農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與
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2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
為滿足珠江三角洲農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查、評(píng)價(jià)的實(shí)際需要，PAESEIS系統(tǒng)共包括數(shù)據(jù)管理、基礎(chǔ)分析、生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)、生態(tài)地球化學(xué)預(yù)警預(yù)測(cè)、信息發(fā)布和系統(tǒng)管理六大功能模塊[3-5]，如圖1所示。
（1）數(shù)據(jù)管理：是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的日常管理維護(hù)、數(shù)據(jù)的錄入編輯和導(dǎo)入導(dǎo)出等操作以及元數(shù)據(jù)的管理維護(hù)，其主要管理對(duì)象是生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)、測(cè)試分析數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)和質(zhì)量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等。
（2）基礎(chǔ)分析：系統(tǒng)的核心子功能之一，是生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)和生態(tài)地球化學(xué)預(yù)警預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，主要包括數(shù)據(jù)編輯、查詢檢索、空間統(tǒng)計(jì)與分析、專題制圖、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)預(yù)處理、多元統(tǒng)計(jì)分析、異常提取與分析等。
（3）生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)：是系統(tǒng)的核心功能之一，主要實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)目標(biāo)明確、方法模型成熟的生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)，主要包括：珠江水系生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)、農(nóng)田生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)、城市生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)、淺海生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)和典型地區(qū)持久性有機(jī)污染物（POPs）探測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估。
（4）生態(tài)地球化學(xué)預(yù)警預(yù)測(cè)：主要實(shí)現(xiàn)珠三角生態(tài)地球化學(xué)的預(yù)警、預(yù)測(cè)功能。主要功能包括：根據(jù)已有數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)土壤中金屬污染在5～10年的土壤元素含量變化預(yù)測(cè)；實(shí)現(xiàn)非點(diǎn)源污染的預(yù)警評(píng)價(jià)；實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全預(yù)警。
（5）信息發(fā)布：利用政務(wù)內(nèi)網(wǎng)或Internet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)部分成果的網(wǎng)上發(fā)布，系統(tǒng)通過(guò)用戶授權(quán)方式實(shí)現(xiàn)不同用戶服務(wù)的差異性，普通用戶可瀏覽系統(tǒng)提供的公開(kāi)性資料，授權(quán)用戶根據(jù)權(quán)限的不同可以瀏覽綜合成果、信息處理服務(wù)和數(shù)據(jù)下載服務(wù)。
（6）系統(tǒng)管理：主要是功能和數(shù)據(jù)的安全，主要功能包括日志管理、用戶管理、角色管理和權(quán)限管理等。
3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)采用C/S與B/S混合模式的體系結(jié)構(gòu)。信息發(fā)布模塊采用B/S模式，方便各類用戶在線查詢和下載；其他功能模塊采用C/S模式系統(tǒng)，在高速局域網(wǎng)環(huán)境下表現(xiàn)為桌面應(yīng)用程序。系統(tǒng)采用大型的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle集中管理空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，采用大型組件式地理信息系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)MAPGIS 7.0和Microsoft.NET開(kāi)發(fā)平臺(tái)C#語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
4 關(guān)鍵問(wèn)題研究
4.1 數(shù)據(jù)組織與存儲(chǔ)
系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛、類型眾多，如何有效組織和管理大量的異構(gòu)、多源、多比例尺、多時(shí)段的數(shù)據(jù)成為系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
為此，系統(tǒng)選用Oracle作為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，MAPGIS 7.0作為空間數(shù)據(jù)引擎，統(tǒng)一管理空間與非空間數(shù)據(jù)。這種存儲(chǔ)管理方式有利于屬性數(shù)據(jù)在空間地圖顯示上的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新，同時(shí)提供了空間數(shù)據(jù)多用戶并發(fā)訪問(wèn)和共享機(jī)制，此外還大大拓展了空間數(shù)據(jù)的容量，使海量空間數(shù)據(jù)可以存放到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中?？臻g數(shù)據(jù)則采用“縱向分層”的管理模式，便于空間數(shù)據(jù)的管理與分析；同時(shí)，在橫向（平面）上對(duì)空間數(shù)據(jù)采用無(wú)縫拼接地圖庫(kù)（“分幅”）的模式進(jìn)行管理，即可以按圖幅、行政區(qū)劃分及任意多邊形為單位來(lái)管理數(shù)據(jù)。
