2023智慧環(huán)保生態(tài)環(huán)境監(jiān)測預(yù)警平臺技術(shù)方案

智慧環(huán)保生態(tài)環(huán)境監(jiān)測預(yù)警平臺技術(shù)方案一、技術(shù)特點(diǎn)1、采用了眾多數(shù)據(jù)分析技術(shù)和評估模型PSR模型技術(shù)PSR（Pressure-State-Response）,即壓力，狀態(tài)，響應(yīng)。是環(huán)境質(zhì)量評價學(xué)科中生態(tài)系統(tǒng)健康評價子學(xué)科中一種評價模型，最初是由加拿大統(tǒng)計學(xué)家DavidJ.Rapport和TonyFriend（1979）提出，后由經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）于20世紀(jì)八九十年代共同發(fā)展起來的用于研究環(huán)境問題的框架體系。以“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”（“P-S-R”）模型構(gòu)建生態(tài)建設(shè)指標(biāo)評價方法體系，并以“生態(tài)指數(shù)"（CMEH）來衡量生態(tài)建設(shè)和變化進(jìn)程。通過“P-S-R”模型對生態(tài)建設(shè)指標(biāo)進(jìn)行分類梳理，分別以民生指數(shù)、環(huán)境指數(shù)和生態(tài)指數(shù)代表生態(tài)建設(shè)壓力（P）、狀態(tài)（S）和響應(yīng)（R）,建立PSR評價框架體系。以民生指數(shù)、環(huán)境指數(shù)和生態(tài)指數(shù)，歸一化形成城市宜居指數(shù)，衡量城市總體生態(tài)建設(shè)和發(fā)展、變化進(jìn)程。R技術(shù)R是主要用于統(tǒng)計分析、繪圖的語言和操作環(huán)境，是一個開源項目，語法源自SchemeoR內(nèi)建多種統(tǒng)計學(xué)及數(shù)學(xué)分析功能，并可通過安裝軟件包（Packages,用戶撰寫的功能）的方式增強(qiáng)功能。R的軟件包涵蓋范圍廣，質(zhì)量佳，常用的如用于經(jīng)濟(jì)計量、財經(jīng)分析、人文科學(xué)研究、人工智能、空間數(shù)據(jù)分析及與環(huán)境相關(guān)的空氣質(zhì)量分析、水質(zhì)分析和生態(tài)分析等。R具有強(qiáng)大的繪圖功能，制圖具有印刷的質(zhì)素，并可加入數(shù)學(xué)符號。R的分析速度快，可媲美GNUOctave甚至商業(yè)軟件MATLAB。系統(tǒng)將利用R的上述優(yōu)勢，開展環(huán)境數(shù)據(jù)的分析，為環(huán)境管理決策提供技術(shù)支撐。（3）時間序列分析技術(shù)時間序列是按時間順序的一組數(shù)字序列。時間序列分析就是利用這組數(shù)列，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計方法加以處理，以預(yù)測未來事物的發(fā)展。時間序列分析是定量預(yù)測方法之一，常用在國民經(jīng)濟(jì)宏觀控制、區(qū)域綜合發(fā)展規(guī)劃、企業(yè)經(jīng)營管理、市場潛量預(yù)測、氣象預(yù)報、水文預(yù)報、地震前兆預(yù)報、農(nóng)作物病蟲災(zāi)害預(yù)報、環(huán)境污染控制、生態(tài)平衡、天文學(xué)和海洋學(xué)等方面。系統(tǒng)將采用時間序列分析技術(shù)開展環(huán)境質(zhì)量的分析和預(yù)測。(4)空間插值分析技術(shù)空間插值分析是GIS空間分析的重要組成部分，它是將離散點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的數(shù)據(jù)曲面，以便與其它空間現(xiàn)象的分布模式進(jìn)行比較。其理論假設(shè)是空間位置上越靠近的點(diǎn)，越可能具有相似的特征值；而距離越遠(yuǎn)的點(diǎn)，其特征值相似的可能性越小。系統(tǒng)將愛用空間插值分析技術(shù)開展空氣質(zhì)量、水環(huán)境質(zhì)量、噪聲質(zhì)量等環(huán)境質(zhì)量的插值分析。(5)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源(面源)污染模擬技術(shù)隨著點(diǎn)源污染逐步得到有效治理，非點(diǎn)源污染成為水質(zhì)惡化的主要原因之一。非點(diǎn)源污染具有廣泛性、隨機(jī)性、滯后性、不確定性、難監(jiān)測性、難治理性等特點(diǎn)，僅依靠傳統(tǒng)的監(jiān)測方法難以定量估算非點(diǎn)源污染負(fù)荷，利用模型對非點(diǎn)源污染進(jìn)行定量模擬可為水環(huán)境綜合治理提供技術(shù)支撐。系統(tǒng)將集成該模型，選擇典型流域研究農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源對水環(huán)境的影響。(6)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(ecosystemservice)是指人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得的各種直接或間接收益，包括供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和支持服務(wù)，是聯(lián)系生態(tài)系統(tǒng)與人類福祉的重要紐帶。對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的定量評估就是理解生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的過程，其價值量的變化是制定生態(tài)管理目標(biāo)和評價標(biāo)準(zhǔn)的良好測度?；谏鷳B(tài)系統(tǒng)過程、輸出結(jié)果空間表達(dá)的InVEST模型，既能定量評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，又能進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡，同時便于情景分析和比較管理政策優(yōu)劣，很快發(fā)展成為指導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)管理者決策的重要科學(xué)工具，為保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高人類福祉提供了有力的技術(shù)支撐。