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基于GIS和數據庫技術的水環境信息管理系統設計與 開發
發布時間：2022-12-24 11:19
目錄
原創性聲明 I
摘要i II
ABSTRACT: IV
目錄 1
1緒論 1
1.1研究背景和意義 1
1.2水環境信息管理系統研究進展 2
1.2.1國內外研究現狀 2
1.2.2存在的問題 4
1.2.3發展趨勢 : 5
1.3地理信息系統研究進展 5
1.3.1GIS的定義 6
1.3.2GIS的功能與特征 : 6 -
1.3.3GIS 的構成 8
1.3.4常用的GIS軟件簡介 : 8
1.3.5GIS的二次開發方法 9
1.3.6GIS的發展趨勢 11 '
1.4數據庫技術研究進展 11 •
1.4.1數據庫技術簡介 : 11
1.4.2數據模型 11
1.4.3數據庫管理系統 12
1.5研究目標和主要研究內容 ...12
1.5.1研究目標 12
1.5.2主要研究內容 12
1.6研究區域概況 13
1.6.1地理區位 13
1.6.2氣象氣候 14
1.6.3水文狀況 14
1.6.4水資源 15
1.7本文的特色 15
2系統分析與總體設計 17
2.1技術路線 17
2.2系統分析 17
2.2.1必要性分析 17
2.2.2需求分析 18
2.2.3數據分析 19
2.3系統總體設計 19
2.3.1設計的原則 19
2.3.2設計的目標 20
2.3.3開發環境 20
2.3.4結構設計 20
2.3.5功能設計 21
2.3.6數據庫設計 22
2.4本章小結 23
3系統詳細設計 24
3.1開發環境 24
3.1.1開發語言的選擇 24
3.1.2開發平臺的選擇 24
3.1.3后臺數據庫的選擇 24
3.2界面設計 24
3.3程序邏輯結構的設計 25
3.4數據庫的設計與實現 26
3.4.1空間數據庫的設計與實現 26
3.4.2屬性數據庫的設計與實現 32
3.5本章小結 35
4系統的主要功能及實現 36
4.1系統主界面分析 36
4.2基本GIS操作 36
4.2.1視圖變換 37
4.2.2圖屬互査 37
4.2.3圖層管理 39
4.2.4其它輔助功能 40
4.3數據管理 41
4.3.1監測點位管理 41
4.3.2監測數據管理 43
4.3.3圖形數據管理 44
4.4趨勢統計分析 44
4.5水環境質量評價 46
4.5.1評價范圍 46
4.5.2評價指標和評價標準 47
4.5.3評價方法 48
4.5.4評價的實現 51
4.6企業污染源管理 53
4.6.1污染企業信息管理 53
4.6.2污染企業監測數據管理 55
4.6.3污染企業廢水數據統計分析 :......56
4.7簡單空間輔助決策 59
4.7.1緩沖區分析和疊加分析 ....59
4.7.2企業選址可行性分析 59
4.8系統管理與安全維護 60
4.8.1數據交換 .....60
4.8.2備份和恢復 60
4.8.3用戶管理/權限設置 61
4.&4日志管理 61
4.9本章小結 61
5結論與展望 ..62
5.1結論 62
5.2展望 63
參考文獻： 64
附錄1業務處理層部分程序代碼 68
附錄2點圖層符號化部分代碼 70
附錄3圖層信息存儲部分代碼 71
附錄4緩沖區分析部分代碼 72
攻讀學位期間所獲成果 74
致謝 75
1緒論
1.1研究背景和意義
水是人們賴以生存和發展不可或缺的自然資源，是社會發展和經濟增長的生 命線，是實現可持續發展戰略目標的重要物質基礎⑴。上個世紀，雖然人類社會 獲得了巨大的物質財富，但是也為此付出了沉痛的環境代價。人類可以利用的淡 水資源已經嚴重不足，并且水質惡化、水質污染使得水體功能喪失，也進一步加 重了水資源危機。每年排入河流和湖泊的廢水不同程度地污染了全球14%的水 源。水資源短缺和水環境污染盛成為一個世界性的問題。
長期以來，傳統的經濟增長模式導致中國水環境主要面臨著水資源短缺、水 環境污染和洪澇災害三大難題。水環境污染會加劇水資源短缺，而它們導致的生 態破壞又會致使洪澇災害頻發，這給人們的生存和生活造成了嚴重的影響，同時 也制約著社會經濟的發展。據《2011年中國環境狀況公報》顯示，目前全國有近 40%的河段、57.7%的湖泊(水庫)與90%的城市水域受到了不同程度的污染［2】。 并且，在今后相當長的時期內，水體污染仍將是我國水環境面臨的突出問題〔網。 水環境污染擾亂了水環境平衡，改變了其正常循環過程，使得不同水體類型中的 水的質量與數量發生改變，區域氣候和生態穩定也受到破壞，導致水資源的可利 用性降低，開發難度增加，這嚴重威脅到了人類的生存和發展，也成為制約我國 可持續發展的重要因素。所以，為了人類的生存和發展，必須采取有效措施來解 決水環境問題，防止水環境進一步惡化。
根拯國內外多年的研究經驗，有效解決水環境問題的措施就是對水環境相關 信息進行科學管理以及對水環境污染進行模擬、分析和評價，輔助政府及相關部 門做出正確科學的決策⑸。
隨著我國經濟和社會的快速發展，水環境的日益惡化，人民的環境意識越來 越強，政府領導和社會各界對環保部門的執法監督能力、科學決策能力及快速反 應能力都提出了更高的要求，環保部門的水環境管理任務也日益加重。因此，為 了適應信息時代對水環境管理工作的要求，環保部門應當充分利用現有的資源、 信息和技術，加快信息化建設的步伐。
用紙張進行信息的收集、存儲等傳統的信息管理方法已經越來越不適應現代 水環境信息管理的需求⑹。這種信息管理方法不能系統地管理環境數據，嚴重制 約著其使用價值的發揮,所以環保工作者越來越青睞現代化的管理手段與技術方 法。地理信息系統(Geographical Infdmlation System, GIS)能夠高效的存儲維護、 查詢檢索數據，并具有強大的空間分析處理能力，可以為水環境管理過程中信息
獲取、分析與決策提供良好的工作平臺和強大的技術支持。GIS已成為管理和利 用各種具有空間性質的信息資源及促進社會可持續發展的重要工具〔7〕。而數據庫 技術室信息管理系統和計算機數據處理的核心，能夠統一存儲、管理和共享數據。
建立基于GIS和數據庫技術的水環境信息管理系統對環境保護工作效率的 提高及觀念、面貌改變方面產生了深刻的影響。主要表現在兩個方面：首先，可 以為環保部門提供直觀形象的可視化信息，使其方便、快捷地獲取城市水環境信 息，如監測點位、監測數據、污染源分布、污染物排放情況、分析與評價結果等 情況；其次，環境管理者可以從已有的數據要素和空間管理中挖掘出新的信息， 產生形象思維，拓寬思路，更好地發現并解決管理過程中出現的新問題。
但迄今為止，我國水環境信息管理工作仍然依靠原始積累，所應用的信息管 理系統與GIS和數據庫技術結合得較少。一方面，系統的數據獲取與處理效率低 下；另一方面，水質資源的屬性信息與空間信息無法關聯起來，給研究水質變化 的時空特征帶來了極大的不便。
綜上所述，目前在我國建設基于GIS和數據庫技術的水環境信息管理系統是 十分必要的。利用現代信息技術進行水環境信息的統一管理，水污染的分析評價， 水資源的優化配置，對于改善當前嚴峻的水環境問題，實現水資源的可持續開發 利用及社會經濟的可持續發展均具有極其重要的意義I®。因此，本論文以惠州市 為例，以GIS和數據庫為開發平臺，結合多種水質模型，建立一個面向管理和決 策層的水環境信息可視化管理系統。該系統將普通數據庫技術和組件式GIS技術 (Components GIS, ComGIS)有效結合，具有對空間數拯和屬性數據的綜合分析 能力。一方面，充分發揮了普通數據庫操作技術的數據存儲維護功能；另一方面， 采用Visual Basic高級編程語言對ComGIS進行集成二次開發，使其空間地理分析 能力變得更為強大。此系統可以快速而直觀的顯示和分析惠州市水環境當前污染 狀況、水質評價結果、污染源分布、追蹤污染物來源及進行簡單的空間輔助決策 分析，且具有生成報表和專題圖的能力，為惠州環保局的水環境管理和決策提供 強有力的信息支持。而且，系統友好的用戶界面、完全的數據共享、方便的空間 分析操作、直觀的結果顯示會讓用戶更專注于應用問題，可以大大的提高環境管 理的效率。
1.2水環境信息管理系統研究進展
1.2.1國內外研究現狀
(1)國外研究現狀
在水環境信息管理領域，國際上較有代表性的國家主要有美國、加拿大、英 國、法國、韓國等，他們在解決水環境問題方面都曾取得了一定的效果〔9-近 年來，利用建立的水質模型，水環境管理部門對當地河流進行管理與規劃，不同 程度地改善了泰晤士河、萊茵河和特拉華河等在五六十年代曾受嚴重污染的河流 水質。
1964 年，美國國家壞保局(U.S. Environmental Protection Agency,簡稱 EPA) 開發出STORET-COGENT['2],國際上最早的大型水質管理信息系統，它由水 質存儲系統(Storet and Retrieval Data Basic Systtem, STORET)與水質許可性評 估和網絡示蹤系統(Constuction Grants Evalustion and Network Tracking System, COGENT)組成，前者負責數拯存儲，后者利用前者的數拯庫加工水質管理信息。 但此系統主要強調存儲和檢索能力，數據質量保證和加工能力不足，而且它主要 的功能與用戶不明，忽略了最主要的用戶，即各級環保部門。隨后，為了支持不 同層次的水環境管理工作，EPA基于GIS技術開發出了全美河段水環境管理系 統【內，為用戶提供了一個點源與非點源相統一的流域管理工具。它將整個國家 的流域數據數字化構成水體數據集，采用Arc View GIS為系統集成環境，實現 數拯與分析軟件的統一。同一時期，較為成功的水環境信息管理系統還有加拿大 的國家水數據庫，英國的水質檔案系統等〔⑷。
•這一時期，國外的水環境信息管理系統還存在著許多問題，隨著信息技術的 快速發展，尤其是“3S”(即GIS、GPS和RS的統稱)技術和Web技術的岀現， 給現代水環境信息管理系統注入了新的活力。國外在利用“3S”技術發展水環境 信息管理系統方面曾作出了許多有益的嘗試和探索卩^]，其中較有代表性的有美 國的BASINS流域識別模擬系統[⑼和英國的泰晤士河流域決策支持系統[20]oWeb 技術在水環境信息管理系統中也顯示出廣闊的應用前景0】。美國水資源網絡 (Inter-American Water Resource Network,簡稱 IWRN)于 1992 年召開的第一次美 國水管理論壇提議并建立，這大大推動了水環境信息的共享及水環境管理經驗的 交流；四年之后，基于Internet的全球性水信息網絡被第二次美國水管理論壇提 上了日程。
近年來，非點源的研究和控制成為美國新的熱點，也產生了一些計算機模擬 根據，可供用戶使用。例如，美國地質調查局(United States Geological Survey, 簡稱 USEPA)開發的 Better Assessment Science Integrating Point and Nonpoint Sources (簡稱BASINS)軟件⑵】，不僅將水質和水量納入考慮范疇，還將點源和 非電源等因素納入其中。而且，為了支持不同尺度的分析研究，GIS技術、全美 流域數據及水質模擬評價工具都被集成在一個易于使用的軟件包中，這大大提高 了該軟件使用的靈活性。
(2)國內研究現狀
從20世紀70年代初期起，環境保護就是我國的一項基本國策。同時，也提 出了 “三同步政策”，即：環境建設、經濟建設和城鄉建設要同步規劃、實施和 發展，以實現我國環境效益、經濟效益和社會效益的統一發展。與此同時，建立 一套高效靈活的環境管理機制和高效完善的環境管理體系的設想也在我國應時 而生。但是，大部門以往開發出的水環境信息管理系統都沒有與GIS技術相結 合，只是將水環境信息簡單的儲存管理起來，所以不能體現出水環境信息的空間 特征⑷。
從20世紀70年代初期，我國一些專家學者開始在將GIS技術應用到水環 境信息管理方面開展研究，比如肖青0］等開發出了基于GIS的蘇州河環境綜合 整治的原型；利用GIS的空間分析功能，張玉書a】等實現了河流信息的空間顯 示分析和一維水質擴散模擬，為水環境信息的分析和管理提供了技術支持；阮仕 平［26］等開發出了銅川新區水環境管理決策支持系統，此系統將GIS圖形技術、 數據庫管理技術及模型庫管理技術緊密結合，具有很強的輔助決策能力。
近年來，GIS技術的重要性越來越受到各領域學者專家的認同，這也促使了 一批較好的GIS操作平臺的出現。例如，黃浦江流域水環境地理信息系統【27】是 由上海市環境管理部門基于GIS技術而建立的，該系統功能廣泛，不僅能實現 水質動態監測顯示，而且還能實現水污染模擬、水質預測分析。陜西省開出了基 于GIS的水環境功能區劃管理信息系統［2氣該系統實現了水環境功能區劃的空 間信息與屬性信息的綜合管理及資源共享，并支持本地數據和ArcIMS圖層的集 成應用。
1.2.2存在的問題
綜上，雖然各種已建立的水環境信息管理系統有著不同的功能和效率，但是 普遍存在以下一些問題：
①規范化與標準化問題
目前，水環境信息管理系統的規范化與標準化研究還沒引起足夠的重視，在 全國或省、市范圍內尚未制定統一的水環境信息管理系統的建設標準，如代碼標 準、數據標準和開發平臺標準等，難以兼容和共享，利用率低［2刃。
②一體化存儲與管理問題
在已開發的水環境信息管理系統中，大部分都沒能很好的實現空間數據與屬 性數據的一體化存儲和管理，二者仍是分開存儲的，容易導致系統運行效率低下 【30］
