齐少群

(哈尔滨师范大学)

基于Arcgis Server的水环境监测系统的研究

齐少群

(哈尔滨师范大学)

针对江、河流域水质污染问题，应用地理信息技术与计算机技术，开发基于Arcgis Server的水环境监测系统.通过对水资源信息的实时动态监测、存储、分析等功能，对异常污染源的锁定提供技术支持，实现水资源的自动化、智能化管理.

水流域;实时监测;污染锁定

0 引言

加强水资源的统一管理，首先要加强水资源监测工作，及时了解水资源的状况.建立水资源管理系统对提高用水效率和节约用水有重要意义.通过先进的科学技术对水资源进行有效的管理和保护，促进水环境的可持续发展.

随着我国环境信息化的快速发展和计算机新技术在环境保护领域的广泛应用，环境信息系统在环境保护管理和决策工作中发挥着越来越重要的作用.而地理信息系统技术的出现为环境保护工作迈向信息化、现代化提供了技术支持.

各级水资源保护部门在日常管理业务中，需要采集和处理大量的、种类繁多的环境信息.而这些环境信息85%以上与空间位置有关.GIS的强大功能之一是它的空间数据的采集、编辑、处理功能和对空间数据的管理能力.使用GIS，可以建立各种环境空间数据库，能够把各种环境信息与其地理位置结合起来进行综合分析与管理，实现水环境空间数据的输入、查询、分析、输出和管理的可视化.

1 系统总体设计

系统总体结构设计如图1所示，分为四个部分.

图1 系统总体设计图

客户端通过B/S浏览方式访问服务器，享用系统提供的技术服务.

服务器端部署Arcgis Server服务器发布地图服务，同时进行Web程序开发，将GIS服务与常规数据管理服务相集成，将属性数据与空间数据相融合，以响应客户端的请求.

底层分为数据采集和存储两部分，数据存储选用oracle数据库，建立地图空间数据和环保专业应用数据两部分.地图数据包括水资源保护中所要考虑的地物要素，包括整个河流、流域两岸的自然情况;环保数据为水资源保护工作中所应用的数据，包括河流断面、流域周边能够影响水质的污染源以及污水处理厂等数据信息.同时，将整个系统的属性数据进行存储管理，并且，建立专门数据库，存放终端硬件设备所采集到的数据.终端硬件设备安设在整个河流流域中，以及各个污染源企业也都有监测设备终端，可以采集污染物信息，通过实时传输装置和软、硬件接口程序进入系统.

根据系统目标和需求分析的结果，本系统逻辑上将实现三个层次的功能:

第一层是基础数据层，即环保行业空间数据库的建立和数据库管理系统的建立，该层功能将包括用户通过Intranet更新数据，管理人员通过管理端进行修改、删除、更新数据等操作.同时，实现通过系统控制数据的访问权限和访问时限，以保证数据的准确和及时有效.

第二层是具体应用层，即利用基础数据层实现查询统计、报表分析、空间分析等具体功能.针对水资源保护管理工作中的具体要求，提供有效的技术手段，实现对污水排放位置的锁定，抑制污水偷排、乱排现象.

第三层为外部接口层，本部分按照建设空间信息共享服务平台的标准进行建设，是实现各种GIS服务的关键组成部分，采用SOA架构.由GIS服务层和服务接口层组成，GIS服务层提供通用的、满足标准的GIS可视化服务和功能服务;服务接口层则对外提供多样化的服务访问接口和调用形式.

2 系统功能设计

系统功能模块设计如图2所示.

图2 系统功能模块设计图

(1)常规管理

针对污染企业进行常规管理与数据分析，包括企业名称、排放污染物、每种污染物的排放量等属性信息，重点污染源与松花江流域之间的相对空间信息，以及日常工作中针对不同需求所进行的查询功能.

(2)对监测对象具有实时的动态的监测功能

对于流域的水质监测，采用设置监测断面的方式.根据流域特点和环保工作中的实际需要，在流域中选取若干个预设点作为断面监测点.在监测点设置终端设备，实时将流域中的水质参数传回到系统.对于重点监测的风险源也要设置监测点，进行实时数据的获取.

(3)异常排放锁定功能

在污染源排出口，污水处理厂出、入口，和河流断面处设定监测点，安装数据采集终端，获取长期排污量的稳定数据.一旦发现河流入口断面处污染物数量发生突变，则通过对各个断面的分析，确定可能导致异常发生的区域范围.

