南京城市环境地理信息系统

南京市环境地理信息系统(NEGIS)的设计与实现组员名单：曹奇、曹陈霞、高永攀、高瑞超、黄赟、刘云龙、牛洪涛、叶海滨、王俊杰、朱成林、张志生、海美（排序不分前后）以南京城市环境地理信息系统为例，利用GIS技术论述了地理信息系统在环境管理中的应用，对系统软件的设计与实现作了介绍和分析，着重论述了系统的技术关键和解决方案。说明了利用GIS技术给环境管理工作带来的便利，及对环境地理信息系统的发展前景作了展望。随着我国环境保护工作的深入开展，环境信息化管理已成为衡量环境管理能力的重要内容之一。环境信息管理所涉及的数据除具有时间性和动态性特点外，还具有空间分布的特点，因此将地理空间数据与环境监测数据有机结合在一起极为重要。但过去在环境信息管理方面的研究主要集中于管理信息系统(MlS)，空间数据与监测数据无法统一考虑，为此开发空间数据与环境监测数据高度结合的城市环境地理信息系统显得极为必要。地理信息系统(GIS)最大的特点在于把社会生活中的各种信息与反映地理位置的空间信息有机地结合在一起，并可根据用户需要对这些信息进行分析基于Internet技术的地理信息系统——WebGIS，通过互联网发布和出版空间数据，可以实现各部门之间的数据共享，同时可以由各部门共同合作完成融合多种数据源的1项大型任务。利用GIS技术，结合Internet技术，实施环境信息综合管理是与现代化环境管理发展趋势相适应的。作为环境信息化管理工作的重要组成部分——环境地理信息系统，以其独有的技术手段，结合互联网的优势，解决了从前环境管理工作中的难点，越来越受到研究者的重视。1南京城市环境地理信息系统的设计针对现有的管理模式以及具体的工作内容，南京市环保局在目前积累的众多环境历史数据的基础上，力求开发以GIS技术为应用平台的环境信息综合管理系统，旨在实现对各类环境数据的统一和规范化管理。1.1系统建设背景1.公共绿地不足。2O世纪9O年代以来．随着南京市人口膨胀以及交通与住宅的不断发展．生态绿地面积大量减少。目前．主城区人口集中的lf9城和河西新区人均公共绿地分别为1．87m／人和3．18m／人．1f9城的指标仅为国家城市建设用地标准的四分之一左右。2.城市热岛效应明显。根据遥感影像分析：2002年，南京主城区最高量温值为41.97℃，最低亮温值为24.87℃，二者相差17.10℃。如不采取有效的防止生态环境退化的措施，南京市的热岛效应还有进一步增强的可能。南京环境污染主要包括：3.城市水环境污染严重。目前，南京市如秦淮河、金川河等河段水质已经连续10多年未能达到地表水V类标准。南京市水环境质量不容乐观的另外一个表现就是湖泊的富营养化状态加剧和河流的生态环境恶化。4.空气环境状况不佳。1990年代中后期，氮氧化物（NOx）和悬浮颗粒物以及降尘成为南京市空气环境中的主要污染物，并且其含量连续4年超过国家标准。目前，南京、上海和杭州等城市已成为我国东部主要的酸雨地区，自2001年以来，南京市的酸雨出现频率均超过25％,雨水PH年均值低于5.6而且雨水的酸性呈逐渐增强趋势。1．2系统的目标以南京市电子地图的基础地理信息和污染事故风险源、污染物理化特性、应急监测方法以及污染事故应急监测预案等数据库为基础,在突发性环境污染事故发生时,为现场快速监测,应急处理提供决策支持和辅助信息保证，如图1所示。(1)以便捷、完善、直观的属性数据和空间数据为环境管理和保护提供更好的服务和支持；(2)整合图形库、数据库、模型库和方法库，以良好的环境分析、环境评价和环境管理方法，为各级决策的研究和制定提供更科学的依据；(3)对数据进行集中的网络化管理，实现环保系统内部充分共享信息资源，提高环保管理的透明度；(4)为环保系统各单位提供实时、高效的信息发布——访问系统，使之联系和交流更为密切，提高环境管理的相应能力；(5)使之成为国家环保信息工作和城市政府信息工作中的一个高质量、高效能的节点。图1环境数据调查统计流程图1．