O
③系統功能研究不足
國內一些城市建立的GIS水環境信息管理系統大多只能用于數據的編輯、 查詢及簡單的統計，對水質分析的缺乏深入研究，沒有很好地解決GIS與水環 境分析、評價等專業模型有機結合的問題，存在很大的不足與局限性。
④應用模型管理欠佳
目前，大多數的水環境信息管理系統仍采用文件方式對應用模型進行管理, 沒有實現真正意義上的模型庫管理。
1.2.3發展趨勢
水環境信息管理系統是隨著水文學、管理學、計算機及GIS技術的發展而同 步發展的，特別是GIS技術對其發展起著重要的作用。當前，水環境信息管理系 統的發展方向主要是：
①GIS技術將全面融入到水環境信息管理系統，形成基于GIS的水環境信息 管理系統，這種系統集成了GIS、MIS的全部功能，將取代傳統的基于單純關系 型數據庫的水環境信息管理系統，從而在水資源管理及水環境保護等方面得到更 加廣泛的應用01。
②將GIS與水環境分析、評價等專業模型有機結合，準確形象地分析和評
價水環境變化規律，進而為水環境管理和決策提供科學的信息支持。這既是環保 專家學者們共同追求的目標，也是基于GIS的水環境信息管理系統發晝的一大趨 勢。 "
③隨著Internet的發展，尤其是寬帶技術的進步，通過Internet實現水環境信 息的共享及遠程管理、計算與模擬已經成為可能，網絡水環境信息管理應運而生， 也將成為水環境信息管理系統的發展趨勢之一。
④為了提高水環境信息管理信息系統的復用能力，提出了可復用的組件開 發理論，成為水環境信息管理系統的熱門開發技術，并在應用過程中得到了飛速 的發展。
⑤遙感(RemoteSense,RS)具有"快、真、廣、高”的特點，是GIS的重 要信息源和數據更新手段。GIS支持RS信息提取，并對對空間數據具有分析功能， 是RS信息綜合開發利用的理想工具。而全球定位系統(Global Position System, GPS)可以提供高精度的全球空間矢量數據，使遙感數據定位具有連續、高精度 及全球性等特點。“3S” 一體化技術可以使GIS的優勢得到充分發揮，使其具備 快速定位、獲取準確信息的能力，實現數據庫的快速更新，并在分析決策模型的 支持下快速完成多元復合分析。因此，RS、GIS與GPS集成一體的水環境信息管 理系統將是水環境管理系統的重要發展趨勢。
1.3地理信息系統研究進展
地理信息系統(GIS)是多種學科交叉的產物，涉及到測繪學、地理學、計 算機科學與技術等學科，它是一種特定而重要的空間信息系統。目前GIS已經 被應用到城市規劃與管理、環境模型建立、社會經濟統計與分析、交通與管道管 理、土地管理等與空間信息密切相關的各個方面。GIS將各種統計•信息與空間地 理特征集為一體，在現代信息社會里作為一種特殊的信息系統，已成為信息高速 公路上的節點和基礎設施，受到社會各領域的廣泛關注〔珂。
1.3.1GIS的定義
GIS的定義基于不同的應用目的而有不同的表達方式。例如，加拿大的Roger Tomlinson認為“GIS是全方位分析和操作地理數據的數字系統”；美國學者 Paker則則將GIS定義為“一種存儲、分析和顯示空間與非空間數據的信息技 術”；俄羅斯學者把GIS定義為“一種解決各種復雜的地理相關問題，以及具 有內部聯系的工具集合” ；Goodchild認為GIS是“采集、存儲、管理、分析 和顯示有關地理現象信息的綜合系統”。這些定義有的側重于GIS的技術內涵， 有的側重于GIS的應用功能。目前，學術界普遍接受的GIS定義是由美國聯邦 數字地圖協調委員會(Federal Interagency Coordinating Committee on Digital Cartography, FICCDC)提出的冋，此定義認為“GIS是由計算機硬件、軟件和不 同的方法組成的系統，該系統設計支持空間數據的采集、管理、處理、分析、建 模和顯示，以便解決復雜問題的規劃和管理問題”，其概念框架如圖1-1所示。
圖1-1 GIS概念框架圖
Fig. 1-1 Conceptual Framework of GIS
1.3.2GIS的功能與特征
(1)GIS的功能
在一個實用的地理信息系統(GIS)建設過程中，從數據搜集到系統完成， 須經過各種數據轉換，每個數據轉換都有可能改變原有的信息。GIS的主要功能 就是完成流程中不同階段的數據轉換工作，一般包括數據輸入、數據管理、空間 分析、數據輸出和應用模塊五項基本功能。
圖1-2 GIS的主要功能
Fig. 1-2 Main function of GIS
①數據輸入。數據是GIS的血液。數據輸入的目的是將外業觀測成果、遙 感圖像、航空像片、現有的地圖和文本資料等轉換成GIS可以識別、管理和分析 的數字形式。
②數據管理。數據管理是GIS的心臟。GIS的核心部分有一個龐大的地理數 據庫，它必須可以管理存儲于GIS中的一切數據，具備數據庫的定義、查詢、維 護等功能。
③空間分析。空間分析是GIS的大腦，是GIS最有魅力和最重要的功能，也 GIS有別于其它信息系統的本質特征卩罠空間分析能力的強弱是體現GIS功能強 弱的關鍵，也直接影響到GIS的應用范圍。
④數據輸出。數據輸出部分的任務是，將GIS中的數據經過轉換、分析、 處理和組織后以某種用戶可以理解的形式（如報表、專題地圖等）提供給用戶。
⑤應用模塊。應用模塊在GIS的工具軟件（或稱基礎軟件）中是不具備的， 是系統開發者在GIS二次開發過程中增加的模塊，用于完成某種特定任務。根據 用戶目的不同，應用模塊的功能也是完全不同的。它可以為用戶的事務性工作提 供直接服務，往往帶有輔助決策的性質。
（2） GIS的特征
GIS具有以下四個方面的特征：
①GIS區別于其它類型信息系統的根本標志是以地理實體數據為操作對 象。地理實體數據定性、定量、定位和拓撲關系的描述是通過按照統一地理坐標 進行編碼而實現的。
②通過GIS快速的空間定位搜索、強大的圖形處理和表達、獨特的地理空 間分析等技術優勢，可以產生常規方法難以獲得的重要信息，這是GIS的重要貢 獻，也是GIS的研究核心。
③GIS通過利用空間解析式模型來分析空間數據，所以GIS的成功應用依賴 于空間分析模型的研究與設計［時。
④GIS的成功應用不僅取決于技術體系，而且依靠一定的組織體系，包括 實施組成、系統開發設計者、技術操作員和系統管理［殉。
1.3.3GIS的構成
通常，一個完整的GIS主要由系統硬件、應用人員、空間數據、應用模型和 系統軟件五個部分組成。系統構成卩7］如圖1-3所示。
注：GUI, Graphical User Interface,又稱圖形用戶界面
圖1-3系統結構圖
Fig. 1-3 Stucture of GIS
1.3.4常用的GIS軟件簡介
(1)ArcGIS軟件
ArcGIS是ESRI推出的全新GIS平臺系列軟件，它繼承了ESRI產品強大的空 間數據管理和分析能力，同時還全面采用了工業標準的和開放的主流IT技術，對 File Geodatabase提供了開放的應用程序編程接口 (API),使得Geodatabase更加 開放、易用。ArcGIS 的客戶端產品包括 Arcinfo Editor, ArcView, Arclnfo Professional 及 ArcIMS 的客戶端 Viewer 等。
(2)MAPG1S系列軟件
MAPGIS是由武漢中地數碼集團開發的一個大型工具性GIS軟件，是全球唯 一的搭建式GIS數據中心集成開發平臺，可以實現遙感處理與GIS的完全融合， 支持空中、地上、地下全空間真三維一體化。MAPGIS系統的主要功能有：空間 數據庫管理、空間分析工具、多源圖像分析與處理、無縫圖庫管理、網絡分析功 能、二次開發功能等。中地集團以MAPGIS為基礎平臺，已經開發出用于環境監 測、城市規劃、GPS導航與監控、電力配網等一系列應用系統，成功地應用于環 境保護、土地利用、電信服務等多個領域。
(3)Maplnfb軟件
Mapinfo軟件由美國Maplnfb公司研制，其軟件產品系列包括：Mapinfo Pro Viewer, Mapinfo ProSever, Maplnfb Mapx, Mapinfo Spatial Ware, Maplnfb Professional, MapXsite, MapXtreme等。此外還提供二次開發編程語言MapBasic。
Maplnfb系列軟件的開發強調空間數據與非空間數據的統一組織管理：注重 有用信息的挖掘；強調與Intemet/Intranet的接軌，以真正實現GIS的C/S架構； 注重開發工具的標準化與簡潔化。
(4)Geostar軟件
GeoStar是由武漢測繪科技大學、武漢吉奧信息工程公司聯合開發的面向企 業級的大型數據管理的GIS軟件。GeoStar系列軟件最獨特的優點在于屬性數據、 矢量數據、DEM數據和影像數據的高度集成，這四種數據可以單獨構建數據庫 進行分布式管理，并通過界面集成來實現統一調度、無縫漫游、空間查詢與處理。 GeoStar產品系列包括：GeoStar系統主模塊、GeoTIN三角網構建模塊、GeoGrid 三維再現軟件、GeoImager遙感圖像處理系統、GoelmagerDB影像數據庫、Geo Surf 網絡地圖構建工具和GeoMap二次開發空間等。
1.3.5 GIS的二次開發方法
通常，GIS的二次開發有單純二次開發、獨立二次開發和集成二次開發3種 實現方法［381o
(1)單純二次開發
單純二次開發就是指完全憑借成熟GIS工具軟件所提供的二次開發語言來 進行應用系統的開發。目前，大多商業化的GIS工具軟件都提供了可供用戶二 次開發的宏語言。如Maplnfo公司的Maplnfb Professional提供了 MapBasic語言， ESRI公司研制的Arc View提供了 Avenue語言等。針對不同的應用對象，用戶 能夠以GIS工具軟件為平臺，利用其提供的二次開發語言開發出不同的應用程 序。單純二次開發方法最大的有點是省時省力，但是開發過程所使用的宏語言功 能極弱，而且移植性差，不能脫離原開發平臺單獨運行，所以這種開發方式難以 開發出功能強大而又界面友好的應用程序。而且，二次開發環境有著明顯的不足 (39]:語言千差萬別，不易于學習和掌握；解釋執行，運行速度慢；功能單一， 綜合處理能力差。
(2)獨立二次開發
從空間數據的采集、編輯、處理、分析到結果輸出全過程的算法都由開發者 獨立設計，而不依賴任何的商業GIS工具軟件，然后通過編程使其在一定的操 作系統平臺上實現，這種開發方式叫做獨立二次開發。常用的編程語言有Delphi, Visual C++, C++ Builder等。采用這種開發方式的好處是不需要利用任何商業 GISH具軟件，可以降低開發成本，而且開發者可以對程序各個方面進行總體控 制。因此，以獨立二次開發方式開發出的系統操作效率與綜合程度最高，各個組 成部分間的聯系也最為密切。但是這種開發方式的工作量大、開發周期長、開發 難度大，而且對開發者的專業知識和軟件開發功底都有很高的要求，所以這種開 發方式不適合一般的開發用戶。
(3)集成二次開發
集成二次開發就是采用通用的軟件開發工具，特別是Visual Basic, Visual C++, Power Builder等可視化開發工具，對專業的GIS工具軟件或其提供的組件 進行集成開發。目前，集成二次開發的方式主要有2種：OLE/DDE開發方式和 ComGIS開發方式。
①OLE/DDE開發方式
利用對象鏈接與嵌入(Object Linking and Embedding,簡稱OLE)自動化技術 或利用動態數據交換(Dynamic Data Exchange,簡稱DDE)技術進行GIS集成二 次開發的思路是：用軟件開發工具開發前臺可執行應用程序，以OLE自動化方 式或DDE方式啟動GIS工具軟件在后臺執行，利用回調技術動態獲取其返回信 息，實現應用程序中的地理信息處理功能〔°叭這種開發方法充分利用了 GIS先 進的可視化開發平臺及強大的屬性數據和地理空間數據管理功能。
②ComGIS開發方式
ComGIS是指基于標準的組件式平臺，由一系列完成不能功能的GIS組件群 構成的整體，這些組件都具有符合ActiveX控件規范的標準接口，所以它們之間 可以靈活、自由地重組，而且可以直接將ComGIS嵌入在Visual Basic等編程語 言編制的應用程序中，實現GIS的各種功能⑷】。常見的GIS組件有ESRI公司 推出的 MapObjects、ArcGIS, Maplnfb 公司研制的 MapX 等。
ComGIS的基本思想就是將GIS的各大功能模塊劃分為完成不同功能的 GIS組件，然后通過可視化的軟件開發工具將各個ComGIS組件及其他非 ComGIS組件集成起來，形成最終的組件式GIS應用系統。與傳統的GIS工具軟 件相比，ComGIS具有如下優越ft142"431：易操作，大眾化；開發成本低，周期短; 高效無縫的系統集成；無需專門的GIS開發語言；強大的GIS功能與良好的可 擴展性。
1.3.6 GIS的發展趨勢
GIS通過數據庫管理系統(Database Management System, DBMS)將空間數拯 與屬性數據聯系在一起，共同分析，共同管理和共同應用，從而提供了一種認識 與空間位置相關信息的新的思維方法。作為一種集各種統計信息和地理空間特征 為一體的特殊信息系統，已在空間信息密切相關的各個領域得到廣泛應用。目前 GIS的應用領域已經發展到近60多個，而且用戶數正以每年2.6倍左右的速度 增長，這表明GIS已從研究階段進入實用階段，且社會需求量不斷增大。GIS的 應用需求及計算機技術的發展推動GIS飛速發展，已從一種技術發展為了一門 獨立的新興學科。總體看來，未來GIS將向著標準化、大眾化、網絡化、全球 化、數據商業化及技術集成化等方向發展［44-"6］o
