生態(tài)環(huán)境保護“十四五”規(guī)劃信息化平臺構(gòu)建與初步設計

董凱輝 張宏鋒 葉曉穎 廖寶淦 向男

摘要：為探索環(huán)境規(guī)劃領(lǐng)域信息化方向，有效支撐環(huán)境保護、環(huán)境研究、科學決策相關(guān)工作，以湛江市為例，基于前后端分離技術(shù)，采用Python的Flask框架廈Javascript的Vue.js框架技術(shù)，開發(fā)部署了穩(wěn)定高教的后端服務器、數(shù)據(jù)庫廈前端應用展示界面，通過數(shù)據(jù)資源數(shù)字化、可視化等方式，實現(xiàn)了湛江市生態(tài)環(huán)境保護“十四五”規(guī)劃信息化平臺。該平臺可實現(xiàn)環(huán)境規(guī)劃中的規(guī)劃目標、任務、重點工程的實時調(diào)度、數(shù)據(jù)更新、標準化處理以廈統(tǒng)計分析等功能，同時針對地理空間數(shù)據(jù)提供了三維可視化地圖展示功能，可對空間數(shù)據(jù)的分布、屬性進行深度挖掘分析，為環(huán)境規(guī)劃提供智慧決策支持。

關(guān)鍵詞：環(huán)境規(guī)劃；湛江市；信息化；Python；Vue.js

中圖分類號：X32 文獻標志碼：A

前言

隨著信息化技術(shù)與計算機模擬技術(shù)的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境保護正在逐漸朝著更加科學化、精準化、智能化發(fā)展，各類輔助決策工具使得環(huán)境管理和治理工作更科學有效，從而帶動了整個生態(tài)環(huán)境保護的轉(zhuǎn)型以及效率的提升。文獻分別利用WebGIS、ArcEngine、GeoProcessing等技術(shù)構(gòu)建了環(huán)境大數(shù)據(jù)平臺。雖然越來越多的信息化技術(shù)手段應用到環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境影響評價、環(huán)境地理信息中，但在環(huán)境規(guī)劃領(lǐng)域中的應用卻少之又少。

以湛江市生態(tài)環(huán)境保護“十四五”規(guī)劃信息化建設為例，充分運用計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)，開發(fā)了湛江市生態(tài)環(huán)境保護“十四五”規(guī)劃信息化平臺，全面管理和展現(xiàn)規(guī)劃的要求、目標、任務、工程等內(nèi)容，為環(huán)境管理決策人員、公眾提供一個規(guī)劃信息獲取與共享的平臺。

1系統(tǒng)設計

1.1總體架構(gòu)

為提升開發(fā)效率，避免傳統(tǒng)開發(fā)模式中前后端耦合度高的問題，平臺采用SPA（Single-pageappli-cation）前后端分離技術(shù)，前端主要以Vue.js為框架，采用HTML、CSS、Javascript開發(fā)。Vue.js是一套構(gòu)建用戶界面的漸進式框架，基于MWM的前端開發(fā)的架構(gòu)模式，采用自底向上增量開發(fā)的設計。Vue允許采用簡潔的模板語法來聲明式地數(shù)據(jù)渲染進DOM，并且能夠組件化開發(fā)，允許使用小型、獨立、可復用的組件構(gòu)建大型項目。后端采用基于Python的Flask框架，F(xiàn)lask是一個使用Python編寫的輕量級Web應用框架，基于Werkzeug WSGI工具包和Jinja2模板引擎，可以快速開發(fā)Web項目。數(shù)據(jù)庫采用PostgreSQL，PostgreSQL是一種特性非常齊全的自由軟件的對象一關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，與PostGIS結(jié)合后，在地理信息行業(yè)發(fā)揮了重大作用，能夠存取點、線、面多種格式的矢量數(shù)據(jù)。采用GeoServer實現(xiàn)空間地理信息的展示和發(fā)布，利用GeoServer可以方便的發(fā)布地圖數(shù)據(jù)，允許用戶對特征數(shù)據(jù)進行更新、刪除、插入操作，支持PostgreSQL、Shapefile、ArcSDE、Oracle、VPF、MySQL、Maplnfo，支持上百種投影，能夠?qū)⒕W(wǎng)絡地圖輸出為JPG、GIF、PNG、SVG、KML等格式。

