各行各业的发展都应当建立相应的信息化系统，否则将无法适应信息技术越来越普及的现代社会，环保工程的发展同样需要建立相应的信息系统，本文主要平研究环境监测的信息系统设计。
《计算机研究与发展》(月刊)创刊于1958年，由中国科学院计算技术研究所、中国计算机学会主办。办刊宗旨： 报道我国计算机领域最高水平的学术论文和最新科研成果。 刊登内容：计算机科学技术领域高水平的学术论文、最新科研成果和重大应用成果。刊登内容：述评、计算机基础理论、软件技术、信息安全、计算机网络、图形图象、体系结构、人工智能、计算机应用、数据库技术、存储技术及计算机相关领域。《工程索引》Compendex 数据库(核心)收录。
1基本理论研究
1.1土壤环境
本文所讲的土壤环境是指影响土壤发生变化的各种因素。主要强调可供观察、变化周期短的相关因素,例如气候条件、生物因素、时间因素。其中,气候条件是指不同气候带的土壤能够显示有特色的特征;温度和水分的不同影响风化和沥滤程度;风可以移动沙子和其他碎粒;降水的类型和数量影响土壤形成,协助了发展不同土壤剖面;季节和日常温度波动影响土壤动力、冰冻和融化时风化影响水的效力是一个打破岩石和其他结实物质的作用结构;温度和降水率影响生物活动、化学反应速率和其他植物被覆的种类。
生物因素是指植物、动物、真菌、细菌与人类会影响土壤的形成,动物与微生物混合土壤并形成洞穴与孔隙,使得水汽与气体能够在土壤内移动;植被也有许多不同的方式来影响土壤的形成,其可以避免雨水冲刷土壤表面防止表面径流(surfacerunoff);植物也可以遮蔽下方土壤,使土壤保持较低温度与降低蒸发散量进而保留更多的水分;植物也会借由蒸散作用(transpi-ration)来加速土壤水分的散失,可以合成新的化学物质,借此来打破或者形成土壤颗粒;植物的根系会在土壤中形成通道[1];人类的活动亦会影响土壤的形成,包括借由移除土壤的植被使得土壤被冲蚀;混合不同土壤层,使得被翻搅至上层为风化的土层开始风化,并重新开始土壤的形成过程。时间因素是所有因素中必须的条件:随着时间的推移,土壤变化特征依赖于其它的形成因素,土壤的形成需要时间,并与其他因素的相互影响,土壤是在不断变化的。
1.2土壤信息系统
土壤信息系统是指由土壤资料建立起来的数据库语言与软件系统。可用以指导施肥、灌溉、土壤管理,也可对土壤的性状改变进行监测、预报、调控,是地理信息系统、农业信息系统的组成部分。
2技术平台构成
2.1基础信息平台
基础信息平台主要是通过综合运用RS,GPS和数字化控制系统(DigitalControlSystem,DCS)等技术手段,快速采集相关的自然地理信息,社会经济属性信息等数据,结合计算机网络,GIS技术,数据库技术等建立空间数据库及其对应的属性数据库,实现数据的有效存储管理。基础信息平台的构建要充分考虑土壤信息标准化,建立元数据标准和数据共享体制,将获取的各类信息和数据进行规范化处理,最后统一入库。构建标准化和规范化的农业环境信息数据库与共享平台机制。
2.2信息服务平台
信息服务平台是实现资源共享、统一标准的保障,由信息服务中间件、模型库、知识库和资源服务管理器等组成。
1)信息服务中间件[2]信息服务中间件是信息服务平台的核心。该土壤环境监测信息系统的中间件主要包括时空GIS中间件、WebGIS中间件以及三维虚拟中间件。
2)模型库模型是现实业务应用数字化处理的技术核心,模型库是一个庞大的业务处理集,是按照共享协议和相关标准而编制的功能单元的集合。
3)知识库知识库是数据库概念在知识处理领域的拓展和延伸。知识库管理系统所涉及的关键技术主要有知识获取、知识表示以及知识库组织、维护以及调用等几个方面。
4)资源服务管理器资源服务管理器是面向用户的,通过应用服务平台的一个窗口,实现用户对共享资源的查询检索、登记注册以及获取使用等功能[3]。
2.3决策应用平台
决策应用平台是该信息系统平台建设的最终目的。直接面向土地管理部门的工作人员。它是在信息服务平台的支持下,调用基础信息平台获取的土壤基础信息和动态监测信息,对信息进行分析、预测和评价,满足管理的业务需求,为各管理决策部门提供科学、合理的优化方案和决策信息。
3系统总体设计
3.1系统总体设计思想
首先,系统站在实用化、科学性的高度,采用面向服务的设计思想,面向空间实体及其关系的数据组织、高效海量空间数据的存储与索引,将农业管理工作纳入计算机网络信息管理之中;其次,平台的设计要遵循当前主流的接口规程、协议标准和当前流行的组件技术,采用面向对象的软件工程技术;最后,平台的设计在考虑满足当前土地利用需求的同时,充分考虑了后续工作的相关性。图1为土壤环境动态监测信息系统登录界面。
3.2系统运行环境设计
1)系统的硬件环境设计系统运行在网络环境下,由数据库服务器、应用服务器、WebGIS服务器以及相应的网络设备组成。本系统的操作模式主要采用B/S与CIS相结合的方式。用户应用功能模块采用B/S模式。数据编辑功能模块采用CIS模式,来提高空间数据的存储效率。2)系统的软件环境设计本系统中,软件环境设计中的数据库设计首选Ora-cle9i系列,备选SQLServer数据库。
