基于ArcGIS Server重金屬污染土壤修復再利用效益評價系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

謝貴德 孫華

摘 要：在深入研究重金屬污染土壤修復再利用效益評價理論基礎上，首次將重金屬污染土壤修復再利用效益評價集成到系統(tǒng)之中，探討基于ArcGIS Server技術下的修復再利用效益評價系統(tǒng)的設計方案和實現(xiàn)過程。系統(tǒng)地完成實現(xiàn)了評價工作的自動化，解決了重金屬污染土壤修復再利用效益評價中的計算繁雜問題，提高了工作效率，為修復治理技術的篩選提供了技術支撐服務。

關鍵詞：再利用;效益評價;ArcGIS Server

引言

對重金屬污染土地進行修復開發(fā)再利用是緩解人地矛盾、保障人體健康和環(huán)境安全、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求。目前應用于重金屬污染土壤修復的技術主要包括物理、化學和生物技術[1]，不同修復技術模式下產(chǎn)生的效益水平不同[2]，篩選具有高效益的修復技術是重金屬污染土壤修復工作持續(xù)開展的前提和保障，因此，修復再利用效益評價工作在整個重金屬污染修復再利用工作過程中具有重要的意義。

土壤重金屬污染具有量大面廣的特點。再利用效益評價涉及的指標包括環(huán)境、社會、經(jīng)濟三個方面，且計算過程復雜，傳統(tǒng)的管理方式效率低下，無法適應日益龐大的數(shù)據(jù)管理需求，而且土壤重金屬污染多伴有空間特性。充分利用GIS技術在空間數(shù)據(jù)管理與分析、可視化表達等方面的優(yōu)勢[3]，將再利用效益評價理論與GIS技術相結合，并借助計算機編程技術，構建重金屬污染土壤修復再利用效益評價系統(tǒng)，實現(xiàn)對重金屬污染數(shù)據(jù)信息的數(shù)字化管理和再利用效益的自動化評價工作，為重金屬污染土壤進行分級管理和修復治理技術的選擇提供技術支撐服務。

一、重金屬修復再利用效益評價理論基礎

就某一污染土壤修復治理項目而言，其效益評價涉及三個方面，即環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益的評價。環(huán)境效益主要指被修復土壤的環(huán)境質(zhì)量改善情況，它既包括目標污染物的消減程度，也涉及土壤物理、化學和生物屬性的改善。一些土壤屬性之間可能存在很強的相關性，應篩選出相關性弱、獨立的屬性指標用于環(huán)境效益評價。從經(jīng)濟學角度分析，某一修復治理項目的實施需要消耗一定的社會資源包括物料、人力等投入，也會有產(chǎn)品產(chǎn)出而產(chǎn)生一定的收入。采用經(jīng)典的“投入-產(chǎn)出”經(jīng)濟分析可得到該修復項目產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。社會效益的定義較為寬泛，在本研究中，社會效益是指重金屬污染修復項目實施后為社會所做的貢獻。

（一）層次分析法

在重金屬污染土壤修復再利用綜合效益評價研究中，關鍵是各指標權重的確定。污染土壤修復后再利用綜合效益評價是一個復雜的系統(tǒng)性問題[4]。而層次分析法則可以很好地解決這類問題，故在本文中對重金屬污染土壤修復再利用綜合效益評價時選用層次分析法來確定各指標值。

（二）模糊綜合評估

層次分析法可以使重金屬污染土壤修復再利用綜合效益評價問題簡單化、條理化和層次化[5]，但無法解決重金屬污染土壤修復再利用綜合效益評價過程中出現(xiàn)的模糊性和不確定的問題，其結果往往是一個模糊值。將模糊理論引入到再利用綜合效益評價中來，對無法定量處理的指標評估進行模糊化處理。模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學隸屬度最大原則和模糊變換理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價的數(shù)學方法。

確定各指標要素的權重矩陣和隸屬度矩陣后按照模糊數(shù)學綜合評價計算模型分別計算環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益的評價結果，然后根據(jù)環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益的評價結果構建綜合效益隸屬度矩陣，按照效益評價計算模型計算綜合效益評價結果。模糊數(shù)學綜合評價模型如公式（1）。

■ ?（1）

其中，B1×m表示模糊綜合評價結果，A1×n表示各指標的權重矩陣，Rn×m為隸屬度矩陣。

二、系統(tǒng)需求分析與功能設計

（一）系統(tǒng)需求分析

1.數(shù)據(jù)組織需求分析

本系統(tǒng)主要涉及業(yè)務數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)這兩塊數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)的具體應用，分別對這兩塊數(shù)據(jù)進行組織應用。業(yè)務數(shù)據(jù)由研究區(qū)的實地采樣、監(jiān)測與統(tǒng)計獲得，包括各采樣點土壤中重金屬鎘、鉻、汞、砷、鉛的含量和pH值以及對應的檢測時間與檢測單位、采樣點的經(jīng)緯度數(shù)值、采樣點土地利用類型和土壤類型、采樣時間土壤表面農(nóng)作物信息等。地理數(shù)據(jù)包括與研究區(qū)相關的矢量數(shù)據(jù)，包括行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、地形圖、交通圖和監(jiān)測點分布圖。

