田 華，賈繼民，張建江，馬永紅，常 虹

新疆部隊(duì)水質(zhì)數(shù)字化管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

田 華，賈繼民，張建江，馬永紅，常 虹

目的：設(shè)計(jì)一套為新疆部隊(duì)水源水質(zhì)服務(wù)的綜合信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對水源水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。方法：采用B/S與C/S相結(jié)合的系統(tǒng)架構(gòu)，以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫作為服務(wù)端，利用PowerBuilder 9.0開發(fā)客戶端程序。系統(tǒng)包括監(jiān)測、分析、預(yù)警、綜合管理等功能模塊。結(jié)果：設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能強(qiáng)大、界面友好、操作簡單、安全性良好。結(jié)論：利用該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對水質(zhì)監(jiān)測的現(xiàn)代化、規(guī)范化的高效管理，但目前該系統(tǒng)尚處于起步階段，還有待進(jìn)一步的研究。

數(shù)字化管理；信息系統(tǒng)；水源水質(zhì)；新疆部隊(duì)

0 引言

新疆部隊(duì)駐守在祖國西部邊陲，擔(dān)負(fù)著維護(hù)新疆和西藏阿里地區(qū)社會(huì)穩(wěn)定、保護(hù)人民群眾生命安全的重要使命，部隊(duì)高度分散、點(diǎn)多、線長、面寬，水源衛(wèi)生狀況較差。傳統(tǒng)的方法不能對水質(zhì)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，難以對水質(zhì)污染突發(fā)事件進(jìn)行預(yù)警和跟蹤等。如何在突發(fā)事件下，盡早預(yù)警水源污染情況，盡快實(shí)施相關(guān)飲用水水質(zhì)安全保障措施，是關(guān)系國家民生的重要內(nèi)容之一[1]。目前，國內(nèi)對水源水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)的研究成果相當(dāng)豐富，全國各地都陸續(xù)建成并得到很好的應(yīng)用[2-3]。而新疆部隊(duì)有關(guān)水源水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)的研究仍屬空白。因此，著手開發(fā)一套針對新疆部隊(duì)水源水質(zhì)安全監(jiān)管的軟件，對污染水質(zhì)實(shí)施有效監(jiān)控，并通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輔助決策，幫助管理者、軍區(qū)機(jī)關(guān)、疾控中心以及水質(zhì)管理人員了解現(xiàn)場水源的污染情況，從而形成一套科學(xué)的管理體系，確保水源水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保突發(fā)重大污染事件下的水質(zhì)安全保障[4-5]。

1 水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路

國內(nèi)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，許多供水企業(yè)已建成供水管網(wǎng)水質(zhì)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)[6-7]，大多數(shù)僅處于監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理和進(jìn)行簡單的分析，沒有與之配套的模擬預(yù)測分析、事故確認(rèn)和事故決策方法。

針對新疆部隊(duì)飲用水的水源特點(diǎn)及保障水質(zhì)的要求，構(gòu)建監(jiān)測、預(yù)警、分析、應(yīng)急于一體的水源水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警管理信息系統(tǒng)。水質(zhì)管理系統(tǒng)由一個(gè)中心監(jiān)測站和若干個(gè)固定監(jiān)測子站組成（如圖1所示），水質(zhì)檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)由各個(gè)監(jiān)測子站將水質(zhì)檢測結(jié)果錄入系統(tǒng)，基于106項(xiàng)水質(zhì)國標(biāo)在線監(jiān)測與實(shí)時(shí)技術(shù)，全面提升飲用水水源水質(zhì)預(yù)警水平及應(yīng)急管理，做到集中管控、實(shí)時(shí)預(yù)警、提前治理。

圖1 系統(tǒng)處理流程圖

系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（WebGIS）平臺的開發(fā)模式，以GIS為載體建立水源點(diǎn)信息及地理位置數(shù)據(jù)庫，然后與水質(zhì)狀態(tài)和中心預(yù)警模型連接起來，將實(shí)時(shí)分析結(jié)果展示在GIS中。本文中的水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)基于ArcGIS Server、Flash等軟件開發(fā)平臺完成，是集數(shù)據(jù)庫、評價(jià)、預(yù)測、預(yù)警、圖形等功能于一體的地理信息系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)的功能模塊及整體設(shè)計(jì)與開發(fā)

