基于ServiceGIS的北京市環境地理信息共享平臺設計

王曉爽

摘 要：GIS是環境信息化工作中的重要管理手段，由于北京市環境信息中心近年來建設了多個環境保護應用管理系統，產生了大量的多種類型數據;隨著環境保護應用管理中對于空間數據分析需求也與日俱增，在此背景下，建立基于Service GIS的北京市環境地理信息共享平臺，整合多個應用系統中的數據資源，建立空間數據標準規范，完成GIS功能模塊的統籌開發成為亟待解決的問題。這一工作對促進系統的集約化建設和空間數據的共享與交換具有重要意義，此外也為環境信息化服務的努力提升提供了新的方向。

關鍵詞：ServiceGIS;地理信息共享;空間數據標準;GIS功能統籌建設

1 緒論

近年來國家高度重視生態環境保護和綠色發展。黨的十八大戰略決策文件強調了未來要“全面落實經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設、生態文明建設五位一體總體布局”，將生態文明建設正式納入到中國特色社會主義事業的總體布局當中。在黨的十八屆五中全會上，提出了“綠色發展”理念，并將其作為五大發展理念之一，指導生態文明建設和環境保護領域的發展。為了進一步加大環境治理力度，提高環境質量，國家陸續頒布了大氣、水、土壤污染防治行動計劃，以最嚴格的環保制度為未來的污染治理制定了發展方向。在此背景下，為了能夠更好地輔助環境保護業務的開展、提高污染治理的效率，發展環保信息化工作具有重要的現實意義。

目前北京市環保局經過了多年的信息化建設，已經建設了包括行政許可類、行政執法類、監測類、決策支持類等多種類別幾十個業務應用系統，主要包括了建設項目管理系統、輻射許可證系統、固廢管理系統、信訪投訴12369系統、行政處罰系統等。這些應用系統服務于業務管理工作，為污染源監管工作提供了良好的信息化基礎。而大量的信息化系統則產生了多種類型數據資源，包括業務數據和基礎地理資源數據等。

為了能夠更好的整理和保存這些數據資源，北京市環境信息中心在2012年建立了北京市環保局數據中心，基本實現了環境信息的集中存儲，并進一步建設了相關的標準污染源基本檔案庫和公共代碼庫，為數據的共享提供了基本的數據支撐和技術支撐。目前的數據中心主要保存污染源數據，尚未開展對于空間數據規范編制、數據共享等方面的工作。由于GIS系統的強大的空間數據展示和分析功能，具有真正實現對污染源空間分布和擴散趨勢可視化展現和分析的強大能力，因此環境保護應用管理業務在對GIS功能需求也與日俱增，但目前各業務應用系統的GIS功能模塊建設隨不同的環境保護應用管理領域需求不同而分散建設，導致數據標準不統一，軟件資源過度開發。因此亟待建立GIS共享平臺，以數據中心為主要數據資源倉庫，對空間數據實現重新整合和統一規劃組織、共享和不同領域需求的GIS功能模塊的統籌建設。

2 平臺架構設計

基于ServiceGIS的北京市環境地理信息共享平臺是系統建設部門把已經建立的基礎地理數據庫或環境空間數據業務庫通過Web服務的各個功能向使用部門發布，將基礎地理信息數據圖層與相關部門所需的專題數據疊加集成，用于第三方開發應用系統。ServiceGIS支持按照一定規范把平臺上的基本GIS功能和基礎地圖數據以服務的形式發布出來，可以實現被其他第三方應用系統的調用。

系統平臺自下而上建設了基礎設施層、數據資源管理層、服務平臺層、業務應用層、界面展現層五個部分組成。主要的保障體系有，空間數據標準體系和運行維護管理體系。系統架構如下圖顯示：

其中基礎設施層是支撐北京市環境地理信息共享平臺穩定運行的基礎支撐設施，主要包括數據庫服務器、平臺應用服務器、操作系統、系統軟件（ArcGIS、SQLServer數據庫等）以及基礎網絡及安全設施等，能夠向主要用戶提供基礎設施服務。數據資源管理層，用于存儲和管理環境保護應用管理領域的數據資源以及其他相關的數據，主要包括基礎地理空間數據、業務空間數據、地名地址數據、影像視頻數據、符號庫、數據模型數據以及相關工具。服務平臺層，主要為業務應用提供了空間分析服務和服務發布管理組件，并建立了相應的關鍵技術支撐體系，提供組件運行、開發和管理的環境。業務應用層，包括平臺應用功能和移動辦公的功能，是平臺使用中最核心的部分，數據和功能模塊可以為第三方系統提供調用服務。界面展現層針對用戶使用提供界面展現和交互功能。其中內網門戶界面面向環保管理部門內部的系統用戶，移動端界面主要用于現場執法或信息采集人員采集數據。

