基于WebGIS的重庆市多尺度农业面源污染风险评估可视化系统的研究与实现

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我国农业已超过工业成为我国最大的面源污染产业,农业面源污染严重威胁全国人民的饮水安全。重庆市位于三峡库区腹地,是长江上游重要的生态屏障,随着社会经济发展,重庆市三峡库区的农业面源污染形势日益严峻。而农业面源污染自身所具有的一系列复杂特性,增大了防控治理的难度,同时农业面源污染防治中,长期存在着防治技术有效性不足的问题。提出有效可行的技术方案,去管控防治农业面源污染,已经成为当下研究的热点与难点。近年来,GIS(Geographic Information System,地理信息系统)技术已成为研究农业面源污染的主要技术之一。借助GIS技术,特别是Web GIS(网络地理信息系统)技术,可简洁直观地对采集的农业面源污染相关数据进行存储、处理、显示、分析,建起环境监测信息系统,能够有效地为环境决策提供辅助。本文以重庆市科学技术局,技术创新与应用发展专项重点项目“基于3S技术的农业面源污染多级网格化管理体系构建”为支撑,以重庆市、涪陵区、南沱镇、睦和村这四个尺度范围为研究示范点。围绕“基于Web GIS的重庆市多尺度农业面源污染风险评估可视化系统”主题展开一系列研究。本文的具体工作如下:(1)收集、整合并处理了研究示范点的农业面源污染相关数据。农业面源污染成因复杂,涉及主体多元,相关数据分散。各种相关数据大多以文字或数字的形式,在政府统计年鉴、政府相关部门年报等公开平台中单独分开记录,缺乏数据的整合和持久化处理,且形式较为单一,表达不够直观。导致了重庆市农业面源污染相关基础数据库建设缺位,数据可视化程度较差。本文通过收集四个研究示范点上,一定时间节点的地理空间数据、属性数据,以及统计数据等农业面源污染相关数据。然后利用GIS技术和参考前期相关研究文献,对收集汇总到的数据进行数字化和可视化等一系列处理,并将其持久化,也为后续重庆市农业面源污染相关研究提供一定的数据支持。(2)设计并搭建了基于Hadoop的多尺度农业面源污染数据库。重庆市多尺度农业面源污染风险评估可视化系统平台,涉及到的相关数据类型繁多、数据量庞大,同时还涉及到大量地理空间数据。随着不同尺度的农业面源污染相关研究数据的不断累积,以及更多研究区域尺度的加入,会使得数据量日渐庞大繁杂。若使用传统数据库,进行多尺度农业面源污染相关数据的存储,会导致数据库的灵活性和扩展性等方面存在不足。所以本文利用Hadoop开源云计算平台,搭建Hadoop集群,结合处理得到的数据特点与实际业务需求,通过其架构下的分布式文件系统HDFS、分布式数据库HBase等,设计并搭建了基于Hadoop的多尺度农业面源污染数据库,保障了多尺度农业面源污染数据库良好的灵活性和可扩展性,有效地解决了日益增加的GIS地理信息数据在传统Web GIS平台下存储受限的问题。(3)设计研发了基于Web GIS的重庆市多尺度农业面源污染风险评估可视化系统。首先通过实地调研、现场沟通和讨论等多种途径,进行需求收集;然后根据整理得到的需求文档和前期处理得到的相关数据,采用B/S(Browser/Server,浏览器/服务器)四层架构开发模式,利用Vue.js、Java Script、ECharts等前端开发技术,以及类Leaflet的地图交互库GMap、Geo Server等一系列Web GIS开发技术,进行重庆市多尺度农业面源污染风险评估可视化系统的搭建。让用户可以以地图交互与数据化图表的形式,去查看、分析农业面源污染相关数据,为重庆市农业面源污染的管理、分析、规划和决策提供一定的辅助和参考。综上所述,本文结合地理信息系统、云计算技术、前端开发等相关技术,设计并搭建了重庆市多尺度农业面源污染风险评估可视化系统,提出了一种有效可行的技术方案在一定程度上去管控防治农业面源污染。
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