基于GIS的飲用水水源管理信息系統(tǒng)研制與應(yīng)用

王晨野，王敏英，穆曉東，吳曉晨

(海南省環(huán)境科學(xué)研究院，?？?570206)

1 系統(tǒng)建立的背景

飲用水安全關(guān)系到廣大人民群眾的身體健康、生命安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的和諧穩(wěn)定。隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程快速推進(jìn)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，流域水環(huán)境面臨越來(lái)越大的環(huán)境壓力，飲用水水源水質(zhì)安全受到威脅。根據(jù)環(huán)保部開展的集中式飲用水水源環(huán)境調(diào)查結(jié)果，我國(guó)城市集中式飲用水源水質(zhì)安全狀況堪憂，全國(guó)226個(gè)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市水源達(dá)標(biāo)率為69.91%；從海南省飲用水源地的基礎(chǔ)調(diào)查情況看，全省的飲用水水質(zhì)總體情況并不容樂觀，調(diào)查的226個(gè)水源地中，有153個(gè)水源地達(dá)到Ⅲ類以上標(biāo)準(zhǔn)，占總數(shù)的67.7%[1,2]。

根據(jù)目前我國(guó)的行政管理體制，水源地管理部門和水源地基礎(chǔ)環(huán)境信息存在較強(qiáng)的交叉性，缺少統(tǒng)一管理和自由流通的信息平臺(tái)，缺少運(yùn)用信息管理技術(shù)，將基礎(chǔ)調(diào)查數(shù)據(jù)、地理要素、專業(yè)圖件和科學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效地管理起來(lái)，難以為統(tǒng)計(jì)分析、自動(dòng)制圖和檔案更新提供更有效的服務(wù)[3,4]。目前亟需開展集中式飲用水水源地環(huán)境保護(hù)監(jiān)管信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究工作，構(gòu)建科學(xué)、合理的水源地監(jiān)管信息化支撐體系，實(shí)現(xiàn)飲用水水源地監(jiān)控預(yù)警和動(dòng)態(tài)管理。本研究基于空間技術(shù)和大數(shù)據(jù)集成技術(shù)建立一個(gè)集水源地地理信息、水源水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、水源保護(hù)區(qū)內(nèi)的污染源地理信息及排污監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等信息于一體的飲用水源綜合管理信息系統(tǒng)[5]，對(duì)于提升海南省飲用水水源的管理水平，全面加強(qiáng)水源保護(hù)區(qū)的環(huán)境監(jiān)管工作，保障飲用水安全意義重大。

2 系統(tǒng)的建立

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

系統(tǒng)的建立目標(biāo)是以地理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)為開發(fā)平臺(tái)，建立面向環(huán)境管理的、可視化的、動(dòng)態(tài)的信息系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)功能要求有：①以電子地圖為系統(tǒng)背景，建立海南省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，包括行政區(qū)劃，一級(jí)、二級(jí)道路、鐵路等交通信息，鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村的居民點(diǎn)名稱，河流水系的分布等，并且可分層顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)流域基礎(chǔ)多要素地理信息的查詢。②水源地、水源保護(hù)區(qū)和污染源的空間數(shù)據(jù)庫(kù)能分層、分行政區(qū)域顯示查詢。③建立污染源基本情況表、污染源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。④實(shí)現(xiàn)圖形和非圖形的屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。⑤實(shí)現(xiàn)海南省的基礎(chǔ)地理信息和水源地、水源保護(hù)區(qū)和污染源的地理信息及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的更新維護(hù)。

2.2 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

(1)服務(wù)器運(yùn)行環(huán)境。Windows Server 2003以上環(huán)境；.net 3.5環(huán)境；access數(shù)據(jù)庫(kù)。

(2)客戶端運(yùn)行環(huán)境。硬件需求：P3 1G以上CPU；512M以上內(nèi)存；支持DirectX 9.0c以上的顯卡。

軟件需求：Windows XP sp2，Windows Server 2003，Vista，Windows 7以上操作系統(tǒng)；.net 2.0運(yùn)行庫(kù)支持；DirectX 9.0c運(yùn)行時(shí)(托管Dx支持)。

3 系統(tǒng)架構(gòu)與組成

海南省城鎮(zhèn)集中式飲用水水源綜合管理信息系統(tǒng)建設(shè)采用B/S模式，整體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

