基于C/S模式的地下水監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)開發(fā)

任妹娟，張 磊，龐麗麗，張?jiān)其?/p>

（中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，071051，保定）

科學(xué)管理地下水，首先要掌握地下水的動(dòng)態(tài)變化。需要通過野外現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)傳輸儀器對(duì)地下水參數(shù)進(jìn)行采集，利用通信模塊傳輸監(jiān)測(cè)信息，建立信息庫對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和處理，從而完成地下水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集與處理，給用戶提供詳細(xì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。20世紀(jì)90年代以來，我國地下水監(jiān)測(cè)行業(yè)大力開展信息化建設(shè)，但是當(dāng)前所涉及的監(jiān)測(cè)設(shè)備未能形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，整體信息化的水平尚不能滿足野外工作以及科學(xué)管理的需要。針對(duì)此現(xiàn)狀，開發(fā)了一種基于C/S（Client/Server）模式的地下水監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)，能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的儀器設(shè)備及監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

一、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

地下水監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)（整體結(jié)構(gòu)見圖1）是集合監(jiān)測(cè)信息的接受解析、處理分析與存儲(chǔ)的軟件系統(tǒng)。其數(shù)據(jù)主要來自現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)中心站主要包括接入互聯(lián)網(wǎng)具有固定IP的服務(wù)器，以及安裝了接收數(shù)據(jù)的短信貓和解析軟件。監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)通過規(guī)范的格式和協(xié)議遠(yuǎn)程傳輸至中心站數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過系列處理工作后存儲(chǔ)。用戶可以通過客戶端對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行瀏覽，并設(shè)置各類操作功能。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

根據(jù)任務(wù)內(nèi)容的具體要求，嚴(yán)格按照軟件工程規(guī)范要求執(zhí)行，系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如下：一是開展使用者的需求分析，制定軟件的具體功能；二是進(jìn)行系統(tǒng)概要規(guī)劃設(shè)計(jì)；三是在需求確定的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)；四是建立數(shù)據(jù)庫，制定數(shù)據(jù)庫的整體結(jié)構(gòu)；五是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)文檔，基于數(shù)據(jù)庫進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)；六是開展系統(tǒng)測(cè)試；七是以軟件系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)和平臺(tái)支撐進(jìn)行推廣應(yīng)用。

三、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

1.背景資料

建立地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基礎(chǔ)信息庫時(shí)，需要綜合考慮周圍各類環(huán)境情況，收集野外監(jiān)測(cè)點(diǎn)所處的地質(zhì)環(huán)境，所采用的地下水監(jiān)測(cè)設(shè)備種類、型號(hào)等基礎(chǔ)資料，按照相關(guān)法律法規(guī)、辦法標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)定，整體收集地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表的所有信息，包括監(jiān)測(cè)井基礎(chǔ)資料（編號(hào)、井孔號(hào)、井站號(hào)、地理位置、坐標(biāo)、地面標(biāo)高、孔口標(biāo)高、孔深度、水位埋深、地下水類型、水文地質(zhì)分區(qū)、流域分區(qū)、行政分區(qū)等）、監(jiān)測(cè)設(shè)備信息（設(shè)備編號(hào)、監(jiān)測(cè)類型、監(jiān)測(cè)層位、探頭量程、電纜線長、探頭埋深、探頭類型、探頭電量、監(jiān)測(cè)頻率等）、通信設(shè)備（通信設(shè)備站號(hào)、通信設(shè)備類型、SIM卡號(hào)、無線發(fā)送頻率、讀數(shù)頻率等）。

圖1 地下水監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

圖2 數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

確定好數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)所需要的信息要素，就可以有針對(duì)性地收集信息和資料。對(duì)每個(gè)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)的資料信息都要收集整理，這樣平臺(tái)在展示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的同時(shí)，便于工作人員結(jié)合監(jiān)測(cè)地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特性綜合分析對(duì)比數(shù)據(jù)成果。數(shù)據(jù)庫內(nèi)容如圖2所示。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫是整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)的主要構(gòu)成部分，其功能是對(duì)各種關(guān)聯(lián)信息數(shù)據(jù)值的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)表類型主要有配置表、監(jiān)測(cè)井信息表、監(jiān)測(cè)設(shè)備信息表、通信設(shè)備信息表、數(shù)據(jù)接收狀態(tài)表、報(bào)警類型統(tǒng)計(jì)表、監(jiān)測(cè)設(shè)備類型統(tǒng)計(jì)表、故障井信息表、設(shè)備運(yùn)行情況表等九大類。