水質(zhì)預(yù)警管理系統(tǒng)采用B/S與C/S結(jié)合的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫作為服務(wù)端，利用PowerBuilder 9.0開發(fā)客戶端程序，包括監(jiān)測、分析、預(yù)警、綜合管理等功能模塊（如圖2所示）。

2.1 功能模塊

2.1.1 短信應(yīng)用平臺數(shù)據(jù)模塊（可擴(kuò)展）

系統(tǒng)采用當(dāng)前主流的短信應(yīng)用平臺技術(shù)，使系統(tǒng)交互性更強(qiáng)，脫離傳統(tǒng)的系統(tǒng)運(yùn)行模式，擺脫沒有計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)無法使用系統(tǒng)的情況。該模塊允許用戶通過短信方式與數(shù)據(jù)中心交互提交指標(biāo)數(shù)據(jù)，使中心監(jiān)控站的管理人員無需長時(shí)間查看系統(tǒng)是否有預(yù)警。一旦數(shù)據(jù)分析有預(yù)警情況發(fā)生，可直接以短信形式將預(yù)警內(nèi)容發(fā)送到管理人員的手機(jī)上，即使管理人員外出不在計(jì)算機(jī)旁也可第一時(shí)間了解預(yù)警的詳細(xì)信息。

2.1.2 數(shù)據(jù)中心模塊（可擴(kuò)展）

該模塊是系統(tǒng)中的主要模塊之一，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控分析監(jiān)測子站上傳的水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)發(fā)出預(yù)警，并能提供數(shù)據(jù)緩存服務(wù)（指標(biāo)數(shù)據(jù)與MapInfo地圖數(shù)據(jù)），提高Web窗體模塊的響應(yīng)速度。

2.1.3 Web窗體模塊

Web窗體模塊即UI展示模塊，該模塊承載所有用戶所要操作的子模塊。

2.1.3.1 用戶模塊

（1）用戶登錄。提供用戶登錄與退出操作。

（2）密碼管理。提供用戶修改賬戶密碼操作。

2.1.3.2 查詢模塊

（1）重點(diǎn)指標(biāo)快速查詢。系統(tǒng)可對用戶關(guān)心的重點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行提前設(shè)置，使用該功能可快速查詢系統(tǒng)設(shè)置中標(biāo)記的重點(diǎn)指標(biāo)數(shù)據(jù)。

（2）自定義查詢。提供自定義指標(biāo)查詢功能。

（3）報(bào)表生成與導(dǎo)出?？筛鶕?jù)日期、地區(qū)等條件對檢測結(jié)果生成各種圖表，例如柱狀圖、曲線圖、餅狀圖等，并提供導(dǎo)出功能。

（4）指標(biāo)預(yù)警地圖展示。根據(jù)系統(tǒng)中預(yù)定的國家規(guī)定飲用水指標(biāo)閾值對各個(gè)水源傳來的水源檢測結(jié)果進(jìn)行指標(biāo)檢測，檢測到不合格水質(zhì)時(shí)，將通過MapInfo地圖直觀地展示水源位置、超標(biāo)項(xiàng)等預(yù)警信息。

2.1.3.3 錄入模塊

（1）指標(biāo)錄入。各個(gè)監(jiān)測子站將采樣時(shí)間、采樣地點(diǎn)、水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)的檢測結(jié)果通過該功能上傳給系統(tǒng)。

（2）設(shè)備文件批量導(dǎo)入。可使用系統(tǒng)指定的模板對水源水質(zhì)檢測結(jié)果進(jìn)行批量導(dǎo)入。

2.1.3.4 設(shè)置模塊

（1）用戶管理。提供用戶新增、維護(hù)、權(quán)限分配等設(shè)置功能。

（2）權(quán)限管理。提供權(quán)限的新增、修改、刪除功能。

（3）指標(biāo)管理。主要針對國家規(guī)定的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中的各個(gè)指標(biāo)的管理，可對指標(biāo)進(jìn)行新增、刪除、修改等功能。

（4）數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)。提供數(shù)據(jù)庫備份與恢復(fù)功能。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

2.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用3層架構(gòu)形式，層與層之間的調(diào)用由特定功能模塊調(diào)用實(shí)現(xiàn)，各類信息由各個(gè)特定的接口實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)圖

