呂楠，余游，向煜，游波

(1.重慶數(shù)字城市科技有限公司，重慶 400020； 2.重慶市環(huán)境保護(hù)信息中心，重慶 401147)

三峽庫區(qū)污染源空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)及應(yīng)用

呂楠1?，余游2，向煜1，游波2

(1.重慶數(shù)字城市科技有限公司，重慶 400020； 2.重慶市環(huán)境保護(hù)信息中心，重慶 401147)

三峽庫區(qū)自蓄水以來，富營養(yǎng)化問題突出，污染源監(jiān)管工作愈發(fā)受到關(guān)注。本文基于空間建庫技術(shù)，提出了三峽庫區(qū)污染源空間數(shù)據(jù)庫的總體設(shè)計思路，探討了空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計、建庫流程等內(nèi)容。應(yīng)用實踐證明，這種設(shè)計提高了空間數(shù)據(jù)管理效率和展示效果，對其他各地環(huán)保信息化的建設(shè)都會起到積極的示范作用。

空間數(shù)據(jù)庫；污染源；三峽庫區(qū)；地理信息

1 引 言

三峽庫區(qū)地處四川盆地與長江中下游平原的結(jié)合部，跨越鄂中山區(qū)峽谷及川東嶺谷地帶，北屏大巴山、南依川鄂高原。庫區(qū)總面積5.67萬km2，包含了湖北省所轄的宜昌縣、秭歸縣、興山縣、巴東縣；重慶市所轄的巫山縣、巫溪縣、奉節(jié)縣、云陽縣、開縣、萬州區(qū)、忠縣、涪陵區(qū)、豐都縣、武隆縣、石柱縣、長壽縣、渝北區(qū)、巴南區(qū)、江津區(qū)、大渡口區(qū)、九龍坡區(qū)、渝中區(qū)、南岸區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、北碚區(qū)等，共計26個區(qū)縣。污染源是指向環(huán)境排放或釋放有害物質(zhì)并對環(huán)境產(chǎn)生有害影響的場所、設(shè)備和裝置，主要包括工業(yè)污染源，農(nóng)業(yè)污染源，生活污染源及其他排放污染物的設(shè)施[1]。三峽庫區(qū)蓄水后，水深增加，流速大大減緩，長江的自凈能力減弱，污染物的環(huán)境容量急劇下降，干流城市江段近岸水域納污能力減小，部分支流回水區(qū)和庫灣成為富營養(yǎng)化的敏感水域，庫區(qū)內(nèi)污染源工作受到越來越多的關(guān)注[2]。為便于三峽庫區(qū)環(huán)保主管部門有效監(jiān)控三峽庫區(qū)各污染源的排污情況，科學(xué)制定環(huán)境保護(hù)政策，同時為有效實施主要污染物排放總量控制計劃，切實改善環(huán)境質(zhì)量，建立三峽庫區(qū)污染源空間數(shù)據(jù)庫勢在必行，意義重大。本文基于空間數(shù)據(jù)庫建庫技術(shù)，建立一個統(tǒng)一、開放、高效的三峽庫區(qū)污染源空間數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)污染源信息最大限度的共享。

2 設(shè)計思路

三峽庫區(qū)污染源空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)目的以污染源信息為核心，以地理信息空間數(shù)據(jù)庫為載體，通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建立動態(tài)更新的環(huán)境基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)體系，實現(xiàn)環(huán)境管理信息資源的共享，為三峽庫區(qū)環(huán)境管理提供有效的信息支持。根據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求，三峽庫區(qū)污染源空間數(shù)據(jù)庫總體設(shè)計思路如下:

(1)統(tǒng)一的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

統(tǒng)一的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是空間數(shù)據(jù)庫中各種數(shù)據(jù)能疊加和套合的前提，本次建設(shè)平面坐標(biāo)系采用WGS84坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準(zhǔn)，根據(jù)三峽庫區(qū)實際情況，主要采用3種比例尺數(shù)據(jù)，即市域(1∶5萬)、區(qū)縣(1∶1萬)和社區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(1∶2 000)。

(2)多源數(shù)據(jù)連續(xù)無縫的組織架構(gòu)

在一定區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的無縫拼接是GIS系統(tǒng)應(yīng)用的基本要求之一。因此，三峽庫區(qū)污染源空間數(shù)據(jù)將以Geodatabase的方式存儲以上3種比例尺數(shù)據(jù)，在空間地理數(shù)據(jù)入庫前需保證各個比例尺數(shù)據(jù)的接邊正確，并將跨圖幅要素合并為一個要素，以嚴(yán)格保持地物的完整性、連續(xù)性和一致性，實現(xiàn)多源比例尺無縫融合。

