CN108519992A - 基于“SWAT+WebGIS”服务的农业面源污染大数据集成与管理系统 - Google Patents
基于“SWAT+WebGIS”服务的农业面源污染大数据集成与管理系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于“SWAT+WebGIS”服务的农业面源污染大数据集成与管理系统，包括：用户登录模块，面源污染模拟模块，面源污染信息数据库模块，面源污染信息共享模块，面源污染信息分析模块，面源污染信息展示模块，上述模块依次连接。本发明的有益效果：本发明通过构建全国面源污染信息信息管理平台，实现全国流域面源污染基础地理信息数据的存储和空间信息的查询、分析和共享，提供资源数据的更新维护、查询统计、专题图制作等功能，为用户或管理部门提供快速、有效的面源污染信息服务，为掌握面源污染物排放规律提供最全的资料，提高面源污染风险的控制能力。
Description
技术领域
本发明属于面源污染管理技术领域，涉及一种快捷的农业面源污染信息集成与共享，尤其涉及一种基于“SWAT+WebGIS”服务的农业面源污染大数据集成与管理系统。
背景技术
农业面源污染是指在农田耕作等农业生产活动中，化肥、农药与重金属等随着地表径流、地下渗漏等携带污染物质进入水体，进而发生水体富营养化或有毒有害的其他形式的污染。农业面源污染具有广泛性、滞后性、不确定性和较大的时空变异性等特征，对各种组合条件下的农业系统均设点长期观测面源氮磷流失，需要花费大量的人力、财力及物力。因此，仅将其作为一种辅助手段，主要用于各类面源污染模型的验证和模型参数的校正。模型的优势在于可以不需要大范围和长时间的野外面源污染监测数据的情况下，借助气候、地形、土地利用、农田管理等现成数据，对面源污染流失进行时间和空间序列上的模拟，可以直观估算面源污染负荷变化趋势及空间分布。
2016年10月，《国务院关于开展第二次全国污染源普查的通知》(国发〔2016〕59号)要求2017年开展第二次全国污染源普查。要求建立健全的面源污染源档案、污染源信息数据库和环境统计平台。面源污染数据库及共享平台建设对于准确判断我国当前环境形势，制定实施有针对性的经济社会发展和环境保护政策、规划具有重要的现实意义。
鉴于此背景，目前与农业面源污染数据库及管理系统研究正处于不断发展阶段，但全国范围内不同流域的面源污染数据库及其数据统计平台仍有不足。例如最新发布的申请号为201710151560.0，名称为面源污染区域污染因子信息管理系统和管理方法，公开号为CN106875317A，该专利提出了面源污染区域污染因子信息管理系统，包括分布在面源污染区域的污染监测器、移动信息采集端、数据处理中心和管理终端等。但该方法需要花费大量的人力、财力及物力，在全国范围内具有气候、土壤理化性质及农业管理措施空间异质性较大的特征下难以施展。
SWAT模型是一款经典的考虑气候、土壤理化性质及农业管理措施影响下的面源污染模拟工具，利用实测数据对模型进行率定与验证的前提下，其可以较为准确的模拟估算农业面源污染流失。运用该模型可为全国范围内不同流域提供丰富的流域特征、气候特征、农业管理措施及面源污染的属性信息和空间分布信息，可作为全国农业面源污染信息平台的大数据服务层。
WebGIS技术是Internet技术与GIS技术相结合的产物，可为用户提供良好的地理空间信息的发布和共享，实现网络环境下的空间数据协同管理和空间数据互操作。目前国内使用最广泛的WebGIS平台是ESRI公司的ArcGISServer和超图公司的SuperMapiServer，本系统选用ESRI公司的系列产品。
综上所述，利用实测数据对SWAT半分布式模型进行率定与验证的前提下，其可以较为准确的模拟估算农业面源污染流失，并提供丰富的流域特征信息、与面源污染相关的属性数据和空间数据。WebGIS技术可提供良好的属性及地理空间信息的发布与共享，实现网络环境下的空间数据协同管理。如何在农业面源污染管理技术领域中有效地将SWAT模拟与WebGIS技术相结合，研究出高效且低成本的全国流域农业面源污染信息管理系统，方便于用户在PC端或手机客户端上随时随地对特定流域的面源污染信息及数据库进行操作与管理，是全国农业面源污染监控与管理需要解决的首要问题。
