关于环境监测数据管理系统开发研究的思考

1、第33卷第9期2008年 9月环境科学与管理env ironmentalscience and manag ementvol33 n o 9sep.2008收稿日期 : 2008- 05-19作者简介 : 袁福的( 1976-), 男, 大 学本科 , 工 程师 , 现 任安阳市环境保护监测中心站综合技术科科长, 主 要从事环境监测数据管理、分析工作。文章编号 : 1673-1212( 2008) 09-0013- 05关于环境监测数据管理系统开发研究的思考袁福的1, 张芳1, 徐瑞红1, 张涛1, 金东2( 1 . 安阳市环境保护监测中心站, 河南 安阳455000; 2. 安阳工学院, 河

2、南 安阳455000)摘要:文章通过对环境监测信息管理系统的历史运用分析、 现实分析 和发展 趋势的 展望 , 提出了 环境监 测信息管理系统改进 、 完善的必要性和现实性,并通过典型个案的调查研究 , 找出 了现有 环境监 测数据 管理系 统的弊端 ,提出改进环境监测数据管理系统的具体建议 ,使环境监测数据管理系统能更有效地存储和处理环境 监测数据 ,实现信息资源的共享, 并且以图表和图形的形式反映区域环境状况的变化, 为环境监测管理走向科学化 、系统化和网络化进行有益的探索。关键词 :环境监测 ; 数据管理 ; 研究中图分类号 : x830 . 3文献标识 码: aresearchand

3、develop m ent of emdm syuan fude1,zhangfang1, xu ru ihong1,zhangtao1,jin dong2( 1 . anyangenvironmentalm onitoring centerstation , anyang 455000 , china ;2 . anyang institute oftechnology , anyang 455000 , china)a bstract: on analysis of historical use ,practical use and develop ment trend of enviro

4、n m entalmonitoring datamanage mentsyste m ( emdm s),this paper points out thenecess ity and reality to m i prove andperfect the syste m. through investigation andst udy of typical cases ,defects are identified and detailed suggesti ons for mi prove ment arepresented , which allows e m dm s tostorea

5、ndhandlemorniterddatamoreeffectively ,realizethe resources sharingand indicatethevariation of regionalenviron m entalco nditions in the for m of chartandfigure . the resear ch is ahelpful exploration forenviron mentalmonitoringmana ge ment going towards a scienthfic ,syste mic andnet work serviceway

6、 .k eywords: environme ntalmonitoring ;datamanage men; tresearc h随着信息社会的不断发展, 信息技术在各个领域的应用越来越广泛。环境保护作为中国的一项基本国策 , 涉及的内容包罗万象,并且还在不断地扩大范围 ,因此 , 借助环境信息系统进行环境管理已成为必然趋势。近年来,国家环保总局和各地环保部门陆续建立起各种环境信息系统, 在环境监测、 环境预测、 环境评价和规划决策等各方面发挥了重要的作用。环境监测数据管理系统是环境信息系统的重要组成部分 , 也是环境管理的重要基础。环境监测信息的主要来源是环境监测站。每年的环境监测数据数以万

7、计 , 因此仅靠手工管理很难保证数据的准确性和一致性 , 而且也不便于对数据进行进一步的分析 ,难以更好地服务于环境决策。环境监测数据管理系统为环境监测数据从存储、查询、处理、共享到信息发布提供了完整的方法和手段, 也为环境管理和决策提供有效的支持。1国内外环境信息系统研发应用状况1 . 1国内外研究现状1 . 1. 1国外研究现状20 世纪70 年代初期以来, 计算机在工业发达国家的环境保护工作中得到日益广泛的应用, 许多国家陆续建立起各种环境信息系统。例如, 美国国家环保局组织开发了一系列环境决策支持系统, 为环境质量委员会、 国家环保局、 联邦一级的环境保护部门以及国会在决策时提供服务。

8、其中, 用于环境数据管理的系统有storet -coge nt( 水质检索与评估系统)、 nadb (国家大气测定数据库)等。另外, 还建立一些专家系统, 用于制定法规、 发放许可证、 投资成本风险分析以及其他一些环境管理业务。13第33卷第9期2008年 9月袁福的等关于环境监测数据管理系统开发研究的思考vol33 n o 9sep.2008德国还在环境信息内部装置了服务系统, 信息技术处理系统 , 设计各种专门化信息技术程序, 使得环境信息系统还可以处理许多特殊领域的问题 1。20世纪90 年代以后 , 发展中国家以及第三世界国家也陆续建立了环境信息系统。例如: 非洲一些国家于1990年开

