基于GIS的環(huán)境影響智能決策云服務(wù)平臺(tái)

張永富++李志宏++郭小飛++黃亮

摘要：提出一種基于地理信息系統(tǒng)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)智能決策系統(tǒng)的構(gòu)建方法，該方法綜合運(yùn)用信號(hào)處理、統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)挖掘、智能決策等方法，建立基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用的環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、環(huán)境影響智能預(yù)測(cè)、智能選址、環(huán)境影響后評(píng)價(jià)等系統(tǒng)，并利用三維仿真動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化服務(wù)的專業(yè)環(huán)保智能決策系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：GIS；環(huán)境影響評(píng)價(jià)；智能決策；云服務(wù)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）03-0125-02

1 引言

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)正處于轉(zhuǎn)型跨越的關(guān)鍵時(shí)期，環(huán)境約束日益明顯，環(huán)境承載力日漸不足，環(huán)保工作面臨的形勢(shì)十分嚴(yán)峻。環(huán)境影響評(píng)估決策是運(yùn)用一系列評(píng)價(jià)技術(shù)和評(píng)價(jià)方法，按照一定的評(píng)價(jià)程序，在評(píng)估環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上對(duì)人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響從不同角度加以預(yù)測(cè)分析和評(píng)估，并提出相應(yīng)的防治措施和對(duì)策，為制定調(diào)控經(jīng)濟(jì)活動(dòng)決策提供依據(jù)，在決策過(guò)程中對(duì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧，綜合平衡，科學(xué)決策，從根源上解決經(jīng)濟(jì)決策與環(huán)境后果相分離現(xiàn)象的決策方式[1-2]。

基于GIS的環(huán)境影響智能決策云服務(wù)平臺(tái)以大數(shù)據(jù)的研發(fā)和應(yīng)用為契機(jī)，充分利用IT技術(shù)變革帶來(lái)的以云計(jì)算為核心的新技術(shù)，基于地理信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)云計(jì)算環(huán)境下的環(huán)境影響評(píng)估模型和智能分析模型。從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境影響評(píng)估與GIS空間分析、三維一體可視化展示的有機(jī)融合，構(gòu)建云服務(wù)平臺(tái)，為環(huán)保部門提供環(huán)境影響評(píng)估智能決策服務(wù)，形成技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、軟件和應(yīng)用服務(wù)模式一體化的成果，推動(dòng)我國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)信息化發(fā)展，為資源型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型保駕護(hù)航。

2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外GIS在環(huán)保領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代起，美國(guó)田納西流域管理局就開(kāi)始利用GIS技術(shù)處理和分析各種流域數(shù)據(jù)，為流域管理和規(guī)劃提供決策服務(wù)，GIS開(kāi)始應(yīng)用于水文學(xué)及水資源管理[3]。進(jìn)入80年代后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，GIS被用于流域空間的存儲(chǔ)、檢索、分析和顯示[4]。90年代，發(fā)達(dá)國(guó)家在環(huán)境影響評(píng)價(jià)領(lǐng)域廣泛開(kāi)發(fā)和應(yīng)用GIS，使GIS在環(huán)境影響評(píng)價(jià)領(lǐng)域有了較快的發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)，英國(guó)、德國(guó)、新西蘭等國(guó)家也大量采用GIS、RS、GPS 等技術(shù)進(jìn)行景觀的規(guī)劃設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)管理，取得了較高的成就。另外，還有一些涉及交通、人口、固體廢物選址研究等方面的研究[5-9]。

2.2 國(guó)內(nèi)GIS在環(huán)保領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

GIS在中國(guó)環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用處于起步階段，在環(huán)境影響預(yù)測(cè)方面，2002年，張玉書(shū)等利用GIS的動(dòng)態(tài)分段技術(shù)實(shí)現(xiàn)了河流一維水質(zhì)擴(kuò)散模擬和空間顯示分析[10]。2009年，郭穎、肖懷德等采用GIS技術(shù)手段，利用某鋼鐵廠區(qū)域環(huán)境資料和平面布置圖，建立三維環(huán)境模型，將環(huán)境影響評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)結(jié)果與三維環(huán)境模型有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)三維環(huán)境影響預(yù)測(cè)[11]。2006年，蘇州、涂圣文等研究人員以ArcGIS軟件為工具，在圖形疊置法及AHP層次分析法的基礎(chǔ)上，結(jié)合GIS的空間分析功能成功地對(duì)湖北某高速公路進(jìn)行了環(huán)境影響后評(píng)價(jià)[12]。另外，在選址選線、污染源分析、污染擴(kuò)散模型等方面也有一定的研究[13-15]。

3 平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于GIS的環(huán)境影響智能決策云服務(wù)平臺(tái)的核心任務(wù)是通過(guò)平臺(tái)提供數(shù)據(jù)可視化服務(wù)，滿足省、地市和縣區(qū)環(huán)保管理部門、監(jiān)測(cè)部門業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求，同時(shí)兼顧環(huán)保研究部門、環(huán)評(píng)單位以及社會(huì)公眾的應(yīng)用需求。其總體結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

基于云計(jì)算的GIS平臺(tái)包括：云虛擬數(shù)據(jù)引擎、云虛擬可視化引擎、二三維一體化GIS、服務(wù)式GIS、虛擬化分析模塊、環(huán)保數(shù)據(jù)模型、環(huán)保擴(kuò)展模塊。

管理子系統(tǒng)包括：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)、模型庫(kù)子系統(tǒng)、基于GIS平臺(tái)的環(huán)境影響智能決策子系統(tǒng)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理子系統(tǒng)、智能復(fù)核子系統(tǒng)、云服務(wù)平臺(tái)大數(shù)據(jù)安全子系統(tǒng)。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)為智能決策系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)支持，主要包括：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、總量數(shù)據(jù)庫(kù)、企業(yè)環(huán)境管理數(shù)據(jù)庫(kù)、環(huán)評(píng)報(bào)告數(shù)據(jù)庫(kù)和環(huán)評(píng)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型庫(kù)。

