三峽庫區污染源空間數據庫建設及應用

呂楠，余游，向煜，游波

(1.重慶數字城市科技有限公司，重慶 400020； 2.重慶市環境保護信息中心，重慶 401147)

三峽庫區污染源空間數據庫建設及應用

呂楠1?，余游2，向煜1，游波2

(1.重慶數字城市科技有限公司，重慶 400020； 2.重慶市環境保護信息中心，重慶 401147)

三峽庫區自蓄水以來，富營養化問題突出，污染源監管工作愈發受到關注。本文基于空間建庫技術，提出了三峽庫區污染源空間數據庫的總體設計思路，探討了空間數據庫設計、建庫流程等內容。應用實踐證明，這種設計提高了空間數據管理效率和展示效果，對其他各地環保信息化的建設都會起到積極的示范作用。

空間數據庫；污染源；三峽庫區；地理信息

1 引 言

三峽庫區地處四川盆地與長江中下游平原的結合部，跨越鄂中山區峽谷及川東嶺谷地帶，北屏大巴山、南依川鄂高原。庫區總面積5.67萬km2，包含了湖北省所轄的宜昌縣、秭歸縣、興山縣、巴東縣；重慶市所轄的巫山縣、巫溪縣、奉節縣、云陽縣、開縣、萬州區、忠縣、涪陵區、豐都縣、武隆縣、石柱縣、長壽縣、渝北區、巴南區、江津區、大渡口區、九龍坡區、渝中區、南岸區、江北區、沙坪壩區、北碚區等，共計26個區縣。污染源是指向環境排放或釋放有害物質并對環境產生有害影響的場所、設備和裝置，主要包括工業污染源，農業污染源，生活污染源及其他排放污染物的設施[1]。三峽庫區蓄水后，水深增加，流速大大減緩，長江的自凈能力減弱，污染物的環境容量急劇下降，干流城市江段近岸水域納污能力減小，部分支流回水區和庫灣成為富營養化的敏感水域，庫區內污染源工作受到越來越多的關注[2]。為便于三峽庫區環保主管部門有效監控三峽庫區各污染源的排污情況，科學制定環境保護政策，同時為有效實施主要污染物排放總量控制計劃，切實改善環境質量，建立三峽庫區污染源空間數據庫勢在必行，意義重大。本文基于空間數據庫建庫技術，建立一個統一、開放、高效的三峽庫區污染源空間數據庫，實現污染源信息最大限度的共享。

2 設計思路

三峽庫區污染源空間數據庫的建設目的以污染源信息為核心，以地理信息空間數據庫為載體，通過統一的標準規范，建立動態更新的環境基礎空間數據體系，實現環境管理信息資源的共享，為三峽庫區環境管理提供有效的信息支持。根據數據應用的需求，三峽庫區污染源空間數據庫總體設計思路如下:

(1)統一的數學基礎

統一的數學基礎是空間數據庫中各種數據能疊加和套合的前提，本次建設平面坐標系采用WGS84坐標系，高程系統采用1985國家高程基準，根據三峽庫區實際情況，主要采用3種比例尺數據，即市域(1∶5萬)、區縣(1∶1萬)和社區鄉鎮(1∶2 000)。

(2)多源數據連續無縫的組織架構

在一定區域內實現空間數據的無縫拼接是GIS系統應用的基本要求之一。因此，三峽庫區污染源空間數據將以Geodatabase的方式存儲以上3種比例尺數據，在空間地理數據入庫前需保證各個比例尺數據的接邊正確，并將跨圖幅要素合并為一個要素，以嚴格保持地物的完整性、連續性和一致性，實現多源比例尺無縫融合。

(3)分類分層的數據聚集

遵循分類分層的原則，采用“數據庫-數據集-圖層要素-屬性”的層次框架，按照統一的地理坐標系來建立三峽庫區污染源空間數據庫。具體來說，按照不同專題分別建立數據集(子數據庫)，把具有相同實體意義和空間特征的同類圖形要素存放在同一個圖層，并以圖層為組織單元構筑空間數據庫。

(4)松散的圖屬關聯

在數據組織上，采用松散的圖屬關聯，以圖形數據為核心，以指針(內部唯一標識碼)的方式實現圖形屬性數據間的映射關系，減小空間表物理存儲量，提高顯示效率，滿足數據查詢分析需要。

3 空間數據庫設計

三峽庫區污染源空間數據庫設計主要包括概念結構設計、邏輯結構設計和物理設計。

3.1 概念模型設計

概念模型設計是對復雜的現實世界的一種抽象，獨立于具體數據庫，不依賴于任何計算機系統。本文從三峽庫區污染源監控管理的具體業務需求出發，歸納出監控管理所需的基礎空間數據、區域基本信息、污染源、環境質量4大核心數據，最后形成數據庫的概念結構圖，如圖1所示。

