环境监测信息管理GIS.ppt
2023/10/2,1,第3章 环境监测信息管理GIS,环境监测概述水环境质量信息管理GIS噪声环境信息管理GIS,2023/10/2,2,环境监测的定义环境监测的发展及意义环境监测的特点环境监测的内容与分类环境监测的实施环境监测技术,3.1 环境监测概述,2023/10/2,3,2023/10/2,4,环境监测（environmental monitoring）：用科学的方法监视和检测反映环境质量及其变化趋势的各种数据的过程。环境监测的对象：自然因素人为因素污染组分 它是通过对环境质量某些代表值进行长时间的测定，以掌握环境污染状况和判明环境质量的好坏。,2023/10/2,5,环境监测的定义环境监测的发展及意义环境监测的特点环境监测的内容与分类环境监测的实施环境监测技术,3.1 环境监测概述,2023/10/2,6,环境监测的发展,（1）环境监测发展的三个阶段 1）典型污染事故调查监测发展阶段或被动监测阶段2）污染源监督性监测发展阶段或主动监测、目的监测阶段3）以环境质量监测为主的发展阶段或自动监测阶段（2）发展趋势1）由经典的化学分析向仪器分析发展；2）由手工操作向连续自动化迈进；3）微量分析（0、01%1%）向痕量（0、01%）、超痕量发展；4）由污染物成分分析发展到化学形态分析；5）仪器的联合使用和电子计算机化。,2023/10/2,7,环境监测意义,环境监测是掌握环境质量状况和发展趋势的重要手段 环境质量是不断发生变化的，只有通过监测，获取和积累数据，才能掌握环境质量状况及发展趋势。环境监测是科学管理环境的基础 环境监测提供的环境质量信息及变化趋势，为有关部门在监督污染物排放、控制新污染源产生以及提高资源、能源利用率等方面提供决策依据。环境监测是正确处理环境污染事故和污染纠纷的技术依据 只有通过监测，才能确定环境是否污染、受何种污染物污染及污染危害程度等,2023/10/2,8,环境监测的定义环境监测的发展及意义环境监测的特点环境监测的内容与分类环境监测的实施环境监测技术,3.1 环境监测概述,2023/10/2,9,1、环境监测的综合性（1）监测手段包括化学、物理、生物、物理化学、生物化学及生物物理等一切可以表征环境质量的方法。（2）监测对象包括空气、水体、土壤、固废、生物等客体。（3）对监测数据进行统计处理、综合分析时，涉及该地区的自然和社会各个方面的情况，必须综合考虑。2、环境监测的连续性 由于环境污染具有时空性等特点，只有坚持长期测定，才能从大量的数据中揭示其变化规律。3、环境监测的追踪性 为保证监测结果具有一定的准确性、可比性、代表性和完整性，需要有一个量值追踪体系予以监督。,环境监测的特点,2023/10/2,10,环境监测的目的：准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据。具体归纳为：1）根据环境质量标准评价环境质量；2）根据污染分布情况，追踪寻找污染源，为实现监督管理、控制污染提供依据；3）收集本底数据，积累长期监测资料，为研究环境容量、实施总量控制和目标管理、预测预报环境质量提供数据；4）为保护人类健康、保护环境，合理使用自然资源，制订环境法规、标准、规划等服务。,环境监测的目的,2023/10/2,11,环境监测的定义环境监测的发展及意义环境监测的特点环境监测的内容与分类环境监测的实施环境监测技术,3.1 环境监测概述,2023/10/2,12,（1）空气监测（2）水环境监测（3）土壤监测（4）生物监测（5）物理污染监测,环境监测的内容,2023/10/2,13,环境监测的分类,环境监测按其目的，可分为以下三类：研究性监测。主要是研究确定从污染源排出的污染物的迁移变化趋势和发展规律，以及对人体和其他生物体的影响和危害程度等。监视性监测，亦称常规监测。主要是对在不同功能区内的水、气等环境要素，进行长期的定点、定期监测，从而了解和掌握环境污染情况，评价治理效果和判断环境质量的好坏。特定目的的监测。主要指污染事故的监测和污染纠纷的仲裁监测。前者为污染事故的判断和处理提供监测服务；后者为解决污染纠纷提供技术依据。