环境管理信息系统

环境信息系统 2011年2月25日 2 第2节环境管理信息系统 3 预备知识 环境统计实质是对环境信息进行收集 加工 处理 用数据反映并计量人类活动引起的环境变化和环境变化对人类的影响 以帮助人类对环境问题实行决策 环境统计 4 图1环境统计信息的流动示意图 5 环境统计内容 环境统计工作是对环境污染源 环境污染 危害 防治等环境现象的信息数据进行收集 整理 分析工作过程的总称 环境统计资料是环境统计工作活动所取得的各项数字资料以及相关资料的总称 环境统计学是环境统计实践经验的理论概括 是指导环境统计的基本理论和方法 6 环境统计范围 1997年联合国统计司 土地 自然资源 能源 人类居住区 环境污染 中国 土地环境 自然资源 能源环境 人类居住区环境 环境污染 环境保护事业发展情况 7 环境统计指标 环境统计指标是把现实世界中的环境现象抽象为概念范畴 利用所定义的描述语言 对环境统计内容的总体数量和质量进行描述的特征值 环境统计指标的含义有二 一是指标的名称 通常表明了指标内容或所属范围 二是指标的数值 通常表明了描述对象的状况及其变化 环境统计信息指标化 是实现人 机配合的基础 也是环境信息系统模拟首要解决的技术基础 8 我国当前环境问题要重点分析的统计指标 分析工业生产过程中 三废 排放情况或污染物排放水平及其影响的指标 一类指标 分析研究环境问题污染治理水平和效益的指标 二类指标 分析研究排污费征收和使用情况 三类指标 分析环境质量状况环境变化趋势分析 9 环境信息系统数据源 信息分类 空间信息属性信息获取途径 野外实地测量摄影测量现场专题考察与调查社会调查与统计利用已有资料 表1EIS信息的获取途径 获取数据是建立数据库的最初工作 非数字信息必须转换成数字形式才能被计算机接受 10 环境信息系统数据源 野外调查地图数据1 普通地图2 专题地图遥感数据GPS数据 传统测量方法 获得资料具体 准确 但花费人工多 工作周期长 1 探测范围大2 空间详细程度高3 获取资料的速度快 周期短4 受地面条件限制少5 获取的信息量大 1 直接对GIS空间数据进行实时更新和采集2 实时差分定位技术与GIS地图结合 电子导航系统 11 1 基础概念2 数据库中的数据模型3 数据库的设计4 数据库管理系统5 数据库系统的运行与保护 一 数据库基础知识 12 一 数据库基础知识 1 基础概念数据 Data 数据是指人类在认识世界过程中 定性或定量描述认识目标的直接记录或原始资料 13 14 数据与信息的关系数据是信息的载体 是人类认识过程的直接记录或原始素材 信息是潜在于数据中的意义 是对数据的解释 是对数据加工后的有认识意义的结果 数据本身并不是信息 数据中隐含的信息通常不会自动地 明显地呈现出来 一个人的知识 经验的丰富程度往往决定了他可以获得的信息量的多与寡 一 数据库基础知识 15 一 数据库基础知识 数据库 Database 就是为一定的目的服务 以特定的数据存储的相关联的数据集合 环境信息系统数据库 是环境信息系统在计算机物理存储介质上存储于应用相关的环境空间数据的集合 数据库管理系统 DBMS 是提供数据库建立 使用和管理工具的软件系统 环境管理信息系统 EMIS 是以现代数据库技术为核心 将环境信息存储在计算机中 在软 硬件支持下 实现对环境信息的输入 输出 修改 增加 删除 传输 保密 检索和计算等各种数据库技术的基本操作 并结合统计数学 优化管理分析 制图输出 预测评价模型 规划决策模型等应用软件 构成一个复杂而有序的 具有完整功能的技术工程系统 16 一 数据库基础知识 环境空间数据库主要特征 要求 数据集中控制数据冗余度小数据独立复杂的数据模型数据保护 17 一 数据库基础知识 数据库系统结构概念模式外模式内模式 图1数据库系统的结构 是数据库的总框架 是对数据库中关于目标存储的逻辑结构和特性 基本操作和目标与目标 目标与操作的关系和依赖的描述 以及对数据的安全性 完整性等方面的定义 外模式也称为子模式 是数据库用户的数据视图 它属于概念模式的一部分 描述用户数据的结构 类型 长度等 内模式也称为存储模式 是对数据库在物理存储器上具体实现的描述 它规定数据在存储介质上的物理组织方式 记录寻址技术 定义物理存储块的大小 溢出处理方法等 18 一 数据库基础知识 2 空间数据库的数据模型数据模型是对现实世界部分现象的抽象 描述了数据的基本结构及其相互之间的关系和在数据上的各种操作 是数据库系统中关于数据内容和数据间联系的逻辑组织的形式表示 以抽象形式描述和反映一个部门和系统的业务活动和信息流程 19 一 数据库基础知识 2 空间数据库的数据模型实体 是可以相互区别而又可以被人识别的事 物 概念的统称属性 实体的属性是指描述实体的若干特征联系 实体与实体间的关系码 唯一标识实体的属性集域 属性的取值范围 20 一 数据库基础知识 概念数据模型层次模型网状模型关系模型面向对象模型时空一体化数据模型 21 一 数据库基础知识 概念数据模型层次模型 用树状结构来表示实体之间联系的模型 是以结点来表示数据库中记录类型的有向树 