數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)框圖2如下。

3.3 模型庫(kù)與方法庫(kù)

模型庫(kù)與方法庫(kù)是智能決策系統(tǒng)的核心，為決策過(guò)程提供算法支持。通過(guò)收集整理應(yīng)用于大氣、水、噪聲等的環(huán)境預(yù)測(cè)問(wèn)題的模型和方法，構(gòu)建初始模型庫(kù)、初始方法庫(kù)在集成的GIS環(huán)境中對(duì)方法-模型-數(shù)據(jù)的匹配度、算法復(fù)雜度以及系統(tǒng)各模塊功能的實(shí)用性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)現(xiàn)有模型和方法進(jìn)行改進(jìn)，并根據(jù)需要補(bǔ)充新模型、新方法，完成模型庫(kù)、方法庫(kù)的開(kāi)發(fā)，模型庫(kù)與方法庫(kù)關(guān)系如圖3所示。

4 關(guān)鍵技術(shù)分析

環(huán)境影響智能決策云服務(wù)平臺(tái)在GIS平臺(tái)基礎(chǔ)上，針對(duì)大數(shù)據(jù)特有的數(shù)據(jù)規(guī)模大，數(shù)據(jù)類型多，價(jià)值密度低，實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn)，綜合運(yùn)用信號(hào)處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、智能決策等方法，開(kāi)發(fā)基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用的環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、環(huán)境影響智能預(yù)測(cè)、環(huán)境影響預(yù)測(cè)結(jié)果智能分析、智能選址、環(huán)境影響后評(píng)價(jià)等系統(tǒng)，建立環(huán)境仿真平臺(tái)，提供仿真結(jié)果動(dòng)態(tài)模擬展示，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化服務(wù)，并通過(guò)搭建云服務(wù)平臺(tái)，同時(shí)滿足省、地市和縣區(qū)環(huán)保管理部門、監(jiān)測(cè)部門業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求，同時(shí)兼顧環(huán)保研究部門、環(huán)評(píng)單位以及社會(huì)公眾的應(yīng)用需求。

5 結(jié)語(yǔ)

基于GIS的環(huán)境影響智能決策云服務(wù)平臺(tái)利用云計(jì)算及大數(shù)據(jù)平臺(tái)技術(shù)，建立能夠提高時(shí)空數(shù)據(jù)處理效率的數(shù)據(jù)表示及處理方法，將標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)等數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為大規(guī)模復(fù)雜量化模型，并建立面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用的環(huán)境影響評(píng)價(jià)、評(píng)估及智能決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于各環(huán)境要素模型庫(kù)的智能預(yù)測(cè)及智能評(píng)價(jià)，并利用GIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，可以為地方政府部門優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、重大項(xiàng)目管理、環(huán)境污染控制等提供決策依據(jù)，提高環(huán)境管理的信息化水平。

參考文獻(xiàn)

[1]耿海清.2009.關(guān)于完善中國(guó)戰(zhàn)略環(huán)境影響評(píng)價(jià)制度的探討.環(huán)境污染與防治，31：85-88.

[2]段寧，程勝高.2007.環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究的發(fā)展方向. 安全與環(huán)境工程，14：57-60.

[3]彭盛華，趙俊琳.GIS技術(shù)在水資源與水環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].水科學(xué)進(jìn)展，2001，12（2）：264-268.

[4]科羅拉多州自然資源部（美）.美國(guó)科羅拉多河決策支持系統(tǒng)概述[J].人民長(zhǎng)江，1996，6（2）：43-46.

[5]Barry Smit，Harry Spaling.Methods for Cumulative Effects Assessment[J].Environmental Impact Assessment Review，1995，18：89-102.

[6] Hayle，Goodchild M F.Modeling the Effects of Climate Change on the Water Resources in the GunnisonRiver Basin，Colorado，Environmental Modeling with GIS[M].London：Oxford University Press，1993：238-251.

[7] EI-Raeym，F(xiàn)ouday，Galm.GIS for environmental assessment of the impacts of urban encroachment on Rosetta region，Egypt[J].Environmental Monitoring and Assessment， 2000，60（2）：217-233.

[8] Rose，Michael，Hodqes，et a1.Computerized system for the performance of Environmental Impact Assessments[A].Proceedings of the Air&Waste Management Associations Annual Meeting&Exhibition[C].1997：10.

[9]舒艷，王紅旗.地理信息系統(tǒng)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用分析[J].環(huán)境保護(hù)，2002，2（1）：30-32.

[10]張玉書(shū)，陳鵬獅.基于遙感調(diào)查的水資源地理信息系統(tǒng)[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2002，9（3）：172-175.

[11]郭穎，肖懷德.GIS技術(shù)在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用——以某鋼鐵廠為例[J].科學(xué)咨詢，2009，（20）：76-77.

[12]蘇州，涂圣文.ArcGIS空間分析功能在道路交通環(huán)境影響后評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].中南公路工程，2006，31（2）.

[13]劉靜.GIS技術(shù)在環(huán)境影響評(píng)價(jià)項(xiàng)目選址中的應(yīng)用研究.科技信息（科學(xué) 教研）， 2008（4）.

[14]畢天平，金成洙.基于GIS的環(huán)境污染擴(kuò)散模型[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2008，29（2）.

[15]王孝武，孫水裕.環(huán)境影響評(píng)價(jià)的數(shù)字化方法[J].環(huán)境保護(hù)，2003（11）.