,2023/10/2,14,环境监测的分类,环境监测按其对象，可分为两类：环境质量监测。由环境监测机构通过对环境中各项要素进行经常性的监测，掌握环境质量状况及其发展趋势，并编报各种环境监测报告和环境质量报告。污染监督监测。对污染源的监督管理。按污染物存在的空间分类，分为大气监测、水质监测和土壤监测等。,2023/10/2,15,环境监测的定义环境监测的发展及意义环境监测的特点环境监测的内容与分类环境监测的实施环境监测技术,3.1 环境监测概述,2023/10/2,16,环境质量监测 污染源监督监测 污染事故应急监测 环境管理监测 科研监测,环境监测实施,2023/10/2,17,1、环境质量监测：这是监测工作的主体。对各种环境要素的污染状况及污染物的变化趋势进行监测，评价控制措施的效果，判断环境标准实施的情况和改善环境取得的进展，积累质量监测数据，确定一定区域内环境污染状况及发展趋势。,2023/10/2,18,2、污染源监督监测：污染源监督监测是为掌握污染源，监视和检测主要污染源在时间和空间的变化所采取的定期定点的常规性的监督监测。,2023/10/2,19,3、污染事故应急监测：在发生污染事故时及时深入事故地点进 行应急监测，确定污染物的种类、扩散方向、速度和污染程度及危害范围，查找污染发生的原因，为控制污染事故提供科学依据。这类监测常采用流动监测（车、船等）、简易监测、低空航测、遥感等手段。4、环境管理监测：主要是面向环境违法行为稽查、纠纷仲裁、考核验证和咨询服务等方面的监测。,2023/10/2,20,5、科研监测：是针对特定目的科学研究而进行的高层次监测，是通过监测了解污染机理、弄清污染物的迁移变化规律、研究环境受到污染的程度，例如环境本底的监测及研究、有毒有害物质对从业人员的影响研究、为监测工作本身服务的科研工作的监测（如统一方法和标准分析方法的研究、标准物质研制、预防监测）等。这类研究往往要求多学科合作进行。,2023/10/2,21,环境监测的定义环境监测的发展及意义环境监测的特点环境监测的内容与分类环境监测的实施环境监测技术,3.1 环境监测概述,2023/10/2,22,环境监测技术,包括采样技术、测试技术和数据处理技术 以测试技术为例，分：（一）化学、物理技术(Chemical and Physical Monitoring)重量法容量分析法仪器分析法：光谱分析法，色谱分析法，电化学分析法，放射分析法；流动注射分析(flow injection analysis,FIA)法等。,2023/10/2,23,（二）生物技术(Biotest)利用植物和动物（indicator plant）在污染环境中所产生的各种反映信息来判断环境质量的方法。（三）中国环境监测技术的发展 从过去单一的环境分析发展到物理监测、生物监测、生态监测、遥感、卫星监测；从间断性监测到自动连续监测；监测范围从一个断面发展到一个城市、一个区域、整个国家乃至全球。（四）我国监测技术与国外的差距1、监测分析方法不够健全。2、采样技术仍然是一大难题，环境标准物质缺口很大。3、现有监测技术配套性很差，仪器设备条件急需改善。4、监测信息管理和开发尚存在诸多问题。,2023/10/2,24,2023/10/2,25,环境监测概述水环境质量信息管理GIS噪声环境信息管理GIS,第3章 环境监测信息管理GIS,2023/10/2,26,3.2 水环境质量信息管理GIS,水体质量监测与管理分析水体质量信息管理GIS设计河流水质监测子系统湖库水质监测子系统饮用水源地水质管理子系统水质自动监测信息管理子系统,2023/10/2,27,我国水环境存在的问题,水资源短缺 水污染严重 用水的极大浪费,2023/10/2,28,水体质量评价方法,污染指数法 模糊评价法 灰色评价法 物元分析法 单因子评价法,（1）污染指数法 基本思路：用水体监测项目的监测结果与其评价标准之比作为该项目的污染分指数，然后通过各种数学手段将各项目的分指数综合得到该水体的污染指数，作为该水质评定尺度。,（2）模糊评价法 基本思路：由监测数据建立各因子指标对各级标准的隶属度集，形成隶属度矩阵，再把因子的权重集与隶属度矩阵相乘，得到模糊集，获得一个综合评判集，表明评价水体水质对各级标准水质的隶属程度，反映了综合水质级别的模糊性。