染源的各種空間查詢和空間分析；(2)污染源的多層次、多方位的可視化分析統(tǒng)計(jì)；(3)污染源信息的遠(yuǎn)程控制和實(shí)時(shí)、高效的共享與處理.

同時(shí)，該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)除了要具有實(shí)用性強(qiáng)、用戶界面友好、方便快捷的特點(diǎn)，還要具備良好的穩(wěn)定性、安全性、跨平臺(tái)性及易擴(kuò)展性.

1.2 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本污染源信息管理系統(tǒng)是一個(gè)基于B/S模式的3層WebGIS系統(tǒng)，主要分為：用戶層、應(yīng)用服務(wù)層和數(shù)據(jù)層，如圖1所示.各層功能描述如下：

用戶層：系統(tǒng)的用戶包括環(huán)保部門的領(lǐng)導(dǎo)、業(yè)務(wù)辦理人員、信息管理人員及社會(huì)公眾，用戶的權(quán)限決定了用戶可進(jìn)行的操作，但所有用戶都通過(guò)Web瀏覽器界面調(diào)用應(yīng)用服務(wù)層的服務(wù)完成具體的功能.

應(yīng)用服務(wù)層：該層基于Web服務(wù)器和GIS服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了包括查詢定位、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)管理、專題圖繪制等各類應(yīng)用服務(wù).Web服務(wù)器負(fù)責(zé)將用戶請(qǐng)求的數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端瀏覽器并表現(xiàn)出來(lái)，而GIS服務(wù)器(ArcGIS Server)則為Web服務(wù)器提供空間數(shù)據(jù)服務(wù)接口，以完成對(duì)空間數(shù)據(jù)的調(diào)用、處理和分析等功能.

數(shù)據(jù)層：該層是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，主要包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、污染源空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)及元數(shù)據(jù)庫(kù)等.

1.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要是為城市各級(jí)環(huán)保部門構(gòu)建一個(gè)較為完整的污染源信息管理平臺(tái)，其功能主要?jiǎng)澐譃橄到y(tǒng)管理、數(shù)據(jù)管理、GIS基本操作、數(shù)據(jù)查詢、專題圖制作、統(tǒng)計(jì)與分析、打印輸出7個(gè)模塊.各模塊的功能描述如下：

(1)系統(tǒng)管理：該模塊主要用于管理員對(duì)系統(tǒng)用戶信息、角色和權(quán)限的維護(hù)和管理.

(2)數(shù)據(jù)管理：該模塊主要實(shí)現(xiàn)在線對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中屬性數(shù)據(jù)(如污染源基本信息、檢測(cè)信息、污染源企業(yè)信息、用戶信息等)和空間數(shù)據(jù)(地理要素點(diǎn)、線、面等)的添加、修改、刪除、批量導(dǎo)入和導(dǎo)出等編輯和管理操作.

(3)基本GIS操作：該模塊實(shí)現(xiàn)了地圖的縮放、漫游、圖層隱藏與顯示、距離測(cè)量、鷹眼等基本GIS功能.

(4)數(shù)據(jù)查詢：該模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)各類污染源數(shù)據(jù)在不同條件下的查詢功能.查詢可分為兩類：一類是對(duì)傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中普通數(shù)據(jù)的查詢，如對(duì)污染源的排污類別、某個(gè)時(shí)間段中污染源的排污量等屬性數(shù)據(jù)的查詢；另一類是對(duì)空間數(shù)據(jù)的查詢，對(duì)于此類查詢，系統(tǒng)支持GIS的雙向查詢，即空間信息和相關(guān)屬性信息的互查.如，若輸入某個(gè)污染企業(yè)、礦區(qū)等點(diǎn)要素的名稱或坐標(biāo)值，定位查詢結(jié)果會(huì)直接在客戶端的地圖中高亮顯示.若用鼠標(biāo)單擊某個(gè)污染源、監(jiān)測(cè)點(diǎn)，也可以在彈出的窗口中查看其相關(guān)的基本屬性信息及圖片、視頻等信息.

(5)專題圖繪制：該模塊提供了多種類型污染源專題地圖的繪制功能，包括柱狀圖、餅狀圖等；同時(shí)，也提供了專題地圖的自定義功能.

