基于手機APP嫩江水生態(tài)風險監(jiān)控系統(tǒng)

李 聰，劉金德，喬冬晨，鄭國臣

（1.松遼水利委員會水文局嫩江水文水資源中心，黑龍江齊齊哈爾市161005；2.黑龍江水文局，黑龍江 哈爾濱150001；3.松遼水資源保護科學研究所，吉林長春130021）

移動“互聯(lián)網(wǎng)+”行業(yè)得到了國家大力的支持，水利行業(yè)陸續(xù)開發(fā)水生態(tài)風險的APP監(jiān)控平臺。通過移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則可以在公開渠道、形式、時效等方面得到很大的改善。將嫩江流域水質(zhì)數(shù)據(jù)、水生生物（藻類、浮游動物、底棲生物、魚類）等信息采集后，發(fā)送給監(jiān)控平臺，由監(jiān)控平臺負責審核并形成水生態(tài)評價報告。通過網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)控平臺，可以實現(xiàn)監(jiān)測點與平臺點對點的連接。通過平臺了解監(jiān)測點的運行情況，如儀器運轉(zhuǎn)是否正常，是否處于監(jiān)控的狀態(tài)?？梢詫⑺鷳B(tài)監(jiān)測系統(tǒng)有效關(guān)聯(lián)起來，促進生態(tài)監(jiān)控由點及面，聯(lián)防聯(lián)控、協(xié)同控制，全面了解水環(huán)境數(shù)據(jù)。

通過手機APP來實現(xiàn)水生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)站在線具有開發(fā)難度低，操作使用簡單，通知及時等優(yōu)點，而且智能手機作為聯(lián)絡(luò)、娛樂的重要工具，使用頻率非常高。網(wǎng)站管理人員和技術(shù)維保人員能夠在第一時間獲得網(wǎng)站離線狀態(tài)信息。以手機APP的形式實時監(jiān)測網(wǎng)站在線狀態(tài)，通過內(nèi)置通知、振動、響鈴等方式通知網(wǎng)站管理人員和技術(shù)維保人員。

1 基于手機APP技術(shù)特點及優(yōu)勢

在尼爾基水庫監(jiān)控方面，通過在線監(jiān)測設(shè)備，數(shù)據(jù)都能實現(xiàn)在線上傳，使用移動的執(zhí)法設(shè)備，包括使用手機、筆記本、便攜的設(shè)備打印一些現(xiàn)場筆錄，將現(xiàn)場情況固化在APP和軟件里面。由于水污染的突發(fā)性強、歷時短、預警時間有限，最有效的方式就是利用手機的便攜性和即時性，實時將區(qū)域內(nèi)主要控制數(shù)據(jù)、圖像等信息發(fā)布到預警平臺，在最短的時間內(nèi)將信息發(fā)布，通過智能手機終端及時了解突發(fā)性水污染事件資訊，做好應急處置的準備。

基于手機app技術(shù)具有專業(yè)設(shè)計、信息共享、及時響應、無縫對接、傳輸方便、動態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)安全等技術(shù)優(yōu)勢。

功能上的優(yōu)勢主要包括：

1）方便性。文件傳輸、文件管理、處理反饋等多功能合一，一個系統(tǒng)能夠全部完成。

2）安全性。登錄系統(tǒng)需要帳號密碼，且不支持外部人員注冊，全部由后臺管理員統(tǒng)一分配賬戶。數(shù)據(jù)庫永久保存記錄，隨時翻閱隨時追溯。

3）專業(yè)性。該系統(tǒng)為滿足優(yōu)化水生態(tài)監(jiān)測工作流程設(shè)計研發(fā)，高度定制，實用且簡潔。為及時了解尼爾基水庫的水質(zhì)水生態(tài)情況增加了新途徑，點擊安裝后即可用手機查詢，提供尼爾基水庫水質(zhì)水生態(tài)信息。

2 APP端介紹

2.1 下載與安裝

2.1.1 下載方式

第一種情況，直接掃描手機以外的二維碼，比較簡單，可打開手機QQ軟件的“動態(tài)”功能里的“掃一掃”功能、微信的“發(fā)現(xiàn)”功能里“掃一掃”功能、360手機衛(wèi)士的“應用工具”里“安全二維碼”掃描、或其它二維碼掃描軟件，手機相機鏡頭對準二維碼即可直接掃描安裝。

第二種情況，掃描手機屏幕上的二維碼，在軟件不支持屏幕內(nèi)掃描的情況下，可以先將二維碼畫面截圖，然后輕按下電源鍵。

2.1.2 安裝

在手機瀏覽器中下載安裝包，打開手機瀏覽器，比如說要下載百度軟件，就點擊下載。

下載完成以后，在瀏覽器中點擊主菜單功能鍵，然后在菜單欄里找到“下載”，點擊打開。

寧夏按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、因地制宜”的原則，“大、中、小”工程并舉，地表水、地下水、跨流域調(diào)水綜合利用，基本構(gòu)建起了農(nóng)村飲水安全工程體系。引黃灌區(qū)跨鄉(xiāng)鎮(zhèn)整片推進，推行規(guī)?；ㄔO(shè)，全部供水入戶；中部干旱帶以引客水為主，隨著7項重點供水工程的建設(shè)，構(gòu)建起了長遠解決群眾飲水問題的骨干工程；南部山區(qū)立足當?shù)厮Y源建設(shè)集中供水工程，沿主要流域自上而下推進。

點擊打開“下載”以后，在“下載”中看到剛剛下載的軟件安裝包。點擊一下這個安裝包。點擊了該安裝包之后，就會提示安裝該軟件了。然后點擊“安裝”，就能成功地把軟件安裝到手機上了。