,（3）灰色评价法 基本思路：计算水体水质中的各因子的实测浓度与各级水质标准的关联度，然后根据关联度大小确定水体水质的级别。对处于同类水质的不同水体可通过其与该类标准水体的关联度大小进行优劣比较。,（4）物元分析法 基本思路：根据各级水质标准建立经典域物元矩阵，根据各因子的实测浓度建立节域物元矩阵，然后建立各污染指标对不同水质标准级别的关联函数，最后根据其值大小确定水体水质的级别。,2023/10/2,33,（5）单因子评价法,基本思路：用水体各监测项目的监测结果对照该项目的分类标准，确定该项目的水质类别，在所有项目的水质类别中选取水质最差类别作为水体的水质类别。,2023/10/2,34,水体质量监测与管理分析,业务流程分析 业务计划 数据录入 业务初审 业务复审 业务终审 业务数据提交,功能分析 数据管理功能 分析计算功能 专题制图功能 报表功能,2023/10/2,35,数据录入,数据审核,服务器监测数据库,导出,数据导入,数据导入,EXCEL输出,图形显示,数据导入,水体质量监测与管理分析,2023/10/2,36,例如：河流/湖库/饮用水水质监测子系统,系统用户,水体监测,河流/湖库/饮用水源地监测,原始数据查询分析,汇总数据查询分析,2023/10/2,37,水质自动监测信息管理子系统,导入导出,数据查询,地图显示,系统维护,日报查询,EXCEL输出,图形显示,水质自动监测MIS,周报查询,月报查询,季报查询,年报查询,用户管理,代码表维护,水质自动监测GIS,功能结构设计,2023/10/2,38,实例1-黄石市饮用水水源水质信息系统,系统分析 系统总体框架设计 系统数据库建设 系统开发 系统功能与应用,2023/10/2,39,（1）系统分析,系统数据源分析业务需求分析功能需求分析,2023/10/2,40,系统数据源分析,饮用水水源水质数据是GIS分析、处理和表达的对象。在进行GIS开发过程中，需要对数据的内容、特性、分类和用途等情况进行全面的了解。水环境数据包括以下4种。水环境监测数据，它包括地表水、地下水和废水监测数据。工业污染与防治数据，主要包括工业污染企业基本情况和工业污染物排放情况。生活及其他污染与防治数据。水环境管理数据。,系统业务需求分析 根据水环境管理和应用的实际需要，水环境GIS的建设必须紧密结合环境保护重点工作为水环境管理、规划、预测、污染事故应急等业务提供业务服务，包括环境信息采集、空间数据管理、环境信息发布、环境业务管理、预测与决策支持等。,2023/10/2,42,功能需求分析,黄石市饮用水水源水质管理信息系统按用户（黄石市环保局）的需要，系统偏重于管理方面，主要需完成以下几个模块：数据库的管理 生成统计报表水质分析与评价水质预测水质环境管理模块,2023/10/2,43,系统分析 系统总体框架设计 系统数据库建设 系统开发 系统功能与应用,实例1-黄石市饮用水水源水质信息系统,2023/10/2,44,（2）系统总体框架设计,2023/10/2,45,系统分析 系统总体框架设计 系统数据库建设 系统开发 系统功能与应用,实例1-黄石市饮用水水源水质信息系统,2023/10/2,46,（3）系统数据库建设,GIS数据库建设一般可分为数据库设计、数据入库和数据整理三部分工作。GIS数据库设计主要包括数据字典设计、逻辑结构设计、物理结构设计。GIS数据入库有水环境监测仪器数据接入、已有数据库或地理基础数据导入、人工录入等多种方式。数据整理和检验主要是对入库数据进行自动化检查，并对空间数据质量、属性数据质量和数据精度进行控制。,2023/10/2,47,系统分析 系统总体框架设计 系统数据库建设 系统开发 系统功能与应用,实例1-黄石市饮用水水源水质信息系统,2023/10/2,48,（4）系统开发,系统平台：WINDOWS 系列GIS软件：ARC/GIS,ERDAS开发语言：VB+MO,2023/10/2,49,系统开发技术路线,2023/10/2,50,系统模块设计,2023/10/2,51,系统分析 系统总体框架设计 系统数据库建设 系统开发 系统功能与应用,实例1-黄石市饮用水水源水质信息系统,2023/10/2,52,2023/10/2,53,模 糊 查 询,2023/10/2,54,数据管理模块,2023/10/2,55,统计报表模块：通过选择不同辖区、年份、监测因子来生成需要的统计报表。