環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺設計與實現

張緯　陳堃　楊宇坤

摘要：本文基于對環境質量數據的精細化管理與可視化分析，構建了一個用于環境質量檢測的平臺，并實現環境質量數據的監測與管理。該平臺可以對當前大氣、水、噪聲、輻射源與固廢等環境質量數據進行處理，從而滿足不同用戶的不同需求。本文首先簡要介紹了環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺的主要功能與特點，并分析了該平臺所采集數據的范圍，最后提出了系統的主要設計思路與結構，最后對該平臺的實現進行了闡述。

關鍵詞：環境質量數據;精細化管理;可視化分析;平臺設計

中圖分類號：X82? 文獻標志碼：B

早在2017年，黨和國家就明確提出了建設智能社會、推進社會建設智能化、推進環保治理智能化的概念與要求。數據的精細化管理與可視化分析是環境質量數據在應用時的主要方法，無論是對于政府的環境治理與企業的節能減排來說都是至關重要的，環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺的構建，可以為政府環境管理部門提供最全面、最真實的數據信息，從而為政府環境保護部門各項決策的制定提供更加科學、合理的數據支持。

1 系統功能

1.1 主要功能與特點

對于各類環境及污染數據進行實時采集與監控是環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺設計的主要目的，同時還應具備為政府環境管理部門提供智能監管服務與數據分析服務等功能。在進行環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺的設計時，從以下幾個主要方向進行考慮：①構建圖文一體化的環境污染源數據系統，包括環境污染源數據與氣象水文數據。②將排污企業分布、環境污染風險源與類型等環境質量數據等以電子地圖的形式在地里信息系統中展示出來，并實現數據的自動分類與整理。③為用戶提供查詢功能，并實現用戶根據條件、關鍵詞等進行自定義查詢。因此，環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺的預期功能包括：實現各類環境質量數據的實施采集與動態化管理;各類環境污染源數據在后臺數據庫的集中儲存;各類環境質量數據檔案的查詢;各類環境質量數據信息的檢索;各類環境質量數據的可視化展示、分析等。

1.2 在線與離線功能

通過將各種環境監測與調查數據上傳到環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺中，實現對各類數據源的在線監測、管理與污染預警，如對于大氣環境的監測，可以通過環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺實現工業廢氣的在線監控、餐飲油煙的在線監控、建筑揚塵污染的在線監控等。除了上述的在線功能外，環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺同時還具有離線功能，即對接受到的環境監測數據進行智能化分類、整理與統計，并將環境質量數據的變化情況及未來發展趨勢進行分析，形成相應的報表。

1.3 日常巡查管理功能

政府相關環境管理部門可以將該環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺安裝于大氣環境移動檢測車、揚塵污染移動檢測車等設備中，實現此類設備運行軌跡范圍內環境質量的跟蹤檢測等功能。環境質量巡查人員也可以通過環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺進行環境質量數據信息的錄入、核對、更新等工作，并對在環境監測工作中發現的污染問題通過該平臺進行及時上報與反饋，上級部門在接受到巡查人員反饋的信息后，利用在該平臺內調取過去一段時間內的環境質量數據，并根據平臺所提供的數據可視化分析功能，分析未來環境質量發展趨勢，進而制定相應的環境治理措施。

2 數據采集范圍

環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺在進行數據采集時，不僅可以實現實時采集，同時可以將歷史采集到的數據儲存到后臺數據庫中，便于在日后出現污染問題時相關人員結合歷史環境質量數據制定相應的治理策略。

2.1 大氣數據

對大氣數據的采集范圍主要包括以下幾個方面：空氣質量監測因子、環境氣象監測因子、油煙、企業排污、其他。

2.2 水污染數據

水環境數據采集范圍包括：地表水、地下水、水文、海水、工業廢水、市政污水、其他。

2.3 噪聲數據

噪聲數據采集范圍包括：交通源、工業源、建筑源、其他源。

2.4 輻射源數據

輻射源數據采集范圍包括：放射性污染、電磁輻射等

2.5 固廢數據

固廢數據采集范圍包括：居民、建工、醫療、餐飲等。

3 系統設計

3.1 系統設計思路

由于環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺主要是為了實現對區域環境質量數據的智能監測、分析與管理，因此在進行環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺的設計時，大致設計思路為利用物聯網技術、大數據技術與可視化技術的結合，構建環境質量數據的監測與環境質量數據的精細化管理體系。由于環境質量數據的量級符合大數據的標準，因此可以在大數據技術的基礎上，構建可視化數據分析與評估系統，從而實現對環境質量的數據獲取、儲存、分析與檢測等功能。該平臺可大致分為數據采集模塊、數據儲存模塊、數據分析模塊等主要組成部分。