平臺架構(gòu)主要包括用戶層、應用層、數(shù)據(jù)層、基礎設施共四個組成部分，平臺架構(gòu)見圖1。

1.2開發(fā)及運行環(huán)境

本平臺的開發(fā)環(huán)境為Visual Studio Code 2021，服務器操作系統(tǒng)采用Iinux的CentOS7.6系統(tǒng)，系統(tǒng)運行的硬件環(huán)境不低于2GHZ單核CPU或1.5GHz核CPU、不低于2 GB可用內(nèi)存空間、不低于100 GB可用磁盤空間。

1.3數(shù)據(jù)庫設計

根據(jù)平臺需求，數(shù)據(jù)庫設計為主數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫。主數(shù)據(jù)庫主要負責基礎數(shù)據(jù)的增、刪、改、查，包含若干專題數(shù)據(jù)庫，如規(guī)劃目標數(shù)據(jù)庫、規(guī)劃任務數(shù)據(jù)庫、規(guī)劃工程數(shù)據(jù)庫等；空間數(shù)據(jù)庫，負責地理空間數(shù)據(jù)的存儲，存儲點、線、面多種矢量數(shù)據(jù)。后端接口通過空間數(shù)據(jù)庫引擎和各類專題數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行對接轉(zhuǎn)換處理，經(jīng)過處理和分析后的二次數(shù)據(jù)傳給前端調(diào)用渲染。

數(shù)據(jù)庫格式設計嚴格按照《環(huán)境信息元數(shù)據(jù)規(guī)范》（HJ 720-2017）、《環(huán)境信息數(shù)據(jù)字典規(guī)范》（HJ723-2014）、《環(huán)境數(shù)據(jù)庫設計與運行管理規(guī)范》（HJ/T 419-2007）等標準規(guī)范執(zhí)行。各個數(shù)據(jù)表字段類型結(jié)合湛江市生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)規(guī)范設計，對涉及到的水、大氣、土壤、污染源、社會經(jīng)濟、空間數(shù)據(jù)等信息進行規(guī)范編碼，提高平臺的擴展性和穩(wěn)定性。

2功能設計

本平臺共設計了7大功能模塊，涵蓋數(shù)據(jù)查詢、展示、填報、編輯等多種功能，功能模塊包括規(guī)劃編制思路、規(guī)劃目標、規(guī)劃任務、重點工程、進度填報、指標管理及統(tǒng)計分析模塊，平臺功能結(jié)構(gòu)如下：

（1）規(guī)劃編制思路模塊。在規(guī)劃編制思路方面，主要對湛江市生態(tài)環(huán)境保護“十四五”規(guī)劃編制思路進行展示，展示方式分為視頻介紹和文字介紹。其中文字介紹主要由編制進程、十三五規(guī)劃成效、十四五面臨形勢三部分組成。

（2）規(guī)劃目標模塊。規(guī)劃目標模塊主要針對湛江市21項生態(tài)環(huán)境指標進行可視化分析展示，按照指標類型分為環(huán)境治理類（12項）、應對氣候變化類（1項）、環(huán)境風險防控類（4項）及生態(tài)保護類（4項）四類指標。平臺提供對時間和空間兩個緯度的鉆取分析功能，統(tǒng)計分析目標的級別、基準值、規(guī)劃值、范圍、現(xiàn)狀值、屬性及進度。平臺數(shù)據(jù)庫中存儲的信息涵蓋湛江市及各個區(qū)縣目標的歷史數(shù)據(jù)，可對歷史數(shù)據(jù)進行再現(xiàn)，體現(xiàn)“十四五”規(guī)劃的歷史進程和卓越成果；通過目標值的長時間序列變化，發(fā)掘生態(tài)環(huán)境的變化趨勢，并對不利情況的潛在性發(fā)出預警。

