1、環境污染空間模型庫系統概要設計文檔北京大學遙感與地理信息系統研究所北京北大天創信息技術有限公司“環境污染空間模型庫”概要設計日期版本號作者修改內容2002- 9-31.0北大遙感所初稿2002- 9-61.1北大遙感所模型庫和參數庫結構2002- 9-71.2北大遙感所數據庫結構“環境污染空間模型庫”概要設計目錄1弓I言51.1編寫目的5.1.2相關說明5.2任務概述52.1基本目標5.2.2運行環境6.2.3需求概述6.3總體設計73.1處理流程&3.2總體結構和模塊外部設計a系統總體結構9.系統模塊結構103.3功能分配11系統主體功能模塊11數據管理11過程模擬12制圖輸出 13

2、結果分析13調度控制14功能模塊14模型庫和參數庫 15“環境污染空間模型庫”概要設計334系統數據庫164接口設計.164.1模型庫訪問接口 174.2GIS訪問接口 194.3數據庫訪問接口 205數據結構設計225.1模型庫和參數庫結構 22總體結構22模型庫結構 24模型結構25參數庫和參數的結構 265.2數據庫結構26總體框架27表結構27“環境污染空間模型庫”概要設計1引言1.1編寫目的根據需求分析，進行環境污染空間模型庫系統的概要設計，建立 系統總體框架結構和技術流程，將系統劃分為若干功能模塊，對各個 模塊功能進行初步設計，并設計各個模塊之間的接口規范。1.2相關說明本設計文檔

3、是關于環境污染空間模型庫系統的概要設計，包括主 體系統、模型庫、主要模塊接口和系統數據庫結構的總體設計。 系統的詳細設計，包括系統功能實現、模型庫結構和實現模式、數據 庫結構和表結構的詳細設計，在環境污染空間模型庫系統詳細文檔 中論述。1.3參考資料1 環境污染空間模型庫系統需求分析文檔2任務概述2.1基本目標本項目的核心任務定位于建立“福建省環境污染空間模型庫”，包 括大氣污染模型庫、河流污染模型庫、海洋油類污染模型庫三個部分， 集中管理這三類環境污染模型，并提供模型的更新、評估、改進功能。 并以地理信息系統軟件 Citystar4.0為基礎，開發模型庫應用系統軟“環境污染空間模型庫”概要設

4、計件，實現環境污染空間數據的導入管理、模型計算、模擬顯示和制圖 輸出。2.2運行環境（1）硬件環境最低配置：Pll CPU處理器、64M內存、4GB硬盤、CD-ROM。（2）軟件環境Windows95, 98, NT, 2000及 XP 等操作系統。Citystar4.0軟件平臺SQL Server數據庫平臺2.3需求概述系統的總體需求概括成如下幾個方面的具體目標：（1）建立由大氣污染模型庫、河流污染模型庫、海洋油類污染模 型庫三個部分組成的環境空間模型庫。（2）以地理信息系統及空間數據庫為基礎（城區采用 1:1萬基礎 數據，大范圍地區采用1: 25萬基礎數據，經過預處理的航片、衛片 可以作為

5、底圖疊加），研制開發“環境污染空間模型庫”應用系統軟 件。（3） 模型庫中初始保存若干個模型（包括三大類污染類型），并 提供用戶擴展機制，可以對初始模型進行改進和更新。（4）模型庫管理實現對環境污染模型的目錄管理， 并支持以多種“環境污染空間模型庫”概要設計形式（動態鏈接庫、組件）實現的新模型向模型庫的添加。（5）根據污染源或污染事故的參數信息，以及環境背景的具體情 況，系統支持環境污染模型的智能選擇和人機交互式選擇兩種方式。（6）模型參數的自適應選擇和生成。對于因客觀條件不能獲得的 模型參數，系統可根據歷史統計資料或參考已經發生的可供參考的同 類事故而選擇或生成缺失的參數，進行計算。（7）