1.4數據庫技術研究進展
1.4.1數據庫技術簡介
數據庫技術是信息管理系統和計算機數據處理的核心，也是現代信息科學技 術的主要組成部分。數據則是數據庫技術研究的對象，所以數據庫技術所涉及的 主要研究內容是：按照一定的數據模型建立數據庫，對數據進行統一的組織和管 理；而數據庫中數據的添加、刪除、修改、分析及報表生成等數據管理功能則采 用數據庫管理系統來實現。
數據庫(Database, DB)是長期存儲在計算機內大量的有組織的數據集合，它 可供用戶共享，具有較小的冗余度和較高的數據獨立性。數據庫管理系統 (Database Management System, DBMS)對數據庫的建立、運用和維護進行統一控 制，以保證數據的完整性、安全性，并在多用戶對數據的并發使用時進行并發控 制和發生故障后的系統恢復〔何。
當前，數據庫技術已成為現代信息管理系統開發和計算機數據處理的核心技 術，更是未來“信息高速公路”的支撐技術之一［創。
1.4.2數據模型
數據模型是DBMS的基礎和核心，它是現實世界在數據庫中的抽象。通常， 數據模型由數據結構、數據操作和數據完整性約束三大要素組成。數據結構主要 用來描述數據的結構和數據間的聯系這些靜態特征。數據操作主要包括數據庫中 的各種數據訪問規則和訪問方式，主要的數據訪問方式有增加、刪除、修改、查
詢等。而數據完整性約束則由一組完整性規則組成。
數據庫技術領域中最常見的數據模型主要有3種，即層次模型(Hierarchical Model)＞網狀模型(Network Model)和關系模型(Relational Model)。層次模型使 用樹形結構來表示數據與數據間的聯系；網狀模型使用網狀結構來表示數據與數 據間的聯系；而關系模型是用二維表來表示數據與數據間的聯系。其中，關系模 型的理論最成熟，應用最廣泛。
1.4.3數據庫管理系統
數據模型是數據庫管理系統的核心和基礎，各種DBMS軟件都是基于某種 數據模型而開發的。所以，通常也按照數據模型的特點將傳統數據庫管理系統分 為三類，即層次數據庫管理系統(HDBMS) ＞網狀數據庫管理系統(NDBMS)和關 系數據庫管理系統(RDBMS)o三者都很好地解決了數據的集成和共享問題，但 是HDBMS和NDBMS在數據獨立性和抽象級別方面有很大的欠缺，而RDBMS 卻較好地解決了此問題，它以堅實的關系帶數位理論為基礎，經過幾十年的發展 和應用，技術愈趨成熟和完善，已成為當代數據庫管理系統的主流【佝。目前， 比較成熟的、有代表性的關系數據庫管理系統有微軟公司的MS SQL Server.甲 骨文公司的Oracle＞ IBM公司的DB2及Informix、Sybase等。
1.5研究目標和主要研究內容
1.5.1研究目標
以惠州市為例，以國內外先進的組件式GIS為開發平臺，結合國內外較為 成熟的關系型數據庫管理技術，建立一個面向管理層和決策層的水環境信息可視 化管理系統。該系統不僅具有簡單的信息存儲、查詢和分析功能，通過GIS強 大的空間信息處理和分析能力，還可以直觀顯示和分析惠州市水環境當前污染狀 況、水質評價結果、污染源分布、追蹤污染物來源，也可進行緩沖區分析、疊加 分析、廠址選擇等簡單空間輔助決策分析，并且具備生成報表、報告和專題圖的 能力，切實有效地為惠州市的水環境信息管理工作提供服務，為水環境的科學管 理與決策提供強有力的信息支持。
1.5.2主要研究內容
本論文研究工作集中于采用國內外先進的GIS和數據庫技術開發水環境信 息可視化管理系統，該系統為水環境管理部門提供了一個新型高效的可視化信息 管理工具，也為環境信息數字化領域的后續研究提供了一些參考與思維模式。本 論文主要研究內容包括以下幾個方面：
(1)系統的總體設計：包括設計原則、設計目標、結構設計、功能設計、
數據庫概要設計和開發環境等相關事項。
(2)空間數據庫的建立：空間數據庫主要包括基礎地理數據和專題圖數據 庫。所有的原始空間數據均以shape格式存儲，在導入SQLServer2000數據庫之 后，通過ArcSDE空間數據搜索引擎來存取。
(3)屬性數據庫的建立：釆用微軟公司的MS SQL Server2000數據庫建立 惠州市水環境信息可視化管理系統的屬性數據庫，主要用于監測點位、監測數據、 污染源信息和水環境質量評價體系、目標體系及相關政策法規等的存儲和管理。
(4)水環境信息可視化管理系統的開發：以VB為開發語言，采用ArcGIS 開發數據管理模塊、趨勢統計分析模塊、水環境質量評價模塊、污染源管理模塊 及簡單輔助決策分析模塊。其中，數據管理模塊主要實現監測點位、監測數據及 圖形數據的查詢、修改、添加、移動等操作，及生成相應的報表和專題圖；趨勢 統計分析模塊主要對河流、湖庫和近海的監測數據進行趨勢統計分析，并生成相 應的統計報表和統計圖；水環境質量評價模塊是以水質監測數據為基礎，按照一 定的評價標準和方法對水質狀況進行定性和定量分級，評價結果以水質評價圖來 體現；污染源管理模塊主要對污染企業信息及監測數據進行管理，而且可以對企 業污染源的經濟指標及排污量數據進行統計分析，生成統計圖和專題圖；簡單空 間輔助決策模塊主要實現緩沖區分析、疊加分析和企業選址可行性分析等，為水 環境信息管理的決策提供依據。
1.6研究區域概況
1.6.1地理區位
惠州市位于廣東省東南部，珠江三角洲東北、東江中下游地區，地處北緯 22°24,~23°57\東經113°51,~115°28,之間。市境東西相距152 km,南北相距 128 km。全市陸域總面積11158 km2,海域面積4519 km2o惠州市東接汕尾市， 南臨深圳市，西交廣州市，北與韶關市為鄰，西南接東莞市，西北與河源市為鄰， 是粵東地區具有悠久歷史的文化名城。現轄惠城區、惠陽區、惠東縣、博羅縣、 龍門縣，設有一個國家級開發區，即大亞灣經濟技術開發區，現有1個鄉、51個 鎮、16個街道辦事處。
惠州市行政區劃圖見圖1-4。
圖1-4惠州行政區劃圖
Fig. 1-4 Administrative Division of Huizhou
1.6.2氣象氣候
惠州市地處低緯度，北靠南嶺，南臨南海，地處亞熱帶。北回歸線(23°27fN) 橫貫龍門縣麻榨鎮、博羅縣楊村鎮以南3~4公里處，70%的境域處于北回歸線 以南，處于西南季風與東北季風的交匯處，受溫帶和熱帶天氣系統的共同影響。 太陽高度角較大，日照時間較長，太陽輻射較豐富。氣候溫暖，雨量充沛，無霜 期長，四季常綠，屬南亞熱帶季風氣候。年平均氣溫19.5°C-22.rC,全年平均霜 凍期日不足一周時間，年平均相對濕度78%,平均年H照總數1952小時。惠州 南臨廣闊的熱帶海洋，受來自海洋的夏季風影響早，時間長，年降雨量1700?2300 毫米。
1.6.3水文狀況
惠州轄區內擁有主要河流34條，包括東江、西枝江、增江、沙河、公莊河、 淡水河、大嵐河等。其中西枝江、增江、公莊河、沙河是東江一級支流，淡水河 為二級支流。市內幾大水庫水質良好，庫容量超過16億n?,是供給深圳、廣州、 香港等地的主要水源。惠州市水利資源理論蘊藏量為60.32萬kW,淺層地下水 量為32億m'。
惠州市水系圖見圖1-5。
圖1-5惠州水系圖
Fig. 1-5 Water System of Huizhou
1.6.4水資源
惠州市水資源總體較豐富。多年平均本地水資源量12&力億m?,占廣東省 水資源量近7%,屬廣東水資源相對豐富的地區。水系發達，水網稠密，有東江、 西枝江及其支流等467條河段，其中，惠州市境內集水面積100 km2以上的河流 有35條，其中東江（過境河流）、西枝江、淡水河、公莊河、沙河、增江等6 條河流的集雨面積超過lOOOkn?。河流上建有大型水庫3座、中型水庫20座， 計至小（一）、（~）型水庫，共控制集水面積約3426.4 kn?,總庫容約260億 m3o水產養殖岸線超過50 km,適合發展海水養殖業。大部分鄉鎮或臨江、臨河 或臨海，發展農業的水資源條件優越。雖然惠州市地下水資源量多年平均為 32.02億nA但水資源年內和年際變化劇烈，季節性洪澇災害、干旱缺水問題比 較突出。
1.7本文的特色
本文著重點是基于GIS和數據庫技術的水環境信息管理系統的開發與應用 的研究，并取得了一定的研究成果，其特色是：
（1）實現了水環境空間數據和屬性數據的一體化存儲和管理
針對傳統水環境管理系統的空間數據與屬性數據分開存儲，數據獲取緩慢、 準確率低的問題，采用SQL Sever 2000來建立水環境空間數據庫和屬性數據庫, 不僅實現了二者的一體化存儲和管理，提高了系統的數據運行效率，而且SQL Sever2000技術的運用實現了數據的局域網共享，保證了數據的時效性。
（2） 將普通數據庫技術和GIS所提供的空間地理分析功能有效結合開發出 “基于GIS和數據庫技術的水環境信息管理系統”
針對傳統水環境信息管理系統空間數據分析處理能力不足的問題，將普通數 據庫技術和GIS所提供的空間地理分析功能有效結合，采用Visual Basic高級編程 語言開發專業功能模塊，具有對屬性數據和空間數據的綜合分析處理能力，不僅 彌補了其它管理工具表達缺陷（純文字、純表格或純圖形），而且還大大提高了 屬性數據的空間分析和空間數據的圖形表現能力，可以更好的滿足環境工作的需 要。
（3） 將GIS與水質分析、評價等專業模型有機結合，可以準確形象地分析 和評價水環境變化規律，為水環境管理和決策提供科學的信息支持。
（4） 監測點管理（如河流、湖泊和近海監測點及企業污染源）、監測數據 管理和圖表分析三大功能的有機結合，使得環保數據的管理更為高效和方便。
2系統分析與總體設計
2.1技術路線
系統的開發擬采用的技術路線如圖2-1所示。
二……遼……「
系統開發
—………一
功能模塊的開發 I數據庫的建立
系統集成
圖2-1技術路線
Fig. 2-1 Technology Route
2.2系統分析
2.2.1必要性分析
近年來，惠州市隨著經濟的迅速發展與人口的不斷增長，水環境質量日益惡 化，水資源矛盾愈加突出。如何破解經濟發展與水環境污染矛盾的難題，實現社 會經濟的可持續發展，已經成為惠州市當前最為迫切的現實任務。
惠州市積極響應國家發改委關于節能減排的號召，堅持將節能減排作為環境 保護促進科學發展的主要抓手，切實加強環境管理，改善當前環境狀況。但是, 目前惠州市的環境信息管理主要是采取人工錄入的方式將基礎信息存放在 Excek Word等文件中，通過人工計算的方式進行水環境狀況的分析與評價。這 樣的信息管理方式不僅大大增加了環保工作者的工作量，而且大量的水環境基礎 數據以紙質材料或電子文檔的形式存儲，既不能快速地查找所需要的數據，也不 能保障數據的安全。
數據庫具有強大的信息管理能力，能夠存儲、管理、顯示、處理和分析海量 數據信息，在社會各個領域都得到了廣泛的應用。而GIS具有空間動態分析能 力和地圖可視化功能，已成為管理和利用各種與空間位置有關的信息資源及促進 社會可持續發展的重要工具。通過GIS和數據庫技術可以使水環境信息從單一 的數據形式逐步轉變為具有生動形象的表格、圖形和圖像等多種表達形式，實現 水環境信息的有效存儲及空間增減、査詢、統計分析和專題制圖的可視化管理。 因此，將GIS和數據庫與水質評價、預測等專業模型集成，建立水環境信息可 視化管理系統，可以大大地提高水環境信息管理的工作效率及自動化程度。
綜上所述，為了快速、準確獲取水環境信息，分析水體污染情況，提高水環 境管理水平，從而有效改善水環境狀況，在惠州市建設一個基于GIS和數據庫 技術的水環境信息管理系統是十分必要的。
2.2.2需求分析
隨著我國經濟和社會的快速發展，水環境的日益惡化，人民的環境意識越來 越強，社會各界對環保部門的執法監督能力、科學決策能力及快速反應能力都提 出了更高的要求，環保部門的水環境管理任務也日益加重。因此，為了適應信息 時代對水環境管理工作的要求，環保部門應當充分利用現有的資源、信息和技術， 加快信息化建設的步伐。
廣東省惠州市水環境管理業務的對象主要是地表空間實際存在的各種地理 要素，它們具有鮮明的空間特征，而且其屬性信息也與空間特征相關，在地圖上 都能以不同的地圖符號形式表達。可是，廣東省惠州市目前所擁有的信息管理系 統卻忽略了監測點、污染源等地理要素的空間特征，而將重點放在屬性信息的管 理上，這顯然不能很好地反應惠州市水環境信息管理的本質要求。
由于水環境信息具有明顯的空間分布特征，來源廣泛，內容復雜，需要髙效、 迅速、準確的處理，并且需要進行大量的分析性工作，而GIS又是分析處理空間 信息強有力的工具，數據庫技術則可對海量數據進行統一存儲、管理和共享。因 此，基于GIS和數據庫技術的水環境信息管理系統的開發與應用，既可以實現各 種水環境信息的快速存儲、獲取與顯示，又可以實現水質信息的有效分析、評價 和可視化管理。
系統開發的主要目的是為用戶提供友好美觀的操作界面，同時對海量的水環 境數據進行有效地組織和管理，并且深入挖掘其中的隱含信息。所以，系統的主 要需求有：①友好而美觀的用戶操作界面；②靈活而強大的數據管理功能；③快 速而直觀的數據分析功能。
2.2.3數據分析
水環境數據一般由空間數據和屬性數據構成，主要包括基礎地理數據（行政 界線、交通分布、水系分布、海部要素及各種遙感圖像等）、監測點及監測斷面 （河流、湖泊和近海區）分布信息、水質狀況數據（如水中CODm„、NH3-N及 磷、汞、鉛、鎘等元素的含量）。水環境數據的特點主要有以下3點［剛：①數據 量大。各個監測點位信息及其歷年監測數據量是非常龐大的，而且遙感圖像這類 空間數據的大小也是不容忽視的；②時效性強。大部分的屬性數據都需要實時更 新，如測點信息、水質狀況信息和污染源信息等；③來源廣。水環境數據不僅格 式多樣，而且來源廣泛，如水質監測數據都是來自于不同時期的不同測點。
