周 紅，阿迪力·艾則孜

(新疆水文水資源局，新疆 烏魯木齊 830000)

地下水是一項重要的水資源，是自然界循環(huán)的重要組成部分。有些地區(qū)不合理的地下水過度開采，形成了漏斗區(qū)，使得地下水在水位、水質(zhì)、水量等方面遭到了嚴重的破壞，生態(tài)環(huán)境日益惡化。為了及時掌握和了解地下水監(jiān)測系統(tǒng)的動態(tài)變化過程及趨勢，對于干旱缺水的喀什地區(qū)，地下水自動監(jiān)測是一項迫切需求。該地區(qū)共建設了79個地下水監(jiān)測站點分布于11個轄區(qū)縣，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、傳輸、接收處理等。其中采集層主要負責完成監(jiān)測數(shù)據(jù)遠程實時自動采集的水位埋深、水溫等信息的自動采集、存貯及傳輸?shù)娜蝿?。傳輸層主要負責信息的傳輸，由于監(jiān)測井點的位置分布范圍廣，在區(qū)域內(nèi)都有GPRS信號覆蓋，選擇 GPRS主信道的組網(wǎng)通訊方式，在專門通信軟件的支持下，依托移動公網(wǎng)完成測站至中心的數(shù)據(jù)上報。數(shù)據(jù)處理中心主要負責各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的接收、存貯、分析處理等工作。

1 信息系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)總體結構設計

通過建立塔里木河流域地下水信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)的地下水水位埋深、水溫、開采量等數(shù)據(jù)監(jiān)測、管理與評價分析。通過對地下水信息的綜合分析處理，為地下水信息管理、預測預報、調(diào)度配置提供信息服務和技術保障，從而有效的提高地下水應用服務水平［1］。

系統(tǒng)采用B/S結構開發(fā)，系統(tǒng)的物理結構采用數(shù)據(jù)層、邏輯層、表現(xiàn)層三層結構模式。

數(shù)據(jù)層目前主要指數(shù)據(jù)庫，存儲和管理地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)保存、讀取和檢索等功能。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為決策支持系統(tǒng)提供統(tǒng)一的地下水水位埋深、水溫、開采量數(shù)據(jù)等專業(yè)數(shù)據(jù)庫的結構、編碼分類，運行與管理環(huán)境。數(shù)據(jù)采用分布式結構。

邏輯層也是應用層，主要負責實現(xiàn)軟件邏輯的處理過程，所有的應用邏輯都在這里進行。該層從數(shù)據(jù)層獲取數(shù)據(jù)，然后根據(jù)業(yè)務邏輯對數(shù)據(jù)進行加工處理，隨后將加工過的數(shù)據(jù)傳送給表現(xiàn)層。主要模塊有地下水數(shù)據(jù)管理(包括基礎信息服務)、地下水統(tǒng)計分析系統(tǒng)、系統(tǒng)管理。

表現(xiàn)層也是客戶服務層，主要是人機交互提供數(shù)據(jù)接口。提供給用戶一個自然的、人性化的圖形用戶界面來發(fā)出請求、輸入信息和獲取數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計

地下水信息數(shù)據(jù)庫的作用非常重要，它包含了大量的地下水信息，既有歷史數(shù)據(jù)，也有實時數(shù)據(jù)，既有數(shù)據(jù)也有圖像。因此在設計數(shù)據(jù)庫結構時，既要使其總體結構具有較高的靈活性、可擴充性、可維護性，又要保證數(shù)據(jù)的可靠、有效、完整、完全［2］。功能結構先進合理、操作使用靈活方便。數(shù)據(jù)庫設計是以《地下水監(jiān)測規(guī)范(SL 183－2005)》數(shù)據(jù)庫表結構為基礎，在規(guī)范中能滿足應用要求的，嚴格按規(guī)范中表結構實行。不能滿足要求的，則根據(jù)需求自行設計。在設計時要求既要符合數(shù)據(jù)庫規(guī)范設計標準，又要保證與實際需要相結合，避免冗余數(shù)據(jù)?？梢愿咝У貙?shù)據(jù)進行規(guī)范化、標準化、系統(tǒng)化管理［3］。

數(shù)據(jù)庫設計是將基礎數(shù)據(jù)統(tǒng)一在關系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)SqlServer中，由其統(tǒng)一管理。地下水資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫由水文地質(zhì)基本信息表、測站關系表、地下水原始數(shù)據(jù)表、地下水整編數(shù)據(jù)表及用戶管理表等組成。見圖1。

