水土保持監(jiān)測點信息化坡面徑流場管理系統(tǒng)設(shè)計

【摘要】水土保持監(jiān)測點坡面徑流場的監(jiān)測數(shù)據(jù)，從月報整編、年報匯編，到監(jiān)測信息發(fā)布，建立信息化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲自動化和監(jiān)測信息查詢智能化。系統(tǒng)后臺開發(fā)使用SQL Server 2008，在業(yè)務(wù)需求分析的基礎(chǔ)上，按照監(jiān)測中心、監(jiān)測總站和監(jiān)測點三層數(shù)據(jù)模型規(guī)劃設(shè)計；系統(tǒng)前臺開發(fā)為Access2010平臺，通過監(jiān)測技術(shù)法方法總結(jié)及數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)流程歸納，完成包括監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲及監(jiān)測信息查詢功能等模塊設(shè)計。實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)阿里云ECS數(shù)據(jù)庫保存方案，定制客戶端應(yīng)用可滿足監(jiān)測點個性化監(jiān)測數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)，適合普遍性推廣運用。

【關(guān)鍵詞】監(jiān)測數(shù)據(jù)；監(jiān)測信息；SQL Server；Access；數(shù)據(jù)庫；應(yīng)用程序

前言

廣德縣水土保持試驗站（下文簡稱廣德站）為全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)建設(shè)二期工程項目的坡面徑流場監(jiān)測點（水蝕），目前有監(jiān)測項目包括氣象站、徑流場等，監(jiān)測數(shù)據(jù)主要包括現(xiàn)場紙質(zhì)原始記錄、自動或遙測儀器設(shè)備數(shù)字記錄等，在Excel工作平臺下，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過月報整編、年報匯編形成監(jiān)測信息。

整編月報為手工或電子表格方式，易發(fā)生數(shù)據(jù)丟失和計算錯誤；整理計算的結(jié)果，并不包括全部原始觀測數(shù)據(jù)，實際存在監(jiān)測數(shù)據(jù)保存不完整性；監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)過月報整編到年報匯編，實際存在監(jiān)測信息發(fā)布不及時性；整編過程復(fù)制粘貼數(shù)據(jù)情況多，匯編審查時引用數(shù)據(jù)源可能無法核對。

廣德站監(jiān)測點資料整編匯編使用Access數(shù)據(jù)庫始于97年，依據(jù)監(jiān)測點信息化網(wǎng)絡(luò)化管理發(fā)展方向，廣德站監(jiān)測點數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)按照SQL+Access方案改造升級，引入面向?qū)ο笤O(shè)計概念，對象的數(shù)據(jù)模型不僅應(yīng)該提供數(shù)據(jù)，還對應(yīng)數(shù)據(jù)操作的類型和方法。

面象對象數(shù)據(jù)庫建設(shè)。采用SQL Server 2008開發(fā)平臺，存放于阿里云ECS服務(wù)器。依據(jù)《水土保持監(jiān)測點代碼（報批稿）》SL-452-2009（下文簡稱報批稿），歸納規(guī)范基本數(shù)據(jù)內(nèi)容建立對象表，包括水土保持監(jiān)測中心管理權(quán)限第一層數(shù)據(jù)模型和水土保持監(jiān)測總站管理權(quán)限對應(yīng)的第二層數(shù)據(jù)模型；廣德站監(jiān)測點數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)當(dāng)前為Access2010數(shù)據(jù)庫，遷移數(shù)據(jù)到阿里云ECS服務(wù)器，建立第三層數(shù)據(jù)模型。

面象對象編程設(shè)計。本次實踐重點為水土保持監(jiān)測點數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)客戶端設(shè)計，包括徑流場對象和氣象站對象的數(shù)據(jù)模型對應(yīng)的功能模塊設(shè)計，使用開發(fā)平臺VS2010開發(fā)中。當(dāng)前可用應(yīng)程序為數(shù)據(jù)分離后的Access2010客戶端，以及按照水土保持資料整編規(guī)范要求設(shè)計查詢模塊。

1、基本信息

1.1 監(jiān)測中心層數(shù)據(jù)模型

監(jiān)測中心管理權(quán)限固態(tài)數(shù)據(jù)信息，依據(jù)或引用報批稿，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計包括監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)級別對象表、監(jiān)測點類型對象表、流域分布對象對、河流頒布對象表、土壤侵蝕類一級分區(qū)對象表、土壤侵蝕類型二級分區(qū)對象表，行政區(qū)劃對象表、水土保持監(jiān)測總站對象表等8個數(shù)據(jù)模型。

1.2 監(jiān)測總站層數(shù)據(jù)模型

監(jiān)測總站管理權(quán)限固態(tài)數(shù)據(jù)信息，依據(jù)或引用報批稿，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計包括水蝕監(jiān)測點對象表、氣象站對象表、徑流場對象表、徑流小區(qū)對象表、監(jiān)測單位對象表等。

1.3 監(jiān)測點層數(shù)據(jù)模型

監(jiān)測點管理權(quán)限固態(tài)數(shù)據(jù)信息，對應(yīng)監(jiān)測設(shè)施設(shè)備參數(shù)，不同監(jiān)測點存在差異，當(dāng)前廣德縣監(jiān)測點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計包括設(shè)施量水池對象表、渾水濁度率定對象表、泥砂比重率定表對象表、器皿桶盒對象表（泥砂測量）、器皿烘杯對象表（渾水測量）等主要數(shù)據(jù)模型5個。

2、氣象站對象表

人工氣象站日記對象表，時段干濕球?qū)ο?；自動氣象站包括氣象要素平均值對象表、氣象要素最大值對象表、氣象要素最小值對象表?個數(shù)據(jù)模型。

2.1 人工氣象

（1）監(jiān)測設(shè)備

SM1型雨量器、蒸發(fā)Φ20、百頁箱、臺稱

（2）方法

降水蒸發(fā)記錄日分界為8時，包括降水量、蒸發(fā)原量、蒸發(fā)余量；氣象要素記錄2時（無觀測值）、8時、14時、20時觀測，日分界為2時。其中2時為前日20時和當(dāng)日8時平值，絕對相對濕度按公式計算，分三時段記錄干球溫度、濕球溫度、最高溫度、最低溫度。

（3）數(shù)據(jù)模型

主要包括日記記錄對象、氣象要素時段記錄對象表。

（4）監(jiān)測信息查詢表

按符合安徽省匯編標準設(shè)計包括廣德水保試驗站坡面徑流觀測場逐日降水量表整編資料、廣德水保試驗站坡面徑流觀測場逐日水面蒸發(fā)量表整編資料、廣德水保試驗站坡面徑流觀測場逐日氣溫表整編資料，廣德水保試驗站坡面徑流觀測場逐日相對濕度表整編資料，以及日絕對濕度報表、日相對濕度報表、日最低溫度報表、日最高溫度報表等8個查詢報表。

2.2 遙測氣象要素

（1）監(jiān)測設(shè)備：風(fēng)向風(fēng)速EL15-1C/2C、溫度濕度氣壓PT100/DHC3（百頁箱）、地面溫度型號PT-100、地表淺層溫度PT-100，數(shù)據(jù)文件類型csv（逗號分隔）。

（2）監(jiān)測方法：自動生成記錄包括：時間、分鐘內(nèi)最大瞬時風(fēng)速的風(fēng)向、分鐘內(nèi)最大瞬時風(fēng)速、氣溫（百葉箱）、相對濕度（百葉箱）、水汽壓（百葉箱）、露點溫度、地表溫度（鉑電阻）、地溫5cm、地溫10cm、地溫15cm、地溫20cm等。

月報：每月下載首記錄1日2：00始，至次月1日2：00止，首記錄2時為前日值不參與計算，第二個記錄開始計算，到2日2：00對應(yīng)為1日值。日均值：為2＼8＼14＼20四段值中提取；日極值：最小值和最大值在全部采樣中提取。

（3）數(shù)據(jù)模型

自動氣象要素均值對象表、自動氣象要素最大值對象表、自動氣象要素最小值對象表等3個數(shù)據(jù)模型。

（4）監(jiān)測信息查詢表

按符合安徽省匯編標準設(shè)計包括廣德水保試驗站坡面徑流觀測場逐日降水量表整編資料、廣德水保試驗站坡面徑流觀測場逐日水面蒸發(fā)量表整編資料、廣德水保試驗站坡面徑流觀測場逐日氣溫表整編資料，廣德水保試驗站坡面徑流觀測場逐日相對濕度表整編資料，廣德水保試驗站坡面徑流觀測場逐日平均風(fēng)速表整編資料、廣德水保試驗站坡面徑流觀測場逐日平均地面地溫表整編資料，以及日最大相對濕度報表、日最低溫度報表、日最高溫度報表等9個查詢報表。

