新疆部队水质数字化管理信息系统设计与实现

田 华，贾继民，张建江，马永红，常 虹

新疆部队水质数字化管理信息系统设计与实现

田 华，贾继民，张建江，马永红，常 虹

目的：设计一套为新疆部队水源水质服务的综合信息管理系统，实现对水源水质的实时监控。方法：采用B/S与C/S相结合的系统架构，以Oracle数据库作为服务端，利用PowerBuilder 9.0开发客户端程序。系统包括监测、分析、预警、综合管理等功能模块。结果：设计的系统功能强大、界面友好、操作简单、安全性良好。结论：利用该系统能够实现对水质监测的现代化、规范化的高效管理，但目前该系统尚处于起步阶段，还有待进一步的研究。

数字化管理；信息系统；水源水质；新疆部队

0 引言

新疆部队驻守在祖国西部边陲，担负着维护新疆和西藏阿里地区社会稳定、保护人民群众生命安全的重要使命，部队高度分散、点多、线长、面宽，水源卫生状况较差。传统的方法不能对水质变化进行实时监测，难以对水质污染突发事件进行预警和跟踪等。如何在突发事件下，尽早预警水源污染情况，尽快实施相关饮用水水质安全保障措施，是关系国家民生的重要内容之一[1]。目前，国内对水源水质预警系统的研究成果相当丰富，全国各地都陆续建成并得到很好的应用[2-3]。而新疆部队有关水源水质预警系统的研究仍属空白。因此，着手开发一套针对新疆部队水源水质安全监管的软件，对污染水质实施有效监控，并通过系统实现辅助决策，帮助管理者、军区机关、疾控中心以及水质管理人员了解现场水源的污染情况，从而形成一套科学的管理体系，确保水源水质的实时监控，确保突发重大污染事件下的水质安全保障[4-5]。

1 水质预警系统总体设计思路

国内有关文献报道，许多供水企业已建成供水管网水质在线实时监测系统[6-7]，大多数仅处于监测数据的管理和进行简单的分析，没有与之配套的模拟预测分析、事故确认和事故决策方法。

针对新疆部队饮用水的水源特点及保障水质的要求，构建监测、预警、分析、应急于一体的水源水质监测预警管理信息系统。水质管理系统由一个中心监测站和若干个固定监测子站组成（如图1所示），水质检测结果的数据由各个监测子站将水质检测结果录入系统，基于106项水质国标在线监测与实时技术，全面提升饮用水水源水质预警水平及应急管理，做到集中管控、实时预警、提前治理。

图1 系统处理流程图

系统采用网络地理信息系统（WebGIS）平台的开发模式，以GIS为载体建立水源点信息及地理位置数据库，然后与水质状态和中心预警模型连接起来，将实时分析结果展示在GIS中。本文中的水质预警系统基于ArcGIS Server、Flash等软件开发平台完成，是集数据库、评价、预测、预警、图形等功能于一体的地理信息系统。

2 系统的功能模块及整体设计与开发

水质预警管理系统采用B/S与C/S结合的系统架构进行系统设计，以Oracle数据库作为服务端，利用PowerBuilder 9.0开发客户端程序，包括监测、分析、预警、综合管理等功能模块（如图2所示）。

2.1 功能模块

2.1.1 短信应用平台数据模块（可扩展）

系统采用当前主流的短信应用平台技术，使系统交互性更强，脱离传统的系统运行模式，摆脱没有计算机或网络无法使用系统的情况。该模块允许用户通过短信方式与数据中心交互提交指标数据，使中心监控站的管理人员无需长时间查看系统是否有预警。一旦数据分析有预警情况发生，可直接以短信形式将预警内容发送到管理人员的手机上，即使管理人员外出不在计算机旁也可第一时间了解预警的详细信息。

2.1.2 数据中心模块（可扩展）

该模块是系统中的主要模块之一，负责实时监控分析监测子站上传的水质检测数据，实时发出预警，并能提供数据缓存服务（指标数据与MapInfo地图数据），提高Web窗体模块的响应速度。

2.1.3 Web窗体模块

Web窗体模块即UI展示模块，该模块承载所有用户所要操作的子模块。

2.1.3.1 用户模块

（1）用户登录。提供用户登录与退出操作。

（2）密码管理。提供用户修改账户密码操作。

2.1.3.2 查询模块

（1）重点指标快速查询。系统可对用户关心的重点指标进行提前设置，使用该功能可快速查询系统设置中标记的重点指标数据。

（2）自定义查询。提供自定义指标查询功能。

（3）报表生成与导出。可根据日期、地区等条件对检测结果生成各种图表，例如柱状图、曲线图、饼状图等，并提供导出功能。

（4）指标预警地图展示。根据系统中预定的国家规定饮用水指标阈值对各个水源传来的水源检测结果进行指标检测，检测到不合格水质时，将通过MapInfo地图直观地展示水源位置、超标项等预警信息。

