塔里木河流域地下水監(jiān)測管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

□王建宏

水是生命之源，是自然界進(jìn)行生態(tài)循環(huán)的重要資源。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展用水需求量加大，一些地區(qū)地下水開采過度，形成地下水漏斗，進(jìn)而造成地面沉降、水資源減少、水質(zhì)下降等問題，影響周邊居民及生態(tài)安全。為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境并及時掌握地下水的動態(tài)變化，針對塔里木河流域干旱區(qū)進(jìn)行地下水監(jiān)測，該研究在塔里木河流域周邊11個轄區(qū)縣共布設(shè)了79個地下水監(jiān)測站點(diǎn)，以保證采集到的塔里木河流域地下水?dāng)?shù)據(jù)能及時傳輸接收到中央處理器上。監(jiān)測系統(tǒng)分為采集層、傳輸層和數(shù)據(jù)處理中心，采集層主要負(fù)責(zé)主動采集監(jiān)測位置的地下水埋深、水溫等數(shù)據(jù)信息，并將采集到的信息進(jìn)行存儲。傳輸層主要負(fù)責(zé)監(jiān)測點(diǎn)采集信息的傳輸，由于此研究涉及到的地域非常廣泛，所以選擇GPRS技術(shù)作為監(jiān)測系統(tǒng)連接的通訊方式，實現(xiàn)GPRS信號的研究區(qū)域覆蓋，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)能及時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)終端。數(shù)據(jù)處理中心主要負(fù)責(zé)地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)的整合分析處理。

1.監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

1.1 監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

塔里木河流域地下水監(jiān)測系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)設(shè)計采用B/S結(jié)構(gòu)，B/S結(jié)構(gòu)系統(tǒng)又分為3個物理結(jié)構(gòu)模式：一是數(shù)據(jù)層，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的建立及數(shù)據(jù)的存儲，采用分布式結(jié)構(gòu)形式對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)層內(nèi)儲存數(shù)據(jù)的讀取及檢索功能。數(shù)據(jù)庫的存在為系統(tǒng)進(jìn)行決策分析提供一線的地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)資料，數(shù)據(jù)庫也是存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、分類、運(yùn)行等分類管理的重要場所。二是邏輯層，又稱為應(yīng)用層，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)軟件的計算機(jī)處理，主要模塊包括地下水基礎(chǔ)信息服務(wù)模塊、地下水統(tǒng)計分析模塊、系統(tǒng)管理模塊。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)邏輯計算均在邏輯層進(jìn)行，數(shù)據(jù)層將采集到的一線地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭壿媽?，邏輯層根?jù)提前設(shè)置好的算法對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析，然后將計算分析后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖憩F(xiàn)層。三是表現(xiàn)層，又稱為客戶服務(wù)層，主要提供人機(jī)交換數(shù)據(jù)服務(wù)，通過建立的人性化用戶服務(wù)界面，指導(dǎo)用戶提出服務(wù)請求，從而實現(xiàn)各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取或指令的下達(dá)。

1.2 監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

塔里木河流域地下水監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計采用微軟操作平臺（NET）、微軟VS、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（WebGIS）、結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）進(jìn)行。監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計前端設(shè)置IE瀏覽器端口進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)查看及相關(guān)指令的下達(dá)。用戶請求信號發(fā)出，傳輸?shù)郊蒞eb服務(wù)器上進(jìn)行處理，然后利用結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）編程技術(shù)完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的讀取，實現(xiàn)用戶服務(wù)請求，并將用戶查詢數(shù)據(jù)在計算機(jī)客戶終端顯示。

1.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計

塔里木河流域地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)庫是進(jìn)行地下水埋深數(shù)據(jù)變化趨勢分析的重要數(shù)據(jù)資料，其中包含各監(jiān)測井采集的地下水埋深數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)圖形分析等重要信息，而且隨著研究時間的增加，數(shù)據(jù)量不斷遞增，因此需要龐大的技術(shù)支持。所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計時，既要要求數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具備較強(qiáng)的靈活性，方便資料的查閱和整理，又要要求監(jiān)測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有較好的可擴(kuò)充性、可維護(hù)性和安全性，保證數(shù)據(jù)存儲的有序、有效、安全及完整。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計依據(jù)SL183-2005《地下水監(jiān)測規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照《規(guī)范》的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，不符合研究要求的方面，需要根據(jù)實際監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計需求進(jìn)行設(shè)計，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計時既要符合數(shù)據(jù)庫建立的常規(guī)邏輯，又要和實際監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲要求相結(jié)合，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入錯誤、冗余，對監(jiān)測到數(shù)據(jù)進(jìn)行高效、規(guī)范、系統(tǒng)的管理。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計是利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（SQLServer）將監(jiān)測到的地下水相關(guān)數(shù)據(jù)輸入到此系統(tǒng)中進(jìn)行統(tǒng)一管理管理。塔里木河流域地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要組成部分見圖1。