2.3系統總體設計
2.3.1設計的原則
遵循“安全、可靠”、“統一規劃，分部實施”與“統籌兼顧”的原則，充分 利用現有數據，結合對實時采集數據整合的需求，在統一規劃下，分步實現：
①安全、可靠
通過優化用戶訪問權限，用戶需要經過嚴格的信息驗證才能進入系統，使得 數據使用更具安全性和可靠性。
②統一規劃、分布實施
根據規范化與結構化原則按要求對各子模塊進行一體化設計，從而對所有監 測數據和企業數據實現綜合管理。水環境信息管理系統完全符合環保系統所有使 用的業務流程，比如：污染物的申報、污染物的統計。
③先進實用、系統開放
在保證數據的統一性的前提下，同時釆用GIS技術、數據庫技術等計算機 應用技術最新成果；系統采用模塊化、標準化的設計方案，能適應應用需求，功 能方便、實用，界面美觀友好，使用維護方便。
④用戶參與、友好合作
系統的成功開發離不開雙方的密切友好的合作，系統需求分析、方案設計和 系統實施都需要用戶的積極支持。另外，各種數據及所需資料，也是在用戶幫助 下完成整理。
⑤注重前瞻性與可操作性
既要立足當前實際，使水環境信息管理系統具有可操作性，又要充分考慮發 展的需要，使系統具有一定的超前性。
2.3.2設計的目標
系統設計的目標是以惠州市環境地理信息為基礎，以國內外先進的組件式 GIS為開發平臺，結合國內外較為成熟的關系型數據庫管理技術，建立一個面向 管理層和決策層的水環境信息可視化管理系統。系統具有強大的綜合信息分析和 處理功能，分析結果以直觀的圖表呈現，特別通過GIS強大的空間信息處理和 分析能力，還可以直觀顯示和分析惠州市水環境當前污染狀況、水質評價結果、 污染源分布、追蹤污染物來源。此外，此系統還可以進行緩沖區分析、疊加分析、 廠址選擇等簡單空間輔助決策分析，并且具備生成報表和專題圖的能力，為惠州 環保局的水環境管理和決策提供強有力的信息支持。建設目標具體包括：
①建立惠州市1:10000比例尺基礎空間數據庫，實現對惠州市基礎多要素 地理信息的顯示和檢索；
②采用SQL Server 2000建立惠州市水環境信息管理系統的屬性數據庫，實 現惠州市水環境監測點位、污染源等要素的標注及主要相關環境要素的準確定 位；
③開發基于GIS和數據庫技術的水環境信息管理系統，實現圖形顯示、圖 層管理、圖形輸出及圖屬互査等基本操作；實現惠州市水環境監測信息的可視化 管理，包括監測點位的添加、査詢、修改和刪除及監測數據的査詢、修改、分析 和輸出等基本操作;實現水環境質量評價，并對評價結果進行統計及可視化表達； 實現企業污染源管理，可對污染企業及監測數據進行査詢、登記、修改和刪除， 并可對企業污染源的經濟指標及排污量數據進行統計分析，生成統計圖和專題 圖；實現緩沖區分析、疊加分析、廠址選擇等簡單空間輔助決策分析；實現報表 和專題圖制作；實現數據交換、備份和恢復、用戶管理和日志管理等功能。
2.3.3開發環境
系統開發環境包括系統開發語言、開發平臺和后臺數據庫三個部分。
2.3.4結構設計
按照''集中管理、分布實施”的原則，本系統采用C/S （客戶機/服務器）的 開發體系，邏輯框架基于標準的多層體系結構，分別是用戶操作層、環境業務處 理層、數據連接檢索層和數據管理層（如圖2-2）。其中，數據層包括環境屬性數 據庫（如企業信息數據表、企業圖片信息、污染源基本信息、環境質量評價指標 數據等）、基本空間數據庫（地形圖、專題圖和DOM圖像等）。
圖2-2系統結構圖
Fig. 2-2 Structure of System
C/S結構可以實現分布式計算、分析、處理、顯示和打印，具有可擴充性、 開放性與可靠性高、性能與靈活性強等優點，是目前應用廣泛的一種處理結構。 C/S以網絡為基礎，其中客戶機在前臺負責處理用戶的業務需求，服務器在后臺 負責數據的存儲、管理和文件服務。工作流程為客戶機按用戶的應用功能，向服 務器發送數據及文件服務請求，而服務器收到請求后，按要求進行數據查詢、分 析等處理，并將結果反饋給客戶機進行界面處理和顯示。
2.3.5功能設計
其核心功能模塊是：數據管理模塊、趨勢統計分析模塊、水環境質量評價模 塊、企業污染源管理模塊、簡單輔助決策分析模塊。本論文主要研究內容包括以 下幾個方面：
(1)基本GIS功能
作為一個基于GIS的信息管理系統，應該具備一些常用的圖形操作功能， 如視圖變換、圖屬互査、圖層管理及其它輔助功能。
①視圖變換功能
可以根據用戶需要，利用系統的全圖、漫游、放大、縮小、刷新、測量等視 圖變換功能來顯示各種環境要素的地理信息。
②圖屬互查功能
通過圖形的點選、矩形選、多邊形選功能來查看選擇圖形要素的屬性數據， 通過屬性數據可以查詢和定位到滿足條件的圖形數據，利用這些功能可以實現水 環境監測點位、環境設施和重點污染源位置的查詢與定位，并獲取相關的屬性信 息。
③圖層管理功能
可以根據用戶需要，通過設置各個圖層的顯示或隱藏，來突出顯示某些環境 要素，以滿足圖屬互查和專題制圖的需要。此外，圖層管理功能還應該具備圖層 的重命名、符號化、地圖標注及渲染等管理功能。
④其它輔助功能
其它輔助功能包括超鏈接、鷹眼隱藏/顯示、擦除選擇對象等功能。
（2） 數據管理功能
數據管理功能主要是實現監測點位、監測數據和圖形數據的錄入、刪除、修 改、査詢及數據的導入與導出。在企業污染源模塊，數據管理功能主要體現在對 污染企業信息及監測數據的査詢、修改、添加、刪除及導入與導出。
（3） 數據處理功能
數據處理是對輸入的原始信息進行再加工的過程。隨著時間的推移，水環境 數據需要不斷的更新與完善，所以系統應該提供方便靈活的數據更新功能，用戶 可以隨時根據需要修改、編輯各種數據信息。系統通過與應用模型的結合，還可 以實現對原始數據統計分析、水質評價及緩沖區分析、疊加分析、廠址選擇等簡 單空間輔助決策分析，為用戶提供所需的信息。
（4） 成果輸出功能
成果輸出功能就是將用戶進行數據分析的結果或者査詢的結果以合適的格 式和形式輸出。對于查詢、統計、評價等功能，提供相應的統計報表和專題圖， 可供選擇的圖形有折線圖、柱狀圖、餅狀圖等。輸出形式有兩種：存儲在計算機 盤符中和打印輸岀。
（5） 系統管理與安全維護功能
該功能主要完成數據交換、用戶權限管理、日志管理及數據備份和恢復等。
2.3.6數據庫設計
本研究選用標準的關系型數據庫SQL Server 2000作為后臺數據庫來存儲空 間數據和屬性數據，空間數據的存取主要使用ArcSDE來實現，屬性數據的存取 主要通過OLEDB來完成。
（1） 空間數據庫設計
空間數據來源于惠州市環保局，由基礎地理數據和環境專題數據兩部分組 成，而每個部分又包含若干專題圖層⑸］,主要包括基礎地理空間數據、監測區 域分布圖（河流、湖庫、近海）、監測點分布圖（河流、湖庫、近海）、河流斷面 專題圖等。所有原始的空間數據都是以shape格式存儲在SQL Server 2000中， 通過ArcSDE來完成存取過程，并采用圖層分組的形式來管理。
（2） 屬性數據庫設計
屬性數據主要包括測點歷年的監測業務數據、排污口基本信息、污染企業基 本信息、工業企業廢水排放利用情況、水環境水體水質目標體系、水環境政策、 法規及相關標準等。本系統采用SQL Server 2000來構建和管理屬性數據庫。總 體上，屬性數據庫是由若干數據表構成的，數據表之間通過關鍵字段進行合理連 接，具有査詢、修改、儲存、刪除等功能，能夠很好地滿足水環境數據分析處理 的需要。
（3）數據庫連接設計
系統采用統一數據模型來管理數據供】，這種方式可以很好地保證數據的一 致性和完整性。具體操作方法就是采用大型商業數據庫來實現空間數據和屬性數 據的統一存儲，并在數據庫和客戶端之間增加ArcSDE空間數據引擎和OLEDB 屬性數據引擎來存取空間數據和屬性數據。
2.4本章小結
本章首先從系統開發必要性、需求和數據三個方面對系統開發進行了簡要分 析，然后從系統開發頂層設計的角度對系統的總體設計進行了闡述，說明了設計 的原則、設計的目標、開發環境、結構設計、功能設計及數據庫設計。
3系統詳細設計
3.1開發環境
3.1.1開發語言的選擇
系統開發語言選擇的是微軟公司推出的一種面向對象的結構化高級編程語 言——Visual Basic (VB),可以用于開發Windows環境下的各類應用程序。VB 是當前最為流行、最為先進的組件式開發語言之一，易學好用，功能強大。VB 可以快速、多層次地訪問組件的界面層、業務處理層和數據管理層，也可以很容 易地與組件式GIS進行無縫集成，同時VB具有對象竝與嵌入、動態數據交換、 動態鏈接庫及對數據庫操作等功能，這使得應用軟件的通信傳輸及對后臺數據庫 的管理都十分方便。采用VB進行程序設計，具有開發周期短、編程工作量小的 優勢，并且開發出的界面友好美觀。
根據水環境信息管理的需求及VB的特點，采用VB作為系統集成開發的編 程語言是高效可行的。
3.1.2開發平臺的選擇
系統使用美國ESRI公司開發ArcGIS 9.2作為開發平臺，具有結構簡潔、功 能強和穩定性好的特點。ArcGIS 9.2提供了一系列用于實現數據顯示、編輯、查 詢和分析等功能的嵌入式GIS組件，通過這些組件，可以實現簡單的GIS應用。 通過與專業型模型的分析組件集成，還可以開發出具有針對性的輔助功能。
3.1.3后臺數據庫的選擇
數據庫選用微軟公司的MS SQL Server 2000,位于C/S (Client/Server)的 Server端。MS SQL Server 2000是一個多用戶的關系數據庫管理系統，它將 windows NT操作系統的能力、可靠性與可擴展性、C/S數據庫管理功能有機結 合，可以為復雜環境下重要的商業應用的實現提供一個強有力的平臺。
此外，空間數據引擎采用ArcSDE,屬性數據引擎采用OLEDB。
3.2界面設計
系統的界面設計遵循“界面友好美觀”和“可擴展性強”的原則，擬定的主 界面設計圖如圖3-1所示。
標題欄
菜單欄
工具欄
圖層控制區 地圖顯示區
鷹眼
當前比例尺 狀態欄（當前操作提示區） 狀態欄（坐標顯示）
圖3-1主界面設計
Fig. 3?1 Design of Main Interface
3.3程序邏輯結構的設計
采用關系型數據庫SQL Server 2000來構建數據庫，數據模型采用關系模型, 即用二維表來表示數據與數據間的聯系。不同的數據及數據間的關系被封裝成不 同的類，并用類圖（Class diagram）來顯示模型的靜態結構，特別是模型中存在的 類、類的內部結構以及它們與其他類的關系等。如數據管理模塊，系統將監測點 位信息、監測數據等封裝成相應的類，同時每個類都具有與之對應的集合類。系 統的類圖設計見圖3-2。
3.4數據庫的設計與實現
3.4.1空間數據庫的設計與實現
空間數據由惠州市環境保護局提供，主要分為基礎地理數據和環境專題數據 兩大部分。所有原始的空間數據都是以shape格式存儲在SQL Server 2000中， 通過ArcSDE來完成存取過程，并采用圖層分組的形式來組織和管理。圖上所有 要素都抽象為點、線、面三種要素類型，根據不同的專題分成不同的圖層，而一 個圖層就是一個含有特定圖形對象的數據表。
(1)基礎地理數據
根據現有的基礎地理數據源，將其分為以下幾個圖層，如表3-1所示: 表3-1基礎地理數據分層及文件命名表
Table3-1 Stratification and File Naming of Basic Geographic Data
要素類別 數據層 中文名稱 圖層 代碼 數據層描述 要素類型
市界 SJTB 市界圖斑 面狀
行 市界線 SJX 市界線 線狀
境界 政 縣界 XJTB 縣界圖斑 面狀
界縣界線 XJX 縣界線 線狀
線鄉鎮界 XZTB 鄉鎮界圖斑 面狀
鄉鎮線 XZX 鄉鎮界線 線狀
政府駐點 ZFZZ 市、縣、鎮、鄉政府駐地 點狀
居民地 居民區 JMQZ 鄉級以下居民地 面狀
工業區 GYQZ 工業區 面狀
海岸線 HAXH 海岸線 線狀
海部要素 島嶼 DYH 海島 面狀
等深線 DSXH 水深線 線狀
公路 GOLU 1高速公路、2等級公路 面狀
交通 3簡易公路
鐵路 TILU 鐵路 線狀
單線河 DXSX 單線河及單線渠 線狀
水系 雙線河 SXSX 雙線河及雙線渠 面狀
湖泊水庫 HPSX 湖泊、水庫及池塘 面狀
地形 等高線 DGDX 一定間隔的等高線 線狀
高程點 GCDX 主要山峰高程點 點狀
交通注記 JTZJ 各類道路、鐵路注記 點狀
水系地名 SXZJ 各類水系注記 點狀
注記 地名注記 DMZJ 城鎮名稱 點狀
地形注記 DXZJ 高程、山峰等 點狀
其它注記 QTZJ 圖廓整飾的有關信息 點狀
基礎地理數據各個圖層的屬性項及屬性表結構，如表3-2所示：
表3-2 基礎地理數據屬性項及屬性表結構
Table3-2 Attribute Item and Structure of Basic Geographic Data
圖層代碼 圖層名稱 關鍵字段代碼 關鍵字段名
市級區劃 XZDM 行政區劃擴充代碼
SJTB
NAME 漢字地名
縣級區劃 XJDM 行政區劃代碼
XJTB
NAME 漢字地名
鄉級區劃 XZDM 行政區劃擴充代碼
XZTB
NAME 漢字地名
政府駐點 Class 級別
ZFZZ
ZFZZM 政府駐點名
JMQZ 居民區 JMQZM 居民區名
GYQZ 工業區 GYQZM 工業區名
GOLU 公路 DLFL 道路分類.
