三峡库区污染源空间数据库建设及应用

吕楠，余游，向煜，游波

(1.重庆数字城市科技有限公司，重庆 400020； 2.重庆市环境保护信息中心，重庆 401147)

三峡库区污染源空间数据库建设及应用

吕楠1∗，余游2，向煜1，游波2

(1.重庆数字城市科技有限公司，重庆 400020； 2.重庆市环境保护信息中心，重庆 401147)

三峡库区自蓄水以来，富营养化问题突出，污染源监管工作愈发受到关注。本文基于空间建库技术，提出了三峡库区污染源空间数据库的总体设计思路，探讨了空间数据库设计、建库流程等内容。应用实践证明，这种设计提高了空间数据管理效率和展示效果，对其他各地环保信息化的建设都会起到积极的示范作用。

空间数据库；污染源；三峡库区；地理信息

1 引 言

三峡库区地处四川盆地与长江中下游平原的结合部，跨越鄂中山区峡谷及川东岭谷地带，北屏大巴山、南依川鄂高原。库区总面积5.67万km2，包含了湖北省所辖的宜昌县、秭归县、兴山县、巴东县；重庆市所辖的巫山县、巫溪县、奉节县、云阳县、开县、万州区、忠县、涪陵区、丰都县、武隆县、石柱县、长寿县、渝北区、巴南区、江津区、大渡口区、九龙坡区、渝中区、南岸区、江北区、沙坪坝区、北碚区等，共计26个区县。污染源是指向环境排放或释放有害物质并对环境产生有害影响的场所、设备和装置，主要包括工业污染源，农业污染源，生活污染源及其他排放污染物的设施[1]。三峡库区蓄水后，水深增加，流速大大减缓，长江的自净能力减弱，污染物的环境容量急剧下降，干流城市江段近岸水域纳污能力减小，部分支流回水区和库湾成为富营养化的敏感水域，库区内污染源工作受到越来越多的关注[2]。为便于三峡库区环保主管部门有效监控三峡库区各污染源的排污情况，科学制定环境保护政策，同时为有效实施主要污染物排放总量控制计划，切实改善环境质量，建立三峡库区污染源空间数据库势在必行，意义重大。本文基于空间数据库建库技术，建立一个统一、开放、高效的三峡库区污染源空间数据库，实现污染源信息最大限度的共享。

2 设计思路

三峡库区污染源空间数据库的建设目的以污染源信息为核心，以地理信息空间数据库为载体，通过统一的标准规范，建立动态更新的环境基础空间数据体系，实现环境管理信息资源的共享，为三峡库区环境管理提供有效的信息支持。根据数据应用的需求，三峡库区污染源空间数据库总体设计思路如下:

(1)统一的数学基础

统一的数学基础是空间数据库中各种数据能叠加和套合的前提，本次建设平面坐标系采用WGS84坐标系，高程系统采用1985国家高程基准，根据三峡库区实际情况，主要采用3种比例尺数据，即市域(1∶5万)、区县(1∶1万)和社区乡镇(1∶2 000)。

(2)多源数据连续无缝的组织架构

在一定区域内实现空间数据的无缝拼接是GIS系统应用的基本要求之一。因此，三峡库区污染源空间数据将以Geodatabase的方式存储以上3种比例尺数据，在空间地理数据入库前需保证各个比例尺数据的接边正确，并将跨图幅要素合并为一个要素，以严格保持地物的完整性、连续性和一致性，实现多源比例尺无缝融合。

(3)分类分层的数据聚集

遵循分类分层的原则，采用“数据库-数据集-图层要素-属性”的层次框架，按照统一的地理坐标系来建立三峡库区污染源空间数据库。具体来说，按照不同专题分别建立数据集(子数据库)，把具有相同实体意义和空间特征的同类图形要素存放在同一个图层，并以图层为组织单元构筑空间数据库。

(4)松散的图属关联

在数据组织上，采用松散的图属关联，以图形数据为核心，以指针(内部唯一标识码)的方式实现图形属性数据间的映射关系，减小空间表物理存储量，提高显示效率，满足数据查询分析需要。

