基于GIS的環(huán)境影響智能決策云服務(wù)平臺

張永富++李志宏++郭小飛++黃亮

摘要：提出一種基于地理信息系統(tǒng)的環(huán)境影響評價智能決策系統(tǒng)的構(gòu)建方法，該方法綜合運用信號處理、統(tǒng)計、數(shù)據(jù)挖掘、智能決策等方法，建立基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用的環(huán)境現(xiàn)狀評價、環(huán)境影響智能預(yù)測、智能選址、環(huán)境影響后評價等系統(tǒng)，并利用三維仿真動態(tài)模擬技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化服務(wù)的專業(yè)環(huán)保智能決策系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：GIS；環(huán)境影響評價；智能決策；云服務(wù)平臺

中圖分類號：TP312 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0125-02

1 引言

當(dāng)前，我國經(jīng)濟社會正處于轉(zhuǎn)型跨越的關(guān)鍵時期，環(huán)境約束日益明顯，環(huán)境承載力日漸不足，環(huán)保工作面臨的形勢十分嚴峻。環(huán)境影響評估決策是運用一系列評價技術(shù)和評價方法，按照一定的評價程序，在評估環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上對人類經(jīng)濟活動可能對環(huán)境產(chǎn)生的影響從不同角度加以預(yù)測分析和評估，并提出相應(yīng)的防治措施和對策，為制定調(diào)控經(jīng)濟活動決策提供依據(jù)，在決策過程中對環(huán)境、經(jīng)濟和社會發(fā)展進行統(tǒng)籌兼顧，綜合平衡，科學(xué)決策，從根源上解決經(jīng)濟決策與環(huán)境后果相分離現(xiàn)象的決策方式[1-2]。

基于GIS的環(huán)境影響智能決策云服務(wù)平臺以大數(shù)據(jù)的研發(fā)和應(yīng)用為契機，充分利用IT技術(shù)變革帶來的以云計算為核心的新技術(shù)，基于地理信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)平臺，開發(fā)云計算環(huán)境下的環(huán)境影響評估模型和智能分析模型。從而實現(xiàn)環(huán)境影響評估與GIS空間分析、三維一體可視化展示的有機融合，構(gòu)建云服務(wù)平臺，為環(huán)保部門提供環(huán)境影響評估智能決策服務(wù)，形成技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、軟件和應(yīng)用服務(wù)模式一體化的成果，推動我國環(huán)境保護行業(yè)信息化發(fā)展，為資源型經(jīng)濟轉(zhuǎn)型保駕護航。

2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外GIS在環(huán)保領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀70年代起，美國田納西流域管理局就開始利用GIS技術(shù)處理和分析各種流域數(shù)據(jù)，為流域管理和規(guī)劃提供決策服務(wù)，GIS開始應(yīng)用于水文學(xué)及水資源管理[3]。進入80年代后，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，GIS被用于流域空間的存儲、檢索、分析和顯示[4]。90年代，發(fā)達國家在環(huán)境影響評價領(lǐng)域廣泛開發(fā)和應(yīng)用GIS，使GIS在環(huán)境影響評價領(lǐng)域有了較快的發(fā)展。進入21世紀，英國、德國、新西蘭等國家也大量采用GIS、RS、GPS 等技術(shù)進行景觀的規(guī)劃設(shè)計和評價管理，取得了較高的成就。另外，還有一些涉及交通、人口、固體廢物選址研究等方面的研究[5-9]。

2.2 國內(nèi)GIS在環(huán)保領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

GIS在中國環(huán)境保護方面的應(yīng)用處于起步階段，在環(huán)境影響預(yù)測方面，2002年，張玉書等利用GIS的動態(tài)分段技術(shù)實現(xiàn)了河流一維水質(zhì)擴散模擬和空間顯示分析[10]。2009年，郭穎、肖懷德等采用GIS技術(shù)手段，利用某鋼鐵廠區(qū)域環(huán)境資料和平面布置圖，建立三維環(huán)境模型，將環(huán)境影響評價預(yù)測結(jié)果與三維環(huán)境模型有機結(jié)合，實現(xiàn)三維環(huán)境影響預(yù)測[11]。2006年，蘇州、涂圣文等研究人員以ArcGIS軟件為工具，在圖形疊置法及AHP層次分析法的基礎(chǔ)上，結(jié)合GIS的空間分析功能成功地對湖北某高速公路進行了環(huán)境影響后評價[12]。另外，在選址選線、污染源分析、污染擴散模型等方面也有一定的研究[13-15]。