3、徑流場對象表

（1）數(shù)據(jù)模型

徑流場包括徑流場日記對象表、遙測降雨對象表、坡面日記對象表、渾水測量對象表、泥砂測量對象表，以及渾水取樣對象表和泥砂取樣等7個數(shù)據(jù)模型。

（2）監(jiān)測信息查詢表

A6徑流小區(qū)田間管理表、A7徑流小區(qū)逐次徑流泥沙表、A8徑流小區(qū)逐年徑流泥沙表、表A9徑流小區(qū)土壤含水量和植被蓋度表。

3.1 遙測降雨

（1）監(jiān)測設(shè)備：型號JDZ系列遙測雨量計，自動生成數(shù)據(jù)文件類型csv（逗號分隔）。

（2）監(jiān)測方法：遙測記錄雨量累計值，初值為0，計滿5000復(fù)位0，無降雨整點小時產(chǎn)生記錄，有降雨每秒產(chǎn)生1個記錄。遙測記錄包括站號、時間、原始雨量等；每月下載首記錄必須為1日8：00始，至次月1日8：00止，首記錄為前日值不參與計算，第二個記錄開始計算，到2日8：00對應(yīng)為1日值。段累計降雨量以5分鐘或10分鐘整分界為單位；時段雨量大于2mm，生成記錄；時段雨量大于0.1mm后延時段雨量為0，生成記錄；時段雨量大于0.1mm，后延時段雨量大于0.1mm，持續(xù)執(zhí)行時段合并，但合并不跨小時整點。小時累計降雨量以小時整點分界為單位，時段雨量大于2.5mm，對應(yīng)生成記錄；小時降雨量大于0.1mm后延小時降雨量為0，對應(yīng)生成記錄；小時降雨量大于0.1mm，后延小時降雨量大于0.1mm，持續(xù)執(zhí)行時段合并，但合并不跨8：00點整時。日累計降雨量以8：00點分界為單位，雨量大于0.1mm，生成記錄。次累計降雨量以時段雨量連續(xù)大于0.1mm，間歇時間小于6小時，持續(xù)執(zhí)行時段雨量合并和歷時累計，累計次雨量大于12mm，或發(fā)生15分鐘雨量大于6毫米生成記錄。

（3）數(shù)據(jù)模型

遙測降雨對象表1個數(shù)據(jù)模型。

（4）監(jiān)測信息查詢表

按符規(guī)范設(shè)計包括A4逐日降水量表整編資料、A5雨量站降水過程摘錄表。以及可查詢1日最大，3日最大，7日最大，15日最大，30日最大、1小時，3小時，6小時，12小時，24小時最大、10分、15分、30分鐘，60分鐘，120分鐘雨強等。

3.2 坡面觀測

（1）操作項目：包括中耕、鋤草、手工扯草、噴灑除草劑以及種植、收獲等。

（2）監(jiān)測方法：拍照記錄，按規(guī)定角度，每個小區(qū)每月一次拍照，拍照時間按排在每月的1 -5日；按計劃落實坡面處理日期、操作內(nèi)容等人工記錄。

（3）數(shù)據(jù)模型：坡面日記對象表1個數(shù)據(jù)模型。

3.3 渾水測量

（1）監(jiān)測設(shè)施：包括量水池1級、2級、3級（桶）、水尺。

（2）監(jiān)測設(shè)備：濁度儀、烘干箱、水尺、分析天平、烘杯、濾紙。

（3）監(jiān)測方法：現(xiàn)場水深測量、濁度測量、渾水取樣。

（4）數(shù)據(jù)模型：渾水測量對象表（主）、渾水取樣對象表（子）等2個數(shù)據(jù)模型。

3.4 泥砂測量

（1）監(jiān)測設(shè)施：包括集流槽、量水池1級、臺稱。

（2）監(jiān)測設(shè)備：桶盒、烘干箱、臺稱。

（3）監(jiān)測方法：現(xiàn)場泥砂稱重，泥砂取樣。

（4）數(shù)據(jù)模型：泥砂測量對象表、泥砂取樣對象表（子）等級2個數(shù)據(jù)模型。

結(jié)論

（1）本次實踐重點內(nèi)容為數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用《水土保持數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)及標識符》和符合SQL Server的命名規(guī)則。

（2）水土保持監(jiān)測點對象編碼?！端帘３直O(jiān)測點代碼（報批稿）》SL-452-2009規(guī)范中，采用所屬省區(qū)劃代碼2位+水土保持監(jiān)測點編碼3位的5位代碼，在下載資料中代碼為61253對應(yīng)綏德縣橋溝小流域控制站和綏德縣辛店小流域控制站兩個監(jiān)測點，這里更正綏德縣辛店小流域控制站編碼為61254后，符合索引唯一性；

