PPGIS模式下的梅州市全民生態共治與實時監測平臺建設

吳冰蓮 黃釗華 鐘廣銳

摘? ?要：隨著梅州市城鎮化速度加快，人為活動對生態環境的干擾程度增大，導致人地關系失衡，耕地占用、垃圾堆積、農藥污染、水土流失等問題時有發生。出于環境問題追蹤難度大、處理周期長等原因，本文提出“以人為本”的治理理念，公眾成為生態數據采集、處理與傳播的主體，并由公眾監督，參與問題處理的全過程。本文采用PPGIS技術與MVC軟件設計模式，設計開發支持全民參與、在線監督、信息可視化的環境監測平臺，激發公眾參與環境保護積極性，協助攻破環境管理難題。

關鍵詞：全民? 生態保護? GIS? PPGIS

中圖分類號：X-1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（a）-0148-06

自馬什（1864）反思技術、工業、人類活動對地理環境和自然的負面影響[1]，生態研究興盛并涌現大批優秀成果。學者提出生物、化學等改良措施，相關部門組織實施而基層民眾知之甚少，環境一邊治理一邊被持續破壞。為此，本文提出不受年齡、性別、行業、社會地位、文化水平限制的活躍在同一生態圈中的所有公眾主體，以梅州市全民生態共治與監測系統為平臺，參與生態環境信息收集、上傳、擴散、監督、輿論的全過程，提高環保意識，增加參與度;創新信息反饋機制，打造多方聯動，縮減反饋周期，提高問題解決效率。

本系統采用PPGIS技術實現多用戶上傳、信息共享、輿論監督的全民共治模式，打造“個人地圖”、“環保專題”、“生態監測”、“環保公益”、“信息公開”與“論壇”五大功能模塊，其特點是易操作、可視化與信息共享。

1? 梅州市生態環境現狀

梅州市城鎮化水平不斷提高，城鎮化率從2005年的41.63%提升到2015年的47.79%，近幾年，堅持發展與治理并行，提出“無廢城市”理念，但仍存在開發不當、垃圾堆積、農業污染、水質超標、公民環保意識薄弱等現象;同時由于梅州市是典型山區城市，地質構造復雜，亞熱帶季風氣候顯著，山體滑坡、水土流失等問題持續迸發。

1.1 耕地面積減少

耕地具有調節氣候、涵養水源、分解有害物質等改善自然條件的功能，是衡量環境質量的重要指標。隨著梅州市經濟發展與城鎮化推進，城鎮建設用地面積逐漸擴大，住宅、商服、工廠企業占領大量土地;不科學耕種方式，導致土壤肥力下降;大量農村人口進城務工，田間勞動力減少，耕地廢棄;梅州市山體滑坡、暴雨、霜凍等氣象災害頻發，耕地受災破壞，面積逐漸減少。據統計數據顯示，近17年間，梅州市耕地面積上下波動，但總體呈下降趨勢。

1.2 地質災害頻發，水土流失嚴重

梅州市屬亞熱帶季風性濕潤氣候，冷熱懸殊，夏季多暴雨;地勢北高南低，山地面積廣，占全市總面積的24.3%，由武夷山脈、蓮花山脈、鳳凰山脈三列山脈和興寧盆地、梅江盆地、蕉嶺盆地、湯坑盆地四大盆地組成;地形起伏大，坡度多在10°～45°之間;地質構造復雜，由花崗巖、噴出巖、變質巖、紅色巖以及灰巖六大類巖石構成，結構疏松、抗剪強度和抗風化能力低。在氣候、地形、地質以及長期不合理農業墾荒等條件共同作用下，梅州市地質災害頻發，山體滑坡、水土流失嚴重。據調查，截止2010年12月底，全市登記在冊地質災害隱患點6041處，其中土石坍塌4095處、山體滑坡1814處、泥石流1處、地面坍塌126處、地裂縫5處，頻繁的地質災害，對環境造成極大威脅。