上述各層次的數據，依據在空間數據標準規范體系約束下建立的北京市環境保護空間基礎地理數據或專題業務數據標準規范實現流轉，并通過運行維護管理體系保障平臺能夠平穩順暢的運行。系統主要對外服務的對象將是使用平臺的環保管理部門各處室、第三方數據采集部門以及上報相關信息的企業等。

3 系統功能模塊的設計與實現

3.1 系統運行環境和配置要求

系統的在服務端的運行環境要求為：操作系統系統為Windows Server 2012企業版，數據庫為SQL Server 2012企業版，軟件支持環境為ArcGIS 10.2、NetFramwork 3.5、IIS 6.0。在客戶端的運行環境要求為：操作系統為Windows XP/Windows Server 2003/Windows 7，瀏覽器為Internet Explorer 8.0以上版本。

3.2 基礎地理數據庫和專題業務數據庫

系統建設基礎地理數據庫和業務專題數據庫用來保存基礎地理數據和在環境保護監管和監測各領域的業務專題數據。所保存的數據主要有空間數據和屬性數據兩種。

目前平臺上主要使用的基礎地理數據是比例尺為1：10000的北京市矢量地圖數據集，選擇空間分辨率為2.5米的Spot遙感數據作為背景底圖數據，用于與專題圖層疊加，對相應的環保監管領域進行針對性的空間數據分析和解決問題的支撐。在業務專題庫中的數據分類則通過環境保護應用管理領域的不同來劃分數據的主要類型。

北京市環保局已經根據不同環境保護應用管理方面的需求在其業務系統框架內建設了多個GIS模塊，并產生了一定量的業務專題空間數據和屬性數據。針對業務專題的空間數據按照環境保護監管和監測等領域的不同來劃分數據的主要類型，包括環境質量數據、污染源監管、污染源企業監管、環境保護公眾服務、環境保護機構信息等數據資源類型。

3.3 系統應用服務管理

平臺通過應用服務搭建系統，依靠Webservice，WMS，WFS，WPS等服務標準協議來搭建功能和服務。建立統一安全認證體系來實現用戶的身份認證和授權。最終將標準服務對所有使用平臺的用戶發布。

各功能模塊以平臺建設的基礎地理數據庫業務專題數據庫為基礎，為平臺用戶及第三方系統的用戶提供服務共享功能。平臺的空間數據庫一方面可以通過與數據中心的數據庫對接，形成動態更新的數據資源，并提供隨時可以按照歷史時間進行數據查詢和對比分析的功能。另一方面通過平臺服務發布功能實現對外部用戶的圖層數據和基本功能的共享，平臺也能夠為外部用戶提供空間分析服務功能。平臺還設計了服務發布管理模塊對平臺的服務發布功能進行統一管理和監控。主要包括新建服務、刪除服務、修改服務、發布服務、權限管理以及服務監控。

3.4 系統的業務應用功能服務

3.4.1 地圖操作的通用功能服務

在平臺上提供對圖層數據的基本操作，主要包括圖層的放大、縮小、拖動、全圖展示、測量、比例尺設置以及截圖保存等通用功能，此外還支持對于屬性數據的多條件、多維度查詢、閾值查詢、結合繪制多邊形、緩沖區域的查詢、結合互聯網地址庫API的地址查詢等，通過所屬地行政區、特定區域和地址查詢可以通過模糊查詢協助搜索到可以污染源的具體位置，此外還設計針對兩點地址之間的最短路徑查詢和分析。在系統中空間查詢和運算的結果可以根據相應的條件進行分級渲染顯示和成圖。

