基于ArcGIS Server重金屬污染土壤修復再利用效益評價系統的設計與實現

謝貴德 孫華

摘 要：在深入研究重金屬污染土壤修復再利用效益評價理論基礎上，首次將重金屬污染土壤修復再利用效益評價集成到系統之中，探討基于ArcGIS Server技術下的修復再利用效益評價系統的設計方案和實現過程。系統地完成實現了評價工作的自動化，解決了重金屬污染土壤修復再利用效益評價中的計算繁雜問題，提高了工作效率，為修復治理技術的篩選提供了技術支撐服務。

關鍵詞：再利用;效益評價;ArcGIS Server

引言

對重金屬污染土地進行修復開發再利用是緩解人地矛盾、保障人體健康和環境安全、實現可持續發展的內在要求。目前應用于重金屬污染土壤修復的技術主要包括物理、化學和生物技術[1]，不同修復技術模式下產生的效益水平不同[2]，篩選具有高效益的修復技術是重金屬污染土壤修復工作持續開展的前提和保障，因此，修復再利用效益評價工作在整個重金屬污染修復再利用工作過程中具有重要的意義。

土壤重金屬污染具有量大面廣的特點。再利用效益評價涉及的指標包括環境、社會、經濟三個方面，且計算過程復雜，傳統的管理方式效率低下，無法適應日益龐大的數據管理需求，而且土壤重金屬污染多伴有空間特性。充分利用GIS技術在空間數據管理與分析、可視化表達等方面的優勢[3]，將再利用效益評價理論與GIS技術相結合，并借助計算機編程技術，構建重金屬污染土壤修復再利用效益評價系統，實現對重金屬污染數據信息的數字化管理和再利用效益的自動化評價工作，為重金屬污染土壤進行分級管理和修復治理技術的選擇提供技術支撐服務。

一、重金屬修復再利用效益評價理論基礎

就某一污染土壤修復治理項目而言，其效益評價涉及三個方面，即環境效益、經濟效益和社會效益的評價。環境效益主要指被修復土壤的環境質量改善情況，它既包括目標污染物的消減程度，也涉及土壤物理、化學和生物屬性的改善。一些土壤屬性之間可能存在很強的相關性，應篩選出相關性弱、獨立的屬性指標用于環境效益評價。從經濟學角度分析，某一修復治理項目的實施需要消耗一定的社會資源包括物料、人力等投入，也會有產品產出而產生一定的收入。采用經典的“投入-產出”經濟分析可得到該修復項目產生的經濟效益。社會效益的定義較為寬泛，在本研究中，社會效益是指重金屬污染修復項目實施后為社會所做的貢獻。

（一）層次分析法

在重金屬污染土壤修復再利用綜合效益評價研究中，關鍵是各指標權重的確定。污染土壤修復后再利用綜合效益評價是一個復雜的系統性問題[4]。而層次分析法則可以很好地解決這類問題，故在本文中對重金屬污染土壤修復再利用綜合效益評價時選用層次分析法來確定各指標值。

（二）模糊綜合評估

層次分析法可以使重金屬污染土壤修復再利用綜合效益評價問題簡單化、條理化和層次化[5]，但無法解決重金屬污染土壤修復再利用綜合效益評價過程中出現的模糊性和不確定的問題，其結果往往是一個模糊值。將模糊理論引入到再利用綜合效益評價中來，對無法定量處理的指標評估進行模糊化處理。模糊綜合評價法是一種基于模糊數學隸屬度最大原則和模糊變換理論把定性評價轉化為定量評價的數學方法。

確定各指標要素的權重矩陣和隸屬度矩陣后按照模糊數學綜合評價計算模型分別計算環境效益、社會效益和經濟效益的評價結果，然后根據環境效益、社會效益和經濟效益的評價結果構建綜合效益隸屬度矩陣，按照效益評價計算模型計算綜合效益評價結果。模糊數學綜合評價模型如公式（1）。

■ ?（1）

其中，B1×m表示模糊綜合評價結果，A1×n表示各指標的權重矩陣，Rn×m為隸屬度矩陣。

二、系統需求分析與功能設計

（一）系統需求分析

1.數據組織需求分析

本系統主要涉及業務數據和地理數據這兩塊數據，根據系統的具體應用，分別對這兩塊數據進行組織應用。業務數據由研究區的實地采樣、監測與統計獲得，包括各采樣點土壤中重金屬鎘、鉻、汞、砷、鉛的含量和pH值以及對應的檢測時間與檢測單位、采樣點的經緯度數值、采樣點土地利用類型和土壤類型、采樣時間土壤表面農作物信息等。地理數據包括與研究區相關的矢量數據，包括行政區劃數據、地形圖、交通圖和監測點分布圖。

2.業務功能需求分析

通過對研究區布點采樣調查，在收集相關數據的基礎上建立土壤重金屬環境調查和監測數據庫。土壤重金屬信息管理與污染評價系統設計主要業務包括實現對土壤重金屬監測數據的管理、發布、查詢與統計分析，在此基礎上利用篩選的土壤重金屬污染評價業務模型和再利用效益評價模型對研究區土壤重金屬環境質量進行評價和再利用效益值進行評估，為從事土壤重金屬環境管理者和研究人員提供決策支持，提高相關管理工作的科學性效率。

（二）系統功能設計

在遵循系統設計原則和分析系統業務需求的基礎上對系統的功能模塊進行分析設計。重金屬污染土壤修復再利用效益評價系統主要包括系統管理模塊、基礎功能模塊、數據管理模塊和修復再利用效益評價模塊。

三、系統核心功能的實現

重金屬污染土壤修復再利用效益評價系統是基于ArcGIS Server開發平臺，實現包括地圖數據的顯示操作、采樣點位信息的查詢定位、數據管理以及再利用效益評價等功能。即以ARCGIS Server為支撐，選用JavaScript開發方式，結合Net開發模式實現。

（一）GIS基礎功能的實現

GIS基礎功能包括地圖文檔的載入與顯示、放大、縮小、全圖顯示、圖層管理以及空間查詢等。功能的實現主要是通過在在線引用或本地部署后在html頭文件中引用js和css文件。地圖文檔的載入與顯示主要是利用dojo.dojo.require（）加載“esri.map”模塊，然后聲明了一個map變量，作為承載地圖的容器，layer表示地圖圖層，通過URL加載位于ArcGIS Server上的地圖服務，最后將該圖層加載到map對象中。

圖1 系統詳細的功能模塊

（二）數據查詢與管理功能的實現

GIS數據包括空間數據和屬性數據，系統中數據查詢與管理模塊主要包括顯示坐標、圖形識別、表格查詢、高級查詢和更改地圖服務的URL地址5塊功能。圖形識別功能是利用QueryTask類實現空間查詢，信息展示的彈窗主要是利用Jquery EasyUI插件實現，因為dojo和Jquery的生命周期不同，所以需要首先初始化dojo，然后在dojo的addOnload事件中初始化Jquery。

（三）修復再利用效益評價功能的實現

按照重金屬污染土壤修復再利用綜合效益評價的評價步驟和相關方法模型，在系統實現這一功能。其主要包括層次分析法確定權重、多項模糊統計法計算隸屬度值、綜合效益評價以及將評價結果換算成對應的分值等內容。效益評價結果界面如圖2及對修復前后效益值對比圖3。

圖2 綜合效益評價結果

圖3 修復前后效益分值對比

小結

本文根據根據重金屬污染土壤修復治理項目實施過程中后期效益評估的實際需要，將GIS技術與重金屬污染土壤修復再利用效益評價理論相結合，構建重金屬土壤修復再利用效益評價系統。系統選用目前主流的B/S開發模式，結合.Net進行服務端開發，以空間數據庫技術為基礎，在客戶端引用了許多非常優秀如Jquery、Jquery EasyUI、Dojo、jpPlot等兼容各種瀏覽器和CSS的輕量級插件。按照工作流思想，在系統中實現了效益評價功能，用戶只需簡單地輸入數據即可獲得評價結果，實現了評價工作的自動化，避免了模糊綜合評價過程中面臨的繁雜計算問題，提高了工作效率，為修復治理技術的篩選提供了技術支撐服務。隨著移動互聯網的興起、移動通訊技術的快速發展和智能設備的完善，重金屬污染土壤修復再利用效益評價系統需要向移動GIS發展。移動GIS集成了地圖顯示、實時定位、數據實時傳輸等優點，可以很大程度上減少重復工作，提高數據獲取的效率與精準度。

參考文獻：

[1] ?郭鵬，梁燕華，蘇海棠.美國棕地治理分析及其對我國的啟示[J].環境保護科學，2010，（3）：73-76.

[2] ?王維，張金婷，王偉，周靜，劉曉磊，孫華.基于耦合模型的重金屬污染土壤植物修復效益空間差異分析[J].土壤學報，2014，（3）：

547-554.

[3] ?曹芳平，鄒崢嶸.基于GIS技術的河流水質評價系統的設計與實現[J].測繪科學，2009，（1）：192-193.

[4] ?唐燕.魯爾工業區棕地復興策略[J].國際城市規劃，2007，（3）：66-68.

[5] ?楊俊，王占岐，金貴，程丙銀，侯現慧.基于AHP與模糊綜合評價的土地整治項目實施后效益評價[J].長江流域資源與環境，

2013，（8）：1036-1042.

Design and implementation of the soil remediation reuse benefit evaluation

system based on ArcGIS Server heavy metal pollution

XIE Gui-de ，SUN Hua

（Public management college，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China）

Abstract：In the in-depth study of phytoremediation of heavy metal contaminated soil reuse benefit evaluation based on the theory，for the first time for remediation of heavy metal contaminated soil reuse benefit evaluation of integrated into the system，and to explore the repair of ArcGIS Server Technology Based on reuse benefit evaluation system design and implementation process. System to complete to realize the automation of evaluation，solves the problem of reuse benefit evaluation of computational complexity problem，improve the work efficiency of the remediation of heavy metal contaminated soil，remediation technology screening provides technical support services.

Key words：reuse;benefit evaluation;ArcGIS Server