DLMC 道路名稱
TILU 鐵路 TLFL 鐵路分類 鐵路名稱
TLMC
HLFL 河流分類
HLIU 線狀水系 HLDM 河流代碼
HLMC 河流名稱
SXFL 水系分類
MZSX 面狀水系 SXDM 水系代碼
SXMC 水系名稱
JTZJ 交通注記
SXZJ 水系注記
DLZJ 地類注記 ZJNR 注記內容
DMZJ 地名注記
DXZJ 地形注記
DLEI 地類圖斑 DLDM 地類代碼
DGDX 等高線 GD 高度
GCDX 高程點 GC 高程
DLX 電力線
（2）環境專題數據
本系統根據現有的環境專題空間數據源將環境專題空間數據庫劃分為以下 幾個圖層，具體見表3-3。
表3-3環境專題空間數據分層及文件命名表
Table3-3 Stratification and File Naming of Spatial Data in Environmental Special
要素
類別 數據層 中文名稱 圖層 代碼 數據層描述 要素
類型
水環境功 河流段水功能區 FuncR 主要對河流各段水功能等級的劃分 面狀/ 線狀
能區劃 湖庫水功能區 FuncL 主要對湖庫水功能等級的劃分 面狀
近海區功能區 FuncH 主要對近海區水功能等級的劃分 面狀
城市區域 區域功能區劃 FuncQ 主要城市區的生活區、工業區、混合區等 面狀
功能區劃 劃分和描述
河流斷面 RivCD 各河流斷面的水質監測點位情況 點狀
水環境監 測點位基 本情況 湖庫測點 HKCD 各湖庫的水質監測點點位情況 點狀
近海區測點 JHCD 近海區的水質監測點點位情況 點狀
飲用水源地測點 YSCD 飲用水源地水質監測點點位情況 點狀
企業廢水排放口 點位 QFSC
D 廢水排放口基本情況及執行標準 點狀
水環境污 染源分布 企業污染源 QYPS 企業污染（廢水）源點位分布 點狀
環境基礎 城市污水處理廠 FSCL 對城市污水處理廠的分布情況進行描述 點狀
設施建設 城市自來廠 CITW 對城市自來水廠處理能力情況描述 點狀
環境專題空間數據各個圖層的屬性項及屬性表結構，如表3-4所示:
表3-4環境專題空間數據屬性項及屬性表結構
Table3-4 Attribute Item and Structure of Spatial Data in Environmental Special
圖層代碼 圖層名稱 關鍵字段代碼 關鍵字段名
FuncR 河流段水功能區 ID 編號
FuncL 湖庫水功能區 ID 編號
FuncH 近海區功能區 ID 編號
FuncQ 區域功能區劃 ID 編號
河流斷面 ID 編號
RivCD Cod_CeP
測點代碼
湖庫測點 ID 編號
HKCD Cod_CeP
測點代碼
近海區測點 ID 編號
JHCD Cod_CeP
測點代碼
飲用水源地測點 ID 編號
YSCD Cod_CeP
測點代碼
QFSCD 企業廢水排放口點位 ID 編號
Cod CeP 測點代碼
水環境功能區包括河流、湖庫和近海區功能區，水功能區劃圖層的屬性數據
表都是以代碼為主鍵，來實現系統中數據表之間的連接。以河流段水功能區圖層
為例，來說明水環境功能區圖層的屬性數據結構。 表3-5展示了河流段水功能區
圖層的屬性數據結構情況。
表3-5河流段水功能區圖層的屬性數據結構表
Table 3-5 Attribute Data Structure of Water Function Area Layer of River Reach
字段 字段 字段 字段 是否 備注
代碼 名稱 類型 長度 為空
ID 編號 int 4 N
FunSY 功能區劃分始年份 date 8 N 默認：
2001-1-1
FunEY 功能區劃分終年份 date 8 N 默認：
2005-1-1
Nam_R 河流段名稱 nvarchar 30 Y
Cod_R 河流段代碼 nvarchar 12 Y 主鍵
Nam_RivFun 該河段水功能區名稱 nvarchar 30 N
Cod_RivFun 該河段水功能區代碼 nvarchar 12 N
Nam_Wat 水系名稱 nvarchar 30 N
Cod_Wat 水系代碼 nvarchar 12 N
Nam_FunW 流域水功能區名稱 nvarchar 30 Y
Cod FunW 流域水功能區代碼 nvarchar 12 N
注：河段水功能區是個動態的變量,根據動態監測的數據而定；流域水功能區是個靜態的變 量；由環境規劃部門所定。
區域水功能區圖層的屬性數據結構如表3-6所示：
表34區域水功能區圖層的屬性數據結構表
Table 3-6 Attribute Data Structure of Regional Water Function Area Layer
字段 字段 字段 字段 是否 備注
代碼 名稱 類型 長度 為空
ID 編號 int 4 N
Cod_Afun 區域功能區代碼 nvarchar 12 N 主鍵
Nam Afun 區域功能區名稱 nvarchar 30 Y
水環境監測點位主要包括河流斷面、湖庫測點、近海區測點、飲用水源測點 和企業廢水排放口點位。水環境監測點位圖層的屬性數據表都是以測點代碼為主 鍵，來實現系統中數據表間的連接。以河流斷面監測點位圖層為例，來說明水環 境監測點位圖層的屬性數據結構。表3-7展示了河流斷面監測點位圖層的屬性數 據結構情況。
表3-7河流斷面監測點位圖層的屬性數據結構表
Table 3-7 Attribute Data Structure of Monitoring Site Layer of River Section
字段
代碼 字段 名稱 字段 類型 字段 長度 是否 為空 備注
ID 編號 int 4 N
Cod_CeP 測點代碼 nvarchar 12 N 主鍵
Nam_CeP 測點名稱 nvarchar 30 Y
Nam_con 所屬行政區名稱 nvarchar 30 N
Adr_Cep 測點地址 nvarchar 50 N
Nam_MonP 監測站代碼 nvarchar 30 N
Nam_Frac 斷面名稱 nvarchar 30 N
Contlev_frac 斷面控制級別 nvarchar 10 N 默認：縣控
河流水質執行標 默認
R wqes nvarchar 11 N
準 GB3838-2002
longitude 經度 nvarchar 11
latitude 緯度 nvarchar 11
Nam_L 河流名稱 nvarchar 30
所屬流域主要河
Cod_MainHL 流代碼 nvarchar 12 默認東江
斷面水域功能代
Nam Watfunc nvarchar 12
碼
X X numeric 10(4) Y
Y Y numeric 10(4) Y
說明：［1］、測站代碼：同上面“監測站代碼（代碼）”
［2］ 、河流名稱及河流代碼：①東江②西枝江③沙河④公莊河⑤淡水河⑥其它
［3］ 、斷面控制級別：①國控②省控③市控④縣控
［4］ 斷面水域功能代碼：1生活區、2工業區劃3灌溉區4飲用區5發電6游覽0其它
表3-8展示了企業污染源分布圖層的屬性數據結構情況。
表3-8企業污染源分布圖層的屬性數據結構表
Table 3-8 Attribute Data Structure of Pollution Source Distribution Layer
字段 字段 字段 字段 是否 備注
代碼 名稱 類型 長度 為空
id 編號 int（自動） 4 N
FacLaw_Cod 企業法人代碼 nvarchar 10 N 主鍵
Nam_Fac 企業詳細名稱 nvarchar 40 N
Con__cod 所在區縣代碼 nvarchar 6 Y
Cod_h 行業大類代碼 nvarchar 2 N
Siz_f 企業規模代碼 nvarchar 1 N
Cod_zhuce 登記注冊類型代碼 nvarchar 3 N
C_longitd 中心經度 nvarchar 11 N
CJatitd 中心緯度 nvarchar 11 N
續表3-8:
字段 代碼 字段 名稱 字段 類型 字段
長度 是否
為空 備注
Nam_lp 法人代表姓名 nvarchar 10 Y
Telephone 電話 nvarchar 15 Y
Fax 傳真 nvarchar 15 Y
PostCode 郵政編碼 number 6 Y
Address 企業詳細地址 nvarchar 60 Y
Tim_o 開業時間 nvarchar 15 Y
BeiZhu 備注 nvarchar 50 Y
Products 主要產品 nvarchar 50 Y
Zhongdian 重點污染源 bit Y
城市污水處理廠圖層的屬性數據結構如表3-9所示:
表3-9城市污水處理廠圖層的屬性數據結構表
Table 3-9 Attribute Data Structure of Municipal Sewage Treatment Plant Layer
字段 字段 字段 字段 是否 備注
代碼 名稱 類型 長度 為空
Cod_c 所在區縣代碼 nvarchar 6
Nam_c 所在區縣名稱 nvarchar 40
Cod_pwl 污水廠法人代碼 nvarchar 12 主鍵
Nam_pw 污水廠詳細名稱 nvarchar 40
C_longitd 中心經度 numeric 10 (4)
C_latitd 中心緯度 numeric 10 (4)
Leveljpwh 污水處理級別 nvarchar 3
flow_pwh 污水處理工藝 nvarchar 20
Nam_sNaW 受納水體名稱 nvarchar 8
Cod_sNaW 受納水體代碼 nvarchar 50
Type_sNaWF 受納水體功能區劃 水質類別 nvarchar 4
Area_NaP 納污區域面積 numeric 6
Pop_serv 服務人口 numeric 8
Rate_w 工業廢水比例 numeric 6 (4)
Tim_b 建成投運時間 date 8
Ponent_sj 設計處理能力 numeric 7
AnZh_SB 是否安裝在線監測 設備 char 2
ES_Lev 執行標準級別 char 2
Nam_Con 監測聯系人姓名 nvarchar 10
Call 電話 numble 15
Fax 傳真 char 15
Cod_a 郵政編碼 char 6
Adr pfac 污水廠詳細地址 nvarchar 60
城市自來水廠圖層的屬性數據結構如表3-10所示：
表3-10城市自來水廠圖層的屬性數據結構表
Table 3-10 Attribute Data Structure of Urban Water Works Layer
字段
代碼 字段 名稱 字段
類型 字段 長度 是否 為空 備注
ID 編號 Int 4 N
Nam_Z 自來水廠名稱 nvarchar 30
Cod_Z 自來水廠代碼 nvarchar 12 主鍵
Nam_g 所屬行政區名稱 nvarchar 30
Cod_g 行政代碼 nvarchar 12
CJongitd 中心經度 numeric 10 (4)
CJatitd 中心緯度 numeric 10 (4)
Area 面積 numeric 10 (2)
CLNL y 年供水能力 numeric 10 (2)
（3）空間數據庫的實現
根據惠州市近年惠州市城市體系和生態結構的高速變化，利用最新完成的惠 州市1:10000數字線劃圖（DLG）提取水系、居民地、道路、行政區劃、等高線 等數據建立基礎地理數據庫。SOL Sever 2000將不同的地理信息分別賦予不同的 圖層，使這些數據分別以點文件、線文件、面文件的方式存儲于磁盤中。
將水功能區劃、監測點位、污染源（主要指工業企業）空間分布等數據轉入 SOL sever 2000,并利用其圖形校正功能將以上要素與地理數據進行空間配準， 建立環境專題數據庫。
3.4.2屬性數據庫的設計與實現
相對于空間數據來說，屬性數據不具有空間意義，數據結構較為簡單一些。 雖然GIS具備屬性數據管理的功能，但是單純依賴GIS來組織屬性數據，建立環 境信息管理系統是不合適的。因為環境信息一般來源廣泛，數據量大，時效性強， 若只依靠GIS來建立環境信息系統，容易因數據負荷量大而致使系統運行不靈。 而且有些環境信息與空間位置無關，沒有必要與GIS勉強結合。所以本系統將GIS 與數據庫技術有機結合構建水環境信息管理系統，GIS負責數據的空間分析處 理，數據庫負責數據的組織管理，兩者相對獨立，各自發揮自己的長處和優點， 并通過建立共同屬性來互相訪問和聯系。
屬性數據主要釆用SQL Server 2000來進行管理，主要包括測點歷年的監測 數據、污染源信息和水環境質量評價體系、水體水質目標體系及政策法規、相關 標準等。表與表之間通過關鍵字段進行合理連接，數據的查詢、修改、刪除均通 過存儲過程來完成，而存儲過程主要通過OLEDB引擎來實現。
水環境監測數據表（包括河流、湖庫、近海區、飲用水源和排污口）都是以 測點代碼為主鍵，每個數據表由測點基本信息和監測因子兩部分組成。以河流斷 面監測結果數據表為例，來說明水環境監測數據表的結構。河流監測數據結構如 表3-11所示：
表3-11河流斷面監測結果數據結構表
Table 3-11 Structure of Monitoring Data of River Reach
?£ ¥5 ^5 字段是否
代碼 名稱 類型 長度為空
污染源信息主要包括排污企業的主要經濟指標、廢水處理利用情況、廢水排 放去向、排放途徑、廢水處理設施及污染物處理情況等。介于篇幅控制，本論文
僅介紹前兩個數據表的結構。
企業主要經濟指標數據結構表如表3-12所示:
表3-12企業主要經濟指標數據結構表
Table 3-12 Structure of Major Economic Index Data of Enterprises
字段 字段 字段 字段 是否 備注
代碼 名稱 類型 長度 為空
ID 編號 int 4 N
Cod_FacLaw 企業法人代碼 nvarchar 10 N 主鍵
Nam_Fac 企業名稱 nvarchar 30
Year」 統計年份 datetime 8
Totle_p 當年工業總產值 numeric 8⑵
Products 主要產品名稱與產量 nvarchar 50 Y
Prod_year 年正常生產 int 4 Y （天）
ProValu_h 每小時工業總產值 numeric 8⑵ Y （萬元）
Cost^UnitPro 單位產品能耗量 numeric 8(2) Y
企業廢水處理利用情況如表3-13所示:
表3-13 企業廢水處理利用情況表
Table 3-13 The Situation of Waste Water Treatment and Utilization in Enterprises ¥1 : 字段是否 7?
