土壤環境監測網絡及信息發布系統的設計與實現

景欣欣 方勃 饒恒 李雁波

摘 要 “土壤環境監測網絡及信息發布系統”能夠有效地解決環境監測部門面臨的繁雜數據管理方面存在的問題。文章闡述了該系統的總體框架、特點及其主要功能，重點介紹了地理空間信息共享云平臺、數據上報信息發布模塊和土壤環境時空分析模塊。該系統能滿足公眾對土壤環境質量的知情權，提升公眾對土壤環境保護的參與度，同時為其他城市的環境監測信息化建設提供示范與借鑒。

關鍵詞 土壤環境監測；信息發布；時空分析；地理空間信息共享云平臺

中圖分類號 X8 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）206-0079-02

針對目前我國城市、人口和經濟規模持續增長的現狀，目前環境監測部門正面臨著越來越多的土壤環境污染造成的危害問題，而且該問題所造成的危害已經積累到了驚人的程度。土壤環境問題涉及到的數據類型較多，有空間地理信息數據、環境統計數據、日常監測數據、污染源普查數據、環境執法數據、排污收費數據等類型，具有種類繁多、類型差別大、輸入輸出復雜、難以有效管理的特點。由于數據來源的復雜性，導致各級部門分別研發的系統相對獨立，難以為環境監測部門開展相關業務提供有效的服務，對環保部門落實相應的政策影響很大。

1 存在的問題

目前環境監測部門管理的數據管理與信息發布方面存在以下幾點問題。

1）環境信息標準化建設力度需要加強。目前環保部門尚未形成完整的環境信息標準體系，信息標準規范建設進度尚未相對目前復雜的現狀相匹配。且各部門采用的數據格式和標準各不相同，為數據的后期處理帶來一定的困難，影響了各部門的數據交互效果。

2）環境信息資源開發和共享力度有限。由于環境監測管理軟件的功能上局限于簡單的查詢和統計，相關信息資源尚未得到有效的管理與展示。而且這些數據庫的采集、傳輸、加工、存儲和應用都比較分散，缺少規范化，存在著信息溝通不暢的現狀，導致各部門存在著各自為政、封鎖閉塞的現象。“信息孤島”“數據煙囪”效應的出現，成為環境信息化建設的主要瓶頸。

3）網絡覆蓋面受到多種因素制約。隨著環保部門對大氣、土壤等信息管理要求的提高，應用需求的不斷增加，原先早期的網絡配置難以滿足目前日益增長的需求。且環境數據傳輸、信息資源共享的要求受到眾多外在的因素的制約。

4）信息化建設的重點存在著長期偏重于硬件建設，應用軟件研發有所滯后的問題。軟件開發是一項包括需求捕捉、需求分析、設計、實現和測試的系統工程，存在著開發周期長、開發工作量大，軟件功能變更速度快的特點，難以在短期內見到效益。相對于硬件能力快速建設的現狀，軟件開發特別是專業的業務系統建設方面存在一定的滯后。而且系統建設完成之后，存在著后續的人員技術保障及經費投入有限的問題。

5）系統建設缺少統一的管理和規劃。目前各系統建設受當地現狀的制約，系統開發的功能主要側重于“頭疼醫頭、腳疼醫腳”的問題，缺乏統一的規劃。受技術力量制約，在技術框架設計方面溝通不暢，導致上級部門和下級部門開發的系統分別形成了多個數據庫，兼容性較差。且數據庫間沒能形成有效關聯，難以進行項目的后期維護工作。

2 系統建設

2.1 概述

系統整合了國家及省網土壤環境狀況歷史數據與當年數據、全省土壤詳查監測數據、國控及省控土壤重點監控企業數據、重點行業企業污染地塊信息等，分階段擴展水質、環境空氣、污染源、生態等監測要素相關數據。

通過該系統，環境監測部門可以實時掌握省內土壤背景、土壤環境質量現狀及動態，土壤污染來源、成因和風險，污染地塊分布和污染程度，土壤污染面積等要素，從而整體提升相關部門土壤環境監測能力，成果可直接應用于土壤污染防治和監管決策支撐。

