水质管理信息系统的开发与设计

水质管理信息系统的开发与设计

王婷

天津市排水管理处天津300130

摘要：随着信息技术的不断发展，给水质管理系统的建设和优化创造了巨大的便利。对于水质管理系统而言，其可以有效实现对水质问题的监测和动态管理，在确保水质质量的同时，也有效防止了水源污染问题的发生。

关键词：水质管理；管理信息系统；开发与设计

水质污染是我国面临的最严重水环境问题之一。强化水质管理、防治水污染是我国环境保护的一项紧迫任务。要解决我国的水环境问题,必须依靠政策的调整和科学的管理技术。

一、系统总体设计

1.系统设计目标。水质管理信息系统是在计算机软硬件支持下,以GIS软件平台为基础,把纳入管理信息系统中水质站的属性数据和空间数据输入计算机,并能够实现其信息存储、查询、编辑和处理功能,从而为水质管理者决策提供快速、准确信息的一种应用系统。

2.系统设计原则。本系统设计以全国重点水质测站的水质数据信息和水环境管理工作需求为基础,以科学性、动态性和实用性为主导思想,并遵循如下原则:a.科学性。本系统是一个基于GIS和计算机技术的现代化信息系统,充分利用GIS软件的特点,数据库设计、系统功能设计方面必须严格数据质量,科学、清晰地组织数据结构,力求系统的科学性。b.实用性。系统的开发紧密结合水质管理工作的实际需求,满足相关管理和科研部门对信息的查询、统计和分析的需求,同时整个系统层次清楚,功能分割条理,用户界面简明易懂,以便于系统操作人员的管理和使用。c.统一性。为保证系统的科学性、实用性和通用性,系统设计要遵循统一的规范和数据格式,以便与国内外其它信息数据库接轨。d.扩展性。系统的设计应考虑到系统的发展,在设计时要留有接口。随着水环境的发展演变及科学技术的不断进步,当增加新的模块时,现有的模块和整个系统的结构不至受大的影响。

3.系统实现的技术路线。根据数据库系统和地理信息系统各自的特点,通过属性数据管理和GIS的集成,结合各种评价分析方法与数学模型,实现对水质数据信息的动态管理,其技术路线如图1所示。

二、系统分析与设计

1.系统结构体系。为了对水质管理信息系统进行全面的管理分析,使系统具有良好的可移植性,整个系统是由各子系统集成的,采用自上而下逐层细化的结构化分析与设计方式。

2.系统数据库的设计与内容。数据库的构建是系统的核心,进行水质管理信息系统数据库设计时,根据水环境信息的特点,按照GIS的数据分层组织方法,将水环境图形信息分为地理图形信息、流域图形信息和专题图形信息。通过数据分层图块管理、属性编码和空间索引设计,借助GIS软件平台建立空间数据库,依据数据流程图的分析,建立概念数据库模式,并将其转化为逻辑数据库摸式,进行属性数据库设计;最后用通过编程语言实现的HOTLINK技术达到属性数据编码建立空间数据库和属性数据库的连接。

3.文档库与模型库。a.文档库。主要包含一些水环境图片资料,有关水环境管理的方针、政策及论文等方面的文字资料,水质测站多年监测数据统计、测点区域政府的统计年鉴等数字资料。b.模型库。水质管理信息系统通过GIS软件中的模型进行水质的模拟、评价和预测。