2.1.3 系統(tǒng)要求

安卓系統(tǒng)3.1版本以上手機；1GHz處理器、512MBRAM、3.5英寸屏幕。

2.2 用戶登錄

打開APP應用直接進入用戶登錄界面，該用戶登錄界面由用戶名和密碼兩部分組成，獲取方式為后臺管理員主動分配帳密，不支持注冊。如密碼核對錯誤將無法正常登錄，多次登錄錯誤信息將反饋給后臺。

2.3 文件上傳

將xls、txt、jpg等文件傳入指定文件夾，點擊添加文件圖標即可進入文件資源管理器，選擇要上傳的文件后，點擊上傳文件按鈕。

該系統(tǒng)是由信息流方式把文件作為字節(jié)流傳輸。文件可分為若干由一系列字節(jié)或機器字長為單位的邏輯單元所組成的邏輯記錄。文件上傳成功后，將直接跳入后臺文件管理界面。

2.4 上傳記錄

點擊首頁右上角上傳記錄，可以看到個人過去所有的上傳記錄。通過APP上傳文件，同時上傳文件的歷史記錄、上傳人員信息以及上傳時間，同時反饋給后臺，上傳信息和后臺記錄一一對應。

2.5 回執(zhí)展示

點擊列表項可以查看詳細信息以及大圖，通過回執(zhí)展示區(qū)域，得到最新數(shù)據(jù)回執(zhí)和決策方案。

2.6 權(quán)限控制

3 后臺管理端介紹

3.1 登錄功能

后臺需要超級管理員登錄后臺管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采用SHA-1數(shù)據(jù)加密，是當今世界最先進的加密算法，主要用于文件身份識別、數(shù)字簽名和口令加密等，保證傳輸過程中不會被截取和泄露密碼。

3.2 賬戶分配

為保證系統(tǒng)的安全性和封閉性，所有用戶帳號由超級管理員統(tǒng)一分配，不允許個人注冊。為了便于管理和保持個人信息完整性，需要填寫分配用戶的姓名、手機號、郵箱、登錄密碼等信息。

3.3 采集數(shù)據(jù)管理

后臺管理可以詳細列出所有的文件上傳記錄以及上傳時間，管理員可以將上傳的文件進行下載，然后進行數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計，也可以將沒有價值或者上傳錯誤的信息直接刪除。

3.4 回執(zhí)數(shù)據(jù)管理

超級管理員可以將統(tǒng)計分析的結(jié)果以圖文的形式回執(zhí)到公共空間，用戶在APP端可以看到管理員回執(zhí)的內(nèi)容，而且管理員可以對已經(jīng)發(fā)布的回執(zhí)內(nèi)容進行修改和刪除操作。

4 后臺管理應用

尼爾基水庫近5年水環(huán)境監(jiān)測壩前數(shù)據(jù)，用SPSS逐步線性回歸過程處理，輸出數(shù)據(jù)結(jié)果見表1-4。

根據(jù)表1可知，與Chl-a有顯著性關(guān)系的是TN，SD，NO3-N。根據(jù)最優(yōu)回歸方程，隨著變量的逐步進入，模型相關(guān)系數(shù)R逐漸增大，決定系數(shù)R2也逐漸增大，且標準誤差也逐漸減小。以第3模型相關(guān)系數(shù)最大，標準誤差最小，線性回歸的擬合度也最好，其決定系數(shù)R2為0.855，說明其線性相關(guān)性很強。表3為線性回歸模型的方差分析，為模型整體的顯著性檢驗。模型3：F統(tǒng)計量為622.098，Sig.值為0.000，線性回歸模型是顯著的。t檢驗Sig.值均接近于0，自變量之間存在顯著性差異。在表4中，標準誤差值均小于5，容差均大于0.2，且為倒數(shù)關(guān)系，可見自變量之間均不共線，所有的點均落在直線附近，可認定標準化殘差符合正態(tài)分布。

表1 輸入/移去的變量

表2 模型匯總h

表3 Anova

表4 系數(shù)a

綜上所述，自變量TN，SD，NO3-N與因變量Chl-a之間線性回歸方程有意義且存在線性相關(guān)關(guān)系。將因變量PM2.5記為YChl-a，自變量TN，SD，NO3-N記為XTN，XSD，XNO3-N，則尼爾基水庫壩前汛期Chl-a預測模型為：

YChl-a=6.896+14.635XTN-15.547XSD+26.685XNO3-N

說明系數(shù)絕對值越大，自變量每變化一個單位對因變量YChl-a的影響也就越大。因而對于Chl-a的影響最大的是NO3-N的濃度，其次為透明度和TN的影響。其中，透明度為負相關(guān)，NO3-N和TN為正相關(guān)關(guān)系。

5 基于手機APP技術(shù)應用展望

1）網(wǎng)絡(luò)安全。用戶需要將報汛程序安裝到移動智能手機中，并接入互聯(lián)網(wǎng)。打開程序后首先進行用戶驗證，在水庫管理員用戶驗證界面填寫姓名和電話，填寫的信息與網(wǎng)頁端的庫管員信息一致時通過網(wǎng)絡(luò)安全驗證。

2）水庫水源安全管理。在水庫報汛界面，用戶驗證時確認過的信息會自動加載到頁面上，庫管員不需要重新填寫。在水庫水生態(tài)信息中填寫數(shù)據(jù)的同時還可以對水庫的實時情況拍照上傳到公共通信網(wǎng)。

3）基于5G的智能監(jiān)控。在查詢界面，庫管員可以查詢自己所負責斷面歷史時間段的監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過智能化可視界面，自動生成流域生態(tài)風險評價結(jié)果，可以采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等深度學習技術(shù)，保證管理部門風險管理。