代碼 名稱 類型 長度為空 備*
續表3-13:
字段 代碼 字段
名稱 字段
類型 字段
長度 是否 為空 備注
DB_Cnt 達標排污口數量 smallint 2 Y
Is Shebei 是否有廢水處理設施 char 6 Y
Cod Way chuli 污水處理方法 nvarchar 2 Y
說明：［1］、“排放途徑”：1未接管直排2通過市政管道直排3納入污水處理廠4集中式外 排0其它
［2］ 、排放去向：1東江2西枝江3污水處理廠0其它
［3］ 、“有無污水處理設施”：1有2無
［4卜“污水處理方法”：1物理處理方法2化學處理方法3物理化學處理方法4生物 處理方法5組合工藝處理方法0其它
3.5本章小結
本章首先確定了系統的開發環境,然后介紹了系統的界面設計和邏輯結構設 計，最后詳細闡述了數據庫設計的主要內容及數據的組織管理方式。
4系統的主要功能及實現
4.1系統主界面分析
該系統操作界面友好而美觀，且人機交互性較強。系統主界面由標題欄、工
具欄、圖層控制區、鷹眼、菜單欄、地圖顯示區及狀態欄等組成，如圖牛1所示:
圖4-1系統主界面
Fig. 4-1 Main Interface of system
＞標題欄是系統的名稱；
＞工具欄集中了系統的一些常用操作，以便用戶使用;
＞圖層控制區可以實現圖層的管理；
＞鷹跟用于控制和顯示視圖在整幅地圖上的位置；
＞菜單欄是系統所有命令的集合；
＞地圖顯示區主要用于圖形的顯示、查詢等；
＞狀態欄主要是用來提示用戶的部分。
4.2基本GIS操作
作為一個基于GIS的信息管理系統，應該具備一些常用的圖形操作功能, 如視圖變換、圖屬互查、圖層管理及其它輔助功能。
4.2.1視圖變換
視圖變換是GIS的基本功能之一，可以按照用戶的需要顯示各種環境要素 的地理信息。系統的“基本工具”菜單提供地圖漫游、放大、縮小、刷新、測量 等操作，如圖4-2所示：
常規全圖漫游放丈縮小選擇查看刷新測量
7
基本工具
圖4?2基本工具操作菜單
Fig. 4-2 Operation Menu of Basic Tool
(1 )全圖顯示
無論地圖是在縮小還是放大狀態，用戶執行“全圖”命令，都可以立即顯示 全圖。
(2)地圖漫游
用戶可以通過在地圖顯示區拖動鼠標，使顯示區范圍外的內容進入顯示區 域，實現地圖的漫游瀏覽。
(3)地圖縮放
用戶可以隨意縮放瀏覽地圖上關系的地物，系統提供兩種實現方式：一是在 地圖窗口內，通過滑動鼠標來進行地圖的縮放；二是通過點擊工具欄中的“放大” 或“縮小”按鈕才實現地圖的縮放。
(4)選擇
“選擇”選項用于地圖上任一地理實體的高亮顯示。
(5)查看
選擇“查看”選項后，用鼠標點擊地圖顯示區任意一點，即可查看該點的數 據表、坐標等信息。
(6)刷新
“刷新”選項用于擦除系統中的操作痕跡。
(7)測量
執行“測量”命令后，可實現地圖上任意兩點之間的距離或選定區域的面積 的快速測量。
4.2.2圖屬互查
通過系統“圖屬互查”菜單中的點查詢、矩形查詢和多邊形查詢操作可以查 看選擇圖形要素的屬性數據，通過“按屬性查詢”選項可以查詢和定位到滿足條
件的圖形數拯，利用這些功能可以實現水環境監測點位、環境設施和重點污染源 位置的查詢與定位，并獲取相關的屬性信息。系統的“圖屬互查”菜單如圖4-3 所示：
點查詢 W V
矩形查詢多邊形查詢 按屬性查詢
圖屬互查
圖4-3基本工具操作菜單
Fig. 4-3 Operation Menu of Basic Tool
(1)按圖形查詢
以點查詢為例，按所選圖形查詢相關屬性信息，可以有效地描述這一功能的 實現過程。進入系統后，在“圖層控制區”激活河流監測點分布圖層，點擊“圖 屬互查”菜單欄中的“點査詢”選項，然后單擊地圖上的任一監測點，則可顯示 出該點位的屬性信息。點查詢操作結果如圖4-4所示：
圖4-4點查詢操作實例
Fig. 4-4 Operation Example of Point Query
(2)按屬性查詢
進入系統后，點擊“圖屬互查”菜單欄中的“按屬性查詢”選項，在其對話 框中根據需求設置相應屬性條件(圖層選擇、字段獲取等)，然后點擊“査詢” 按鈕，在系統地圖顯示區可以顯示滿足條件的圖形數據。
圖4-5按屬性查詢對話框
Fig. 4-5 Dialog Box according to Attribute Query
按湖庫監測點位查詢結果如圖4-6所示:
圖4-6按湖庫監測點位查詢結果
Fig. 4-6 Query Result according to Monitoring Point of Lakes
4.23圖層管理
可以根據用戶需要，通過設置各個圖層的顯示或隱藏，來突出顯示某些環境
要素，以滿足圖屬互查和專題制圖的需要。此外，系統還提供圖層重命名、符號
化、地圖標注及渲染等圖層管理功能。
在圖層控制區的“圖樹”選項對話框中，通過“勾選”操作，可以顯示所需 圖層，去掉“勾號”隱藏不需圖層。在“圖層”選項對話框中，可以進行所選圖 層的重命名、符號化、地圖標注和渲染等的操作。
圖4-7圖層管理對話框
Fig. 4-7 Dialog Box of layer management
圖4-8是惠州市湖泊水系符號化結果實例。
圖4-8湖泊水系符號化結果
Fig. 4-8 Symbolism Result of Lakes
4.2.4其它輔助功能
其它輔助功能包括超鏈接、鷹眼隱藏/顯示、擦除選擇對彖等功能。
4.3數據管理
系統的數據管理模塊主要包括監測點位管理、監測數據管理和圖形數據管理 三大部分，同時根拯用戶需要生成業務管理中常用的統計報表和專題圖。
報表是水體質量信息的綜合，是系統應用的重要成果，是調用數據庫中的許 多數據表經統計計算而生成的。對于報表功能的設計和輸出，系統根據各個表格 的不同特征根據而采用固定或非固定格式，所有任務都需要通過編程實現。用戶 可以隨意挑選某個數據庫的不同字段，或不同數據的相關數據字段生成各式報 表，并以Excel格式進行存儲或打印輸出。數據管理模塊生成的統計報表主要有： 河流監測點基本信息表、湖庫監測點基本信息表、近海區監測點基本信息表、河 流監測數據統計年表、湖庫監測數據統計年表、近海區監測數據統計年表等。
專題圖主要由地理底圖和專題內容構成，是實現空間信息可視化的一個重要 手段。為了適應專門需要，通過定制選項來著重顯示制圖區域內某一種或某幾種 自然現象，所生成的圖形就叫做專題圖。在數據管理模塊，可自動生成的專題圖 主要有：河流監測點位分布專題圖、湖庫監測點位分布專題圖和近海區監測點位 分布專題圖。
“數據管理”菜單如圖4-9所示。
圖4-9數據管理菜單
Fig. 4-9 Menu of Data Management
4.3.1監測點位管理
監測點位管理主要是對河流、湖泊、近海監測點位的查詢、修改、添加、刪 除、移動等，同時還可以將查詢所得的數據生成報表，便于數據導出和打印輸出。 此外還可以根據用戶需求自動生成專題圖。
監測點位管理窗口如圖4-10所示。
圖4-10監測點位管理
Fig. 4-10 Management of Monitoring Site
圖4-11和4-12分別是河流監測點位分布專題圖和湖庫監測點位分布專題 圖。
圖4?11河流監測點位分布專題圖
Fig. 4-11 Thematic Map of Monitoring Site Distribution of Rivers
圖4-12湖庫監測點位分布專題圖
Fig. 4-12 Thematic Map of Monitoring Site Distribution of Lakes
4.3.2監測數據管理
監測點位管理主要完成河流、湖泊、近海監測數據的查詢、修改、添加、移 動等，同時還可以將查詢所得的數據生成報表，便于數據導出和打印輸出。監測 數據管理窗口如圖4-13所示。
圖4-13監測數據管理
Fig. 4-13 Management of Monitoring Data
4.3.3圖形數據管理
圖形數據管理模塊為用戶數捌分析或查詢結果提供了 2種圖形輸出方式， 即：以圖形文件存儲在電腦中或者打印輸出。工具欄中“地圖保存”功能可將視 圖區域中的圖形存儲為相應格式的圖形文件，系統提供輸出地圖格式有：*,jpg 文件、*.bmp文件、*.png文件、*.tiff文件、*.gif文件，圖4-14為導出后*"& 格式的近海區監測點位分布專題地圖。“地圖打印”功能是將視圖區域中的圖形 打印輸出，該功能可以配置打印方向及紙張大小，設置完成后按確定按鈕執行“地 圖打印操作”。
圖4-14導出地圖
Fig. 4-14 Output Map
4.4趨勢統計分析
該功能主要是對河流、湖庫和近海的監測數捌進行趨勢統計分析，并生成相 應的統計圖。
統計圖不僅能清晰而直觀地表達水質狀況，而且還能起到預警的作用，可為
管理者的決策分析提供有力的數據支持。“趨勢統計分析”菜單如圖4-15所示。
河流數據分析 湖庫數據分析 近海數據分析
趨勢統計分析
圖4-15趨勢統計分析菜單
Fig. 4?15 Menu of Trend Statistical Analysis 系統生成的統計圖主要包括某個監測點（河流、水庫和近海監測點）一年內 單種污染物的總量統計分析、歷年各污染物總量的趨勢分析兩類。統計圖的形式 包括折線圖、柱形圖、三維線圖和三維柱形圖等。
下面以“河流數據分析”為例，來說明統計分析和趨勢分析功能的實現過程。
進入系統后，單擊主菜單欄上的“趨勢統計分析”中的“河流數據分析”子 菜單，在彈出的“河流監測數據統計分析”對話框中，選擇“年度統計圖”選項， 并設置成圖條件（年份、測點及監測因子）和圖表屬性（樣式、圖例和標題）， 然后點擊“生成”按鈕，即可生成相應條件下的統計分析圖，如圖4-16所示。
同理，單擊主菜單欄上“趨勢統計分析”中的“河流數據分析”子菜單，在 彈出的“河流監測數據統計分析”對話框中，選擇“歷年趨勢圖”選項，并設置 成圖條件（起始年份、測點及監測因子）和圖表屬性（樣式、圖例和標題），然 后點擊“生成”按鈕，即可生成相應條件下的趨勢分析成果示意圖，如圖4-17、 4-18所示。
圖4-16統計分析柱形圖
Fig. 4-16 Columnar Graph of Statistical Analysis
圖4-17趨勢分析折線圖
Fig. 4-17 Line Graph of Trend Analysis
4.5水環境質量評價
環境評價是按照一定的標準和方法對環境質量給予定性和定量的描述與說 明。水環境質量評價就是以水質監測數據為基礎，選擇合適的水質評價標準和評 價方法，對水環境質量狀況進行定性和定量分級。通過水環境質量評價，可以準 確反映出各段水體的污染程度及主要污染物類別，并且可以對各斷面的綜合污染 程度進行比較，以找出優先控制斷面或指標。因此，水環境質量評價是水環境管 理的基礎，可以幫助管理者了解水質狀況及變化發展規律，為水壞境功能區劃、 水污染控制規劃及水壞境的綜合整治提供科學依據。
由于研究時間有限，本次研究工作僅開發出了地表水水質評價管理模塊，下 面對此模塊進行介紹。
4.5.1評價范圍
系統水質評價模塊主要反映了惠州市地表水體水質污染狀況，主要包括河流 和湖庫兩大部分。評價范圍共包括東江干流及其支流西枝江、增江、公莊河、沙 河和淡水河共6條河流，湖庫12個，分別是西湖、沙田水庫、雞心石水庫、湖 鎮顯崗水庫、福田聯合水庫、公莊水東陂水庫、石壩黃山洞水庫、羅陽稿樹下水 庫、楊村下寶溪水庫、天堂山水庫、梅州水庫、七星墩水庫。
本次評價共有32個水質監測斷面，其中河流監測斷面20個，占總評價斷面 數的62.50%；湖庫監測斷面12個，占總評價斷面數的37.50%。各行政區域水 質監測斷面分布情況見表4-1 o
表4-1各行政區域水質監測斷面分布情況
Table 4-1 The Distribution Situation of Water Quality Monitoring Section in Each Administrative
Region
縣（區） 類別 監測斷面總數 監測斷面名稱 所屬水域
惠州汝湖 東江干流
惠州劍潭 東江干流
惠城區 河流 5 西枝江大石橋 西枝江
西枝江水廠 西枝江
東岸 東江干流
湖庫 1 西湖 西湖
惠陽蘆洲 東江干流
河流 3 三太子水廠 淡水河
惠陽區 淡水城下 淡水河
湖庫 2 沙田水庫 沙田水庫
雞心石水庫 雞心石水庫
惠東城上 西枝江
惠東城下 西枝江
惠東縣 河流 5 淡水河出水口 白盆珠水庫 西技江
勰江
安墩河出水口 西枝江
湖庫 0
河流 2 博羅城下新角 東江干流
博羅公莊河 公莊河
湖鎮顯崗水庫 湖鎮顯崗水庫
博羅縣 福田聯合水庫 .福田聯合水庫
湖庫 6 公莊水東陂水庫 公莊水東陂水庫
石壩黃山洞水庫 石壩黃山洞水庫
羅陽稿樹下水庫 羅陽稿樹下水庫
楊村下寶溪水庫 楊村下寶溪水庫
沙河河口 沙河
龍門城上（城西） 增江
河流 5 龍門城中 增江
龍門縣 龍門城下（戴屋） 增江
九龍潭 增江
天堂山水庫 天堂山水庫
湖庫 3 梅州水庫 梅州水庫