9、始 , 在世界银行及其他一些国际机构和赞助商资助下, 逐步建立主要面对撒哈拉大沙漠以南( sub -saharan)的非洲国家的eis 。实现这些国家间环境信息共享, 以支持这些国家社会可持续发展的进程 2。葡萄牙在1993年, 建立国家环境信息系统( sina ia ), 收集所有环境数据, 并且政府给予了支持。其所开发的国家级水资源信息系统( snirh ), 贮存所有与水资源相关的数据, 包括降水量、 水位、 地下水位、水质决定因素等。进入20 世纪90年代后 , 越来越多的国家和地区在其环境信息系统中将3s(g is 、 rs 、 gps) 技术、数据仓库技术、 网络通讯技术与计算机技

10、术融合在一起。数据仓库技术是20世纪90 年代信息技术的热点。数据仓库已被应用到多个项目, 如澳大利亚的土地管理系统、 苏格兰的资源环境信息系统等。能够进行复杂的空间分析, 反映自然界不同时空尺度下的动态变化趋势, 为决策者提供及时、准 确的信息。新技术的涌现大大丰富了环境信息系统的内容和表现方式 , 扩大了应用领域 3。目前计算机模拟已广泛用于供热、 区域开发、 虫害控制、 城市管网设计、 河口特征评价、 水库设计、废水处理厂设计、 大气污染微量化学、 海洋规划与管理等领域 4。1 . 1 . 2国内研究现状中国环境信息系统的建立始于20 世纪80 年代 5。 1980年 - 1990年中国

11、初步建成了一些研究型的环 境 信 息 系 统 , 如 国 家 水 质 管 理 信 息 系 统(nwqm is)、 国家环境信息系统、 以及一些地方性环境管理信息系统, 如吉林市环境管理信息系统、常州市环境管理系统等 6。此外 , 随着一系列环境管理制度的形成和完善, 国家环保局有关司、处 组织开发、 审查、推广了一些应用软件, 如环境质量监测数据软盘传输软件、 重点工业污染源动态数据库系统、环境统计系统等。在环境信息系统建设的理论、方法和技术上做出了有益的探索, 也为减少有关部门的数据处理工作量、 提高管理水平起到了积极的作用 7。进入20世纪 90年代以后 , 中国在环境信息领域得到了很大的

12、发展, 各地环境保护部门为了各自管理上的需要 , 将先进的信息技术应用于日常的环境管理和环境决策支持中。1994年, 由江苏省环境保护局和清华大学环境工程系合作开发完成了中国第一个基于客户/ 服 务器结构的省级环境管理信息系统江苏省环境信息系统, 在将先进的客户/服务器 (client/server) 体系结构应用于环境信息系统方面做出了有益的探索。并且中国在这一时期自行开发研制了一些适合本地特点和管理需要的地方环境信息系统。如八五期间研制的全国省级环境决策支持系统、 大连市环保管理信息系统、苏州河环境信息系统等。使得环境信息系统的理论、方法和技术获得了进一步的充实和完善 8。1 . 2国内外

13、现有系统存在的问题1 . 2. 1环境信息及系统结构缺乏统一标准多年来 , 已经开发出许多针对不同使用目标的环境信息系统 , 这些系统缺乏总体规划与统一规范作指导 ; 环境信息分类标准不一致,编码不统一; 系统规范性差 , 使得信息难以推广、 移植、 共享 , 造成信息冗余 , 大量的人力、物力、财力和信息资源的浪费;各部门自行开发自己的系统, 不仅浪费大量的资源和时间 , 造成重复建设, 更由于 缺乏标准化和规范化, 政府之间、政府部门之间的各种系统势必难以兼容, 信息 资源难 以共 享。这 种量 体裁 衣, 自给 自足的方法 , 已经为世界各国认识到其弊端之所在。1 . 2. 2环境信息资

14、源共享程度低由于传统体制所造成的条块分割, 造成各环保部门之间信息封锁, 大量的环境信息资源封闭在单位部门内部 ; 有些环境管理部门分头立项、重复建设信息系统 ; 信息资源开发利用基本处于滞后的状态,缺乏全面及时、 科学分析、动态跟踪能力, 因而 , 无法实现环境信息共享, 很难为环保部门的战略规划和科学决策提供依据, 这是环境信息系统建设的重大障碍。目前 , 已经开发出的环境信息系统多为单机运行 , 服务的范围和领域大多停留在低层次的传统信息服务上 ; 新兴的网络信息系统所占的比重很小,同时虽然环境信息网络建设有一定的规模, 但网上传输信息量还不太大, 这些都不利于实现公众和社会的信息共享