(6)統(tǒng)計(jì)分析模塊：該模塊提供了污染源數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計(jì)功能和空間分析功能，其分析統(tǒng)計(jì)的結(jié)果能夠輔助各級(jí)環(huán)保部門了解各企業(yè)的排污狀況，并以此為依據(jù)來(lái)制定科學(xué)的環(huán)保政策.數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)功能可以實(shí)現(xiàn)基于污染源、地點(diǎn)、時(shí)間等多種因素的綜合統(tǒng)計(jì)(如，同一地點(diǎn)同一污染物在不同時(shí)間段排放總量及平均排放濃度的比較、同一地點(diǎn)不同污染物年排放總量和平均排放濃度的比較等)，統(tǒng)計(jì)的結(jié)果可以數(shù)據(jù)列表或?qū)ｎ}圖的形式展示.而該模塊的空間分析功能包括最短路徑分析(如查詢到達(dá)污染源的最佳路徑)、緩沖區(qū)分析(查詢污染事故現(xiàn)場(chǎng)指定范圍內(nèi)受影響的居民區(qū))等.

(7)打印輸出：該模塊對(duì)專題圖繪制、查詢及統(tǒng)計(jì)分析產(chǎn)生的結(jié)果信息提供打印功能，并能夠根據(jù)需要將結(jié)果以圖片、PDF文檔、表格等格式導(dǎo)出.

1.4 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

建立一個(gè)完整、穩(wěn)定、高效的數(shù)據(jù)庫(kù)是實(shí)現(xiàn)WebGIS的關(guān)鍵.根據(jù)城市污染源相關(guān)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及數(shù)據(jù)查詢檢索的需要，本文中的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、污染源空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)和元數(shù)據(jù)庫(kù).其中，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括各城市的行政界線、水系、鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民區(qū)、主要交通干線、行政中心等地理要素，這些數(shù)據(jù)為實(shí)現(xiàn)污染源的管理業(yè)務(wù)提供基礎(chǔ)地理信息.污染源空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心，是實(shí)現(xiàn)GIS操作、空間統(tǒng)計(jì)和分析的基礎(chǔ).它主要包含了污染源(水、氣、固廢、輻射等)位置、申報(bào)登記企業(yè)位置、污染物監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置、采樣點(diǎn)的位置、重點(diǎn)礦業(yè)區(qū)位置等空間信息表及相關(guān)的屬性信息表，例如，在污染企業(yè)屬性信息表中包含企業(yè)名稱、行業(yè)性質(zhì)、企業(yè)編碼、法人代表、聯(lián)系電話、主要產(chǎn)品、污染類別、污染元素名稱等信息，而在監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬性信息表中包含日期、人員、點(diǎn)位編碼、采用類別、監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)儀器、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、多媒體檔案數(shù)據(jù)等.為保證數(shù)據(jù)庫(kù)的更新和管理，該數(shù)據(jù)庫(kù)僅將位置信息(具有空間坐標(biāo))存儲(chǔ)為空間數(shù)據(jù)，與空間數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的屬性信息單獨(dú)存儲(chǔ)，兩者通過(guò)共同關(guān)鍵碼相連，例如，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位通過(guò)點(diǎn)位編碼與相應(yīng)的屬性信息動(dòng)態(tài)連接，這樣既能夠確保數(shù)據(jù)庫(kù)的開放性，又便于對(duì)數(shù)據(jù)的更新和管理，對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)而言，是非常方便的.系統(tǒng)業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于存儲(chǔ)污染源信息管理系統(tǒng)的用戶、所屬部門、分配權(quán)限等信息.元數(shù)據(jù)庫(kù)中主要記錄了關(guān)于空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)表3個(gè)方面的元數(shù)據(jù).這些元數(shù)據(jù)(Metadata)描述了空間地理數(shù)據(jù)集合的內(nèi)容、質(zhì)量、表達(dá)方式、空間參考、管理方式及其它特征，用于實(shí)現(xiàn)地理空間信息的共享［3］.

2 污染源信息管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

本文實(shí)現(xiàn)的城市污染源系統(tǒng)可基于環(huán)保部門的內(nèi)網(wǎng)運(yùn)行，其運(yùn)行界面如圖2所示.

2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)及技術(shù)路線

本文使用ArcGIS作為地理信息系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)均由Oracle10g分布式存儲(chǔ)和管理，對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)借助于ArcSDE(空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎).ArcSDE是ArcGIS與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中地理空間數(shù)據(jù)的通道，通過(guò)ArcSDE能擴(kuò)展關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)功能，從而使空間數(shù)據(jù)能以面向?qū)ο蟮腉eodatabase空間數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中.