6、建立環境污染空間模型庫與環境污染空間數據庫的接口，通 過該接口，系統管理平臺可以實現污染源數據的導入管理和提供污染 擴散模型運算所需的參數。同時模型庫管理平臺提供模型庫系統與環 境信息系統其它模塊的接口，實現其他子系統對模型庫的調用功能。（8）模型結果的可視化表達。根據系統的模擬輸出，對污染擴散 的路徑、范圍和強度做出直觀的表達，為決策者提供可靠的輔助決策 信息。（9）利用實際監測數據，對模型計算結果進行評價。3總體設計根據系統體系結構，系統總體設計分為以下幾個部分：（1）系統總體框架結構（2）模型庫和參數庫設計（2）環境污染模型庫接口的設計（3）空間數據庫接口的設計（4）控制管理模塊的設計“

7、環境污染空間模型庫”概要設計(5) 污染擴散的過程模擬模塊設計(6) 制圖輸出模塊的設計(7) 數據庫結構設計3.1處理流程下圖描述在系統建成之后系統運行的實際工作流程“環境污染空間模型庫”概要設計3.2總體結構和模塊外部設計321系統總體結構“環境污染空間模型庫”概要設計322系統模塊結構根據框架結構和功能劃分，系統由如下幾個部分組成：(1) 系統主體功能模塊：主要負責系統總體的調度控制、輸入輸 出、污染過程模擬與評估、與用戶的交互等，并為其他模塊提供操作 界面。具體又包括控制管理、過程模擬、制圖輸出、結果分析、調度 控制幾個子功能模塊。(2) GIS功能模塊：負責與空間數據和空間操作相關的

8、功能。(3) 模型庫和參數庫：負責模型的管理、調度、實施，以及參數的管理和修正等。 數據庫：負責系統所需的各種數據的組織、存儲、關系的維(5)接口：在各個模塊之間通過相應的訪問接口連接，完成數據10“環境污染空間模型庫”概要設計交互和功能調用，包括GIS訪問接口、模型庫訪問接口、數據庫訪問 接口。3.3功能分配331系統主體功能模塊數據管理（1）區域環境基礎數據管理通過數據庫訪問接口管理區域環境基礎數據庫，包括社會、經濟 數據和自然環境數據數據導入存儲管理查詢為模型運算裝載數據（2）污染源數據管理通過數據庫訪問接口管理污染源數據庫污染源數據的導入編輯更新查詢為模型運算裝載數據（3）空間數據管理

9、ii“環境污染空間模型庫”概要設計通過GIS訪問接口，調用GIS的數據處理和分析功能，實現對區 域空間數據的處理和調度（4）歷史數據管理通過數據庫訪問接口管理歷史數據將模型分析結果和模擬過程保存到歷史數據庫歷史數據的編輯操作：添加、刪除歷史數據查詢歷史數據重新裝載并再現（5）模型元數據管理過程模擬（1）模型管理通過模型庫訪問接口，調度模型管理功能。（2）模型選擇通過模型庫訪問接口，根據污染物類型和發生時的時空位置等具 體情況，選擇合適的污染模型進行處理。（3）參數選擇（3）模型運算通過數據庫訪問接口裝載基礎數據、污染源數據和參數數 據 通過模型庫訪問接口調用污染模型完成模型運算12“環境污染空

10、間模型庫”概要設計(4) 運算結果處理提交給制圖輸出模塊，進行可視化表達和專題制圖提交給數據管理模塊，存儲到歷史數據庫(5) 參數修正根據運算結果，修正模型參數，重新計算。制圖輸出提供GIS訪問接口，利用GIS的的可視化功能，提供豐富的表達 形式。基礎數據的可視化顯示污染源信息的可視化表達根據模型計算結果，對污染擴散的路徑、范圍和強度做出 直觀表達制作污染專題圖制圖輸出統計圖表表格結果分析通過GIS訪問接口，對模型計算結果做初步的分析量算統計：長度、面積影響范圍分析：緩沖區13“環境污染空間模型庫”概要設計疊加分析調度控制總體協調系統主體模塊內部各個部分之間的數據交換和功能調度調用GIS訪問接