2.2 總體框架設計

本文討論的土壤環境監測網絡與信息發布系統集成了數據庫、計算機網絡、SOA、SAAS、IAAS、PAAS等多種技術，通過合理設置系統環境、充分考慮各模塊的功能特點、仔細配置設計各個功能模塊之間的接口，使得各模塊銜接正確、穩定、安全，確保系統平臺的高效正常運轉。

2.3 系統功能特點

1）系統實現了將全省各個監測點及附近區域三維可視化，建立實體模型，使得監測工作更加方便、直觀，便于分析決策。

2）系統搭建的環境監測時空信息云平臺，構建環境監測“一張圖”，既有二維功能，又具備三維空間分析能力。

3）系統建立了數據采集服務程序，將各個不同類型的監測數據與時空信息云平臺通訊，平臺將對實時數據進行分類預警、對歷史數據進行分項顯示。為了提高系統服務環境管理能力，平臺提供污染時空分析、侵蝕模擬分析、污染風險預警等功能。

3 系統主要功能模塊

3.1 環境監測地理空間信息共享云平臺

環境監測地理空間信息共享云平臺是地理信息的基礎平臺，是其他基于地理信息應用的基礎設施。時空信息云平臺整合了各種時空數據服務、功能服務、云GIS服務。利用這些服務，用戶可以在平臺中獲取自己需要的資源服務；平臺的核心內容有：智能地圖、數據服務、功能服務、云GIS服務、平臺應用等。

3.2 數據上報及信息發布系統

數據上報及信息發布子系統在一張圖上展示所有風險企業的空間位置。利用不同的圖片或者符號對風險企業進行分類渲染。子系統主要包括兩大功能模塊：風險企業自測數據上報功能模塊和土壤環境監測信息發布功能模塊。

1）風險企業自測數據上報。實現對風險企業上報的自測數據進行統一采集，規范數據采集格式，將不同企業之間的數據按照統一的規范進行收集，并將所有數據以約定的數據形式保存在服務器中，提供給信息展示系統進行分類查詢與展示。

2）土壤環境監測信息發布。基于地理空間信息共享平臺、WebGIS技術，實現土壤環境質量的發布，需提供分行政區域、分不同部門來源的查詢和發布；實現風險企業周邊土壤環境質量的發布，包括企業自測數據以及監督性監測數據。

3.3 面向土壤環境管理的時空分析系統

1）土壤侵蝕計算模型。土壤侵蝕是指土壤或成土母質在外力（水、風）作用下被破壞剝蝕、搬運和沉積的過程。系統利用通用土壤流失方程（USLE）作為土壤侵蝕計算模型，結合地理信息系統（GIS）來模擬土壤侵蝕情況。該模型綜合考慮了降雨侵蝕力因子、土壤可侵蝕因子、坡長因子、坡度因子、植被與作物管理措施因子影響。

利用該模型計算模省內最新的水土流失分布情況，結合GIS技術，在地圖上顯示全省土壤侵蝕現狀，并實現對省內土壤侵蝕狀況的統計與分析。利用土壤侵蝕模型分析后的統計圖如圖2所示。

2）土壤風險預警模塊。土壤污染預警系統包括系統管理、空間分析模塊、預警信息輸出模塊和土壤預警信息庫維護等功能。通過單點登錄的方式，使用面向任務的圖形界面方式，對預警信息進行分析操作。本系統使用智能化的操作方式，通過后臺對多個數據庫的開展有效的管理。由從事預警分析的人員可以方便的使用多種因素開展分析預警工作。

通過系統的輸入參數窗口，把相關數據輸入到土壤污染綜合評價模型中，對土壤污染情況進行綜合評估，實現特定污染物的超標預警；實現突發事件造成的土壤污染影響范圍及程度風險評價。土壤污染物分布曲線如圖3所示。

4 結論

本文討論的“土壤環境監測網絡與信息發布系統”可以有效地完善環境監測部門對各類信息形成統一管理、分布存儲、合作共建、資源共享的工作布局，有利于提高該部門信息服務質量和業務協同水平，從而實現系統滿足目前日益增長的功能更強大、服務更專業、發布更及時的工作目標和要求。

同時，該系統也能滿足公眾對土壤環境監測質量的知情權，提升公眾對土壤環境質量保護的參與度，并加強對政府相關職能部門的監督。

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