1.3 鄉鎮企業污染嚴重

梅州市工業企業發展迅速，截止2017年，梅州市共擁有規模以上工業企業461個，民營企業2.86萬戶，個體工商戶18.54萬戶，工業總產值約9123484萬元，其中，輕工業占36.15%，重工業占63.85%。輕工業以白酒、卷煙、服裝、木制家具、藥品生產為主，重工業以采礦、加工、機械、發電等為主。但由于生產技術落后、管理水平較低、污染物排放量大、工業廢棄物處理能力與再利用率低，輕重工業所產生煙塵、顆粒物、氨氮、COD等有害廢棄物被排放到附近環境中，對河流、土壤、空氣造成極大破壞（規模以上單位：指統計范圍為年主營業務收入達2000萬元以上的工業企業）。

1.4 人口增長，生活污染嚴重

隨著城鎮化進程加快，人口加速聚集，垃圾生產量也以空前僅有的速度在增長。截止2017年，梅州市常住人口約437.43萬人，每人每天平均制造垃圾1.16kg，即每年有近百萬噸垃圾產生，而焚燒處理、垃圾堆肥、衛生填埋仍是主要處理方式。因堆肥面向剩菜剩飯等有機垃圾，大部分垃圾難以歸入堆肥范圍，因此仍以垃圾焚燒與填埋為主，處理產生的煙塵、NO2、SO2、CO、HCl等有害物質排放到大自然中，對空氣、水源、土壤等造成嚴重二次污染。

1.5 農藥、畜禽養殖污染嚴重

第一產業在梅州經濟結構中具有重要地位，據統計，2017年梅州市第一產業產值約208.5億元，占總產值的18.52%。梅州市以種植糧食、玉米、水果、柚類、茶葉為主，經營水產和肉豬養殖，種植經濟林。生產過程中，農民大量使用化肥、農藥、塑料薄膜、溫室大棚等提高作物產量，農藥殘留、農用塑料掩埋，導致土壤肥力下降、地下水源污染、土質硬結;畜禽養殖醫藥、糞便等隨處排放，造成水體營養過剩、水體污染等;秸稈、稻草等廢棄物就地焚燒，造成空氣粉塵堆積等。

2? PPGIS技術在梅州市生態共治的應用概述

WebGIS是Internet技術應用于GIS開發的產物，是基于Internet的OpenGIS。GIS通過WWW功能實現擴展，真正成為可供大眾使用的工具。WebGIS以WWW的Web頁面作為GIS軟件用戶界面，實現Internet和GIS技術結合，支持各種交互操作，是一種大社會級的GIS。WebGIS可實現對各種傳統GIS系統數據的相互操作和共享，以便充分利用現有數據資源;同時可用于Internet以建立各部門內部的網絡GIS，實現局部范圍內的數據共享。它不但改變了傳統GIS的設計、開發和應用方法，而且完全改變了空間數據的共享模式。

4.2.2 面向服務架構

本系統采用SOA（Service-Oriented Architecture）架構即面向服務架構，可根據需求通過網絡對松散耦合的粗粒度應用組件進行分布式部署、組合和使用。服務層是SOA的基礎，可直接被應用調用，從而有效控制系統中與軟件代理交互的人為依賴性。

SOA是一種粗粒度、松耦合服務架構，服務間通過簡單、精確定義接口進行通訊，不涉及底層編程接口和通訊模型，可看作B/S模型、XML/Web Service技術之后的自然延伸;是一種組件模型，允許不同服務模塊通過良好的契約和接口聯系起來，實現分布式服務調用。接口是采用中立的方式進行定義，獨立于實現服務的硬件平臺、操作系統和編程語言[13]。

當前SOA的實現形式是Web服務，基于公開的W3C及其他公認標準。利用SOA架構實現梅州市全民生態共治與實時監測平臺，需要將相關的環保專題數據、生態監測數據和綜合業務數據資源通過Web服務方式轉化為可被復用的信息資產，再將Web服務按不同層面在統一SOA架構中進行部署、運行，實現業務的快速需求響應。

4.2.3 ArcGIS Server

ArcGIS產品線為用戶提供一個可伸縮、全面的GIS平臺。ArcObjects包含眾多可編程組件，從細粒度對象（如單個的幾何對象）到粗粒度對象（如與現有ArcMap文檔交互的地圖對象）涉及面極廣，這些對象為開發者集成了健全的GIS功能。

