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1、系统总体设计一、 系统设计目标 环境GIS总体设计的目标是充分利用先进的GIS技术、数据库技术、网络通信技术等信息技术，建设一个科学、高效的环境GIS。在充分整合和利用环境空间数据和基础地理信息的基础上，实现对环境空间信息进行可视化管理，并实现环境空间信息的查询、维护以及专题分析、专题制图、信息服务等功能，并能结合环境管理业务和技术应用需要，为环境GIS的开发和建设提供全面解决方案。 环境GIS系统设计的根本任务是将系统分析阶段提出的逻辑模型转化为相应的物理模型。一般而言，系统总体设计可以分成三个部分进行。首先是功能设计，根据系统研制目标，确定系统必须具备的空间操作功能；其次是数据库设计、在进
2、行数据分类和编码处理的基础上，进行数据采集设计、数据结构设计、数据存储和检索设计等，确定空间数据的存储和管理模式；最后是应用设计，包括定制系统开发和系统集成方案，建立系统的应用模型和产品的输出。二、 系统设计原则环境GIS的具体设计中应注意系统的当前需求和中、远期目标相结合。充分考虑到环境保护工作的扩这环境保护机构职能的调整，使系统具有可扩展性；同时还要注意系统的专用性和通用性相结合。尽量采用面向对象的设计技术，以保证系统的灵活性，并使系统的各个模块可以方便的组合搭配，各职能部门可以灵活地配置功能；另外也要注意先进性和实用性相结合。不仅要考虑先进的网络数据库技术、GIS技术的应用，而且要适应环
3、境统计、环境质量、总量控制、环境自动监控、污染事故模拟与应急分析等实际业务工作对环境空间数据发布、查询、分析和空间表达的实际需要。具体设计原则如下：1. 实用性最大限度的满足环境保护管理部门业务需求，为环境管理人员及环境保护技术人员提供有效的技术工具。要保证系统运行的稳定，数据提供准确迅速，界面友好，操作方便，功能完善，系统维护性好。2. 标准性整个系统的建设需遵循标准化、统一化的原则，以支持系统的推广应用。系统的数据分类编码、数据格式、数据接口、软件接口和系统开发等方面要严格执行国家与行业相应的标准和规范。3. 先进性系统在技术上要具有先进性，包括软、硬件的先进性、网络环境的先进性等，将现有
4、的先进技术尽可能的应用到系统中来。4. 动态性系统要能够顾及到环境空间数据不断变化和增加的需要，也要充分考虑到环境保护业务的需要。系统需要根据环境数据、业务、结构等各种变化，动态的调整、优化和扩展有关的功能。5. 开放性系统需要采用开放式设计，可以再应用中不断由用户补充和更新功能，具备良好的与其他系统的数据交换和功能兼容能力。系统还需要具备统一的软件和数据接口，以为后续系统的开发留有余地。6. 安全性面对网络运行环境，建立完善的安全防护机制，保证合法用户能够方便的访问数据和使用系统，阻止非法用户操作数据库和系统。三、 系统体系架构环境GIS总体框架一般由三个主体部分构成：环境GIS数据库系统、
5、环境GIS平台和环境GIS应用系统。其中环境GIS数据库系统为环境GIS提供数据支持，可由环境空间数据获取、环境空间数据组织存储和环境空间数据管理等部分组成；环境GIS平台为环境GIS提供GIS基本功能及其开发环境，可由环境空间数据查询、空间数据编辑、空间数据发布、空间分析、专题制图等部分组成；环境GIS应用系统为环境GIS提供应用和分析功能，可由环境管理、环境监测、环境预测、污染事故扩散模拟预测、污染事故应急、排污申报和收费、环境污染总量控制、环境评价等部分组成。本系统在逻辑上分为数据库服务器、客户端两部分，它们分别承担不同的系统功能。系统通过两种方式来获取实时数据:第一，基于C/S的数据实
