移動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理信息系統(tǒng)研發(fā)

【摘要】由于人類活動(dòng)改變了天然水的性質(zhì)和組織，影響水的使用價(jià)值或危害人類健康，稱為水質(zhì)污染，主要分為生理性污染，物理性污染，化學(xué)性污染，生物性污染等四種類型。水質(zhì)污染危害環(huán)境，破壞生態(tài)平衡，導(dǎo)致生物的減少或滅絕；更重要的是危害人類身體健康，引起急慢性中毒、癌變、傳染病及其他一些奇異病癥，水環(huán)境污染是我國主要環(huán)境問題之一。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)水質(zhì)；監(jiān)測(cè)管理；信息系統(tǒng)；研發(fā)

武漢市江河縱橫，河港溝渠交織，湖泊庫塘星羅棋布?，F(xiàn)有水面總面積2117.6平方公里，占全市國土面積的25.01%。其中，境內(nèi)河流5公里以上的有165條，湖泊面積大于0.05平方公里的有166個(gè)，水庫共272座。水體資源豐富，但水體質(zhì)量不容樂觀，據(jù)統(tǒng)計(jì)，水質(zhì)劣于三類的河流占30%，劣于四類標(biāo)準(zhǔn)的湖泊有22個(gè)，分占湖泊數(shù)量和面積的39.3%和8.5%。

隨著中部崛起，武漢經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展， 對(duì)水資源的需求量和質(zhì)量也日漸提高， 然而水質(zhì)污染情況卻在惡化，排污量逐年增大， 發(fā)展經(jīng)濟(jì)與保護(hù)水環(huán)境的矛盾日趨尖銳。

武漢市水文水資源勘測(cè)局水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心，擔(dān)負(fù)著武漢市及周邊地市湖泊、水庫、中小河流、飲用水源地、水功能區(qū)、排污口的取樣、水質(zhì)監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)等任務(wù)，涉及項(xiàng)目包含：氨氮、總氮、總磷、重金屬、揮發(fā)酚、油類、浮游生物、水溫、透明度、溶解氧、 氰化物等眾多項(xiàng)目，由于武漢市江河湖泊資源豐富，采樣點(diǎn)多，且分布較廣，采樣難度大，工作繁重，研發(fā)一套先進(jìn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)是確保水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作的高效運(yùn)作的必需手段。

目前，我局水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心采用了湖北省水質(zhì)數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)，基于該系統(tǒng)基于BS架構(gòu)，解決了部分地市測(cè)整數(shù)據(jù)錄入?yún)R總到省局?jǐn)?shù)據(jù)中心的作用，但是數(shù)據(jù)只能通過excel導(dǎo)入，資料缺乏結(jié)構(gòu)化、數(shù)字化轉(zhuǎn)換。

依據(jù)我局現(xiàn)行工作流程，采用紙質(zhì)采樣單，現(xiàn)場(chǎng)填寫數(shù)據(jù)，紙質(zhì)數(shù)據(jù)存在歸檔困難、易丟失的問題；同時(shí)，紙質(zhì)采樣單在惡劣氣候時(shí)記錄，還存在單據(jù)污損的問題。

數(shù)據(jù)的采樣、測(cè)驗(yàn)結(jié)果匯總、水質(zhì)評(píng)價(jià)過程，還需要手工完成，尤其是數(shù)據(jù)的錄入、匯總存在著大量重復(fù)數(shù)據(jù)的錄入，水質(zhì)評(píng)價(jià)也需要靠人工計(jì)算評(píng)價(jià)，不僅浪費(fèi)了大量的人力時(shí)間，而且容易出現(xiàn)誤差以及人為因素的對(duì)評(píng)測(cè)結(jié)果的干預(yù)，使得我局水質(zhì)評(píng)價(jià)的成果質(zhì)量和工作效率難有本質(zhì)提升。

為了更好為我局水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作提供支持，提供效率，設(shè)計(jì)了基于移動(dòng)終端的水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)。

1、系統(tǒng)架構(gòu)

客戶端系統(tǒng)采用HTML5+開發(fā)， 在移動(dòng)App項(xiàng)目下編寫的HTML、js等文件，會(huì)被打包到原生的安裝包（Android是apk包、iOS是ipa包）里的?？蛻舳薺s和服務(wù)器通過ajax交互，由服務(wù)器按接口方式給出數(shù)據(jù)，然后客戶端的js文件解析json，并根據(jù)本地的業(yè)務(wù)邏輯來渲染頁面和執(zhí)行功能。

手機(jī)OS的原生API有四十多萬，大量的API無法被HTML5使用。我們采用Native.js把幾十萬原生API封裝成了js對(duì)象，通過js可以直接調(diào)ios和android的原生API。通過擴(kuò)展的JS API任意調(diào)用手機(jī)的原生能力，實(shí)現(xiàn)與原生App同樣強(qiáng)大的功能和性能。