,2023/10/2,56,分析评价：用户可以对任意监测站点，任意年代的监测值进行评价分析，得到评价水体的水质信息。,2023/10/2,57,实例2-滇池水环境信息系统,滇池是我国水体富营养化最严重的湖泊之一。水体污染已经制约着昆明及周边地区的社会经济发展。通过建立滇池水环境信息系统，以期对滇池的富营养化治理决策提供依据。滇池水环境系统的构建平台滇池水环境系统的目标与技术框架 滇池水环境系统的功能实现,2023/10/2,58,（1）滇池水环境系统的构建平台,服务器采用windows 2000 操作系统。应用软件平台采用PC Arc/info和Arcmap8.1为基础平台。外接设备有数字化仪，便携式手持GPS、扫描仪、绘图仪和激光打印机。,2023/10/2,59,（2）滇池水环境系统的目标与技术框架,系统的目标是实现基础数据的全面管理，数据的动态更新，统计分析结果和图形图件定期输出，为滇池富营养化的研究治理和滇池及周边地区生态环境可持续发展提供科学的依据。整个系统分成3个子系统：基础属性数据子系统环境信息管理子系统应用模型子系统,2023/10/2,60,1）基础地图和基础属性数据子系统,利用外接数字化仪建立不同比例尺的基本数字地图数据库和DEM图，包括交通、植被、水系、地名等。结合遥感和全球定位系统技术，将主要的监测点、河流断面、污水排放口等空间地理数据库，通过相关软件生成图件。,2）环境信息管理子系统,主要是实现对水环境基础调查数据库、滇池水环境和流域面源污染监测数据库和有关部门环境统计数据库和多媒体演示数据库管理，为专题地图数据库的生成和应用子模型系统的运行提供环境数据。,2023/10/2,61,3）应用模型子系统,主要为了满足各种环境信息分析、评价的需要，将ArcGIS软件的3D分析模块、空间分析模块、地统计学模块相结合，用于生成各种三维地图和专题地图，实现地统计分析。运用java进行二次开发，建立水体富营养化评价模型和动态变化，污染治理规划模型，水污染排放评价模型等。,2023/10/2,62,（3）系统具体功能介绍,信息查询功能 水环境质量监测结果分析和评价 空间分析功能专题地图和专题统计图表的编辑结果输出功能,2023/10/2,63,系统结构与功能,2023/10/2,64,3.3 水环境信息管理系统基本功能,分专题电子地图显示 数据编辑与更新 数据查询与检索 评价分析 统计分析与报表 水质变化趋势分析,2023/10/2,65,水系、地名、交通、居民地、水工建筑背景图；各类水质监测站位置图（地表、地下、降水、底泥、工业污染源、入河排污口）；污染事故发生位置图；河段水体功能区划图；河段水质级别评价图；地表、地下水水质监测站水质级别评价图,（1）分专题电子地图显示,2023/10/2,66,水资源基本信息,水量：水位、流速、流量降水：降雨量、蒸发量泥沙：底质、悬浮质、输沙量水质：地表水、地下水、降水水质，沉降物、水生物、主要排污口的水质、入河口的水质,2023/10/2,67,各类测站相关数据的编辑污染事件现场报告、日常流动监测报告、实验室自动系统数据输入基本元素数据项的增加与修改水环境文挡资料修改 自动水质监测站数据的批量转入,（2）数据编辑与更新,2023/10/2,68,基于空间位置的分专题图要素择取查询 基于空间位置相关性的检索查询 条件查询 基本元素信息查询 评价结果信息查询 文档资料分类查询,（3）数据查询与检索,2023/10/2,69,信息查询,通过测站、河段查询监测数据、水环境类别：点击地图上信息单元所在位置查询最新的监测数据与水环境类别；通过测站序列、河段序列单个信息单元历史记录；通过时间序列查询所有某类信息单元（测站、河段）在此时间序列上的监测数据和评价结果。,2023/10/2,70,评价的单元包括地表水水质测站（含自动测站）水质、地下水水质测站水质、排污口测站水质、污染源测站水质、河段水体水质；评价参数包括参与评价的测站、评价时间段、参与评价的指标项；评价标准为国家标准地表水环境质量标准、地下水水质量标准；评价方法可以为单一指标法、N.L.