系統(tǒng)將集成Invest模型，開展典型區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估。2、數(shù)據(jù)高效集成與管理生態(tài)環(huán)境監(jiān)測評估預(yù)警體系建設(shè)涉及眾多數(shù)據(jù)，包括水、氣、地下水、土壤、聲環(huán)境和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等多類數(shù)據(jù)，同時生態(tài)預(yù)警評估還需引入其他委辦局?jǐn)?shù)據(jù)接入、環(huán)保系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)接入和手工監(jiān)測領(lǐng)域數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上建設(shè)形成滿足區(qū)域生態(tài)環(huán)境分析預(yù)警要求的生態(tài)環(huán)境實時綜合數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入與共享目標(biāo)。平臺通過采用Web的方式，基于J2EE架構(gòu)，采用JAVA、XML、WebService>JSP、Servlet.PKI等主流技術(shù)。針對使用規(guī)模較大的情況，系統(tǒng)支持負(fù)載均衡技術(shù)，支持多種主流的操作系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)器和多種主流數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)的有效集成與管理。3、支持大數(shù)據(jù)量的共享交換數(shù)據(jù)共享中數(shù)據(jù)來源是其重要組成部分，而如何進(jìn)行數(shù)據(jù)共享就成為關(guān)鍵。軟件的執(zhí)行效率必須要高，這樣才不至于對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的性能造成較大影響，同時支持大數(shù)據(jù)量的交換。通過對數(shù)據(jù)源頭進(jìn)行相關(guān)的改進(jìn)，在源數(shù)據(jù)庫中各相關(guān)表進(jìn)行分析比對，利用工具可以根據(jù)每個字段變化，從而減小因數(shù)據(jù)反復(fù)比對造成的系統(tǒng)壓力。同時，通過預(yù)留資源，對源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計時保留部分資源，如保留部分內(nèi)存，CPU專門用于數(shù)據(jù)交換，從而達(dá)到不影響生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行效率的目的，解決大數(shù)據(jù)容量共享交換的問題。二、主要內(nèi)容1、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測及相關(guān)數(shù)據(jù)的全面綜合管理生態(tài)環(huán)境監(jiān)測評估預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)涉及到眾多數(shù)據(jù)，涵蓋其他委辦局?jǐn)?shù)據(jù)接入、環(huán)保系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)接入和手工監(jiān)測領(lǐng)域數(shù)據(jù)，另外數(shù)據(jù)的內(nèi)外部共享也是項目建設(shè)的重點(diǎn)，項目建設(shè)形成滿足區(qū)域生態(tài)環(huán)境分析預(yù)警要求的生態(tài)環(huán)境綜合數(shù)據(jù)庫，滿足數(shù)據(jù)的接入與共享需求。2、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分析評價構(gòu)建基于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)建設(shè)成績等多角度的分析評估，通過將生態(tài)建設(shè)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，量化出環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)建設(shè)情況，說清環(huán)境狀況。建設(shè)有關(guān)于水環(huán)境、大氣環(huán)境、聲環(huán)境、土壤環(huán)境、地下水環(huán)境質(zhì)量和生物/生態(tài)分析評估系統(tǒng)。實現(xiàn)關(guān)于水、土、氣、生、聲數(shù)據(jù)和相關(guān)要素時間維度的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、未來預(yù)測的全面分析，同時結(jié)合空間分布，實現(xiàn)各要素的分層、分類管理和可視化分析，以及時間、空間維度相結(jié)合的時空動畫分析。3、生態(tài)環(huán)境預(yù)測預(yù)警生態(tài)環(huán)境評估預(yù)警系統(tǒng)的價值在于分析量化與趨勢判斷，在分析生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域范圍內(nèi)環(huán)境狀況分析評估結(jié)果以及潛在環(huán)境風(fēng)險實現(xiàn)對環(huán)境現(xiàn)狀真實準(zhǔn)確描述，對存在的環(huán)境風(fēng)險進(jìn)行定性識別和定量評價，對環(huán)境質(zhì)量的短期變化做出預(yù)報預(yù)警，同時對環(huán)境質(zhì)量的中長期演變趨勢進(jìn)行預(yù)測分析。