11、口，實現系統主體模塊與GIS模塊之間的的數據交換和功能調度調用模型庫訪問接口，實現系統主體模塊與模型庫之間的的數據交換和功能調度調用數據庫訪問接口，實現系統主體模塊與各系統數據庫之間的的數據交換和功能調度為各功能模塊的調用提供操作界面為與用戶的交互提供操作界面332 GIS功能模塊GIS功能模塊主要由Citystar4.0的二次開發控件 GIS OCX構成，提供常規的GIS功能。基礎地理數據的組織和管理常規數據編輯功能（根據需求分析確定）為制圖輸出模塊提供數據的可視化表達 以空間數據為背景的專題制圖空間查詢功能14“環境污染空間模型庫”概要設計常規的空間統計和量算功能：長度、面積、位置常規空間

12、分析：緩沖區、疊加333模型庫和參數庫模型庫和參數庫為相對獨立的模塊，其中的模型以插件形式提供， 模型庫和參數庫通過模型庫訪問接口與主系統集成。（1）模型庫管理建庫添加、刪除、修改查詢模型描述：參數表、適用條件、模型類型等元數據信息（2）參數數據管理參數數據的導入編輯：添加、刪除、修改更新查詢為模型運算裝載數據參數調整（3）模型元數據管理維護查詢利用元數據維護并操作模型和參數15“環境污染空間模型庫”概要設計（4）模型計算調用模型參數賦值計算并輸出結果（5）模型評估對污染結果的預測影響評估（6）模型、參數修正334系統數據庫系統數據庫管理的系統運行及模型分析需要的所有數據，并通過數據庫訪問接口

13、連接主系統，實現數據交換和功能調用。基礎數據庫：基礎地理數據、社會經濟數據、自然環境數據 污染源數據庫歷史數據元數據4接口設計系統的接口包括模型庫訪問接口、 GIS訪問接口、數據庫訪問接 口。這些接口不單獨存在，而是集成在主體系統當中，并且主系統為 這些接口的調用提供用戶操作界面。對于每個具體的接口，可能提供多個函數實現，以滿足不同的輸16“環境污染空間模型庫”概要設計入條件和操作模式。4.1模型庫訪問接口（1）模型庫管理接口功能調用模型庫管理功能：增加、刪除、更新實現模型庫管理功能由模型庫內部實現， 模型庫管理接口只是為主系統提供操作入口。（2）模型列表（查詢）接口功能羅列模型庫中滿足條件的

14、所有模型，并顯示該模型屬性輸入模型庫類型：大氣、河流、海洋模型選擇條件：污染源類型、擴散類型、地形條件等輸出 模型（包括屬性、說明）列表實現調用模型庫的模型查詢功能（3）模型調用接口功能調用模型，并完成模型運算輸入 模型名稱（或其他唯一標識）污染源數據參數列表環境背景數據輸出模型計算結果條件已經從模型庫中選擇確定的模型已經從污染源數據庫中獲得污染源數據17“環境污染空間模型庫”概要設計已經從參數數據庫中獲得參數列表已經從基礎數據庫中獲得環境背景數據實現 調用模型參數賦值模型計算記錄結果(4) 參數管理接口功能 管理參數庫中參數的添加、刪除、修改實現 調用參數庫中的參數管理功能(5) 模型參數查