圖1 數(shù)據(jù)庫設計

1.3 系統(tǒng)軟件設計

管理信息系統(tǒng)軟件采用.NET技術路線，結合微軟Visual Studio 2008和SQL2008進行系統(tǒng)的軟件開發(fā)和設計;地理信息系統(tǒng)部分采用WebGis框架進行設計和開發(fā)。前端為IE瀏覽器，發(fā)送客戶請求，請求通過集成的Web服務器進行處理，并與后端SQL數(shù)據(jù)庫結合處理數(shù)據(jù)的存取，完成請求任務，并將結果頁面返回給客戶端。

1.4 系統(tǒng)安全性設計

系統(tǒng)安全性設計主要從網(wǎng)絡安全、數(shù)據(jù)安全和應用安全等方面進行考慮，使系統(tǒng)在運行的每個環(huán)節(jié)都有可靠的安全性。

網(wǎng)絡安全性設計:系統(tǒng)在網(wǎng)絡層的安全措施主要采取防火墻保護和入侵檢測系統(tǒng)技術。通過使用不同型號的防火墻保護系統(tǒng)，保護web服務器與后臺數(shù)據(jù)庫的連接。網(wǎng)絡入侵檢測系統(tǒng)通過全面檢測可能的入侵行為，及時識別各種攻擊性行為，生成入侵檢測報告。通過采取有效措施實現(xiàn)網(wǎng)絡的安全。

數(shù)據(jù)安全性設計:通過對數(shù)據(jù)庫用戶、數(shù)據(jù)庫管理者、應用程序開發(fā)者等不同的數(shù)據(jù)使用者進行了設計要求，這樣就保證了在各個環(huán)節(jié)都使數(shù)據(jù)的安全性得到了充分保證。

應用安全性設計:通過對應用服務器、應用服務、系統(tǒng)監(jiān)控和日志等安全性進行設置，除采用安全技術確保系統(tǒng)安全外，還在應用服務、系統(tǒng)監(jiān)控和日志管理等方面保證了系統(tǒng)的安全運行。

1.5 系統(tǒng)功能設計

塔里木河流域地下水信息管理系統(tǒng)是以喀什地區(qū)地下水監(jiān)測站實時數(shù)據(jù)和整編數(shù)據(jù)為基礎，實現(xiàn)地下水數(shù)據(jù)管理、地下水統(tǒng)計分析及系統(tǒng)管理。具有數(shù)據(jù)處理、報表生成，測站地理信息及整編成果管理、水文要素相關性分析等功能為目的的軟件系統(tǒng)。見圖2。

在設計功能時，要求系統(tǒng)的功能清楚、邏輯清晰、設計合理［3］;各功能模塊相互獨立，具備獨立的處理功能，且模塊的穩(wěn)定性好，操作可靠，數(shù)據(jù)處理方法力求科學、實用［4］。

1.5.1 數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理

采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)與基礎數(shù)據(jù)。此外還需設計高效的數(shù)據(jù)結構，優(yōu)化組織數(shù)據(jù)，方便數(shù)據(jù)的管理，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的訪問安全控制及數(shù)據(jù)備份［5］。

1.5.2 圖形的顯示、編輯、查詢

實現(xiàn)屬性、圖形圖像、數(shù)據(jù)的管理，能夠進行測站點的增加、刪除、修改、編輯、信息查詢等功能操作;實現(xiàn)監(jiān)測站點的空間和屬性的管理及查詢功能;實現(xiàn)統(tǒng)計分析及相關曲線的繪制。

1.5.3 專業(yè)分析功能

主要包括地下水水位、水溫原始數(shù)據(jù)、整編數(shù)據(jù)、統(tǒng)測站數(shù)據(jù)等專業(yè)數(shù)據(jù)處理、分析功能;并能通過多種圖形(如折線圖、柱狀圖、餅狀圖等)來展示相關的地下水數(shù)據(jù)，以期發(fā)現(xiàn)其中的變化規(guī)律。

1.5.4 業(yè)務報表的設計與輸出

根據(jù)《地下水監(jiān)測規(guī)范(SL 183－2005)》中業(yè)務報表的格式要求，從原始數(shù)據(jù)、整編數(shù)據(jù)表中讀取相應的數(shù)據(jù)，通過業(yè)務邏輯計算形成整編表。數(shù)據(jù)格式以年鑒刊印本的格式要求為準，同時也可輸出相應的 XLS文件格式，并且可以打印這些報表成果。