4、生態(tài)建設(shè)信息公開、民眾互動和科普教育建設(shè)生態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)布、科普教育、數(shù)據(jù)可視化等，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境信息公開，增強(qiáng)民眾互動，引導(dǎo)社會公眾積極參與生態(tài)建設(shè)，從而進(jìn)一步提高生態(tài)環(huán)境公共服務(wù)的質(zhì)量和水平。平臺運(yùn)維保障體系生態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)布 I綠色崇明科普教育■ 數(shù)據(jù)可視化 I數(shù)據(jù)共享平臺安全管理機(jī)制基礎(chǔ)設(shè)施支撐三、核心功能生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集成與管理生態(tài)監(jiān)測涉及多類數(shù)據(jù)，包括環(huán)保內(nèi)部的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)、手工監(jiān)測數(shù)據(jù)、噪聲設(shè)備、監(jiān)測站、其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)以生態(tài)建設(shè)評估和模型模擬需要的相關(guān)部門農(nóng)委、水務(wù)等數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)交換、直接對接、界面錄入、文件導(dǎo)入等方式，從數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上建設(shè)形成滿足區(qū)域生態(tài)環(huán)境分析預(yù)警要求的生態(tài)環(huán)境實時綜合數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入和集成。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)校驗等，對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理，為數(shù)據(jù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。生態(tài)環(huán)境分析評估構(gòu)建多角度的分析評估體系，按業(yè)務(wù)部門、行政區(qū)劃和時間軸等多個維度對環(huán)境生態(tài)綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、分區(qū)、分級可視化查詢分析和統(tǒng)計匯總。主要包括生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分析評價和生態(tài)指數(shù)綜合評估。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分析評價主要包括水環(huán)境質(zhì)量評價、大氣超級站數(shù)據(jù)接入與解析、大氣環(huán)境質(zhì)量貧家、聲環(huán)境質(zhì)量評價、土壤環(huán)境質(zhì)量評價、地下水環(huán)境質(zhì)量評價、生態(tài)系統(tǒng)完整性評估等，實現(xiàn)關(guān)于水、土、氣、生、聲數(shù)據(jù)和相關(guān)要素時間維度的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、未來預(yù)測的全面分析。生態(tài)指數(shù)綜合評估通過采用“P-S-R”模型對崇明生態(tài)島建設(shè)指標(biāo)進(jìn)行分類梳理，分別以民生指數(shù)、環(huán)境指數(shù)和生態(tài)指數(shù)代表生態(tài)島建設(shè)壓力(P)、狀態(tài)(S)和響應(yīng)(R),建立PSR評價框架體系。同時，通過對各領(lǐng)域指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理后，分別測算崇明生態(tài)島建設(shè)民生、環(huán)境和生態(tài)3個領(lǐng)域指數(shù)，表征不同領(lǐng)域的評價結(jié)果，并進(jìn)一步得到CMEII指數(shù)。建設(shè)生態(tài)環(huán)境預(yù)警預(yù)報系統(tǒng),開展水環(huán)境預(yù)警分析、空氣環(huán)境質(zhì)量預(yù)警分析、聲環(huán)境超標(biāo)預(yù)警、土壤環(huán)境超標(biāo)預(yù)警、外來生物入侵預(yù)警、新型污染物預(yù)警等。通過InVEST模型，即生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能綜合估價和權(quán)衡得失評估模型，開展生態(tài)服務(wù)評估，通過引入遙感和GIS技術(shù)，利用系統(tǒng)中、相關(guān)部門提供的數(shù)據(jù)，主要包括數(shù)字高程圖、土地利用/植被覆蓋圖（遙感影像圖）、土壤調(diào)查數(shù)據(jù)、生物多樣性調(diào)查數(shù)據(jù)、鐵路、道路、居民點(diǎn)、人口、農(nóng)田等數(shù)據(jù)，及國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)、政府部門提供的資料，選取具有典型性年份，開展生物多樣性和碳儲量的模擬,實現(xiàn)對于區(qū)域生物多樣性等生態(tài)狀況和趨勢的評估和預(yù)警。生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)布與服務(wù)通過建設(shè)生態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)布、科普教育、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)共享等模塊，一方面讓管理人員全面掌控生態(tài)環(huán)境狀況，另一方面也能夠讓公眾知曉環(huán)境質(zhì)量實時數(shù)據(jù)發(fā)布的依據(jù)、點(diǎn)位等