2023智慧环保生态环境监测预警平台技术方案

智慧环保生态环境监测预警平台技术方案一、技术特点1、采用了众多数据分析技术和评估模型PSR模型技术PSR（Pressure-State-Response）,即压力，状态，响应。是环境质量评价学科中生态系统健康评价子学科中一种评价模型，最初是由加拿大统计学家DavidJ.Rapport和TonyFriend（1979）提出，后由经济合作与发展组织（OECD）和联合国环境规划署（UNEP）于20世纪八九十年代共同发展起来的用于研究环境问题的框架体系。以“压力-状态-响应”（“P-S-R”）模型构建生态建设指标评价方法体系，并以“生态指数"（CMEH）来衡量生态建设和变化进程。通过“P-S-R”模型对生态建设指标进行分类梳理，分别以民生指数、环境指数和生态指数代表生态建设压力（P）、状态（S）和响应（R）,建立PSR评价框架体系。以民生指数、环境指数和生态指数，归一化形成城市宜居指数，衡量城市总体生态建设和发展、变化进程。R技术R是主要用于统计分析、绘图的语言和操作环境，是一个开源项目，语法源自SchemeoR内建多种统计学及数学分析功能，并可通过安装软件包（Packages,用户撰写的功能）的方式增强功能。R的软件包涵盖范围广，质量佳，常用的如用于经济计量、财经分析、人文科学研究、人工智能、空间数据分析及与环境相关的空气质量分析、水质分析和生态分析等。R具有强大的绘图功能，制图具有印刷的质素，并可加入数学符号。R的分析速度快，可媲美GNUOctave甚至商业软件MATLAB。系统将利用R的上述优势，开展环境数据的分析，为环境管理决策提供技术支撑。（3）时间序列分析技术时间序列是按时间顺序的一组数字序列。时间序列分析就是利用这组数列，应用数理统计方法加以处理，以预测未来事物的发展。时间序列分析是定量预测方法之一，常用在国民经济宏观控制、区域综合发展规划、企业经营管理、市场潜量预测、气象预报、水文预报、地震前兆预报、农作物病虫灾害预报、环境污染控制、生态平衡、天文学和海洋学等方面。系统将采用时间序列分析技术开展环境质量的分析和预测。(4)空间插值分析技术空间插值分析是GIS空间分析的重要组成部分，它是将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面，以便与其它空间现象的分布模式进行比较。其理论假设是空间位置上越靠近的点，越可能具有相似的特征值；而距离越远的点，其特征值相似的可能性越小。系统将爱用空间插值分析技术开展空气质量、水环境质量、噪声质量等环境质量的插值分析。(5)农业非点源(面源)污染模拟技术随着点源污染逐步得到有效治理，非点源污染成为水质恶化的主要原因之一。非点源污染具有广泛性、随机性、滞后性、不确定性、难监测性、难治理性等特点，仅依靠传统的监测方法难以定量估算非点源污染负荷，利用模型对非点源污染进行定量模拟可为水环境综合治理提供技术支撑。系统将集成该模型，选择典型流域研究农业非点源对水环境的影响。(6)生态系统服务评估技术生态系统服务(ecosystemservice)是指人类从生态系统获得的各种直接或间接收益，包括供给服务、调节服务、文化服务和支持服务，是联系生态系统与人类福祉的重要纽带。对生态系统服务价值的定量评估就是理解生态系统结构和功能的过程，其价值量的变化是制定生态管理目标和评价标准的良好测度。基于生态系统过程、输出结果空间表达的InVEST模型，既能定量评估生态系统服务价值，又能进行生态系统服务权衡，同时便于情景分析和比较管理政策优劣，很快发展成为指导生态系统管理者决策的重要科学工具，为保护生态环境、提高人类福祉提供了有力的技术支撑。系统将集成Invest模型，开展典型区域的生态系统服务评估。2、数据高效集成与管理生态环境监测评估预警体系建设涉及众多数据，包括水、气、地下水、土壤、声环境和生态环境质量等多类数据，同时生态预警评估还需引入其他委办局数据接入、环保系统相关数据接入和手工监测领域数据，在此基础上建设形成满足区域生态环境分析预警要求的生态环境实时综合数据库，实现数据的接入与共享目标。平台通过采用Web的方式，基于J2EE架构，采用JAVA、XML、WebService>JSP、Servlet.PKI等主流技术。针对使用规模较大的情况，系统支持负载均衡技术，支持多种主流的操作系统、应用服务器和多种主流数据库，实现生态环境数据的有效集成与管理。