ArcGIS Sever是功能強大的基于服務器的GIS產品，用于構建集中管理的支持多用戶的、具備高級GIS功能的企業級GIS應用與服務。如：空間數據管理、數據編輯、空間分析、二三維地圖可視化等應用和服務。ArcGIS Sever為開發者提供了REST（Representational State Transfer）風格的應用程序接口ArcGIS Sever REST API，在此基礎上提供了采用Dojo框架的JavaScript語言的富客戶端（RIA）開發接口，ArcGIS API for JavaScript。RIA改變了傳統的所有任務都在服務端的執行模式，不僅減輕了網絡傳輸和服務器的負擔，也提高了客戶端的處理和交互能力[14]。

4.3 數據庫建設

系統主要使用地理空間數據庫和Oracle數據庫兩大數據庫。

地理空間數據庫由ArcSDE進行管理，用于存儲和輸出梅州市底圖、用戶標注地理位置信息、POI以及降水、植被覆蓋等基于位置的空間數據;Oracle數據庫則以表單形式存儲用戶信息、標注信息、專題圖屬性等內容。由ArcSDE空間數據庫引擎連接Oracle數據庫，實現空間數據和屬性信息的統一高效管理。

4.4 系統主要功能模塊的實現

4.4.1 地圖操作

（1）地圖請求模式。

用戶在客戶端進行交互性操作，發送地圖服務請求到ArcGIS Server服務端，服務器處理請求返回響應之后將相關地圖服務在客戶端顯示。

（2）常用的GIS功能。

主要有地圖顯示、地圖放大、地圖縮小、測量距離、測量面積、清除選擇等，通過調用ArcGIS for JavaScript API相關接口實現。

（3）地圖搜索。

通過調用服務對圖層屬性、空間屬性進行過濾顯示，通過圖表展示出來。

（4）圖層疊加。

通過用戶輸入服務URL，調用圖層服務疊加圖層。

（5）下載服務。

通過調用PrintTask服務，將地圖打印出來。

4.4.2 生態信息反饋

通過調用標注服務，用戶通過點、線、面標繪、錄入屬性信息表單，將信息存儲在數據庫中，對信息進行展示和統計。

4.4.3 生態監測功能

WebSocket是基于TCP連接的通訊協議，它實現了客戶端瀏覽器和服務器之間的全雙工通信。WebSocket的基本原理是客戶端瀏覽器首先向服務器發出一個包含申請通訊協議升級的HTTP請求，然后將其與客戶端之間的HTTP協議升級至WebSocket協議并作出響應，通過這個過程，客戶端和服務器之間完成“握手”，建立WebSocket連接。連接建立以后，客戶端和服務器端可通過 TCP 連接直接交換數據。

用戶在客戶端（瀏覽器端）瀏覽時，向服務器發送數據請求，通過WebSocket技術，利用pm25.in提供的開源數據，在服務端對這些數據進行存儲、邏輯處理和推送，并通過客戶端以圖形、表格等形式展示給用戶，從而達到對數據的可視化，實現實時監測。

5? 結語

本文在充分調查研究梅州市生態環境現狀基礎上，從PPGIS生態治理應用的技術內涵、系統架構設計、系統功能模塊設計與系統開發四個方面探討了該技術在支持全民參與生態環境治理的實現路徑。系統基于地圖進行信息的可視化展示，最大化考慮用戶使用便捷性;支持用戶以位置標記反饋和描述環保信息，以涂鴉和基于底圖分析的方式繪制個人地圖，支持查看和評論其他用戶發布內容，實現信息的傳播和傳遞，以此實現生態問題的統一管理和整治。由于作者知識水平限制、PPGIS技術在該領域的應用不成熟等原因，本項目理論研究和實踐操作仍需進一步發展和完善，但相信隨著公民參與意識的增強、技術融合程度的提高、科技水平的發展，PPGIS技術的應用將趨于成熟，當下許多問題將迎刃而解。

參考文獻

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