面向环保的多级数据服务体系研究

刘涛,徐飞,吴熙,张小惠,高玉荣

(1.精密工程与工业测量国家测绘地理信息局重点实验室,湖北武汉 430022; 2.武汉市测绘研究院,湖北武汉 430022; 3.武汉市水务集团有限公司,湖北武汉 430034; 4.武汉警官职业学院,湖北武汉 430040)

面向环保的多级数据服务体系研究

刘涛1,2∗,徐飞3,吴熙1,2,张小惠4,高玉荣1,2

(1.精密工程与工业测量国家测绘地理信息局重点实验室,湖北武汉 430022; 2.武汉市测绘研究院,湖北武汉 430022; 3.武汉市水务集团有限公司,湖北武汉 430034; 4.武汉警官职业学院,湖北武汉 430040)

针对不同用户对环保信息的不同需求,本文提出一种面向环保数据多级服务体系建设的构想。探讨了环保多级空间信息服务的元数据建设、基础地理空间信息多级服务体系建设、环保专题数据多级服务体系建设、基于Open-GIS的数据共享服务、环境数据中心建设等内容。

元数据;空间信息服务;多级服务;环境数据中心

1 引 言

随着城市化速度的加快,环境问题越来越突出,城市环境污染的防治以及环境管理显得日益紧迫,同时也给环保信息化工作带来了巨大的挑战。环境信息管理系统的建立,面临着数据来源广泛、数据结构复杂、数据具有很强的空间性和时效性等诸多问题,基于传统数据库之上建立的管理信息系统已无法满足不同用户的个性化需求。

随着计算机技术、数据库技术、网络以及空间技术的快速发展,不同用户对城市环境管理信息系统的需求也正在发生着变化。如何从海量的环境数据中提取出有用信息,满足不同类型用户的应用需求显得尤为重要。为此,本文提出了面向服务的环保数据多级服务体系建设的构想,并进行了一定的探索。

2 相关概念

2.1 环保空间信息服务

空间信息服务指在网络环境下,在空间信息框架基础上,集成多元化的公共以及专题信息,将地理空间信息与信息服务相结合,为不同用户、不同层次、不同应用角度提供及时、可靠的空间信息,从而满足综合性、区域性、专题性的决策分析需要(张艳伟等,2012)。

环保空间信息服务是以Web技术、GIS、GPS、RS、网络技术、空间数据库等技术为基础,对环保空间信息的采集、加工、处理和管理进行规范、有效地处理,并为各类用户提供方便、快捷的环保空间信息的发布、访问、查询、统计、转换、交换、下载等应用的“一站式”服务,以促进环保信息的共享与高效利用。环保空间信息服务是环境信息化进程中不可缺少的组成部分。

2.2 环保空间信息服务的主要研究内容

(1)环保空间信息的管理

通过空间信息服务,对各类环保空间信息进行标准化的分类管理,并进行必要的分析研究,提供对环保空间信息服务维护的服务接口。通过在环保专业应用系统中调用这些维护接口,实现对环保空间信息的动态维护,保障各类信息的现势性。

(2)环保空间信息的共享与分发服务

通过空间信息服务,对各类环保空间信息提供共享与分发服务,实现不同环保应用系统间对环保空间信息的跨平台调用,实现整个环保行业内不同部门、应用间的数据共享。

(3)环保空间信息的功能应用

通过空间信息服务,对环保专业功能应用进行服务封装,使得不同应用部门,甚至是不熟悉环保业务的人员,也可以调用专业的环保空间信息功能服务,如环保应急救援的路径分析服务、大气、水污染扩散的空间模拟服务等。

3 环保多级数据服务体系研究

3.1 环保元数据

(1)环境元数据框架

国标的环境信息元数据框架包括8个元数据子集:标识信息、覆盖范围、内容信息、维护信息、限制信息、数据质量、发布信息和元数据描述信息。为满足环保多级数据服务体系建设要求,本文在国标的基础上增加了3个子集,即用户类型、空间数据表示信息、参照系统信息。环保多级数据服务体系元数据框架如图1所示:

图1 环境元数据的分布式空间数据管理模型

(2)环保元数据服务模式

环境元数据不仅是环境信息数据的描述和管理手段,而且已经成为分布式异构环境数据共享与搜索服务的基础。本文通过将结构化的环境元数据多级服务体系与WebGIS技术相结合,提出了分布式异构环境下环境元数据的数据管理模型,该模型由索引图、空间元数据库、空间数据集和一套规范框架组成,其模型如图2所示。

图2 环境元数据的分布式空间数据管理模型

在该模型下,整个信息服务框架运行由用户端、Web服务器、负责元数据服务提供的服务器和负责GIS服务提供的服务器等几个部分组成。其中,Web服务器负责对用户发出的服务请求做出响应;元数据服务器负责提供环境元数据的发布、维护、运行管理等服务工作;GIS服务器负责提供与元数据库相对应的环境空间数据进行显示、调用、处理和应用等服务。

3.2 基础地理空间数据的分级服务

基础地理信息资源为环保空间信息服务体系提供了统一的空间定位基准和空间载体,是重要的基础性数据。基础地理信息资源所包含的具体内容与地图的比例尺密切相关,比例尺越小,包含的地理要素越粗略,比例尺越大,包含的地理信息越广泛。

基础地理信息资源所包含内容的详细程度与环保空间信息服务所面对的用户、运行的网络环境、服务的颗粒度等因素密切相关。主要体现在:

(1)面向环保专业技术人员与领导决策人员的环保空间信息服务,需要详细的大比例尺基础地理信息资源,而面向社会公众的则需要概略的、小比例尺基础地理信息资源。

(2)面向互联网发布的环保空间信息服务,由于受到数据保密性的要求,只能提供概略的、小比例尺基础地理信息资源,而面向环保内部专网的环保空间信息服务则可以使用详细的、大比例尺基础地理信息资源。

(3)某些需要提供粗粒度服务的环保空间信息服务,可以使用概略的、小比例尺基础地理信息资源,需要细粒度服务的环保空间信息服务,则可使用详细的、大比例尺基础地理信息资源。

3.3 环保空间数据的分级服务

环保空间信息资源是构建环保空间信息多级服务体系的核心信息资源,通过这些专题信息资源可以对各类环保信息进行时间上和空间上的动态分析与评价、动态监测和辅助决策。

环保专题空间信息资源分散于不同环保职能部门,日常数据的产生和维护都由这些部门来完成,通过对环境信息资源的分类进行分析和整理,依据环保空间信息面向的不同类型用户、不同功能的数据服务需求,可以清理出环保空间多级信息资源的分类及分级策略。表1中列举出部分环保空间信息资源的分类及分级策略。

环保空间多级信息资源分类及分级策略 表1

3.4 基于OpenGIS的数据共享服务

OpenGIS使得GIS由封闭的、不兼容的系统,走向了开发的、共享的、兼容的、可交互的发展方向,并实现了分布式网络环境下异构系统的互操作。其中,WMS (Web Map Service)、WFS(Web Feature Service)和WCS(Web Coverage Service)是OpenGIS中最常用的三个重要接口规范。它们都是采用WebService的方式来实现的,WMS服务是地图服务的接口规范,该规范屏蔽了异构数据访问及操作的复杂性,以一种简单的方式实现了异构空间数据的共享与互操作。

本文采用GeoServer创建了基础地理信息数据和环保专题数据的WMS服务,可以通过OpenLayers的方式打开每个地理数据服务,并预览地图效果,如图3示例所示。

图3 采用GeoServer创建的WMS数据服务

4 环境数据中心的建设

4.1 环境数据中心建设的意义

开展环境数据中心的建设工作,主要是基于以下考虑:

(1)数据集中管理的需要

一方面保障了各类数据存储的安全性,另一方面提高了数据的查询和访问效率,为各级环保部门深入的进行数据挖掘和研究分析奠定了坚实的基础。

(2)信息共享的需要

按照统一的标准和规范来构建环境数据中心,实现横向、纵向多方面的数据共享。

(3)业务系统建设的需要

可避免各业务系统建设的重复投资,保障新建系统与已建系统间的数据共享,急需建立环境数据中心来保障系统建设的标准性、规范性和提供相应的数据服务。

(4)是构建环保空间信息多级服务体系的基础

只有建立了环境数据中心,统一了数据标准,整合了各类数据,保障数据的准确性和唯一性之后,才能建立起环保空间信息多级服务体系。同时,环保数据中心也需要空间信息的支撑,环保空间信息多级服务体系可为环境数据中心提供所需的空间信息服务。

4.2 环境数据中心的构成

环境数据中心集成了所有环保业务平台的数据,不仅包括环境监测、污染源监控、排污申报、城市考核、环境统计,还应该包括水文、地质、地貌、气象等相关数据以及环保相关的标准体系、法律法规等内容。环境数据中心的建立主要依靠已有的环保业务系统为基础来组成,各地环保业务系统的建设是否完善直接关系,环境数据中心的覆盖内容是否全面。环境数据中心的构成,如同4所示、图5为基于多级环境信息服务的“武汉市环境数据中心项目建设项目”的系统截图。

图4 环境数据中心的构成

图5 基于多级环境信息服务的“武汉市环境数据中心项目建设项目”的系统截图

5 总 结

目前,环境信息化的建设主要为面向不同主题的管理信息系统,如环境监测、污染源监控、生态保护和核安全与辐射环境安全等信息系统。这些系统无法在原有的数据库基础上高效发掘和发现不同环境信息用户感兴趣的知识和信息。通过面向不同用户的多级环境数据服务体系建设,将各类环境数据资源进行分级、分类建设,将有助于为不同用户提供个性化的环境数据服务,进而为环境信息多级应用服务打下坚实的基础。

[1] 因蔓,王志海译.数据仓库[M].北京,机械工业出版社, 2005.

[2] 王桥.环境信息技术与应用[M].北京,化学工业出版社,2006.

[3] 张艳伟,曾楠.基于空间信息服务的城市轨道交通应急管理[J].城市轨道交通,2012(5):12～17.

[4] 曾鸣.基于SOA的森林资源空间信息分级服务研究[D].中国林业科学研究院博士学位论文,2011.

[5] 王方雄.基于原子服务的网格空间信息互操作研究[D].武汉大学博士论文,2005.

[6] 陈应东.空间信息服务模式的研究与实践[D].解放军信息工程大学博士论文,2008.

Research on Environmental Protection Oriented Multi-level Data Spatial Information Services

Liu Tao1,2,Xu Fei3,Wu Xi1,2,Zhang XiaoHui4,Gao YuRong1,2
(1.Key Laboratory of Precise Engineering and Industry Surveying of National Administration of Surveying,Mapping and Geoinformation,Wuhan Geomatic Institute,Wuhan 430022,China; 2.Wuhan City Water Group Co.,Ltd,Wuhan 430034,China; 3.Wuhan Police Vocational College,Wuhan 430040,China)

According to the different users of different environmental information demand,This paper proposes a multi-level data service system construction of environmental protection oriented conception.This paper discusses the media data construction、multi-level data services of fundamental geographical spatial information,multi-level data services of environmental protection thematic data,data sharing service based on OpenGIS,the construction of environmental data center,and so on.

metadata;spatial information service;multi-level service;environmental data center

1672-8262(2014)06-71-04

P208.2

B

2014—08—09

刘涛(1979—),男,高级工程师,主要从事地理信息系统应用与开发等工作。

精密工程测量国家测绘局重点实验室开放基金资助项目(PF2012-18)