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面對(duì)目前嚴(yán)峻的河流污染形勢(shì)，深圳借鑒全國(guó)先進(jìn)的治河經(jīng)驗(yàn)，推行“河長(zhǎng)制”水污染治理制度，由各級(jí)黨政主要負(fù)責(zé)人擔(dān)任“河長(zhǎng)”，負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)河流的污染治理。本文結(jié)合ArcGISServer和Flex技術(shù)開發(fā)“河長(zhǎng)制”河流水環(huán)境管理決策支持系統(tǒng)，全面提供深圳河流水環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)地圖瀏覽、信息查詢、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)錄入、信息、河長(zhǎng)考核管理等功能，輔助“河長(zhǎng)制”工作的開展。

1關(guān)鍵技術(shù)

1.1系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)GIS是一種基于計(jì)算機(jī)的對(duì)地理環(huán)境有關(guān)問題進(jìn)行分析和研究的工具，隨著科技的發(fā)展出現(xiàn)了GIS向網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)擴(kuò)展和應(yīng)用的WebGIS新技術(shù)。WebGIS技術(shù)具有適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用面廣、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、維護(hù)社會(huì)化、使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。上個(gè)世紀(jì)，隨著工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境問題的關(guān)注，基于GIS的環(huán)境信息系統(tǒng)逐漸得到發(fā)展，并應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)、環(huán)境預(yù)警與管理等領(lǐng)域。空間決策支持系統(tǒng)是在GIS和決策支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，能夠表達(dá)和分析空間信息以滿足決策分析的實(shí)際需求，在土地利用規(guī)劃、流域管理等領(lǐng)域得到長(zhǎng)足的應(yīng)用。本文系統(tǒng)在環(huán)境信息系統(tǒng)和空間決策支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)上利用WebGIS技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。

1.2ArcGISServerArcGISServer是ESRI推出的一個(gè)創(chuàng)建企業(yè)級(jí)GIS應(yīng)用的平臺(tái)和解決方案，它提供了創(chuàng)建和配置GIS應(yīng)用程序和服務(wù)的框架，能將基礎(chǔ)到高級(jí)GIS功能，如空間分析等引入到網(wǎng)路環(huán)境。開發(fā)者可以自行制作GIS資源，在服務(wù)器端通過ArcGISServerGIS服務(wù)，在系統(tǒng)代碼中進(jìn)行調(diào)用，結(jié)合相應(yīng)的API進(jìn)行開發(fā)。

1.3FlexRIA擁有出色的頁(yè)面表現(xiàn)力，提供復(fù)雜用戶交互等優(yōu)越的用戶體驗(yàn)，是近年來GIS領(lǐng)域的新動(dòng)向和Web開發(fā)領(lǐng)域的一大趨勢(shì)。目前最為流行、成熟的RIA技術(shù)是Adobe公司的Flex，其為RIA平臺(tái)的典型代表，堪稱最完整、最強(qiáng)大的RIA開發(fā)解決方案。FlexViewer是ESRI公司設(shè)計(jì)的一套基于Flex4開發(fā)的WebGIS應(yīng)用程序開發(fā)框架，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)、功能模塊定制，可以完成界面友好、美觀的應(yīng)用系統(tǒng)。在ArcGISViewerforFlex3.4的基礎(chǔ)上自行設(shè)計(jì)后的外觀如圖1所示。

1.4PHPPHP語言混合吸收了C、Java、Perl等語言的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)頁(yè)開發(fā)領(lǐng)域。通過PHP可以輕松實(shí)現(xiàn)瀏覽器端和數(shù)據(jù)庫(kù)的交互，PHP連接數(shù)據(jù)庫(kù)的方式為服務(wù)器內(nèi)部本地連接，數(shù)據(jù)庫(kù)也并未開放直接暴露到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的端口，且在瀏覽器端訪問PHP只能得到腳本執(zhí)行的結(jié)果信息而無法獲得其源代碼，因而PHP在進(jìn)行用戶身份匹配認(rèn)證方面有較高的安全性。