如圖1所示，系統(tǒng)包括客戶端、服務(wù)器端2個(gè)部分：①三維瀏覽器(客戶端)?？蛻舳耸且粋€(gè)基于三維瀏覽器(GeoBrowser)技術(shù)的富客戶端應(yīng)用，該部分基于iTelluro GlobeEngine，應(yīng)用WinForm技術(shù)構(gòu)建，是一個(gè)輕量級(jí)、可以提供友好的用戶交互體驗(yàn)的地理信息客戶端系統(tǒng)?？蛻舳吮旧聿槐４鏀?shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)由服務(wù)器端提供，客戶端通過先進(jìn)的空間索引技術(shù)和流技術(shù)，從服務(wù)器獲取所需部分，以實(shí)現(xiàn)海量空間數(shù)據(jù)的支持。客戶端可以選擇是否保存緩存數(shù)據(jù)，保存了緩存數(shù)據(jù)的客戶端可以在網(wǎng)絡(luò)斷開狀態(tài)下查看緩存于本地的部分?jǐn)?shù)據(jù)。系統(tǒng)客戶端構(gòu)建于功能組件和iTelluro GlobeEngine之上，提供基本的地圖數(shù)據(jù)瀏覽、查詢、量算等功能，在此基礎(chǔ)上，可以對(duì)工作區(qū)內(nèi)災(zāi)害點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行瀏覽查看、查詢、管理等功能。②服務(wù)器端。服務(wù)器端包括2個(gè)部分，空間數(shù)據(jù)部分：基于iTelluro Server，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)管理和服務(wù)；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)：飲用水水資源水質(zhì)信息、監(jiān)測(cè)信息業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖Fig.1 System architecture diagram

圖2 海南省集中式飲用水水源地信息管理系統(tǒng)模塊示意圖Fig.2 System module of drinking water source integrated management information system of Hainan province

4 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介

4.1 系統(tǒng)權(quán)限設(shè)置的功能

該系統(tǒng)用戶分為超級(jí)用戶和一般用戶兩種。超級(jí)用戶對(duì)系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)具有很高的權(quán)限，可以進(jìn)行添加、刪除、修改等操作；而一般用戶對(duì)系統(tǒng)只有數(shù)據(jù)查詢，而沒有修改等權(quán)限。同時(shí)，只有超級(jí)用戶進(jìn)入系統(tǒng)，才能修改密碼。

當(dāng)雙擊圖標(biāo)運(yùn)行系統(tǒng)后，如密碼連續(xù)出錯(cuò)三次，則系統(tǒng)認(rèn)定為非法用戶，會(huì)自動(dòng)退出。當(dāng)以超級(jí)用戶進(jìn)入系統(tǒng)后，在系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的對(duì)話框中，可以任意設(shè)置這兩種用戶的密碼。點(diǎn)擊應(yīng)用按鈕，當(dāng)輸入密碼和確認(rèn)密碼一致，系統(tǒng)提示成功信息，如不一致，提示錯(cuò)誤信息。

4.2 地圖顯示的功能

4.2.1 圖形的分層顯示

該系統(tǒng)可對(duì)行政區(qū)域、水源地、水源保護(hù)區(qū)、污染源進(jìn)行分要素、分層顯示(圖3)。

圖3 圖層管理示意圖Fig.3 Layer management diagram

4.2.2 視圖的無(wú)級(jí)縮放顯示

系統(tǒng)可對(duì)電子地圖提供十分方便和靈活的視圖操作。在地圖上選擇某個(gè)點(diǎn)或某個(gè)部分，單擊鼠標(biāo)右鍵，就會(huì)出現(xiàn)/放大、縮小、移動(dòng)和滿屏對(duì)話框。若選擇放大或縮小，則隨著地圖顯示的放大和縮小，顯示內(nèi)容也自動(dòng)增減，使圖面的清晰度與信息量的大小一致。放大、縮小操作可通過拉框縮放和點(diǎn)擊縮放兩種方式。滿屏操作可使所有的信息元素顯示在主視圖中。點(diǎn)擊移動(dòng)，可瀏覽圖形任意地區(qū)。

4.2.3 圖形的快速導(dǎo)航

通過導(dǎo)航操作，可使視圖快速移動(dòng)到用戶所關(guān)心的地區(qū)。當(dāng)系統(tǒng)加載了地圖后，在視圖區(qū)的左上角有一個(gè)/總索引圖，圖中有一個(gè)紅色的矩形框，框內(nèi)鎖定的是右邊地圖的視圖在整個(gè)地圖中的具體位置。當(dāng)右邊的主視圖進(jìn)行放大、縮小或移動(dòng)，總索引圖中的矩形框同樣跟著進(jìn)行放大、縮小或移動(dòng)；如用鼠標(biāo)在總索引圖中點(diǎn)擊某個(gè)地區(qū)，紅框會(huì)自動(dòng)跟著移動(dòng)到點(diǎn)擊的地方，同時(shí)在主視圖中的地圖也會(huì)跟著移動(dòng)到相應(yīng)的地方。

4.3 水源地信息管理

4.3.1 水源地信息查詢功能

系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水源地基本信息進(jìn)行維護(hù)管理(圖4)。利用查詢工具欄對(duì)水源地編號(hào)、名稱、類型、級(jí)別及行政區(qū)劃的組合查詢檢索。

