环境信息系统-第五章-环境信息系统设计课件.ppt

1、第五章 环境信息系统设计5.1 环境信息系统环境信息系统5.2 环境信息系统设计环境信息系统设计5.1.1 环境信息环境信息一般是指来自环境保护和社会相关部门，采用一定的技术手段或方法采集的反映环境空间系统里的环境质量状况、污染物排放、自然生态和环境保护工作等各种数据资料的总体集合。可以认为是一种已被加工为特定形式的环境数据，或者是一组表示数量、行动或目标的可鉴别的符号，它可以是数字、字母或符号，也可以是图形、图像或声音等，并可按使用目的组织数据库 5.1 环境信息系统环境信息系统环境信息主要包括以下几个方面环境信息主要包括以下几个方面:污染源信息污染源信息环境质量及其变化规律信息环境质量及其

2、变化规律信息生态环境信息生态环境信息社会统计信息及其发展规划信息社会统计信息及其发展规划信息 环境信息有如下特点：空间性：环境信息大都与时空位置有关。复杂性：环境信息处理背景复杂，任务繁多，涉及面极为广泛。分析性：环境信息处理需要进行大量的分析性工作，不仅需要定性和静态的分析，而且需要定量、定位和动 态的综合分析和评价。时效性：环境信息量通常是海量的，需要高效、迅速和准确的处理，特别是需要进行实时处理。多源性：环境信息来源多要求包括监测数据、统计数据、图形数据、遥感数据等不同源数据的复合。直观性：环境信息处理结果应具有较高的可视化程度和良好的显示度。环境信息的这些特点决定了环境保护是最适合也环

3、境信息的这些特点决定了环境保护是最适合也是最需要应用地理信息系统的领域之一。是最需要应用地理信息系统的领域之一。计算机信息技术在环境科学的理论研究和污染控制的实计算机信息技术在环境科学的理论研究和污染控制的实践中正在发挥越来越重要的作用，如何科学、正确、及践中正在发挥越来越重要的作用，如何科学、正确、及时地运用环境信息来了解过去，掌握现在，预测未来对时地运用环境信息来了解过去，掌握现在，预测未来对于正确指导环境保护工作有着极其重要的意义。环境信于正确指导环境保护工作有着极其重要的意义。环境信息系统就是在这样的背景下应运而生，它结合了计算机息系统就是在这样的背景下应运而生，它结合了计算机技术、地

4、理信息系统（技术、地理信息系统（GISGIS）、数据库技术、网络技术、）、数据库技术、网络技术、数学模型、决策支持系统等多种技术，为环境科学的研数学模型、决策支持系统等多种技术，为环境科学的研究提供一种重要的技术支持手段和信息保障。尽管发展究提供一种重要的技术支持手段和信息保障。尽管发展的历程还不长，但已经成为环境科学研究和实践中不可的历程还不长，但已经成为环境科学研究和实践中不可或缺的重要方面。或缺的重要方面。5.1.2 环境信息系统 环境信息系统(Environmental Information System,简称EIS)环境信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空

5、间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为环境问题研究和环境决策服务而建立起来的计算机技术系统。环境信息系统就是地理信息系统在环境中的应用，属于综合信息系统范畴。环境信息系统的基本内容由二部分构成环境信息系统的基本内容由二部分构成基础数据库基础数据库环境管理模块环境管理模块环境管理辅助决策支持模块环境管理辅助决策支持模块其中基础数据库可分为空间数据库和属性数据库两其中基础数据库可分为空间数据库和属性数据库两大类。空间数据指单个或群体的以空间位置为参照大类。空间数据指单个或群体的以空间位置为参照的数据，包括地物的空间位置的数据，

