屈華平 ，李 健

（1.暨南大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510632；2.暨南大學(xué) 生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510632）

環(huán) 境 信 息 系 統(tǒng) EIS （EnvironmentalInformation System）是基于現(xiàn)代計算機技術(shù)和通信技術(shù)，實現(xiàn)環(huán)境信息的收集、傳遞、存儲、加工、維護和利用，為環(huán)境管理服務(wù)的系統(tǒng)[1]。城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評估系統(tǒng)是以城市系統(tǒng)中城市建設(shè)區(qū)以及周邊影響區(qū)為研究對象，從城市系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、輸入與輸出、過程與效能等方面，以城市系統(tǒng)可持續(xù)性與和諧發(fā)展為目標，通過構(gòu)建城市系統(tǒng)構(gòu)成與格局、功能與活力、抗性與協(xié)調(diào)性等方面的指標來綜合評估城市生態(tài)環(huán)境狀況的過程[2]。數(shù)據(jù)可視化就是關(guān)于數(shù)據(jù)的視覺表現(xiàn)形式的研究。這種數(shù)據(jù)的視覺表現(xiàn)形式被定義為一種以某種概要形式抽提出來的信息，包括相應(yīng)信息單位的各種屬性和變量。數(shù)據(jù)可視化主要是借助于圖形化手段，清晰有效地傳達與溝通信息。當前，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對環(huán)境信息的管理提出了更高的要求[3]?！皵?shù)據(jù)可視化”實現(xiàn)了成熟的科學(xué)可視化領(lǐng)域與較年輕的信息可視化領(lǐng)域的統(tǒng)一。將數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用到環(huán)境質(zhì)量評估系統(tǒng)中去，可以更加形象直觀地表達出環(huán)境信息，從而提高環(huán)境決策部門的工作效率。

1 系統(tǒng)的主要功能

近年來，基于網(wǎng)絡(luò)、面向Web 的環(huán)境信息系統(tǒng)，為解決EIS的發(fā)展而面臨的降低環(huán)境空間數(shù)據(jù)采集成本、提高環(huán)境信息的共享程度和范圍等問題提供了良好的基礎(chǔ)條件，適應(yīng)了EIS 的社會化、大眾化和網(wǎng)絡(luò)化的要求，因而得到快速發(fā)展[4]。本系統(tǒng)正是基于以上背景針對全國主要城市進行構(gòu)建的。系統(tǒng)主要從目標層、準則層、方案層三個層次，對環(huán)境信息進行準確地評估。特別是方案層的評估，實現(xiàn)了對環(huán)境信息的60個指標的不同組合來評估城市的環(huán)境質(zhì)量。整個系統(tǒng)中，對環(huán)境質(zhì)量的評估結(jié)果都是以可視化的形式展現(xiàn)出來。這些可視化形式包括電子地圖、視頻、星形圖、雷達圖、柱狀圖等。系統(tǒng)的研發(fā)目的在于讓相關(guān)部門方便地獲取、存儲、管理和表達各種環(huán)境信息，從而為環(huán)境工作提供全面、及時、準確、客觀的信息服務(wù)和支持。系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)主要特點是根據(jù)權(quán)重分析 （層次分析法）進行城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評估，具體提供了60個指標評估城市各類生態(tài)系統(tǒng)的狀況和主要特點。指標體系除了能反映城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀外，還綜合考慮了引起城市生態(tài)環(huán)境變化的影響因素，以及由于城市生態(tài)環(huán)境變化給人類自身及整個城市生態(tài)系統(tǒng)造成的影響、社會對此采取的措施等因素，因此，該體系還能在一定程度上反映城市生態(tài)環(huán)境變化的趨勢，方便進行回顧性評估以及變化趨勢預(yù)測。

系統(tǒng)設(shè)計達到了直觀、交互的數(shù)據(jù)可視化效果，具有以下主要特點：

（1）交互性：地理圖層、平行坐標表達以及常用可視化工具之間實現(xiàn)互動、互相聯(lián)系、優(yōu)勢互補，在需要時可隨時調(diào)用。

（2）地圖表達：地理對象的空間位置用圖層的形式表現(xiàn)，直觀且易操作。

（3）個性化設(shè)置：系統(tǒng)中實現(xiàn)了用戶數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)據(jù)的獨立管理，可以很方便地更新用戶信息以及環(huán)境信息，便于系統(tǒng)的維護和管理。

