刘　佳，齐少群

(1.黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室;2.哈尔滨师范大学)

*国家科技重大专项课题基金资助项目(2013ZX07201007-006).

0　引言

目前，了解到由于环境信息化存在机制尚未成型，环境信息数据和应用设备林立，系统建设与基础设施分散，业务协同开发利用共享水平低，公众服务能力与综合支撑弱等突出问题，难以满足新时期下生态环境保护的工作要求[1-3].在水环境的综合治理过程中，传统执法人员调查治理模式大致为:环保局调查执法人员在前往污染地点前，提前了解污染水域附近的排污企业，以及排污企业的属性信息，到达污染处，查看调查所排放污水是否符合标准，调查结束，将所采集上报信息进行纸质记录后带回，接下来处理人员进行下一步对不严格处理污水的企业严肃处理.这种传统方式调查人员不能随地随地地了解排污企业的相关信息，且带回上报的信息不仅不具有时效性，且数据庞大、繁杂、混乱、不统一，处理人员不能直观便捷准确的知晓每一个完整的污染源信息，执法起来非常困难.

该文基于C/S与B/S集成模式下设计实现了水环境移动监察GIS平台[4-6]，包括服务端、客户端、管理端三个模块，客户端基于C/S模式设计开发，后台管理端基于B/S模式设计开发，所有数据在云平台服务数据库下传输，管理，存储.该平台实现了数据实时传输，信息结构化的存储，并且具有操作管理方便快捷，模块具有可扩展性等优势，提供一种水环境移动监察、治理、服务新思路.以机动灵活的移动终端“点”状监察方式来覆盖治理区域，以无线网络的“线”状通信手段完成数据传输，以全面信息汇总、统计、分析组成的“面”状管理方式来完成对水环境的全面治理[7-9].

1　平台设计

通过对环境监察业务的了解，结合安卓平台、互联网+、数据库[10]、地理信息系统、GPS等技术[11]，构建了该文所提出的平台. 该平台以即时的信息采集传输与地理信息系统服务为基础，基于C/S与B/S集成模式，在C/S模块客户端完成数据采集，信息查询操作，在管理端B/S模块进行数据信息的分析处理工作，服务端采用云计算平台服务存储处理数据，通过Web Service技术为服务端和客户端提供数据接口传输.

1.1　平台框架结构

如图1平台框架图所示，其中，移动智能终端采用平台主要负责环境数据的采集任务，完成现场移动监察工作；平台服务端的任务是提供强大的存储、分析等服务和管理功能，数据通过Web Service技术使用SOAP传输协议[12]，实现客户端与平台服务端间采集数据的上传保存下载查询，管理端是数据管理层.

图1　平台框架

1.2　平台功能设计

1.2.1管理端功能设计

平台管理端采用B/S模式，开发环境选用vs2010开发平台，管理端选用百度地图,使用其JavaScript API提供的应用程序接口，构建了本地交互性强，功能强大的地图数据服务，充分利用GIS直观地地图显示效果，GPS精确地定位功能[13-15]，并且能够快速响应用户的请求，管理端包括以下功能模块，如图2所示.

图2　平台结构

(1)查看信息：查看上传的污染源信与污染现场所拍摄的照片.

(2)案件处理：对上传的环境污染案件进行处理.

(3)案件定位：对客户端上传的坐标在地图上定位，同步查看污染源位置.

1.2.2客户端功能设计

平台客户端采用C/S模式下的安卓平台，它相对其他操作系统Windows Phone和iOS等具有宽泛、自由的环境，具有开放性，开源性，易适性等特征[16].由于平台要求水环境移动终端能够在地图中通过选择某一点、线、面要素即能方便查看其属性信息，所以移动端地图选择使用该平台经过编辑后具有要素属性信息的个性地图，例如可以直接在地图上点击查看某排污企业所排放污水中含有的COD、氨氮排放量等信息.客户端包括以下功能模块，如图2所示.

(1)地图的基本功能：地图的基本功能，如平移，缩小，放大，调整比例尺等.

(2)现场污染源定位与导航功能：利用GPS功能,在应用中显示当前位置，进行导航与定位.

(3)查询地图图层属性：对地图上点线面图层要素进行相关信息查询.

(4)数据上传录入：通过移动网络上传数据，在现场对污染源拍照，自动记录经GPS信息，一并上传至服务端数据库.

(5)上传信息查询功能：查看服务端数据库所有污染案件信息.