2.1.3.3 录入模块

（1）指标录入。各个监测子站将采样时间、采样地点、水质各项指标的检测结果通过该功能上传给系统。

（2）设备文件批量导入。可使用系统指定的模板对水源水质检测结果进行批量导入。

2.1.3.4 设置模块

（1）用户管理。提供用户新增、维护、权限分配等设置功能。

（2）权限管理。提供权限的新增、修改、删除功能。

（3）指标管理。主要针对国家规定的生活饮用水卫生标准中的各个指标的管理，可对指标进行新增、删除、修改等功能。

（4）数据备份与恢复。提供数据库备份与恢复功能。

2.2 系统设计与开发

2.2.1 系统架构

系统采用3层架构形式，层与层之间的调用由特定功能模块调用实现，各类信息由各个特定的接口实现，系统架构如图3所示。

图3 系统架构图

（1）表现层。即Web端，基于客户端Flash表现形式实现空间数据与属性数据的关联，以图一体化形式为用户提供丰富化的可视化操作界面。为了保证表现层的简易性、灵活性、可扩展性等特点，系统借助ArcGIS API for Flex和Framework框架来设计实现，以此来创建比传统WebGIS更智能、更具交互性的客户端。

（2）服务层。作为整个框架的核心，提供GIS地图服务和各种数据服务。主要负责处理用户从客户端发来的各种请求，并根据类型作出相应的响应。ArcGIS Server作为GIS应用服务器的核心组件，为客户端提供在线地图服务，并通过空间数据引擎连接空间数据库。基于.NET的Web应用服务器提供系统运行数据服务，用于客户端与后台进行业务数据交互，包括水质在线监测数据发布模块和预警模块的数据传输都是由Web服务器实现的。服务层可对短信应用平台支持扩展接口。

（3）数据层。主要包括空间数据引擎ArcCatalog以及数据库Oracle，主要功能是为水质预警系统提供数据支持。数据库模块包括实时监测水质、水源点空间分布及水质标准。系统检测指标包括色度、浑浊度、臭和味、肉眼可见物、pH值、总硬度、铁、锰、铜、锌、挥发酚、阴离子合成洗涤剂、硝酸盐、硫酸盐、氯化物、氟化物、氰化物、砷、汞、镉、铬、铅、细菌总数、大肠菌群等常用指标。

2.2.2 公共类设计

公共类及接口主要是对应用系统的通用方法进行抽象，实现应用系统的一些基础功能，为各子系统提供部分可供调用的基本方法和接口，有效地实现代码的重用，保证整体的一致性。同时，各子系统在此基础上，可以依据各模块内部的业务逻辑对基本方法和接口进行组合和扩展，以实现各模块特有的业务功能。系统主界面如图4所示。

图4 系统主界面

公共类主要有数据访问类、统计图表类、图层控制类、目录管理类、数据处理类等。各类的设计如下：

（1）数据访问类。此类主要实现与Oracle数据库的交互，实现的功能包括属性数据库的查询、添加、删除以及更新，空间数据库的查询、添加、删除、数据检测等操作，并通过函数的重载来实现不同输入参数情况下功能的实现，以增加系统实现过程中的灵活性。通过此类的封装可为其他模块提供更加方便的实现函数。数据连接类图如图5所示。

图5 数据连接类图

（2）统计图表类。此类主要是对由属性或业务数据产生各类统计图表的功能进行封装，实现各类统计图表的绘制功能，包括柱状图、折线图、饼状图等种类。通过此类的封装可为其他相关模块提供各类统计图表的实现方法。统计图表类图及界面如图6、7所示。

图6 统计图表类图

图7 统计图表界面

（3）图层控制类。此类主要是对矢量图层的相关操作进行封装，实现图层加载、图层卸载、图层可见与否等的控制以及图层控制树的动态加载及实现。此类的封装可为其他模块实现图层控制子模块的实现方法以及对图层的基本操作方法。图层控制类图如图8所示。

图8 图层控制类图

（4）目录管理类。此类主要是对应用系统中可能涉及到的各类对象的管理方法进行封装，包括组的创建、删除，图层状态的获取、设置以及初始化需要涉及到的相关操作。通过此类的封装可为其他模块提供更加简便的操作。目录管理类图如图9所示。

图9 目录管理类图

（5）数据处理类。此类主要是对数据的处理进行封装，包括原始数据的读取与解析、数据的转换等主要功能。针对各种指标采集或动态地对数据进行分析和转换，为相关模块提供统一的方法。数据处理类图如图10所示。

图10 数据处理类图

3 核心预警模块

水质预警模块是整个系统的核心部分。水源点传感器采集后的数据通过上传至服务中心，中心对接收的数据进行提取、分类与处理，将数据存储到指标记录库中，并从指标阈值库中读取阈值与数据进行对比，如超出阈值，则发布预警信息（如图11所示）。