图3地图及其多边形实体I和II 图4层次模型 优点 容易理解 单码查找速度快 易于更新和扩充缺点 多码查找较困难 需较大索引文件 产生数据冗余 22 一 数据库基础知识 3 空间数据库设计 概念设计 逻辑设计 物理设计 数据库的概念模型 数据库的逻辑模型 数据库的存储模型 现实世界 信息世界 计算机世界 23 一 数据库基础知识 数据库设计内容需求分析概念设计E R模型 实体 联系模型 24 一 数据库基础知识 数据库设计内容逻辑设计 将概念模型映射为数据模型 并用数据描述语言表达物理设计存储记录的格式设计存储方法设计访问方法设计完整性和安全性考虑应用设计形成物理设计说明书 25 一 数据库基础知识 4 数据库管理系统功能数据库定义数据库管理数据库维护数据库通讯 26 一 数据库基础知识 5 数据库系统的运行与保护1 系统运行人机交互方式批处理方式 数据库系统运行机制 27 一 数据库基础知识 2 安全保护对用户规定使用权限对数据进行逻辑检查对并发操作要做适当处理 28 二 地理信息系统的空间特性 空间实体及其描述空间问题论述空间处理方法 29 一 空间实体及其描述 1 空间实体指具有形状 属性和时序特征的空间对象或地理实体 包括点 线 面 体 他们构成地球圈层间复杂的地理综合体 也是地理信息系统表示和建库的主要对象 如何以有效的形式表达它们 关系到计算机识别 存储 处理的可能性和有效性 30 31 空间实体 抽象成点 线和面 输入计算机 32 计算机不能直接识别和处理各种以图形形式表达的地理空间实体 要使计算机能识别和处理它们 首先要对空间实体进行描述 2 空间实体的描述识别码位置实体特征行为或功能实体的衍生信息 33 识别码 用于区别同类而又不同的实体位置 可用坐标描述也可用其它形式空间特征 也是位置信息的一种 如维数 类型及实体的组合等实体的行为和功能 是指在数据采集过程中不仅要重视实体的静态描述 还要收集那些动态的变化 如岛屿的侵蚀 水体污染的扩散 建筑的变形等实体的衍生信息 如一个实体有许多个名称 34 空间单元的类型 35 3 空间实体的空间特征 可有零维 一维 二维 三维之分 实体的二维和三维情况表示如下图 36 点状实体有如下几种类型 实体点Entitypoint 用来代表一个实体 注记点Textpoint 用于定位注记 内点Testpoint 用于负载多边形的属性 存在于多边形内 结点Node 表示线的终点和起点 角点Vertex 表示线段和弧段的内部点 实体的类型 1 37 线状实体由一列有序坐标表示如下特性 实体长度 从起点到终点的总长 弯曲度 用于表示像道路拐弯时弯曲的程度 方向性 长流方向是从上游到下游 公路则有单向与双向之分 线状实体包括线段 边界 链 弧段 网络等 如下图所示 实体的类型 2 38 线状实体类型 39 面状实体面状实体也称为多边形 是对湖泊 岛屿 地块等一类现象的描述 在数据库中由一封闭曲线加内点来表示 面状实体有如下空间特性 面积范围 周长 独立性或与其它的地物相邻 如中国及其周边国家 内岛或锯齿状外形 重叠性与非重叠性 如下图所示 实体的类型 3 40 面状实体类型 41 立体状实体立体状实体用于描述三维空间中的现象与物体 它具有长度 宽度及高度等属性 体积 如工程开掘和填充的土方量 每个二维平面的面积 周长内岛或锯齿状外形 含有孤立块或相邻块 断面图与剖面图 实体的类型 4 42 实体类型组合现实世界的各种现象比较复杂 往往由不同的空间单元组合而成 例如 1 根据某些空间单元 可以将空间问题表达出来 而一个特殊任务有时需要几种空间单元来描述 2 复杂实体有可能由不同维数和类型的空间单元组合而成 3 某一类型的空间单元组合形成一个新的类型或一个复合实体 4 某一类型的空间实体可以转换为另一类型 5 某些空间实体具有二重性 也就是说 由不同的维数组合而成 下图是不同空间单元组合的现象 43 实体类型组合 44 4 空间实体的时间维 亦称空间实体的时间特征 的处理 对空间实体或者组合事件的时间维的描述可用以下方式 1 作为记录事件或属性的基本成份 2 作为没有空间特性发生改变的实体的一个属性 3 作为观察空间实体变化的参考 下图是空间实体的时间维处理实例 45 不同时间的处理方法 46 空间实体 抽象成点 线和面 输入计算机 47 5 空间实体在地理信息系统中的表示 1 1 单一特征在地理信息系统中 点特征用一组x y坐标表示 线特征用一维有序的x y坐标表示 面用一组首尾相同的坐标表示 如下图所示 48 空间实体在GIS中的单一特征表示 注 3 3 可用于表示一个点的位置 1 7 3 5 5 5 5 3 6 1 可用于表示一条线 3 10 3 8 4 6 9 5 10 7 7 10 6 9 3 10 可用于表示一个多边形 注意第一个坐标和最后一个坐标相同 因为多边形总是封闭的 49 2 多种特征的表示如果具有多种特征 就需要对每一特征给定一个序号 每一特征的坐标可以用与每一特征的坐标列表有关的序号来描述 见下图 50 空间实体在GIS中的多种特征表示 1 2 51 3 带有属性的空间特征的表示表示道路的一组线特征的