(6)轨迹记录：记录轨迹功能，对经由的移动路径，进行记录，同时可查看所有历史轨迹.

(7)条件查询：已知排污企业名称，输入查询，对企业迅速定位.

(8)法律法规查看：查看相关法律规定.

1.3　平台数据库设计

根据数据库设计原则[17-18]，针对该平台的设计需求，对平台的数据库做表1所示结构设计，EventID为对每一个案件绑定的唯一事件ID字段，由System.Guid.NewGuid().ToString()方法生成的二进制全局唯一标识符,并转换成string类型，保证每个案件的ID具有唯一性，EventLocation事件位置、LawEnforcement执法人、Inforcement举报人、ReportingDate上报时间、EventDescription事件描述为客户端输入上传案件所包含字段，其中ReportingDate可自动选择时间，Result处理结果字段默认为空，当在管理端对上传案件处理后，对其赋值，通过这一字段判断案件出否处理进行分类，Personnel处理人字段在管理端处理过程中用于存储对这一案件进行处理的处理人姓名，n_ID照片ID对每一张照片编号，分别为0，1，2……,Photo字段记录保存照片的存储位置，Longtitude经度，Latitude纬度字段记录客户端执法案件的经纬度坐标，自动上传，管理端通过这两个字段，在地图上定位显示每一个案件位置.

2　平台实现

基于以上设计，结合环保局的实际数据和业务流程要求，开发实现了该环境移动监察GIS平台.

2.1　管理端搭建实现

2.1.1管理端界面

管理端环保案件处理业务办公系统网页界面分为两栏，上报案件查看处理栏以及地图查

看、案件定位显示栏，其中地图可在矢量地图、卫星地图中切换.管理端主界面如图3所示.

表1案件信息表

图3　管理端界面

2.1.2管理端处理案件界面

在未处理案件一栏，查看移动终端上传的案件信息，污染源照片.事件处理结束后，在已处理案件中查看所有处理完成案件，并可点击定位，在地图中查看污染源位置.管理端处理案件界面如图4所示.

图4　管理端处理案件界面

2.2　客户端搭建实现

2.2.1客户安卓端界面

在安卓端界面主菜单内选择工程，控制图层的状态显示、渲染，矢量地图影像切换，轨迹记录勾选打开运动轨迹，可同时查看历史轨迹；在地图中查找某排污企业，进行查询条件配置，输入排污企业名称，即在地图中定位此点高亮显示；GPS打开关闭，自动定位，当信号差时亦可手动输入经纬度坐标定位，地图操作中可实现平移，比例尺选择，全图显示；对举报案件上传取证，可下载查看服务端所有上传案件，查看法律法规；对污染源附近排污企业了解，可选择排污企业图层要素，查看名称、地址等属性信息.安卓客户端主界面如图5所示.

图5　客户端界面

2.2.2客户端上传事件界面

输入相关调查执法信息，事件地点、执法人、举报人、事件描述、选择上报日期等，可同时点击拍照图标，拍摄污染源照片，上传文字图片信息保存完成.

2.2.3地图图层要素查询

选择某一要素，点击i键查询属性信息.如图6所示，例如选择哈尔滨市光宇蓄电池股份有限公司这一排污企业点要素，则可看到其名称、地址、行业、排水量等属性要素.

图6　客户端图层要素查询显示界面

3　结论与平台优势

通过对上述水环境移动监察GIS平台的有效测试，能够为相关工作人员随时高效监察执法处理提供有力协助，具有数据传输实时性、技术手段创新性、功能模块可扩展性、管理操作便捷性等特征，该平台优势如下.

(1)执法人员执法前，随时随地通过该平台移动终端系统查询功能在地图中查找排污企业，查看其属性信息，做到执法过程中对每一个排污企业了如指掌.该移动终端亦可随时查看部门监察执法相关法律法规，使得监察执法处理具有事实依据.

(2) 到达污染处执法过程中利用该移动终端的GPS定位功能，在手机地图上通过坐标定位，创建执法事件点位置，对污染地点直接上传包含污水图片以及与其相关的文字等信息至服务端，从而保证数据传输过程及时高效，该移动端的关键即实现水环境监察数据的实时性，确保数据安全、可靠、高效是整个系统的重点.在系统设计实现过程中，设计可靠地传输通信协议，完善可靠地数据输出接口，保证数据准确、及时传输.

(3)移动端轨迹记录功能，通过GPS实时动态监控采集工作，记录检查执法人员的路径轨迹，为上层部门管理人员对监察执法人员进行抽查监督工作，查看监察人员是否真正到现场执法，提供充分的便利性、依据性.