发明内容
针对上述现有系统的不足以及实际需求，本发明提供了一种基于“SWAT+WebGIS”服务的农业面源污染大数据集成与管理系统，基于全国流域的属性及空间基础数据库、SWAT模型及WebGIS技术，实现对全国流域农业面源污染大数据的集成与管理，能够为管理者提供全面、及时、准确的服务和各种信息查询，以农业面源污染信息管理为核心，以需求为导向，不仅可实现PC端的面源污染信息的查询、数据操作、评估展示及数据库管理，也可以实现基于移动手机端的操作与管理。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案实现如下：
一种基于“SWAT+WebGIS”服务的农业面源污染大数据集成与管理系统，包括：
用户登录模块，用户登录模块中输入用户名和密码进行系统登录；
面源污染模拟模块，用户在各自PC端构建SWAT模型，经模型率定验证后，模拟各自流域的地表径流、面源污染氮磷流失负荷；
面源污染信息数据库模块，用于存储各类数据，包括空间数据和属性数据，供服务层调用；
面源污染信息共享模块，在ESRI公司的ArcGISServer上部署空间数据共享服务和数据资源共享服务平台，能够为上层的业务应用提供空间和属性两方面的数据支撑服务；
面源污染信息分析模块，与面源污染信息共享模块中的空间数据和属性数据相连接，用于根据用户或者平台共享的SWAT模拟数据得到的面源污染信息进行评估，提取和传输全国不同流域面源污染时空分析结果；
面源污染信息展示模块，包括面源污染信息时空分布展示子模块、信息查询子模块和基本地图操作子模块；所述的面源污染信息展示模块中的时空分布展示子模块、信息查询子模块和基本地图操作子模块属并列关系；
面源污染模拟模块、面源污染信息数据库模块、用户登录模块、面源污染信息共享模块、面源污染信息分析模块和面源污染信息展示模块依次连接。
其中，所述的时空分布展示子模块，对面源污染时空信息进行统计，将面源污染时空信息展示给用户；
其中，所述的子信息查询模块，根据预设的面源污染风险等级，将存储的信息进行污染等级分类，用户输入风险阈值，对于超过阈值的信息，将高亮显示；
其中，所述的基本地图操作子模块，提供基础地图导航、专题图层叠加和当前视图打印功能。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种基于“SWAT+WebGIS”服务的农业面源污染大数据集成与管理系统，基于SWAT模型模拟与WebGIS技术构建面源污染信息系统框架体系和系统功能，利用ArcGISServer中的WebAPP Builder for ArcGIS技术，构建用户界面友好、灵活易用、表现力和交互性强的管理平台。通过构建全国面源污染信息信息管理平台，实现全国流域面源污染基础地理信息数据的存储和空间信息的查询、分析和共享，提供资源数据的更新维护、查询统计、专题图制作等功能，为用户或管理部门提供快速、有效的面源污染信息服务，为掌握面源污染物排放规律提供最全的资料，提高面源污染风险的控制能力。
附图说明
图1是本发明中基于“SWAT+WebGIS”服务的农业面源污染大数据集成与管理系统流程图。
图2a是本发明实施例中面源污染信息共享模块中空间数据库。
图2b是本发明实施例中面源污染信息共享模块中属性数据库。
图3是本发明实施例中海拔因子与氮磷负荷关系图。
图4是本发明实施例中面源氮磷负荷空间分布图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种基于“SWAT+WebGIS”服务的农业面源污染大数据集成与管理系统，包括用户登录模块，面源污染模拟模块，面源污染信息数据库模块，面源污染信息共享模块，面源污染信息分析模块和面源污染信息展示模块。
用户通过该用户登录模块进行系统登录。基于面源污染模拟模块，生成并构建面源污染信息数据库模块。所述的面源污染模拟模块，具体是通过土壤数据库、数字高程模型、土地利用数据及气象数据库，构建SWAT模型，并基于实测数据对模型进行率定与验证，通过验证后的模型模拟，构建面源污染信息数据库模块，该面源污染信息数据库具体包括面源污染氮磷流失空间数据库及面源污染氮磷流失属性数据库。面源污染信息共享模块与面源污染信息数据库模块相连接，用于用户将面源污染信息数据库中的空间和属性数据共享到服务平台，提供服务供应于面源污染信息分析模块。面源污染信息分析模块用于分析面源污染时空分布。面源污染信息展示模块与面源污染信息分析模块连接，用于展示面源污染空分布和随时间的变化，通过搜索，找出污染风险较大的区域。
