各行各業(yè)的發(fā)展都應(yīng)當(dāng)建立相應(yīng)的信息化系統(tǒng)，否則將無法適應(yīng)信息技術(shù)越來越普及的現(xiàn)代社會(huì)，環(huán)保工程的發(fā)展同樣需要建立相應(yīng)的信息系統(tǒng)，本文主要平研究環(huán)境監(jiān)測的信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　《計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展》(月刊)創(chuàng)刊于1958年，由中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所、中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)主辦。辦刊宗旨： 報(bào)道我國計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最高水平的學(xué)術(shù)論文和最新科研成果。 刊登內(nèi)容：計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域高水平的學(xué)術(shù)論文、最新科研成果和重大應(yīng)用成果。刊登內(nèi)容：述評(píng)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論、軟件技術(shù)、信息安全、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、圖形圖象、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)及計(jì)算機(jī)相關(guān)領(lǐng)域。《工程索引》Compendex 數(shù)據(jù)庫(核心)收錄。

　　1基本理論研究

　　1.1土壤環(huán)境

　　本文所講的土壤環(huán)境是指影響土壤發(fā)生變化的各種因素。主要強(qiáng)調(diào)可供觀察、變化周期短的相關(guān)因素,例如氣候條件、生物因素、時(shí)間因素。其中,氣候條件是指不同氣候帶的土壤能夠顯示有特色的特征;溫度和水分的不同影響風(fēng)化和瀝濾程度;風(fēng)可以移動(dòng)沙子和其他碎粒;降水的類型和數(shù)量影響土壤形成,協(xié)助了發(fā)展不同土壤剖面;季節(jié)和日常溫度波動(dòng)影響土壤動(dòng)力、冰凍和融化時(shí)風(fēng)化影響水的效力是一個(gè)打破巖石和其他結(jié)實(shí)物質(zhì)的作用結(jié)構(gòu);溫度和降水率影響生物活動(dòng)、化學(xué)反應(yīng)速率和其他植物被覆的種類。

　　生物因素是指植物、動(dòng)物、真菌、細(xì)菌與人類會(huì)影響土壤的形成,動(dòng)物與微生物混合土壤并形成洞穴與孔隙,使得水汽與氣體能夠在土壤內(nèi)移動(dòng);植被也有許多不同的方式來影響土壤的形成,其可以避免雨水沖刷土壤表面防止表面徑流(surfacerunoff);植物也可以遮蔽下方土壤,使土壤保持較低溫度與降低蒸發(fā)散量進(jìn)而保留更多的水分;植物也會(huì)借由蒸散作用(transpi-ration)來加速土壤水分的散失,可以合成新的化學(xué)物質(zhì),借此來打破或者形成土壤顆粒;植物的根系會(huì)在土壤中形成通道[1];人類的活動(dòng)亦會(huì)影響土壤的形成,包括借由移除土壤的植被使得土壤被沖蝕;混合不同土壤層,使得被翻攪至上層為風(fēng)化的土層開始風(fēng)化,并重新開始土壤的形成過程。時(shí)間因素是所有因素中必須的條件:隨著時(shí)間的推移,土壤變化特征依賴于其它的形成因素,土壤的形成需要時(shí)間,并與其他因素的相互影響,土壤是在不斷變化的。

　　1.2土壤信息系統(tǒng)

　　土壤信息系統(tǒng)是指由土壤資料建立起來的數(shù)據(jù)庫語言與軟件系統(tǒng)。可用以指導(dǎo)施肥、灌溉、土壤管理,也可對(duì)土壤的性狀改變進(jìn)行監(jiān)測、預(yù)報(bào)、調(diào)控,是地理信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)的組成部分。

　　2技術(shù)平臺(tái)構(gòu)成

　　2.1基礎(chǔ)信息平臺(tái)