（1）表現(xiàn)層。即Web端，基于客戶端Flash表現(xiàn)形式實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，以圖一體化形式為用戶提供豐富化的可視化操作界面。為了保證表現(xiàn)層的簡易性、靈活性、可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，系統(tǒng)借助ArcGIS API for Flex和Framework框架來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，以此來創(chuàng)建比傳統(tǒng)WebGIS更智能、更具交互性的客戶端。

（2）服務(wù)層。作為整個(gè)框架的核心，提供GIS地圖服務(wù)和各種數(shù)據(jù)服務(wù)。主要負(fù)責(zé)處理用戶從客戶端發(fā)來的各種請求，并根據(jù)類型作出相應(yīng)的響應(yīng)。ArcGIS Server作為GIS應(yīng)用服務(wù)器的核心組件，為客戶端提供在線地圖服務(wù)，并通過空間數(shù)據(jù)引擎連接空間數(shù)據(jù)庫?；?NET的Web應(yīng)用服務(wù)器提供系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)服務(wù)，用于客戶端與后臺進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互，包括水質(zhì)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)布模塊和預(yù)警模塊的數(shù)據(jù)傳輸都是由Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的。服務(wù)層可對短信應(yīng)用平臺支持?jǐn)U展接口。

（3）數(shù)據(jù)層。主要包括空間數(shù)據(jù)引擎ArcCatalog以及數(shù)據(jù)庫Oracle，主要功能是為水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)庫模塊包括實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(zhì)、水源點(diǎn)空間分布及水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)檢測指標(biāo)包括色度、渾濁度、臭和味、肉眼可見物、pH值、總硬度、鐵、錳、銅、鋅、揮發(fā)酚、陰離子合成洗滌劑、硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物、氟化物、氰化物、砷、汞、鎘、鉻、鉛、細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群等常用指標(biāo)。

2.2.2 公共類設(shè)計(jì)

公共類及接口主要是對應(yīng)用系統(tǒng)的通用方法進(jìn)行抽象，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的一些基礎(chǔ)功能，為各子系統(tǒng)提供部分可供調(diào)用的基本方法和接口，有效地實(shí)現(xiàn)代碼的重用，保證整體的一致性。同時(shí)，各子系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，可以依據(jù)各模塊內(nèi)部的業(yè)務(wù)邏輯對基本方法和接口進(jìn)行組合和擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)各模塊特有的業(yè)務(wù)功能。系統(tǒng)主界面如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)主界面

公共類主要有數(shù)據(jù)訪問類、統(tǒng)計(jì)圖表類、圖層控制類、目錄管理類、數(shù)據(jù)處理類等。各類的設(shè)計(jì)如下：

（1）數(shù)據(jù)訪問類。此類主要實(shí)現(xiàn)與Oracle數(shù)據(jù)庫的交互，實(shí)現(xiàn)的功能包括屬性數(shù)據(jù)庫的查詢、添加、刪除以及更新，空間數(shù)據(jù)庫的查詢、添加、刪除、數(shù)據(jù)檢測等操作，并通過函數(shù)的重載來實(shí)現(xiàn)不同輸入?yún)?shù)情況下功能的實(shí)現(xiàn)，以增加系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中的靈活性。通過此類的封裝可為其他模塊提供更加方便的實(shí)現(xiàn)函數(shù)。數(shù)據(jù)連接類圖如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)連接類圖

（2）統(tǒng)計(jì)圖表類。此類主要是對由屬性或業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)產(chǎn)生各類統(tǒng)計(jì)圖表的功能進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)各類統(tǒng)計(jì)圖表的繪制功能，包括柱狀圖、折線圖、餅狀圖等種類。通過此類的封裝可為其他相關(guān)模塊提供各類統(tǒng)計(jì)圖表的實(shí)現(xiàn)方法。統(tǒng)計(jì)圖表類圖及界面如圖6、7所示。

圖6 統(tǒng)計(jì)圖表類圖

圖7 統(tǒng)計(jì)圖表界面

（3）圖層控制類。此類主要是對矢量圖層的相關(guān)操作進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)圖層加載、圖層卸載、圖層可見與否等的控制以及圖層控制樹的動(dòng)態(tài)加載及實(shí)現(xiàn)。此類的封裝可為其他模塊實(shí)現(xiàn)圖層控制子模塊的實(shí)現(xiàn)方法以及對圖層的基本操作方法。圖層控制類圖如圖8所示。

