基于ServiceGIS的北京市环境地理信息共享平台设计

王晓爽

摘 要：GIS是环境信息化工作中的重要管理手段，由于北京市环境信息中心近年来建设了多个环境保护应用管理系统，产生了大量的多种类型数据;随着环境保护应用管理中对于空间数据分析需求也与日俱增，在此背景下，建立基于Service GIS的北京市环境地理信息共享平台，整合多个应用系统中的数据资源，建立空间数据标准规范，完成GIS功能模块的统筹开发成为亟待解决的问题。这一工作对促进系统的集约化建设和空間数据的共享与交换具有重要意义，此外也为环境信息化服务的努力提升提供了新的方向。

关键词：ServiceGIS;地理信息共享;空间数据标准;GIS功能统筹建设

1 绪论

近年来国家高度重视生态环境保护和绿色发展。党的十八大战略决策文件强调了未来要“全面落实经济建设、政治建设、文化建设、社会建设、生态文明建设五位一体总体布局”，将生态文明建设正式纳入到中国特色社会主义事业的总体布局当中。在党的十八届五中全会上，提出了“绿色发展”理念，并将其作为五大发展理念之一，指导生态文明建设和环境保护领域的发展。为了进一步加大环境治理力度，提高环境质量，国家陆续颁布了大气、水、土壤污染防治行动计划，以最严格的环保制度为未来的污染治理制定了发展方向。在此背景下，为了能够更好地辅助环境保护业务的开展、提高污染治理的效率，发展环保信息化工作具有重要的现实意义。

目前北京市环保局经过了多年的信息化建设，已经建设了包括行政许可类、行政执法类、监测类、决策支持类等多种类别几十个业务应用系统，主要包括了建设项目管理系统、辐射许可证系统、固废管理系统、信访投诉12369系统、行政处罚系统等。这些应用系统服务于业务管理工作，为污染源监管工作提供了良好的信息化基础。而大量的信息化系统则产生了多种类型数据资源，包括业务数据和基础地理资源数据等。

为了能够更好的整理和保存这些数据资源，北京市环境信息中心在2012年建立了北京市环保局数据中心，基本实现了环境信息的集中存储，并进一步建设了相关的标准污染源基本档案库和公共代码库，为数据的共享提供了基本的数据支撑和技术支撑。目前的数据中心主要保存污染源数据，尚未开展对于空间数据规范编制、数据共享等方面的工作。由于GIS系统的强大的空间数据展示和分析功能，具有真正实现对污染源空间分布和扩散趋势可视化展现和分析的强大能力，因此环境保护应用管理业务在对GIS功能需求也与日俱增，但目前各业务应用系统的GIS功能模块建设随不同的环境保护应用管理领域需求不同而分散建设，导致数据标准不统一，软件资源过度开发。因此亟待建立GIS共享平台，以数据中心为主要数据资源仓库，对空间数据实现重新整合和统一规划组织、共享和不同领域需求的GIS功能模块的统筹建设。

2 平台架构设计

基于ServiceGIS的北京市环境地理信息共享平台是系统建设部门把已经建立的基础地理数据库或环境空间数据业务库通过Web服务的各个功能向使用部门发布，将基础地理信息数据图层与相关部门所需的专题数据叠加集成，用于第三方开发应用系统。ServiceGIS支持按照一定规范把平台上的基本GIS功能和基础地图数据以服务的形式发布出来，可以实现被其他第三方应用系统的调用。

系统平台自下而上建设了基础设施层、数据资源管理层、服务平台层、业务应用层、界面展现层五个部分组成。主要的保障体系有，空间数据标准体系和运行维护管理体系。系统架构如下图显示：

