（地图学与地理信息系统专业论文）基于gis的城市环保信息系统研制与应用.pdf

摘要 摘要 城市环境保护是当今社会经济发展热点之一，而基础数据的集中统一管理与 共享，信息的深层次加工、分析，以及环境信息的空间表达、管理等都为城市环 境信息系统建设提出了更高的要求。针对上述情况，结合城市环保的实际需求， 本着实用性、先进性、标准性和开放性等设计原则，本文对基于g i s 的城市环保 信息系统进行了总体设计和开发。 对系统框架作了整体设计，包括四个主体部分：g i s 数据库、g i s 模型库、 环境g 1 s 基础信息共享平台和环境g i s 应用系统。其中，环境g i s 数据库为环境 g i s 提供数据支持，环境g i s 模型库对环境污染状况进行模拟、分析、预测提供 模型支持，环境g i s 基础信息共享平台主要任务是维护中心节点的数据以及整个 系统的安全管理等，而环境g i s 应用系统为环境g i s 提供各种专业应用功能。 然后，分别对系统的功能设计、数据组织以及模型集成等技术进行了研究。应用 系统建模工具r o s e 对系统功能进行了用例分析和初步设计：环保空间数据库采 用流行的空间数据引擎技术s d e 对空间数据进行“图属一体化”存储和管理， 实现了基础环境数据集中存储、各应用处室结合本部门专业数据分别建立应用的 “中心节点+ 分节点”的分布式平台构架；结合专业模型，采用组件式g i s 和模 型进行集成的模式，有效地扩展了g i s 的预测、评价等分析功能。 以扬州市环保局为例，在8 6 3 项目“重大行业3 s 应用示范一中小城市”的 支持下，建立了扬州环境信息数据库，并在此基础上开发了扬州环保信息系统， 包括环境g i s 基础信息共享平台和污染源管理子系统。系统实现了环保部门内部 的空间数据和环境专题数据的共享，规范了环保管理业务的数据，包括环境信息 的空间化、可视化管理，以及沿河污染源分析、河流水质预测等一系列高级分析 功能，为扬州市环境保护工作提供了科学的决策依据。 关键词：城市环保信息系统、组件式g i s 、共享、分析 a b s t r a c t s t u d ya n da p p l i c a t i o no ft h eu r b a ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni n f o r m a t i o ns y s t e m b a s e do n g i s l i a n g t l a n d o u g ( m a s t e r t h e s i s ：c a r t o g r a p h ya n dg i s ) d i r e c t e db y ：q i a oy a h - y o u i n s t i t u t eo f r e m o t es e n s i n g a p p l i c a t i o n s ，c h i n e s e a c a d e m yo f s c i e n c e ，b e r i n g c h i n a d u et ot h ec o m p l e x i t yo fu r b a ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，i ti s s i g n i f i c a n t1 0 d e v e l o pu r b a ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni n f o r m a t i o ns y s t e m s ( u e p i s ) t os o b , , e p r o b l e m st h a tw o u l dt a k ep l a c ei n u r b a ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dp r o v i d e d e c i s i o ns u p p o r tc a p a b i l i t i e s t h r o u g ha n a l y s i so fc u r r e n ts i t u a t i o no fi n f o r m a t i o n a l c o n s t r u c t i o ni nu r b a ne n v i t o n m e n t a lp r o t e c t i o nb u r e a u so fc h i n a ，u e p i sb a s e do n c o m g i si sd e s i g n e di nt h i sp a p e ra n dd e v e l o p e d t h i sp a p e ra t t e m p t st oa p p l yg i st ou r b a ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，a n ds o l v e s s o m ek e yt e c h n i c a lp r o b l e m sa b o u ts y s t e mi n t e g r a t i o n 、i no u rp a p e r , w ef i r s ti n t r o d u c e t h ed i s t r i b u l e da r c h i t e c t u r ea n dr u n n i n gm e c h a n i s mo fu e p i s t h e nw ed i s c u s st h e t h n c t i o n a l i t yd e s i g n a t i o no fu e p i s d e s c r i b i n gi t su s ec a s ev i au m ll a n g u a g ea n d a n a l y z i n gm a i nd a t af l o w sa n dp r o c e s s e sw i t hc l a s sd i a g r a m i nn e x tc h a p t e l w e c l a r i f yt h ec o m p o s i t i o na n dd a t as t r u c t u r eo ft h ed i s t r i b u t e ds p a t i a ld b m s ，g i v i n ga n e x a m p l eo fh o wt ou s es p a t i a ld a t a b a s ee n g i n et om a n a g et h er d b m s ，a n dt h e s e a m l e s si n t e g r a t i o nt e c h n i q u eo fm u l t i s o u r c es p a t i a ld a t a ( s i m s ) w a sa d o p t e dt o i n t e g r a t et h em u l t i s o u r c es p a t i a ld a t a ，i no r d e rt os o l v ec o m p l i c a t e de n v i r o m n e l a t a l p r o b l e m s ，w ed i s c u s se n v i r o n m e n t a lm o d e l sa n dt h ei n t e g r a t i o n o fm o d e l sa n d c o r n g i s b ya n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so f e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n to fy a n g z h o uc i t y e s t a b l i s h i n gu r b a ne n v i r o n m e n t a lg e o - s p a t i a l d a t a b a s ea n da t t r i b u t ed a t ab a s e ， y a n g z h o ue n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni n f o r m a t i o ns y s t e mw a sd e v e l o p e db a s e do n c o m g l s ，w h i c hi n c l u d e s f u n d a m e n t a lm a pm o d u l e ，a c c e s s i n gd a t am o d u l e g e o m e t r yo b j e c tm o d u l e ，o u t p u tm o d u l e ，e t c i ti n c l u d e sf u n d a m e n t a lp l a t f o l n ll b r i n f o r m a t i o ns h a r i n ga n dp o l l u t i o nm a n a g i n gs u b s y s t e m ，a n di tr e a l i z e dv i s u a l i z a t i o n i n m a n a g i n g i n f o r m a t i o na b o u te n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，p r o v i d i n gs c i e n t i i i c s u p p o r t sf o ry a n g z h o ue n v i r o n m a n t a lm a n a g e m a n t k e yw o r d s ：u r b a ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n i n f o r m a t i o ns y s t e m ；c o m g i s ：d a t a s l m r i n g ：a n a l y s i s 饥一蕈绪论 第一章绪论 环境保护工作是我国实施可持续发展战略的一个重要方面，随着我冈经济、 社会的发展，广大人民群众环保意识的提高，环境保护部门的环境管理任务h 益 加重，他们在执法监督能力、科学准确的决策能力及其快速反应能力等方面被提 出更高的要求。