2系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則本系統(tǒng)是為推進(jìn)深圳市“河長(zhǎng)制”工作開展而開發(fā)設(shè)計(jì)的，是作為“河長(zhǎng)制”管理決策過程的有力保障機(jī)制。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中除了要滿足“河長(zhǎng)制”實(shí)際工作需要之外，還遵循可行性、實(shí)用性、穩(wěn)定性、可靠性、安全性、用戶界面友好等基本原則。

2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，采用B/S架構(gòu)，將重級(jí)別任務(wù)都交由服務(wù)器端處理，實(shí)現(xiàn)瀏覽器端的輕便級(jí)瀏覽。服務(wù)器通過IIS暴露到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，瀏覽器端的請(qǐng)求也通過IIS傳遞回服務(wù)器。用戶身份信息由PHP與數(shù)據(jù)庫(kù)交互進(jìn)行驗(yàn)證，通過驗(yàn)證后PHP即時(shí)向ArcGISServer請(qǐng)求獲取令牌，該令牌隨數(shù)據(jù)流一同傳送給瀏覽器端，使瀏覽器端通過ArcGISAPIforFlex可以訪問和調(diào)用加密的GIS服務(wù)。每個(gè)GIS服務(wù)都通過ArcSDE訪問底層的空間數(shù)據(jù)庫(kù)及與其關(guān)聯(lián)的時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)，訪問服務(wù)的RESTAPI也經(jīng)WebAdaptor整合直接暴露到網(wǎng)絡(luò)中。其他與GIS無關(guān)的功能，如考核管理等，則不經(jīng)ArcGISServer直接由PHP訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理工作。

2.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)底層數(shù)據(jù)庫(kù)使用MicrosoftSQLServer2008R2進(jìn)行搭建。數(shù)據(jù)庫(kù)按類別可分為3類，即空間數(shù)據(jù)庫(kù)、時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)（見圖2）。空間數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)所有GIS數(shù)據(jù)，包括空間拓?fù)湫畔⒓捌鋵傩詳?shù)據(jù)。與空間位置有關(guān)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)則存儲(chǔ)在時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)中，并通過關(guān)聯(lián)字段與空間數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。在每次查詢過程中，二者可以通過相關(guān)關(guān)系進(jìn)行相互尋址。而與GIS無關(guān)的數(shù)據(jù)則存儲(chǔ)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便直接調(diào)用。空間要素包括河流、工業(yè)污染源、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、污水處理設(shè)施、污染整治工程等，時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)包括不同時(shí)間水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)包含用戶信息、河長(zhǎng)信息、水質(zhì)目標(biāo)、整治方案、考核得分等。

2.4功能設(shè)計(jì)結(jié)合深圳“河長(zhǎng)制”工作的基本原則和具體要求，該水環(huán)境管理決策支持系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)見圖3。系統(tǒng)從功能設(shè)計(jì)上進(jìn)行劃分可分為3個(gè)子系統(tǒng)：①水環(huán)境信息子系統(tǒng)完成所有與GIS相關(guān)的操作和分析功能，包括地圖瀏覽、空間信息查詢、專題統(tǒng)計(jì)分析等，數(shù)據(jù)錄入、更新和處理的平臺(tái)也整合進(jìn)該子系統(tǒng)中。②方法庫(kù)子系統(tǒng)包括河長(zhǎng)管理、水質(zhì)目標(biāo)管理和整治方案管理3個(gè)平臺(tái)，可查看各河流河長(zhǎng)信息、目標(biāo)和計(jì)劃情況，并進(jìn)行進(jìn)度監(jiān)督和工作協(xié)調(diào)。③決策子系統(tǒng)主要完成河長(zhǎng)考核管理和信息工作，綜合考慮河長(zhǎng)職責(zé)、水質(zhì)目標(biāo)和整治方案完成情況，按照考核細(xì)則進(jìn)行考核打分，并將考核結(jié)果信息報(bào)送和，增加政務(wù)信息透明度并接受群眾監(jiān)督。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，以.NET框架為技術(shù)平臺(tái)，底層數(shù)據(jù)庫(kù)采用MicrosoftSQLServer2008R2數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，通過ArcGIS10.1forServer搭建GIS服務(wù)器以提供GIS服務(wù)，用ArcSDE對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問、存儲(chǔ)和管理，用PHP進(jìn)行用戶身份驗(yàn)證并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)交互，瀏覽器端使用RESTAPI+FlexAPI組合進(jìn)行開發(fā)，在AdobeFlashBuilder4.6中用MXML和ActionScript語言調(diào)用API及進(jìn)行Flex程序代碼的編寫，在ArcGISViewerforFlex3.4應(yīng)用框架的基礎(chǔ)上深度定制WebGIS應(yīng)用。

