韓楓王威魏磊崔晨

河南省水源地監(jiān)測(cè)管理信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

韓楓王威魏磊崔晨

按照飲用水水源地安全保障達(dá)標(biāo)建設(shè)的總體目標(biāo)要求,水源地應(yīng)具備水量、水質(zhì)、水位、流速等水文水資源監(jiān)測(cè)信息采集、傳輸和分析處理能力。為構(gòu)建河南省水源地安全保障體系，選取鄭州邙山及尖崗水庫(kù)水源地為建設(shè)示范試點(diǎn)，依托現(xiàn)有的水質(zhì)信息數(shù)據(jù)，結(jié)合水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)水源地管理信息系統(tǒng)。

一、開(kāi)發(fā)目標(biāo)

實(shí)現(xiàn)水源地基本信息管理，水源地范圍內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和排污口的實(shí)時(shí)監(jiān)控，水源地水質(zhì)信息的實(shí)時(shí)采集與分析，水質(zhì)污染預(yù)警及應(yīng)急預(yù)案管理，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析并生成相關(guān)報(bào)表，預(yù)留水源地視頻監(jiān)控接口。

二、總體設(shè)計(jì)

1.硬件環(huán)境

配置服務(wù)器一臺(tái)，要求4核英特爾至強(qiáng)處理器，16G內(nèi)存，256GB SCSI硬盤(pán)。

2.軟件環(huán)境

系統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照國(guó)家水資源監(jiān)控管理信息平臺(tái)的相關(guān)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行，采用B/S多層體系結(jié)構(gòu)。服務(wù)器端操作系統(tǒng)采用Windows Server 2008，數(shù)據(jù)庫(kù)軟件采用SQLServer2012，GIS平臺(tái)目前使用Google地圖；客戶(hù)端使用通用瀏覽器訪問(wèn)。

3.軟件系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)遵循J2EE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，采用B/S多層體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)分為用戶(hù)層、Web層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層。

用戶(hù)層即用戶(hù)界面，是系統(tǒng)程序邏輯入口點(diǎn)，在基于Web的J2EE客戶(hù)層應(yīng)用中，用戶(hù)在客戶(hù)端啟動(dòng)瀏覽器后，從Web服務(wù)器中下載Web層中的靜態(tài)HTML頁(yè)面或由JSP或Servlet動(dòng)態(tài)生成的HTML頁(yè)面，用戶(hù)層使用的技術(shù)主要有 Javascript、HTML、XML、JavaApplet等。

Web層即Web服務(wù)層，在J2EE規(guī)范定義的Web服務(wù)層由JSP頁(yè)面、Servlets等構(gòu)成，這些基本元素在組裝過(guò)程中通過(guò)打包來(lái)創(chuàng)建Web組件。運(yùn)行在Web層中的Web組件依賴(lài)Web容器來(lái)支持諸如響應(yīng)客戶(hù)請(qǐng)求以及查詢(xún)EJB組件等功能。

業(yè)務(wù)層主要起到對(duì)各類(lèi)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，是系統(tǒng)中業(yè)務(wù)邏輯的核心所在。通過(guò)業(yè)務(wù)層對(duì)系統(tǒng)中各類(lèi)數(shù)據(jù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算進(jìn)行封裝，使得系統(tǒng)的耦合度降低，進(jìn)而提高系統(tǒng)在不同環(huán)境中的復(fù)用程度。業(yè)務(wù)邏輯是否合理，數(shù)據(jù)計(jì)算是否準(zhǔn)確，與此部分密切相關(guān)。

數(shù)據(jù)層包括數(shù)據(jù)訪問(wèn)層和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層主要用來(lái)為業(yè)務(wù)規(guī)則層提供其運(yùn)算所必須的各類(lèi)水質(zhì)數(shù)據(jù)，包括從自動(dòng)監(jiān)測(cè)站采集的數(shù)據(jù)和導(dǎo)入的各種歷史數(shù)據(jù)。設(shè)置獨(dú)立的數(shù)據(jù)訪問(wèn)層，為不同數(shù)據(jù)庫(kù)間的移植工作提供了便利。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其作用主要是為業(yè)務(wù)規(guī)則層提供各類(lèi)數(shù)據(jù)的實(shí)體，以方便業(yè)務(wù)規(guī)則層進(jìn)行各類(lèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的計(jì)算。

三、主要功能

1.基本信息管理

實(shí)現(xiàn)所有水源地行政管理、水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、RTU、檢測(cè)儀器、排污口基本信息的添加、修改、刪除、查看和搜索功能。各類(lèi)基本信息可以在基礎(chǔ)地圖上得以顯示，搜索條件可以單一或是模糊搜索等，搜索結(jié)果可以導(dǎo)出Excel文件。

