基于WEBGIS的節能減排系統的架構構思

黃海東

(淮南職業技術學院, 安徽淮南232001)

基于WEBGIS的節能減排系統的架構構思

黃海東

(淮南職業技術學院, 安徽淮南232001)

節能降耗、發展低碳經濟是我國現階段的經濟發展的目標,節能降耗涉及行業眾多,數據類型不一,數據維度多變化快,需要及時全面的掌握節能減排中的基礎數據和過程數據,通過信息化的手段來實現節能減排工作的過程評價、動態監管和決策支持;WEB-GIS是成熟一種的技術架構,可以充分利用internet平臺進行信息發布、數據共享和交流協作,是節能減排的信息化是一個重要手段;通過對節能減排所涉及的數據特點進行詳細的分析,基于WEBGIS提出系統的架構的構思,并在此基礎上提出了系統的功能模塊的設計。

節能減排; WEB-GIS; 信息系統

中國經濟的高速發展帶來了環境的嚴重污染,從水污染到大氣污染,中國的經濟已經不能采用高污染高發展的模式進行,需要留給子孫后代一片藍天和白云。國家近幾年對環境的治理越來越重視,陸續關停了一大批高污染的企業。對現有企業也加強了監測和管理,要求采用一定措施節能減排。在十二五規劃中,國家也制定了明確的節能減排目標,到2015年,萬元GDP能耗將比2005年下降32%。節能減排工作是一個復雜的多學科知識交叉的領域,要有科學能源管理工具和決策分析工具。隨著計算機技術、空間技術的發展,并借助GIS的強大數據處理、可視化和空間分析,我們可以構建一個節能減排的信息系統來進行科學化的管理,提升管理效率。

1 WEBGIS簡介

WEB-GIS是指基于internet平臺進行信息發布、數據共享、交流協作的地理信息系統。客戶端應用軟件采用WWW協議,實現GIS信息的在線查詢和業務處理等功能。WEB-GIS是采用internet技術來擴展和完善GIS的一項新技術。[1]其構成有主機、數據庫與終端并通過internetintranet連接,具有客戶、服務器(client/server)結構,服務器作為服務提供者,客戶端通過服務端來獲得各種空間信息和應用的功能。

WebGIS是Internet技術應用于GIS開發的產物。GIS通過Web功能得以擴展, WebGIS是利用Web技術來擴展和完善地理信息系統的一項技術。Webgis廣泛的應用于各行各業,應用范圍非常廣泛,目前隨著全球對環境的重視,越來越多的研究者開始著手將其應用于節能減排方面。在我國,此項技術的應用也在大力的發展,例如:天津生態城大力推廣和使用新能源。新能源系統是通過物聯網技術將新能源實時數據接入到GIS系統,實現對新能源運行狀態與節能減排指標參數的實時監測。通過Portal實現了系統的快速無縫集成與空間數據共享。

2 節能減排的數據類型分析

在眾多的信息管理系統中,基礎也是核心問題是數據的來源于種類。節能減排管理系統重點是采集相關數據,并利用軟件來統計與分析數據。但目前涉及的數據來源復雜,數據維度多、格式不統一、數據變化快、海量數據等特點。在采集方面有一定難度。

2.1 數據來源復雜

節能減排涉及的行業方方面面,例如各類工業生產中煤炭、鋼鐵、石油等產生的能源消耗和污染,這些行業因其污染嚴重,能耗高而受到政府的重點關注。通過對這些行業的數據分析可知,不同行業的數據種類不同、采集的內容也相差甚大,在數據共享方面有著不利的一面。如何讓不同類型的數據共享,是一個值得研究的問題。通常在處理不同類型的數據類型共享問題有兩種方案:其一是制定一個統一的標準,進行數據標準化。其二是在同質的數據中交換共享。

2.2 數據格式的不統一

在不同的行業中,涉及節能減排的數據格式是不統一的,可能會有圖形化的數據、文本數據、報表數據等。數據格式的不統一造成數據采集的困難。解決的方案如下:其一是通過編制一套程序,通過程序來實現采集和轉化。其二是事先統一標準,設定好共享的格式,此方法應在系統規劃初期就需要完成。以上兩種方法都增加了系統的復雜度。

2.3 數據維度多

在一般的信息系統中,數據要么是線性變化,數據隨著時間的變化而變化;要么數據具有空間性,會隨著地理位置的變化而變化,例如,利用遙感技術監測城市的面積變化。而在節能減排中的數據具有時空特性,數據會隨著時間和空間的變化而變化,由此表現出來的信息是綜合性的。故在節能減排的信息管理系統中要充分考慮,需要采用多維度的分析。

2.4 數據變化快

在各個行業中,數據的變化更新是非常快的,比如化工生產中,不斷變化的有毒氣體的排放。這些數據不僅變化快,更新周期短而且具有很強的隨機性,同時也容易受到環境的影響,數據是動態的。因此,在設計系統的時候要考慮建立隨機的數學模型,同時在采集數據時盡量提取最本質的特性,忽略次要因素,構建合理的模型以求能較客觀的反映實際情況。

