張像源

(天津市地質(zhì)調(diào)查研究院,天津 300191)

當(dāng)前,我國正處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段,能源問題已經(jīng)逐漸成為制約經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要因素.地?zé)豳Y源是重要的可再生資源,具有清潔、環(huán)保、就地取用等優(yōu)勢,開發(fā)利用地?zé)釋τ诰徑馕覈茉淳o張的形勢,實現(xiàn)節(jié)能減排的工作目標(biāo)起到積極推動作用.

天津地區(qū)地?zé)豳Y源十分豐富,地?zé)嵫芯砍潭容^高.從2003年開始,天津市地?zé)峁芾聿块T組織相關(guān)單位建立了基于GIS的地?zé)豳Y源空間數(shù)據(jù)庫.至2007年底,天津市已有地?zé)峋?69眼,年開采量達(dá)2564萬m3,地?zé)崂镁哂袠O其廣闊的前景.為了獲取地?zé)釀討B(tài)數(shù)據(jù),技術(shù)人員常奔波于各個分散的開采井點以監(jiān)測地?zé)釀討B(tài)變化情況.這種工作方式在信息技術(shù)發(fā)展迅猛的今天,不僅顯得效率低下,而且浪費了大量的人力物力.

因而,整合已經(jīng)建立的地?zé)峥臻g數(shù)據(jù)庫,結(jié)合信息技術(shù),建立地?zé)豳Y源遠(yuǎn)程實時監(jiān)測及信息管理系統(tǒng),實現(xiàn)地?zé)豳Y源的信息化管理,供地?zé)峁芾砣藛T及時了解地?zé)豳Y源開采動態(tài)的實時信息,加強對地?zé)豳Y源的勘察、開發(fā)、利用并有效地進(jìn)行宏觀調(diào)控是擺在地?zé)峁芾聿块T眼前的一個重要課題.

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 需求分析

為實現(xiàn)遠(yuǎn)程地?zé)豳Y源動態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)測,有序完成各項維護(hù)地?zé)岜O(jiān)控任務(wù),需要系統(tǒng)具有地?zé)徇h(yuǎn)程監(jiān)測功能.此外,系統(tǒng)應(yīng)該具有管理已經(jīng)建立的地理、地質(zhì)、水文地質(zhì)、地?zé)岬刭|(zhì)、地?zé)豳Y源等圖類的空間數(shù)據(jù)庫的功能.為了便于進(jìn)行地?zé)豳Y源分析,需要結(jié)合地?zé)釋崟r監(jiān)測資料,進(jìn)行地?zé)豳Y源的統(tǒng)計分析、地?zé)岜O(jiān)測數(shù)據(jù)歷時曲線生成、等值線繪制等功能;為使用戶了解到天津市最新的地?zé)豳Y源的特征,在天津市進(jìn)行地?zé)岬目辈?、打井等工程項目提供輔助信息,系統(tǒng)應(yīng)該具有支持多種條件下的檢索、查詢各類相關(guān)圖層地?zé)嵝畔⒌裙δ?

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)上述需求分析,天津市地?zé)豳Y源實時監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)由放置在監(jiān)控中心的主控計算機(jī)(上位機(jī))和置于地?zé)峋F(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集裝置(下位機(jī))組成(見圖1).

地?zé)峋F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集裝置,由一臺工業(yè)控制計算機(jī)和數(shù)個流量、溫度、壓力、液位傳感器組成.負(fù)責(zé)對地?zé)衢_采井的溫度、壓力、流量、液位等過程量進(jìn)行實時采集,并在上位主控計算機(jī)遠(yuǎn)程要求采集地?zé)峋嚓P(guān)數(shù)據(jù)時,向主控計算機(jī)發(fā)送地?zé)峋钚聞討B(tài)數(shù)據(jù).

監(jiān)控中心的主控計算機(jī)是一臺標(biāo)準(zhǔn)基于Windows NT操作系統(tǒng)的PC機(jī),安裝有基于GPRS Modem、RS232接口的天津市地?zé)豳Y源實時監(jiān)測與信息管理系統(tǒng),通過RS232接口, 系統(tǒng)利用GPRS模塊與下位機(jī)進(jìn)行通訊,包括發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令或者接受監(jiān)測數(shù)據(jù).

1.3 數(shù)據(jù)傳輸

由于天津市地?zé)嵴军c相對較為分散,地域跨度較大,如果各個地?zé)峋静捎脤＞€與監(jiān)控中心進(jìn)行通信的方式,投資費用相對較高.而GPRS是基于中國移動GSM網(wǎng)上的2.5G分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng),具有很好的信號覆蓋.因此,本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸采用GPRS無線通訊方式,具有投資成本低、運行費用少、數(shù)據(jù)實時、穩(wěn)定的特點.

1.4 地?zé)峋h(yuǎn)程監(jiān)測

(1)多井連續(xù)監(jiān)測

對于地?zé)釀討B(tài)監(jiān)測者而言,最關(guān)心的是省時省力自動連續(xù)多井監(jiān)測方式.該方式是根據(jù)設(shè)定的參數(shù),在指定時間內(nèi)啟動監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行多井連續(xù)監(jiān)測,監(jiān)測到的數(shù)據(jù)由系統(tǒng)自動寫入監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中,同時進(jìn)行數(shù)據(jù)自動備份,并將監(jiān)測情況寫入監(jiān)測日志中.

(2)單井監(jiān)測

單井監(jiān)測是指對單個井實施監(jiān)測的過程,用戶選擇感興趣的地?zé)峋?實時監(jiān)測其開采流量、壓力、溫度、回灌量、回灌溫度、累計流量、農(nóng)業(yè)流量等動態(tài)內(nèi)容.