　　基礎(chǔ)信息平臺(tái)主要是通過綜合運(yùn)用RS,GPS和數(shù)字化控制系統(tǒng)(DigitalControlSystem,DCS)等技術(shù)手段,快速采集相關(guān)的自然地理信息,社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性信息等數(shù)據(jù),結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),GIS技術(shù),數(shù)據(jù)庫技術(shù)等建立空間數(shù)據(jù)庫及其對(duì)應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)管理。基礎(chǔ)信息平臺(tái)的構(gòu)建要充分考慮土壤信息標(biāo)準(zhǔn)化,建立元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)共享體制,將獲取的各類信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理,最后統(tǒng)一入庫。構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的農(nóng)業(yè)環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫與共享平臺(tái)機(jī)制。

　　2.2信息服務(wù)平臺(tái)

　　信息服務(wù)平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)資源共享、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的保障,由信息服務(wù)中間件、模型庫、知識(shí)庫和資源服務(wù)管理器等組成。

　　1)信息服務(wù)中間件[2]信息服務(wù)中間件是信息服務(wù)平臺(tái)的核心。該土壤環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)的中間件主要包括時(shí)空GIS中間件、WebGIS中間件以及三維虛擬中間件。

　　2)模型庫模型是現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)字化處理的技術(shù)核心,模型庫是一個(gè)龐大的業(yè)務(wù)處理集,是按照共享協(xié)議和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)而編制的功能單元的集合。

　　3)知識(shí)庫知識(shí)庫是數(shù)據(jù)庫概念在知識(shí)處理領(lǐng)域的拓展和延伸。知識(shí)庫管理系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有知識(shí)獲取、知識(shí)表示以及知識(shí)庫組織、維護(hù)以及調(diào)用等幾個(gè)方面。

　　4)資源服務(wù)管理器資源服務(wù)管理器是面向用戶的,通過應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)的一個(gè)窗口,實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)共享資源的查詢檢索、登記注冊(cè)以及獲取使用等功能[3]。

　　2.3決策應(yīng)用平臺(tái)

　　決策應(yīng)用平臺(tái)是該信息系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)的最終目的。直接面向土地管理部門的工作人員。它是在信息服務(wù)平臺(tái)的支持下,調(diào)用基礎(chǔ)信息平臺(tái)獲取的土壤基礎(chǔ)信息和動(dòng)態(tài)監(jiān)測信息,對(duì)信息進(jìn)行分析、預(yù)測和評(píng)價(jià),滿足管理的業(yè)務(wù)需求,為各管理決策部門提供科學(xué)、合理的優(yōu)化方案和決策信息。

　　3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想

　　首先,系統(tǒng)站在實(shí)用化、科學(xué)性的高度,采用面向服務(wù)的設(shè)計(jì)思想,面向空間實(shí)體及其關(guān)系的數(shù)據(jù)組織、高效海量空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與索引,將農(nóng)業(yè)管理工作納入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息管理之中;其次,平臺(tái)的設(shè)計(jì)要遵循當(dāng)前主流的接口規(guī)程、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)前流行的組件技術(shù),采用面向?qū)ο蟮能浖�工程技術(shù);最后,平臺(tái)的設(shè)計(jì)在考慮滿足當(dāng)前土地利用需求的同時(shí),充分考慮了后續(xù)工作的相關(guān)性。圖1為土壤環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)登錄界面。

　　3.2系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境設(shè)計(jì)

　　1)系統(tǒng)的硬件環(huán)境設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、WebGIS服務(wù)器以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。本系統(tǒng)的操作模式主要采用B/S與CIS相結(jié)合的方式。用戶應(yīng)用功能模塊采用B/S模式。數(shù)據(jù)編輯功能模塊采用CIS模式,來提高空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)效率。2)系統(tǒng)的軟件環(huán)境設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中,軟件環(huán)境設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)首選Ora-cle9i系列,備選SQLServer數(shù)據(jù)庫。