3.3系统逻辑结构设计
系统平台在逻辑上分为四个逻辑层:信息表示层、应用服务层、数据存储层和支撑技术层。其中,支撑技术是系统的理论基础,包括3S技术、DSS技术、基于组件的软件开发技术和WebGIS技术等。在整个框架中标准规范及数据定义、软硬件网络配置这两大部分贯穿于系统架构的始终。
3.4系统数据库设计
数据库设计是系统平台建设的核心内容。数据库顾名思义,主要进行数据的存储、更新、维护和备份等工作。因此,数据库系统应该选择性能稳定、功能强大和安全性级别比较高的大型数据库系统(如图2所示)。例如Ora-cle9i系列。
3.4.1数据库的逻辑结构设计数据库的逻辑结构设计是将整个数据库的框架设计出来,为系统应用设计奠定基础。土壤环境动态监测作为本系统的总模块,该总模块设计中表与表之间的关系如下:
1)环境监测点基本属性表(TG_Envi_MonitorPoint-Baselnfo)这是一个图层数据表,是环境动态监测业务点的核心表,对于监测点这个图层信息的描述、对监测点环境的评价等,都会与此图层发生联系,因此对于其他表的设计都要围绕这个表。监测点的基本信息保存在此表中,监测点ID为主键,植物的名称为外键,对于不可为空的字段给出了约束。
2)土壤环境监测点代表实际面积图(TG_Envi_Moni-torFactArea)该表也是图层数据表,存储着监测点实际代表面积及相关信息,它通过对应的主键监测点ID与监测点基本信息表建立联系,以获取监测点的一些基本信息。
3)土壤环境监测点代表推算面积图(TG_Envi_Moni-torSupposeArea)这是根据监测点基本信息来推算监测点面积的图层数据,为面图层。通过主键监测点ID与监测点基本信息建立联系。
4)土壤环境监测信息父表(TA_Envi_Monitoring)土壤环境监测的总信息保存于该表中,监测信息ID为主键,通过主键监测点ID与监测点图层数据表建立联系,该表主要保存pH的信息,以判断监测点的酸碱度。
5)土壤环境监测信息子表(TA_Envi_Monitoringltem)该表中保存具体监测项(铜、汞、砷、铅、铬、镉等)的信息,监测信息项ID为主键,通过主键监测信息ID与监测信息父表建立联系,通过监测项目ID写评价标准监测项代码表建立联系。
6)评价标准监测项代码表(TC_Envi_Standardltem)该表中保存国家规定的对标准监测项的值,标准监测项ID为主键,通过外键评价标注ID与评价标准代码表建立联系。
7)评价标准代码表(TC_Envi_MonitoringStandard)该表存放着评价标准的名称、代码和综合污染指数等信息,通过外键评价标准ID与评价标准监测项代码表建立联系。
8)土壤环境监测结果父表(TA_Envi_DetectResult)土壤环境监测的结果和评价结果存放于此表中,此表中主要的保存信息是综合污染指数和执行标注ID,通过外键监测信息ID与土壤环境监测信息父表建立联系。
9)土壤环境监测结果子表(TA_Envi_DetectItemRe-sult)土壤环境监测的每个具体的单项结果保存于此表中,通过外键监测结果D与土壤环境监测结果父表建立联系。
3.4.2数据库的物理结构设计数据库的物理结构设计是将逻辑结构设计的模型在实际的物理存储设备上加以实现,从而建立一个具有良好性能的物理数据库。由于土地信息的数据类型多样,信息量大,例如不同比例尺下的基础地理信息、遥感影像等,因此,为了便于对海量数据的存储和多用户的并发访问的支持,采用了Oracle9i系列作为后台数据库。同时,为了将在不同地点的空间数据联系起来,实现信息共享,将数据库的存储设计成分布式存储。
3.4.3遥感影像数据库设计遥感影像数据库可以分为影像元数据库和影像数据库两部分。影像元数据库用于存储、管理遥感影像元数据中的数据,影像数据库用于存储、管理影像数据。对于每一幅导入的专题影像,为其提供一个ID号和影像名称,该ID号在系统中唯一标识该幅影像,我们称之为影像ID。通过影像ID把每幅图像的影像数据与元数据关联起来[4]。由于遥感影像数据量比较大,为减少影像的存储空间还需要对影像进行压缩处理,然后进行存储。当用户调用数据的时候,首先对数据进行解压缩处理,然后再返回给用户。
3.4.4数据库的安全设计数据库的安全包括系统的安全和数据的安全两类。系统安全性是指在系统级控制数据库的存取和使用的机制,包括有效的用户名/口令组合,用户的资源限制,用户可执行的操作等。数据的安全性是指保护数据以防止不合法地使用造成数据泄漏、更改和破坏。数据的安全性设计上要注重对数据库默认用户的管理,角色与权限,数据库的应用权限设计,以及注意对数据的加密。
4结束语
土壤环境的变化涉及到农、林、人类生产和生活的各个方面。动态地对其监测,可以及时对土壤成分进行调节,趋利避害。本文通过设计一个信息系统将与动态土壤监测紧密联系起来,从而做到土壤环境的查询、分析、预测、管理等,真正做到方便土地工作管理人员,提高土壤的利用效率,实现土壤环境信息的数字化、科学化及其智能化,更好地为人类实际生产与日常生活服务。