面源污染模拟模块，用户基于各流域DEM、土地利用和土壤空间数据构建SWAT模型，并用径流等实测数据对模型进行率定与验证，模拟流域面源污染氮磷负荷；其中，模型率定与验证运用SWAT-CUP工具进行，通过敏感性分析，获得研究区较为敏感参数，运用确定性系数R2及纳什系数NSE对率定效果进行评估。
面源污染信息数据库模块，基于面源污染模拟模块获取的面源污染氮磷负荷数据，构建面源污染信息属性与空间数据库，矢量数据支持Shapefile和栅格数据支持tif格式；
面源污染信息共享模块，通过ArcGIS软件将面源污染信息属性与空间数据库上传于服务器，数据格式支持Shapefile(包含所有shapefile文件的ZIP归档)和GeoJSON(适用于简单地理要素的开放标准格式)，能够为面源污染信息分析模块的业务应用提供空间和属性两方面的数据支撑服务，在本实例中澜沧江流域空间数据库和属性数据库，如图2a、图2b；
面源污染信息分析模块，与面源污染信息共享模块中的空间数据和属性数据相连接，用于根据用户或者平台共享的SWAT模拟数据得到的面源污染信息进行评估，提取和传输全国不同流域面源污染时空分析结果；具体包括分析面源污染氮磷负荷与地表径流、海拔等因子的关系，分析氮磷负荷的时空变化；
面源污染信息展示模块，包括信息时空分布展示子模块、信息查询子模块和基本地图操作子模块，对面源污染时空信息进行统计，展示地表径流、海拔等因子与氮磷负荷的关系图，在本实例中的澜沧江流域不同海拔分布下的氮磷流失负荷，如图3；展示面源氮磷负荷空间分布图，通过搜索查询，寻找面源污染风险较高区，在本实例中的澜沧江流域TN负荷大于10且小于20kg/ha的子流域，如图4。
Claims (4)
1.一种基于“SWAT+WebGIS”服务的农业面源污染大数据集成与管理系统，特征在于：该系统包括：
用户登录模块，用户登录模块中输入用户名和密码进行系统登录；
面源污染模拟模块，用户在各自PC端构建SWAT模型，经模型率定验证后，模拟各自流域的地表径流、面源污染氮磷流失负荷；
面源污染信息数据库模块，用于存储各类数据，包括空间数据和属性数据，供服务层调用；
面源污染信息共享模块，在ESRI公司的ArcGISServer上部署空间数据共享服务和数据资源共享服务平台，为上层的业务应用提供空间和属性两方面的数据支撑服务；
面源污染信息分析模块，与面源污染信息共享模块中的空间数据和属性数据相连接，用于根据用户或者平台共享的SWAT模拟数据得到的面源污染信息进行评估，提取和传输全国不同流域面源污染时空分析结果；
面源污染信息展示模块，包括面源污染信息时空分布展示子模块、信息查询子模块和基本地图操作子模块；所述的面源污染信息展示模块中的时空分布展示子模块、信息查询子模块和基本地图操作子模块属并列关系；
面源污染模拟模块、面源污染信息数据库模块、用户登录模块、面源污染信息共享模块、面源污染信息分析模块和面源污染信息展示模块依次连接。
2.根据权利要求1所述的基于“SWAT+WebGIS”服务的农业面源污染大数据集成与管理系统，其特征在于：所述的时空分布展示子模块，对面源污染时空信息进行统计，将面源污染时空信息展示给用户。
3.根据权利要求1所述的基于“SWAT+WebGIS”服务的农业面源污染大数据集成与管理系统，其特征在于：所述的子信息查询模块，根据预设的面源污染风险等级，将存储的信息进行污染等级分类，用户输入风险阈值，对于超过阈值的信息，将高亮显示。
4.根据权利要求1所述的基于“SWAT+WebGIS”服务的农业面源污染大数据集成与管理系统，其特征在于：所述的基本地图操作子模块，提供基础地图导航、专题图层叠加和当前视图打印功能。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180911 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |