随着环境监测信息化水平的不断提高，遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)以及空间统计等技术越来越多地应用于环境检测领域。新技术的应用丰富了环境监测数据表达形式和可视化水平，从网络优化、数据分析、质量评价等多方面提高了环境监测能力，特别是环境污染事故应急监测与响应能力，为环境监测部门提供直观的科学的信息处理、分析与管理手段。空间数据是GIS及其它空间信息技术的应用基础，海量空间数据的组织和管理一直是大型GIS发展应用的一个瓶颈，解决大区域海量空间数据的统一管理是GIS广泛应用面临的主要问题。长期以来，包括基础地理空间数据等在内的海量空间数据在国家级环境监测领域的管理与应用一直处于零散、混乱状态，缺乏规范化和系统化，极大地限制了新技术在环境监测领域的应用和发展。
目前，空间数据在国家级环境监测领域的主要应用是突发性环境污染事故应急监测响应系统。该系统是由中国环境监测总站于2004年建立的，主要基于1：25基础地理数据，通过WEBGIS技术实现了基于B/S结构的环境污染事故应急监测的数据响应、辅助决策等功能，提高了应急监测处置能力。但该系统并未形成完备的环境监测空间数据平台，空间数据主要是基础地形图，并且处于“数据孤岛”，不能将空间数据充分应用于整个环境监测各个领域的业务工作当中。
为此，针对环境监测业务发展的需要，按照“建设先进的环境监测预警体系”的要求，我站启动了国家级环境监测空间数据平台建设。该平台作为数据中心建设的重要基础，依托总站内网环境，以大型商业关系型数据库为基础，利用专用地理信息系统空间数据引擎，综合运用GIS技术、数据库技术、网络技术、系统集成等，通过数据格式转换、投影变换、数据拼接等一系列数据处理过程，建立以统一坐标系统和投影方式、统一数据结构的一体化空间数据平台，实现不同比例尺的无级缩放和无缝漫游，形成对于海量空间数据的管理、维护、更新能力，提高对机密级数据的安全保障水平，为下一步的环境监测业务系统建设与信息共享与发布奠定基础。
1设计原则与建设内容
1.1设计原则
⑴先进性：在技术方案编制、软硬件平台构建及数据库设计等方面，选择主流技术、知名厂商的产品，采用先进的技术和手段，实现最终的空间数据平台。
⑵标准化与规范化：考虑到空间数据自身的多源性和复杂性，在国家级环境监测空间数据平台建设中，空间数据的标准化与规范化应作为基础工作，形成一系列具备科学性和可行性的标准规范。
⑶实用化与业务化：环境监测空间数据平台的建立是要满足环境监测业务化工作的要求，因此，必须将实用化与业务化原则贯穿于环境空间数据平台的设计与实现中。
⑷可靠性与安全性：环境监测空间数据平台必须保证平台运行的可靠性，并从技术和管理两方面具备高度的安全保障机制。
⑸可扩展性：环境监测空间数据平台必须适应未来环境监测业务发展的需要，在海量数据存储与管理、系统开发与业务应用能力等方面具备可扩展性。
1.2空间数据平台建设内容
环境监测空间数据平台具有海量数据、多数据源、多比例尺、数据格式复杂等特点，存储数据量达到近1TB，处理的中间数据量是存储数据量的1.5倍;数据源包括卫星遥感和航摄影像、矢量地形图及数字高程模型等测量数据、土地利用、土壤侵蚀等遥感解译数据以及环境监测点位等GPS测量数据;比例尺从基本比例尺的1：5万、1：25万到1：100万和1：400万;数据格式包括ESRI、MAPINFO、SUPERMAP等不同GIS平台的矢量和栅格数据格式以及多种影像数据格式。
⑴基础地理数据库：包括基础地形图数据和基础DEM(数字高程模型)数据。基础地形图数据内容涵盖了境界(国界、省界、市界和县界)、水系(河流、湖泊水库、沟渠、运河)、居民点(城市、乡镇、村庄)、交通道路(公路、铁路)等类型数据，数据比例尺有1：400万、1：100万、1：25万、1：5万。数字高程模型是利用高线数据或水深数据制作，反映地形起伏状态的数字化地面模型。基础DEM数据比例尺为1：25万和1：5万，并且利用DEM数据通过三维模拟运算生成了三维晕渲图。
基础地理数据主要有两个作用：一是作为环境监测信息表征与展示的基本背景，了解监测区域或环境事故区域的基本情况;二是作为空间分析的基础，利用GIS、空间统计等技术，将环境监测属性数据与基础地理数据相结合，应用于环境质量分析与评价、环境污染事故处置等方面。
⑵环境监测专题空间数据库：数据内容包括全国地表水环境国控监测断面，饮用水源地国控监测断面，全国重点城市空气监测点位分布数据，环境空气质量功能区分布数据，全国两控区范围，全国重点污染源分布数据。国家级自然保护区分布数据，近岸海域监测点位分布数据等。
⑶环境背景数据库：全国1：100瓦与1：10万比例尺的土地利用和土地覆被数据;全国1：10万比例尺土壤侵蚀数据，全国一公里网络降水量、积温等气象数据，全国1：100万比例尺土壤数据等。
⑷遥感影像数据库：数据内容主要包括覆盖全国的多时相的美国LANDSAT卫星影像及中国资源卫星数据，部分地区与城市的法国SPOT卫星数据、美国快鸟和IKONOS卫星影像以及航摄影像。
2环境监测空间数据平台设计与实现
2.1空间数据平台结构设计