15、詢接口功能 查詢模型需要的參數，并根據需要調入參數數據輸入 模型名稱參數查詢條件輸出模型參數列表實現 調用參數庫中的模型參數查詢功能從參數庫中調入參數數據(6) 模型參數自適應生成接口系統自動選功能 針對模型參數不能全部獲得或準確獲得情況，擇或生成缺失的模型參數輸入 模型名稱(或其他唯一標識)模型參數名稱模型參數生成方法18“環境污染空間模型庫”概要設計歷史數據或可參考數據輸出模型參數值條件已知模型名稱和待生成的參數名稱已經獲得用于生成參數的參考數據實現調用模型庫中的模型參數生成功能（7）模型、參數修正接口功能根據條件修正模型或參數輸入模型名稱模型參數名稱修正的方法用于修正模型和參數的可參考數

16、據輸出修正后的新的模型或參數條件已知待修正的模型名稱和參數名稱已經獲得用于修正模型和參數的參考數據實現調用模型庫中的模型參數修正功能更新模型庫和參數庫中的內容4.2 GIS訪問接口GIS訪問接口主要由GIS OCX接口來實現。建立起對區域基礎信息（包括人口分布、交通運輸、氣候氣象、地形地貌等），和污染源信息進行導入、查詢和管理的空間數據庫的 接口，可以以這些數據作模型運算的輸入參數。19“環境污染空間模型庫”概要設計4.3數據庫訪問接口為系統主體功能模塊的數據調度請求提供服務。(1) 數據導入接口功能導入外部數據加入的系統數據庫中輸入外部數據源目標數據庫：基礎數據庫、污染源數據庫庫條件外部數據

17、源符合目標數據庫標準實現為外部數據源創建數據表復制數據為新表生成相關的元數據信息(2) 數據編輯接口功能數據記錄的添加、刪除、修改輸入待修改的數據表待修改的記錄修改條件(內容)實現采用數據庫的相關SQL操作實現(3) 數據表結構編輯接口功能修改表名，字段的添加、刪除、修改輸入待修改的數據表修改條件(內容)實現采用數據庫的相關SQL操作實現(4) 數據查詢接口20“環境污染空間模型庫”概要設計功能查詢輸入查詢條件輸出滿足條件的結果集實現采用數據庫的相關SQL操作實現(5)數據裝載接口功能為特定的模型裝載數據，包括基礎數據、污染源數據等輸入裝載條件輸出滿足條件的結果集實現可以只輸入模型名稱，通過模

18、型屬性自動查找滿足條件的 數據也可以輸入具體的要求條件，利用查詢接口獲得數據需要采用數據庫的相關SQL操作實現(6)歷史數據存儲接口功能將模型計算結果保存到歷史數據庫中輸入歷史數據(模型計算結果)實現為歷史數據創建需要的數據表存儲數據為歷史數據生成相關的元數據信息(7)歷史數據裝載接口功能恢復歷史數據輸入歷史數據標識實現裝載歷史數據21“環境污染空間模型庫”概要設計重現(8) 歷史數據管理接口功能歷史數據的刪除、查詢輸入 歷史數據標識操作條件實現采用數據庫的相關SQL操作實現需要考慮數據間的關聯性(8)元數據管理接口功能元數據的添加、刪除、修改、查詢輸入元數據標識操作條件實現采用數據庫的相關S

19、QL操作實現需要考慮數據間的關聯性5數據結構設計5.1模型庫和參數庫結構總體結構模型庫和參數庫的總體結構及其相互關系如下圖22“環境污染空間模型庫”概要設計模型庫在邏輯上是一個相對獨立的整體，內部完成庫的維護和模 型的管理。模型庫具有較高的封裝性，模型庫內部的組織和操作方式 對外部是透明的。模型庫提供一系列接口供外部程序調用模型庫的功 能，這些接口是外部程序操縱模型庫的唯一入口。模型作為插件的形式高度包容在模型庫內部，模型不提供直接供 外部程序訪問的途徑，必須通過模型庫提供的接口間接實現。參數庫的結構與模型庫基本一致，同樣具有較高的封裝性，并對 外提供訪問接口。（2）模型庫接口模型管理接口：模