3 空间数据库设计

三峡库区污染源空间数据库设计主要包括概念结构设计、逻辑结构设计和物理设计。

3.1 概念模型设计

概念模型设计是对复杂的现实世界的一种抽象，独立于具体数据库，不依赖于任何计算机系统。本文从三峡库区污染源监控管理的具体业务需求出发，归纳出监控管理所需的基础空间数据、区域基本信息、污染源、环境质量4大核心数据，最后形成数据库的概念结构图，如图1所示。

图1 污染源空间数据概念模型

数据内容包括基础空间数据、环境质量、污染源、区域基本信息4大核心数据:

(1)基础空间数据:包含三峡库区范围各种比例尺的行政区划、库区水位、道路、水系、植被、地名等图层，覆盖库区5.67万km2。

(2)环境质量数据:包括水环境质量(水质自动监测站、地表水环境质量监测点、地下水环境质量监测点、饮用水源水环境质量监测点、其他水环境质量监测点)、大气环境质量(大气自动监测站、降水监测点、降尘监测点、其他大气环境质量监测点)、声环境质量(功能区声环境质量监测点、城市区域声环境质量监测点、工业区声环境质量监测点、道路交通线周边区域声环境质量监测点、其他声环境质量监测点)、辐射环境质量(电离辐射监测点、电磁辐射监测点、其他辐射环境质量监测点)、其他环境质量监测(土壤监测点)等数据。

(3)污染源数据:包含工业污染源(直管企业、国控企业、市控企业、一般企业)、农业污染源(种植业、畜禽养殖业、水产养殖业、种植业)、生活污染源(住宿业、餐饮业、居民服务业、其他服务业、医疗污染源、医用电磁辐射设备、放射性同位素与射线装置、独立燃烧设施、城镇居民生活污染源)、集中式污染治理设施(污水处理厂、城镇垃圾处理厂、危险废物处置厂、医疗废物处置厂)等数据。

(4)区域信息数据:主要由两部分内容组成:一部分为社会经济、气象、水文、矿产、能源、城市规划等共享空间数据，来源于各职能部门；另一部分为三峡库区环境保护规划中的环境质量功能区、污染控制区等环境专题数据，来源于三峡库区环保业务处室。

3.2 逻辑结构设计

根据空间数据的分类原则和面向对象的继承特性[3]，将三峡库区污染源数据进行分类抽象，首先根据数据类别分为数据集，然后根据空间数据的不同特性将空间数据划分为点、线、面、注记、文本等图层，然后根据对象的相关信息，划分出各个对象的属性，分层结构设计中大量采用了指针技术，以提高应用过程中的显示效率。主要结构如表1所示。

数据分层结构 表1

续表1

3.3 物理设计

在数据库存储方面，选用了Oracle的数据库产品，对于环保空间数据库这样海量的数据来说，数据库本身的性能和稳定性是第一位的，因此Oracle非常合适，并且Oracle对空间数据库的支持也比较好。在空间数据库引擎，采用了ArcSDE，ArcSDE负责和数据库通信交互，ArcGISServer负责提供空间查询展现服务[4]。

4 空间数据库建设

三峡库区污染源空间数据库建设主要包括基础资料收集、污染源数据普查、数据处理、数据入库等4个环节。

(1)基础资料收集

基础数据资料准备包括收集1∶5万，1∶1万，1∶2 000三个比例尺的行政辖区、水系、路网、地名等基础空间数据，同时收集库区内污染源台账信息、区域基本信息等资料，为后续工作做好准备。

(2)污染源数据普查

污染源数据普查包括三峡库区范围内排放污染物的工业源、农业源、生活源和集中式污染治理设施。污染源普查主要包括“位置采集”和“属性采集”。位置采集就是将每个污染源的具体地理位置坐标，利用GPS测量出来。“属性采集”就是将每个污染源的具体情况(如:名称、地址、完好状况等)调查清楚，并与地图上标绘的每个污染源进行一一对应。

(3)数据处理

基础空间数据:将收集到的三峡库区1∶5万基础地理数据、区县级1∶1万基础地理数据、社区乡镇1∶2 000基础地理数据，通过格式转换、坐标转换、配准、接边，将各个比例尺同类数据转换到WGS84进行拼接，保持地物的完整性、连续性和一致性，保证不同比例尺间数据无缝融合。

