大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)開發(fā)研究

楊 杰 ，胡德秀 ，梁德勝

（1.西安理工大學水利水電學院，西安 710048；2.水資源與水電工程科學國家重點實驗室，武漢430072；3.西安理工大學自動化與信息工程學院，西安710048）

大壩安全[1]直接影響水利水電工程的運行，更與人民的生命財產(chǎn)安全、國民經(jīng)濟建設以及生態(tài)環(huán)境密切相關，一旦發(fā)生潰壩，后果不堪設想，因此對大壩進行科學有效的安全監(jiān)測與控制管理十分重要。

目前國內(nèi)外研發(fā)的大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)種類繁多，大多為C/S（客服端/服務器）模式，這些系統(tǒng)在水利工程安全監(jiān)控管理中正在發(fā)揮著作用。目前來看，基于C/S模式的管理信息系統(tǒng)能夠滿足大壩安全監(jiān)測管理的普通要求，但是隨著網(wǎng)絡技術和分布式數(shù)據(jù)庫技術的迅速發(fā)展，基于C/S結(jié)構(gòu)的大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)就暴露出維護工作量大、升級困難、可移植性差、開發(fā)周期長和信息難以共享等自身難以克服的缺點。

與C/S結(jié)構(gòu)相比，B/S結(jié)構(gòu)（瀏覽器/服務器）[2-5]的主要優(yōu)勢在于：沒有客戶端，系統(tǒng)開發(fā)、維護和升級的成本低；良好的開放性和擴展性；界面友好，使用方便；更強的信息系統(tǒng)集成性。因此，針對C/S結(jié)構(gòu)的諸多缺點，研究基于B/S結(jié)構(gòu)的大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)，對于加強大壩安全監(jiān)測信息的有效管理十分重要，這也正是本文的研究目的所在。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

1.1 系統(tǒng)開發(fā)目標

基于B/S結(jié)構(gòu)的大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)的開發(fā)目標是依據(jù)現(xiàn)行大壩安全監(jiān)測規(guī)范，利用目前先進的計算機軟、硬件技術，開發(fā)出一套具有先進性、可靠性、通用性和可擴充性的大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)[6]。該系統(tǒng)能實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動化采集、處理、分析，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)按一定的方式組織生成特定的信息，通過對這些信息的集中管理，對大壩安全狀態(tài)作出快速、準確的評判，為大壩運行管理與科學決策提供依據(jù)，確保水庫大壩安全。

1.2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

基于B/S結(jié)構(gòu)的大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境為：

數(shù)據(jù)庫 Microsoft SQL Server 2005；

技術平臺 Microsoft.NET Framework 2.0；

IIS Internet Information Sever 6.0；

開發(fā)語言 ASP.NET2.0，采用C#語言實現(xiàn)；

服務器操作系統(tǒng) Windows 2000/2003 Server。

1.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)采用B/S模式的三層體系結(jié)構(gòu)，利用ASP.NET（C#）技術和SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)[7-9]。B/S模式的三層體系結(jié)構(gòu)為用戶界面層、業(yè)務邏輯層和數(shù)據(jù)層。大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

（1）用戶界面層 用戶界面層也叫用戶表示層，封裝人機界面的所有表單和組件，是應用系統(tǒng)與系統(tǒng)用戶之間的直接接口。主要用于從業(yè)務邏輯層獲取數(shù)據(jù)并顯示；或者與用戶進行交互，將相關數(shù)據(jù)送回業(yè)務邏輯層進行處理。用戶界面層以瀏覽為主，實現(xiàn)對大壩安全監(jiān)測信息的管理，通過圖表和文字等形式表現(xiàn)，實現(xiàn)信息資源和分析成果的共享。

（2）業(yè)務邏輯層 業(yè)務邏輯層包含了與核心業(yè)務相關的邏輯，實現(xiàn)業(yè)務規(guī)則和業(yè)務邏輯，并完成應用程序運行所需要的處理。同時，業(yè)務邏輯層負責處理來自數(shù)據(jù)存儲或發(fā)送給數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)。業(yè)務邏輯層對大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、對比、計算、分析等，實現(xiàn)后臺業(yè)務管理。