空间数据平台的核心是空间数据库。目前对于空间数据的存储与管理主要是文件形式和数据库形式两种方式。随着空间数据数据量从KB、MB级向GB、TB海量级则增加，应用从单机向分布式发展，传统的空间数据文件管理模式在实现数据共享、网络通信、并发控制及数据安全机制等方面出现了难以解决的问题，二基于大型数据库管理系统(DBMS)的空间数据库存储与管理模式，能够实现多源海量空间数据的无缝集成和一体化存储管理，因此成为了大型空间数据平台建设的必然选择。
为了实现在大型商用关系型数据库基础上存储管理空间数据，出现了各种空间数据引擎技术。空间数据引擎是处于应用系统与底层数据库之间的开放中间件，客户端通过空间数据引擎将数据提交给关系型数据库统一管理，在使用时由客户端或服务器端从数据库获取数据并转化为空间数据格式，从而实现了对于超大型海量空间数据库的多用户分布式存储与管理，并且可以基于SQL语言，实现空间数据的快速查询、定位。
国家级环境监测数据平台目前的数据量已将近1TB，其存储与管理对数据库管理系统都提出了很高的要求，同时由于1：5万基础地理数据作为机密级数据，整个空间数据平台建设也必须按照机密级数据管理的标准来进行。因此，考虑到大型商业关系型数据库强大的数据管理和安全保障能力，我们选择了Oracle10g企业版数据库管理系统作为空间数据引擎，分别按照环境监测专题数据、环境背景数据、基础地理数据和遥感数据四个专题建立空间数据库，将多源多比例尺数据按照统一的坐标系统、投影方式，统一到同一数据贫农柜台框架下。数据平台以中国环境监测总站内网为依托，逻辑设计按照“空间数据库-地图服务-业务系统-客户端”四级模式，提高数据库存储管理与应用共享的灵活性与安全性;在此平台基础上，构建基于不同环境监测专题的环境监测业务系统，实现基于空间信息技术的环境监测数据的分析评价及信息共享发布。
2.2空间数据平台实现的技术流程
根据数据平台建设目标和基本内容，编制了建库方案，设计了数据处理、数据库设计、编码标准规范、数据校验与优化、地图制作及数据安全保障等一系列主要步骤。
原始空间数据的来源和格式并不一致，基础地理数据均为ESRIE00格式，环境背景数据为ESRICOVERAGE或ESRIGRID格式，遥感数据为ERDASIMAGE格式，环境监测专题数据主要是EXCEL表格，对于多源多类型数据，统一转换为SUPERMAP的矢量和栅格格式，以便下一步数据处理与入库。
原始数据有地理坐标系和投影坐标系，而投影坐标系又包括高斯克吕格投影(1：5万DLG数据)和UTM投影(城市影像数据)。为了把不同的数据进行叠加显示、分析等，需要把不同的投影整合到同一种坐标系统和投影方式上。统一投影参数设定为Albers等积圆锥投影。具体参数为中央经线：110，原点纬线：0，标准纬线分别为25和47度，比例因子：1.0，地理坐标系：西安1980坐标系，参考椭球体：International-1975，椭球长轴：6378140.00m。
标准规范包括空间数据库设计与命名规范、环境要素监测点位编码规范、地表水环境监测水系编码方案等。目前已完成《全国地表水环境监测断面编码规范(草案)》，对全国地表水环境监测断面的编码进行了规范，作为关键字段，实现与环境监测属性数据的关联。此外，经过充分调研和分析比对，拟以国家测绘局水系编码方案为基础，结合环境监测的具体情况进行修订补充，形成地表水环境监测水系编码方案。
数据库设计是在ORACLE数据库管理系统中，完成物理存储与逻辑存储设计、用户配置、表空间配置、网络配置等工作。
数据校验与质量保证，是对入库后数据的完备性、一致性和准确性进行自动和人工相结合的校验，以保证在数据处理与入库中数据不缺失、不变形、确保数据可靠性。
数据优化是从数据库优化、空间数据组织、地图配置等方面着手，包括采用RAID物理存储、建立三级索引机制、多比例尺显示控制等技术，提高客户端访问空间数据的响应与表现速度。
地图制作是按照不同环境要素专题、不同可视化表征，根据国家或行业制图规范与标准，制作环境监测要素专题地图，实现多比例尺无级缩放与跨图无缝漫游，为环境监测业务系统建设提供北京支持。
数据安全保障，是通过才采用ORACLE数据库的备份机制，全库备份和增量备份相结合，以移动存储介质和磁盘阵列作为主要备份介质，实现海量空间数据的离线和近线备份，以备在服务器或数据库出现故障时进行数据恢复;同时严格服务器与数据库的安全管理机制，保障数据安全。
3结果与讨论
研究成果表明，采用先进思想与主流技术建设国家级环境监测空间数据平台，能够实现对海量空间数据的快速响应、可视化表征、查询浏览以及空间分析评价等功能，同时平台建设充分考虑了灵活性与可扩展性，可以满足国家级环境监测业务不断发展的需要。当然，目前也存在若干需要解决的问题：
⑴空间数据的标准化与规范化还不能满足空间数据平台建设与应用的要求。空间数据的标准化和规范化是空间分析与评价的基础与前提。由于空间数据本身具有的复杂性和多义性，一直以来在各行业部门的应用中存在标准不一致、不规范的问题。实现统一规范的国家级环境监测空间数据平台，需要进一步开展环境要素与环境专题的编码标准化和规范化。
⑵空间数据在环境监测领域的应用水平需要进一步提高。空间数据平台的建立并不是最终目标，只有基于空间数据形成面向实际应用的环境监测业务、系统，才能实现空间数据平台的最大价值。在建立空间数据平台的基础上，有必要进一步开展基于空间环境要素的环境监测业务系统建设、实现基于空间数据平台的环境数据上报、分析评价、表征、制图与发布，从而进一步提高环境监测综合分析与评价能力。