图4 中心预警模块设计

4 系统实现

传统的地理信息系统的计算管理模式是集中式的，信息的流动范围有限。系统处于相对封闭和孤立的状态，普遍存在严重的“信息孤岛”问题，即每个子系统之间是独立的，不能有效地进行信息交换和共享，很难随着业务范围的增加而线性扩充，不能适应空间数据的爆炸性增长及其分布、动态更新的要求[8]。WebGIS是一项应用Internet技术来扩展和完善传统地理信息系统的新技术，是在GIS中嵌入HTTP和TCP/IP标准的综合应用技术体系。利用Internet在Web上发布空间数据，为用户提供空间数据的浏览、查询、分析等功能，已成为GIS发展的必然趋势[9]。GIS的图形处理功能能够将城市管网和监测点的信息图文并茂、准确、快速地显示在屏幕中，使人清楚直观地了解水源水质的现状，并可根据需要定制输出各种专题图[10]。

数据库技术的运用，使得存储和管理海量的监测数据十分便捷安全。管网的水力水质模拟基于良好的水力水质模型，是预警系统关键的部分，利用其模拟分析可全面了解管网的运行状况。该系统基于C/S架构，通过遍布全区基层连队的全军政工网或综合信息网对水质监测实时信息进行集中监控管理，实时上传并分析水源检测结果。对超标结果通过基于MapInfo地图的WebGIS实时预警，直观显示超标情况和地理位置，并且可采用当前主流的短信应用平台技术，摆脱没有计算机或网络无法使用系统的情况。强大的数据缓存服务可对繁多的水源检测指标数据和MapInfo地图数据实时缓存，使系统响应速度更快、使用更流畅。

5 结语

部队水源水质预警系统是一项保障公共安全和社会稳定的新方法、新手段，是一项结合了在线监测技术、信息系统技术、预警技术和城市应急保障体系的复杂工程。目前，新疆部队水源水质预警系统尚处于起步探索阶段，还需深入研究。

[1]沈晓娟，徐向阳，崔韩.关于城市应急供水系统建设的思考[J].灾害学，2007，22（1）：134-137.

[2]张锡辉，郑振华，欧阳二明，等．水源水质在线监测预警系统的建设[J]．中国给水排水，2005，21（11）：14-17.

[3]刘丽君，黄晓东，尤作亮，等．水源水质在线预警监测系统的建设与应用[J].城镇供水，2006（4）：2-4.

[4]陈广明，周密，周冬生.长江饮用水源地水质自动遥测预警系统研究[J].水利水文自动化，2006（3）：13-16.

[5]陈燕海，张晓芬.城市供水水源应急预案探讨[J].水利发展研究，2003，3（6）：60-65.

[6]许阳．杭州管网水质实时监测系统[J]．给水排水，2002，28（2）：91-95.

[7]郑毅，廖静，周尊隆．南方某市供水管网水质在线监测管理系统的建立[J]．中国给水排水，2007，23（7）：44-47.

[8]成筠，徐泮林，郑丙辉.基于GIS的城市生态环境质量评价系统[J].人民长江，2004，35（5）：45-47.

[9]张亦含，李旭文，黄丙湖，等.基于WebGIS的环境监测数据管理平台设计与开发[J].计算机应用与软件，2007，24（5）：15-16.

[10]谭水成．基于MapX的给水管网地理信息系统开发[D]．长沙：湖南大学，2006：14-21.

（收稿：2014-02-14 修回：2014-08-18）

Design and implementation of digital information management system for water quality of Xinjiang army

TIAN Hua1,JIA Ji-min1,ZHANG Jian-jiang1,MA Yong-hong1,CHANG Hong2
(1.Center for Disease Control,Xinjiang Military Area Command,Urumchi 830011,China; 2.Clinics of Xinjiang Military Area Command,Urumchi 830002,China)

ObjectiveTo develop a digital information management system for water quality of Xinjiang army.Methods System architecture of B/S and C/S,Oracle database and PowerBuilder 9.0 were involved in the development of the system which was composed of the function modules of monitoring,analysis,warning and comprehensive management. ResultsThe system behaved well in function,interface,operation and safety.ConclusionThe system may contribute to the standardized management of water quality monitoring,while still needs further improvement.[Chinese Medical E-quipment Journal，2015，36（3）：32-35]

digital managemnet;information system;water source quality;Xinjiang army

R318；TP311.13

A

1003-8868（2015）03-0032-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.03.032

兰州军区后勤科研项目（CLZ12J009）

田 华（1976—），女，博士，助理研究员，主要从事军队饮水卫生研究工作，E-mail：thxxlz@sina.com。

830011乌鲁木齐，新疆军区疾病预防控制中心（田 华，贾继民，张建江，马永红）；830002乌鲁木齐，新疆军区机关门诊部（常 虹）