3 平臺系統(tǒng)設(shè)計

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計

基于GIS的環(huán)境影響智能決策云服務(wù)平臺的核心任務(wù)是通過平臺提供數(shù)據(jù)可視化服務(wù)，滿足省、地市和縣區(qū)環(huán)保管理部門、監(jiān)測部門業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求，同時兼顧環(huán)保研究部門、環(huán)評單位以及社會公眾的應(yīng)用需求。其總體結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

基于云計算的GIS平臺包括：云虛擬數(shù)據(jù)引擎、云虛擬可視化引擎、二三維一體化GIS、服務(wù)式GIS、虛擬化分析模塊、環(huán)保數(shù)據(jù)模型、環(huán)保擴展模塊。

管理子系統(tǒng)包括：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、模型庫子系統(tǒng)、基于GIS平臺的環(huán)境影響智能決策子系統(tǒng)、環(huán)境風(fēng)險管理子系統(tǒng)、智能復(fù)核子系統(tǒng)、云服務(wù)平臺大數(shù)據(jù)安全子系統(tǒng)。

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫為智能決策系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)支持，主要包括：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、總量數(shù)據(jù)庫、企業(yè)環(huán)境管理數(shù)據(jù)庫、環(huán)評報告數(shù)據(jù)庫和環(huán)評預(yù)測評價模型庫。

數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)框圖2如下。

3.3 模型庫與方法庫

模型庫與方法庫是智能決策系統(tǒng)的核心，為決策過程提供算法支持。通過收集整理應(yīng)用于大氣、水、噪聲等的環(huán)境預(yù)測問題的模型和方法，構(gòu)建初始模型庫、初始方法庫在集成的GIS環(huán)境中對方法-模型-數(shù)據(jù)的匹配度、算法復(fù)雜度以及系統(tǒng)各模塊功能的實用性進行綜合評價根據(jù)評價結(jié)果對現(xiàn)有模型和方法進行改進，并根據(jù)需要補充新模型、新方法，完成模型庫、方法庫的開發(fā)，模型庫與方法庫關(guān)系如圖3所示。

4 關(guān)鍵技術(shù)分析

環(huán)境影響智能決策云服務(wù)平臺在GIS平臺基礎(chǔ)上，針對大數(shù)據(jù)特有的數(shù)據(jù)規(guī)模大，數(shù)據(jù)類型多，價值密度低，實時性要求高等特點，綜合運用信號處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、智能決策等方法，開發(fā)基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用的環(huán)境現(xiàn)狀評價、環(huán)境影響智能預(yù)測、環(huán)境影響預(yù)測結(jié)果智能分析、智能選址、環(huán)境影響后評價等系統(tǒng)，建立環(huán)境仿真平臺，提供仿真結(jié)果動態(tài)模擬展示，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化服務(wù)，并通過搭建云服務(wù)平臺，同時滿足省、地市和縣區(qū)環(huán)保管理部門、監(jiān)測部門業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求，同時兼顧環(huán)保研究部門、環(huán)評單位以及社會公眾的應(yīng)用需求。

5 結(jié)語

基于GIS的環(huán)境影響智能決策云服務(wù)平臺利用云計算及大數(shù)據(jù)平臺技術(shù)，建立能夠提高時空數(shù)據(jù)處理效率的數(shù)據(jù)表示及處理方法，將標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)等數(shù)據(jù)庫內(nèi)容轉(zhuǎn)化為大規(guī)模復(fù)雜量化模型，并建立面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的環(huán)境影響評價、評估及智能決策系統(tǒng)，實現(xiàn)基于各環(huán)境要素模型庫的智能預(yù)測及智能評價，并利用GIS平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，可以為地方政府部門優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、重大項目管理、環(huán)境污染控制等提供決策依據(jù)，提高環(huán)境管理的信息化水平。

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