廣東省放射性地質環境監測數據管理信息系統建設及應用

闕澤勝

(廣東省核工業地質局輻射環境監測中心， 廣東 廣州， 510800)

0 引言

上世紀80年代進行了全國環境天然放射性水平調查并建立數據庫，對全國放射性數據的有效管理起到重要作用[1]。

當前國內外放射性監測數據管理主要用MAPGIS、ARCGIS軟件平臺[2-3]。廣東省從2013年開始進行新一輪全省放射性地質環境調查工作，采用最新輻射環境監測方法和技術重新進行測量，于2016年完成了調查入庫工作，綜合應用數據庫、GIS、RS和網絡等技術，建設了廣東省放射性地質環境監測數據管理信息系統，實現了對放射性地質環境調查的不同來源、不同層次、不同比例尺、不同類型和海量級數據的統一存儲和高效管理[4]。

該系統具有功能齊全、通用性強、系統穩定、運行效率高、制圖智能化、界面友好美觀等優點。廣東省在全國率先完成新一輪省級放射性水平普查，并完成信息系統建設，對其他各省具有重要借鑒意義。

1 監測數據管理信息系統設計

1.1系統數據概況

廣東省放射性地質環境監測數據管理信息系統是廣東省放射性地質環境調查與評價研究課題的重要組成部分。本系統數據分為放射性地質環境監測數據、輔助數據(背景地理信息數據、數據字典)、系統數據和成果數據4大類，共6個子庫。環境監測數據是數據庫的主體，根據廣東省放射性地質環境調查與評價項目，環境監測相關數據包括： ①監測方法及儀器設備數據； ②陸地γ輻射劑量率數據； ③ 就地γ能譜測量數據； ④土壤、巖石、水體和底泥中放射性核素含量數據。入庫的監測數據包括：陸地γ輻射劑量率監測點數據1 637個，就地γ能譜監測點數據732，土壤、巖石、水體、底泥等監測數據896個。

1.2 系統架構設計

系統架構設計為C/S結構(即客戶端-服務端系統架構)，開發環境VisualStudio 2010和ArcGIS Engine10.2，開發語言為C#，數據庫及中間件使用Oracle 11G Enterprise和ArcSDE 10.2。為減小功能界面和邏輯實現的耦合，最大程度實現代碼的共用和統一維護，所有子系統和功能模塊都采用分層設計實現的原則。系統總體架構如圖1所示。

系統包括數據層、開發平臺層、邏輯層及功能界面層。數據層主要包括放射性環境監測數據、表格數據、矢量數據、柵格數據以及系統數據等。這些數據通過Oracle 11G Enterprise進行底層存儲和管理，并借助ArcSDE中間件與開發平臺層實現無縫對接。

開發平臺層主要基于ArcGIS Engine 10.2和Visual Studio 2010以及Matlab、R語言等進行功能模塊和應用系統的開發。同時采用Dev Express作為系統界面庫實現工具。

邏輯實現層主要實現各應用系統功能所需的功能邏輯實現代碼，并以動態鏈接庫的方式供各應用系統的功能界面調用。邏輯實現層根據功能需求的不同，分為ArcGIS Engine的功能模塊、數據處理和分析模塊以及系統公共模塊。

最上層為系統功能界面層，為最終面向用戶的交互層，主要包括面向不同類用戶的數據處理、數據管理、單指標分析、多指標分析、應急預警、專題制圖以及系統管理等，系統通過用戶交互接受各功能所需的參數輸入，并將結果進行展示，最終完成所有功能需求。

圖1 系統技術架構圖

1.3 系統功能設計

監測數據管理信息系統根據廣東省放射性地質環境調查與評價項目功能需求，即包括原始數據檢查、數據入庫、數據預處理、專題統計、異常分析與評價、空間查詢與分析、應急預警分析和專題制圖與成果展示，開發設計了系統功能模塊，包括數據管理、數據預處理、分析評價、專題制圖、成果展示、輔助決策、站點監測和安全管理共8個模塊，登入界面(如圖2)設置雙賬號模式以保證系統安全。根據監測要素建立了包括陸地γ輻射劑量率、就地γ能譜，以及水體、底泥、土壤、巖石等樣品子庫。同時，參考相關標準規范，結合廣東省實際情況，對諸如土壤類型、行政區編碼、水體類型、建筑物類型、道路類型等進行了較系統、全面、科學的命名，建立了相應的數據字典和元數據規范。

圖2 系統功能界面

2 監測數據管理信息系統的應用

利用本系統，進行了數據檢查、預處理、統計分析等應用，編制了廣東省放射性地質環境調查與評價項目的專題圖件成果[4]。具體應用如下。

2.1 廣東省放射性地質環境監測數據等值線及分層設色圖

在作等值線時，先對放射性地質環境監測數據空間插值，繪制等值線。最后在專題制圖模塊進行相應專題圖要素設置，對空間插值珊格分層設色，疊加等值線，以及設置相應基礎地圖要素，如圖名、圖例、比例尺等，最后輸出為相應比例尺布局的專題圖件。作為一個應用實例，圖3給出了利用本系統制作的廣東省某核素等值線及分層設色圖。

2.2 廣東省放射性地質環境監測數據的三維空間示意圖

三維空間圖利用插值珊格圖為基礎數據，以監測數據為Z變量，主要利用視域分析判別程序，在三維視圖平臺展示。以原野γ輻射劑量率監測數據為例，部分展示區域效果如圖4所示。

2.3 廣東省放射性地質環境監測數據暈圈及異常點的提取

系統提供了監測數據暈圈和異常點的提取展示功能。通過計算廣東省放射性地質環境監測樣本的均值、標準差，將大于等于3倍均值的點定義為異常點或超高本底點。以監測數據插值珊格為基礎，將介于均值加1倍標準差與均值加2倍標準差范圍內的區域定義為偏高本底暈區；將介于均值加2倍標準差與均值加3倍標準差范圍內的區域定義為高本底暈區；將大于均值加3倍標準差的區域定義為超高本底暈區。

圖3 廣東省某核素等值線及分層設色圖

圖4 廣東省部分區域原野γ輻射劑量率三維空間示意圖

2.4 其他應用軟件

對放射性地質環境監測數據入庫，系統提供了多種檢查工具，以保證數據標準化入庫，避免人為因素引起的誤差和錯誤輸入。提供了基于地理空間位置的檢查，避免輸入坐標錯誤。開發了統計分析功能，對地面γ能譜、環境天然貫穿水平監測中現場采集的2組20個監測點數據提供了格拉斯法則檢驗，并生成均值、標準差、極值等統計量。為使系統更具通用性和可擴展性，本系統提供了通用分析功能，如根據表格提供的坐標數據繪制點位圖層，根據多變量數據進行因子分析、聚類分析和相關分析。

3 結語

通過采用C/S結構，基于Oracle 11G、ArcGIS Server10.2、ArcSDE 10.2、Windows2008 Server等軟件平臺，設計開發了一套較符合廣東省放射性地質環境調查與評價項目工作需要的信息系統，實現了對全省放射性地質環境監測數據的統一存儲和高效管理。

廣東省放射性地質環境監測數據管理信息系統的建立，為全省放射性地質環境調查做了一項基礎工作，它的應用必將對全省放射性地質環境監測數據管理起著有益的作用。