1.4 監(jiān)控系統(tǒng)安全性設(shè)計

塔里木河流域地下水監(jiān)控系統(tǒng)安全性設(shè)計的主要目的是保證系統(tǒng)運(yùn)行各個環(huán)節(jié)有可靠的安全性，從而使系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)安全、應(yīng)用安全及網(wǎng)絡(luò)安全得到有效保障：數(shù)據(jù)安全主要根據(jù)不同使用用戶對數(shù)據(jù)庫設(shè)計使用要求，例如普通用戶、相關(guān)維護(hù)人員及開發(fā)人員等，滿足不同用戶對系統(tǒng)設(shè)計要求，并建立使用規(guī)范，就能保證數(shù)據(jù)庫在各個層面均能運(yùn)行安全；應(yīng)用安全主要對監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行安全設(shè)置，保障服務(wù)器運(yùn)行安全，除此之外對監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)控日志管理、應(yīng)用服務(wù)進(jìn)行安全設(shè)置，為整個系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供保障；網(wǎng)絡(luò)安全主要依靠防火墻保護(hù)和入侵檢測系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)，通過建立全面防火墻系統(tǒng)，全面檢測外界可能發(fā)生的入侵行為，并對入侵行為及時識別，然后生成入侵檢測報告采用建立的警報系統(tǒng)及時報警，并通過有效應(yīng)對措施保證監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全，保護(hù)Web服務(wù)器和后臺數(shù)據(jù)庫的連接運(yùn)行正常。

圖1 地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

圖2 監(jiān)測系統(tǒng)功能設(shè)計

1.5 監(jiān)測系統(tǒng)功能設(shè)計

塔里木河流域地下水監(jiān)測系統(tǒng)功能設(shè)計的基礎(chǔ)是地下水監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)及整編數(shù)據(jù)，主要功能設(shè)計分為3個模塊，分別是地下水?dāng)?shù)據(jù)管理模塊、地下水統(tǒng)計分析模塊及系統(tǒng)管理模塊，進(jìn)而實現(xiàn)地下水監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、監(jiān)測點(diǎn)地理信息管理及整編管理、報表生成、水文情況相關(guān)分析預(yù)測等系統(tǒng)功能見圖2。在進(jìn)行監(jiān)測系統(tǒng)功能設(shè)計時，要求各種功能分界清晰，功能設(shè)計邏輯清楚、功能全面、設(shè)計符合使用邏輯，不僅如此還要具備獨(dú)立使用和聯(lián)合使用處理功能，具有較強(qiáng)穩(wěn)定性、實用性及科學(xué)性。

1.5.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理

該地下水監(jiān)測系統(tǒng)將監(jiān)測到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)采取統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行管理，除此之外還要對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)置數(shù)據(jù)庫訪問安全控制及數(shù)據(jù)備份，簡化數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，維護(hù)人員對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，

1.5.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)及圖形編輯、顯示、查詢

對數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)屬性、圖形圖像進(jìn)行管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)及圖形的顯示、編輯、查詢功能，能夠?qū)Ω鱾€監(jiān)測站點(diǎn)數(shù)據(jù)情況進(jìn)行查詢、編輯；實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析及關(guān)系曲線的繪制；實現(xiàn)各個監(jiān)測站點(diǎn)屬性、空間的信息查詢及管理。

1.5.3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)報表設(shè)計及輸出

根據(jù)《規(guī)范》針對業(yè)務(wù)報表設(shè)計要求，運(yùn)用業(yè)務(wù)報表邏輯算法對地下水監(jiān)測原始數(shù)據(jù)、整編數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，形成整編表。數(shù)據(jù)格式設(shè)置可以設(shè)置成常規(guī)格式、XLS文件格式，該監(jiān)測系統(tǒng)還可以外接打印機(jī)，用于報表的打印。

1.5.4 系統(tǒng)專業(yè)分析功能

監(jiān)測數(shù)據(jù)專業(yè)分析功能主要包括對地下水水位及水溫數(shù)據(jù)分析處理、整編數(shù)據(jù)分析處理、統(tǒng)測數(shù)據(jù)分析處理，對上述數(shù)據(jù)能夠運(yùn)用多種表現(xiàn)形式，例如數(shù)據(jù)、圖形（折線圖、餅狀圖、柱狀圖）等進(jìn)行表示，有利于監(jiān)測人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過數(shù)據(jù)變化規(guī)律確定地下水運(yùn)行規(guī)律。

1.5.5 系統(tǒng)統(tǒng)計分析圖示

監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可以利用圖形、表格的形式進(jìn)行地下水埋深變化趨勢分析及埋深對比分析，對單個監(jiān)測點(diǎn)、多個監(jiān)測點(diǎn)及區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行地下水?dāng)?shù)據(jù)動態(tài)分析。

2.信息管理系統(tǒng)功能實現(xiàn)

塔里木河流域地下水監(jiān)測系統(tǒng)功能主要依靠B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式、Net操作平臺架構(gòu)集成技術(shù)、結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）、C#語言編程技術(shù)實現(xiàn)。利用B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式建立Web瀏覽器，應(yīng)用Net操作平臺架構(gòu)集成技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的編程，支持多數(shù)據(jù)適配，具有較好的系統(tǒng)擴(kuò)展性。結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）進(jìn)行數(shù)據(jù)庫編程，實現(xiàn)地下水監(jiān)測系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)同步以及各種查詢、分析功能的實現(xiàn)，以及分析圖的繪制。信息管理系統(tǒng)功能實現(xiàn)主要包括地下水?dāng)?shù)據(jù)管理系統(tǒng)實現(xiàn)、地下水統(tǒng)計分析系統(tǒng)實現(xiàn)、系統(tǒng)管理實現(xiàn)3部分。