2.水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集

水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集使用水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)中現(xiàn)有的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)關(guān)子系統(tǒng)，這樣既可以減小服務(wù)器負(fù)荷，節(jié)省經(jīng)濟(jì)投入；也有科學(xué)完成的數(shù)據(jù)采集方式和監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)方案。數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)關(guān)子系統(tǒng)是完全按照《水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約（SL427-2008）》和《河南省水資源監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約補(bǔ)充說(shuō)明》設(shè)計(jì)。

3.水質(zhì)智能分析

用戶(hù)可以設(shè)置水源地水質(zhì)中污染物超標(biāo)范圍，系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與這一范圍進(jìn)行智能分析對(duì)比，如果超出這一范圍，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行預(yù)警提示，并且在地圖上把監(jiān)測(cè)點(diǎn)的圖標(biāo)設(shè)置成報(bào)警狀態(tài)；系統(tǒng)還可以根據(jù)水質(zhì)污染的程度，推薦啟動(dòng)相應(yīng)等級(jí)的預(yù)案。水質(zhì)預(yù)警按等級(jí)劃分，每個(gè)等級(jí)按照不同的閾值給出，可以綜合考慮不同水源地水質(zhì)狀況、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、水處理要求自由設(shè)定。

4.污染趨勢(shì)分析

當(dāng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到水源地水質(zhì)受到污染后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)污染趨勢(shì)分析模型，實(shí)時(shí)監(jiān)控污染物成分，根據(jù)污染趨勢(shì)分析模型預(yù)測(cè)出一定時(shí)間后，污染水域的范圍，并用顏色或虛線(xiàn)在地圖上標(biāo)示出水庫(kù)或河流（管道）已經(jīng)被污染的部分，從而及時(shí)判斷污染范圍和預(yù)警時(shí)間。

5.視頻監(jiān)控管理

按照相關(guān)規(guī)范預(yù)留視頻監(jiān)控接口，為以后水源地安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供支持，該功能模塊可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程拍照、視頻錄制、視頻回放等功能。

6.數(shù)據(jù)服務(wù)

該功能模塊可以實(shí)時(shí)監(jiān)控水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最近一次監(jiān)測(cè)并上報(bào)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行預(yù)警分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)的管理，提供查看、搜索、手工添加、修改歷史數(shù)據(jù)和通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)格式的文件導(dǎo)入歷史數(shù)據(jù)，方便用戶(hù)查看管理。同時(shí)系統(tǒng)提供了多種報(bào)表統(tǒng)計(jì)和圖表分析功能，生成的報(bào)表和圖表都可以進(jìn)行導(dǎo)出和打印，具體報(bào)表的種類(lèi)和內(nèi)容，可以根據(jù)工作需要進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)。

7.系統(tǒng)管理

系統(tǒng)用戶(hù)及權(quán)限管理主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)本水資源系統(tǒng)用戶(hù)的添加、角色分配以及權(quán)限管理的功能。不同用戶(hù)登錄到系統(tǒng)具有不同的權(quán)限操作，管理員具有最高權(quán)限。

四、系統(tǒng)建設(shè)體會(huì)及展望

該系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高，直觀的網(wǎng)頁(yè)操作界面操作簡(jiǎn)單，易于管理。規(guī)范的表格設(shè)計(jì)和直觀的圖標(biāo)統(tǒng)計(jì)大大減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)，提高了數(shù)據(jù)分析處理的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。該信息管理系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站、視頻監(jiān)控等硬件設(shè)施與管理信息系統(tǒng)的軟件平臺(tái)的整合，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)的整合。實(shí)現(xiàn)了集中供水水源地的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、應(yīng)急響應(yīng)和監(jiān)督管理的信息化和一體化。有效提高了水源地監(jiān)督管理的效率，大大提高了水行政主管部門(mén)決策的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

系統(tǒng)建立了水質(zhì)污染應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，通過(guò)不同的污染等級(jí)給出不同的預(yù)警等級(jí)，配合相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，可有效處置突發(fā)性水污染事件。

系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用結(jié)構(gòu)和程序模塊化構(gòu)造，以參數(shù)化方式系統(tǒng)地管理軟件平臺(tái)，系統(tǒng)地管理并配置應(yīng)用軟件，使得系統(tǒng)擁有較強(qiáng)的擴(kuò)展性和可維護(hù)性。

受人員、資金以及應(yīng)用實(shí)踐過(guò)少等因素的限制，目前系統(tǒng)還存在較多的問(wèn)題，例如水源地突發(fā)污染應(yīng)急預(yù)案尚不完善，污染趨勢(shì)分析模型單一，系統(tǒng)報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能較為簡(jiǎn)單等問(wèn)題。隨著應(yīng)用的不斷深入和硬件設(shè)備的不斷擴(kuò)充，未來(lái)系統(tǒng)功能將不斷擴(kuò)充和完善

（作者單位：河南省水文水資源局450004）