基于WEBGIS的节能减排系统的架构构思

黄海东

(淮南职业技术学院, 安徽淮南232001)

基于WEBGIS的节能减排系统的架构构思

黄海东

(淮南职业技术学院, 安徽淮南232001)

节能降耗、发展低碳经济是我国现阶段的经济发展的目标,节能降耗涉及行业众多,数据类型不一,数据维度多变化快,需要及时全面的掌握节能减排中的基础数据和过程数据,通过信息化的手段来实现节能减排工作的过程评价、动态监管和决策支持;WEB-GIS是成熟一种的技术架构,可以充分利用internet平台进行信息发布、数据共享和交流协作,是节能减排的信息化是一个重要手段;通过对节能减排所涉及的数据特点进行详细的分析,基于WEBGIS提出系统的架构的构思,并在此基础上提出了系统的功能模块的设计。

节能减排; WEB-GIS; 信息系统

中国经济的高速发展带来了环境的严重污染,从水污染到大气污染,中国的经济已经不能采用高污染高发展的模式进行,需要留给子孙后代一片蓝天和白云。国家近几年对环境的治理越来越重视,陆续关停了一大批高污染的企业。对现有企业也加强了监测和管理,要求采用一定措施节能减排。在十二五规划中,国家也制定了明确的节能减排目标,到2015年,万元GDP能耗将比2005年下降32%。节能减排工作是一个复杂的多学科知识交叉的领域,要有科学能源管理工具和决策分析工具。随着计算机技术、空间技术的发展,并借助GIS的强大数据处理、可视化和空间分析,我们可以构建一个节能减排的信息系统来进行科学化的管理,提升管理效率。

1 WEBGIS简介

WEB-GIS是指基于internet平台进行信息发布、数据共享、交流协作的地理信息系统。客户端应用软件采用WWW协议,实现GIS信息的在线查询和业务处理等功能。WEB-GIS是采用internet技术来扩展和完善GIS的一项新技术。[1]其构成有主机、数据库与终端并通过internetintranet连接,具有客户、服务器(client/server)结构,服务器作为服务提供者,客户端通过服务端来获得各种空间信息和应用的功能。

WebGIS是Internet技术应用于GIS开发的产物。GIS通过Web功能得以扩展, WebGIS是利用Web技术来扩展和完善地理信息系统的一项技术。Webgis广泛的应用于各行各业,应用范围非常广泛,目前随着全球对环境的重视,越来越多的研究者开始着手将其应用于节能减排方面。在我国,此项技术的应用也在大力的发展,例如:天津生态城大力推广和使用新能源。新能源系统是通过物联网技术将新能源实时数据接入到GIS系统,实现对新能源运行状态与节能减排指标参数的实时监测。通过Portal实现了系统的快速无缝集成与空间数据共享。

2 节能减排的数据类型分析

在众多的信息管理系统中,基础也是核心问题是数据的来源于种类。节能减排管理系统重点是采集相关数据,并利用软件来统计与分析数据。但目前涉及的数据来源复杂,数据维度多、格式不统一、数据变化快、海量数据等特点。在采集方面有一定难度。

2.1 数据来源复杂

节能减排涉及的行业方方面面,例如各类工业生产中煤炭、钢铁、石油等产生的能源消耗和污染,这些行业因其污染严重,能耗高而受到政府的重点关注。通过对这些行业的数据分析可知,不同行业的数据种类不同、采集的内容也相差甚大,在数据共享方面有着不利的一面。如何让不同类型的数据共享,是一个值得研究的问题。通常在处理不同类型的数据类型共享问题有两种方案:其一是制定一个统一的标准,进行数据标准化。其二是在同质的数据中交换共享。

2.2 数据格式的不统一

在不同的行业中,涉及节能减排的数据格式是不统一的,可能会有图形化的数据、文本数据、报表数据等。数据格式的不统一造成数据采集的困难。解决的方案如下:其一是通过编制一套程序,通过程序来实现采集和转化。其二是事先统一标准,设定好共享的格式,此方法应在系统规划初期就需要完成。以上两种方法都增加了系统的复杂度。

2.3 数据维度多

在一般的信息系统中,数据要么是线性变化,数据随着时间的变化而变化;要么数据具有空间性,会随着地理位置的变化而变化,例如,利用遥感技术监测城市的面积变化。而在节能减排中的数据具有时空特性,数据会随着时间和空间的变化而变化,由此表现出来的信息是综合性的。故在节能减排的信息管理系统中要充分考虑,需要采用多维度的分析。

2.4 数据变化快

在各个行业中,数据的变化更新是非常快的,比如化工生产中,不断变化的有毒气体的排放。这些数据不仅变化快,更新周期短而且具有很强的随机性,同时也容易受到环境的影响,数据是动态的。因此,在设计系统的时候要考虑建立随机的数学模型,同时在采集数据时尽量提取最本质的特性,忽略次要因素,构建合理的模型以求能较客观的反映实际情况。