(3)分類分層的數(shù)據(jù)聚集

遵循分類分層的原則，采用“數(shù)據(jù)庫-數(shù)據(jù)集-圖層要素-屬性”的層次框架，按照統(tǒng)一的地理坐標(biāo)系來建立三峽庫區(qū)污染源空間數(shù)據(jù)庫。具體來說，按照不同專題分別建立數(shù)據(jù)集(子數(shù)據(jù)庫)，把具有相同實體意義和空間特征的同類圖形要素存放在同一個圖層，并以圖層為組織單元構(gòu)筑空間數(shù)據(jù)庫。

(4)松散的圖屬關(guān)聯(lián)

在數(shù)據(jù)組織上，采用松散的圖屬關(guān)聯(lián)，以圖形數(shù)據(jù)為核心，以指針(內(nèi)部唯一標(biāo)識碼)的方式實現(xiàn)圖形屬性數(shù)據(jù)間的映射關(guān)系，減小空間表物理存儲量，提高顯示效率，滿足數(shù)據(jù)查詢分析需要。

3 空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計

三峽庫區(qū)污染源空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計主要包括概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計和物理設(shè)計。

3.1 概念模型設(shè)計

概念模型設(shè)計是對復(fù)雜的現(xiàn)實世界的一種抽象，獨立于具體數(shù)據(jù)庫，不依賴于任何計算機(jī)系統(tǒng)。本文從三峽庫區(qū)污染源監(jiān)控管理的具體業(yè)務(wù)需求出發(fā)，歸納出監(jiān)控管理所需的基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、區(qū)域基本信息、污染源、環(huán)境質(zhì)量4大核心數(shù)據(jù)，最后形成數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

圖1 污染源空間數(shù)據(jù)概念模型

數(shù)據(jù)內(nèi)容包括基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、環(huán)境質(zhì)量、污染源、區(qū)域基本信息4大核心數(shù)據(jù):

(1)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù):包含三峽庫區(qū)范圍各種比例尺的行政區(qū)劃、庫區(qū)水位、道路、水系、植被、地名等圖層，覆蓋庫區(qū)5.67萬km2。

(2)環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù):包括水環(huán)境質(zhì)量(水質(zhì)自動監(jiān)測站、地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點、地下水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點、飲用水源水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點、其他水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點)、大氣環(huán)境質(zhì)量(大氣自動監(jiān)測站、降水監(jiān)測點、降塵監(jiān)測點、其他大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點)、聲環(huán)境質(zhì)量(功能區(qū)聲環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點、城市區(qū)域聲環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點、工業(yè)區(qū)聲環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點、道路交通線周邊區(qū)域聲環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點、其他聲環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點)、輻射環(huán)境質(zhì)量(電離輻射監(jiān)測點、電磁輻射監(jiān)測點、其他輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點)、其他環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(土壤監(jiān)測點)等數(shù)據(jù)。

(3)污染源數(shù)據(jù):包含工業(yè)污染源(直管企業(yè)、國控企業(yè)、市控企業(yè)、一般企業(yè))、農(nóng)業(yè)污染源(種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè))、生活污染源(住宿業(yè)、餐飲業(yè)、居民服務(wù)業(yè)、其他服務(wù)業(yè)、醫(yī)療污染源、醫(yī)用電磁輻射設(shè)備、放射性同位素與射線裝置、獨立燃燒設(shè)施、城鎮(zhèn)居民生活污染源)、集中式污染治理設(shè)施(污水處理廠、城鎮(zhèn)垃圾處理廠、危險廢物處置廠、醫(yī)療廢物處置廠)等數(shù)據(jù)。

(4)區(qū)域信息數(shù)據(jù):主要由兩部分內(nèi)容組成:一部分為社會經(jīng)濟(jì)、氣象、水文、礦產(chǎn)、能源、城市規(guī)劃等共享空間數(shù)據(jù)，來源于各職能部門；另一部分為三峽庫區(qū)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃中的環(huán)境質(zhì)量功能區(qū)、污染控制區(qū)等環(huán)境專題數(shù)據(jù)，來源于三峽庫區(qū)環(huán)保業(yè)務(wù)處室。

3.2 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)空間數(shù)據(jù)的分類原則和面向?qū)ο蟮睦^承特性[3]，將三峽庫區(qū)污染源數(shù)據(jù)進(jìn)行分類抽象，首先根據(jù)數(shù)據(jù)類別分為數(shù)據(jù)集，然后根據(jù)空間數(shù)據(jù)的不同特性將空間數(shù)據(jù)劃分為點、線、面、注記、文本等圖層，然后根據(jù)對象的相關(guān)信息，劃分出各個對象的屬性，分層結(jié)構(gòu)設(shè)計中大量采用了指針技術(shù)，以提高應(yīng)用過程中的顯示效率。主要結(jié)構(gòu)如表1所示。