2.5 海量數據

在節能減排中所涉及到的數據具有實時性、空間性,是多維度的數據的積累。因此數據異常龐大。在計算機中用來統計的量通常達到TB為單位。海量數據要求計算機有海量數據的存儲能力和對海量數據的處理能力。解決的辦法通常采用從硬件上改變計算機結構,如現在的量子計算機;要么通過軟件,優化軟件程序提高軟件的處理效率來組織管理。

以上的分析只是分析了這些數據的最主要的幾個特點,在節能減排的信息管理系統中可能會因為條件的改變需要加入一些其他因素,總之在構建系統中需要考慮節能減排中的數據特性,根據實際情況尋找合適的解決方案。

3 系統架構設計

3.1 技術方案選擇

考慮節能減排的數據的特點,采用WEBGIS的技術架構,WEBGIS與傳統的桌面GIS有著很大不同,WEBGIS通常采用客戶端/服務器端架構,以WEB瀏覽器作為WEBGIS應用程序的接口,結合TCP/IP技術來實現WEB環境下的空間數據管理。WEBGIS的特點如下:

全球化的訪問(world wide web):在萬維網中的任意節點的用戶都能方便的訪問WEBGIS服務器提供的各種GIS服務,分布式的數據管理。

用戶廣泛,系統成本低:客戶端用戶無需安裝GIS軟件,同時針對WEBGIS的各類插件、ActiveX控件和Java Applet應用程序免費。用戶無需承擔額外的費用,只要有瀏覽器就可以。

易于擴展:Internet是一個開放的平臺, WEBGIS很容易和WEB中其他服務集成,具有良好的擴展性。

高效的負載平衡:對于一些復雜的數據處理可以通過網絡選擇合適的主機進行計算,簡單的數據的直接交給本地客戶端運行。

3.2 WEBGIS構造方法的選擇

WEBGIS的主要構造方法有:CGI方法: (Common Gateway Interface)通用網關接口,用于提供一個基于Internet服務器和應用程序之間的接口標準,其原理是將WEB服務器和數據庫服務器結合實時、動態的生成HTML文件。

SERVER API方法:類似CGI方法,不同在于要依附于特定的服務器。此方法相比CGI速度快,因為SERVER API的動態鏈接庫啟動后會一直運行。但缺點是要依附于特定平臺,可移植性差。

PLUG-IN方法:通過插件技術將一部分WEBGIS服務讓客戶端去執行,可以提高用戶操作的響應速度,降低網絡流量和服務器的負擔。

ActiveX方法:基于DCOM(Distributed Component Object Model)技術,即分布式組件化技術,基于此技術標準開發相應ActiveX控件,來擴展WEB瀏覽器的功能。特點是支持OLE標準的任何語言或應用系統,比Plug-in模式更靈活方便。

Java Applet方法:JAVA程序的特點是跨平臺性,一次編譯,到處運行。利用JAVA開發的程序有兩種,一種是獨立運行的,另一種是JAVA Applet,可以在運行時從WEB服務器動態下載的可執行代碼。

在綜合比較各類構造方法的優劣和管理系統的數據特性后,在WEBGIS的構造方法上選擇JAVA Applet構造比較合適。采用JAVA Applet構造具有的優點:此方法與操作系統無關,具有跨平臺性,適用范圍廣,GIS操作速度快,易于擴展,可以通過JAVA Applet將部分WEB服務器的數據處理功能轉移到客戶機執行,有效降低服務器的壓力,同時也加快了執行效率。其結構如圖1所示。

4 管理信息系統的功能設計

4.1 系統功能分析

本系統針對的用戶主要是三類,企業、行業機構和政府部門。數據庫包含三種,一種是屬性數據庫,主要存放用戶數據、企業采集的各類基礎數據、專家庫和提供指導的案例數據庫。屬性數據庫的主要操作是查詢與生成各類報表和數據演化曲線圖,也可查詢專家庫和案例庫,用以提供決策支持方面。第二種是空間數據庫,空間數據庫由各類圖層數據構成,基礎是地理地圖數據,在此之上疊加各類數據圖層,比如各類監測的污染源數據。對此數據庫的操作主要是查詢與定位,快速直觀的展現污染源的生產單位和地理位置坐標。第三種是多媒體數據庫,主要存儲現場采集的音頻視頻,作為政府監控的一個有力證據支持。政府機構可以依據采集的數據對企業行為進行管理,是政府的管控的一個有力手段。

4.2 系統功能模塊

按系統所要完成的功能可以分成如下幾種功能模塊,系統總體功能如圖2所示。

4.2.1 用戶管理模塊

由于系統所涉及的用戶分成三類,每種用戶的權限和職責是不相同的,因此在用戶管理模塊需要考慮權限管理和對系統的應用權限管理,不同級別的用戶擁有不同的權限級別,不同類型的用戶操作的系統模塊也不一樣。