2.5 海量数据

在节能减排中所涉及到的数据具有实时性、空间性,是多维度的数据的积累。因此数据异常庞大。在计算机中用来统计的量通常达到TB为单位。海量数据要求计算机有海量数据的存储能力和对海量数据的处理能力。解决的办法通常采用从硬件上改变计算机结构,如现在的量子计算机;要么通过软件,优化软件程序提高软件的处理效率来组织管理。

以上的分析只是分析了这些数据的最主要的几个特点,在节能减排的信息管理系统中可能会因为条件的改变需要加入一些其他因素,总之在构建系统中需要考虑节能减排中的数据特性,根据实际情况寻找合适的解决方案。

3 系统架构设计

3.1 技术方案选择

考虑节能减排的数据的特点,采用WEBGIS的技术架构,WEBGIS与传统的桌面GIS有着很大不同,WEBGIS通常采用客户端/服务器端架构,以WEB浏览器作为WEBGIS应用程序的接口,结合TCP/IP技术来实现WEB环境下的空间数据管理。WEBGIS的特点如下:

全球化的访问(world wide web):在万维网中的任意节点的用户都能方便的访问WEBGIS服务器提供的各种GIS服务,分布式的数据管理。

用户广泛,系统成本低:客户端用户无需安装GIS软件,同时针对WEBGIS的各类插件、ActiveX控件和Java Applet应用程序免费。用户无需承担额外的费用,只要有浏览器就可以。

易于扩展:Internet是一个开放的平台, WEBGIS很容易和WEB中其他服务集成,具有良好的扩展性。

高效的负载平衡:对于一些复杂的数据处理可以通过网络选择合适的主机进行计算,简单的数据的直接交给本地客户端运行。

3.2 WEBGIS构造方法的选择

WEBGIS的主要构造方法有:CGI方法: (Common Gateway Interface)通用网关接口,用于提供一个基于Internet服务器和应用程序之间的接口标准,其原理是将WEB服务器和数据库服务器结合实时、动态的生成HTML文件。

SERVER API方法:类似CGI方法,不同在于要依附于特定的服务器。此方法相比CGI速度快,因为SERVER API的动态链接库启动后会一直运行。但缺点是要依附于特定平台,可移植性差。

PLUG-IN方法:通过插件技术将一部分WEBGIS服务让客户端去执行,可以提高用户操作的响应速度,降低网络流量和服务器的负担。

ActiveX方法:基于DCOM(Distributed Component Object Model)技术,即分布式组件化技术,基于此技术标准开发相应ActiveX控件,来扩展WEB浏览器的功能。特点是支持OLE标准的任何语言或应用系统,比Plug-in模式更灵活方便。

Java Applet方法:JAVA程序的特点是跨平台性,一次编译,到处运行。利用JAVA开发的程序有两种,一种是独立运行的,另一种是JAVA Applet,可以在运行时从WEB服务器动态下载的可执行代码。

在综合比较各类构造方法的优劣和管理系统的数据特性后,在WEBGIS的构造方法上选择JAVA Applet构造比较合适。采用JAVA Applet构造具有的优点:此方法与操作系统无关,具有跨平台性,适用范围广,GIS操作速度快,易于扩展,可以通过JAVA Applet将部分WEB服务器的数据处理功能转移到客户机执行,有效降低服务器的压力,同时也加快了执行效率。其结构如图1所示。

4 管理信息系统的功能设计

4.1 系统功能分析

本系统针对的用户主要是三类,企业、行业机构和政府部门。数据库包含三种,一种是属性数据库,主要存放用户数据、企业采集的各类基础数据、专家库和提供指导的案例数据库。属性数据库的主要操作是查询与生成各类报表和数据演化曲线图,也可查询专家库和案例库,用以提供决策支持方面。第二种是空间数据库,空间数据库由各类图层数据构成,基础是地理地图数据,在此之上叠加各类数据图层,比如各类监测的污染源数据。对此数据库的操作主要是查询与定位,快速直观的展现污染源的生产单位和地理位置坐标。第三种是多媒体数据库,主要存储现场采集的音频视频,作为政府监控的一个有力证据支持。政府机构可以依据采集的数据对企业行为进行管理,是政府的管控的一个有力手段。

4.2 系统功能模块

按系统所要完成的功能可以分成如下几种功能模块,系统总体功能如图2所示。

4.2.1 用户管理模块

由于系统所涉及的用户分成三类,每种用户的权限和职责是不相同的,因此在用户管理模块需要考虑权限管理和对系统的应用权限管理,不同级别的用户拥有不同的权限级别,不同类型的用户操作的系统模块也不一样。