因此，耍充分利用现有的信息、资源、技术，加快信息化建设的 步伐。 1 1 城市环境管理及其信息特点 1 1 1 城市环境管理 城市环境，是指影响城市人类活动的各种自然的或人工的外部条件的总和。 包括两大部分，一是城市的自然环境，由城市窄间范围内的地质、地貌、土壤、 大气、地表水以及城市生物系统等自然因素构成的自然环境的总体；二是城市的 人工环境，它足在前者基础上建造的社会环境、经济环境、文化环境和建设设施 环境等。城市环境管理指按照一定环境功能i z i 标，运用行政、法律、教育、经济 与科学技术等手段，协调人类的社会经济活动与城市环境之间的关系，以防i t 环 境污染、维护城市生态系统平衡的一种措施。 在我国现行的四级网络体系结构中，城市环境管理部门直接担负着环境质量 和污染源的监测、分析、统计和评价等各项任务，掌握大量的第一手数据和信息， 是国家环保政策的具体执行者。此外，城市环保一般包含区域环境问题，有着独 特的环境特征，通常可以作为独立的区域问题进行处理，同时它又是全国环境数 据和信息的收集、存储和处理的基层单位，担负着为l 级环境管理机构提供信息 的任务，直接影响到上级部门对环境状况的认知和有关环境决策。因此，城市环 境保护是国家环保： 作的基础和重点。 1 1 2 环境信息特点 环境信息是指来自环境保护和社会相关部门，采用一定的技术手段或方法采 集的反映环境系统中环境质量状况、污染物排放、自然生态和环境保护t 作等各 集的反映环境系统中环境质量状况、污染物排放、自然生态和环境保护：f 作等各 第一章绪论 种资料的总体集合。是已经加工组织成特定形式的环境数据。 环境信息具有如下特点：1 ) 空间性：8 0 以上的环境信息都与空f n j i f q 胃相关； 2 ) 复杂性：环境信息处理背景复杂，任务繁多，涉及面极为广泛。环境信息处 理需要大量的分析性工作。不仅需要定性和静态的分析，而且需要定量、定位和 动态的综合分析和评价；3 ) 时效性：环境信息量通常是海量的，需要高效、迅 速和准确的处理，特别是需要进行实时处理：4 ) 多源性：环境信息来源多。要 求包括监测数据、统计数据、图形数据等不同数据源的复合；5 ) 直观性：q ：境 信息处理结果应具有较高的可视化程度和良好的显示度。 环境信息的如上特点决定了环境保护是最适合也是最需要应用地理信息系 统的领域。 1 2 环境信息系统 1 2 1 环境信息系统与i l l s g i s 技术是2 0 世纪6 0 年代开始迅速发展的一门空间信息处理技术。它己成 为一门集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、 信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科。g i s 技术应用领域广，特别是在自 然资源和环境规划等方面展现出很强的功能和独特的效果，已成为发达国家从事 经济规划、管理以及环境评价与保护的一种广泛使用的现代化信息手段。 地理信息系统( g i s ) 是用以采集、存储、管理、描述、分析地球表面及空 间和地理分布有关数据的信息系统。它是以地理空间数据库为基础，在计算机硬、 软件环境的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示， 并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究、 综合评价、管理、定量分析和决策服务而建立起来的一类计算机应用系统。地理 信息系统从外部看，它表现为计算机硬件系统，而其内涵是计算机程序和地理数 据组成的地理空间信息模型，是一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统。简言 之，它由计算机系统、地理数据和用户组成的，通过对地理数据的集成、存储、 查询、操作和分析，生成并输出各种地理信息，为各领域提供空问信息服务的计 算机系统。 与一般管理信息系统相比，地理信息系统有以下特点：1 ) 强大的空间数掘 第一覃绪论 管理系统。现实世界实体经过模型处理后以各种数据形式输入到系统中，系统有 机地组织、管理、显示这些数据；2 ) 形象直观的应用界面。系统用模型化的电 子地图和用户交互，使用者可依靠人类固有的对自然界的认知逻辑操作数据：3 ) 强大的空间处理能力。数据是空间对象的一种属性，并可通过地理对象的相关性 进行连接、分割、总计等操作，使空间问题的处理简单迅速。 因此，在地理信息系统的支持下，开发与应用环境信息系统，可以有效提高 环境信息获取的效率，方便的将多种数据源、多种类型的环境信息输入到数据库 系统中；可以方便地实现环境信息的空间化、可视化管理，形象地展示出各种环 境专题内容、环境数据空间分布和数量统计规律；并且能从环境目标之问的空间 关系中获取派生的信息和新知识，根据环境管理的实际需要，对这些信息进行有 效的监测、模拟、分析和评价。从而既可以提高环境保护日常管理的质量和效率， 加快环境保护信息化进程，又可以提升环境监督管理的层次，使环境管理与规划 决策更为科学、快捷与准确。提供一般办公自动化系统不具备的从宏观到微观的 空间数据管理、空间分析和环保模型应用等功能。 1 2 2 基于o l s 的城市环保信息系统 将地理信息系统技术应用到环境空间信息的处理和应用中，就产生了环境地 理信息系统，它是g i s 技术在环境保护工作中应用的结果，也是地理信息技术与 环境科学相结合的产物。 按照应用模式，环境地理信息系统可以分为如下三类： 第一种模式的用户主要是环境科研领域的专家学者，把环境g i s 当作科学研 究的辅助手段。它强调的是针对环境空间数据集，通过运用地理信息系统的空间 分析功能，获得环境科学分析结果，它主要用于有关环境领域的科研项目中。 第二种模式的用户来自于环境保护管理部门，强调的是具体环境管理业务工 作过程的模拟，是将地理信息系统技术与具体环境管理业务工作结合起来，建立 长期、稳定和高效运行的环境管理业务服务系统。它不仅能有效进行日常环境管 理事务的自动化处理，而且可以为管理者提供辅助决策信息。 第三种模式是面向社会用户，向公众发布和提供环境空间信息和服务。 本文论述的基于g i s 的城市环保信息系统主要应用于城市一级的环境保护 第一章绪论 管理部门，因此属于第二种模式。 1 3 现状分析和研究内容 1 3 1 目前存在的问题 近年来，随若环境信息化建设的不断推进，环境管理工作的效率得到了很大 的提高，但也暴露了一些问题，主要有如下几个方面： 缺乏统一的数据标准、规范和共享机制 经过多年环境信息的采集、上报和汇总应用，环境管理部门积累了大量、多 门类的环境数据。但大量环境数据的采集是多部门针对不同需求而进行的，并且 各种数据之间相关性差，缺乏相互校验、印证。由于数据标准和规范的不统一， 使得数据质量得不到保障，严重影响了信息的综合利用。此外，由于知识产权保 护和有关信息的法律和法规不健全等原因，部门当中对信息共享还有不同的认 识，相互之间信息封锁和禁锢还较严重。所有这些因素都严重制约了信息的共享。 整体信息化水平较低 环境管理部门缺乏实用的、统一的环境管理业务信息系统软件，尤其是在对 污染源信息的管理上。信息中心还停留在利用信息技术充当信息、网络管理的一 种手段，其重点还不是对信息进行集中、统一管理，没有形成真正意义上的信息 中心。此外，环保业务软件开发缺乏统一规划，软件重复开发；软件开发环境不 统一，数据结构不兼容，数据冗余多；接口性能差，各个软件之间数据交换困难。 对环境信息的管理缺乏g l s 的支持 对现有信息的加工分析相当薄弱，信息的利用率低。数据的采集和应用脱节， 部分数据仅起到一个向上报送的作用，并没有体现出它应有的价值。由于没有真 正将地理信息系统引入到环境管理应用中，因此缺乏对环境信息的空问表达，小 能直观有效地表达环境数据的空间特征。也不能对环境信息进行空间操作和分 析，只能通过数据的空间编码来对固定区域的数据进行操作。最后不能对环境信 息进行真正的空间模拟、预测等分析，虽然也有一些数学模型，但并非完全意义 上的空问分析，环境的空间模拟过于复杂，目难于直观显示结果。 第一章绪论 1 3 2 本文的研究内容 本文研究内容主要包括以下几方面： 基于g i s 的城市环境信息系统的总体设计 基于g i s 技术、数据库技术、网络技术和分布式计算等技术构建的城市环保 信息系统整体框架，对整个系统的数据管理、访问机制和功能配置等作了明确的 设计，它是我们下一步进行深入研究的基础和起点。 系统基本功能分析 环境g i s 平台首先提供数据访问、数据修改和更新以及空间分析、专题制图 等一系列g i s 基本功能。此外，平台还包括系统用户的安全验证管理等功能。在 这些功能基础之上，平台还要为上层的应用子系统提供统一的运行环境，核心是 提供访问平台数据的标准接口。各应用予系统提供与各自业务相关的功能，本文 以污染源管理子系统为例描述其功能情况。 数据库设计方案 城市环保信息系统数据库分为空间数据库和非空间数据库两部分。包括基础 地理数据、正射影像数据、环境空间数据、各种环境专题数据以及元数据等，是 整个系统的核心。整个数据库的设计方案涉及到众多环境信息的数据获取建库， 分层分类编码，以及空间数据引擎一体化存储管理空间和属性数据、元数据建库 等技术，是我们研究的重要内容。 模型集成方案 g i s 尽管具备强大的空间分析功能，但在实际问题的解决中是远远不够的， 因此引入环境模型。讨论环境模型的内容，g i s 与环境模型的集成模式以及当前 流行的组件式g i s 技术，研究组件式环境模型的建立及其与组件式g i s 的集成 开发等技术。 户系统开发与应用实例 在总体设计基础上，进行了系统开发，建立了扬州环保信息系统，通过实际 应用验证了研究成果的合理性。 第二章系统总体结构 2 1 系统目标 第二章系统总体结构 采用先进的g i s 技术、数据库技术、网络技术和分布式计算等技术，结合我 国城市环境管理业务和技术应用需要，设计城市环保信息系统，实现对环境空州 信息的科学组织和有效管理，实现环境信息共享，使环境管理人员能够方便的对 各种环境信息进行空间化、可视化管理，实现环境空间信息的查询、维护以及专 题制图、专题分析、信息服务等功能。同时，引入专题模型，对各种环境问题进 行预测、评价、规划以及模拟等分析。 2 2 系统设计原则 在城市环保信息系统设计中，应遵循如下设计原则： 实用性 最大程度的满足环境保护管理部门业务需求，为环境管理人员和技术人员提 供有效的技术工具。要保证系统运行的稳定，数据提供准确迅速，界面友好，操 作方便，功能完善，系统维护性好。系统要具有优化的系统结构和完善的数据库 系统，具备与其它系统数据共享和协同工作的能力。 先进性 系统在技术要具有先进性，包括软、硬件的先进性、网络环境的先进性等， 将现有的先进技术尽可能的应用到系统中来。要充分考虑到由技术进步、系统升 级和设备换代引起的种问题，适应现代信息技术高速发展。 标准化 整个系统的建设需遵循标准化、统一性的原则，以支持系统的推广应用。系 统在数据分类编码、数据格式、数据接口、软件接口和系统开发等方面要严格执 行国家与行业相应的标准和规范。 户开放性 系统需要采用开放式设计，可以在应用中不断由用户补充和更新功能，具备 与其他系统的数据和功能的兼容能力。系统还需要具备统一的软件和数据接口， 以为后续系统的开发留出余地。 第二章系统总体结构 ，安全性 【由刈网络运行环境，建立完善的安全防护机制，保护合法用户能够方便的防 问数据和使用系统，阻止非法用户操作系统。 2 8 总体结构设计 基于g i s 的城市环保信息系统总体框架( 如图2 - 1 所示) 由四个主体部分构 成：数据库、模型库、环境g i s 基础信息共享平台和环境g i s 应用系统。 图2 - l 系统总体框架 其中，数据库为整个系统提供数据支撑，包括空间数据库和非空间数据厍两 部分。本系统将目前分散保存的数据导入到数据仓库技术为基础的环境数据中 心，实现基础环境数据的集中统一管理，并将数据转化为面向分析和决策的结构， 为数据查询、分析等应用提供基础。 模型库为各种环境问题进行模拟、预测、分析和评价提供模型支持，包括噪 声预测、大气污染物扩散、水质预测以及污染源评价等模型。g i s 尽管具备强大 第章系统总怍结构 的空闻分析功能t 但在实际问题的解决中是远远不够的，因此引入环境模型。 环境g i s 基础信息共享平台的主要任务是维护中心节点的数据库，因此具有 基本的数据管理与分析功能，如数据查询与检索、数据叠加、空间数据分析、专 题制图、数据更新等。另外，由于基础信息平台的还要为所有应用予系统提供数 据服务，因此必须具备在网络环境下提供数据服务的有关功能，如数据服务标准 接口程序、数据访问权限认证、数据安全防护等。 环境g i s 应用系统提供各种具体应用功能，建立在环境g i s 基础信息共享 平台之上，是g i s 在环境管理工作中的具体应用，包括污染源管理、环境规划、 环境监测、环境评价、环境事故应急、建设项目管理以及自然生态管理等一系列 子系统。其中： 污染源管理子系统：主要对城市污染源信息进行管理，可以直观、动态 地表现各类污染源的分布特点、总量特征以及以及各种污染物的排放情 况、变化趋势等，同时结合专业环境模型，实现污染评价和水质预测等 高级分析功能。 环境规划子系统：充分利用g i s 空间分析、专题制图等方面的优势，结 合城市环境规划目标，提供环境管理辅助决策，分析和解决城市环境问 题，辅助进行水功能、大气功能、噪声功能等各种环境功能的规划和区 划，并进行专题制图，输出各种环境功能区划、环境现状、规划目标等 专题图。 环境监测子系统：对环境质量监测站点( 断面) 分布和环境质量监测信 息进行g i s 表达和处理，在g i s 技术支持下收集和管理环境质量信息， 为环境监测站点( 断面) 的选取和调整提供分析手段和依据，分析水、 大气、噪声等各类环境质量监测对象的污染程度等。 环境事故应急子系统：事故发生前能进行风险源管理；当事故发生后， 则整合系统资源( 空间属性的查询、分析、定位等) 、人力资源( 值班人 员、监测人员) 、物力资源( 设备、仪器、风险源实时监测设备) 、专家 智力资源，采取正确的、有针对性的反应措施。 一 此外，该系统还要实现和城市基础地理信息平台的连接，城市基础地理信息 第一章系统总体结构 平台是城市地理信息系统应用的最新发展方向，也是数字城市的核心，城市基础 地理信息平台存储了全市范围内十地、房产、环保以及电力等各个部门公用的大 比例尺基础地理空间数据，为城市信息应用提供统一一的基础数据框架，突破各职 能部门之间的信息封闭，实现广泛的信息共享。城市基础地理信息平台将为该系 统提供大比例尺基础地理数据。 第二- 章系统侑g 3 1 系统分析 第三章系统功能 城市环保信息系统功能繁多，结构复杂，为了科学的搭建本系统，我们采用 软件工程的方法来系统地管理软件开发过程。在这里我们采用了r a t i o n a l 公司的 系统建模工具r o s e 对系统进行了设计，这种由用户需求驱动系统设计的模式可 以保证我们精确完成系统应有的各种功能，同时还可以保证我们在开发底层开发 平台环境发生更换时上层的软件设计模式可以得到复用。下面分别对共享平台和 污染源管理子系统的功能设计进行叙述。 3 1 1g i s 基础信息共享系统功能分析 环境g i s 基础信息共享平台的主要任务是维护中心节点的数据库，同时还要 为所有应用子系统提供数据服务，因此必须具备数据管理、数据浏览、数据查询、 数据编辑、基本空间分析、专题显示制图以及用户安全认证管理等功能，下面分 别说明。 1 、数据管理功能 数据管理功能：指用户对系统空间( 属性) 数据资源进行使用的基本操作， 包括：地图文档的管理，选择集的导出，空间数据存储入库和格式转换功能，专 题地图的下载和打印。此外，还要具备为个应用子系统提供数据访问接口的功能。 地图文档的管理：包括对地图文档的新建、打开、添加数据、删除数据、保 存和关闭等操作。地图文档包括基础地理数据底图和环境专题地图。环境专题地 图包括：大气环境功能区专题图、水环境功能区专题图、区域环境噪声专题图、 水质监测站点分布专题图以及工业污染源专题图等。添加数据为对数据集的基本 操作，包括添加本地数据和添加s d e 数据。 选择集的导出：对用户选择的感兴趣的属性记录或环境专题记录集合进行输 出，格式为常用的e x c e l 、a c c e s s 、d b f 等。 空间数据存储入库：由于本系统空间数据和属性数据都统一的存储在数据库 中，因此，所有对数据的操作必须存储入库来保存修改。 格式转换：由于各部门的应用的空间数据格式不尽相同，因此系统需要完成 第三章系统功能 不同格式数据之问的互相转换工作。 专题地图的下载和打印：用户将所选择区域的地图按其选定格式卜载或真接 进行地图的打印输出等操作。 数据访问功能：它提供了平台与其它子系统之间进行数据交换的机制。 2 、浏览功能 包括在数据视图下对空间数据的浏览和属性数据的浏览以及在版面视图l = _ 的浏览。 空间数据的浏览主要是对数据对象的放大、缩小、全图、前一视图、后一视 图以及漫游等一系列的基本图形操作。 版面试图浏览是指对地图版面进行的放大、缩小、全图、前一视图、后一视 图以及漫游等一系列的操作。 3 、信息查询功能 信息查询是在数据管理的基础上，为管理决策提供各种可用的信息。共有如 f 四种查询功能：属性数据查询、空间查询、通过属性数据查询空间信息以及通 过空间数据查询属性信息。 其中，空间查询是指查询一个数据集中与某个指定的几何对象有某种空问位 置关系( 如与之相交、与之有公共边等) 的对象，它根据要素间地理或空间的拓扑 关系来查找要素。由空间查属性指点击查询、矩形拉框选择查询、圆形拉框选择 查询、自画多边形选择等查询。被选中要素在属性表和地图上都能高亮显示。 4 、数据编辑功能 主要指对环境空间数据的编辑，通常包括属性数据的编辑和空间坐标的编 辑，提供对数据的增加、删除、修改等操作。用以满足环境空间信息的更新、变 迁等需求。 j 、分析功能 提供基本的空间分析功能。该项功能主要包括地图量算、缓冲区分析、叠加 分析等。 地图量算：指用户在地图t 进行距离或面积量算的操作。 缓冲区分析：指对基本几何对象如点、线、面、圆提供创建缓冲区多边形来 进行空间分析的方法。缓冲区是一个或一组要素周围的一个多边形区域，可以使 第二章系统功能 用缓冲区分析，找出落入指定范围之内或之外的要素。例如，沿着一条河生成半 径为公里的缓冲区，找出该区域内有多少重点污染源，用户可以很快j - k l j 定污 染源对该流域的污染状况。 叠加分析：找出一个要素和另一个要素的公共区域。使用点一多边形叠加， 可以找到哪些点落在了多边形中；使用线一多边形叠加，可找到线图层和多边形 图层的公共部分；多边形一多边形叠加可研究两图层间的公共区域。 路径分析：指网络层的最短路径分析等。 此外，还要包括对选择集的统计分析功能。对选择集按照某一字段、按某一 方式进行统计。统计结果按照直方图、曲线图或饼状等图显示。 6 、专题显示、制图功能 专题显示是指对图层的编辑( 分类、移动、删除等) 操作以及对图层属性的 设置，其中图层属性包括图层显隐状态、可编辑状态、可选择状态、显示比例范 围、显示的符号化( 单一符号显示或按某字段的值以柱状、饼状、点密度等方式 显示) 、图层的标注等。 专题制图是指对当前感兴趣的数据内容，切换到版面视图下，添加标题、图 例、比例尺等图件，并设置版面属性，阻便进行地图输出。 7 、安全功能 主要通过用户管理，为系统使用者的身份设置严格的帐户和权限来保证系统 的安全性和数据的保密性。 按权限不同分为数据浏览用户、数据维护用户和系统管理员。其中浏览用户 仅有数据浏览权限，不能更改系统数据，数据维护用户可以对数据进行添加修改 删除等操作，系统管理员除了拥有数据维护用户所有的权限外，还有添加更改用 户属性和资源权限。 系统管理员可对系统用户进行添加、删除以及用户权限的更改等操作。 环境g i s 基础信息共享平台用例图如图3 - 1 所示： 第三章系统功能 打霉婪目彗档 ? l 。一、一- 毫妻童粤 保毒虽辐i it 、= ：，c ：二= )齄询? 藏矗 糯加数据。- i 麓 夕 一k 一多套受婆择 毫、一睁一一，”j9 主赢、，谴、 厂“、；。：= ： ，o 、。 一，1 ，警据管理 系统管理员 、。、，一、穹画；询 r 7 一一、= 卜，。1j 。i 数据编辑1 ， 赢萎綦 毒嘉磊i ，。一k 一、 。 e “ 数据访嗣， ，。一1 、 一一、 。 l f 斋萄嘉磊。| - 一、 二磐堕琴 、。一r 用户管理 分析功能：o 、 7 、 掣等l j、 _ 、j 、一? 、i 。、：鹾 ，一、 、 ! t “：；_ 1 i 二 一。