（4）多種可視化表達方式相結(jié)合：數(shù)據(jù)通過地圖、視頻、圖形符號、圖像、圖表等組合來展示可視化效果。

2.1 體系結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用Browse/Server體系結(jié)構(gòu)，在邏輯上分為客戶端、應(yīng)用服務(wù)器與Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器三個層次，如圖2所示?？蛻舳耍礊g覽器）負責(zé)提交用戶的請求以及數(shù)據(jù)結(jié)果的顯示；地圖服務(wù)器以及Web服務(wù)器負責(zé)響應(yīng)用戶的請求；而數(shù)據(jù)庫服務(wù)器則負責(zé)各類環(huán)境數(shù)據(jù)的存儲與管理工作。所有的地圖數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序都放在服務(wù)器端，客戶端只需要發(fā)送請求。而且所有的響應(yīng)都在服務(wù)器端完成，只需在服務(wù)器端進行系統(tǒng)的維護，大大降低了系統(tǒng)的工作量[5]。

本系統(tǒng)基于Web的應(yīng)用開發(fā)，主要是對服務(wù)器端進行開發(fā)，瀏覽器端只負責(zé)提交請求與顯示數(shù)據(jù)。下面簡單介紹服務(wù)器端：

（1）地圖應(yīng)用服務(wù)器。使用ArcIMS 9.3作為地圖發(fā)布服務(wù)器，它是基于WebGIS構(gòu)建的，與javascript、htnl等技術(shù)結(jié)合，從顯示出地圖數(shù)據(jù)到Web頁面上。

（2）Web服務(wù)器。以網(wǎng)頁的形式向用戶提供信息。采用了JSP、HTML、CSS等相關(guān)技術(shù)，用戶可以通過瀏覽器實現(xiàn)與服務(wù)器的交互，并以圖形的形式顯示出相關(guān)結(jié)果。

（3）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。主要用來管理所有的環(huán)境數(shù)據(jù)，并提供用戶查詢，供管理員查詢、新增、刪除、修改等操作。

2.2 數(shù)據(jù)可視化

該系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)庫中的信息以文字、地圖、圖片（像）等形式進行顯示，并為用戶提供開窗、放大、縮小、地物的分層顯示等功能；系統(tǒng)改變了為用戶管理提供單一的圖表與數(shù)據(jù)信息形式，在管理空間信息的同時，對圖形、圖像等形式的信息進行管理，大大增強了信息的表現(xiàn)能力，通過對生態(tài)環(huán)境的實物圖片、文獻資料等的綜合演示，直觀、生動、全面地反映了城市生態(tài)環(huán)境的概況。系統(tǒng)主要使用JSP語言來進行前臺頁面的開發(fā)。JSP頁面由HTML代碼和嵌入其中的Java代碼所組成。服務(wù)器在頁面被客戶端請求以后對這些Java代碼進行處理，然后將生成的HTML頁面返回給客戶端的瀏覽器。JSP具備了Java技術(shù)的簡單易用、完全地面向?qū)ο?、具有平臺無關(guān)性且安全可靠、主要面向因特網(wǎng)的所有特點。

2.2.1 ArcIMS Server 9.3發(fā)布地圖

ArcIMS的運行機理是由客戶端根據(jù)用戶的某一操作，轉(zhuǎn)換為一個具體指令發(fā)送給Web服務(wù)器，再通過某個連接器提交給應(yīng)用服務(wù)器（ArcIMS Application Server）處理，應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)客戶端的具體請求和客戶端的類型、配置，提交給空間數(shù)據(jù)服務(wù)器（Spatial Server）去讀取數(shù)據(jù)集，進行具體的處理。

本系統(tǒng)使用 ArcIMS的 Author、Administrator、Designer 3個組件來定制地圖。每個組件分別對應(yīng)一種地理信息資源：Author用來制作地圖，對應(yīng)地圖配置文件；Administrator用來管理地圖的發(fā)布，對應(yīng)地圖服務(wù)；Designer用來配置地圖頁面，對應(yīng)著Viewer。系統(tǒng)中的地圖都是使用HTML Viewer的方式定制，這樣用戶就不需要自己給地圖添加數(shù)據(jù)，而且只需要使用一個地圖服務(wù)。