6、包括地物的空间位置(空间坐标空间坐标)及实体间及实体间的空间相关性的空间相关性(拓扑关系拓扑关系)。属性数据是与地理实体。属性数据是与地理实体相联系的变量或环境特征，它是环境专题研究和分相联系的变量或环境特征，它是环境专题研究和分析的核心内容析的核心内容 5.1.3 环境信息系统的基本结构 环境信息系统主要有三部分构成：环境信息系统数据库、环境信息应用系统、环境信息系统平台 环境信息系统数据库来源有空间数据和属性数据。空间数据中，遥感影像数据GPS定位数据通过图像处理，并和实地采集数据相结合可以提取土地利用、植被指数等资源环境专题信息，基础地图包括非遥感信息源主要包括地形图、行政区划图、地貌分

7、区图、土壤类型图、水系图、水文地质图等，通过数字化形成基础图库。统计资料数据为属性数据，包括社会、经济、人口和资源环境数据。数据库为系统提供数据支持。环境应用系统包括环境管理、环境监测、生态环境评价、生态规划、环境模拟与预测、环境事故应急等。环境信息系统平台为系统提供地理信息系统的基本功能和开发环境。环境信息系统基本结构图 5.1.4 环境信息系统的分类 信息系统在与各种环境业务结合后会产生一系列各具特色的环境信息系统。为进一步加深对环境信息系统的理解，下面从不同的角度给出环境信息系统的分类方法。按照其不同功能，环境信息系统可以分为：环境资源信息系统；环境监测与信息采集系统；环境信息处理系统；

8、环境业务信息系统；环境政务管理信息系统等。地域范围来看，又可将环境信息系统划分为：全球环境信息系统；国家环境信息系统；区域环境信息系统(省级环境信息系统、地市级环境信息系统等)。按照具体的应用行业划分，有可以划分大气环境信息系统；水污染环境信息系统；固体废弃物监测信息系统；噪声污染信息系统等。技术核心的不同将其划分为环境管理信息系统(Environmental Management lnformation System，EMIS)环境地理信息系统(Environmental Geographic lnformation System，EGIS)。5.1.5 环境信息系统的主要功能（1）污染指标

9、空间分布特征分析 主要为污染物排放量及环境监测数据的静态空间表达。（2）辅助生态环境评价及环境功能区划 根据污染指标空间分布特征分析的结果进行环境评价，最终实现更可靠、更便捷的环境功能区划工具，辅助评价指标体系的空间表达及功能区划方案的设计。（3）污染分布数值模拟参数确定及结果显示 在污染物分布的空间数值模拟的过程中，利用GIS手段可以辅助确定模拟过程中所需要的空间位置参数指标，数值模拟结果的空间显示，使模拟结果具有直观动态性，便于人脑的理解。（4）一体化环境分析及管理系统的应用 在未来利用数学工具解决环境问题的能力达到实用、可信的水平时，可以建立分析工具与GIS软件共享计算机同一进程或不同进

10、程内存空间的并具有统一界面。（5）实时监测的计算机处理系统 结合未来的通讯技术，对水环境、大气环境等实时监测，并传输给计算机处理系统，对监测结果进行实时分析、空间显示，使监测达到实时、直观的程度。（6）突发事件的模拟显示 当某地发生重大的环境事故时，可根据自动监测结果，结合数学模型对其扩散情况模拟分析并将结果直观输出，使得突发事件的处理及时有效。5.1.6全球环境信息系统概况 早在早在1975年，联合国环境规划署就与各国政府合作，利年，联合国环境规划署就与各国政府合作，利用信息技术建立了第一个全球性的环境信息系统，即全用信息技术建立了第一个全球性的环境信息系统，即全球环境信息源查询系统。球环境

11、信息源查询系统。1986年，在联合国环境规划署的领导下，与其它国际组年，在联合国环境规划署的领导下，与其它国际组织共同建立了一个地球资源信息数据库织共同建立了一个地球资源信息数据库(GRID)，其主要，其主要目的是将收集、加工后的数据和卫星遥感数据等有关环目的是将收集、加工后的数据和卫星遥感数据等有关环境方面的多种数据进行综合，以向全世界的研究工作者境方面的多种数据进行综合，以向全世界的研究工作者和决策人物提供参考和向发展中国家转让环境数据处理和决策人物提供参考和向发展中国家转让环境数据处理技术。现在技术。现在GRID中心在全世界共有中心在全世界共有11个分中心，它们个分中心，它们互相帮助、支