（3）規(guī)劃任務模塊。在規(guī)劃任務方面，主要展示湛江市的11項主要任務，基于任務涉及的數(shù)據(jù)包含空間和非空間屬性，表達方式具有較多的類型，比如柱狀圖、折線圖、熱力圖、地圖等。空間屬性的數(shù)據(jù)存儲在地理空間數(shù)據(jù)庫中，通過GeoSe Iver服務器調(diào)用并發(fā)布瓦片圖層。

（4）重點工程模塊。在重點工程方面，主要包含對重點工程的實施進度、空間分布、建設內(nèi)容等指標進行統(tǒng)計展示。

（5）指標管理模塊。指標管理模塊主要針對目標和工程的管理，該模塊在登錄角色為管理者角色時顯示。前端應用層可根據(jù)規(guī)劃需要發(fā)布目標和工程，并可及時根據(jù)規(guī)劃進程進行修改調(diào)整。

（6）進度填報模塊。進度填報主要針對目標和工程的數(shù)據(jù)填報，這一模塊根據(jù)登錄用戶的所屬區(qū)域顯示對應的需要填報的工程和目標。用戶角色分為湛江市、赤坎區(qū)、麻章區(qū)、霞山區(qū)、坡頭區(qū)、吳川市、雷州市、遂溪縣、廉江市、徐聞縣10種。

（7）統(tǒng)計分析模塊。在統(tǒng)計分析方面，主要包括規(guī)劃目標進度總覽、規(guī)劃目標匯總統(tǒng)計、重點工程實施進度總覽、重點工程匯總統(tǒng)計等功能。

3平臺展示及應用

根據(jù)平臺架構(gòu)設計和功能設計的相關(guān)要求，按照“系統(tǒng)化、流程化、自動化”的建設思路，采用基于Python的Flask框架及JavaScript的Vue.js框架的前后端分離相關(guān)技術(shù)進行平臺的設計開發(fā)，實現(xiàn)了湛江市生態(tài)環(huán)境保護“十四五”規(guī)劃信息化平臺中規(guī)劃編制思路、規(guī)劃目標、規(guī)劃任務、重點工程、進度填報、指標管理、統(tǒng)計分析等功能，具體描述如下。

3.1規(guī)劃編制思路

規(guī)劃編制思路模塊主要分為視頻和文字兩部分，主要包含對“十四五”規(guī)劃思路、“十三五”規(guī)劃成效、“十四五”面臨形勢三部分的展示。用戶可點擊上方tab標簽切換規(guī)劃思路的展現(xiàn)形式，見圖2。

3.2規(guī)劃目標

規(guī)劃目標涉及的目標較多，主要分為環(huán)境治理、應對氣候變化、環(huán)境風險防控、生態(tài)保護四種類型的目標。

模塊基本操作包括點擊上方tab標簽，切換顯示的目標指標類型，如圖3所示。通過點擊二級指標，可顯示該目標的歷史指標數(shù)據(jù)圖表的彈窗；通過點擊表格中的范圍，可顯示該指標對應的湛江市各區(qū)縣的目標指標數(shù)據(jù)的彈窗。

3.3規(guī)劃任務

規(guī)劃任務模塊的查詢功能主要分為地理空間信息展示和常規(guī)圖表展示兩種方式，以任務1（空間管控）為例，如圖4所示，用戶點擊相應圖層可展示圖層的相關(guān)空間屬性信息。地理空間信息的圖層數(shù)據(jù)量豐富，涵蓋重大產(chǎn)業(yè)合作與創(chuàng)新平臺分布、“三線一單”生態(tài)環(huán)境空間分區(qū)管控、森林資源分布、重要海洋生態(tài)系統(tǒng)分布、大氣功能區(qū)分布、大氣污染源分布、水資源利用分布、水環(huán)境治理工程分布、人河排污口、美麗海灣、畜禽養(yǎng)殖場、生態(tài)保護紅線、生活垃圾處理點、危廢處理點等圖層。

3.4重點工程

重點工程模塊主要從空間和時間兩個維度對湛江市生態(tài)環(huán)境保護“十四五”規(guī)劃中的重點工程進行可視化分析。界面左側(cè)為重點工程的空間分布，并且根據(jù)工程的實施進度劃分為立項、審批、實施、驗收四個階段，在地圖中以不同顏色區(qū)分進度，如圖5所示。