其中基础设施层是支撑北京市环境地理信息共享平台稳定运行的基础支撑设施，主要包括数据库服务器、平台应用服务器、操作系统、系统软件（ArcGIS、SQLServer数据库等）以及基础网络及安全设施等，能够向主要用户提供基础设施服务。数据资源管理层，用于存储和管理环境保护应用管理领域的数据资源以及其他相关的数据，主要包括基础地理空间数据、业务空间数据、地名地址数据、影像视频数据、符号库、数据模型数据以及相关工具。服务平台层，主要为业务应用提供了空间分析服务和服务发布管理组件，并建立了相应的关键技术支撑体系，提供组件运行、开发和管理的环境。业务应用层，包括平台应用功能和移动办公的功能，是平台使用中最核心的部分，数据和功能模块可以为第三方系统提供调用服务。界面展现层针对用户使用提供界面展现和交互功能。其中内网门户界面面向环保管理部门内部的系统用户，移动端界面主要用于现场执法或信息采集人员采集数据。

上述各层次的数据，依据在空间数据标准规范体系约束下建立的北京市环境保护空间基础地理数据或专题业务数据标准规范实现流转，并通过运行维护管理体系保障平台能够平稳顺畅的运行。系统主要对外服务的对象将是使用平台的环保管理部门各处室、第三方数据采集部门以及上报相关信息的企业等。

3 系统功能模块的设计与实现

3.1 系统运行环境和配置要求

系统的在服务端的运行环境要求为：操作系统系统为Windows Server 2012企业版，数据库为SQL Server 2012企业版，软件支持环境为ArcGIS 10.2、NetFramwork 3.5、IIS 6.0。在客户端的运行环境要求为：操作系统为Windows XP/Windows Server 2003/Windows 7，浏览器为Internet Explorer 8.0以上版本。

3.2 基础地理数据库和专题业务数据库

系统建设基础地理数据库和业务专题数据库用来保存基础地理数据和在环境保护监管和监测各领域的业务专题数据。所保存的数据主要有空间数据和属性数据两种。

目前平台上主要使用的基础地理数据是比例尺为1：10000的北京市矢量地图数据集，选择空间分辨率为2.5米的Spot遥感数据作为背景底图数据，用于与专题图层叠加，对相应的环保监管领域进行针对性的空间数据分析和解决问题的支撑。在业务专题库中的数据分类则通过环境保护应用管理领域的不同来划分数据的主要类型。

北京市环保局已经根据不同环境保护应用管理方面的需求在其业务系统框架内建设了多个GIS模块，并产生了一定量的业务专题空间数据和属性数据。针对业务专题的空间数据按照环境保护监管和监测等领域的不同来划分数据的主要类型，包括环境质量数据、污染源监管、污染源企业监管、环境保护公众服务、环境保护机构信息等数据资源类型。

3.3 系统应用服务管理

平台通过应用服务搭建系统，依靠Webservice，WMS，WFS，WPS等服务标准协议来搭建功能和服务。建立统一安全认证体系来实现用户的身份认证和授权。最终将标准服务对所有使用平台的用户发布。

各功能模块以平台建设的基础地理数据库业务专题数据库为基础，为平台用户及第三方系统的用户提供服务共享功能。平台的空间数据库一方面可以通过与数据中心的数据库对接，形成动态更新的数据资源，并提供随时可以按照历史时间进行数据查询和对比分析的功能。另一方面通过平台服务发布功能实现对外部用户的图层数据和基本功能的共享，平台也能够为外部用户提供空间分析服务功能。平台还设计了服务发布管理模块对平台的服务发布功能进行统一管理和监控。主要包括新建服务、删除服务、修改服务、发布服务、权限管理以及服务监控。

3.4 系统的业务应用功能服务

3.4.1 地图操作的通用功能服务

在平台上提供对图层数据的基本操作，主要包括图层的放大、缩小、拖动、全图展示、测量、比例尺设置以及截图保存等通用功能，此外还支持对于属性数据的多条件、多维度查询、阈值查询、结合绘制多边形、缓冲区域的查询、结合互联网地址库API的地址查询等，通过所属地行政区、特定区域和地址查询可以通过模糊查询协助搜索到可以污染源的具体位置，此外还设计针对两点地址之间的最短路径查询和分析。在系统中空间查询和运算的结果可以根据相应的条件进行分级渲染显示和成图。

