环境质量数据精细化管理与可视化分析平台设计与实现

张纬　陈堃　杨宇坤

摘要：本文基于对环境质量数据的精细化管理与可视化分析，构建了一个用于环境质量检测的平台，并实现环境质量数据的监测与管理。该平台可以对当前大气、水、噪声、辐射源与固废等环境质量数据进行处理，从而满足不同用户的不同需求。本文首先简要介绍了环境质量数据精细化管理与可视化分析平台的主要功能与特点，并分析了该平台所采集数据的范围，最后提出了系统的主要设计思路与结构，最后对该平台的实现进行了阐述。

关键词：环境质量数据;精细化管理;可视化分析;平台设计

中图分类号：X82  文献标志码：B

早在2017年，党和国家就明确提出了建设智能社会、推进社会建设智能化、推进环保治理智能化的概念与要求。数据的精细化管理与可视化分析是环境质量数据在应用时的主要方法，无论是对于政府的环境治理与企业的节能减排来说都是至关重要的，环境质量数据精细化管理与可视化分析平台的构建，可以为政府环境管理部门提供最全面、最真实的数据信息，从而为政府环境保护部门各项决策的制定提供更加科学、合理的数据支持。

1 系统功能

1.1 主要功能与特点

对于各类环境及污染数据进行实时采集与监控是环境质量数据精细化管理与可视化分析平台设计的主要目的，同时还应具备为政府环境管理部门提供智能监管服务与数据分析服务等功能。在进行环境质量数据精细化管理与可视化分析平台的设计时，从以下几个主要方向进行考虑：①构建图文一体化的环境污染源数据系统，包括环境污染源数据与气象水文数据。②将排污企业分布、环境污染风险源与类型等环境质量数据等以电子地图的形式在地里信息系统中展示出来，并实现数据的自动分类与整理。③为用户提供查询功能，并实现用户根据条件、关键词等进行自定义查询。因此，环境质量数据精细化管理与可视化分析平台的预期功能包括：实现各类环境质量数据的实施采集与动态化管理;各类环境污染源数据在后台数据库的集中储存;各类环境质量数据档案的查询;各类环境质量数据信息的检索;各类环境质量数据的可视化展示、分析等。

1.2 在线与离线功能

通过将各种环境监测与调查数据上传到环境质量数据精细化管理与可视化分析平台中，实现对各类数据源的在线监测、管理与污染预警，如对于大气环境的监测，可以通过环境质量数据精细化管理与可视化分析平台实现工业废气的在线监控、餐饮油烟的在线监控、建筑扬尘污染的在线监控等。除了上述的在线功能外，环境质量数据精细化管理与可视化分析平台同时还具有离线功能，即对接受到的环境监测数据进行智能化分类、整理与统计，并将环境质量数据的变化情况及未来发展趋势进行分析，形成相应的报表。

1.3 日常巡查管理功能

政府相关环境管理部门可以将该环境质量数据精细化管理与可视化分析平台安装于大气环境移动检测车、扬尘污染移动检测车等设备中，实现此类设备运行轨迹范围内环境质量的跟踪检测等功能。环境质量巡查人员也可以通过环境质量数据精细化管理与可视化分析平台进行环境质量数据信息的录入、核对、更新等工作，并对在环境监测工作中发现的污染问题通过该平台进行及时上报与反馈，上级部门在接受到巡查人员反馈的信息后，利用在该平台内调取过去一段时间内的环境质量数据，并根据平台所提供的数据可视化分析功能，分析未来环境质量发展趋势，进而制定相应的环境治理措施。

2 数据采集范围

环境质量数据精细化管理与可视化分析平台在进行数据采集时，不仅可以实现实时采集，同时可以将历史采集到的数据储存到后台数据库中，便于在日后出现污染问题时相关人员结合历史环境质量数据制定相应的治理策略。

