城市水体修复技术集成管理信息系统.pdf

城市水体修复技术集成管理信息系统 ＊ 毛国柱 1,2 郭怀成 1 高 伟 3 郁亚娟 1 刘 永 1 1.北京大学环境与工程学院, 北京 100871; 2.天津大学环境与工程学院, 天津 300072; 3.镇江唐桥微电子有限公司, 北京 100035 摘要 基于 WebGIS 平台的管理信息系统 Management Ination System, 简称MIS 是城市水体修复技术集成的重要工 具, 该系统包括数据管理平台、决策支持平台、公众交流平台和集成化管理平台。 通过对城市水体修复技术集成的管 理信息系统的结构和功能设计, 以及系统架构设计, 建立了城市水体修复技术集成管理信息系统 Comprehensive Integrated CIMfor Urban Water Restoration UWRManagement Ination System MIS, 简称 UWR -CIM-MIS. 。 UWR -CIM -MIS 集成了基础数据库、模型方法库以及专家库, 可以为政府决策者提供充分的决策参考, 适于推广到城市 或区域水体修复的规划与管理之中。 关键词 城市; 水体; 修复; 集成; 管理信息系统 THE DESIGN AND REALIZATION OF COMPREHENSIVE INTEGRATED FOR URBAN WATER RESTORATION MANAGEMENT INATION SYSTEM Mao Guozhu1 ,2 Guo Huaicheng1 Gao Wei3 Yu Yajuan1 Liu Yong1 1 .College of Environmental Science and Engineering, Peking University, Beijing 100871, China; 2.School of Environmental Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 3.Beijing W waterbody;restoration; integration; management ination system ＊国家水体污染控制与治理科技重大专项 2008ZX07102 -001 ; 国家 973 计划项目 NO2005CB724205 。 0 引言 城市水体是城市生态系统的重要组成部分,治理 和控制城市水体污染和生态恶化涉及多个部门的规 划和工程方案, 由于各部门各自拥有相应的数据管理 系统, 而缺少统一的数据管理平台, 使得管理机关难 以综合统筹地对工程实施的效果进行集成管理,而且 也不利于各部门之间的交流和协调 ; 又由于城市水体 修复技术的复杂性、多样性,这对政府部门决策者 、 管 理者也提出了较高的要求 。因此, 有必要建立相应的 管理信息系统 Management Ination System , MIS 。 已有的研究主要是应用管理信息系统分别对环境数 据 [ 1- 2] 、环境模型 [ 3-4] 、环境管理 [ 5- 6] 、环境监测 [ 7] 等进 行,缺乏各种管理信息系统的集成, 难以满足多部门 交流 、 协调以及集成管理的要求。 本文提出建立城市水体修复技术综合集成的管 理信息系统 Urban water restoration in a comprehensive integrated by means of Management Ination System ,UWR-CIM- MIS 通过对数据 、 规划方案、管理平 台的集成, 实现了协调多个湖泊富营养化控制技术项 目之间的关系, 发挥了多种水体修复工程项目的集成 54 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 优化效益 。 1 城市水体修复技术集成管理信息系统的目标和原则 城市水体修复技术集成的内容包括基础信息的 集成 、 模型的集成、 技术方法的集成 、 人与计算机体系 的集成 [ 8] 。建立城市水体修复技术集成的管理信息 系统的目标主要是 数据集成 、 数据的空间表示、 决策 支持和交流渠道 。