6、时采集系统(在总体设计上遵循目前常见的C/S结构);第二，由监测仪器向数据库中发送实时数据，客户端可以强制采样。环境GIS总体框架设计如图2-1所示。图2-1 系统总体架构设计图系统详细设计与实现一、 数据库设计1. 概述环保系统是一个综合复杂的系统，既要存储和处理大量环保业务数据，又要和地理位置关联，存储海量的地理数据。并且业务数据和地理数据又是紧密关联的，因此为了统一管理这些数据，我们使用SuperMap软件的SDX+ for SQL Sever引擎将业务数据和地理数据都统一存储在SQL Server数据库中。地理数据存储在两个数据源中：一个Sql数据源，用于存储基础地理数据和污染源点、监
7、测站点、污染事故点等专题要素，还有一个文件数据源“temp”用于暂存分析过程产生的地理数据如插值分析产生的中间栅格数据和网络分析产生的路由路径和路由表数据等。环保业务数据都统一存储在数据库中，如排污口排放污染物数据、污染物属性数据、排污口属性数据、实时监测数据等。2. 数据库概念结构设计该数据库主要用于存储污染源和监测站监测业务数据信息、污染事故相关信息以及环保新闻、用户管理等业务信息。监测业务信息包括污染源（企业）信息、排污口信息、监测站信息、污染物信息、污染源实时监测数据、监测站实时监测数据、污染源排放情况日数据、污染源排放警报数据、监测站监测警报数据、污染事故详细数据、空气质量分析数据、
8、环保新闻数据、用户信息表等。本系统数据库结构视图如下图所示：数据库数据表备注青岛市环保数据库基础地理数据道路网、学校、医院、街区、行政区划、河流等污染源基本信息表存储污染源基本信息，如名称、地址、所属行政区划等排污口基本信息表存储排污口基本信息，如名称、地址、所属企业等排污口污染物信息表存储排污口排放的污染物信息，并记录每种污染物的报警上下限及额定排放量。每一种污染物作为一条记录存储在该表中污染物表存储污染物名称、计量单位等信息实时排放浓度表存储排污口排放的各种污染物实时浓度值实时排放流量表存储排污口污染物实时排放量排污口日浓度表存储排污口各污染物每日平均浓度、最大最小浓度等排污口日排放量表存
9、储排污口每日总排放量情况污染源报警信息表存储污染源排污超标报警信息监测站基本信息表存储监测站基本信息，如名称、XY坐标、地址、所属行政区划等监测站监测项目表存储监测站监测项目(污染物)信息及污染物浓度报警上限监测站实时监测浓度表存储监测站各监测项目的实时监测浓度值监测站报警信息表存储监测站各监测项目超标报警信息污染事故表存储污染事故信息，如事故点XY坐标、事故名称、发生地点、时间、事故情况、事故扩散分析结果图等新闻表存储环保新闻，便于向大众展示本市环境状况、发生事故后可发布新闻方便市民了解事故情况用户信息表存储用户账号密码及权限信息空气质量状况表存储全市和各区县的空气质量状况3. 逻辑结构设计
10、1) 污染源管理相关表污染源管理相关表主要有：污染源基本信息表、排污口信息表、排污口污染物表、实时监测浓度表、实时监测排放量表、报警事件表、污染物表、污染类型表等。下图为各数据库表字段和表关系图：图3-1-1 污染源管理涉及的数据库表及其关系图2) 监测站管理相关表监测站管理相关表主要有：监测站基本信息表、监测站监测项目表、监测站实时监测浓度表、监测报警信息表、污染物表和污染类型表。其中污染物表和污染类型表与污染源管理中的污染物表和污染类型表共用。下图为各数据库表字段和表关系图：图3-1-2 监测站管理涉及的数据库表及其关系图3) 其他数据库表以上数据表都是通过主外键关系紧密关联的，系统中还有