三、数据融合技术与GIS在水质管理信息系统中的应用研究

水质管理信息系统主要结合了数据融合技术与GIS技术，对于该系统逻辑构成体系而言，主要涉及到七个功能层，即流域或区域的水环境、多传感器采集、计算机网络通信、信息融合、信息存储管理、水环境状态评估以及辅助决策支持，详细分析如下：流域或区域的水环境。该水质层作为整个水质管理信息系统的最底层，主要的涉及到以下几方面内容，即区域内影响水环境质量的地形、环境、气候、植物以及污染物等；第二，多传感器采集层。它作为基础功能层，主要由以下几部分构成，即地面水质水量传感器、GIS设备接收装置、GPS定位监测设备等构成的监测站，其所监测的内容包括区域内的水质水情、信息中心气象以及水文相关信息等，同时对于水质的监测必须要严格按照相关的规范执行；第三，计算机网络通信层。它作为整个系统的数据传输层，也是基础功能层，包括以下几方面内容，即可以实现各种WAN的连接与转换、实现监测站与相应传感器之间的数据采集以及支持监测站与融合中心的信息传输；第四，信息融合层。对于整个水质管理信息系统的数据融合，主要是通过对数据信息的采集和整理，将其传输到全局融合中心，由其中的计算机系统的软件和硬件进行融合处理。除此之外，对于系统数据信息的融合，还可以由各个分中心执行，具体以多Agent的方式完成；第五，信息存储管理层。该功能层主要作用是建立相关的水质数据库，实现对水质信息的综合性管理，其中包括水环境自然、水质水量指标、相关规范数据信息以及污染源分布等；第六，水环境状态评估层。当水质管理信息系统完成水环境信息的表达、维护、管理和分析工作后，需要对其进行评估，具体是对水质做出评价、预报及状态评估；第七，辅助决策支持层。实现辅助决策支持功能是自动监测系统的最高目标，它建立在水质信息存储、管理层和状态评估层之上。多传感器管理层是信息融合系统中的重要组成部分，特别是大范围水质自动监测这样的多传感器信息融合系统.多传感器管理包括优化分配有限的传感器资源、协调传感器数据采集、在线确定传感器的工作方式和参数、甚至还包括远程在线工作组态和维护等，它是优化和提高系统功能与性能的技术手段之一.通过多传感器管理及协调控制策略，使系统的功能和性能得到优化和提高。

四、主要功能及应用

1.水质评价。水质评价模块主要实现水质成果数据的评价和发布，评价的类别包括地表水评价、地下水评价、污水水质评价、水质发布等。系统可对评价的条件进行详细的设置，包括评价标准、测站、因子、评价方法、评价时间等。对于数据在一段时间内的统计方式，除了常见的平均值外还添加了中位值、最大值、最小值、25%值、75%值等统计方法，提高了在一段时间内综合评价水体的合理性。地表水提供各监测断面相关监测项目的浓度含量、总排放量等，并进行分类评价；地下水、污水分析出超标项目及超标倍数，并计算、分析各监测项目的浓度含量及变化趋势，污水监测要提交监测项目的排污浓度、计算总排放量。采用平面范围分布图、变化曲线、分析图表等形式做出直观形象的分析，随着监测序列的增加，也同时增加历年同期的监测数据比较成果。评价得出的水质结果还可以立刻以电子地图的形式显示出来，同时用各种手段实现对地表水、地下水、污水图层的渲染，以更直观的图形展现现状水质结果。

2.信息发布。信息发布模块包括中心简介、项目简介、成果发布、水质信息4部分。其中水质信息主要展示的是水质评价，包括地表水水质信息、地下水水质信息和污水水质信息。在水质成果发布页面，可发布最新的监测结果，还可按照指令自动生成月报、年报。在水质信息页面可查询最新发布的水质信息，以图形和文字形式直观的展示给用户。

3.统计查询。统计查询模块包括水质数据查询、历年同期对比、因子变化分析和站点水质分析。统计查询采取了数据列表和电子地图同步表现的形式，从数据和图形两种角度来反映水质情况。统计查询还包括水质数据查询模块，可以对数据库中的数据按照测站、因子、时间范围等进行分类查询，查询结果能够以报表的形式保存。

随着系统的推广应用，还会产生不少问题。此外，尽管在系统开发中考虑了多方面因素，但还不能做到面面俱到，对数据及其处理过程理解还不够深入，因此系统还需不断维护、改进。

参考文献：

[1]武倩.数据融合技术与GIS在水质管理信息系统中的应用研究[D].河海大学，2016.

[2]李锦.GKS在国家水质管理信息系统中的应用[J].环境科学，2016（03）：22-25+92.