15、, 不能满足经济发展和社会公众的需要。1 . 2. 3环境信息处理开发技术水平低经过30多年的发展, 各级环境监测、 管理部门积累大量的环境信息数据, 并利用这些数据建立各种环境信息系统,这些环境信息系统大多仅仅具有查询、 检索和统计的功能;信息资源开发利用基本处于滞后的状态, 缺乏全面及时、 科学分析、动态跟踪14第33卷第9期2008年 9月袁福的等关于环境监测数据管理系统开发研究的思考vol33 n o 9sep.2008能力 ,因而 , 很难为环保部门战略规划和科学决策提供信息依据。随着环境信息数据和数据库的急剧增长 ,迫切要求环境信息系统将所存储的数据转化为容易被环境管理人员理解的、

16、有用的环境信息。1 . 3 未来环境信息系统发展趋势1 . 3 . 1开展环境信息与信息系统结构的标准化、 规范化研究开展环境信息及其结构标准化、规范化研究 , 不仅是改进、完善大型信息系统的需要, 也是实现环境信息统一管理、 存贮、传输、 加工与共享的必要条件。环境信息及其结构的标准化、规范化 , 主要是对环境信息的采集、 存储与交换标准、 数据采集精度、 数据质量、 存储制定规范; 对环境信息进行分类和统一编码 ;对信息的记录、 交换与传输格式进行规范化设计 ;制定信息的安全、 保密及技术服务以及原数据标准等。对环境信息系统集成涉及的环境数据库、环境网络制定标准; 对环保部门所开发的各类系

17、统的软硬件环境提出配置标准、系统开发规范、 质量保证规范以及审查与检验、测试规范等。环境信息的标准化 ,可以使各类环境数据统一规范, 消除数据冗余与不一致的现象。这样不但减少了数据占用 的空间 ,缩短了处理数据的时间,也大大提高了数据的准确性和可比性。今后, 环境信息与环境结构的标准化、 规范化的研究将是一个必然趋势。1 . 3 . 2建立 internet或 intraneteis信息高速公路的建立极大地方便了世界各地用户间信息交换与信息查询。利用www 发布环境信息在国外正变得越来越普遍, 包括美国、欧洲、非洲、中东等国家和地区都有环境方面的站点 3 。中国近年来网络用户量也急聚上升, 具

18、有很大的发展潜力。今后 , 信息系统应逐渐加强建立基于internet (国际互联网络)或 intranet (企业内部互联网)的 eis 。通过建立intraneteis可以实现环境数据远距离交换、共享和信息查询; 可以为公众提供eis服务 ; 可以建立大规模甚至超大规模的环境网络信息系统; 并且能够为其它学科的研究提供基础信息资料。1 . 3. 3采用虚拟现实技术资源环境信息种类复杂,获取渠道多样, 具有多种比例尺、分辨率以及不同的表达方式等多维属性。面对多维的资源环境信息, 要构建一个具有多维信息表达方式、 人机界面友好、 交互性和参与感强、满足资源环境科学研究人员需要的多维信息平台,

19、仅靠3s 技术和数据库( db)处理技术是不够的, 虚拟现实技术适应了环境信息系统的这一发展需要。虚拟现实(v irtu2al reality -vr )技术不仅可以处理传统信息技术所能处理的数字信息,而且能建立一个包容图像、 声音、 甚至化学气味在内的多种信息源空间。对人类真实世界某一部分或某一过程进行逼真模拟 , 给人提供视觉、 听觉、触觉、力觉、嗅觉等信息 , 令人完全置身于虚拟世界中, 感受与现实系统一致或接 近, 从而 让人产生一种虽幻犹真的沉浸。虚拟现实技术未来将在环境领域得到进一步实践应用 9。2对现有环境监测数据管理系统的分析当前实际使用计算机系统, 或使用文件系统存储数据 ,

20、 报表单独孤立, 历史连贯性差,无法进行数据查询、比较、 分析 , 现有的软件实用性不高, 基本只是用于生成上报数据表格, 也可能是一个机械系统甚至是一个人工系统。2 . 1处理流程和数据流程(见图 1)图 1处理流程 和数据流程示意图基本上操作都是手工操作, 并且每个环节都需要员工重复输入数据, 各 种报表(手工操作)、 软件(只是用来进行上报数据), 分散。2 . 2 工作负荷 、 费用开支 、 人员 、 设备现有系统 , 基本上是人工系统。所以员工工作量相当大。且数据重复输入, 查询、 存储、输出 ,相当繁琐。由于现有系统的局限性, 导致员工工作效率低 ,任务重 , 重复的机械操作工作。