3.4.2 環境業務數據的空間分析服務

為了便于環境數據的統計分析，解決相關的問題，作為決策支撐。所以在此平臺上也應開發相應的空間分析工具。

3.4.3 空間數據緩沖區分析服務

由于類似建設項目環境影響評價業務的要求，需要嚴格規范環境敏感區周邊的一定范圍內嚴禁建設新項目的要求，或需要查詢某些建設項目周邊一定范圍的主要地物和建筑物要素，因此需要采用空間數據的緩沖區分析設置來完成。平臺開發的空間數據分析模塊須通過設置某一點、線、面源業務數據或地物要素的緩沖區數值來形成緩沖區域，進一步保存提供可以隨時調用的臨時圖層。并能夠及時反饋緩沖區范圍內查詢的環境污染數據信息和污染源企業信息等。

3.4.4 空間數據疊加分析運算服務

在環境保護應用管理當中，需疊加不同圖層數據進行分析形成新圖層成果提供決策支持。例如在環保監察執法中，需疊加行政區域和污染源企業分布圖層，分析各區污染源企業數量、被處罰案件數量和金額的統計結果，可以進而對比分析市內各區的處罰力度，了解各區的主要污染來源，為下一步的監察管理方案的制定提供方向指導。在建設項目環境影響評價工作中，可將建設項目分布圖層和行政區圖層進行疊加，形成市內各區的不同行業項目中污染源排放量的總和和削減量的總和，也為總量排放的計劃安排提供數據資源的支持。

3.4.5 空間數據統計分析服務

在環境保護應用管理領域中通過空間數據統計分析功能，可以實現用戶選擇所需分析的圖層，針對不同行業、時間污染源、排放量和產生量等業務數據要素，通過作為業務部門重點關注的條件，來實現不同屬性要素上的數據統計。并能夠結合空間查詢和緩沖區設置進行統計分析，分析結果可通過不同格式的數據成果導出，也可以圖表形式形成可視化結果。

3.4.6 空間數據對比分析服務

由于平臺能夠匯集一定數量的北京市環境保護業務專題的空間數據資源，并結合相應的應用管理領域的需求，能夠對不同區域、不同行業、不同歷史時期的數據進行對比分析和展示，將分析結果以圖表可視化形式展現出來。通過時間對比來對數據進行回溯分析，分析不同時期的數據變化趨勢，為數據變化趨勢的預測提供幫助，為環境保護不同應用管理領域的工作方案編制提供技術支撐。

3.4.7 定制業務應用功能服務

平臺為不同的環境保護專題的業務應用領域需求的不同來建設定制化的功能模塊，與第三方的業務應用系統對接，將模塊嵌入到第三方業務應用系統當中使用。將GIS的功能和空間數據分析的優勢更廣泛的應用到環境保護監管業務當中。在本平臺建設中選取了環評、鍋爐管理兩個方面的需求來定制專題業務的功能模塊嵌入到應用系統中輔助業務管理。此外為所有的應用系統建立了統一申報模塊，便于為項目申報工作時的標繪位置和輸入相關信息提供了便利功能。

（1）環評GIS功能模塊。由于GIS強大的空間分析功能，能夠在圖上展現出來污染源的分布和擴散趨勢，因此將環境保護應用管理和GIS系統的緊密結合，在環境影響評價工作上的應用能夠為環評技術評估和環評審批工作帶來極大的便利，對提高環評工作的精確度和準確度具有十分重要的意義。

環評GIS功能模塊的設計主要通過建立環評GIS的功能模塊嵌入到原有的建設項目環評技術評估系統和項目審批系統中，使環評技術人員在技術評估和環評審批過程中都能夠實現帶圖作業和帶圖審批的模式。申報企業可以在互聯網申報系統中繪制建設項目的位置、輪廓，錄入建設單位和建設項目的相關信息。環評審批和技術評估的應用系統可以獲取到企業所填報的建設項目環評的各類空間數據和屬性數據信息。

環評技術評估人員可以在系統中對企業申報的建設項目范圍和相關數據進行審核或修正。將環評技術評估相應參數入庫，對環評影響報告書中提交的數據進行評估。工作人員在進行技術評估過程中可以對建設項目周邊調查的信息進行圖上標注，為環評報告書的編制提供技術支撐。功能模塊也可通過結合環評影響預測評估模型，實現對于污染物變化擴散趨勢進行分析和可視化展現，為建設項目的環境影響程度進行評估，為環評審批提供支持。