3.2 系統結構

由于該平臺時為了為政府環境管理部門與各類用戶提供環境質量數據的精細化管理與可視化分析服務，因此該平臺必須具備良好的可操作性。本次在進行平臺的結構設計時，采用的是瀏覽器與服務器相結合的B/S架構設計模式，包括表示層、業務邏輯層與數據層三個主要部分，如圖1所示。

作為整個平臺提供各項服務的基礎，數據層的主要作用是為了實現平臺的數據導入與儲存功能，數據層包括環境質量數據文件庫與環境質量空間數據庫。其中空間數據庫負責儲存包含空間屬性的環境數據，如各監測點數據、各被監測企業數據與地理信息數據。環境質量數據文件庫則負責儲存各類環境業務相關數據，如空氣質量數據、各企業排污數據與氣象數據等。數據層是各項環境質量數據的集成，為整個環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺的功能實現提供準確、全面的數據支持。

作為整個平臺結構中的核心，業務邏輯層介于表示層與數據層二者之間。業務邏輯層中包含著多個功能模塊，從而實現平臺的環境質量數據精細化管理與可視化分析。各層級之間的數據信息通過業務邏輯層之間各功能模塊的接口進行傳遞，提高各層級之間的連接性。其中，業務邏輯層中的數據并行訪問模塊可以為各功能的具體實現提供統一、集中的數據訪問接口，從而保證該平臺的開放性與功能的延伸性得以實現。

用戶與平臺之間的人機交互通過表示層來完成，表示層為用戶提供該平臺的可視化界面，用戶可以在表示層中輸入各項操作指令，表示層將該指令傳遞給業務邏輯層，從而實現為用戶提供各項功能與服務。

4 系統實現

根據平臺預期完成的功能與組成，并結合用戶的實際需求，設計并實現環境質量數據精細化管理與可視化平臺。該平臺的系統結構基于B/S結構，在構架該平臺的框架時以SSM框架為基礎，采用SQL Server2008作為后臺數據庫，空間數據的管理通過AreSDE10.1數據引擎實現。為了實現多類型數據的統一管理與集中訪問，該平臺綜合運用了AreGIS Server、Web-Service、Ajax等技術。具體實現方法如下，AreGIS Server負責實現空間數據的數據發布功能，并在進行訪問時以數據服務地質的形式;非空間數據如氣象監測數據、企業排污數據等通過Ajax實現后臺數據請求。Arc-GIS API for JavaScript與ECharts實現返回結果數據的可視化分析等功能。

平臺的人機交互界面由兩部分組成，分別是模塊選擇與各模塊的內部窗口，并通過操作面板實現用戶的數據選擇、數據查詢、數據可視化分析等功能。平臺可以根據不同類型的環境質量數據，采用不同的可視化技術實現相對應的展示方法，不僅可以很好將數據之間的關聯性展示出來，同時實現了操作界面的簡潔性、多功能性。在此基礎上，平臺還可以實現多種功能，如歷史環境數據的動態演示、同一區域多種環境質量數據的集中分析、繪制等，滿足了用戶對于環境質量數據的不同精細化管理與可視化分析需求。

5 結語

綜上所述，環境質量問題已經成為了全球個國家在當前發展階段中最為重視的一個問題，環境質量數據的綜合利用在我國環境信息化過程中發揮著至關重要的作用。本文通過設計并實現環境質量數據精細化管理與可視化分析平臺，為我國生態環境的監測、治理提供全新的思路，進一步助推我國環境保護與污染治理工作的開展。

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