隨著環(huán)境監(jiān)測信息化水平的不斷提高，遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）以及空間統(tǒng)計等技術越來越多地應用于環(huán)境檢測領域。新技術的應用豐富了環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)表達形式和可視化水平，從網(wǎng)絡優(yōu)化、數(shù)據(jù)分析、質量評價等多方面提高了環(huán)境監(jiān)測能力，特別是環(huán)境污染事故應急監(jiān)測與響應能力，為環(huán)境監(jiān)測部門提供直觀的科學的信息處理、分析與管理手段?？臻g數(shù)據(jù)是GIS及其它空間信息技術的應用基礎，海量空間數(shù)據(jù)的組織和管理一直是大型GIS發(fā)展應用的一個瓶頸，解決大區(qū)域海量空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理是GIS廣泛應用面臨的主要問題。長期以來，包括基礎地理空間數(shù)據(jù)等在內的海量空間數(shù)據(jù)在***環(huán)境監(jiān)測領域的管理與應用一直處于零散、混亂狀態(tài)，缺乏規(guī)范化和系統(tǒng)化，極大地限制了新技術在環(huán)境監(jiān)測領域的應用和發(fā)展。

   目前，空間數(shù)據(jù)在***環(huán)境監(jiān)測領域的主要應用是突發(fā)性環(huán)境污染事故應急監(jiān)測響應系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由中國環(huán)境監(jiān)測總站于2004年建立的，主要基于1：25基礎地理數(shù)據(jù)，通過WEBGIS技術實現(xiàn)了基于B/S結構的環(huán)境污染事故應急監(jiān)測的數(shù)據(jù)響應、輔助決策等功能，提高了應急監(jiān)測處置能力。但該系統(tǒng)并未形成完備的環(huán)境監(jiān)測空間數(shù)據(jù)平臺，空間數(shù)據(jù)主要是基礎地形圖，并且處于“數(shù)據(jù)孤島”，不能將空間數(shù)據(jù)充分應用于整個環(huán)境監(jiān)測各個領域的業(yè)務工作當中。

   為此，針對環(huán)境監(jiān)測業(yè)務發(fā)展的需要，按照“建設先進的環(huán)境監(jiān)測預警體系”的要求，我站啟動了***環(huán)境監(jiān)測空間數(shù)據(jù)平臺建設。該平臺作為數(shù)據(jù)中心建設的重要基礎，依托總站內網(wǎng)環(huán)境，以大型商業(yè)關系型數(shù)據(jù)庫為基礎，利用專用地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)引擎，綜合運用GIS技術、數(shù)據(jù)庫技術、網(wǎng)絡技術、系統(tǒng)集成等，通過數(shù)據(jù)格式轉換、投影變換、數(shù)據(jù)拼接等一系列數(shù)據(jù)處理過程，建立以統(tǒng)一坐標系統(tǒng)和投影方式、統(tǒng)一數(shù)據(jù)結構的一體化空間數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)不同比例尺的無級縮放和無縫漫游，形成對于海量空間數(shù)據(jù)的管理、維護、更新能力，提高對機密級數(shù)據(jù)的**保障水平，為下一步的環(huán)境監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)建設與信息共享與發(fā)布奠定基礎。

1   設計原則與建設內容

1.1  設計原則

   ⑴先進性：在技術方案編制、軟硬件平臺構建及數(shù)據(jù)庫設計等方面，選擇主流技術、知名廠商的產(chǎn)品，采用先進的技術和手段，實現(xiàn)*終的空間數(shù)據(jù)平臺。

   ⑵標準化與規(guī)范化：考慮到空間數(shù)據(jù)自身的多源性和復雜性，在***環(huán)境監(jiān)測空間數(shù)據(jù)平臺建設中，空間數(shù)據(jù)的標準化與規(guī)范化應作為基礎工作，形成一系列具備科學性和可行性的標準規(guī)范。

   ⑶實用化與業(yè)務化：環(huán)境監(jiān)測空間數(shù)據(jù)平臺的建立是要滿足環(huán)境監(jiān)測業(yè)務化工作的要求，因此，必須將實用化與業(yè)務化原則貫穿于環(huán)境空間數(shù)據(jù)平臺的設計與實現(xiàn)中。