　　3.3系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)平臺(tái)在邏輯上分為四個(gè)邏輯層:信息表示層、應(yīng)用服務(wù)層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層和支撐技術(shù)層。其中,支撐技術(shù)是系統(tǒng)的理論基礎(chǔ),包括3S技術(shù)、DSS技術(shù)、基于組件的軟件開發(fā)技術(shù)和WebGIS技術(shù)等。在整個(gè)框架中標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及數(shù)據(jù)定義、軟硬件網(wǎng)絡(luò)配置這兩大部分貫穿于系統(tǒng)架構(gòu)的始終。

　　3.4系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)的核心內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫顧名思義,主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、更新、維護(hù)和備份等工作。因此,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)該選擇性能穩(wěn)定、功能強(qiáng)大和安全性級(jí)別比較高的大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(如圖2所示)。例如Ora-cle9i系列。

　　3.4.1數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是將整個(gè)數(shù)據(jù)庫的框架設(shè)計(jì)出來,為系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。土壤環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測作為本系統(tǒng)的總模塊,該總模塊設(shè)計(jì)中表與表之間的關(guān)系如下:

　　1)環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)基本屬性表(TG_Envi_MonitorPoint-Baselnfo)這是一個(gè)圖層數(shù)據(jù)表,是環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測業(yè)務(wù)點(diǎn)的核心表,對(duì)于監(jiān)測點(diǎn)這個(gè)圖層信息的描述、對(duì)監(jiān)測點(diǎn)環(huán)境的評(píng)價(jià)等,都會(huì)與此圖層發(fā)生聯(lián)系,因此對(duì)于其他表的設(shè)計(jì)都要圍繞這個(gè)表。監(jiān)測點(diǎn)的基本信息保存在此表中,監(jiān)測點(diǎn)ID為主鍵,植物的名稱為外鍵,對(duì)于不可為空的字段給出了約束。

　　2)土壤環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)代表實(shí)際面積圖(TG_Envi_Moni-torFactArea)該表也是圖層數(shù)據(jù)表,存儲(chǔ)著監(jiān)測點(diǎn)實(shí)際代表面積及相關(guān)信息,它通過對(duì)應(yīng)的主鍵監(jiān)測點(diǎn)ID與監(jiān)測點(diǎn)基本信息表建立聯(lián)系,以獲取監(jiān)測點(diǎn)的一些基本信息。

　　3)土壤環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)代表推算面積圖(TG_Envi_Moni-torSupposeArea)這是根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)基本信息來推算監(jiān)測點(diǎn)面積的圖層數(shù)據(jù),為面圖層。通過主鍵監(jiān)測點(diǎn)ID與監(jiān)測點(diǎn)基本信息建立聯(lián)系。

　　4)土壤環(huán)境監(jiān)測信息父表(TA_Envi_Monitoring)土壤環(huán)境監(jiān)測的總信息保存于該表中,監(jiān)測信息ID為主鍵,通過主鍵監(jiān)測點(diǎn)ID與監(jiān)測點(diǎn)圖層數(shù)據(jù)表建立聯(lián)系,該表主要保存pH的信息,以判斷監(jiān)測點(diǎn)的酸堿度。

　　5)土壤環(huán)境監(jiān)測信息子表(TA_Envi_Monitoringltem)該表中保存具體監(jiān)測項(xiàng)(銅、汞、砷、鉛、鉻、鎘等)的信息,監(jiān)測信息項(xiàng)ID為主鍵,通過主鍵監(jiān)測信息ID與監(jiān)測信息父表建立聯(lián)系,通過監(jiān)測項(xiàng)目ID寫評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測項(xiàng)代碼表建立聯(lián)系。

　　6)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測項(xiàng)代碼表(TC_Envi_Standardltem)該表中保存國家規(guī)定的對(duì)標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測項(xiàng)的值,標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測項(xiàng)ID為主鍵,通過外鍵評(píng)價(jià)標(biāo)注ID與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)代碼表建立聯(lián)系。

　　7)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)代碼表(TC_Envi_MonitoringStandard)該表存放著評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的名稱、代碼和綜合污染指數(shù)等信息,通過外鍵評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)ID與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測項(xiàng)代碼表建立聯(lián)系。