2.1 大气数据

对大气数据的采集范围主要包括以下几个方面：空气质量监测因子、环境气象监测因子、油烟、企业排污、其他。

2.2 水污染数据

水环境数据采集范围包括：地表水、地下水、水文、海水、工业废水、市政污水、其他。

2.3 噪声数据

噪声数据采集范围包括：交通源、工业源、建筑源、其他源。

2.4 辐射源数据

辐射源数据采集范围包括：放射性污染、电磁辐射等

2.5 固废数据

固废数据采集范围包括：居民、建工、医疗、餐饮等。

3 系统设计

3.1 系统设计思路

由于环境质量数据精细化管理与可视化分析平台主要是为了实现对区域环境质量数据的智能监测、分析与管理，因此在进行环境质量数据精细化管理与可视化分析平台的设计时，大致设计思路为利用物联网技术、大数据技术与可视化技术的结合，构建环境质量数据的监测与环境质量数据的精细化管理体系。由于环境质量数据的量级符合大数据的标准，因此可以在大数据技术的基础上，构建可视化数据分析与评估系统，从而实现对环境质量的数据获取、储存、分析与检测等功能。该平台可大致分为数据采集模块、数据储存模块、数据分析模块等主要组成部分。

3.2 系统结构

由于该平台时为了为政府环境管理部门与各类用户提供环境质量数据的精细化管理与可视化分析服务，因此该平台必须具备良好的可操作性。本次在进行平台的结构设计时，采用的是浏览器与服务器相结合的B/S架构设计模式，包括表示层、业务逻辑层与数据层三个主要部分，如图1所示。

作为整个平台提供各项服务的基础，数据层的主要作用是为了实现平台的数据导入與储存功能，数据层包括环境质量数据文件库与环境质量空间数据库。其中空间数据库负责储存包含空间属性的环境数据，如各监测点数据、各被监测企业数据与地理信息数据。环境质量数据文件库则负责储存各类环境业务相关数据，如空气质量数据、各企业排污数据与气象数据等。数据层是各项环境质量数据的集成，为整个环境质量数据精细化管理与可视化分析平台的功能实现提供准确、全面的数据支持。

作为整个平台结构中的核心，业务逻辑层介于表示层与数据层二者之间。业务逻辑层中包含着多个功能模块，从而实现平台的环境质量数据精细化管理与可视化分析。各层级之间的数据信息通过业务逻辑层之间各功能模块的接口进行传递，提高各层级之间的连接性。其中，业务邏辑层中的数据并行访问模块可以为各功能的具体实现提供统一、集中的数据访问接口，从而保证该平台的开放性与功能的延伸性得以实现。

用户与平台之间的人机交互通过表示层来完成，表示层为用户提供该平台的可视化界面，用户可以在表示层中输入各项操作指令，表示层将该指令传递给业务逻辑层，从而实现为用户提供各项功能与服务。

4 系统实现

根据平台预期完成的功能与组成，并结合用户的实际需求，设计并实现环境质量数据精细化管理与可视化平台。该平台的系统结构基于B/S结构，在构架该平台的框架时以SSM框架为基础，采用SQL Server2008作为后台数据库，空间数据的管理通过AreSDE10.1数据引擎实现。为了实现多类型数据的统一管理与集中访问，该平台综合运用了AreGIS Server、Web-Service、Ajax等技术。具体实现方法如下，AreGIS Server负责实现空间数据的数据发布功能，并在进行访问时以数据服务地质的形式;非空间数据如气象监测数据、企业排污数据等通过Ajax实现后台数据请求。Arc-GIS API for JavaScript与ECharts实现返回结果数据的可视化分析等功能。

平台的人机交互界面由两部分组成，分别是模块选择与各模块的内部窗口，并通过操作面板实现用户的数据选择、数据查询、数据可视化分析等功能。平台可以根据不同类型的环境质量数据，采用不同的可视化技术实现相对应的展示方法，不仅可以很好将数据之间的关联性展示出来，同时实现了操作界面的简洁性、多功能性。在此基础上，平台还可以实现多种功能，如历史环境数据的动态演示、同一区域多种环境质量数据的集中分析、绘制等，满足了用户对于环境质量数据的不同精细化管理与可视化分析需求。

5 结语

综上所述，环境质量问题已经成为了全球个国家在当前发展阶段中最为重视的一个问题，环境质量数据的综合利用在我国环境信息化过程中发挥着至关重要的作用。本文通过设计并实现环境质量数据精细化管理与可视化分析平台，为我国生态环境的监测、治理提供全新的思路，进一步助推我国环境保护与污染治理工作的开展。

参考文献

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