環評審批人員可以在審批過程當中隨時查看項目的主要情況和周邊環境狀況。在系統中將已接收、已批準和已公示的項目都展現在圖上，以及其他與環評有關圖層在圖上疊加，根據業務需求，設置環評的空間審查規則，通過圖層的空間分析，來實現對新建和改擴建項目的審查。通過統計已批準項目的污染源排放量，來核算未來批準項目的排放量，參與到環評審批的標準建立當中等。此外將數據中心作為主要數據資源，也為審批人員提供了數據參考。

（2）鍋爐管理模塊。由于大氣污染治理是北京市環境保護工作的重中之重，其中的主要工作是對北京市的燃煤燃氣鍋爐的綜合治理。建設鍋爐管理GIS模塊承擔著鍋爐管理系統中的鍋爐企業基本情況和空間數據管理的功能。系統中保存的鍋爐類型數據主要有燃煤、燃氣兩種，涉及14個區。

系統通過劃定禁燃區來針對燃煤鍋爐改造情況進行核查。通過燃煤燃氣鍋爐的排放量來分析鍋爐管理的成果。通過對燃氣鍋爐的分布分析來為燃氣管道的改造建設提供資料。用戶可查到不同區域的鍋爐基本情況，用途、在用狀態、改造狀態、工藝以及數量級等等信息。

（3）統一互聯網申報功能模塊。目前北京市環保局已建設了多項業務應用系統，承擔著多個行政審批服務事項。而這些審批事項基本都需企業在線填報申報資料，大部分需要填報地圖相關的信息。因此建設了統一互聯網申報功能模塊，可嵌入到各應用系統的申報部分，以此來規范企業上報地圖相關數據。

企業用戶在使用互聯網業務申報時，自動接入在線地圖，對申報項目的位置和范圍進行標注，并且錄入申報信息，例如建設項目環評申報的時候，需要用戶繪制建設項目的大致位置，錄入建設單位、建設項目基本信息、申報基本信息、以及上傳環評報告書附件等相關文檔。

規范了地圖相關數據的申報入口功能模塊的技術標準，可以為多個應用系統申報界面所調用，簡化開發過程，并且可以采用統一身份認證的方式使用戶登陸系統。各應用系統可以直接獲取到互聯網的申報數據，進行進一步審核。

3.4.8 用戶圖層靈活定制服務

平臺在規范了空間元數據標準和空間數據符號標準的基礎上，根據用戶自身的需求，提供圖層的靈活定制服務，用戶可以設置專題圖標題、比例尺、展現專題內容等。還可以將用戶使用空間查詢和統計分析的成果出圖保存，為用戶提供匯報總結時提供服務。同時也提供了圖層的新增、調用、移動等監控功能。

3.5 多系統的界面展現功能

平臺將與主要環保管理部門辦公平臺進行用戶統一認證管理，用戶將可以在辦公內網門戶上登陸系統界面。系統還建設開發移動端界面，用戶可以用來戶外采集樣點數據，標注樣點空間信息和屬性信息，以及與其相關的上報信息，及時上傳到PC端查詢信息。系統的功能模塊可嵌入到應用系統當中直接調用，因此用戶在登陸應用系統當中通過分配權限也可登陸到各功能模塊當中完成數據分析和展現。

4 標準規范體系建設

平臺的設計匯集整理了目前各應用系統內產生多種類型的歷史空間專題數據圖層資源和基礎地理數據資源，參照環保部和行業標準，力求建立統一的空間元數據標準和規范，便于空間數據的統一存儲、管理、分析和處理。并建立環境業務分類相關的地圖符號庫，對不同類別環境業務領域的符號顏色、尺度、顯示位置和顯示級別進行規范要求。上述工作可以作為將來環境業務專題數據展示的依據規范。

5 展望與結語

基于Service GIS技術建立北京市環境空間信息共享平臺，實現將原有歷史數據資源的整合和GIS功能模塊的集約化建設，與其他業務應用系統進行有效的整合。例如在本文所提到的融合環評GIS功能模塊和鍋爐管理GIS模塊，與應用系統緊密結合實現帶圖分析和帶圖審批的模式。在未來有更多的環境保護業務應用管理領域中需要將環境模型和GIS功能進行結合，建設具有業務應用特點的GIS功能模塊，嵌入到應用系統當中，促進環境保護應用管理水平的提高，同時能夠實現異構GIS環境下的數據共享和功能復用，提高環境空間信息數據的管理規劃完善，有利于環境信息化數據資源的整合分析、開發和共享，促進業務總體性規劃更為科學合理。

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