12、持，但是又都保持着各自的特征和特色进互相帮助、支持，但是又都保持着各自的特征和特色进行相关的活动。行相关的活动。联合国主持下的其它全球环境信息工程项目也正在逐步投入使用，已开通和建成的有联合国环境规划署“信使”项目卫星地球站和全球环境绿色通道UNEP网络系统等。这些系统的开通不仅为世界各国政府环境管理和环境决策提供了信息支持，而且也为各国间的环境信息交流，提供了便捷的通道与桥梁。国内环境信息系统的研究起步较晚国内环境信息系统的研究起步较晚.中国科学院环境化中国科学院环境化学研究所于学研究所于1983年建成了年建成了“中文坏境文献库中文坏境文献库”。中国环境监测总和北京市计算中心联合建成的中国环

13、境监测总和北京市计算中心联合建成的“国家国家环境信息管理系统环境信息管理系统”于于1985年年8月通过国家鉴定，是一月通过国家鉴定，是一个用软件工程方法研制环境管理信直系统的尝试。个用软件工程方法研制环境管理信直系统的尝试。进入20世纪90年代以后，中国在环境信息领域得到了很大的发展，各地环境保护部门为了各自管理上的需要，将先进的信息技术应用到了日常的环境管理和环境决策支持中。1994年，山江苏省环境保护局和清华大学环境工程系合作开发完成了我国第一个基于客户/服务器结构的省级环境管理信息系统一一江苏省环境信急系统，将先进的客户/服务器(Client/Server)体系结构应用于环境信息系统方而

14、做出了有益的探索。并且，我国在这一时期自行开发研制了一些适合本地特点和管理需要的地方环境信息系统。如“八五”期间研制的全国省级环境决策支持系统、大连市环保管理信息系统、苏州河环境信息系统等。使得环境信急系统的理论、方法和技术获得了进一步的充实和完善。环保空间信息共享与服务示范系统城市环境监测、治理规划、预测集成信息系统城市环境监测、治理规划、预测集成信息系统 全国环境统计信息管理系统全国环境统计信息管理系统 重大环境污染事故区域预警系统重大环境污染事故区域预警系统江苏省排污申报登记信息管理系统江苏省排污申报登记信息管理系统重点流域重点流域GIS应用系统应用系统 赣江流域环境遥感与数字化环境管理

15、系统赣江流域环境遥感与数字化环境管理系统国家环保总局机关计算机网络与公文管理信息系统国家环保总局机关计算机网络与公文管理信息系统环境监测业务管理信息系统环境监测业务管理信息系统 河北省污染源在线计算机监控网络系统河北省污染源在线计算机监控网络系统 环境信息系统分析的主要任务是建立目标系统的逻辑模型，即通过一系列分析工具的使用确定目标系统的业务流程、数据流程和管理结构等，从而建立目标系统的需求规格，确定系统的主要功能。环境信息系统设计是在系统分析建立的逻辑模型的基础上，科学合理地进行物理设计，建立目标系统物理模型。环境信息系统设计通常包括总体设计和详细设计。总体设计主要包括需求说明、系统处理流程

16、设计、技术方案设计、数据库设计、应用系统设计、接口设计、开发环境设计、测试环境设计、运行环境设计以及系统维护设计等。详细设计主要包括功能设计和界面设计。5.2 5.2 环境信息系统设计环境信息系统设计5.2.1 环境信息系统设计目标与内容 1环境信息系统设计的目标环境信息系统设计的目标 环境信息系统建设的主要目标是以数据采集、传输环境信息系统建设的主要目标是以数据采集、传输和存储管理为基础，以环境信息的查询分析业务流程和存储管理为基础，以环境信息的查询分析业务流程为主线，通过科学计算、地理信息系统、数据挖掘和为主线，通过科学计算、地理信息系统、数据挖掘和专业分析模型等技术手段，构建环境科学信息