21、导致人力资源浪费 ,员工不能进行相关行业研究报告工作, 局限于繁杂的数据录入中。科室数据衔接, 必须通过人员交换数据信息。造成人力资源浪费。人力资源浪费,办公费用增加。现有系统对人员有较高的要求, 熟练程度要求比较高 , 必须熟练数据的运算 , 准 确输入。现有系统完成所需工作至少需要10人以上协同工作 , 且领导不易掌握数据情况。现有系统, 采用计算机单机进行存储、 打印报表等工作。2 . 3局限性(1)数据存储 困难 , 由于现有数据存储在综合科技科一台计算机上 , 硬盘空间严重不足 (数 据重复、 无序 ), 如果系统硬盘损坏, 数据就将丢失。15第33卷第9期2008年 9月袁福的等关

22、于环境监测数据管理系统开发研究的思考vol33 n o 9sep.2008( 2)查询困难 , 数据查找需要人工操作, 无法实现条件自动查询。( 3)数据需要重复输入, 数 据上报、数据计 算,都需要重复输入数据, 环节的增加导致错误几率增加。( 4)无法自动生成环境信息, 不便于领导决策。( 5)数据传输困难。3 数据管理系统应有特点及功能分析3 . 1 数据管理系统应有的特点 4( 1)数据传输方式新颖、 简便该系统的数据传输是通过模块将管理系统的监测数据直接传输到modat软件中 , 不需再次重复录入数据。( 2)设置标准库、便于修改将统计标准从统计程序中分离, 修改和更新标准只须在标准

23、库中即能完成, 不用修改程序。( 3)实现 不同区域、 不同标准和同一区域各测点标准不同的统计将大气测点、 区域评价、河流 (湖库 )测点、河流(湖库 )断面、 河流 (湖库 )水体等的评价标准分别设置 , 一次完成统计评价。( 4)输出形式直观、 可视、 可比监测数据、统计数据、 标准库数据、 基本信息数据可以通过表格输出,便于查阅和保存, 并且监测数据、 统计数据还可以用二维或三维图形显示和打印输出 , 生动、 直观。( 5)数据输入方式多样化基础数据可以用格式方式、浏览方式、单项目方式输入。( 6)具有数据检查功能可以通过记录数检查、 数据个数检查、 重复记录检验 , 检查输入数据的有效

24、性和正确性。( 7)具有变量查询和提示功能设置数据变量字段的提示功能, 操作者可根据字段提示选择操作变量。( 8)可以 在不退出管理系统的条件下, 调用文字编辑软件和多种程序语言。( 9)查询方便快捷。3 . 2 数据管理系统功能分析环境监测数据管理系统针对地市级环境监测站设计 ,应该满足监测站的业务要求, 提高其 工作效率 ,同时也应该反映环境信息化的发展要求。3 . 2 . 1系统的主要功能按照要求 , 环境监测数据管理系统应包括以下主要功能 , 如图2所示 :图 2环境监测数据管理系统的主要功能3 . 2. 1. 1数据输入各种类型污染物的监测结果都存储到数据库中, 是数据统计、分析的基

25、础。系统应提供方便灵活的数据录入界面, 同时也能读入磁盘中已有的数据。数据录入界面中提供选择列表框及代码与名称对照表, 以方便用户选择; 对各数据记录中的相同部分,如监测点、监测年月等, 系统能自动进行填充; 在数据存储时对关键字段 , 如必填字段、 表间关联字段等, 要进行有效性检查, 尽可能避免录入错误数据。从磁盘中读入数据是为了充分利用其他格式的监测数据 , 数据读入有数据全部读入、条件读入、 查询读入等方式 , 可通过选择下拉框选择数据格式。3 . 2. 1. 2数据修改为了保证数据的正确性,需要修改出错的基础数据以及删除无效或无用的数据。数据修改应该具有当前记录修改、 条件修改、替换

26、修改等功能, 其中替换修改能实现一次对多条记录的修改。数据删除是指删除重复的记录、错误的记录或已备份过的数据记录 , 可设置条件删除。数据修改应该设置一定的权限 , 以限制数据的修改。3 . 2. 1. 3数据备份数据备份是进行数据交换、上报、 历史数据存档的操作 , 将数据备份至用户选定的目录或软盘。可以选择备份的文件类型, 以适应不同软件系统对数据文件的要求。数据备份也能确保数据的安全性,以防由于病毒、 误操作等原因造成的数据丢失。3 . 2. 1. 4数据查询数据查询功能帮助用户找到所需要的数据, 从而更好地为环境管理、环境预测和决策等服务。数据查询应方便灵活, 用户可以根据需要设置和组