中心端采用Apache作為應(yīng)用服務(wù)、Mysql作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，使用J2EE五層結(jié)構(gòu)開發(fā)服務(wù)端應(yīng)用。有別與傳統(tǒng)J2EE種四層體系結(jié)構(gòu)（客戶層、WEB 層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)庫層）。在本系統(tǒng)應(yīng)用中， 數(shù)據(jù)層為DBMS，完全實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮臋C(jī)制困難，需要對(duì)業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)交互進(jìn)一步的封裝，這大大增加了設(shè)計(jì)編碼的復(fù)雜性。我們把業(yè)務(wù)信息分模塊拆分，在業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)庫層之間增加一個(gè)數(shù)據(jù)持久層， 將傳統(tǒng)J2EE四層體系擴(kuò)展為五層體系， 即客戶層、Web 層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)持久層和數(shù)據(jù)庫層。數(shù)據(jù)持久層位于數(shù)據(jù)庫之上，隱藏?cái)?shù)據(jù)訪問代碼細(xì)節(jié)，完全抽象出數(shù)據(jù)物理細(xì)節(jié)。

2、主要功能設(shè)計(jì)

A、采樣計(jì)劃生成

該模塊根據(jù)采用任務(wù)生成采樣計(jì)劃單，計(jì)劃單的主要要素是包括：采樣地點(diǎn)、采樣項(xiàng)目、采樣時(shí)間等。

B、采樣任務(wù)分配

該模塊根據(jù)采樣計(jì)劃單，根據(jù)優(yōu)選路徑原則，生成采樣路徑和采樣任務(wù)單、采樣現(xiàn)場(chǎng)登記表，并將任務(wù)單分配到采樣小組。

C、采樣任務(wù)執(zhí)行

采樣小組成員根據(jù)采樣任務(wù)單的采樣點(diǎn)定位，通過GPS導(dǎo)航到達(dá)指定采樣點(diǎn)執(zhí)行采樣任務(wù)，進(jìn)行采樣直播，并現(xiàn)場(chǎng)填寫采樣登記表，數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)回傳到檢測(cè)中心服務(wù)器。

D、采樣標(biāo)準(zhǔn)指南

在執(zhí)行采樣任務(wù)中，系統(tǒng)能根據(jù)采樣任務(wù)的不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，對(duì)采用要求進(jìn)行采樣規(guī)范提示，對(duì)采樣人員進(jìn)行規(guī)范化采用提醒和輔助。

E、采樣任務(wù)監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)中心管理人員能通過采樣人員移動(dòng)客戶端實(shí)時(shí)定位采用人員位置，實(shí)時(shí)跟蹤采用任務(wù)進(jìn)度，通過采樣視頻直播確保采樣質(zhì)量。

F、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)錄入

目前、我局大多數(shù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目采用大型儀器完成（分光光度計(jì)、液相色譜儀、氣相色譜儀、流動(dòng)分析儀、BOD快速測(cè)定儀、氣相色譜質(zhì)譜儀、自動(dòng)點(diǎn)位滴定儀、原子熒光儀），儀器采用Rs485接口或并口與控制計(jì)算機(jī)連接，監(jiān)測(cè)完成后數(shù)據(jù)存在控制主機(jī)內(nèi)，只能通過打印輸出，需要二次錄入。系統(tǒng)建成后，大型儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)將直接導(dǎo)入本系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)入庫，不僅節(jié)省了人工錄入的工作量，更避免人工輸入造成的錯(cuò)誤。

G、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)校審

數(shù)據(jù)錄入完成后，不同操作員可以在計(jì)算機(jī)終端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核審計(jì)。并保留審計(jì)記錄。

H、水質(zhì)水環(huán)境智能評(píng)價(jià)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)校審?fù)瓿珊螅到y(tǒng)將根據(jù)水質(zhì)水環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)監(jiān)測(cè)水體進(jìn)行自動(dòng)化評(píng)價(jià)，并生成評(píng)價(jià)報(bào)告成果，同時(shí)將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為excel，傳送到省局水質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中。

3、總結(jié)

移動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)，引入了“數(shù)字環(huán)保”的概念，通過手機(jī)客戶端實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)采樣的全過程監(jiān)控管理，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化錄入、審核，以及智能水質(zhì)評(píng)價(jià)。為水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供了一站式服務(wù)、一體化管理，極大的提高了水質(zhì)監(jiān)測(cè)的工作效率、規(guī)范了監(jiān)測(cè)行為、保障了監(jiān)測(cè)質(zhì)量。

4、展望

該系統(tǒng)后期可通過Zigbee、藍(lán)牙等通訊手段，接入各類傳感器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，或者對(duì)遙測(cè)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)采用、現(xiàn)場(chǎng)出監(jiān)測(cè)結(jié)果，將更好地實(shí)現(xiàn)快速監(jiān)測(cè)、完成各類應(yīng)急監(jiān)測(cè)任務(wù)。