（3）水土保持監(jiān)測中心對象與水土保持監(jiān)測總站對象的編碼。對象實例數(shù)量確定為有限數(shù)量，并且編碼設(shè)計為全數(shù)字時，對象表的編號與編碼合并表達對象實例的數(shù)量概念，首位編碼應(yīng)該從1開始，符合一般記數(shù)習(xí)慣?！端帘３直O(jiān)測點代碼（報批稿）》SL-452-2009規(guī)范中，水土保持監(jiān)測點編號（編碼），由 3 位數(shù)字組成，其中編碼001—100修改為001—99，可提供99個實例編碼，首1位編碼“0”表示為監(jiān)測點所屬國家水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)級別為水土保持監(jiān)測中心；其中編碼101—200 修改為101-199，可提供99個實例編碼；首1位代碼“1”表示為監(jiān)測點所屬水土保持監(jiān)測中心站；現(xiàn)行規(guī)范全國水土保持監(jiān)測中心站，除新疆建設(shè)兵團使用編碼“9”，其他首1位全部使用“2”編碼；當(dāng)前首位1位編碼“3、4、5、6、7、8”等目前規(guī)范沒有規(guī)定實例，當(dāng)修改后首1位直接表示為監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)級別。流域代碼+“1”可考慮為水土保持監(jiān)測中心站對象實例編碼（等查證唯一性），區(qū)劃代碼+“2”（或“9”）可考慮為水土保持監(jiān)測總站對象編碼（查證符合唯一性），符合唯一性原則，其中新疆維吾爾自治區(qū)652和新疆建設(shè)兵團區(qū)劃代碼659，安徽省為342。

（4）關(guān)于監(jiān)測數(shù)據(jù)和監(jiān)測信息描述。監(jiān)測數(shù)據(jù)對應(yīng)計算機存儲設(shè)備，占用物理存儲空間，因此要求存儲有效數(shù)據(jù)，少占空間，人機對話是數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲，監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲以數(shù)據(jù)庫文件形式保存，計算機停止運行，不影響數(shù)據(jù)文件的存在，數(shù)據(jù)文件可以存放到計算機以外的物理空間或云端，并且屬于《水土保持數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)及標識符》規(guī)范內(nèi)容；監(jiān)測信息對應(yīng)計算機內(nèi)存設(shè)備，人機對話是數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)查詢過程，監(jiān)測信息查詢受計算機運行速度影響，但計算機運行速度不影響查詢結(jié)果，并且監(jiān)測信息查詢結(jié)果取決于監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性，并且屬于“水土保持監(jiān)測資料整編規(guī)范（初稿）”需要標準化的內(nèi)容。

（4）遙測降雨模塊設(shè)計中監(jiān)測數(shù)據(jù)對原始記錄保持繼承性，按可逆向還原或可校對性要求。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于設(shè)備時，因為自動化信息化水平差異，自動或遙測為串行數(shù)據(jù)，須摒除空記錄和重復(fù)記錄，轉(zhuǎn)化為有效表達監(jiān)測指標屬性的并行數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。

（5）前臺客戶端與后臺數(shù)據(jù)庫的有效隔離和安全保障。當(dāng)前功能模塊與數(shù)據(jù)庫之間大部分采用ODBC方式連接，本地為使用信任連接，客戶端啟動后自動連接后臺數(shù)據(jù)庫；遠程為不受信任的域，每次重啟客戶端，都需要數(shù)據(jù)庫登錄，要求輸入用戶名和密碼，因此連接信息和登錄信息存在安全性問題；在遙測降雨功能模塊設(shè)計中，采用ADO活動數(shù)據(jù)訪問接口方式，（下轉(zhuǎn)第頁）

（上接第頁）

通過VBA中引用對象庫 “Microsoft ActiveX Data Objects 2.8 Li-brary”，連接信息固化在VBA代碼中，臨時建立功能模塊與數(shù)據(jù)庫間消息訪問，可能是解決問題的有效途徑，下一步工作是全部ADO連接方式更新設(shè)計，并經(jīng)過Access2010打包后更具有安全性。

結(jié)束語：

后臺采用SQL Server 2008開發(fā)建立面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫，依托T-SQL集合編程語言支持，可以提供數(shù)據(jù)訪問高性能，在協(xié)議的發(fā)送者和接收者之間不要求有嚴格的相互協(xié)調(diào)，可以支持分布式網(wǎng)絡(luò)化管理。前臺采用Access2010為面向?qū)ο蟪跫夐_發(fā)平臺，可以快速開發(fā)定制客戶端，可滿足水土保持監(jiān)測點個性化業(yè)務(wù)需求，適合普遍性推廣運用。目前在已購買阿里云服務(wù)器中，完成定制客戶端與遠程SQL Server 2008服務(wù)器兩個實例一對一運行測試。

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