11、一些独立的数据库表，罗列如下：表1污染事故表（Accident）表2各区县空气质量状况表（AirQuality）表3 全市空气质量状况表（AirQualityEntire）表4 新闻表表5 用户表二、 系统界面设计对于界面设计，要在与用户进行多次交流后或在开发的原型的基础上，让用户进一步确认和修改。界面最终要达到语义清晰、功能操作简便。用户界面需友好，人性化，符合或贴近用户使用习惯。在用户可能不知道如何操作的地方需加上友好提示。当系统发生错误时，系统需进行容错处理并尽可能地提示用户如何消除错误。目前第三方控件在网上形成巨大的共享资源，各种漂亮强大的第三方控件层出不穷。用第三方控件进行界面设计将
12、使得工作事半功倍，俗称“编程中的拿来主义”，且设计出的界面异常漂亮美观，能给用户的视觉带来巨大冲击力。DevExpress .NET组件是一种控件相当丰富且控件界面非常美观的第三方组件，它不仅功能丰富，应用简便，而且界面华丽，更可方便定制。对于编程人员来说是个不错的选择。它的菜单栏控件更具代表，完全可以替代开发环境提供的基本控件，而让您编写的程序或软件更显专业化。它还提供完善的帮助系统，资料详尽，可以快速入手。有些高级控件更是零代码的，非常易于使用。因此，我们的环保系统也是完全用DevExpress第三方控件构建起来的，搭建的界面跟Word2007界面十分相似，将同一功能模块中的功能按钮分门别
13、类集中放置，使得界面清晰美观，符合或贴近用户使用习惯。图3-2-1 环保系统主界面三、 功能模块设计从需求分析中的功能需求中功能结构上看，系统由数据存储与组织、基本GIS功能、污染源管理、监测站管理、排污口实时监测、监测站监测、污染事故模拟与分析、污染事故应急分析、环境专题数据统计、环境专题分析、环境专题图制作等几个大的功能模块组成，每一个模块下面包含许多子功能。下图为系统的功能结构图：图3-3-1 系统功能结构图1. 基本GIS功能模块设计基本地图功能包括：地图基本操作功能、地理数据的组织和管理、空间数据和属性数据的查询和编辑。地图基本操作有：地图缩放、全图、漫游、前后视图、选择、空间量算、
14、鹰眼、清除高亮、地图输出等。数据组织与管理主要功能有：连接服务器、打开、保存与另存工作空间，图层管理等。地图数据通过SuperMap Objects中的SuperWkspManager控件进行组织和管理。数据查询与编辑：查询模式有条件(Sql)查询、空间查询、范围查询等，查询后能直接定位到要素，并查看和编辑要素的属性信息。图3-3-2 GIS基本功能设计结果图2. 污染源管理模块设计污染源管理模块主要作用是登记与管理污染源(企业)基本信息以及污染源内排污口信息。主要需实现以下几个功能：登记污染源、注销污染源、管理污染源、查看和编辑污染源详情、登记排污口、管理排污口信息、污染物信息管理等。图3-
15、3-3 污染源管理模块功能设计结果图3. 监测站管理功能模块设计监测站管理模块主要作用是登记与管理青岛市各监测站的基本信息和监测项目(污染物)情况。4. 实时监测模块设计实时监测模块主要实现两种监测：排污口实时自动监测和监测站监测。排污口监测主要是对排污口排放的污染物进行实时监测，采用监测设备采集排污口排放的污染物数据，通过光纤传送到服务器中并将监测数据存入环保数据库中。我们由于没有监测设备，无法采集到排污口数据，只好通过产生随机数的方式模拟监测数据的采集过程。对于每一个排污口和每一种污染物都设定了报警上下限，当排污超标时，系统将自动报警，并产生报警信息，报警信息将自动存入监测数据库，点击报警信息时将定位到排污超标的污染源。另外在监测过程中，系统将生成实时浓度曲线，曲线将动态显示排污口各种污染物质的浓度变化情况，这样就非常形象直观地表现了排污口排污情况的动态变化过程。监测站监测与排污口实时自动监测的实现思路基本相同，不再详细阐述。图3-3-3 实时监测模块功能设计结果图图3-3-4 实时监测模块流程图5. 环境统计模块功能设计环境统计模块是以特定时间间隔(最小为