17、数据库，专业分析模型等技术手段，构建环境科学信息数据库，使环境记录得到高效利用。使环境记录得到高效利用。环境信息系统的好坏可以从功能、效率、可靠性、环境信息系统的好坏可以从功能、效率、可靠性、工作质量、可变更性、经济性等多方面进行评价。这工作质量、可变更性、经济性等多方面进行评价。这些指标之间是相互联系、相互制约的，因此环境信息些指标之间是相互联系、相互制约的，因此环境信息系统设计要从具体环境与要求出发，使系统尽可能成系统设计要从具体环境与要求出发，使系统尽可能成为功能强大、效率高、可靠、易于理解、易于维护的为功能强大、效率高、可靠、易于理解、易于维护的系统。系统。目标：(1)实现原始数据和资

18、料按统一标准和格式汇总，入库。(2)实现数据资源的统一管理，建立基础数据库、专题数据库和成果数据库。通过控制用户权限满足各子课题之间的数据交互共享和面向公众的信息发布。(3)实现系统客户端专用程序的开发。根据用户需求，定制客户端独立应用程序，使专业或非专业GIS使用者可以不受专业知识和网络速度的限制使用环境数据。(4)实现环境数据的信息化、科学化与网络化，从根本上提高环境数据利用效率与水平。2环境信息系统设计的内容环境信息系统设计阶段的任务是提出实施方案，其具体体现文档是系统设计说明书，这是系统实施阶段的工作依据，包括两个方面的内容。(1)把总任务分解成许多基本、具体的任务，即系统总体设计，又

19、称为概要设计。其主要内容包括将系统划分为各子系统或模块，各子系统或模块具有明确、简单、易懂的功能，且易于修改，明确各子系统或模块间的调用关系和模块接口方法。(2)为各个具体任务选择适当的技术手段和处理方法，即系统详细设计。主要包括代码设计、数据库设计、输入设计、输出设计、人机对话设计、处理过程设计等多方面的内容。大部分环境信息系统建设的主要内容为：(1)建立环境科学空间数据库。包括基础数据库、专题数据库、成果数据库。(2)建立数据采集、传输、存储于一体的基础信息平台。(3)以GIS技术为主要手段，以环境模型为基础，实现数据分析。系统的分析功能包括空间数据分析、GIS综合制图和模型分析等。3环境

20、信息系统设计的依据 环境信息系统设计是从系统分析的抽象到具体实现的过程。因此，系统设计的主要依据就是系统分析的结果和文档，即系统分析报告。除了主要依据系统分析报告以外，在具体设计时还必须考虑系统环境的变化和其他主客观条件，考虑技术与应用环境的变化，尤其是网络与信息技术、计算机软硬件技术的进步等，对一些开发周期较长的系统更应该如此，避免设计的系统刚被使用，就成为各方面都落后的系统了。环境信息系统的构建包括硬件和软件的组成结构。环境信息系统平台模式大体上分为4种：主机终端模式主机终端模式文件服务器模式文件服务器模式客户机服务器模式客户机服务器模式(CS模式模式)web浏览器服务器模式浏览器服务器模

21、式(BS模式模式)。5.2.2 环境信息系统构建方法5.2.3环境信息系统设计 环境信息系统设计工作技术性强，涉及面广，内容复杂，必须有科学的理论和方法支持，结构化设计法就是常用的方法之一。结构化设计的基本思想是将信息系统的结构划分为若干层次状的功能结构，将复杂的系统分解成相对独立和简单的模块。其突出特点是结构化和模块化。1基本概念 (1)模块 把一个系统分解成若干彼此独立且具有一定联系、能够完成某个特定任务的组成部分，称为模块(module)。模块具有输入和输出、逻辑功能、运行程序、内部数据等四种属性。模块的输入和输出可以理解为模块与外界的接口，模块输入一般以变量的形式存在，模块输出可能是运