2.1 地下水?dāng)?shù)據(jù)管理系統(tǒng)實現(xiàn)

地下水?dāng)?shù)據(jù)管理系統(tǒng)是整個系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，它主要包括原始數(shù)據(jù)、基本信息、整編數(shù)據(jù)管理及業(yè)務(wù)報表的繪制等功能，在系統(tǒng)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的瀏覽、編輯、查詢、數(shù)據(jù)導(dǎo)入及導(dǎo)出、打印等功能。原始數(shù)據(jù)管理，主要負(fù)責(zé)管理地下水監(jiān)測的原始數(shù)據(jù)，主要管理兩個部分，一是人工監(jiān)測數(shù)據(jù)管理，二是遙測數(shù)據(jù)管理。基本信息管理，主要負(fù)責(zé)管理地下水監(jiān)測的基本信息，例如監(jiān)測點(diǎn)基本信息、監(jiān)測點(diǎn)成井施工信息、監(jiān)測點(diǎn)地質(zhì)信息、監(jiān)測點(diǎn)水文信息等。整編數(shù)據(jù)管理，主要負(fù)責(zé)管理地下水監(jiān)測的整編數(shù)據(jù)，將原始表中的地下水?dāng)?shù)據(jù)錄入到整編表中進(jìn)行分類管理，增加數(shù)據(jù)管理效率。業(yè)務(wù)報表，業(yè)務(wù)報表數(shù)據(jù)主要從整編表中讀取，按照一定邏輯算法生成各種業(yè)務(wù)報表。

2.2 地下水統(tǒng)計分析系統(tǒng)實現(xiàn)

地下水統(tǒng)計分析系統(tǒng)是將監(jiān)測到的地下水?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖形信息，同時這些圖形信息具有縮小、放大、移動、復(fù)制、刷新等編輯功能，方便對地下水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。地下水統(tǒng)計分析系統(tǒng)主要包括地下水信息查詢、地下水動態(tài)GIS、地下水分析等功能。

地下水信息查詢涵蓋了所有地下水?dāng)?shù)據(jù)信息的查詢，建立全方位的查詢系統(tǒng)，設(shè)定監(jiān)測點(diǎn)編碼、監(jiān)測點(diǎn)區(qū)域、監(jiān)測點(diǎn)名稱、監(jiān)測時間查詢，同時建立模糊查詢系統(tǒng)，方便用戶全方位了解地下水監(jiān)測基本信息、地下水分布統(tǒng)計。

地下水動態(tài)GIS采用監(jiān)測區(qū)域地理數(shù)據(jù)對地下水的情況進(jìn)行分析，該系統(tǒng)提供點(diǎn)選或區(qū)域選擇設(shè)定，及時了解所選點(diǎn)位或區(qū)域的地下水埋深數(shù)據(jù)，附近河流、流域等屬性信息，并將所屬流域、河流、監(jiān)測井等位置在地圖上顯示。同時可以對圖層、圖例進(jìn)行控制管理，使其具有各種編輯功能。

地下水分析主要包括地下水時空分析及動態(tài)分析，地下水時空分析主要是對地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行變化趨勢分析及時間數(shù)據(jù)對比分析，地下水動態(tài)分析運(yùn)用系統(tǒng)將數(shù)據(jù)生成等值線和變幅等值線，然后根據(jù)生成圖形進(jìn)行變幅分析。

2.3 系統(tǒng)管理實現(xiàn)

系統(tǒng)管理實現(xiàn)主要進(jìn)行日志管理、用戶管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)框架管理、數(shù)據(jù)庫管理等功能的實現(xiàn)。日志管理主要負(fù)責(zé)日常操作日志的錄入，并具有一定檢索查詢功能。用戶管理主要對使用用戶權(quán)限進(jìn)行設(shè)定，添加用戶角色分配、角色成員管理等功能。權(quán)限管理是進(jìn)行權(quán)限分配管理，主要包括用戶權(quán)限分配管理和角色權(quán)限分配管理。系統(tǒng)框架管理主要進(jìn)行系統(tǒng)框架的定制、系統(tǒng)權(quán)限維護(hù)管理等。數(shù)據(jù)庫管理主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)的備份及恢復(fù)。

3.結(jié)語

塔里木河位于新疆南部地處歐亞大陸腹地，是我國最大的內(nèi)陸河，也是我國典型的干旱荒漠區(qū)。為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境并及時掌握地下水的動態(tài)變化，利用多種技術(shù)實現(xiàn)對塔里木河流域干旱區(qū)地下水監(jiān)測分析，通過地下水監(jiān)測及時掌握塔里木河流域地下水變化規(guī)律，然后進(jìn)行水資源的合理調(diào)配應(yīng)用管理?！?/p>