(4)多种数据通信功能

能对环境监测信息通过信息传输技术以文字、音像或其他的形式进行远程传递，能进行信息的管理、分析、归纳、判断，最终将信息解析入库，并建立空间数据和属性数据之间的关联;建立地图数据与水环境保护数据之间的关联.

(5)接口功能模块

开发针对专用数据采集终端设备的软、硬件接口程序，实现对数据采集的实时录入与编辑;开发软件之间接口程序，实现空间数据入库与调用的自动化、高效性.

3 系统的应用及技术实现

(1)常规管理

通过Arcgis Server服务器发布地图服务来实现系统常规管理的各个功能，将地图漫游、缩放、鹰眼地图、划线测距与信息查询等基本功能以Service的形式进行发布.在客户端通过浏览器进行访问，由服务器响应服务.

对于测距功能，预先在程序中设定计算函数，地图上点击两点的时候，通过鼠标事件将两点位置发送到服务器，服务器进行解析，按照比例尺转换关系得出地图上两点的经纬度坐标，然后根据经纬度坐标计算两点之间距离.

对于查询功能，则以流域为中心，以环保数据为基础，在地图上建立各个地物要素之间的拓扑关系.确定上下游、排污企业、污染源、污水处理厂和流域之间的关系.以实现点击一点，对其相关要素进行查询的功能.

(2)对水环境的实时监测

主要通过软件与硬件结合的方式实现，在水资源流域内设置监测点，安装终端硬件监测设备，可以获取监测点水质数据信息，并通过传输系统将数据以某种格式传回系统.具体实现方式需要接口技术与通信传输技术相结合.

数据经过软件接口程序进行解析后，直接存入oracle数据库中.所研发的GIS系统程序按照规定时间，定时访问数据库获取数据，并将结果刷新显示.同时，建立分析功能，对某一监测点的数据变化规律进行分析，得出正常情况下水资源质量的变化曲线图.

(3)异常排放锁定

针对江、河的整个流域或流域中某一段，设置水质断面，通过实时监测系统，采集断面数据进行分析.对于水中某类污染物含量突然上升等意外情况进行分析，得出变化原因，并锁定异常发生的大致范围，为水环境保护部门提供技术支持.有效抑制乱排污、不达标排放等违法行为.具体实现如图3所示.

图3 异常排放锁定示意图

图中所示为一条河流，自西向东流向，干流北面有一个支流流入.在河南岸有甲、乙、丙三个排污企业，在流域中设置了A、B、C、D、E五个监测点，小菱形图标标示监测点，安装有终端数据采集设备，可以监测水质.若D点监测到污染物排放超标，则按照拓扑结构顺序，依次取各个监测点数据进行分析.若D点监测数据超标，而B、E两点监测数据正常，则说明问题出在B、D两点之间.此时通过Arcgis Server调用的实时数据来分析C点，如C点数据超标，则说明是企业乙超量排放了.如C点监测数据也正常，则说明在C、D两个监测点之间存在偷排行为，企业丙嫌疑很大.GIS系统依据空间数据的拓扑关系，结合实时获取的环保属性数据，经过分析后输出异常排放点的大致位置.以便环保局监察人员针对该地域进行重点排查.

4 结语

水资源的保护工作非常重要，对于生产、生活都有着不可忽视的意义.水资源的管理离不开其地理位置以及流域与可以对水质产生影响的其他地物之间的关系.将地理信息技术引入到对水环境的监测和保护中，在水环保领域实现地理信息技术与计算机技术相结合，开发基于Arcgis Server的水环境监测系统对于水环境的实时监测和异常污染源的锁定提供了有效的技术手段.

［1］王京，张双喜.基于GIS系统的铁岭市水源地环境保护研究［J］.安徽农学通报，2010(16):238-239.

［2］户作亮.GEF海河流域水资源与水环境综合管理知识管理系统［J］.水利信息化，2010(5).

［3］王振波.GIS技术在中国流域研究中应用进展及展望［J］.地理与地理信息科学，2009(3).

The Research of Water Basin Monitoring System Based on Arcgis Server

Qi Shaoqun
(Harbin Normal University)

A monitoring system about water basin is studied in this paper.The function of real-time monitoring，storing and analysis are implemented，providing technology for the locking of pollution which works irregularly.So the management about water resource come to intelligent.

Water basin;Real-time monitoring;Locking of pollution

2010-09-11

(责任编辑:季春阳)