20、型的添加、刪除、修改、查詢模型屬性信息接口：獲得模型的元數據信息模型調用接口：獲得模型實例，并計算模型評估接口：評估模型，修正模型（3）參數庫接口參數管理接口：參數的添加、刪除、修改、更新、查詢參數屬性信息接口：獲得參數的元數據信息參數裝載接口：為特定的模型裝載參數列表23“環境污染空間模型庫”概要設計參數生成接口：參數的自適應生成或生成缺失參數參數修正接口：根據參考數據修正參數(4) 元數據描述模型庫和參數庫的元數據信息連接模型庫和參數庫，特別是描述模型和參數之間的關系模型庫結構爆炸型模型大氣污染模型庫I -泄漏型模型模型-y/參數列表/排放型模型一維線狀河模型二維線狀河模型元數據海洋油污油

21、污擴散模型L污染模型庫22二維面狀河模型模型類型適用條件 (歷史記錄模型庫按模型類型對其中的模型分類、分級管理，一方面邏輯上便于組織，另一方面查找維護比較方便。模型以插件的形式存在，安裝統一的規則模式建立，并提供一致 的接口供模型庫調用，模型庫負責模型的注冊和反注冊模型的屬性信息由模型元數據維護，包括參數列表、模型說明、適用條件、模型類型和模型使用的歷史記錄。 模型和元數據是一對一24“環境污染空間模型庫”概要設計的關系。模型結構模型遵循一致的接口規范，包括輸入、輸出、參數表和調用接口， 這樣有利于模型庫的統一管理，應用程序也可以通過一致的模式調用 所有模型。模型對外暴露調用接口，這是應用程序

22、調用模型的唯一入口，調 用接口中包括函數聲名、參數聲名和返回值聲名。模型的輸入由參數表控制，可能的輸入包括基礎數據、環境數據、 污染源數據、模型系數等。模型的輸出通常是模型計算的結果，按照 統一規定的模式提交。模型和它的元數據密不可分，元數據描述了模型實現和調用需要 的全部信息，是外部程序調用模型已經模型庫管理模型的依據。元數據中的參數列表與模型實現部分的參數表 對應。25“環境污染空間模型庫”概要設計參數庫和參數的結構參數庫統一管理模型需要的參數和系數，并對外提供統一的接口 供應用程序調用和裝載參數。參數庫以表的形式管理參數，每個參數作為表中的一條記錄。參數的屬性信息記錄在參數元數據表中。元

23、數據描述參數的所有 屬性，包括參數類型、適用條件、缺省值等等。同時元數據維護一個 參數使用和更新的歷史記錄，這些歷史記錄可以作為參考數據被參數 庫適用，從而采用合適的方法實現修正參數的功能。元數據同時還要維護參數與其所屬的模型之間的關系。一個模型 可能包括多個參數。參數的結構如下圖。5.2數據庫結構系統中管理的數據包括：基礎地理數據庫；環境背景數據庫；污染源數據庫；參數數據庫；元數據。基礎地理數據庫和部分污染源數26“環境污染空間模型庫”概要設計據庫屬于空間數據庫，由 Citystar工程來管理。其它數據則由關系 數據庫管理。數據庫的結構框架如下。521總體框架522表結構（1）元數據表表名：

24、Meta_Table說明：總表，記錄系統中的所有表名主碼：Table_ID列名類型長度描述Table_ID整型4表IDTable_Name字符20表名稱Table_Descripti on字符120表描述Table_Type字符4屬于模型庫，參數庫，背景數據庫，還是源數據庫27“環境污染空間模型庫”概要設計（2）模型表 表名：Model_Table說明：模型庫元數據表主碼：Model_ID列名類型長度描述Model_ID整型4模型IDModel_Name字符20模型名稱Model_File字符32模型文件名（不含路徑，路徑默認）Model_Description字符120模型簡要描述Model_type字符4屬于大氣，河流還是海洋類型Parameter_Table_ID整型4對應的參數表ID（3）參數表表名：Parameter_Table說明：每個模型對應一個參數表主碼：Paramete