其中重點工程詳細信息以表格彈窗形式展現(xiàn)，重點展示工程名稱、工程所屬地、起始時間、結(jié)束時間、最近填報時間、階段、進度及建設內(nèi)容等信息。

3.5進度填報

進度填報模塊主要針對目標數(shù)據(jù)和工程數(shù)據(jù)，不同所屬地的用戶登錄后顯示其對應的填報任務。如圖6所示，填報任務的完成狀態(tài)通過不同顏色區(qū)分，用戶可對任務狀態(tài)進行篩選，點擊填報任務右側(cè)的編輯按鈕可進行信息填報，并且針對已填報數(shù)據(jù)設置了更新填報、撤銷填報的功能，方便用戶進行填報數(shù)據(jù)的更新操作。

3.6指標管理

指標管理模塊主要針對規(guī)劃目標、重點工程兩個模塊的目標、工程信息管理。在目標管理界面中，用戶對市范圍及區(qū)縣范圍發(fā)布目標任務，發(fā)布目標的信息有一級指標、二級指標、發(fā)布范圍、基準值、目標值、指標屬性等。為方便后續(xù)管理，平臺還設計了發(fā)布目標的更改、刪除、導出及重新調(diào)度的功能；工程管理界面中，用戶對市范圍及區(qū)縣范圍發(fā)布工程任務，發(fā)布工程的信息有工程名稱、范圍、起始時間、結(jié)束時間、調(diào)度時間、資金需求、建設內(nèi)容等。與目標管理界面一樣，工程管理同樣提供了工程任務的新建、刪除、更改、導出及重新調(diào)度的功能，為工程任務的后續(xù)更新維護提供可行性操作。

3.7統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析模塊主要有進度總覽、目標進度、工程進度三個功能。進度總覽界面統(tǒng)計分析展示目標及工程的完成情況，統(tǒng)計信息細分到區(qū)縣維度。目標進度和工程進度分別是對規(guī)劃目標和重點工程的匯總統(tǒng)計分析。

3.8平臺應用與驗證

將平臺部署應用至湛江市，試運行期間完成錄入環(huán)境數(shù)據(jù)數(shù)千條，其中包括有關(guān)環(huán)境的空間數(shù)據(jù)、時序數(shù)據(jù)和社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)等，高效支撐了平臺的運行及應用。

在上述條件下，平臺發(fā)布完善湛江市生態(tài)環(huán)境保護“十四五”規(guī)劃21項規(guī)劃目標、11項規(guī)劃任務及60余項重點工程。環(huán)保部門及時跟進相關(guān)規(guī)劃任務的落實情況，針對進度落后的規(guī)劃目標及重點工程重點督促和管理，有效落實了生態(tài)環(huán)境保護“十四五”規(guī)劃。

4結(jié)論

生態(tài)環(huán)境規(guī)劃信息化是中國生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)未來的發(fā)展趨勢，是環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略部署。隨著生態(tài)環(huán)境保護“十四五”規(guī)劃進程的展開，現(xiàn)代環(huán)境正向著數(shù)據(jù)化、信息化的方向邁進，關(guān)于生態(tài)環(huán)境規(guī)劃信息化技術(shù)的研究意義重大。以湛江市生態(tài)環(huán)境保護“十四五”規(guī)劃調(diào)度平臺為例，通過數(shù)據(jù)資源數(shù)字化、可視化，從時間、空間多維度對生態(tài)環(huán)境規(guī)劃數(shù)據(jù)進行深度挖掘分析展示。平臺特點如下：解決了規(guī)劃目標、重點工程的實時調(diào)度、更新，展示等問題；提供了地理空間數(shù)據(jù)的三維可視化分析功能，可以直觀地查看地理空間數(shù)據(jù)地空間分布、屬性等信息；用戶分層次管理數(shù)據(jù)填報任務，有效避免數(shù)據(jù)上傳混亂、不準確等情況出現(xiàn)。