3系统的功能(1)实现各类环保数据的综合查询，具有对地理空间分析和数据综合分析的能力，并能提供分析报告和报表，具备为决策提供支持的能力；(2)具有对信息分析后提供专项预测的功能；(3)支持通用网络技术，实现更广范围的信息共享，不仅为环境管理部门提供支持，同时还对社会提供展示和宣传，以促进全社会监督体制的完善和公众环境意识的提高。1．4系统的体系结构本应用系统开发所采用的地理信息系统平台是MapGuide4．0版，它是由美国Autodesk公司开发并通过Internet／Intranet发布实时地理信息的交互式解决方案，是一种成熟的WebGIS产品。网络数据库软件采用Macromedia公司的ColdFusion软件实现，数据库系统用ODBC驱动。客户端使用IE6．0以上IE浏览器，内嵌MapGuideViewerActiveX地图浏览控件。系统体系结构如图1。图2系统体系结构图1．5系统的功能模块1．5．1环境质量模块分别从大气、水、噪声3个方面以分布图、专题图、动画等形式，生动直观地反映环境状况。1．5．2环境统计模块可以查询需要的企业信息，并对该企业的历年数据进行汇总比较。1．5．3总量控制模块根据用户指定的企业名称，可以在地图上快速显示其位图2系统结构模块图置；或者通过条件查询指定诸如年份、区域、类别等条件，系统自动选择出相应企业污染源信息；还可以根据污染源分类的指标，对相应的数据进行排序。通过汇总统计可以动态生成污染物排放总量、计划排放量和尚需削减量的信息，以及具体污染物在各地区内的分布情况。1．5．4污染源监测模块将环保监测部门对污染源数据的监测值进行分类管理，用于环保各部门对污染源监测数据的查询、统计，为环保部门综合管理污染源起到信息支持、辅助决策的功能。1．5．5排污申报登记模块使用现有排污申报软件的数据库，并按其各类报表格式显示相应信息，实现灵活快捷的网络查询。1．5．6项目建设管理模块与“国家建设项目管理”软件全面兼容，有关数据、报表在网络上传递、发布和查询，可以以多种方式进行相关数据的查询和汇总。管理部门可以进行在线点位标识、修改、删除并进行环境评价和项目验收工作。I．5．7环境保护专题图集模块环境保护专题图是1种明确、直观地反映环境保护工作特定内容的有效手段，是环境保护工作的1种直接需求。在“南京环境地理信息系统”中，专题图制作的方法简单，操作容易，有良好的扩充性，能满足用户的各类需要。2系统实现的技术关键2．1数据兼容问题数据库建设目标是建立数据库以及数据管理的模式方法，集中各业务部门的数据，形成可以在网络上共享的数据仓库，有效地进行综合管理，利于协调环保各职能部门之间的工作。南京城市环境地理信息系统中数据库的管理是很重要的部分，由于该系统是1套综合性的系统，需要实现对现有仍在使用软件数据库的访问，因此兼容问题是首要考虑的问题。该系统采取在服务器端使用ODBC方式实现数据库的连接，这样可以很好地保证系统实现对各种数据库的访问，提高系统适应各种数据库的能力。目前该系统能够完全兼容现有的各类业务数据库，如：现行的国家环境统计软件数据库、环境监测软件数据库、排污申报登记软件数据库等。系统使用数据库时不需要对数据库进行任何转换，只需要改ODBC设置即可。2．2地图数字化对南京市行政区图进行矢量化，标注企业点位、大气监测点位、河流断面监测点位以及道路、水系、水库等信息，为系统提供地理信息资源。2.2.1地图数据来源南京市区地图，南京城区地图，南京旅游交通图。2.2.2地图数字化采用扫描矢量化方法。将地图扫描后用AutoCADMap2000软件进行数字化地图的制作，然后用AutoCADOverLayl4进行矢量化地图。图4南京交通图2．2．3地图数据的使用系统的空间数据包括：基础底图(城区底图、市区底图)、专业图层，由系统自动调用。2．3网络技术建立基于Internet／Intranet(因特网／局域网)的信息传输模式，实现属性数据与地理空间数据的共享、显示和查询。