污染源数据:普查后的图形数据和属性数据经过输入和编辑之后建立关联关系后才能完成空间数据库建设。图形数据以图形的形式表示研究对象的几何特征，属性数据以文本的形式来表示研究对象的属性特征。本次建设中，我们采取在相关数据的属性表中添加一个关键字字段(指针)，该字段内容为连接数据的标识符，通过识别该字段来完成污染源数据图形数据和属性数据关联。

环境质量数据:主要采用在线实时传输和定时上报的方式收集水环境质量数据、大气环境质量数据、声环境质量数据、辐射环境质量数据。本次建设中，重点收集水质自动监测站、地表水环境质量监测点、地下水环境质量监测点、饮用水源水环境质量监测点、底泥及沉积物环境质量监测点、其他水环境质量监测点等三峡库区内水环境质量数据。

区域基本信息:将收集到的区域基本信息按图片、文字、录像、声音等类别进行整理，并用关系表记录其隶属关系、存储位置、文件类型等，供空间数据库系统调用。

(4)数据入库

数据加工完成后通过数据自检，复核后导入成果数据库，并记录数据入库和变更情况[5]，以便日后的更新维护等方面的工作。

5 空间数据库应用

5.1 基础底图应用

本次数据建库按库区1∶5万、1∶1万和1∶2 000三个比例尺对基础地形数据进行组织，在业务应用过程中，可提供基础底图参考服务，基础底图展示首先从市域(1∶5万)进入，展示三峡库区的整体情况，如:行政区划、三江干流等；随着比例尺的逐步放大，显示数据信息逐渐增多，当进入区县(1∶1万)视野范围时，展示的数据内容较1∶5万有所提高，增加显示了区县城区内的街道、街区、水系支流等数据；继续随着比例尺的放大，显示数据信息更加详细，进入1∶2 000视野范围，增加显示了城区内的道路、地名、房屋等数据，至此，整个基础地理数据完成了由宏观到详细再到局部的分层展示过程，如图2所示。

图2 分类、分级信息空间展现

5.2 污染源专题应用

本次建库成果也应用于污染源空间查询中，所有空间专题信息均可以通过在地图上直接点击进行浏览。同时在访问不同类别环境专题信息时，空间数据与属性数据通过指针(内部唯一标识码)实现关联，提供了一键式的跨类别数据关联访问效果，可以方便的由点及面跟踪数据的来龙去脉，大大提高了体验效果，真正做到了“好用”、“易用”，如图3所示。

图3 轻便的图、表、文信息一体化展示

5.3 水质模拟分析应用

本次建库成果结合水质模型，还被应用于三峡库区水质模拟分析。水质模型与空间数据结合，实现了对模型所需的海量基础数据统一的存储和管理，实现了水质模拟的结果清晰直观地显示，为决策者提供了生动的模拟结果，为管理部门提供有力的技术支持，如图4所示。

图4 基于空间数据库的水质模拟

6 结 语

本文基于空间数据库技术，结合三峡库区污染源空间数据建设的需求，得出了三峡库区污染源空间数据概念模型，并根据数据概念模型设计了三峡库区污染源空间数据库结构，实现了统一数学基础上的多源异构数据的无缝整合建库。目前基于三峡库区污染源空间数据库研发的业务管理系统已经投入使用，运行效果良好，也进一步验证了数据库构建的合理性和实用性。本文中所涉及的数据分类组织和数据库建设方式较好地提高了空间数据管理效率和展示效果，对其他省市污染源空间数据库的建设将会起到积极的示范作用。

[1] 国务院第一次全国污染源普查领导小组办公室第一次全国污染源普查工作手册[EB/OL](2008-03-07)http：// www.jchb.gov.cn/wrpc/Article.asp?articleid=42847.

[2] 胡霞，曹娇.三峡库区污染源现状调查与污染控制对策研究[J].安徽农业科学，2006，34(20)：5361～5363.

[3] 向煜，韩熙，于湛.基于WebGIS的城市建设工程监管系统设计与实现[J].测绘与空间地理信息，2012，35(1)：72～74，81.

[4] 谢年，吕楠.ArcGISServer缓存图片提取程序的设计与实现[J].城市勘测，2011(6)：61～63.

[5] 朱丽萍，任福.电子地图数据质量评价指标体系及评价方法[J].地理空间信息，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

吕楠(1979—)，男，工程师，主要研究方向为3S地理信息系统应用、地理信息增值服务应用。

重庆市科委科技攻关项目(CSTC 2011AC7160)