圖1 污染源空間數據概念模型

數據內容包括基礎空間數據、環境質量、污染源、區域基本信息4大核心數據:

(1)基礎空間數據:包含三峽庫區范圍各種比例尺的行政區劃、庫區水位、道路、水系、植被、地名等圖層，覆蓋庫區5.67萬km2。

(2)環境質量數據:包括水環境質量(水質自動監測站、地表水環境質量監測點、地下水環境質量監測點、飲用水源水環境質量監測點、其他水環境質量監測點)、大氣環境質量(大氣自動監測站、降水監測點、降塵監測點、其他大氣環境質量監測點)、聲環境質量(功能區聲環境質量監測點、城市區域聲環境質量監測點、工業區聲環境質量監測點、道路交通線周邊區域聲環境質量監測點、其他聲環境質量監測點)、輻射環境質量(電離輻射監測點、電磁輻射監測點、其他輻射環境質量監測點)、其他環境質量監測(土壤監測點)等數據。

(3)污染源數據:包含工業污染源(直管企業、國控企業、市控企業、一般企業)、農業污染源(種植業、畜禽養殖業、水產養殖業、種植業)、生活污染源(住宿業、餐飲業、居民服務業、其他服務業、醫療污染源、醫用電磁輻射設備、放射性同位素與射線裝置、獨立燃燒設施、城鎮居民生活污染源)、集中式污染治理設施(污水處理廠、城鎮垃圾處理廠、危險廢物處置廠、醫療廢物處置廠)等數據。

(4)區域信息數據:主要由兩部分內容組成:一部分為社會經濟、氣象、水文、礦產、能源、城市規劃等共享空間數據，來源于各職能部門；另一部分為三峽庫區環境保護規劃中的環境質量功能區、污染控制區等環境專題數據，來源于三峽庫區環保業務處室。

3.2 邏輯結構設計

根據空間數據的分類原則和面向對象的繼承特性[3]，將三峽庫區污染源數據進行分類抽象，首先根據數據類別分為數據集，然后根據空間數據的不同特性將空間數據劃分為點、線、面、注記、文本等圖層，然后根據對象的相關信息，劃分出各個對象的屬性，分層結構設計中大量采用了指針技術，以提高應用過程中的顯示效率。主要結構如表1所示。

數據分層結構 表1

續表1

3.3 物理設計

在數據庫存儲方面，選用了Oracle的數據庫產品，對于環保空間數據庫這樣海量的數據來說，數據庫本身的性能和穩定性是第一位的，因此Oracle非常合適，并且Oracle對空間數據庫的支持也比較好。在空間數據庫引擎，采用了ArcSDE，ArcSDE負責和數據庫通信交互，ArcGISServer負責提供空間查詢展現服務[4]。

4 空間數據庫建設

三峽庫區污染源空間數據庫建設主要包括基礎資料收集、污染源數據普查、數據處理、數據入庫等4個環節。

(1)基礎資料收集

基礎數據資料準備包括收集1∶5萬，1∶1萬，1∶2 000三個比例尺的行政轄區、水系、路網、地名等基礎空間數據，同時收集庫區內污染源臺賬信息、區域基本信息等資料，為后續工作做好準備。

(2)污染源數據普查

污染源數據普查包括三峽庫區范圍內排放污染物的工業源、農業源、生活源和集中式污染治理設施。污染源普查主要包括“位置采集”和“屬性采集”。位置采集就是將每個污染源的具體地理位置坐標，利用GPS測量出來。“屬性采集”就是將每個污染源的具體情況(如:名稱、地址、完好狀況等)調查清楚，并與地圖上標繪的每個污染源進行一一對應。

(3)數據處理

基礎空間數據:將收集到的三峽庫區1∶5萬基礎地理數據、區縣級1∶1萬基礎地理數據、社區鄉鎮1∶2 000基礎地理數據，通過格式轉換、坐標轉換、配準、接邊，將各個比例尺同類數據轉換到WGS84進行拼接，保持地物的完整性、連續性和一致性，保證不同比例尺間數據無縫融合。

污染源數據:普查后的圖形數據和屬性數據經過輸入和編輯之后建立關聯關系后才能完成空間數據庫建設。圖形數據以圖形的形式表示研究對象的幾何特征，屬性數據以文本的形式來表示研究對象的屬性特征。本次建設中，我們采取在相關數據的屬性表中添加一個關鍵字字段(指針)，該字段內容為連接數據的標識符，通過識別該字段來完成污染源數據圖形數據和屬性數據關聯。

環境質量數據:主要采用在線實時傳輸和定時上報的方式收集水環境質量數據、大氣環境質量數據、聲環境質量數據、輻射環境質量數據。本次建設中，重點收集水質自動監測站、地表水環境質量監測點、地下水環境質量監測點、飲用水源水環境質量監測點、底泥及沉積物環境質量監測點、其他水環境質量監測點等三峽庫區內水環境質量數據。