22、算的结果，也可能是一个报告。模块从调用它的模块处获得输入，然后将处理结果输出到它的调用模块。逻辑功能则是指明模块能做什么，表达它将输入转化为输出的功能。程序代码用于实现模块的功能。内部数据则是属于模块内部的数据，一般定义为私有变量。在总体设计时，主要关心模块外部的属性，模块内部属性由系统实施阶段的程序设计工作完成。理想的模块是一个“黑箱”，其内部结构与原理对外隐藏，仅仅是知道其接口和功能即可。(2)模块化 模块化(modularization)就是将系统划分为若干个模块，每个模块完成特定的功能，然后将这些模块汇集起来组成一个整体(即系统或子系统)，以完成指定功能的一种方法。采用模块化的设计可以

23、将复杂的系统分解为结构清晰、可读性好的层次系统。模块化是信息系统开发中简化系统结构的主要方法。模块化需要掌握以下原则。独立原则。独立就是指系统的各个部分在内部功能、信息处理等各个方面的凝聚性好，部分之间的数据依赖性较小，联系较少，尽量减少不必要的调用和控制联系。节约原则。节约就是冗余较少，减少数据存储，减少中间结果的传递和和转移。方便原则。方便是指设计出的子系统或模块便于独立实现。模块化的突出意义就是将复杂系统进行简化，所以，只有方便实现的模块化才是成功的。(3)模块间的联系 结构化设计的基本思想就是把系统设计成由相对独立、功能单一的模块组成的层次结构。模块间的耦合和内聚是反映模块间联系的重要

24、概念。耦合反映模块间连接的紧密程度，而内聚反映一个模块内各元素彼此结合的紧密程度。如果所有模块的内聚都很强，则模块问的耦合就很低，模块的独立性就强；反之亦然。模块间的耦合包括：数据耦合特征耦合控制耦合公共耦合内容耦合(4)模块的扇入与扇出 在系统的模块设计时需要注意系统的深度和宽度。模块的扇出直接影响系统的宽度，扇出过大则表示该模块的直接下属模块多，控制与协调较困难。一般可以通过增加中间层来降低系统的宽度。扇出小则说明上下级模块或其本身可能过大，可通过分解使之合理。根据经验，一个较好的系统其平均扇出数通常为3或4，一般不超过7，否则会引起出错概率的增大。模块的扇入数则表明系统的通用性情况，扇入

25、数越大，表明共享该模块的上级模块数越多，因此有较高的通用性，维护也方便。一个较好的系统一般具有以下特点：高层具有较高的扇出数，中间层具有较少的扇出数，底层具有较高的扇入数。(5)模块结构图设计 在系统分析阶段可以用结构化分析方法得到系统的数据流程图。在系统设计阶段则使用结构化设计方法设计出系统的模块结构图。初始模块结构图是从数据流程图而来，然后经过优化得到最终的系统模块结构图。环境信息系统设计(1)信息系统架构的选择系统的不同架构均存在一定的优缺点。因此在设计时需要根具体的应用，从以下几个角度进行考虑。组织的真实需求。组织规模大小 对外界信息的敏感度 对数据分析的要求程度 系统应用人员的IT素养(2)信息系统输入设计 信息系统输入就是为系统提供信息的初始数据和原料，把数据输入计算机的过程，数据输入是主要的一环。数据输入分为批处理方式和联机处理方式。批处理方式 联机处理方式(3)信息系统输出设计 信息系统输出就是为用户提供信息，按照输出特点可以分为3类：内部输出、外部输出和反馈输出。输出的主要方式有打印输出、显示输出、电子文档、多媒体等。(4)信息系统接口设计 用户接口是用户和计算机系统的连接纽带，通过接口连接了输入、输出和处理等部分。Thank youSee you next time!