數(shù)據(jù)分層結(jié)構(gòu) 表1

續(xù)表1

3.3 物理設(shè)計

在數(shù)據(jù)庫存儲方面，選用了Oracle的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，對于環(huán)?？臻g數(shù)據(jù)庫這樣海量的數(shù)據(jù)來說，數(shù)據(jù)庫本身的性能和穩(wěn)定性是第一位的，因此Oracle非常合適，并且Oracle對空間數(shù)據(jù)庫的支持也比較好。在空間數(shù)據(jù)庫引擎，采用了ArcSDE，ArcSDE負(fù)責(zé)和數(shù)據(jù)庫通信交互，ArcGISServer負(fù)責(zé)提供空間查詢展現(xiàn)服務(wù)[4]。

4 空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)

三峽庫區(qū)污染源空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)主要包括基礎(chǔ)資料收集、污染源數(shù)據(jù)普查、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)入庫等4個環(huán)節(jié)。

(1)基礎(chǔ)資料收集

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料準(zhǔn)備包括收集1∶5萬，1∶1萬，1∶2 000三個比例尺的行政轄區(qū)、水系、路網(wǎng)、地名等基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)，同時收集庫區(qū)內(nèi)污染源臺賬信息、區(qū)域基本信息等資料，為后續(xù)工作做好準(zhǔn)備。

(2)污染源數(shù)據(jù)普查

污染源數(shù)據(jù)普查包括三峽庫區(qū)范圍內(nèi)排放污染物的工業(yè)源、農(nóng)業(yè)源、生活源和集中式污染治理設(shè)施。污染源普查主要包括“位置采集”和“屬性采集”。位置采集就是將每個污染源的具體地理位置坐標(biāo)，利用GPS測量出來?！皩傩圆杉本褪菍⒚總€污染源的具體情況(如:名稱、地址、完好狀況等)調(diào)查清楚，并與地圖上標(biāo)繪的每個污染源進(jìn)行一一對應(yīng)。

(3)數(shù)據(jù)處理

基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù):將收集到的三峽庫區(qū)1∶5萬基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、區(qū)縣級1∶1萬基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、社區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)1∶2 000基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，通過格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、配準(zhǔn)、接邊，將各個比例尺同類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到WGS84進(jìn)行拼接，保持地物的完整性、連續(xù)性和一致性，保證不同比例尺間數(shù)據(jù)無縫融合。

污染源數(shù)據(jù):普查后的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)經(jīng)過輸入和編輯之后建立關(guān)聯(lián)關(guān)系后才能完成空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)。圖形數(shù)據(jù)以圖形的形式表示研究對象的幾何特征，屬性數(shù)據(jù)以文本的形式來表示研究對象的屬性特征。本次建設(shè)中，我們采取在相關(guān)數(shù)據(jù)的屬性表中添加一個關(guān)鍵字字段(指針)，該字段內(nèi)容為連接數(shù)據(jù)的標(biāo)識符，通過識別該字段來完成污染源數(shù)據(jù)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù):主要采用在線實時傳輸和定時上報的方式收集水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)、大氣環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)、聲環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)、輻射環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)。本次建設(shè)中，重點收集水質(zhì)自動監(jiān)測站、地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點、地下水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點、飲用水源水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點、底泥及沉積物環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點、其他水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點等三峽庫區(qū)內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)。

區(qū)域基本信息:將收集到的區(qū)域基本信息按圖片、文字、錄像、聲音等類別進(jìn)行整理，并用關(guān)系表記錄其隸屬關(guān)系、存儲位置、文件類型等，供空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)調(diào)用。

(4)數(shù)據(jù)入庫

數(shù)據(jù)加工完成后通過數(shù)據(jù)自檢，復(fù)核后導(dǎo)入成果數(shù)據(jù)庫，并記錄數(shù)據(jù)入庫和變更情況[5]，以便日后的更新維護(hù)等方面的工作。

5 空間數(shù)據(jù)庫應(yīng)用

5.1 基礎(chǔ)底圖應(yīng)用

本次數(shù)據(jù)建庫按庫區(qū)1∶5萬、1∶1萬和1∶2 000三個比例尺對基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，在業(yè)務(wù)應(yīng)用過程中，可提供基礎(chǔ)底圖參考服務(wù)，基礎(chǔ)底圖展示首先從市域(1∶5萬)進(jìn)入，展示三峽庫區(qū)的整體情況，如:行政區(qū)劃、三江干流等；隨著比例尺的逐步放大，顯示數(shù)據(jù)信息逐漸增多，當(dāng)進(jìn)入?yún)^(qū)縣(1∶1萬)視野范圍時，展示的數(shù)據(jù)內(nèi)容較1∶5萬有所提高，增加顯示了區(qū)縣城區(qū)內(nèi)的街道、街區(qū)、水系支流等數(shù)據(jù)；繼續(xù)隨著比例尺的放大，顯示數(shù)據(jù)信息更加詳細(xì)，進(jìn)入1∶2 000視野范圍，增加顯示了城區(qū)內(nèi)的道路、地名、房屋等數(shù)據(jù)，至此，整個基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)完成了由宏觀到詳細(xì)再到局部的分層展示過程，如圖2所示。

圖2 分類、分級信息空間展現(xiàn)

5.2 污染源專題應(yīng)用

本次建庫成果也應(yīng)用于污染源空間查詢中，所有空間專題信息均可以通過在地圖上直接點擊進(jìn)行瀏覽。同時在訪問不同類別環(huán)境專題信息時，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)通過指針(內(nèi)部唯一標(biāo)識碼)實現(xiàn)關(guān)聯(lián)，提供了一鍵式的跨類別數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)訪問效果，可以方便的由點及面跟蹤數(shù)據(jù)的來龍去脈，大大提高了體驗效果，真正做到了“好用”、“易用”，如圖3所示。

圖3 輕便的圖、表、文信息一體化展示

5.3 水質(zhì)模擬分析應(yīng)用

本次建庫成果結(jié)合水質(zhì)模型，還被應(yīng)用于三峽庫區(qū)水質(zhì)模擬分析。水質(zhì)模型與空間數(shù)據(jù)結(jié)合，實現(xiàn)了對模型所需的海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)一的存儲和管理，實現(xiàn)了水質(zhì)模擬的結(jié)果清晰直觀地顯示，為決策者提供了生動的模擬結(jié)果，為管理部門提供有力的技術(shù)支持，如圖4所示。

圖4 基于空間數(shù)據(jù)庫的水質(zhì)模擬

6 結(jié) 語

本文基于空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)，結(jié)合三峽庫區(qū)污染源空間數(shù)據(jù)建設(shè)的需求，得出了三峽庫區(qū)污染源空間數(shù)據(jù)概念模型，并根據(jù)數(shù)據(jù)概念模型設(shè)計了三峽庫區(qū)污染源空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了統(tǒng)一數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的無縫整合建庫。目前基于三峽庫區(qū)污染源空間數(shù)據(jù)庫研發(fā)的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，運行效果良好，也進(jìn)一步驗證了數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的合理性和實用性。本文中所涉及的數(shù)據(jù)分類組織和數(shù)據(jù)庫建設(shè)方式較好地提高了空間數(shù)據(jù)管理效率和展示效果，對其他省市污染源空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)將會起到積極的示范作用。

[1] 國務(wù)院第一次全國污染源普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室第一次全國污染源普查工作手冊[EB/OL](2008-03-07)http：// www.jchb.gov.cn/wrpc/Article.asp?articleid=42847.

[2] 胡霞，曹嬌.三峽庫區(qū)污染源現(xiàn)狀調(diào)查與污染控制對策研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，34(20)：5361～5363.

[3] 向煜，韓熙，于湛.基于WebGIS的城市建設(shè)工程監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].測繪與空間地理信息，2012，35(1)：72～74，81.

[4] 謝年，呂楠.ArcGISServer緩存圖片提取程序的設(shè)計與實現(xiàn)[J].城市勘測，2011(6)：61～63.

[5] 朱麗萍，任福.電子地圖數(shù)據(jù)質(zhì)量評價指標(biāo)體系及評價方法[J].地理空間信息，2011(4)：118～121.

Construction and Application of Spatial Database for Pollution Sources in the Three-Gorges Reservoir Area

Lv Nan1，Yu You2，Xiang Yu1，You Bo2
(1.Chongqing CybercitySci-tech Co.，Ltd.Chongqing 400020，China；2.Chongqing Environmental Protection Information Center，Chongqing 401147，China)

With the increasingly obvious eutrophicationin Three Gorges Reservoir area after impounding water，more importance was attached to Pollution sourcesmonitoring.This paper is based on spatial database technology，put forward the general design idea of spatial database for pollution sources in the Three-Gorges Reservoir area，discusses the design of spatial database and database building process.The application proved that the design improves the spatial datamanagement efficiency and display effect，to other environmental information construction will play a positive rolemodel.

spatial database；pollution sources；three gorges reservoir area；GIS

1672-8262(2013)03-21-04

P208.2

A

2012—11—21

呂楠(1979—)，男，工程師，主要研究方向為3S地理信息系統(tǒng)應(yīng)用、地理信息增值服務(wù)應(yīng)用。

重慶市科委科技攻關(guān)項目(CSTC 2011AC7160)