27、合任意查询条件 , 如选择查询的污染类型、监测指标的条件、 查询结果的显示内容等, 对查询的结果以列表方式显示并能打印输出。3 . 2. 1. 5数据输出系统中的环境监测数据和统计分析数据, 最终都要通过不同的方式输出, 包括屏幕输出、 打印输出和文件输出。屏幕输出是将查询或统计分析的结果以表格或图形的方式显示在屏幕上, 供用户浏览和分16第33卷第9期2008年 9月袁福的等关于环境监测数据管理系统开发研究的思考vol33 n o 9sep.2008析; 打印输出是按照环境监测报告要求的报表格式打印常规报表 , 或者将查询的结果以报表形式输出; 文件输出是将上报数据、 查询结果或统计分析结果

28、以不同的文件格式存储到磁盘上。数据输出见图3 。图 3 数据输出选 择3 . 2 . 1 . 6数据统计输入到系统中的数据是环境监测的原始数据,需要进行统计处理, 为环境管理服务。数据统计包括按报表要求进行的常规统计和用户定义条件的选择统计两种。常规统计包括计算监测点或区域的日均值、 月均值、年均值等 , 并存储在数据表中; 选择统计使数据统计具有更大的灵活性, 用户可以指定统计的时间、监测地点、监测指标等。数据统计方式选择见图4 。图 4 数 据统计选择统计结果一经存入数据库, 立即显示在屏幕上,查询统计结果, 如不满意只要点击数据统计按钮就能对数据重新进行统计,操作方便简单。3 . 2 .

29、 1 . 7数据分析数据分析是将监测原始数据和统计数据用图形的方式显示出来, 这样就能更清楚和直观地了解环境质量状况及变化,为管理部门和决策部门提供支持。分析时可指定监测地点, 选择一个或多个监测指标在屏幕生成二维、 三维图形 , 并能打印输出。3 . 2 . 2系统运行后预计效益分析( 1)人力与设备费用的减少, b/s结构从软件安装、 维护、 数据安全保障、 使用上大大减少人力, 软件运行于服务器 , 终端平台所有计算机不必进行改造升级,均可快速运行程序, 大大节省计算机升级费用;(2)处理速度的提高, 使用c#语言、使用 微软m icrosoft. net fra m e work v3

30、. 5架构服务平台, 将大大提高数据处理速度, 并发访问量可达到2万 (服务器性能定);(3)集中管理 模式 , 使控制精度或数据处理能力的 提 高, 数 据 存 储 规 模 化 , m icrosoft sql server2005数据库 , 备份机制 ,数据安全性提高;(下转第90页 )17第33卷第9期2008年 9月于皓等化学混凝/倒置a2/o工艺处理猪场废水试验研究vol33 n o 9sep.2008图 3hrt 对 cod去除率的影响件为室温 , hrt 为 7 , 结果如图4所示。可以看出回流比为100%时 , 脱氮效果较差, 平均 tn 去除率为65 5%, 增加回流比后tn

31、的去除率也明显增加, 当回流比 为 200 % 时平均tn 去除 率增加到73 4 %。结果表明脱氮效果是靠增加回流比来实现的。图 4回流比对tn去除率的影响3结论(1)对猪场废水进行混凝预处理可有效降低其中的 cod、 bod5、 ss , 减轻废水对后续工艺的冲击。(2)采用 fecl3为絮凝剂 , 用量在 1 400mg/l 的时候对cod、bod5、ss的去除效果最好, 平均去除率分别达到77 2 %、 83 2 %、80 8 % 。(3)适当增加回流比与好氧区的hrt, 出水的氨氮、 cod 、tn 的去 除率 均有 增 加。当 好氧 区 的hrt 为 7时, cod平均去除率为87

32、 % ,氨氮的平均去除率为92 8 % ; 当回流比为200 % 时, tn 平均去除率为73 4 %。参考文献 : 1张波 , 高 廷 耀. 倒 置 a2/o工 艺的 原 理与 特 点研 究 j. 中国给水排水 , 2000 , 16( 7): 11- 15. 2杨 朝 晖, 等. 规 模 化 养 猪 场 废 水 处 理 工 艺 的 研 究 j. 环境工程 , 2002 , 20( 6): 19- 21. 3黄理辉 , 张波 , 等. 倒 置 a2/o工 艺的 生产 性试 验研究 j. 中国给水排水 , 2004 , 20( 6): 12- 15 . 4许振 成, 等. 集约 化猪 场废 水强 化生 化处 理工 艺试验研究 j. 农业工程学报 , 2007 , 23( 10): 204- 209 . 5周亚红 , 等. 絮凝 预处理 养牛 场废 水研 究 j. 西南科技大学学报 , 2006