（3）數(shù)據(jù)層 數(shù)據(jù)層包含數(shù)據(jù)存儲和與之交互的組件或服務，這些組件或服務在功能上和業(yè)務邏輯層相互獨立。數(shù)據(jù)層以數(shù)據(jù)庫為平臺，存儲大壩安全監(jiān)測的所有數(shù)據(jù)，為業(yè)務邏輯層提供處理數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)功能設計

基于B/S結(jié)構(gòu)的大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)，應具備系統(tǒng)管理、工程資料管理、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、圖形管理、報表管理、建模分析等基本功能。大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)功能模塊設計如圖2所示。

圖2 大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)功能模塊

（1）系統(tǒng)管理模塊 主要功能是用戶管理、日志管理和退出系統(tǒng)。其中用戶管理可以對用戶的訪問權限進行設置，包括增加用戶、刪除用戶、更改用戶訪問權限等。

（2）工程資料管理模塊 主要功能是對大壩安全監(jiān)測的工程基本資料進行管理，用戶可進行資料添加、查詢、瀏覽與維護、資料的上傳與下載等。

（3）監(jiān)測數(shù)據(jù)管理模塊 主要功能是對自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)和人工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行管理，可以對測點進行維護、數(shù)據(jù)查詢和備份等。

（4）圖形管理模塊 主要功能是對測點進行過程線、浸潤線、相關圖和分布圖繪制，所繪制的圖形均可以打印輸出和保存。

（5）報表管理模塊 主要功能是對各測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行報表管理，可以生成所需的各種報表 （如年報表、月報表等）。

（6）建模分析模塊 主要功能是生成環(huán)境量信息、變形建模分析和滲流建模分析。利用已有的測點觀測資料和環(huán)境量資料，運用數(shù)理統(tǒng)計手段來建立效應量（如變形、滲流）與自變量之間的關系，分離出各環(huán)境影響分量，對所建立的數(shù)學模型作出解釋，并能繪制和打印實測值、擬合值和各環(huán)境影響分量的擬合結(jié)果和相應的變化過程線。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)功能構(gòu)架的設計是為系統(tǒng)提供一個可行的實現(xiàn)方案，并方便程序設計人員將此方案轉(zhuǎn)換為實現(xiàn)應用系統(tǒng)功能的具體程序代碼。大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)采用B/S模式的三層體系結(jié)構(gòu)，利用ASP.NET（C#）技術和SQL Server 2005作為后臺數(shù)據(jù)庫進行實現(xiàn)。鑒于系統(tǒng)開發(fā)的內(nèi)容繁多，這里僅以測點數(shù)據(jù)查詢?yōu)槔〝?shù)據(jù)庫名 為Cedian數(shù)據(jù)庫），分別說明各層的實現(xiàn)。

3.1 數(shù)據(jù)層實現(xiàn)

測點查詢數(shù)據(jù)層由類庫文件組成，負責對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行查詢操作，并將數(shù)據(jù)傳遞給上層的業(yè)務邏輯層進行處理。先建立測點查詢數(shù)據(jù)層類庫DamSafe_Data，再添加類文件Cedian.cs，完成方法GetAll。其中GetAll方法用于以數(shù)據(jù)集的形式返回數(shù)據(jù)表中的所有數(shù)據(jù)，返回的數(shù)據(jù)集將被業(yè)務邏輯層調(diào)用。程序主要代碼如下：

3.2 業(yè)務邏輯層實現(xiàn)

測點查詢業(yè)務邏輯層由類庫文件組成，負責對數(shù)據(jù)層中傳遞來的數(shù)據(jù)進行處理并上傳到用戶界面層中。先建立測點查詢業(yè)務邏輯層類庫DamSafe_Business，再添加類文件Cedian.cs，完成方法GetAll及相關屬性。其中GetAll方法調(diào)用數(shù)據(jù)層中的同名方法GetAll，并將從數(shù)據(jù)層中返回的數(shù)據(jù)集向上傳遞到用戶界面層中，其中各屬性通過用戶界面層進行賦值，從而實現(xiàn)更好的封裝和隱藏。程序主要代碼如下：

using System;

using System.Data;

namespace DamSafe_Business

{

public class Cedian

{

//實例化數(shù)據(jù)層中的類Cedian

Damsafe_Data.Cedian CDData =new DamSafe_Data.Cedian();

private string name;

private float chengguo;