　　8)土壤環(huán)境監(jiān)測結(jié)果父表(TA_Envi_DetectResult)土壤環(huán)境監(jiān)測的結(jié)果和評(píng)價(jià)結(jié)果存放于此表中,此表中主要的保存信息是綜合污染指數(shù)和執(zhí)行標(biāo)注ID,通過外鍵監(jiān)測信息ID與土壤環(huán)境監(jiān)測信息父表建立聯(lián)系。

　　9)土壤環(huán)境監(jiān)測結(jié)果子表(TA_Envi_DetectItemRe-sult)土壤環(huán)境監(jiān)測的每個(gè)具體的單項(xiàng)結(jié)果保存于此表中,通過外鍵監(jiān)測結(jié)果D與土壤環(huán)境監(jiān)測結(jié)果父表建立聯(lián)系。

　　3.4.2數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是將邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的模型在實(shí)際的物理存儲(chǔ)設(shè)備上加以實(shí)現(xiàn),從而建立一個(gè)具有良好性能的物理數(shù)據(jù)庫。由于土地信息的數(shù)據(jù)類型多樣,信息量大,例如不同比例尺下的基礎(chǔ)地理信息、遙感影像等,因此,為了便于對(duì)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和多用戶的并發(fā)訪問的支持,采用了Oracle9i系列作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。同時(shí),為了將在不同地點(diǎn)的空間數(shù)據(jù)聯(lián)系起來,實(shí)現(xiàn)信息共享,將數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)設(shè)計(jì)成分布式存儲(chǔ)。

　　3.4.3遙感影像數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)遙感影像數(shù)據(jù)庫可以分為影像元數(shù)據(jù)庫和影像數(shù)據(jù)庫兩部分。影像元數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)、管理遙感影像元數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù),影像數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)、管理影像數(shù)據(jù)。對(duì)于每一幅導(dǎo)入的專題影像,為其提供一個(gè)ID號(hào)和影像名稱,該ID號(hào)在系統(tǒng)中唯一標(biāo)識(shí)該幅影像,我們稱之為影像ID。通過影像ID把每幅圖像的影像數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來[4]。由于遙感影像數(shù)據(jù)量比較大,為減少影像的存儲(chǔ)空間還需要對(duì)影像進(jìn)行壓縮處理,然后進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)用戶調(diào)用數(shù)據(jù)的時(shí)候,首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮處理,然后再返回給用戶。

　　3.4.4數(shù)據(jù)庫的安全設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的安全包括系統(tǒng)的安全和數(shù)據(jù)的安全兩類。系統(tǒng)安全性是指在系統(tǒng)級(jí)控制數(shù)據(jù)庫的存取和使用的機(jī)制,包括有效的用戶名/口令組合,用戶的資源限制,用戶可執(zhí)行的操作等。數(shù)據(jù)的安全性是指保護(hù)數(shù)據(jù)以防止不合法地使用造成數(shù)據(jù)泄漏、更改和破壞。數(shù)據(jù)的安全性設(shè)計(jì)上要注重對(duì)數(shù)據(jù)庫默認(rèn)用戶的管理,角色與權(quán)限,數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用權(quán)限設(shè)計(jì),以及注意對(duì)數(shù)據(jù)的加密。

　　4結(jié)束語

　　土壤環(huán)境的變化涉及到農(nóng)、林、人類生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面。動(dòng)態(tài)地對(duì)其監(jiān)測,可以及時(shí)對(duì)土壤成分進(jìn)行調(diào)節(jié),趨利避害。本文通過設(shè)計(jì)一個(gè)信息系統(tǒng)將與動(dòng)態(tài)土壤監(jiān)測緊密聯(lián)系起來,從而做到土壤環(huán)境的查詢、分析、預(yù)測、管理等,真正做到方便土地工作管理人員,提高土壤的利用效率,實(shí)現(xiàn)土壤環(huán)境信息的數(shù)字化、科學(xué)化及其智能化,更好地為人類實(shí)際生產(chǎn)與日常生活服務(wù)。