4.2 GIS數(shù)據(jù)加載與顯示
由于數(shù)據(jù)種類繁多、圖形數(shù)據(jù)多樣，多種圖形數(shù)據(jù)在集成顯示時(shí)，對(duì)于不同的顯示順序、比例尺等，會(huì)產(chǎn)生局部或全部遮蓋等問(wèn)題。為便于用戶理解、突出專題、體現(xiàn)層次，必須對(duì)每類數(shù)據(jù)的顯示順序、比例尺等進(jìn)行控制，鄧吉秋等在研究長(zhǎng)株潭區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)時(shí)，提出了圖層顯示的原則和比例尺控制的原則[6]，具體如下：點(diǎn)、線、面三類數(shù)據(jù)的顯示原則有：(1)整體上從上層至底層依次為點(diǎn)、線、面、柵格；(2)同類數(shù)據(jù)中的不同種數(shù)據(jù)根據(jù)重要性或自然跨越性確定順序(如公路處于河流的上層)；(3)同種數(shù)據(jù)的不同級(jí)別（或比例尺）數(shù)據(jù)根據(jù)重要性或自然跨越性確定順序(如縣級(jí)行政區(qū)處于市州行政區(qū)的上層)；(4)特殊數(shù)據(jù)的順序特殊處理，如坐標(biāo)網(wǎng)格可以處于最頂層。比例尺的控制原則有：(1)小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)比大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)具有更廣的比例尺范圍；(2)同種數(shù)據(jù)大級(jí)別數(shù)據(jù)比小級(jí)別數(shù)據(jù)具有更廣的比例尺范圍。
4.3 評(píng)價(jià)模型實(shí)現(xiàn)
由于專業(yè)評(píng)價(jià)應(yīng)用種類繁多、評(píng)價(jià)方法多樣，如何實(shí)現(xiàn)和管理評(píng)價(jià)模型成為系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
評(píng)價(jià)模型的核心是數(shù)學(xué)計(jì)算公式，在系統(tǒng)中表現(xiàn)為具體的算法，按照一定規(guī)則的算法組合就可以實(shí)現(xiàn)特定的評(píng)價(jià)模型。本系統(tǒng)的評(píng)價(jià)模型采用如下4種不同的方法建立：
(1)直接實(shí)現(xiàn)計(jì)算過(guò)程：對(duì)于簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)模型(如土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的單項(xiàng)污染指數(shù)法)，在實(shí)現(xiàn)時(shí)只需調(diào)用 GIS組件的功能訪問(wèn)圖形與屬性數(shù)據(jù)，利用有關(guān)計(jì)算公式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算就可以得到評(píng)價(jià)結(jié)果。
(2)導(dǎo)入第三方組件：主要針對(duì)評(píng)價(jià)過(guò)程復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，如涉及到矩陣或者微積分運(yùn)算的數(shù)學(xué)模型，用 C#實(shí)現(xiàn)起來(lái)很復(fù)雜，則考慮采用第三組件組建實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)方法如下：將已經(jīng)實(shí)現(xiàn)該模型的第三方組件編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）文件，然后通過(guò) C#加載到其開(kāi)發(fā)平臺(tái)下進(jìn)行調(diào)用， 從而實(shí)現(xiàn)其評(píng)價(jià)功能。
(3)用戶基于接口開(kāi)發(fā)：對(duì)于部分用戶需要但系統(tǒng)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的部分評(píng)價(jià)模型，用戶可以自主開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)對(duì)用戶開(kāi)放相關(guān)的開(kāi)發(fā)接口，用戶只需要實(shí)現(xiàn)相關(guān)接口，并將其編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）文件，系統(tǒng)加載后就可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)評(píng)價(jià)功能。
(4)用戶自定義組合算法流程實(shí)現(xiàn)：系統(tǒng)提供一些輔助性的工具，供用戶根據(jù)需要進(jìn)行組合應(yīng)用。這些工具既包括GIS所特有的數(shù)據(jù)分析、空間分析、專題制圖等，也包括評(píng)價(jià)過(guò)程中常用的統(tǒng)計(jì)分析方法和數(shù)學(xué)計(jì)算公式。
目前，該系統(tǒng)已經(jīng)成功運(yùn)行，并在珠江三角洲農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)的調(diào)查評(píng)價(jià)工作中發(fā)揮了重要作用。它不僅可以為珠江三角洲農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)和科學(xué)管理提供先進(jìn)、實(shí)用的綜合數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，還可以為相關(guān)專家和領(lǐng)導(dǎo)提供農(nóng)業(yè)地質(zhì)方面的數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析、綜合評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)預(yù)警和輔助決策的功能強(qiáng)大、穩(wěn)定易用的信息系統(tǒng)支撐平臺(tái)。該系統(tǒng)的應(yīng)用大大提升了農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查的數(shù)據(jù)處理效率和成果應(yīng)用水平。
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評(píng)論