//定義屬性Name,用于對私有字段name進行讀/寫操作

public string Name

{

get{ return name;}

set{ name=value;}

}

/定義屬性 Chengguo,用于對私有字段chengguo進行讀/寫操作

public string Chengguo

{

get{return chengguo;}

set{chengguo=value;}

}

//定義方法，調(diào)用數(shù)據(jù)層中同名方法

public DataSet GetAll()

{

return CDData.GetAll();

}

}

}

3.3 用戶界面層實現(xiàn)

測點查詢用戶界面層主要由Web窗體Sample.axpx、Gridview控件和按鈕控件組成，在按鈕單擊事件處理過程中調(diào)用業(yè)務邏輯層中的GetAll方法，并將該方法返回數(shù)據(jù)集對象綁定到Gridview控件上，以顯示數(shù)據(jù)表中的所有數(shù)據(jù)。程序主要代碼如下：

using System;

using System.Data;

public partial class Sample:System.Web.UI.Page

{

DamSafe_Business.Cedian CDBiz;//聲明業(yè)務邏輯層中類Cedian

private void Page_Load(objectsender,System.EventArgs e)

{

CDBiz=new DamSafe_Business.Cedian();

//實例化業(yè)務邏輯層中類Cedian

}

private void btnGetAll_Click(object sender,System.EventArgs e)

{

dgGetAll.DataSource=CDBiz.GetAll();

dgGetAll.DataBind();

}

}

4 工程應用實例

甘肅碧口水力發(fā)電廠原采用的大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)開發(fā)于1994年，系統(tǒng)主要由觀測資料數(shù)據(jù)庫和綜合管理系統(tǒng)兩部分組成，由于受當時技術和設備的限制，這套軟件只能在DOS操作系統(tǒng)下運行，資料的查詢和備份都不太方便，沒有各種報表的制作、觀測資料的整編分析等功能，只能繪制部分曲線圖。為加強大壩安全管理，及時了解大壩的安全性態(tài)，確保大壩安全運行，必須對原碧口大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)進行全面改造，因此開發(fā)新的大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)勢在必行。

根據(jù)碧口大壩及其相關樞紐建筑物、青崖嶺滑坡體、左右高邊坡、環(huán)境量等的安全監(jiān)測實際情況，基于前面提出的基于B/S結(jié)構(gòu)的大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)設計與開發(fā)方法，研發(fā)了基于B/S結(jié)構(gòu)的碧口水庫大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)。

基于B/S結(jié)構(gòu)的碧口水庫大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)界面友好，操作簡單，具有良好的可擴展性和可靠性。系統(tǒng)全面實現(xiàn)了碧口大壩及其相關樞紐建筑物、青崖嶺滑坡體、左右岸高邊坡、環(huán)境量等各類監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集與人工錄入管理、測值誤差辨識與處理、各種報表定制與生成打印、測值過程線任意定制與繪制、相關圖分析、浸潤線動態(tài)分析、統(tǒng)計建模與定量分析、工程安全監(jiān)測相關資料管理、網(wǎng)絡傳輸與實時查詢管理、系統(tǒng)管理、系統(tǒng)幫助等功能。碧口水庫大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)功能應用頁面如圖3～8所示（系統(tǒng)首頁和系統(tǒng)功能主頁圖略）。

圖3 監(jiān)測資料上傳與下載

圖4 人工監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入

圖5 測點水平位移過程線

圖6 滲流觀測斷面浸潤線

圖7 大壩變形觀測月報表

圖8 滲流建模分析

碧口水庫大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)運行以來，運行狀況良好，碧口水力發(fā)電廠能及時、準確、方便地管理大壩安全監(jiān)測的各類數(shù)據(jù)信息，實時監(jiān)控大壩安全運行，確保大壩安全。

5 結(jié)語

本文根據(jù)大壩安全監(jiān)控管理的發(fā)展需要，對基于B/S結(jié)構(gòu)的大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)開發(fā)進行了研究，探討了基于B/S結(jié)構(gòu)的大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)設計原理與方法。通過工程實際應用，根據(jù)本文提出的基于B/S結(jié)構(gòu)的大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)在實際應用中運行狀況良好，能及時、準確、方便地管理大壩安全監(jiān)測的各類數(shù)據(jù)信息，實時監(jiān)控大壩安全運行，具有較高的實用價值，這對于提高我國大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)的研究水平，普及先進大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)具有積極意義。

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