为了达到上述目标, 建立城市水体 修复技术集成的管理信息系统应该遵守以下原则 [ 9] 开放性原则、 规范化原则 、 实用性原则和先进性原则。 2 城市水体修复技术集成管理信息系统的总体设计 城市水体修复技术集成的管理信息系统的总体 设计如图 1 所示 , 包括数据、规划方案和管理 3 个组 成部分 。其中, 数据系统包括空间数据 建立在 GIS 基础上 、监测数据 监测位置和浓度可以在GIS 上直 接体现 、 管理数据和专家库数据系统等方面。规划 方案系统包括方案文本库、评审库、方案反馈库和控 制库等。而集成管理界面则将数据系统和方案系统 集成起来 ,实现信息查询 、 分析 、 更新等功能。 图 1 城市水体修复技术集成的管理信息系统的总体设计 城市水体修复技术集成的管理信息系统是以 GIS 软件为基础平台的。首先, 它的数据系统是集成 在GIS 空间结构上的, 不但采用GIS 的空间结构, 而 且,水质、水文、水生物、 水污染等监测点的位置、 浓度 梯度等,都可以在 GIS 上体现。其次, 对于规划方案 而言,规划的方案需要体现时、空分布的特点 , 是以 GIS 为平台体现的 ; 规划方案的实施效果评价, 可以 在GIS 上实现可视化 。第三, 集成管理界面在 GIS 上 实现, 既便于专家和决策者对方案进行管理 ,也便于 普通市民群众对湖泊管理手段产生直观的认识。在 GIS 软件的选择方面, 采用不同的 GIS 平台可以满足 不同种类的要求 ,如 Arcview 较强的空间分析和二次 开发功能 ,Mapinfo 具有较强的空间数据采集功能等 。 3 管理信息系统的系统架构设计 3. 1 管理信息系统的 WebGIS 体系结构 3. 1. 1 系统总体结构设计 UWR- CIM- MIS 系统采用三级客户端 服务器体系 的WebGIS 系统 由应用服务器 、分布式数据库和多 客户端三部分组成, 如图 2 所示 。 图 2 系统总体结构设计 在系统中,客户端负责管理用户接口 ,处理应用 逻辑; 产生数据库请求, 并将该请求发送给 GIS 服务 器,然后从 GIS 服务器接收结果,将其格式化, 并发布 给用户。应用服务器的功能则突出为数据通信和空 间数据的图形化, 即它承担从客户端接收数据库请 求,处理数据库请求并传送结果给客户端 。 在客户 服务器模式下的 GIS 系统 , 客户端执行 前端处理, 服务器执行后端处理。整个系统的运算负 荷在客户 服务器间进行适当的分配, 在客户端运行 应用程序符合实际应用多样性的需要,而将整个系统 的基础 数据库, 集中于服务器端 ,便于数据库的 集中维护。这种结构提供了强大的数据操纵和事务 处理能力 , 以及一定的对资料安全性和完整性的 约束 。 3. 1. 2 WebGIS 体系结构的设计 一般而言, 客户端可以配置成 3 种 瘦客户端 、 胖 客户端和中型客户端。采取不同的 WebGIS 系统体 系结构,就意味着实现 GIS 应用查询分析能力的不 同,也意味着开发成本的不同。对于本文中的 UWR- CIM- MIS 系统, 由于只要求实现比较简单的 GIS 系 统,不需要特别复杂的空间分析, 出于对开发成本的 考虑,UWR- CIM- MIS 系统采用中客户端结构 ,并自主 开发功能较强大的客户端模块和较薄弱的服务端模 块,来实现系统的大部分业务需求 。图 3 为 UWR- CIM- MIS 系统采用的架构 。 55 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 图3 WebGIS 体系结构 用户首先在浏览器中选择服务器端感兴趣的数 据,并向服务器端发出请求 。该请求将通过 HTTP 协 议传送到服务器端 。客户端 GIS 模块由 Java Applet 组成 ,可以在浏览器访问服务器时自动下载。由于使 用了GIS 插件 ,浏览器在处理矢量图形时可以在本地 执行许多操作, 如地图缩放 、 漫游 、就地选择 、 高亮显 示等 ,在一定程度上减少了服务器端的负载和网络上 的数据传输量。 