4.2.2 數據采集模塊

數據采集系統是管理系統的非常重要的一環,數據庫中的基礎數據來源于此,主要是企業在生產經營中所產生的各種類型的基礎數據,通過采集到數據庫,作為數據的進一步分析的基礎。

4.2.3 數據管理模塊

數據管理系統的主要功能是組織和管理各類數據源,管理人員能進行各類查詢,并設定數據的采集標準和參數,完成數據的校驗與數據格式的轉換,不同類型的數據轉換成統一的標準格式。

4.2.4 數據傳輸模塊

數據傳輸系統,能提供給數據接口用于接收不同傳輸設備傳輸的數據,通常的傳輸方式基于網絡的數據結合GPRS方式傳送數據,因為GPRS傳輸具有傳輸速率高、接入時間短、計費合理等有利因素。

4.2.5 數據分析模塊

通過采用空間數據分析、數據挖掘等手段從海量數據中分析企業用戶的數據,作為二次分析的數據來源,能按用戶的需求生成指定的各種分析報表和數據演化曲線。數據應用系統則是根據分析的數據生成各種報表和不同類型的變化曲線。

4.2.6 預警管理系統

是通過設定一定的預警機制來監控相關數據是否在合理范圍。監控主體可以設定預警臨界值,實時監控數據的變化,當達到臨界值時,系統能向管理者發送短消息提示,實時監控屏幕會閃爍提示并報警。

4.2.7 決策支持系統

數據庫預先導入了相關專家所提供的預案,通過一系列的數據分析得出的結論與專家庫進行比對,可以給政府管理者提供參考的依據,并作為政府決策的一個輔助系統。

4.3 針對B/S模式開發系統中如何優化用戶體驗的思考

WEB-GIS是采用B/S架構的一個復雜系統,涉及復雜的數據查詢,如果按照傳統的“發出請求-＞等待服務器響應-＞服務器返回結果”的方式訪問,在大數據、用戶量訪問密集的時候,用戶會明顯的感覺系統的延遲,用戶的體驗并不是很好。為了解決這問題,系統可以采用ajax技術來解決。Ajax是一種富客戶端,具有良好的異步操作特性,響應速度快,界面友好。Ajax技術是由幾種技術組合而成,包括xhtml、CSS、DOM對象、javascript等。采用Ajax技術的理由如下:

用戶體驗好,無刷新,響應速度快;減輕網絡負擔,很多時候頁面數據只需要局部更新,而ajax技術正是很好的適應這點,因此可以大大減少網絡的數據傳送量;富客戶端,能分擔一些服務器上的數據處理,減輕服務器的壓力;能使WEB程序更加規范。

節能減排關系到人類的生存環境,全球都非常關注,各國都在積極研究對節能減排中的數據進行科學化和信息化管理。本文就其信息化管理的架構進行了構思。信息化管理系統本身就是非常復雜的系統,所涉及的技術也很多,是一個融合多科學的系統。涉及到計算機技術、地理學知識、管理學等,在研究節能減排的信息化管理的軟件架構設計時,要充分考慮每一個環節,軟件的架構是非常復雜的的,需要長時間的摸索。

[1] 胡林.基于webgis的排水信息發布系統的設計與實現[D].武漢:武漢大學,2004.

[2] 李清霞,秦勇.面向服務架構的webgis系統設計[J].應用科技,2008,35(8):.

[3] 郝選文,衛海燕.基于WebGIS的西安市環境監測管理信息系統設計與開發[J].內蒙古師范大學學報(自然科學漢文版),2007,36(5): 617-620.

[4] 閭國年,張書亮,龔敏霞.地理信息系統集成原理與方法[M].北京:科學出版社,2003.

Architecture Design of Energy Saving and Emission Reduction System Based on WEBGIS

HUANG Hai-dong
(Huainan Vocational an d Technical College, Huainan Anhui 232001)

Energy saving and low carbon economy development is the present goals of our country's economic development.Saving energy and reducing consumption involves many industries,which exist different data types,and their data dimensions changes quickly,so it requires to grasp basic data and process data timely and comprehensively in the process of energy saving and emission reduction,by the means of information technology,the process evaluation,dynamic monitoring and decision support of energy saving and emission reduction work can be achieved.WEB-GIS,as mature technology architecture,can make full use of the Internet to launch information,share data and communication,and it is also an important means for energy saving information work.Through the detailed analysis,this paper put forward the idea of system architecture on the basis of WEB-GIS,and the design of functional modules in the system.

energy saving and emission reduction; Web-GIS; information system

TP311.52

B

1671-4733(2015)02-0018-05

10.3969/j.issn.1671-4733.2015.02.005

2015-04-07

安徽省軟科學研究計劃項目“安徽省低碳經濟績效評價、影響機理與優化路徑研究”(項目編號:1402052043)

黃海東(1977-),男,安徽安慶人,碩士,講師,研究方向為計算機應用研究,電話:18655410335。