采用通用的B／S程序设计，兼容国际因特网的超文本传输协议，客户端安装方便，应用过程简单，效率高。整个系统不仅在局域网中可以运行，同时也可以在国际互联网上发布，更有利于对外的环境宣传工作。2．4图形数据与属性数据动态连接的实现2．4．1图形数据与属性数据之间唯一标识码设计要做到属性数据与图形数据之间的连接，需要有一标识码来识别2者之间的联系，即属性数据与图形数据要有一字段存储标识码，达到两者之间相互检索。在MapGuide软件应用的原始SDF文件中，参数KEY中可存储此标识码，在外部数据库中同样可以有一字段来表示标识码。2．4．2空间数据与属性数据动态连接的实现ColdFusion是1种专门的软件，用来解决图形数据与属性数据之间的动态连接，它是1个快速建立Web应用系统的高效工具，其提供了实现图形数据与外部数据库高度集成技术最为快捷的方法。利用ColdFusion开发应用系统并__不需要象传统的程序语言的源代码，它符合标准的HTML规则，ColdFusion的语言称之为TheColdFusionMarkupLanguage(CFML)。通过ColdFuison用SQL语句通过ODBC可实现对外部数据库的操作。利用图形数据与属性数据之间的唯一标识码，即可实现2者的连接，实现两者的双向检索。当客户端发出1个请求时，通过Internet网络，到达服务器端，IIS(InternetInformationServer)将请求传递给MapGuideServer和ColdFusionServer，MapGuideServer处理空间数据的请求，ColdFusion则通过图形数据与属性数据之间的唯一标识码，利用SQL语句通过ODBC在数据库中检索到与图形相关联的记录，然后通过IIS、Internet传送到客户端，达到了实时查询的目的。3南京城市环境地理信息系统总体设计3．1系统的软硬件环境“南京城市环境地理信息系统”是运行于NT网络操作系统环境中的客户端／服务器系统，属于WebGIS系统。其主要软硬件环境需求为：3．1．1服务器端(1)PentiumPC机；(2)至少512MB的内存；(3)至少40G的硬盘空间；(4)VGA或更高级的独立视频卡；(5)安装MicrosoftInternetInformationSever的Windows2000或WindowsNT4．0以上版本操作系统；(6)网络图形功能由AutodeskMapGuide4．0软件实现；(7)数据库访问功能由ColdFusionServer软件实现3．1．2客户端(1)486或PentiumPC机；(2)至少256MB的内存；(3)至少10G的硬盘空间；(4)VGA或更高级的视频卡；(5)Microsoft鼠标或其他可兼容的鼠标；(6)WindowsNT或WindowsXP操作系统；(7)MicrosoftInternetExplorer6．0或更高版本的浏览器；(8)AutodeskMapGuideViewerActiveX控件。3．2开发工具该系统主要面向网络发布、网络查询、统计分析等的应用。客户端使用浏览器，因此主要采用Java语言和ASP语言开发，另外设计中还应用了ColdFusion语言、VB语言等。其中Java、ASP语言主要应用于网页的设计；ColdFusion的作用是用来进行网络数据库的查询；VB语言则是用来对GIS地图控件对象进行设计的。在系统开发过程中，应用VB开发工具成功进行了MapGuide软件的二次开发，制作了自己的用户控件。3．3系统的数据库建设地理信息系统的数据库包括2部分：空间数据库和属性数据库。空间数据主要用来描述目标的空间位置、几何形态以及与其他目标的空间关系，如：地形、道路、水系、地物、边界等。空间数据刻画对象的空间位置以及对象之间的相互关系，很难严格的加以结构化，难以用数据库管理系统(DBMS)来管理。属性数据主要是存储环境管理方面需要的数据，如：企业信息、SO2含量、pH值等。属性数据一般是可以结构化的，因此，