(3)下位機(jī)數(shù)據(jù)采集

由各個地?zé)嵴镜默F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集傳感器采集開采井的溫度、壓力、流量、液位等數(shù)據(jù)量,將采集的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中,并在液晶顯示屏上實時顯示.

(4)站點管理

通過站點管理功能,可以實現(xiàn)地?zé)嵴军c基本情況的更新或錄入.

1.5 地?zé)峥臻g數(shù)據(jù)庫管理

(1)項目管理

通過建立項目管理文件,實現(xiàn)地?zé)峥臻g數(shù)據(jù)庫管理.項目是一套空間數(shù)據(jù)庫圖類、圖層文件以及外掛數(shù)據(jù)庫的集合,它記錄了這些文件所在的絕對路徑.一個項目,具有名稱、路徑、是否自定義、投影參數(shù)等屬性.用戶通過對項目中的圖層文件、圖類及其相關(guān)要素進(jìn)行重命名、刪除、增加以及圖層的外掛數(shù)據(jù)庫設(shè)置等,操作實現(xiàn)項目管理.

(2)圖形瀏覽

對于一個地?zé)犴椖恐械膱D層文件,可以進(jìn)行組合顯示,如加載地理底圖和專業(yè)圖層.用戶可在地圖視圖區(qū)進(jìn)行窗口放大、縮小、移動等操作,并實現(xiàn)圖元的拾取、選擇以及其它交互式操作.

(3)屬性瀏覽

該功能通過用戶在地圖顯示視圖鼠標(biāo)點取或者框選實現(xiàn)一個或多個圖元的選擇,并能實現(xiàn)其相應(yīng)屬性的顯示.

(4)檢索查詢

以天津市地?zé)峥臻g數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源,提供按行政區(qū)域查詢、地?zé)崽飭卧樵?、矩形查詢、多邊形查詢、任意關(guān)鍵詞查詢等功能,實現(xiàn)對用戶感興趣的空間對象和相應(yīng)的屬性檢索查詢.

(5)等值線繪制

等值線是指在一個表面上等值點的連線,是在二維空間上表達(dá)三維的數(shù)據(jù),第3維(Z)用等值線表示.利用現(xiàn)有的觀測數(shù)據(jù),采用一元線性回歸模型計算回歸系數(shù),得到水位變幅,將離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化后,結(jié)合GIS技術(shù)的空間分析功能,自動進(jìn)行地?zé)崴蛔兎戎稻€等圖形的繪制.

(6)歷時曲線繪制

地?zé)豳Y源動態(tài)數(shù)據(jù)包括水位、水質(zhì)、開采量、水溫等,隨著時間的推移,這些動態(tài)向量隨開采條件發(fā)生著變化,繪制其歷時曲線,供用戶直觀地了解這些觀測要素的動態(tài)變化特征.

(7)報表生成

將地?zé)釋崟r數(shù)據(jù)按照某年月累計流量統(tǒng)計、某月日流量統(tǒng)計、某月日累計流量3種方式統(tǒng)計,統(tǒng)計內(nèi)容可轉(zhuǎn)換為XML文件后在Excel中打開,便于統(tǒng)計分析,也可利用XSL技術(shù)轉(zhuǎn)換為Word表格,進(jìn)行打印輸出.

(8)根據(jù)數(shù)據(jù)庫坐標(biāo)生成點文件

利用外部地?zé)釘?shù)據(jù)庫坐標(biāo),生成具有各種投影的GIS點文件.

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

利用MapGIS平臺二次開發(fā)庫,通過面向?qū)ο蠓治?OOA),有效地利用統(tǒng)一建模語言(UML), 應(yīng)用上述設(shè)計,設(shè)計并建立了類圖和類.并據(jù)此實現(xiàn)了MapView (地圖視圖類)、GSGWGIS(數(shù)據(jù)庫組織類)、CommPort (數(shù)據(jù)通訊類)、MapLayerManager(圖層管理類)、GeoDatabase(數(shù)據(jù)庫連接類)、DrawGraph(繪圖類)、DataDsp(數(shù)據(jù)屬性類)、GeoSurvOrgCtl(數(shù)據(jù)庫管理視圖類)等類(見圖2).

基于微軟的.Net frameWork、XML技術(shù),利用VC#.Net、VC++6.0等開發(fā)工具,進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā).實現(xiàn)了集地?zé)釘?shù)據(jù)管理、遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、地?zé)釘?shù)據(jù)統(tǒng)計分析為一體的地?zé)豳Y源實時數(shù)據(jù)監(jiān)測與信息管理系統(tǒng).系統(tǒng)主要由空間數(shù)據(jù)庫管理視圖、空間圖層列表視圖、地區(qū)列表視圖、地圖瀏覽視圖、數(shù)據(jù)與監(jiān)測視圖、菜單、工具欄等部分組成(見圖3).

3 結(jié)束語

結(jié)合GIS技術(shù)和最新的計算機(jī)開發(fā)技術(shù),以地?zé)峥臻g數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源,進(jìn)行天津市地?zé)豳Y源實時監(jiān)測與信息管理系統(tǒng)的研發(fā),確保地?zé)豳Y源在信息化管理、智能化監(jiān)測等方面緊跟信息技術(shù)發(fā)展潮流.通過遠(yuǎn)程對地?zé)峋乃疁?、流量、井口壓力、水位等動態(tài)參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測、科學(xué)管理,可以隨時掌握地?zé)豳Y源的開發(fā)利用現(xiàn)狀,同時結(jié)合地?zé)峥臻g數(shù)據(jù)庫,利用系統(tǒng)實現(xiàn)地?zé)峥臻g數(shù)據(jù)查詢與分析,為地?zé)峁芾聿块T進(jìn)行地?zé)嵋?guī)劃、管理提供輔助決策信息.

略)