七星墩水庫 七星墩水庫
4.5.2評價指蹤和評價標準
為使評價結果能夠全面地反映惠州市地表水體的實際污染狀況，根據水體使 用功能及現有水質資料，參照國家技術規范及地表環境質量標準，來確定系統水 環境質量現狀評價的指標體系。根據惠州市環境監測站提供的河段及湖庫監測結 果3】，并結合我國水污染總量控制指標，本次評價選擇溶解氧（DO）、五日生化 需氧量（BOD5）、高猛酸鹽指數（CODmQ、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、揮發 酚、氤化物、總汞、總鉛、總鎘、碑和六價箔共12個指標作為河段和湖庫類別 的評價指標；選擇葉綠素a、總磷、總氮和高猛酸鹽指數共4個指標作為湖庫富 營養化狀況的評價指標。
地表水環境質量評價標準采用《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）,各 評價指標具體執行的評價標準見表4-2 I54]O
表4-2 地表水環境質量評價標準(GB3838-2002) mg/L
Table 4-2 Assessment standard on environment quality of surface water mg/L
序號 指標 I類 II類 III類 IV類 V類
1 DO> 飽和率90%
（或 7.5） 6 5 3 2
2 bod5< 3 3 4 6 10
3 高猛酸鹽指數s 2 4 6 10 15
4 nh3-n< 0.015 0.5 1 1.5 2
5 TP< 0.02（湖、庫 0.1（湖、庫 0.2（湖、庫 0.3（湖、庫 0.4（湖、庫
0.01) 0.025) 0.05) 0」） 0.2)
6 揮發酚w 0.002 0.002 0.005 0.01 0.1
7 氯化物w 0.005 0.05 0.2 0.2 0.2
8 汞V 0.00005 0.00005 0.0001 0.001 0.001
9 鉛三 0.01 0.01 0.05 0.05 0」
10 鎘三 0.001 0.005 0.005 0.005 0.01
11 碑V 0.05 0.05 0.05 0」 0」
12 Cr6< 0.01 0.05 0.05 0.05 0.1
4.5.3評價方法
（1）常用評價方法介紹
從水質評價工作開展以來，國內外已經開發出幾十種水質評價方法，目前較 為常用的方法主要有以下幾類：單因子評價法、污染指數法、模糊評價法、灰色 評價法和人工神經網絡法等。
①單因子評價法
根據悲觀評價原則，單因子評價法以水質最差的單項指標所屬類別來確定水 體綜合水質類別，即只要有一項（或數項）不符合某類水質標準，則以該水質不 符合該類標準計的方法。具體方法是：用水體各監測項目的監測結果對照該項目 的分類標準，確定該項目的水質類別，在所有項目的水質類別中選取水質最差類 別作為水體的水質類別[55】。單因子指數（也稱等標污染負荷）的計算公式為：
S,=G/Cs, (6-1)
式中：&——水質評價指標單項指數；
C,——評價指標7的實測濃度均值，mg/L；
CS/ 評價指標z•的評價標準限值，mg/Lo
對于DO這類隨濃度增加而危害程度下降的評價指標，其污染指數的計算公 式為：
S& =(Os -DO、© -DO&) (6-2)
式中：Sq。——溶解氧的單項水質指數；
Os——某水溫、氣壓條件下的飽和溶解氧濃度(mg/L),其計算公式為： Os =468/(31.6 + 7), T 為水溫(°C)；
DOt——溶解氧的實測濃度均值；
DOSi—-溶解氧評價標準限值。
&是監測值與標準值的比值，是一個無量綱的數，在一定條件下，能夠表示 水質相對污染情況。對某一污染物而言：
當£<1.0,表示水質清潔；
當&=1.0,水質處于臨界狀態。
當&>1.0,說明水質已污染；
②污染指數法
污染指數評價法是用水體各監測項目的監測結果與其評價標準之比作為該 項目的污染分指數，然后通過各種數學手段將各項目的分指數綜合而得到該水體 的污染指數，以此作為評定水體水質的尺度。
由于對分指數的處理方式不同，水質評價綜合污染指數也存在著不同的形 式，如算術平均值指數、加權平均指數和最大值指數等［旳。其中，均值指數(也 叫綜合污染指數)較能反應水體水質狀況，應用較為廣泛，其計算公式為［57】：
1 n I n
/ =—$G/Cs,=丄£》 (6-4)
式中：/一水質綜合污染指數；
n——評價因子數量。
③模糊評價法
水環境本身存在大量的不確定因素，而且水質污染程度與水質分級相互聯系 并具有模糊性，所以把模糊數學理論引入到水質評價中，用模糊數學集的隸屬度 函數來描述水質分級接線，可以使評價結果更接近于實際情況。模糊評價法的基 本思路是：由監測數據建立各評價指標對各級標準的隸屬度集，形成隸屬度矩陣， 再把評價指標的權重集與隸屬度矩陣相乘，獲得一個綜合評判集，進而得到綜合
評價結果【冏。基于模糊數學理論的水質評價的方法主要有模糊綜合評價法、模 糊模式識別法、模糊聚類法、模糊距離法等【別。
④灰色評價法
灰色系統是部分信息已知，部分信息未知或不確定的系統。我們所獲得的水 環境信息數據都是在有限的時間和空間范圍內監測得到的，是不完全或不確切 的，所以可以將水環境信息系統視為一個灰色系統。灰色系統原理應用于水質評 價中的基本思路是：計算水體水質中各因子的實測濃度與各級水質標準的關聯 度，然后根據關聯度大小確定水質的級別。對處于同類水質的不同水體可通過其 與該類標準水體的關聯度大小進行優劣比較。灰色關聯理論用于水質評價的方法 主要有灰色關聯評價法、灰色聚類法、灰色聚類關聯法、灰色貼近度分析法、灰 色模式識別法等【砌。
⑤人工神經網絡法
人工神經網絡是一種由大量處理單元組成的非線性自適應的系統，它能夠模 擬生物神經系統對真實世界物體所作岀的交互反應。在水質評價中應用較為廣泛 的人工神經網絡模型有B-P模型和Hopfield模型。
B-P模型是運用誤差反傳算法的網絡模型，其中心思想是調整權值使網絡總 誤差最小，通過反復的正向傳播和反向傳播，不斷地修改各層神經元的權值和閾 值來減少誤差函數，直到得到某一相當小的正值或進行迭代運算時誤差函數不再 減少⑹】。
Hopfield模型是具有模式聯想功能的反饋式網絡模型，它用能量函數的思想 形成一種具有對稱連接的遞歸網絡來執行計算。
(2)評價方法的比較與選擇
在以上幾種常用的評價方法中，除單因子評價法之外，都屬于綜合評價法。 單因子評價法簡單明了、操作方便，但它只能反映個別污染較嚴重的評價因子， 不能對水質狀況進行綜合評價。而綜合評價法更能全面地反應水體污染的綜合情 況，但是都有一定的使用條件，必須得根拯所評價水體的污染類型、區域尺度、 評價目的、評價參數及檢測水平等來選用。所以本系統水環境質量評價模塊采用 應用范圍廣泛的綜合污染指數方法對惠州市地表水環境狀況進行評價。
采用綜合污染指數評價地表水水環境質量時，可以根據水質綜合污染指數I 的大小將其由優至劣分成六級【62】。表4-3是地表水水質綜合評價分級情況。
表4-3地表水水質綜合評價分級表
Table4-3 Comprehensive evaluation classification on surface water quality
I 級別 分級依據
I<0.2 清潔 多數項目未檢出，個別項目檢出也在標準內
0.2<I<0.4 尚清潔 檢出值均在標準內，個別接近標準
0.4<I<0J 輕污染 個別項目檢出值超過標準
0.7<I<1.0 中污染 有兩項檢出值超過標準
1.0<I<2.0 重污染 相當一部分檢出值超過標準
Q2.0 嚴重污染 相當一部分檢出值超過標準數倍或幾十倍
4.5.4評價的實現
環境質量評價圖是環境質量評價的基本表達方式和手段。在水環境質量評價 模塊中，通過設定時間和評價水體區域來制作水質評價圖，以反映同一時間不同 區域的水環境質量狀況,評價結果按照水體綜合污染指數以不同顏色填充在面狀 要素上，或用不同線顏色來表征河流段水體質量好壞，呈現出從好到差的逐級漸 變趨勢。 ：盤
對于線要素的河段用不同的線顏色來體現水體質量好壞；面要素的河流段用 等值線法來表征河流水體區域的環境質量好壞；湖庫用等值線法來表征湖庫水體 的環境質量好壞。
.以東江干流為例，來描述河流水環境質量評價的實現過程。進入系統后，在 “圖層控制區"依次激活“面狀河”、“河流監測區域分布圖”和“河流斷面分 布圖”圖層，點擊“水質分析”菜單欄，然后在彈出的對話框中設定評價年份和J 評價指標（此次操作選擇評價年份為2005年，全選4.5.2節確定的12個評價指 標），點擊“分析”按鈕可以得到東江干流的水質評價圖，如圖4-19所示。
閔例
污J»VF價居色51
無數18
輕污祭 中污束 :■污泉 產■污束
圖4-19 2005年東江年水質評價圖
Fig. 4-19 Water Quality Assessment Map of Dongjiang in 2005
由上圖可知，2005年東江干流5個監測斷面均達到了國家II類水質標準， 惠州蘆洲和惠州汝湖斷面的主要污染物是鉛，表現為工業型污染；惠州劍潭和東 岸斷面的主要污染物是氨氮，而博羅城下新角斷面的污染物為髙鎰酸鹽，這三個 斷面均表現為生活型污染。
湖庫水質評價成果示意圖如圖4-20所示。
圖4-20 2005年博羅縣湖庫水質評價圖
Fig. 4-20 Water Quality Assessment Map of Boluo's Lakes in 2005
由上圖可知，2005年博羅縣6個湖庫中有3個缺少監測數據，剩下的石壩 黃山洞水庫、福田聯合水庫和湖鎮顯崗水庫都只達到了國家IV類水質標準，未 達到國家II類水質目標，這3個水庫的主要污染物均是總磷，有富營養化的表 現。
4.6企業污染源管理
企業污染源管理的主要功能是對污染企業信息及監測數據進行查詢、修改、 添加及刪除，并實現企業監測數據的導入、導出及打印，而且可以對企業污染源 的經濟指標及排污量數據進行統計分析，生成統計圖和專題圖。該模塊與GIS 相結合，實現了企業污染源的可視化管理及在地理地圖上的快速定位。
4.6.1污染企業信息管理
污染企業信息管理模塊的功能主要是對污染企業信息進行查詢、修改、添加 和刪除。污染企業信息主要包括企業名稱、法人代碼、法人姓名、詳細地址、聯 系人、聯系電話、郵政編碼、行業名稱、企業規模、廢水排放去向等。
可以按照區縣或企業名稱來查詢污染企業的基本信息，圖4-21為污染企業 基本信息查詢操作界面。
圖4-21污染企業基本信息查詢界面
Fig. 4-21 Interface to Query Basic Infonnation of Polluting Enterprise
污染企業信息修改對話框如圖4-22所示。
:金業3S*iai«效JB桂BS
圖4-22污染企業信息修改對話框
Fig. 4-22 Dialog Box to Amend Information of Polluting Enterprise
污染企業信息的添加操作界面如圖6-23所示。這一功能實現了污染企業的 信息登記，信息登記包括空間信息和屬性信息登記登記兩個方面。空間信息即污 染企業的地理位置信息，用戶可以直接在底圖上用鼠標點擊確定，系統會自動將 其空間信息存儲在SOL Sever 2000的空間數拯數據庫中。用戶將污染企業的屬
性信息填寫在相應的文本框中，點擊“添加”按鈕，系統會自動將該信息存儲于 SOL Sever 2000的屬性數據庫中。
圖4-23污染企業信息添加對話框
Fig. 4-23 Dialog Box to Add to Information of Polluting Enterprise
在污染企業信息管理模塊，還可以生成一些企業污染源日常管理中常用的專 題圖，如所有企業的分布圖、重點企業分布圖、廢水超標企業分布圖、企業廢水 的排放去向圖等。
圖4-24是惠州市重點污染企業的分布圖。
圖4-24重點污染企業分布圖
Fig. 4-24 Distribution of Key Polluting Enterprise
4.6.2污染企業監測數據管理
污染企業監測管理模塊的功能主要是對污染企業監測數據進行查詢、修改、 添加和刪除，并實現企業監測數據的導入、導出及打印。污染企業監測數據主要 分為三類，即企業主要經濟指標數據、企業廢水處理利用數據和企業廢水排放統 計數據。其中，企業主要經濟指標數據主要包括年工業總產值、年正常生產時間、 單位產品能耗量、每小時工業總產值、主要產品名稱與產量等；廢水處理利用數 據主要包括工業用水量、生活用水量、新鮮用水量、重復用水量、廢水排放總量、 核查廢水排放量、達標排放量和超標排放量等，企業廢水排放統計數據主要包括 廢水中污染物名稱及其去除量、排放量、等標污染負荷等。
污染企業監測數據管理菜單如圖4-25所示。
監測魁鋸笞理
查詢條目： J
查詢條件： 曲
條件取值： id
查詢監測數據 住測數券添加監測釣耀修改 導出監測參據 導入監淞數據 *
打印監測數據 選擇測點添加數據刷斬迭據渡
0 *5.