2.2.2 評估結(jié)果的可視化

本系統(tǒng)的最大特點在于通過將60個相關(guān)的環(huán)境指標以不同的可視化表示方法顯示環(huán)境信息，供用戶查詢，直觀而且方便，并且實現(xiàn)了基本的圖形操作以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護與管理等功能。系統(tǒng)中提供了城市選擇，從而可查看相應(yīng)城市的地圖。并且每個城市都有對應(yīng)指標層次的12張電子地圖調(diào)用。每張地圖上，用戶可以對單獨的圖層進行操作。

常用的地圖工具如圖3所示。

系統(tǒng)中實現(xiàn)了不同城市、不同指標層次地圖的動態(tài)調(diào)用。用戶可以根據(jù)需要查看某個城市某個指標層次的環(huán)境狀況，并且可以通過地圖工具，對環(huán)境信息進行進一步查看。評估結(jié)果查詢界面如圖4所示。

該系統(tǒng)中，方案層結(jié)果通過動態(tài)生成柱狀圖展現(xiàn)給用戶。如圖5所示，不同的層次，不同的指標使用不同的顏色標出，而指標的高低則通過顏色的深淺反映出來。這樣，能夠使用戶快捷、明了地獲取所查詢層次的環(huán)境信息。

另外，本系統(tǒng)通過折線圖來描述不同城市中各個環(huán)境指標歷年的變化趨勢。用戶可以選擇相應(yīng)的城市和年份以及對應(yīng)的指標層次，然后查詢出對應(yīng)的環(huán)境信息。這些數(shù)據(jù)信息都是保存在數(shù)據(jù)庫中，管理員可以很方便和及時地更新數(shù)據(jù)信息，從而向用戶直觀地展示出最準確的環(huán)境信息。這對于環(huán)保部門預(yù)測環(huán)境變化趨勢從而及時地制定有效的環(huán)保措施有很大的幫助。指標變化趨勢圖如圖6所示。

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是信息系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵，良好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計對于系統(tǒng)的管理、維護、擴展尤為重要。本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息主要分為用戶數(shù)據(jù)庫和環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)使用SQL Server 2000作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器來存儲數(shù)據(jù)。

用戶數(shù)據(jù)庫用來保存本系統(tǒng)的登錄用戶的相關(guān)信息，主要包括：用戶名、用戶密碼、用戶年齡、用戶郵箱等信息。系統(tǒng)中實現(xiàn)了對用戶數(shù)據(jù)信息的增加、刪除、修改以及查詢等功能。這些功能只有管理員賬戶才能使用，而一般用戶是沒有這個權(quán)限的，保證了系統(tǒng)的安全。

環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫存放的數(shù)據(jù)量比較大，并且更新的可能性也比較大。主要包括各個城市在不同年份的60個指標信息的環(huán)境數(shù)據(jù)。同時系統(tǒng)中也實現(xiàn)了對這些環(huán)境數(shù)據(jù)的增加、刪除、查詢、修改等功能，為及時地更新城市的環(huán)境信息數(shù)據(jù)提供方便。

環(huán)境信息數(shù)據(jù)雖然很多，但是利用這些數(shù)據(jù)從多層次、多角度地對環(huán)境信息進行正確地評估并以可視化的形式直觀地表示出來顯得越來越重要。這樣可以讓環(huán)保及科研部門清晰、直觀地看到環(huán)境現(xiàn)狀及影響，從而有助于及時、準確地決策與管理。環(huán)境質(zhì)量評估系統(tǒng)的建設(shè)是一個探索和完善的過程，需要各個方面的支持，使其能更好地發(fā)揮應(yīng)有的作用，實現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

[1]孫水裕，王孝武.環(huán)境信息系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2]袁清珂，王海燕，趙汝嘉，等.數(shù)據(jù)可視化的研究與發(fā)展[J].計算機工程，2002，28（8）.

[3]陳述彭，周學(xué)軍.地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，2000.

[4]張橋，陳學(xué)民，伏小勇，等.環(huán)境信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機工程，2007，33（7）.

[5]黃詩峰，李紀人，徐美，等.基于 WebGIS的全國水環(huán)境信息系統(tǒng)的設(shè)計與初步實現(xiàn)[J].水文，2003，23（4）.