   ⑷可靠性與**性：環(huán)境監(jiān)測空間數(shù)據(jù)平臺必須保證平臺運行的可靠性，并從技術和管理兩方面具備高度的**保障機制。

   ⑸可擴展性：環(huán)境監(jiān)測空間數(shù)據(jù)平臺必須適應未來環(huán)境監(jiān)測業(yè)務發(fā)展的需要，在海量數(shù)據(jù)存儲與管理、系統(tǒng)開發(fā)與業(yè)務應用能力等方面具備可擴展性。

1.2  空間數(shù)據(jù)平臺建設內容

   環(huán)境監(jiān)測空間數(shù)據(jù)平臺具有海量數(shù)據(jù)、多數(shù)據(jù)源、多比例尺、數(shù)據(jù)格式復雜等特點，存儲數(shù)據(jù)量達到近1TB，處理的中間數(shù)據(jù)量是存儲數(shù)據(jù)量的1.5倍；數(shù)據(jù)源包括衛(wèi)星遙感和航攝影像、矢量地形圖及數(shù)字高程模型等測量數(shù)據(jù)、土地利用、土壤侵蝕等遙感解譯數(shù)據(jù)以及環(huán)境監(jiān)測點位等GPS測量數(shù)據(jù)；比例尺從基本比例尺的1：5萬、1：25萬到1：100萬和1：400萬；數(shù)據(jù)格式包括ESRI、MAPINFO、SUPERMAP等不同GIS平臺的矢量和柵格數(shù)據(jù)格式以及多種影像數(shù)據(jù)格式。

   ⑴基礎地理數(shù)據(jù)庫：包括基礎地形圖數(shù)據(jù)和基礎DEM（數(shù)字高程模型）數(shù)據(jù)?；A地形圖數(shù)據(jù)內容涵蓋了境界（國界、省界、市界和縣界）、水系（河流、湖泊水庫、溝渠、運河）、居民點（城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊）、交通道路（公路、鐵路）等類型數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)比例尺有1：400萬、1：100萬、1：25萬、1：5萬。數(shù)字高程模型是利用高線數(shù)據(jù)或水深數(shù)據(jù)制作，反映地形起伏狀態(tài)的數(shù)字化地面模型?；ADEM數(shù)據(jù)比例尺為1：25萬和1：5萬，并且利用DEM數(shù)據(jù)通過三維模擬運算生成了三維暈渲圖。

   基礎地理數(shù)據(jù)主要有兩個作用：一是作為環(huán)境監(jiān)測信息表征與展示的基本背景，了解監(jiān)測區(qū)域或環(huán)境事故區(qū)域的基本情況；二是作為空間分析的基礎，利用GIS、空間統(tǒng)計等技術，將環(huán)境監(jiān)測屬性數(shù)據(jù)與基礎地理數(shù)據(jù)相結合，應用于環(huán)境質量分析與評價、環(huán)境污染事故處置等方面。

   ⑵環(huán)境監(jiān)測專題空間數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)內容包括國內地表水環(huán)境國控監(jiān)測斷面，飲用水源地國控監(jiān)測斷面，國內重點城市空氣監(jiān)測點位分布數(shù)據(jù)，環(huán)境空氣質量功能區(qū)分布數(shù)據(jù)，國內兩控區(qū)范圍，國內重點污染源分布數(shù)據(jù)。***自然保護區(qū)分布數(shù)據(jù)，近岸海域監(jiān)測點位分布數(shù)據(jù)等。

   ⑶環(huán)境背景數(shù)據(jù)庫：國內1：100瓦與1：10萬比例尺的土地利用和土地覆被數(shù)據(jù)；國內1：10萬比例尺土壤侵蝕數(shù)據(jù)，國內一公里網(wǎng)絡降水量、積溫等氣象數(shù)據(jù)，國內1：100萬比例尺土壤數(shù)據(jù)等。

   ⑷遙感影像數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)內容主要包括覆蓋國內的多時相的美國LANDSAT衛(wèi)星影像及中國資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)，部分地區(qū)與城市的法國SPOT衛(wèi)星數(shù)據(jù)、美國快鳥和IKONOS衛(wèi)星影像以及航攝影像。

2   環(huán)境監(jiān)測空間數(shù)據(jù)平臺設計與實現(xiàn)

2.1  空間數(shù)據(jù)平臺結構設計

   空間數(shù)據(jù)平臺的核心是空間數(shù)據(jù)庫。目前對于空間數(shù)據(jù)的存儲與管理主要是文件形式和數(shù)據(jù)庫形式兩種方式。隨著空間數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量從KB、MB級向GB、TB海量級則增加，應用從單機向分布式發(fā)展，傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)文件管理模式在實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、網(wǎng)絡通信、并發(fā)控制及數(shù)據(jù)**機制??方面出現(xiàn)了難以解決的問題，二基于大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）的空間數(shù)據(jù)庫存儲與管理模式，能夠實現(xiàn)多源海量空間數(shù)據(jù)的無縫集成和一體化存儲管理，因此成為了大型空間數(shù)據(jù)平臺建設的必然選擇。

   為了實現(xiàn)在大型商用關系型數(shù)據(jù)庫基礎上存儲管理空間數(shù)據(jù)，出現(xiàn)了各種空間數(shù)據(jù)引擎技術。空間數(shù)據(jù)引擎是處于應用系統(tǒng)與底層數(shù)據(jù)庫之間的開放中間件，客戶端通過空間數(shù)據(jù)引擎將數(shù)據(jù)提交給關系型數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理，在使用時由客戶端或服務器端從數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)并轉化為空間數(shù)據(jù)格式，從而實現(xiàn)了對于超大型海量空間數(shù)據(jù)庫的多用戶分布式存儲與管理，并且可以基于SQL語言，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的快速查詢、定位。

   ***環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺目前的數(shù)據(jù)量已將近1TB，其存儲與管理對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都提出了很高的要求，同時由于1：5萬基礎地理數(shù)據(jù)作為機密級數(shù)據(jù)，整個空間數(shù)據(jù)平臺建設也必須按照機密級數(shù)據(jù)管理的標準來進行。因此，考慮到大型商業(yè)關系型數(shù)據(jù)庫強大的數(shù)據(jù)管理和**保障能力，我們選擇了Oracle10g企業(yè)版數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)作為空間數(shù)據(jù)引擎，分別按照環(huán)境監(jiān)測專題數(shù)據(jù)、環(huán)境背景數(shù)據(jù)、基礎地理數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)四個專題建立空間數(shù)據(jù)庫，將多源多比例尺數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)、投影方式，統(tǒng)一到同一數(shù)據(jù)貧農(nóng)柜臺框架下。數(shù)據(jù)平臺以中國環(huán)境監(jiān)測總站內網(wǎng)為依托，邏輯設計按照“空間數(shù)據(jù)庫-地圖服務-業(yè)務系統(tǒng)-客戶端”四級模式，提高數(shù)據(jù)庫存儲管理與應用共享的靈活性與**性；在此平臺基礎上，構建基于不同環(huán)境監(jiān)測專題的環(huán)境監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)，實現(xiàn)基于空間信息技術的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析評價及信息共享發(fā)布。

2.2  空間數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)的技術流程

   根據(jù)數(shù)據(jù)平臺建設目標和基本內容，編制了建庫方案，設計了數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫設計、編碼標準規(guī)范、數(shù)據(jù)校驗與優(yōu)化、地圖制作及數(shù)據(jù)**保障等一系列主要步驟。

    原始空間數(shù)據(jù)的來源和格式并不一致，基礎地理數(shù)據(jù)均為ESRIE00格式，環(huán)境背景數(shù)據(jù)為ESRI COVERAGE或ESRI GRID格式，遙感數(shù)據(jù)為ERDASIMAGE格式，環(huán)境監(jiān)測專題數(shù)據(jù)主要是EXCEL表格，對于多源多類型數(shù)據(jù)，統(tǒng)一轉換為SUPERMAP的矢量和柵格格式，以便下一步數(shù)據(jù)處理與入庫。

   原始數(shù)據(jù)有地理坐標系和投影坐標系，而投影坐標系又包括高斯克呂格投影（1：5萬DLG數(shù)據(jù)）和UTM投影（城市影像數(shù)據(jù)）。為了把不同的數(shù)據(jù)進行疊加顯示、分析等，需要把不同的投影整合到同一種坐標系統(tǒng)和投影方式上。統(tǒng)一投影參數(shù)設定為Albers等積圓錐投影。具體參數(shù)為中央經(jīng)線：110，原點緯線：0，標準緯線分別為25和47度，比例因子：1.0，地理坐標系：西安1980坐標系，參考橢球體：International-1975，橢球長軸：6378140.00m。

   標準規(guī)范包括空間數(shù)據(jù)庫設計與命名規(guī)范、環(huán)境要素監(jiān)測點位編碼規(guī)范、地表水環(huán)境監(jiān)測水系編碼方案等。目前已完成《國內地表水環(huán)境監(jiān)測斷面編碼規(guī)范（草案）》，對國內地表水環(huán)境監(jiān)測斷面的編碼進行了規(guī)范，作為關鍵字段，實現(xiàn)與環(huán)境監(jiān)測屬性數(shù)據(jù)的關聯(lián)。此外，經(jīng)過充分調研和分析比對，擬以國家測繪局水系編碼方案為基礎，結合環(huán)境監(jiān)測的具體情況進行修訂補充，形成地表水環(huán)境監(jiān)測水系編碼方案。

   數(shù)據(jù)庫設計是在ORACLE數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，完成物理存儲與邏輯存儲設計、用戶配置、表空間配置、網(wǎng)絡配置等工作。

   數(shù)據(jù)校驗與質量保證，是對入庫后數(shù)據(jù)的完備性、一致性和準確性進行自動和人工相結合的校驗，以保證在數(shù)據(jù)處理與入庫中數(shù)據(jù)不缺失、不變形、確保數(shù)據(jù)可靠性。

   數(shù)據(jù)優(yōu)化是從數(shù)據(jù)庫優(yōu)化、空間數(shù)據(jù)組織、地圖配置等方面著手，包括采用RAID物理存儲、建立三級索引機制、多比例尺顯示控制等技術，提高客戶端訪問空間數(shù)據(jù)的響應與表現(xiàn)速度。

   地圖制作是按照不同環(huán)境要素專題、不同可視化表征，根據(jù)國家或行業(yè)制圖規(guī)范與標準，制作環(huán)境監(jiān)測要素專題地圖，實現(xiàn)多比例尺無級縮放與跨圖無縫漫游，為環(huán)境監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)建設提供北京支持。

   數(shù)據(jù)**保障，是通過才采用ORACLE數(shù)據(jù)庫的備份機制，全庫備份和增量備份相結合，以移動存儲介質和磁盤陣列作為主要備份介質，實現(xiàn)海量空間數(shù)據(jù)的離線和近線備份，以備在服務器或數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障時進行數(shù)據(jù)恢復；同時嚴格服務器與數(shù)據(jù)庫的**管理機制，保障數(shù)據(jù)**。

3   結果與討論

   研究成果表明，采用先進思想與主流技術建設***環(huán)境監(jiān)測空間數(shù)據(jù)平臺，能夠實現(xiàn)對海量空間數(shù)據(jù)的快速響應、可視化表征、查詢?yōu)g覽以及空間分析評價等功能，同時平臺建設充分考慮了靈活性與可擴展性，可以滿足***環(huán)境監(jiān)測業(yè)務不斷發(fā)展的需要。當然，目前也存在若干需要解決的問題：

   ⑴空間數(shù)據(jù)的標準化與規(guī)范化還不能滿足空間數(shù)據(jù)平臺建設與應用的要求。空間數(shù)據(jù)的標準化和規(guī)范化是空間分析與評價的基礎與前提。由于空間數(shù)據(jù)本身具有的復雜性和多義性，一直以來在各行業(yè)部門的應用中存在標準不一致、不規(guī)范的問題。實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)范的***環(huán)境監(jiān)測空間數(shù)據(jù)平臺，需要進一步開展環(huán)境要素與環(huán)境專題的編碼標準化和規(guī)范化。

   ⑵空間數(shù)據(jù)在環(huán)境監(jiān)測領域的應用水平需要進一步提高。空間數(shù)據(jù)平臺的建立并不是*終目標，只有基于空間數(shù)據(jù)形成面向實際應用的環(huán)境監(jiān)測業(yè)務、系統(tǒng)，才能實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)平臺的*大價值。在建立空間數(shù)據(jù)平臺的基礎上，有必要進一步開展基于空間環(huán)境要素的環(huán)境監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)建設、實現(xiàn)基于空間數(shù)據(jù)平臺的環(huán)境數(shù)據(jù)上報、分析評價、表征、制圖與發(fā)布，從而進一步提高環(huán)境監(jiān)測綜合分析與評價能力。

 ***環(huán)境監(jiān)測空間數(shù)據(jù)平臺設計與實現(xiàn)
 ***環(huán)境監(jiān)測空間數(shù)據(jù)平臺設計與實現(xiàn)