圖4-25污染企業監測數據管理菜單
Fig. 4-25 Menu of Monitoring Data of Polluting Enterprise
污染企業監測管理模塊不僅支持監測數據的查詢，而且能夠將查詢結果生成
*.xls、*.卩£1£或*山1形式的報表或打印輸出。圖4-26是查詢造紙企業廢水排放統
計數據，并以報表形式輸出的操作界面。
圖4?26廢水排放統計數據查詢操作界面
Fig. 4-26 Operati ng In terface to Query Statistical Data of Wastewater Emission
4.63污染企業廢水數據統計分析
在污染企業廢水數據統計分析模塊，可以按行業、按區縣或按排放去向對污 染物排放量和年統計量進行統計分析，分析結果可以以線圖、柱形圖、餅圖等形 式的統計圖輸出，并且還可以將分析結果顯示在地理底圖上，生成相應的專題圖， 清晰而直觀地表達污染企業的新鮮用水狀況、廢水及污染物排放狀況。
下面以“按區縣對廢水數據統計分析”為例，來說明這一功能的實現過程。 對污染企業廢水數拯，按區縣可進行一年內各區縣幾個年統計量的比較、一年中 一個區縣幾個年統計量的比較、一年中幾個區縣一個年統計量的比較、幾年中一 個區縣內一個年統計量的比較、各區縣一種年統計量的變化趨勢分析、一年內各 區縣兒個污染物的比較、一年中一個區縣幾個污染物的比較、一年中幾個區縣 個污染物的比較、幾年中一個區縣內一個污染物的比較、各區縣一種污染物的變 化趨勢分析，并生成相應的統計圖和專題圖。
進入系統后，單擊主菜單欄上的“企業污染源管理”中的“統計分析”子菜 單，在彈出的對話框中，選擇“按區縣”選項，并設置統計條件（區縣、統計時 間段及統計方式）、統計對象（按污染物或按年統計量）和圖表屬性（樣式、圖 例和標題），然后點擊“生成”按鈕，即可生成相應條件下的統計分析圖。本次 操作按照區縣對惠州市各區縣2005年的新鮮用水量、企業上報廢水排放量和廢
水調查排放量進行統計分析，生成柱形分析圖如圖4-27所示。
圖4-27 2005年各區縣幾個年統計量的比較統計圖
Fig. 4-27 Statistical Graph of Comparision of Sereral statistics in Huizhou Districts in 2005
相應條件下的專題圖如圖4-28所示。
圖4-28 2005年各區縣幾個年統計量的比較專題圖
Fig. 4-28 Thematic Map of Comparision of Sereral statistics in Huizhou Districts in 2005 按區縣對某年污染物的排放量進行統計分析，生成線形分析圖如圖4-29所
Zjf O
圖4-29 2005年各區縣幾個污染物排放量的比較統計圖
Fig. 4-29 Statistical Graph of Comparision of Sereral pollutant emission in Huizhou Districts in
2005
相應條件下的專題圖如圖4-30所示。
圖4-30 2005年各區縣幾個染物排放量的比較專題圖
Fig. 4-30 Thematic Map of Comparision of Sereral pollutant emission in Huizhou Districts in
2005
4.7簡單空間輔助決策
4.7.1緩沖區分析和疊加分析
緩沖區分析是根據指定的距離在點、線和多邊形地理實體周圍自動建立一定 寬度的區域范圍的分析方法【⑼，可以顯示某河流段對周邊環境（如居民生活） 的影響，也可以有效地顯示工業點污染源在空間位置上對水源地水系的影響。疊 加分析主要是實現污染負荷的空間分析功能，通過將行政區劃圖層（鄉、鎮）與 主要污染源圖層作疊置分析實現。
利用GIS的緩沖區分析、疊加分析功能，可以實現對惠州水環境污染情況 的分析、評價和預測。如發生某污染事故，監測站可以根據其附近的幾個濃度點 的監測數據與已知水文條件，及時反向推定污染源強最大點，即污染事故地點以 及對污染物在區域環境中的擴散分布狀況進行模擬預測，即估算遭受此突發事件 影響的范圍和企業單位，從而為采取相應防治對策提供幫助。
圖4-31是西枝江1000m范圍內線緩沖區分析實例。
圖4-31緩沖區分析
Fig. 4-31 Buffer Analysis
4.7.2企業選址可行性分析
企業選址可行性分析模塊主要是評估新增企業的排放廢水中的COD和 NH3-N對河流水系水質的影響，對企業選址的可行性分析具有一定的輔助作用。 該模塊的操作界面如圖4-32所示。由圖可知，排放至惠州汝湖水域的COD和 NH3-N分別為170.00噸和4.00噸,汝湖水域的COD和NH3-N容量分別為979.00 噸和24.00噸，附近新增一個每年排放5.00噸COD和1.00噸NH3-N的企業,
并不會導致汝湖水域COD和NH3?N的超標。
水域代碼:
水取名鮎 污r將英型 污口 "1巳可旳 '祗増馬如值 Utrft
■cod g?9 170 5 0
專陽聲洲•再州... W3-N 24 4 1 0
圖4-32企業選址可行性分析
Fig. 4-32 Feasibility Analysis of Enterprise Location
4.8系統管理與安全維護
系統管理與安全維護主要包括以下功能：數拯交換、數拯備份和恢復、用戶 權限管理、H志管理等。
4.8.1數據交換
數據交換包括兩個部分:數據導入與數據導出。數據導入主要是從Excel數拯 格式導入到數據庫中，數據導出是指從數據庫或數拯報表導出到Excel格式。如 果是Word數據格式，就必須轉換成Excel數據格式，才能實現數據的導入。
4.8.2備份和恢復
數據庫中的數據是獨立于應用程序而存在的，不管是人為錯誤還是自然錯 誤，都可能存在成千上萬數據的錯誤。為了使系統能夠恢復修改前的狀態和數值, 數據庫的操作應該具有以下回到修改前狀態。
•恢復：在出錯時可以回到修改前的狀態。
•備份：數拯庫修改后，應備份原數據。這種備份操作分為完全備份和增 量式備份2種。
•歷史數據：當數據庫中的數據修改后，原來的數據要保留入歷史數拯庫
庫中供以后用。
4.8.3用戶管理/權限設置
對數據庫的使用對象進行用戶和角色的劃分。把對數據庫使用性質相同或接 近的用戶群進行角色管理，每一個角色又包含了自己的用戶，用戶在繼承所屬角 色所擁有的系統權限的同時也可以擁有自己所特有的角色。
4.&4日志管理
系統建立日志管理機制。通過日志管理功能，管理員可以查看終端應用軟件 對數據庫的訪問情況，具體了解用戶登陸的電腦、賬號、時間以及對數據庫所作 的操作。這是系統管理員管理好數據庫的前提，也是系統正常運轉的重要保證。
4.9本章小結
本章首先簡要介紹了基于GIS和數據庫技術的水環境信息管理系統的主界 面，它主要由標題欄、菜單欄、工具欄、圖層控制區、地圖顯示區、鷹眼和狀態 欄組成；然后對數據管理、趨勢統計分析、水環境質量評價、企業廉源管理、 簡單空間輔助決策和系統管理與安全維護等主要功能及其實現過程與成果進行 了詳細地介紹。
5結論與展望
5.1結論
水環境問題不僅僅是環境資源問題，同時也是生態問題、經濟問題和社會問 題。為有效改善當前水環境狀況，建立水環境信息管理系統，構筑水資源安全保 障體系是一個國家極其重要而又緊迫的課題。
本論文介紹了國內外水環境管理研究現狀，指出了當前水環境信息管理系統 存在的問題及發展趨勢，并結合水環境管理實際工作需要，參考國內外水環境信 息管理的成功經驗，以惠州市為例，詳細闡述了采用GIS和數據庫技術開發水 環境信息管理系統的全過程，并對系統的操作界面和主要功能進行了詳盡的介紹 和展示，主要取得了以下幾個方面的成果：
（1） 采用SQL Sever 2000建立了空間數據庫和屬性數據庫，不僅實現了水 環境空間數據和屬性數據的一體化存儲和管理，大大提高了系統的數據運行效 率，而且SQL Sever 2000技術的運用實現了數據的局域網共享，保證了數據的 時效性。
（2） 采用Visual Basic高級編程語言對組件式GIS進行集成二次開發，不 僅提高了信息管理過程中信息獲取的便捷性、高效性及可視化程度，而且還提高 了系統的開發效率，使得系統具有更靈活而強大的數據處理功能和友好而美觀的 用戶操作界面。
（3） 將GIS和數據庫技術有效結合并運用在水環境信息管理系統中，有效 解決了傳統水環境信息管理系統空間數據分析處理能力不足的問題。本文提出了
“基于GIS和數據庫技術的水環境信息管理系統”的總體設計思路，系統采用 Visual Basic高級編程語言開發專業功能模塊,具有對屬性數據和空間數據的綜合 分析能力，不僅彌補了其它工具純文字表格或純圖形的表達缺陷，而且還大大提 高了屬性數據的空間分析和空間數據的圖形表現能力，可以更好地滿足環境工作 的需要。系統實現了圖形顯示、圖層管理、圖形輸出及圖屬互査等基本操作；實 現了惠州市水環境監測信息的可視化管理，包括監測點位的添加、査詢、修改和 刪除及監測數據的查詢、修改、分析和輸出等基本操作；實現了水環境質量評價， 并對評價結果進行統計及可視化表達；實現了企業污染源管理，可對污染企業及 監測數據進行査詢、登記、修改和刪除，并可對企業污染源的經濟指標及排污量 數據進行統計分析，生成統計圖和專題圖；實現了緩沖區分析、疊加分析、廠址 選擇等簡單空間輔助決策分析；實現了報表和專題圖制作等功能；實現了數據交 換、備份和恢復、用戶管理和日志管理等功能。
(4)系統將監測點管理(如河流、湖泊和近海監測點及企業污染源)、監 測數據管理和圖表分析三大功能有機結合，使得環保數據管理更為高效和方便， 環境管理的工作效率也得到了提高。
本論文的研究工作成果為惠州市環保局水環境信息管理提供了良好的工作 平臺，為其數據分析、管理與決策提供科學、高效的水質信息支持，提高了水環 境信息管理的工作水平。同時，本論文研究工作可以為環保工作者在基于GIS 的環境信息綜合管理方面的研究提供一些有價值的參考，為環境信息數字化管理 系統的建立提供一種思維模式。
5.2展望
本文在解決水環境信息的一體化存儲和可視化分析管理方面取得了 一些成 果，達到了預期的研究目標。但是由于水環境問題及構建系統的復雜性、數據的 不完整性，加上研究時間及作者專業背景限制等因素，本論文研究工作只是水環 境信息管理信息化工作的初始階段，隨著信息化及計算機技術的發展，該系統還 需要從以下幾個方面進行相應的補充和完善：
(1)系統服務器運行穩定性、軟件的容錯能力和操作運用的靈話需要進 一步的優化；
(2)在信息網絡發布方面，需要與Web技術結合，將水環境信息傳輸、管 理和發布集成于一體，才能真正實現水環境信息的共享；
(3)綜觀全文，著重點是基于GIS和數據庫技術的水環境信息管理系統的 開發與應用的研究，而受論文研究時間、作者專業背景等限制，關于惠州市水環 境狀況未來發展趨勢預測的內容偏少。下一階段的研究開發重點將是加強、豐富 系統的功能模塊，完成水污染模擬分析、水環境容量預測、污染源容量總量分配 等目標，建立更為完善的惠州水環境信息管理系統，為惠州市水環境管理和決策 提供更為強大的信息支持，為環境功能區劃、水污染控制規劃及水環境的綜合整 治提供科學依據，為惠州市、珠三角地區產業布局的優化規劃提供參考。
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