圖4 水源地信息查詢界面示意圖Fig.4 Drinking water source information query interface diagram

4.3.2 水源地基本信息管理功能

點(diǎn)擊“新增”按鈕打開水源地新增頁(yè)面，可實(shí)現(xiàn)水源地信息的增加和管理信息修改(圖5)。

圖5 水源地信息管理模塊Fig.5 Drinking water source information management module

4.3.3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息管理

系統(tǒng)可提供水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息的維護(hù)管理，可在水源地信息中查看具體水源地的水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息(圖6)。

圖6 水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息管理模塊Fig.6 Water quality monitoring information management module

4.3.4 污染源監(jiān)測(cè)管理

系統(tǒng)可提供污染源監(jiān)測(cè)信息的維護(hù)管理，可在水源地信息中查看具體的水源地污染源監(jiān)測(cè)信息(圖7)。

圖7 污染源信息管理模塊Fig.7 Pollution sources information management module

4.4 水源地評(píng)估功能

系統(tǒng)從構(gòu)建專門的環(huán)境績(jī)效評(píng)估體系，設(shè)計(jì)評(píng)估模型，通過定期評(píng)估全面了解和掌握我省城鄉(xiāng)飲用水水源水質(zhì)和管理狀況及年度變化趨勢(shì)[5](圖8)。

圖8 水源地績(jī)效評(píng)估模塊Fig.8 Environmental performance assessment module

4.5 數(shù)據(jù)交換功能

4.5.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入與導(dǎo)出功能

系統(tǒng)為方便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和更新，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)的導(dǎo)入與導(dǎo)出功能，方面對(duì)各類數(shù)據(jù)的交換(圖9)。

圖9 數(shù)據(jù)交換模塊Fig.9 Data exchange module

4.5.2 專題圖制作與輸出的功能

對(duì)主視圖的電子地圖，經(jīng)過任意增減圖層和放大、縮小等操作，達(dá)到滿意效果后，可以在“實(shí)用工具欄里選擇”打印當(dāng)前視圖或把當(dāng)前視圖保存為圖片命令，把當(dāng)前的電子地圖直接打印或輸出為圖像文件。

5 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)飲用水水源地環(huán)境安全進(jìn)行全面監(jiān)管是健全飲用水安全保障體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建立全國(guó)重點(diǎn)城市集中式飲用水水源地環(huán)境保護(hù)監(jiān)管信息系統(tǒng)是環(huán)保部門必須承擔(dān)的一項(xiàng)公共服務(wù)職能[6]。海南省城鎮(zhèn)集中式飲用水水源綜合管理信息系統(tǒng)以地理信息系統(tǒng)(GIS)為基礎(chǔ)平臺(tái)，以水源地基本信息數(shù)據(jù)庫(kù)、水源地監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、水源地多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，基于三維網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)飲用水源地的各環(huán)境要素進(jìn)行綜合分析和信息處理，并使操作結(jié)果能以專題圖、表格、多媒體等方式顯示，具有實(shí)用性、交互性、可開發(fā)性、智能化等特點(diǎn)。通過對(duì)各類飲用水水源地管理功能的實(shí)現(xiàn)，為各級(jí)飲用水水源環(huán)境保護(hù)管理部門的工作人員提供及時(shí)、準(zhǔn)確的飲用水水源環(huán)境保護(hù)管理工作所需的信息和數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)集中式飲用水水源地環(huán)境質(zhì)量的動(dòng)態(tài)監(jiān)管。

□

[1] 劉賢詞,邢 巧,王曉輝,等. 海南省城市集中式飲用水水源地基礎(chǔ)環(huán)境調(diào)查及評(píng)估研究[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電,2011,(5):56-59.

[2] 劉賢詞,周 文,邢 巧,等. 海南農(nóng)村飲用水水源地基礎(chǔ)環(huán)境調(diào)查及評(píng)估研究[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電,2012,(5):54-55,58,61.

[3] 楊 薇. 基于GIS的鄭州市農(nóng)村飲用水安全管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 鄭州：鄭州大學(xué),2013.

[4] 朱 琦,胡 昊,尚 屹,等. 全國(guó)重點(diǎn)城市集中式飲用水水源地環(huán)境保護(hù)監(jiān)管信息系統(tǒng)技術(shù)框架設(shè)計(jì)與研究[C]∥ 中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì).2012中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(第二卷).中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì),2012:4.

[5] 王晨野,邢 巧,岳 平,等. 海南省飲用水水源保護(hù)環(huán)境績(jī)效評(píng)估體系構(gòu)建研究[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電,2015,(4):132-137.

[6] 姜 偉,黃 衛(wèi).集中式飲用水水源地環(huán)境監(jiān)控預(yù)警體系構(gòu)建[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警,2010,2(6):5-7.