1.5.5 統(tǒng)計分析圖示

可以圖形和表格的形式實現(xiàn)埋深趨勢分析和埋深對比分析。需地下水的單站動態(tài)分析、多站動態(tài)分析及區(qū)域動態(tài)分析。

1.5.6 系統(tǒng)管理

主要實現(xiàn)用戶管理、權限分配、日志管理、數(shù)據(jù)庫管理和系統(tǒng)框架管理。

2 信息管理系統(tǒng)功能實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

在系統(tǒng)的實現(xiàn)過程中，地下水信息管理系統(tǒng)軟件采用 B/S模式設計，基于.Net架構集成技術。.Net平臺是一種功能完備，穩(wěn)定可靠，安全快速的企業(yè)級計算平臺。支持多數(shù)據(jù)庫的適配，提供開放的、平臺級的應用編程接口和管理工具，系統(tǒng)在集成新的應用時，具有良好的可擴展性。使用了C#語言編程技術，并且采用了直觀的圖形用戶界面技術，信息的表達形象、直觀、簡潔明了;數(shù)據(jù)庫平臺采用 Microsoft SQL Server 2008，系統(tǒng)的實時監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)地下水觀測井的實時數(shù)據(jù)同步，并且可以對實時數(shù)據(jù)進行查詢、分析以及統(tǒng)計的功能，地下水時空分析圖和地下水動態(tài)分析圖(等值線生成)，使地下水數(shù)據(jù)成果直接獲得了應用，增強了地下水信息管理的高效性和準確性。

通過地下水信息管理系統(tǒng)，使地下水的監(jiān)測信息得到及時的分析處理。主要內(nèi)容包括地下水數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、地下水統(tǒng)計分析系統(tǒng)、及系統(tǒng)管理三個方面。

圖2 系統(tǒng)功能設計

2.1.1 地下水數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能

地下水數(shù)據(jù)管理是地下水信息管理系統(tǒng)的基礎，它負責原始數(shù)據(jù)的管理、整編數(shù)據(jù)管理、業(yè)務報表及基本信息管理。除在每張表中有瀏覽、增加、修改、刪除、查詢等功能外，還根據(jù)需求增加了導入、導出、打印等功能。用戶可以根據(jù)權限對表進行操作。

原始數(shù)據(jù)管理:是對原始數(shù)據(jù)進行管理，在這個管理系統(tǒng)中既包含了對遙測數(shù)據(jù)的管理，也包含了對人工觀測數(shù)據(jù)的管理。有原始水位人工數(shù)據(jù)管理、原始水位自動數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)測站原始數(shù)據(jù)管理、原始水溫人工數(shù)據(jù)管理、原始水溫自動數(shù)據(jù)管理、原始開采量數(shù)據(jù)管理。

整編數(shù)據(jù)管理:是將原始表中的數(shù)據(jù)轉入到整編表中，使原始數(shù)據(jù)與整編數(shù)據(jù)分離，有利于數(shù)據(jù)的管理。同時也可增加或?qū)脒M行數(shù)據(jù)入庫。

業(yè)務報表:主要是根據(jù)地下水監(jiān)測規(guī)范要求，從整編數(shù)據(jù)表中讀取相應的數(shù)據(jù)生成整編的業(yè)務成果報表，并可打印業(yè)務報表。實現(xiàn)了入庫數(shù)據(jù)的自動整編。根據(jù)規(guī)范要求生成了13種成果表。地下水監(jiān)測站基本情況考證成果一覽表、地下水水位自動監(jiān)測資料摘錄成果表、地下水水位逐日監(jiān)測成果表、地下水埋深逐日監(jiān)測成果表、地下水水位5日監(jiān)測成果表、地下水埋深5日監(jiān)測成果表、地下水水位10日監(jiān)測成果表、地下水埋深10日監(jiān)測成果表、地下水水位年特征值統(tǒng)計表、地下水開采量監(jiān)測成果表、地下水水溫監(jiān)測成果表、地下水統(tǒng)測站考證成果一覽表、地下水水位統(tǒng)測成果表。

基本信息包括:主要完成基本信息管理，對基本監(jiān)測站信息、統(tǒng)測站基本信息、基本站和統(tǒng)測站的沿革信息、監(jiān)測站成井時的鉆孔信息、巖性信息、井壁管信息、過濾管信息、成井時的抽水試驗信息、成井時的篩分試驗數(shù)據(jù)、地貌類型區(qū)信息、對水文地質(zhì)單元名稱的管理、對水源地、超采區(qū)等特殊地貌類型區(qū)的管理、對監(jiān)測站所屬的特殊類型區(qū)的管理。

2.1.2 地下水統(tǒng)計分析系統(tǒng)

地下水統(tǒng)計分析系統(tǒng)主要是通過圖形對地下水信息進行監(jiān)測、查詢及統(tǒng)計圖形的繪制。使圖形具有刷新、放大、縮小、移動地圖、復原按鈕等功能。主要有地下水動態(tài) GIS、地下水查詢、地下水分析。