3.4.2 环境业务数据的空间分析服务

为了便于环境数据的统计分析，解决相关的问题，作为决策支撑。所以在此平台上也应开发相应的空间分析工具。

3.4.3 空间数据缓冲区分析服务

由于类似建设项目环境影响评价业务的要求，需要严格规范环境敏感区周边的一定范围内严禁建设新项目的要求，或需要查询某些建设项目周边一定范围的主要地物和建筑物要素，因此需要采用空间数据的缓冲区分析设置来完成。平台开发的空间数据分析模块须通过设置某一点、线、面源业务数据或地物要素的缓冲区数值来形成缓冲区域，进一步保存提供可以随时调用的临时图层。并能够及时反馈缓冲区范围内查询的环境污染数据信息和污染源企业信息等。

3.4.4 空间数据叠加分析运算服务

在环境保护应用管理当中，需叠加不同图层数据进行分析形成新图层成果提供决策支持。例如在环保监察执法中，需叠加行政区域和污染源企业分布图层，分析各区污染源企业数量、被处罚案件数量和金额的统计结果，可以进而对比分析市内各区的处罚力度，了解各区的主要污染来源，为下一步的监察管理方案的制定提供方向指导。在建设项目环境影响评价工作中，可将建设项目分布图层和行政区图层进行叠加，形成市内各区的不同行业项目中污染源排放量的总和和削减量的总和，也为总量排放的计划安排提供数据资源的支持。

3.4.5 空间数据统计分析服务

在环境保护应用管理领域中通过空间数据统计分析功能，可以实现用户选择所需分析的图层，针对不同行业、时间污染源、排放量和产生量等业务数据要素，通过作为业务部门重点关注的条件，来实现不同属性要素上的数据统计。并能够结合空间查询和缓冲区设置进行统计分析，分析结果可通过不同格式的数据成果导出，也可以图表形式形成可视化结果。

3.4.6 空间数据对比分析服务

由于平台能够汇集一定数量的北京市环境保护业务专题的空间数据资源，并结合相应的应用管理领域的需求，能够对不同区域、不同行业、不同历史时期的数据进行对比分析和展示，将分析结果以图表可视化形式展现出来。通过时间对比来对数据进行回溯分析，分析不同时期的数据变化趋势，为数据变化趋势的预测提供帮助，为环境保护不同应用管理领域的工作方案编制提供技术支撑。

3.4.7 定制业务应用功能服务

平台为不同的环境保护专题的业务应用领域需求的不同来建设定制化的功能模块，与第三方的业务应用系统对接，将模块嵌入到第三方业务应用系统当中使用。将GIS的功能和空间数据分析的优势更广泛的应用到环境保护监管业务当中。在本平台建设中选取了环评、锅炉管理两个方面的需求来定制专题业务的功能模块嵌入到应用系统中辅助业务管理。此外为所有的应用系统建立了统一申报模块，便于为项目申报工作时的标绘位置和输入相关信息提供了便利功能。

（1）环评GIS功能模块。由于GIS强大的空间分析功能，能够在图上展现出来污染源的分布和扩散趋势，因此将环境保护应用管理和GIS系统的紧密结合，在环境影响评价工作上的应用能够为环评技术评估和环评审批工作带来极大的便利，对提高环评工作的精确度和准确度具有十分重要的意义。

环评GIS功能模块的设计主要通过建立环评GIS的功能模块嵌入到原有的建设项目环评技术评估系统和项目审批系统中，使环评技术人员在技术评估和环评审批过程中都能够实现带图作业和带图审批的模式。申报企业可以在互联网申报系统中绘制建设项目的位置、轮廓，录入建设单位和建设项目的相关信息。环评审批和技术评估的应用系统可以获取到企业所填报的建设项目环評的各类空间数据和属性数据信息。

环评技术评估人员可以在系统中对企业申报的建设项目范围和相关数据进行审核或修正。将环评技术评估相应参数入库，对环评影响报告书中提交的数据进行评估。工作人员在进行技术评估过程中可以对建设项目周边调查的信息进行图上标注，为环评报告书的编制提供技术支撑。功能模块也可通过结合环评影响预测评估模型，实现对于污染物变化扩散趋势进行分析和可视化展现，为建设项目的环境影响程度进行评估，为环评审批提供支持。