3.2系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)1）空間信息查詢與展示。設(shè)計(jì)了多種查詢方式，如區(qū)域查詢、分類查詢、條件查詢，以二級(jí)菜單的形式進(jìn)行選擇。為減輕服務(wù)器負(fù)擔(dān)，第一次使用query調(diào)用GIS服務(wù)后將查詢結(jié)果以FeatureSet的形式存儲(chǔ)在Flex中，以后的每次查詢只是按條件修改FeatureSet中Graphic的可見性。圖4為區(qū)域查詢的例子。2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。對(duì)監(jiān)測(cè)站提供的一定頻次的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如計(jì)算平均值、超標(biāo)率、水質(zhì)類別、污染指數(shù)等。對(duì)于跨區(qū)的河流，上游監(jiān)測(cè)斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以一定程度上反映上游污染排放的影響；在河長(zhǎng)考核過程中，跨區(qū)河流按所在行政區(qū)劃分河段長(zhǎng)，段長(zhǎng)對(duì)該行政區(qū)內(nèi)的河段負(fù)責(zé)，上游河段的段長(zhǎng)要對(duì)上游污染排放情況進(jìn)行“買單”。圖5為根據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算各指標(biāo)的水質(zhì)類別，并以顏色進(jìn)行高亮填充。3）統(tǒng)計(jì)分析。針對(duì)區(qū)域（流域或行政區(qū)）進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，包括工業(yè)用水量、工業(yè)排水量、生活用水量、污水處理量、面源和區(qū)域污染負(fù)荷等方面的分析。點(diǎn)源進(jìn)行疊加可核算出總量，例如區(qū)域工業(yè)用水量是區(qū)域內(nèi)所有工業(yè)污染源的用水量字段值的總和。面源根據(jù)土地利用類型和相應(yīng)產(chǎn)污系數(shù)可估算出其污染負(fù)荷。圖6為某一區(qū)域（羅湖區(qū)）的區(qū)域統(tǒng)計(jì)結(jié)果，圖6a為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。4）集成管理模塊。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)集成管理模塊，包括基于PHP數(shù)據(jù)庫(kù)交互的系統(tǒng)輸入或文件導(dǎo)入的信息錄入功能、工作信息和考核結(jié)果對(duì)各級(jí)用戶和門戶網(wǎng)站的信息功能、系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能，以及河長(zhǎng)信息管理和考核評(píng)分功能等。系統(tǒng)采用Flex和PHP等技術(shù)基于ArcGISServer進(jìn)行二次開發(fā)，通過GIS提供全面的水環(huán)境信息，能在很大程度上輔助“河長(zhǎng)制”工作的開展，建立起部門間信息溝通的渠道和公眾參與、考核管理等監(jiān)督機(jī)制，為“河長(zhǎng)制”提供周全的管理決策平臺(tái)支持。

作者：廖國(guó)威 謝林伸 單位：深圳市環(huán)境科學(xué)研究院