2.業(yè)務功能需求分析

通過對研究區(qū)布點采樣調(diào)查，在收集相關數(shù)據(jù)的基礎上建立土壤重金屬環(huán)境調(diào)查和監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。土壤重金屬信息管理與污染評價系統(tǒng)設計主要業(yè)務包括實現(xiàn)對土壤重金屬監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理、發(fā)布、查詢與統(tǒng)計分析，在此基礎上利用篩選的土壤重金屬污染評價業(yè)務模型和再利用效益評價模型對研究區(qū)土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量進行評價和再利用效益值進行評估，為從事土壤重金屬環(huán)境管理者和研究人員提供決策支持，提高相關管理工作的科學性效率。

（二）系統(tǒng)功能設計

在遵循系統(tǒng)設計原則和分析系統(tǒng)業(yè)務需求的基礎上對系統(tǒng)的功能模塊進行分析設計。重金屬污染土壤修復再利用效益評價系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)管理模塊、基礎功能模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和修復再利用效益評價模塊。

三、系統(tǒng)核心功能的實現(xiàn)

重金屬污染土壤修復再利用效益評價系統(tǒng)是基于ArcGIS Server開發(fā)平臺，實現(xiàn)包括地圖數(shù)據(jù)的顯示操作、采樣點位信息的查詢定位、數(shù)據(jù)管理以及再利用效益評價等功能。即以ARCGIS Server為支撐，選用JavaScript開發(fā)方式，結合Net開發(fā)模式實現(xiàn)。

（一）GIS基礎功能的實現(xiàn)

GIS基礎功能包括地圖文檔的載入與顯示、放大、縮小、全圖顯示、圖層管理以及空間查詢等。功能的實現(xiàn)主要是通過在在線引用或本地部署后在html頭文件中引用js和css文件。地圖文檔的載入與顯示主要是利用dojo.dojo.require（）加載“esri.map”模塊，然后聲明了一個map變量，作為承載地圖的容器，layer表示地圖圖層，通過URL加載位于ArcGIS Server上的地圖服務，最后將該圖層加載到map對象中。

圖1 系統(tǒng)詳細的功能模塊

（二）數(shù)據(jù)查詢與管理功能的實現(xiàn)

GIS數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中數(shù)據(jù)查詢與管理模塊主要包括顯示坐標、圖形識別、表格查詢、高級查詢和更改地圖服務的URL地址5塊功能。圖形識別功能是利用QueryTask類實現(xiàn)空間查詢，信息展示的彈窗主要是利用Jquery EasyUI插件實現(xiàn)，因為dojo和Jquery的生命周期不同，所以需要首先初始化dojo，然后在dojo的addOnload事件中初始化Jquery。

（三）修復再利用效益評價功能的實現(xiàn)

按照重金屬污染土壤修復再利用綜合效益評價的評價步驟和相關方法模型，在系統(tǒng)實現(xiàn)這一功能。其主要包括層次分析法確定權重、多項模糊統(tǒng)計法計算隸屬度值、綜合效益評價以及將評價結果換算成對應的分值等內(nèi)容。效益評價結果界面如圖2及對修復前后效益值對比圖3。

圖2 綜合效益評價結果

圖3 修復前后效益分值對比

小結

本文根據(jù)根據(jù)重金屬污染土壤修復治理項目實施過程中后期效益評估的實際需要，將GIS技術與重金屬污染土壤修復再利用效益評價理論相結合，構建重金屬土壤修復再利用效益評價系統(tǒng)。系統(tǒng)選用目前主流的B/S開發(fā)模式，結合.Net進行服務端開發(fā)，以空間數(shù)據(jù)庫技術為基礎，在客戶端引用了許多非常優(yōu)秀如Jquery、Jquery EasyUI、Dojo、jpPlot等兼容各種瀏覽器和CSS的輕量級插件。按照工作流思想，在系統(tǒng)中實現(xiàn)了效益評價功能，用戶只需簡單地輸入數(shù)據(jù)即可獲得評價結果，實現(xiàn)了評價工作的自動化，避免了模糊綜合評價過程中面臨的繁雜計算問題，提高了工作效率，為修復治理技術的篩選提供了技術支撐服務。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的興起、移動通訊技術的快速發(fā)展和智能設備的完善，重金屬污染土壤修復再利用效益評價系統(tǒng)需要向移動GIS發(fā)展。移動GIS集成了地圖顯示、實時定位、數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)葍?yōu)點，可以很大程度上減少重復工作，提高數(shù)據(jù)獲取的效率與精準度。

參考文獻：

[1] ?郭鵬，梁燕華，蘇海棠.美國棕地治理分析及其對我國的啟示[J].環(huán)境保護科學，2010，（3）：73-76.

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2013，（8）：1036-1042.

Design and implementation of the soil remediation reuse benefit evaluation

system based on ArcGIS Server heavy metal pollution

XIE Gui-de ，SUN Hua

（Public management college，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China）

Abstract：In the in-depth study of phytoremediation of heavy metal contaminated soil reuse benefit evaluation based on the theory，for the first time for remediation of heavy metal contaminated soil reuse benefit evaluation of integrated into the system，and to explore the repair of ArcGIS Server Technology Based on reuse benefit evaluation system design and implementation process. System to complete to realize the automation of evaluation，solves the problem of reuse benefit evaluation of computational complexity problem，improve the work efficiency of the remediation of heavy metal contaminated soil，remediation technology screening provides technical support services.

Key words：reuse;benefit evaluation;ArcGIS Server