4.2.2 数据采集模块

数据采集系统是管理系统的非常重要的一环,数据库中的基础数据来源于此,主要是企业在生产经营中所产生的各种类型的基础数据,通过采集到数据库,作为数据的进一步分析的基础。

4.2.3 数据管理模块

数据管理系统的主要功能是组织和管理各类数据源,管理人员能进行各类查询,并设定数据的采集标准和参数,完成数据的校验与数据格式的转换,不同类型的数据转换成统一的标准格式。

4.2.4 数据传输模块

数据传输系统,能提供给数据接口用于接收不同传输设备传输的数据,通常的传输方式基于网络的数据结合GPRS方式传送数据,因为GPRS传输具有传输速率高、接入时间短、计费合理等有利因素。

4.2.5 数据分析模块

通过采用空间数据分析、数据挖掘等手段从海量数据中分析企业用户的数据,作为二次分析的数据来源,能按用户的需求生成指定的各种分析报表和数据演化曲线。数据应用系统则是根据分析的数据生成各种报表和不同类型的变化曲线。

4.2.6 预警管理系统

是通过设定一定的预警机制来监控相关数据是否在合理范围。监控主体可以设定预警临界值,实时监控数据的变化,当达到临界值时,系统能向管理者发送短消息提示,实时监控屏幕会闪烁提示并报警。

4.2.7 决策支持系统

数据库预先导入了相关专家所提供的预案,通过一系列的数据分析得出的结论与专家库进行比对,可以给政府管理者提供参考的依据,并作为政府决策的一个辅助系统。

4.3 针对B/S模式开发系统中如何优化用户体验的思考

WEB-GIS是采用B/S架构的一个复杂系统,涉及复杂的数据查询,如果按照传统的“发出请求-＞等待服务器响应-＞服务器返回结果”的方式访问,在大数据、用户量访问密集的时候,用户会明显的感觉系统的延迟,用户的体验并不是很好。为了解决这问题,系统可以采用ajax技术来解决。Ajax是一种富客户端,具有良好的异步操作特性,响应速度快,界面友好。Ajax技术是由几种技术组合而成,包括xhtml、CSS、DOM对象、javascript等。采用Ajax技术的理由如下:

用户体验好,无刷新,响应速度快;减轻网络负担,很多时候页面数据只需要局部更新,而ajax技术正是很好的适应这点,因此可以大大减少网络的数据传送量;富客户端,能分担一些服务器上的数据处理,减轻服务器的压力;能使WEB程序更加规范。

节能减排关系到人类的生存环境,全球都非常关注,各国都在积极研究对节能减排中的数据进行科学化和信息化管理。本文就其信息化管理的架构进行了构思。信息化管理系统本身就是非常复杂的系统,所涉及的技术也很多,是一个融合多科学的系统。涉及到计算机技术、地理学知识、管理学等,在研究节能减排的信息化管理的软件架构设计时,要充分考虑每一个环节,软件的架构是非常复杂的的,需要长时间的摸索。

[1] 胡林.基于webgis的排水信息发布系统的设计与实现[D].武汉:武汉大学,2004.

[2] 李清霞,秦勇.面向服务架构的webgis系统设计[J].应用科技,2008,35(8):.

[3] 郝选文,卫海燕.基于WebGIS的西安市环境监测管理信息系统设计与开发[J].内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版),2007,36(5): 617-620.

[4] 闾国年,张书亮,龚敏霞.地理信息系统集成原理与方法[M].北京:科学出版社,2003.

Architecture Design of Energy Saving and Emission Reduction System Based on WEBGIS

HUANG Hai-dong
(Huainan Vocational an d Technical College, Huainan Anhui 232001)

Energy saving and low carbon economy development is the present goals of our country's economic development.Saving energy and reducing consumption involves many industries,which exist different data types,and their data dimensions changes quickly,so it requires to grasp basic data and process data timely and comprehensively in the process of energy saving and emission reduction,by the means of information technology,the process evaluation,dynamic monitoring and decision support of energy saving and emission reduction work can be achieved.WEB-GIS,as mature technology architecture,can make full use of the Internet to launch information,share data and communication,and it is also an important means for energy saving information work.Through the detailed analysis,this paper put forward the idea of system architecture on the basis of WEB-GIS,and the design of functional modules in the system.

energy saving and emission reduction; Web-GIS; information system

TP311.52

B

1671-4733(2015)02-0018-05

10.3969/j.issn.1671-4733.2015.02.005

2015-04-07

安徽省软科学研究计划项目“安徽省低碳经济绩效评价、影响机理与优化路径研究”(项目编号:1402052043)

黄海东(1977-),男,安徽安庆人,硕士,讲师,研究方向为计算机应用研究,电话:18655410335。