整個(gè)系統(tǒng)主要利用ESRI公司為.NET框架提供的一套ArcGIS應(yīng)用程序開發(fā)框架WebADF(Web Application Developer Framework)進(jìn)行開發(fā)..NET Web ADF是一種 AJAX的框架，用來(lái)開發(fā)基于 ASP.Net AJAX的Web應(yīng)用程序..NET Web ADF充分利用了ArcGIS服務(wù)強(qiáng)大的制圖、地理編碼和地理處理功能［4］.在WebADF中提供了一套完善的軟件開發(fā)包，包含可視化的Web開發(fā)組件、工程模板、例子源碼和類庫(kù)，可與IDE無(wú)縫繼承，大大降低了Web交互界面開發(fā)的難度，簡(jiǎn)化了實(shí)現(xiàn)GIS基礎(chǔ)功能的步驟［5］.

2.2 客戶端數(shù)據(jù)異步更新的實(shí)現(xiàn)

在WebGIS系統(tǒng)中，由于服務(wù)器端有海量的GIS圖形數(shù)據(jù)需要處理，為有效解決服務(wù)器與客戶端之間的交互延遲問(wèn)題，文本采用基于ASP.NET Callback機(jī)制的WebADF Callback框架來(lái)實(shí)現(xiàn)GIS頁(yè)面異步刷新.ADF Callback框架中包含了很多客戶端JavaScript函數(shù)庫(kù)(Web ADF JavaScript)，以便用戶進(jìn)行高性能的地圖交互操作.在此框架下，當(dāng)頁(yè)面的應(yīng)用程序事件(如OnClick事件)被觸發(fā)時(shí)，客戶端的WebADF JavaScript代碼將自動(dòng)生成一個(gè)與服務(wù)器進(jìn)行異步通信的XMLHttpRequest對(duì)象.而在服務(wù)器端，則要定義一個(gè)名為RaiseCallbackEvent()的函數(shù)來(lái)處理回調(diào)請(qǐng)求，同時(shí)，將處理結(jié)果存到CallbackResults對(duì)象中，由GetCallbackResult()函數(shù)將服務(wù)器的處理結(jié)果傳回到客戶端，最終由WebADF Callback框架中的processCallbackResult()方法解析結(jié)果并動(dòng)態(tài)局部更新頁(yè)面［6］.下面以系統(tǒng)如圖3所示的GPS定位查詢功能為例，來(lái)說(shuō)明異步更新的實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

(1)在Default頁(yè)面的Page_Load事件中注冊(cè)異步刷新的任務(wù).

(2)定義客戶端向服務(wù)器傳輸坐標(biāo)值，并使服務(wù)器觸發(fā)異步調(diào)用的GetCoordinates()函數(shù).

(3)當(dāng)用戶單擊客戶端頁(yè)面中的"定位"按鈕時(shí)，服務(wù)器端的異步處理函數(shù)RaiseCallbackEvent將被觸發(fā).

(4)服務(wù)器使用GetCallbackResult函數(shù)把處理的結(jié)果返回客戶端.

(5)客戶端利用processCallbackResult函數(shù)對(duì)服務(wù)器返回的坐標(biāo)數(shù)據(jù)作出響應(yīng)和處理.

3 結(jié)束語(yǔ)

本文基于ArcGIS Server和Oracle 10g結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)、Ajax等技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)B/S結(jié)構(gòu)的城市污染源信息管理WebGIS系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了WebGIS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了城市污染源信息的共享、可視和智能分析，為城市環(huán)保部門對(duì)環(huán)境污染情況進(jìn)行宏觀監(jiān)管和科學(xué)決策提供了技術(shù)保障.本文對(duì)系統(tǒng)的總體體系結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)技術(shù)路線、客戶端異步更新的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，為城市環(huán)保部門結(jié)合自身管理需要開發(fā)相應(yīng)的污染源管理信息系統(tǒng)提供了借鑒和參考.

［1］鄭朝洪.基于GIS的泉州市污染源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2014，37(1):83－85.

［2］洛安勝，林啟安，張曉暉，等.污染源管理信息化建設(shè)的思考［J］.中國(guó)環(huán)境管理，2012(6):45－48.

［3］許亞飛.基于WebGIS的POPs污染場(chǎng)地信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.太谷:山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

［4］ESRI.Web ADF for the Microsoft.NET Framework［EB/OL］.http://resources.arcgis.com/zh－cn/communities/enterprise－gis/01n20000001z000000.htm，2012－03－07.

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［6］侯恩兵.基于ArcGIS Server及Ajax的WebGIS應(yīng)用研究［D］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2009.