3、支持大数据量的共享交换数据共享中数据来源是其重要组成部分，而如何进行数据共享就成为关键。软件的执行效率必须要高，这样才不至于对业务系统的性能造成较大影响，同时支持大数据量的交换。通过对数据源头进行相关的改进，在源数据库中各相关表进行分析比对，利用工具可以根据每个字段变化，从而减小因数据反复比对造成的系统压力。同时，通过预留资源，对源数据库系统的规划和设计时保留部分资源，如保留部分内存，CPU专门用于数据交换，从而达到不影响生产系统的运行效率的目的，解决大数据容量共享交换的问题。二、主要内容1、生态环境监测及相关数据的全面综合管理生态环境监测评估预警系统建设涉及到众多数据，涵盖其他委办局数据接入、环保系统相关数据接入和手工监测领域数据，另外数据的内外部共享也是项目建设的重点，项目建设形成满足区域生态环境分析预警要求的生态环境综合数据库，满足数据的接入与共享需求。2、生态环境质量分析评价构建基于生态环境质量、生态建设成绩等多角度的分析评估，通过将生态建设相关数据的分析，量化出环境质量和生态建设情况，说清环境状况。建设有关于水环境、大气环境、声环境、土壤环境、地下水环境质量和生物/生态分析评估系统。实现关于水、土、气、生、声数据和相关要素时间维度的发展现状、发展趋势、未来预测的全面分析，同时结合空间分布，实现各要素的分层、分类管理和可视化分析，以及时间、空间维度相结合的时空动画分析。3、生态环境预测预警生态环境评估预警系统的价值在于分析量化与趋势判断，在分析生态环境质量的基础上，根据区域范围内环境状况分析评估结果以及潜在环境风险实现对环境现状真实准确描述，对存在的环境风险进行定性识别和定量评价，对环境质量的短期变化做出预报预警，同时对环境质量的中长期演变趋势进行预测分析。4、生态建设信息公开、民众互动和科普教育建设生态数据发布、科普教育、数据可视化等，实现生态环境信息公开，增强民众互动，引导社会公众积极参与生态建设，从而进一步提高生态环境公共服务的质量和水平。平台运维保障体系生态数据发布 I绿色崇明科普教育■ 数据可视化 I数据共享平台安全管理机制基础设施支撑三、核心功能生态环境数据集成与管理生态监测涉及多类数据，包括环保内部的自动监测数据、手工监测数据、噪声设备、监测站、其他系统数据以生态建设评估和模型模拟需要的相关部门农委、水务等数据。通过数据交换、直接对接、界面录入、文件导入等方式，从数据源获取数据，在此基础上建设形成满足区域生态环境分析预警要求的生态环境实时综合数据库，实现数据的接入和集成。通过数据转换、数据清洗、数据校验等，对数据进行有效的管理，为数据的应用奠定基础。生态环境分析评估构建多角度的分析评估体系，按业务部门、行政区划和时间轴等多个维度对环境生态综合数据进行分类、分区、分级可视化查询分析和统计汇总。主要包括生态环境质量分析评价和生态指数综合评估。生态环境质量分析评价主要包括水环境质量评价、大气超级站数据接入与解析、大气环境质量贫家、声环境质量评价、土壤环境质量评价、地下水环境质量评价、生态系统完整性评估等，实现关于水、土、气、生、声数据和相关要素时间维度的发展现状、发展趋势、未来预测的全面分析。生态指数综合评估通过采用“P-S-R”模型对崇明生态岛建设指标进行分类梳理，分别以民生指数、环境指数和生态指数代表生态岛建设压力(P)、状态(S)和响应(R),建立PSR评价框架体系。同时，通过对各领域指标进行归一化处理后，分别测算崇明生态岛建设民生、环境和生态3个领域指数，表征不同领域的评价结果，并进一步得到CMEII指数。建设生态环境预警预报系统,开展水环境预警分析、空气环境质量预警分析、声环境超标预警、土壤环境超标预警、外来生物入侵预警、新型污染物预警等。通过InVEST模型，即生态系统服务功能综合估价和权衡得失评估模型，开展生态服务评估，通过引入遥感和GIS技术，利用系统中、相关部门提供的数据，主要包括数字高程图、土地利用/植被覆盖图（遥感影像图）、土壤调查数据、生物多样性调查数据、铁路、道路、居民点、人口、农田等数据，及国内外研究机构、政府部门提供的资料，选取具有典型性年份，开展生物多样性和碳储量的模拟,实现对于区域生物多样性等生态状况和趋势的评估和预警。生态环境数据发布与服务通过建设生态数据发布、科普教育、数据可视化、数据共享等模块，一方面让管理人员全面掌控生态环境状况，另一方面也能够让公众知晓环境质量实时数据发布的依据、点位等