j 。v。 、一| 地曼蹩t ，一立、 王一 且， 二l 一1 导一、s 梦g 臻导 一一 ，一、+ 一“一一、一、 一、+ ， ：。j t 一i | | 、，一，一；，一一，一。i 、，i 、。j 一一一一i 图3 - 1 平台功能用例分析 3 1 2 污染源管理子系统功能分析 各应用子系统分别具有与其业务特征相适应的功能模块。污染源管理是城市 环境管理的一项基础工作，污染源管理子系统也是一系列子系统中需求最为迫切 的一个，下面对污染源管理子系统进行系统功能分析。 经过需求调研和分析，我们抽取出了三十余个系统用例，并按照相关度组织 为七个包，分别为：数据管理包、浏览功能包、查询功能包、数据编辑包、专题 显示制图包、分析功能包和用户管理包。其用例图如图3 - 2 所示： 第三章系统功能 地图寥十攀理数据视图洲览版面讥图浏览囝层显示属陛添加地图要素版面设置点击壹l 目拉框选择一画圆选 牟。手寮彤吐择 f h j 、 、 数坦! 蓐”用水量信展壹官 磐缈 一j 。- 芋鼍二_ _ 数jr 渤翩妄赢，谊艟谰 、。 ， ， 磐璺塞罩 。 j ，。：，一一二 1 。| ，i 二- _一主；哥能 属性查看i ；题壹询) 地圈打印 ，。、。 一 。 一 ，“7 f 、 ? ，一一j 用户管理 ：、一7 数据编辑 ，4一、= 分析功能 ? i 芝? 萝。釜?：= ，：二) 乏：三、，。 一，?一，一 一。 j。一 、一一 能源i 自耗信息盎目 厦糊排欣信息查询 息量控制再珐抒查询 信盅蛰开化信息查询 敢射性物两电地辐射信患 查涠 c 0 d 买日 监月擞椐萱诲 属性信息编辑 一一 。_。 地图量算空间信息编辑 图3 - 2 污染源管理子系统用倒分析 g i s 基本功能与平台功能基本相同，不再赘述，下面对系统中专题查询和分 析功能进行说明。 专题查询功能是环境管理用户最常用的，进行如下7 类专题信息的查询： 1 ) 工业污染源用水量信息 2 ) 工业污染源能源消耗信息 3 ) 工业污染源三废( 废水、废气和固废) 排放信息 4 ) 总量控制污染物( 其中废水污染物指标为化学需氧量、石油类、氰化物、 砷、汞、铅、镉、六价铬、悬浮物、挥发酚，废气污染物指标为烟尘、 工业粉尘、二氧化硫，固体废物指标为工业固体废物排放量) 排放信息 5 ) 放射性物质、电池辐射等危险物品信息 6 ) 企业环境行为公开化信息 7 ) c o d 实时监测数据查询 总量分析：总量控制是我国环保工作的一项基本制度，各级部门对污染物的 排放实行严格的总量控制。该子系统要能方便的以行政区划、各种功能区划甚至 用户自己划定的范围为单位，对陔区域内的各种污染物的排放总量进行分析，根 第三章系统功能 据总量目标，确定削减量或计算排放容量。 等标污染负荷分析：为更好评价辖区内的主要污染物和重点污染源，将不同 种类的污染物用统一标准进行标化，使各类污染物可以相互比较与相加，我们采 用等标污染负荷法的分析方法。 河流水质预测：根据扬州市的污染源状况和水质现状，化学耗氧量和氨氮是 最突出的超标污染物，同时也是最常规的检测项目，因此该模块重点对这两项指 标进行预测分析。 沿河污染源分析：针对扬州市水系众多的特点，为更好保护区域内河流的水 质，建设沿河污染源管理模块。就是以河流为单元，结合自身水质现状和目标状 况，对其沿程周围的工业污染源进行辅助管理。可对沿河工业污染源进行如f 分 析：排污状况分析，表达该范围内企业各种污染物的排放情况及统计状况：企业 治理设麓管理，对各企业的污染物治理设施的运行情况进行管理：行业分布分析， 根据选中企业的行业性质，在地图上直观地显示出该区域污染源的行业分布，统 计各行业的污染物排放总量，结合水环境容量、总量容量或削减量，为该区域的 行业调控提供依据：大户信息管理，即该区域内的重点污染源管理，此类企业对 河流( 湖库) 的水质影响最大，结合水质现状和水质目标，对其采取综合管理措 施，如产业结构调整、添加治理设施或进行清洁生产等。 c o d 在线监测数据分析：系统实现和重点污染源化学耗氧量( c o d ) 在线 监测仪的连接，该仪器置放在重点工业污染源的废水排污口处，全天候运行，连 续自动地分析污水中c o d ，每小时传回数据库一组数据。首先，对各企业排放 的实时数据进行查询，通过监测仪器，返回指定企业排放的实时排放数据，随时 了解其排放状况，并实现异常报警功能。同时，结合监督管理处室实际需求，对 存放在数据库中的历史数据进行深入分析，发现排放的内在规律，可按照时段 ( 年、月、f j 或任意时间段) 进行汇总统计，也可按照数学模型进行分析。 3 2 系统功能初步设计 在设计模型阶段，我们对系统进行详细的分解，设计出程序丌发实现口_ 所需 要的类对象和它的部分属性和方法以及各对象之问的关系。在此列出数据管理、 基础类图、几何形体、专题显示以及版面输出等g i s 功能组件类的对象模型图， 第三章系统功能 具体如下： j 、数据防问类图 图3 - 3 类图：访问数据类图 g x d i a l o g 用于打开一个或多个数据。 它提供给开发者一个输入、输出文件的方式。它是模态对话框，在关闭该对 话框之前，不能和其他任何应用交互。 