3.邏輯設(shè)計(jì)

歸納整理監(jiān)測(cè)井的資料信息，并與所使用的各種現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行統(tǒng)一整體分析。按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)高效的數(shù)據(jù)庫信息表，同時(shí)對(duì)地下水監(jiān)測(cè)管理數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)字典進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成數(shù)據(jù)庫文件系統(tǒng)，建立邏輯圖與實(shí)體數(shù)據(jù)表。接收處理地下水監(jiān)測(cè)孔的信息及數(shù)據(jù)，可以保障系統(tǒng)工作，如圖3所示。

四、軟件平臺(tái)主要功能

軟件平臺(tái)基于C/S框架，采用客戶機(jī)與服務(wù)器的交互通信方法，可依靠客戶端與服務(wù)器端的硬件基礎(chǔ)，把工作有效分配到Client端和Server端來完成，使整個(gè)系統(tǒng)的通信開銷大大降低。該架構(gòu)模式的優(yōu)點(diǎn)為運(yùn)行速度快、具有較強(qiáng)的專用性、通信能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)信息可靠等。軟件平臺(tái)的主要功能具體有以下幾點(diǎn)。

圖3 管理員、監(jiān)測(cè)井、監(jiān)測(cè)設(shè)備、通信設(shè)備ER關(guān)系圖

①監(jiān)測(cè)井分布地圖的展示。依照國家公開出版的地圖，利用ArcGIS進(jìn)行設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)中顯示野外安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備的地下水監(jiān)測(cè)井的二維空間信息。為使用戶能夠直觀清晰地了解監(jiān)測(cè)井所處的地理位置及背景信息，在軟件中增加三維數(shù)字地球。此外，還可以進(jìn)行圖表互查，對(duì)地下水監(jiān)測(cè)井和監(jiān)測(cè)設(shè)備完成建模，增強(qiáng)用戶使用體驗(yàn)。

②監(jiān)測(cè)井管理的設(shè)置。包含三種顯示方式（行政分區(qū)、流域分區(qū)、水文分區(qū)）及井組界面，可按井組方式對(duì)監(jiān)測(cè)井進(jìn)行管理，并對(duì)井組進(jìn)行增、刪、改、查以及詳情編輯的操作。在用戶編輯界面中具有管轄井組的選項(xiàng)，實(shí)際使用中若用戶選擇了管轄井組，則用戶只對(duì)所選井組范圍內(nèi)的監(jiān)測(cè)井有管轄權(quán)，反之則可按行政分區(qū)、流域分區(qū)、水文分區(qū)三種方式對(duì)所轄范圍內(nèi)的監(jiān)測(cè)井進(jìn)行管理。

③監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢與展示。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備采集并傳輸回來的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行接收并處理，可將數(shù)據(jù)生成曲線進(jìn)行展示。用戶可以瀏覽當(dāng)前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息、歷史數(shù)據(jù)信息及各種曲線對(duì)比等，可以詳細(xì)地掌握地下水?dāng)?shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化情況。

④統(tǒng)計(jì)功能。實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水監(jiān)測(cè)井、監(jiān)測(cè)設(shè)備、通信設(shè)備故障的瀏覽查詢以及分析統(tǒng)計(jì)，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備、通信設(shè)備電池的更換周期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。存儲(chǔ)問題及故障記錄，用戶可以詳細(xì)地了解該監(jiān)測(cè)井的所有故障及維護(hù)信息。

五、結(jié) 論

基于C/S模式的地下水監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地下水儀器設(shè)備和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理，以及對(duì)地下水?dāng)?shù)據(jù)信息長時(shí)間序列的監(jiān)測(cè)、分析和信息服務(wù)，便于數(shù)據(jù)資料的統(tǒng)計(jì)、查詢、分析，可實(shí)時(shí)、可靠、整體地反映地下水現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。該系統(tǒng)在加強(qiáng)地下水資源保護(hù)與管理方面能夠發(fā)揮重要作用，具有廣闊應(yīng)用前景。 ■