尼梅罗污染综合指数法等；评价成果为各评价单元水质级别及分布专题图；,（4）评价分析,2023/10/2,71,统计分析单元包括地表水水质测站（含自动测站）水质、地下水水质测站水质、排污口测站水质、污染源测站水质；以折线图、柱状图等形式表现某（多）测站某（多）指标项在时间序列上的变化，有防缩、漫游、查询功能；输出水质年鉴表；输出水质中心月报；输出上报水文局的月报、旬报、周报、日报甚至实时数据报表；输出上报环保局的年报；输出降水水质报表。,（5）统计分析与报表,2023/10/2,72,根据水质预测模型的计算结果显示预测河段的水质变化结果、污染物负荷量、污染物消减量和信息表。,（6）水质变化趋势分析,2023/10/2,73,3.4 噪声环境信息管理GIS,噪声环境监测噪声环境监测评价环境噪声标准噪声环境信息管理GIS功能分析噪声环境信息管理GIS结构设计,2023/10/2,74,环境噪声自20世纪70年代以来被称为城市环境问题的四大公害之一。如何提高人居环境质量成为一个迫切需要解决的问题。全国2/3的城市居民生活在噪声超标的环境中。,3.4.1 环境噪声监测,环境噪声来源：工业噪声 8%-10%建筑施工噪声 5%交通噪声 30%社会生活噪声 47%,2023/10/2,75,环境噪声类型 普查性监测 例行噪声监测 交通噪声监测,监测网格为500m500m,3.4.1 环境噪声监测,2023/10/2,76,特殊住宅区,市区噪声功能区,居住文教区,商业工业混合区,工业集中区,交通干线道路两侧,2023/10/2,77,噪声测量仪器,声 级 计,频谱分析仪,自动记录仪,磁带录音机,监测噪声的物理量,声压级声强级声功率噪声频谱,2023/10/2,78,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,蚊子飞过的声音,播 音 室,轻声耳语,图书馆,空气调节机,电 视 机,洗 衣 机,公共汽车,火 车,印刷机 拖拉机,飞 机,压路机,大炮,常见环境噪声dBA,2023/10/2,79,环境噪声标准,国际标准组织制定的标准dBA,城市区域环境噪声标准dBA,噪声监测信息管理系统功能 噪声监测管理 数据查询功能 数据分析功能 统计报表功能 专题制图功能 测点维护功能 项目维护等功能,2023/10/2,81,噪声环境管理GIS功能分析,系统用户,噪声监测,声源统计查询、分析,功能区年度统计,噪声格网生成,声级统计查询、分析,原始数据查询、分析,城市年度查询、分析,区域环境噪声监测,2023/10/2,82,噪声监测子系统功能模块,利用地图生成和编辑网格,区域噪声监测,噪声监测MIS,功能区噪声监测,交通噪声监测,噪声达标区监测,报 表,系统查询,系统维护,噪声 监测GIS,任务管理,数据录入,数据审核,查询,测点维护,城市道路噪声管理系统（1）系统目标（2）系统开发模式（3）系统结构（4）系统功能实现,2023/10/2,84,（1）系统目标 实现对城市道路噪声污染信息数字化的环境管理。利用GIS 技术实现城市区域空间位置上直观的污染源数据图示分析功能；通过结合地理信息模型及空间数据处理的相关计算方法,实现对固定污染源及流动污染源在不同位置上的定量分析，可进一步获取集成噪声污染源在宏观环境中的污染水平，分析和挖掘宏观环境质量中蕴藏的深层次规律,为改善城市综合环境质量提出供高效管理平台。,采用客户机/服务器模式 将大量的环境信息数据和空间数据存储在服务器端，用户可以通过客户端的查询程序向服务器发出查询和分析指令，服务器端接收指令，将指令执行的结果返回到客户端显示。,（2）系统开发模式,（3）系统结构,用户界面,GIS操作,噪声分析,法规标准查询,MO GIS控件,空间数据库,属性数据库,数据编辑,数据查询,地图操作,噪声分析模型,法规标准数据库,噪声数据库,噪声分布分析,实时模拟分析,噪声环保法规分析,噪声环保法规数据,地图输出 视图管理 图层管理 噪声分析 法规标准检索,（4）系统功能实现,