(4)后台相关部门通过该平台管理端，快捷直观地查看通过移动终端执法人员上传的，每一个调查案件对应的事件信息描述，通过所传污染照片还原污染现场，并根据移动端自动上传的经纬度坐标，使用其GPS定位功能找到污染源位置，从而对违法企业进行下一步调查处理，做到有事实依据可查可寻，执法流程公平公正.

(5)利用平台服务端使各环保监察部门间海量信息资源统一管理存储，将上报的信息标准化，直观清晰查看每一条规整信息，实现所有信息的共享利用.

4　结束语

在未来，可以利用诸如此类技术的个性平台到各个领域里，例如违规焚烧秸秆监察、不达标燃煤锅炉排放等等环境问题监察.所以其发展空间仍非常巨大，随着环境问题越来越受到人们的重视，此类平台也将会对人们的生活起到越来越重要的作用，需要增加的应用及服务也将不断扩大，该课题的研究后续仍会继续进行下去.

[1]王磊, 张磊, 段学军, 等. 江苏省太湖流域产业结构的水环境污染效应[J]. 生态学报, 2011(22): 6832-6844.

[2]叶龙浩, 周丰, 郭怀成, 等. 基于水环境承载力的沁河流域系统优化调控[J]. 地理研究, 2013(6): 1007-1016.

[3]黄硕, 郭青海. 城市景观格局演变的水环境效应研究综述[J]. 生态学报, 2014(12):3142-3150.

[4]田根, 童小华. 基于移动GIS和GPS集成的绿化调查关键技术[J]. 同济大学学报：自然科学版, 2007, 35(10): 1400-1405，+1429.

[5]KUMAR S，QADEER M A，GUPTA A． Location based services using ( LBSOID) [C] IEEE 2009: IEEE International Conference on Internet Multimedia ServicesArchitecture and Applications ( IMSAA ) ． Bangalore:IEEE Press, 2009.1-5．

[6]杨丽花, 佟连军. 吉林省松花江流域经济发展与水环境质量的动态耦合及空间格局[J]. 应用生态学报, 2013(2): 503-510.

[7]文雪巍,秦秀媛,王凤领.基于缓冲区溢出的数据驱动型漏洞检测系统总体设计与实现[J].哈尔滨师范大学自然科学学报,2015,31(4):49-53.

[8]李德仁， 彭明军． 基于空间数据库的城市网格化管理与服务系统的设计与实现[J]． 武汉大学学报: 信息科学版，2006, 3l( 6): 471-475.

[9]王佳莹,郭俊杰,梁鹏.基于Web2.0和Wiki技术的辅助教学环境的设计与实现[J].哈尔滨师范大学自然科学学报,2009,25(5):85-88.

[10] YU M C，SHIN D，SHIN D K，et a1． Fundamentals and design of smart home middleware[C] CSO 2009: International JointConference on Computational Sciences and Optimization．Washington，DC: IEEE，2009. 647-650．

[11] 姜欣, 许士国, 练建军, 等. 北方河流动态水环境容量分析与计算[J]. 生态与农村环境学报, 2013(4): 409-414.

[12] 许振峰, 吕东洋, 孙奉翮. 基于移动GIS技术的土地巡查系统研究与开发[J]. 测绘与空间地理信息, 2014(2): 110-112.

[13] 张韶华, 杨昆, 刘涛, 等. 地震应急辅助决策支持系统的设计与实现[J]. 测绘科学, 2015(6): 115-119.

[14] 廖军, 郭达. 移动互联网应用趋势——基于Web的终端平台[J]. 信息通信技术, 2010(4): 20-23.

[15] 姚纪明, 刘亚静, 王森. 地质调查手机移动GIS设计与实现[J]. 测绘科学, 2015(9): 134-137,+142.

[16] CLEGG P, BRUCIATELLI L, DOMINGOS F, et al.Digital Geo-logical mapping with tablet PC and PDA:A comparison[J]. Coputers&Geosciences, 2006, 32(10): 1682-1698.

[17] 李德仁,李宗华,彭明军,等. 武汉市城市网格化管理与服务系统建设与应用[J]. 测绘通报,2007(8):1 -4，+44.

[18] GKATZOFLIAS D, MELLIOS G, SAMARAS Z. Development of a Web GIS application for emissions inventory spatial allocation based on open source software tools [J]. Computers & Geosciences, 2013(52): 21-33.