文件类型可以用1 g x f i l e f i l t e r 接口的合适方法从f i l e f i l t e r 对象添加和删除， 要给过滤器添加一个文件类型，用a d d f i l e t y p e 方法，要删除一个文件类型则用 d e l e t e t y p e 方法，并指定文件类型的索引位置。过滤器包括要素类、要素集、表、 空间数据表以及个人空间数据表等。 2 、基础通用类图 籀三章系统功能 图3 - 4 类图：通用类图 m a p 控件能同时访问几乎全部a r c o b j e e t s 的对象模型，包括符号化、地理 处理和几何操作等对象。它是获取应用程序中a r c o b j e c t s 环境的一种重要方法。 同时，它提供了数据显示的目标。 m a p 是图层的集合。图层可以来自不同数据源( d a t a s o u r c e ) 中的要素类， 地图中同时记录渲染地图所用到的资源、专题显示信息等。通过在文件中获取一 个地图，就能获取地图上的特定层或所有层。 l a y e r ( 图层) 类是数据集在系统中的一种表现形式，它以图形的形式把数 据集中的空间对象展现出来，也是g i s 图形操作的基本对象。同数据集一样，图 层对象分为栅格图层和矢量图层，矢量图层按照存储空间对象的不同又可分为 点、线、面、文本图层等。 要素层f e a t u r e l a y e r 是基于一种f e a t u r e c l a s s 类型的数据集，f e a t u r e c l a s s 是 具有简单要素类型( 点、线、多边形) 、普通属性集和普通空间参考的数据集， 它是要素及其相应属性的集合。f e a t u r e c l a s s 的例子有s h a p e f i l e s 、c o v e r a g e s 和 g e o d a t a b a s e 等。要素数据集( f e a t u r e d a t a s e t s ) 是要素类的集合。要素类是一种 特殊的表，表继承数据集( d a t a s e t ) 。 获取f e a t u r e l a y e r 的数据集要用到i f e a t u r e l a y e r 下的f e a t u r e c l a s s 属性，由 于它是可读写的属性，因此不但可以获得f e a t u r e l a y e r 的数据源，丽且还可以没 定它。 3 、几何对象类图 第= 章系统功能 图3 - 5 类图：几何对象类圈 点( p o i n t ) 是所有几何形体的基础，它是单个的x 、y 坐标对，任何几何形 体都能直接从点集合生成。一个点群( m u l t i p o i n t ) 要素本质是一个要素，只不 过存储了多个点的坐标。s e g m e n t 类是一个抽象类，而某些种类的s e g m e n t 可以 被创建，包括：线、圆弧、椭圆弧、贝塞尔曲线。它是c u r v e 的子类。若干个相 连的s e g m e n t 集合构成p a t h ，p o l y i n g 由一个或多个p a t h 组成。环( r i n g ) 是一 种特殊的p a t h ，一个p o l y g o n 由一个或多个r i n g 组成。e n v e l o p e ，封装边界巨型 形体。每一个几何形体都有一个封装边界，它是要素的最小包围边界。 4 、数据获取创建类图 图3 - 6 类图：数据获取创建类图 弟= 章系统功能 w o r k s p a c e ：虽然所有的w o r k s p a c e 执行相同的操作，但w o r k a c e 对象具 有不同的形式，此为多态性的典型例子。 a r e l n f ow o r k s p a c e ：一个包含c o v e r a g e 和i n f o 子目录的目录； s h a p e f i l ew o r k s p a c e ：包含s h a p e f i l e s 的目录； a c c e s sw o r k s p a c e ：包含表和要素数据集的个人g e o d a t a b a s e ； s d ew o r k s p a c e ：包含表和要素数据集和层的a r c s d e 的实例。 只能获取由w o r k s p a c e 对象各自所定义类型的数据集。数据集d a t a s e t ，它 是抽象类，它代表了地理和非地理数据集合，如表、要素数据集、网格和图像等。 一个w o r k s p a c e 与多个数据集相关联，可通过包含它们的w o r k s p a c e 获取数据集。 w o r k s p a c e f a c t o r y 用以创建w o r k s p a c e 对象，根据所需获取的数据类型，使 用相应的w o r k s p a c e f a c t o r y 组件对象类。 要素类可以直接存在于w o r k s p a c e 中，也可以存在于要素数据集中。使用 w o r k s p a e e 类上的i f e a t u r e w o r k s p a c e 接口的o p e n f e a t u r e c l a s s 方法，可以获取直 接存储于w o r k s p a e e 中的要素类。所创建的数据类型由创建或打开的w o r k s