地下水動態(tài)GIS:是通過地圖對地下水基本信息進行查詢?？梢渣c選或框選查詢選定的測站信息及監(jiān)測數(shù)據(jù)。并通過所選監(jiān)測站點可查詢某條河流、流域、水位觀測井在GIS圖中的位置，并顯示相關屬性。地圖具有刷新、放大、縮小、移動地圖、復原按鈕?？梢赃M行圖層控制、圖例控制等管理。根據(jù)成井信息、巖性信息、井管信息、過濾管信息以及抽水試驗和篩分試驗等形成機井柱狀圖，從圖中能夠顯示該井的巖性、井管等信息。同時可以在圖形上進行地下水位、水溫實時監(jiān)控。

地下水查詢實現(xiàn)了對監(jiān)測站全方位的統(tǒng)計查詢，主要包括:監(jiān)測站分布統(tǒng)計、監(jiān)測站基本信息查詢、監(jiān)測水位埋深數(shù)據(jù)查詢。通過條件選擇實現(xiàn)監(jiān)測水位數(shù)據(jù)的查詢，監(jiān)測站編碼、監(jiān)測站名稱、原編碼支持模糊查詢，根據(jù)添加的監(jiān)測時間顯示選擇條件范圍的測站的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

地下水分析主要有地下水時空分析和地下水動態(tài)分析。地下水時空分析從時間和空間兩個方面，分別對單站、多站及區(qū)域地下水水位埋深數(shù)據(jù)開展趨勢分析和對比分析。地下水動態(tài)分析是對區(qū)域地下水進行等值線(面)和變幅等值線(面)的繪制以及變幅分析

2.1.3 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理主要是對系統(tǒng)框架管理、用戶管理、權限分配、日志管理、數(shù)據(jù)庫管理。

系統(tǒng)框架管理主要是對系統(tǒng)欄目進行管理。主要有系統(tǒng)欄目定制、系統(tǒng)權限維護、權限類型管理。系統(tǒng)欄目定制實現(xiàn)系統(tǒng)欄目的管理，可以添加服務子項目，對服務項目資源進行添加、刪除、排序等。系統(tǒng)權限維護實現(xiàn)對系統(tǒng)權限的維護管理，對于系統(tǒng)中每個項目資源所有的權限類型可以進行重新設置。權限類型管理實現(xiàn)對權限類型的管理，可以對所有的權限類型進行具體操作。

用戶管理主要是對用戶及其權限進行管理。主要有部門及人員管理，實現(xiàn)對部門及人員信息的管理，角色管理對人員的角色進行管理。主要包括添加角色、角色成員管理、修改、刪除、排序等5個功能。

權限分配分別對角色權限分配和用戶權限進行分配管理。

日志管理實現(xiàn)對信息系統(tǒng)進行操作日志的管理，具有瀏覽、查詢功能。

數(shù)據(jù)庫管理是對數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復。

2.2 系統(tǒng)關鍵技術

(1)系統(tǒng)軟件采用 B/S模式設計，基于.Net架構集成技術，采用C#語言開發(fā)。.Net平臺是一種功能完備，穩(wěn)定可靠，安全快速的企業(yè)級計算平臺。支持多數(shù)據(jù)庫的適配，提供開放的、平臺級的應用編程接口和管理工具，系統(tǒng)在集成新的應用時，具有良好的可擴展性。

(2)采用直觀的圖形用戶界面技術，信息的表達形象、直觀、簡潔明了;能方便的實現(xiàn)系統(tǒng)的分布式表達和查詢;系統(tǒng)操作以菜單、圖形、圖標等形象化的界面元素為基礎，操作方便快捷。

(3)利用配置和權限管理系統(tǒng)，隨著業(yè)務的發(fā)展和業(yè)務需求的深入，通過配置和權限管理可以靈活定制系統(tǒng)的功能模塊，系統(tǒng)具有較高的靈活性和擴展性。見圖3。

圖3 系統(tǒng)管理(權限管理)

3 結語

塔里木河流域地下水監(jiān)測管理信息系統(tǒng)是建立在地下水信息數(shù)據(jù)庫基礎上，利用 GIS實現(xiàn)地下水信息的存儲、分析、查詢、管理、輸出。為地下水分析及管理提供了準確的數(shù)據(jù)。它主要從數(shù)據(jù)、圖形及系統(tǒng)三個方面對地下水進行了全面管理。

(1)地下水數(shù)據(jù)管理是地下水信息管理系統(tǒng)的基礎，它負責原始數(shù)據(jù)的管理、整編數(shù)據(jù)管理、業(yè)務報表及基本信息管理。

(2)地下水統(tǒng)計分析系統(tǒng)主要是通過圖形對地下水信息進行監(jiān)測、查詢及統(tǒng)計圖形的繪制。

(3)系統(tǒng)管理主要是對系統(tǒng)框架管理、用戶管理、權限分配、日志管理、數(shù)據(jù)庫管理。

通過對地下水的科學管理，提高了地下水監(jiān)測管理水平，為喀什及塔里木河流域地下水資源的合理調(diào)配和利用提供可靠依據(jù)。

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