區域基本信息:將收集到的區域基本信息按圖片、文字、錄像、聲音等類別進行整理，并用關系表記錄其隸屬關系、存儲位置、文件類型等，供空間數據庫系統調用。

(4)數據入庫

數據加工完成后通過數據自檢，復核后導入成果數據庫，并記錄數據入庫和變更情況[5]，以便日后的更新維護等方面的工作。

5 空間數據庫應用

5.1 基礎底圖應用

本次數據建庫按庫區1∶5萬、1∶1萬和1∶2 000三個比例尺對基礎地形數據進行組織，在業務應用過程中，可提供基礎底圖參考服務，基礎底圖展示首先從市域(1∶5萬)進入，展示三峽庫區的整體情況，如:行政區劃、三江干流等；隨著比例尺的逐步放大，顯示數據信息逐漸增多，當進入區縣(1∶1萬)視野范圍時，展示的數據內容較1∶5萬有所提高，增加顯示了區縣城區內的街道、街區、水系支流等數據；繼續隨著比例尺的放大，顯示數據信息更加詳細，進入1∶2 000視野范圍，增加顯示了城區內的道路、地名、房屋等數據，至此，整個基礎地理數據完成了由宏觀到詳細再到局部的分層展示過程，如圖2所示。

圖2 分類、分級信息空間展現

5.2 污染源專題應用

本次建庫成果也應用于污染源空間查詢中，所有空間專題信息均可以通過在地圖上直接點擊進行瀏覽。同時在訪問不同類別環境專題信息時，空間數據與屬性數據通過指針(內部唯一標識碼)實現關聯，提供了一鍵式的跨類別數據關聯訪問效果，可以方便的由點及面跟蹤數據的來龍去脈，大大提高了體驗效果，真正做到了“好用”、“易用”，如圖3所示。

圖3 輕便的圖、表、文信息一體化展示

5.3 水質模擬分析應用

本次建庫成果結合水質模型，還被應用于三峽庫區水質模擬分析。水質模型與空間數據結合，實現了對模型所需的海量基礎數據統一的存儲和管理，實現了水質模擬的結果清晰直觀地顯示，為決策者提供了生動的模擬結果，為管理部門提供有力的技術支持，如圖4所示。

圖4 基于空間數據庫的水質模擬

6 結 語

本文基于空間數據庫技術，結合三峽庫區污染源空間數據建設的需求，得出了三峽庫區污染源空間數據概念模型，并根據數據概念模型設計了三峽庫區污染源空間數據庫結構，實現了統一數學基礎上的多源異構數據的無縫整合建庫。目前基于三峽庫區污染源空間數據庫研發的業務管理系統已經投入使用，運行效果良好，也進一步驗證了數據庫構建的合理性和實用性。本文中所涉及的數據分類組織和數據庫建設方式較好地提高了空間數據管理效率和展示效果，對其他省市污染源空間數據庫的建設將會起到積極的示范作用。

[1] 國務院第一次全國污染源普查領導小組辦公室第一次全國污染源普查工作手冊[EB/OL](2008-03-07)http：// www.jchb.gov.cn/wrpc/Article.asp?articleid=42847.

[2] 胡霞，曹嬌.三峽庫區污染源現狀調查與污染控制對策研究[J].安徽農業科學，2006，34(20)：5361～5363.

[3] 向煜，韓熙，于湛.基于WebGIS的城市建設工程監管系統設計與實現[J].測繪與空間地理信息，2012，35(1)：72～74，81.

[4] 謝年，呂楠.ArcGISServer緩存圖片提取程序的設計與實現[J].城市勘測，2011(6)：61～63.

[5] 朱麗萍，任福.電子地圖數據質量評價指標體系及評價方法[J].地理空間信息，2011(4)：118～121.

Construction and Application of Spatial Database for Pollution Sources in the Three-Gorges Reservoir Area

Lv Nan1，Yu You2，Xiang Yu1，You Bo2
(1.Chongqing CybercitySci-tech Co.，Ltd.Chongqing 400020，China；2.Chongqing Environmental Protection Information Center，Chongqing 401147，China)

With the increasingly obvious eutrophicationin Three Gorges Reservoir area after impounding water，more importance was attached to Pollution sourcesmonitoring.This paper is based on spatial database technology，put forward the general design idea of spatial database for pollution sources in the Three-Gorges Reservoir area，discusses the design of spatial database and database building process.The application proved that the design improves the spatial datamanagement efficiency and display effect，to other environmental information construction will play a positive rolemodel.

spatial database；pollution sources；three gorges reservoir area；GIS

1672-8262(2013)03-21-04

P208.2

A

2012—11—21

呂楠(1979—)，男，工程師，主要研究方向為3S地理信息系統應用、地理信息增值服務應用。

重慶市科委科技攻關項目(CSTC 2011AC7160)