环评审批人员可以在审批过程当中随时查看项目的主要情况和周边环境状况。在系统中将已接收、已批准和已公示的项目都展现在图上，以及其他与环评有关图层在图上叠加，根据业务需求，设置环评的空间审查规则，通过图层的空间分析，来实现对新建和改扩建项目的审查。通过统计已批准项目的污染源排放量，来核算未来批准项目的排放量，参与到环评审批的标准建立当中等。此外将数据中心作为主要数据资源，也为审批人员提供了数据参考。

（2）锅炉管理模块。由于大气污染治理是北京市环境保护工作的重中之重，其中的主要工作是对北京市的燃煤燃气锅炉的综合治理。建设锅炉管理GIS模块承担着锅炉管理系统中的锅炉企业基本情况和空间数据管理的功能。系统中保存的锅炉类型数据主要有燃煤、燃气两种，涉及14个区。

系统通过划定禁燃区来针对燃煤锅炉改造情况进行核查。通过燃煤燃气锅炉的排放量来分析锅炉管理的成果。通过对燃气锅炉的分布分析来为燃气管道的改造建设提供资料。用户可查到不同区域的锅炉基本情况，用途、在用状态、改造状态、工艺以及数量级等等信息。

（3）统一互联网申报功能模块。目前北京市环保局已建设了多项业务应用系统，承担着多个行政审批服务事项。而这些审批事项基本都需企业在线填报申报资料，大部分需要填报地图相关的信息。因此建设了统一互联网申报功能模块，可嵌入到各应用系统的申报部分，以此来规范企业上报地图相关数据。

企业用户在使用互联网业务申报时，自动接入在线地图，对申报项目的位置和范围进行标注，并且录入申报信息，例如建设项目环评申报的时候，需要用户绘制建设项目的大致位置，录入建设单位、建设项目基本信息、申报基本信息、以及上传环评报告书附件等相关文档。

规范了地图相关数据的申报入口功能模块的技术标准，可以为多个应用系统申报界面所调用，简化开发过程，并且可以采用统一身份认证的方式使用户登陆系统。各应用系统可以直接获取到互联网的申报数据，进行进一步审核。

3.4.8 用户图层灵活定制服务

平台在规范了空间元数据标准和空间数据符号标准的基础上，根据用户自身的需求，提供图层的灵活定制服务，用户可以设置专题图标题、比例尺、展现专题内容等。还可以将用户使用空间查询和统计分析的成果出图保存，为用户提供汇报总结时提供服务。同时也提供了图层的新增、调用、移动等监控功能。

3.5 多系统的界面展现功能

平台将与主要环保管理部门办公平台进行用户统一认证管理，用户将可以在办公内网门户上登陆系统界面。系统还建设开发移动端界面，用户可以用来户外采集样点数据，标注样点空间信息和属性信息，以及与其相关的上报信息，及时上传到PC端查询信息。系统的功能模块可嵌入到应用系统当中直接调用，因此用户在登陆应用系统当中通过分配权限也可登陆到各功能模块当中完成数据分析和展现。

4 标准规范体系建设

平台的设计汇集整理了目前各应用系统内产生多种类型的历史空间专题数据图层资源和基础地理数据资源，参照环保部和行业标准，力求建立统一的空间元数据标准和规范，便于空间数据的统一存储、管理、分析和处理。并建立环境业务分类相关的地图符号库，对不同类别环境业务领域的符号颜色、尺度、显示位置和显示级别进行规范要求。上述工作可以作为将来环境业务专题数据展示的依据规范。

5 展望与结语

基于Service GIS技术建立北京市环境空间信息共享平台，实现将原有历史数据资源的整合和GIS功能模块的集约化建设，与其他业务应用系统进行有效的整合。例如在本文所提到的融合环评GIS功能模块和锅炉管理GIS模块，与应用系统紧密结合实现带图分析和带图审批的模式。在未来有更多的环境保护业务应用管理领域中需要将环境模型和GIS功能进行结合，建设具有业务应用特点的GIS功能模块，嵌入到应用系统当中，促进环境保护应用管理水平的提高，同时能够实现异构GIS环境下的数据共享和功能复用，提高环境空间信息数据的管理规划完善，有利于环境信息化数据资源的整合分析、开发和共享，促进业务总体性规划更为科学合理。

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