服务器端的 HTTP 服务器 web 服务器 接收到来 自客户端的请求后, 通过 Java Servlet 模块, 进一步将 该请求发送给服务器端的其他模块。服务器根据请 求启动服务器端的GIS 应用程序、关系数据库管理程 序 JDBC 、 决策支持工具库、多媒体通信程序或系统 设置程序 。 服务器端GIS 模块 MapServer 完成客户端GIS 服 务请求的功能 ,将结果转化为栅格图像或直接把空间 数据通过 JSP 返回客户端 ; 关系数据库管理模块 JDBC 管理服务器端异构分布式数据库的 GIS 空间数 据和属性数据,为客户提供GIS 数据检索、 查询服务 。 3. 2 分布式异构数据库集成系统体系结构 目前有很多种集成异构数据源的体系结构,主要 的也是最常见的有 3 种 联邦数据库 、 Mediation 和数 据仓库 [ 10] 。通过分析城市水环境管理对 UWR-CIM- MIS 系统的需求发现, 政府部门不仅需要应用 UWR- CIM- MIS 系统解决各规划部门各自为政, 信息交流不 畅的问题 ,而且需要对分布式异构的数据库进行集成 管理 ,从而进一步实施数据建模和分析。此外 ,考虑 到用户对监测数据更新的实时性要求不高 , 所以, UWR- CIM- MIS 系统将采用以空间数据仓库技术为基 础的数据集成方式, 其总体结构见图 4。 图 4 系统空间数据仓库总体结构 3. 3 管理信息系统功能模块设计 UWR- CIM-MIS 系统将功能进行分解 , 需要实现 以下功能模块 规划方案文档管理模块 、监测数据管 理模块、 空间数据图形化模块 、 专家库信息管理模块、 决策支持工具模块、系统设置模块和信息交流平 台 图 5 。 4 管理信息系统的功能实现 通过对城市水体修复技术集成的管理信息系统 的结构和功能设计 、 系统架构设计, 本文完成了对城 市水体修复技术集成的管理信息系统设计,支持水体 修复技术集成的管理信息系统总体设计见图 6。图 6 中以城市水体修复技术为主线 ,以独立的 WebGIS 为 平台 ,建立管理信息系统的人 - 机交流界面。图左侧 是城市水体修复技术集成的技术路线,右侧是与之对 应的MIS 结构和功能。 由图 6亦可知 ,UWR- CIM- MIS 由 4 个层次构成 第1 层次 ,与城市的社会经济基础数据、地理信息数 据、 湖泊与河流水文水质的基础数据、水体修复技术 的基础数据等对应的 MIS 系统是计算机的硬件、数据 库存诸和应用工具。第 2层次, 城市社会经济的系统 动力学建模 、 湖泊水质模型 、 控制技术的综合评价模 型,与之对应的是MIS 的数据库管理层 、模型方法库 和工具库。第 3 层次, 水体修复技术的管理层次, 就 是MIS 的数据集成 、 信息查询、空间分析和数据更新 等较为智能化的层次, 可以实现对新方案的评价、分 析、 采纳等功能 。第 4 层次 ,是面向用户层次的功能, 集成了多目标决策模型, 便于管理者和决策者对多种 56 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 图 5 监测数据管理模块构架 水体修复技术进行优选。此外 , UWR-CIM- MIS 还包 括了一些通用的界面功能 ,如输入 、 输出和打印等 。 图 6 UWR -CI M-MIS 的总体设计 5 小结 本文建立的城市水体修复技术集成的管理信息 系统是以 WebGIS 为平台, 且可以脱离 WebGIS 软件 进行操作 ,使用简便。其内部不同的图层 、 规划方案 可以组合 ,因此占用的计算机资源较少 。该系统集成 了基础数据库、模型方法库以及专家库 , 可以为政府 决策者提供充分的决策参考。另外 ,系统具有可更新 功能, 便于不断加入新的城市水体修复技术 ,并可对 专家库进行调整 ,且系统的所有数据库皆可更新, 适 于推广到城市或区域水体修复的规划与管理之中 。 参考文献 [ 1] 赵俊三, 张惠萍, 许文胜, 等. 洱海湖泊区域管理信息系统研发 技术问题探讨[ J] . 地理与地理信息科学, 2005, 21 2 43-47. 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