圖8 圖層控制類圖

（4）目錄管理類。此類主要是對應(yīng)用系統(tǒng)中可能涉及到的各類對象的管理方法進(jìn)行封裝，包括組的創(chuàng)建、刪除，圖層狀態(tài)的獲取、設(shè)置以及初始化需要涉及到的相關(guān)操作。通過此類的封裝可為其他模塊提供更加簡便的操作。目錄管理類圖如圖9所示。

圖9 目錄管理類圖

（5）數(shù)據(jù)處理類。此類主要是對數(shù)據(jù)的處理進(jìn)行封裝，包括原始數(shù)據(jù)的讀取與解析、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換等主要功能。針對各種指標(biāo)采集或動(dòng)態(tài)地對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和轉(zhuǎn)換，為相關(guān)模塊提供統(tǒng)一的方法。數(shù)據(jù)處理類圖如圖10所示。

圖10 數(shù)據(jù)處理類圖

3 核心預(yù)警模塊

水質(zhì)預(yù)警模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。水源點(diǎn)傳感器采集后的數(shù)據(jù)通過上傳至服務(wù)中心，中心對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、分類與處理，將數(shù)據(jù)存儲到指標(biāo)記錄庫中，并從指標(biāo)閾值庫中讀取閾值與數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，如超出閾值，則發(fā)布預(yù)警信息（如圖11所示）。

圖4 中心預(yù)警模塊設(shè)計(jì)

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)的計(jì)算管理模式是集中式的，信息的流動(dòng)范圍有限。系統(tǒng)處于相對封閉和孤立的狀態(tài)，普遍存在嚴(yán)重的“信息孤島”問題，即每個(gè)子系統(tǒng)之間是獨(dú)立的，不能有效地進(jìn)行信息交換和共享，很難隨著業(yè)務(wù)范圍的增加而線性擴(kuò)充，不能適應(yīng)空間數(shù)據(jù)的爆炸性增長及其分布、動(dòng)態(tài)更新的要求[8]。WebGIS是一項(xiàng)應(yīng)用Internet技術(shù)來擴(kuò)展和完善傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)的新技術(shù)，是在GIS中嵌入HTTP和TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)的綜合應(yīng)用技術(shù)體系。利用Internet在Web上發(fā)布空間數(shù)據(jù)，為用戶提供空間數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢、分析等功能，已成為GIS發(fā)展的必然趨勢[9]。GIS的圖形處理功能能夠?qū)⒊鞘泄芫W(wǎng)和監(jiān)測點(diǎn)的信息圖文并茂、準(zhǔn)確、快速地顯示在屏幕中，使人清楚直觀地了解水源水質(zhì)的現(xiàn)狀，并可根據(jù)需要定制輸出各種專題圖[10]。

數(shù)據(jù)庫技術(shù)的運(yùn)用，使得存儲和管理海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)十分便捷安全。管網(wǎng)的水力水質(zhì)模擬基于良好的水力水質(zhì)模型，是預(yù)警系統(tǒng)關(guān)鍵的部分，利用其模擬分析可全面了解管網(wǎng)的運(yùn)行狀況。該系統(tǒng)基于C/S架構(gòu)，通過遍布全區(qū)基層連隊(duì)的全軍政工網(wǎng)或綜合信息網(wǎng)對水質(zhì)監(jiān)測實(shí)時(shí)信息進(jìn)行集中監(jiān)控管理，實(shí)時(shí)上傳并分析水源檢測結(jié)果。對超標(biāo)結(jié)果通過基于MapInfo地圖的WebGIS實(shí)時(shí)預(yù)警，直觀顯示超標(biāo)情況和地理位置，并且可采用當(dāng)前主流的短信應(yīng)用平臺技術(shù)，擺脫沒有計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)無法使用系統(tǒng)的情況。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)緩存服務(wù)可對繁多的水源檢測指標(biāo)數(shù)據(jù)和MapInfo地圖數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)緩存，使系統(tǒng)響應(yīng)速度更快、使用更流暢。

5 結(jié)語

部隊(duì)水源水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)是一項(xiàng)保障公共安全和社會(huì)穩(wěn)定的新方法、新手段，是一項(xiàng)結(jié)合了在線監(jiān)測技術(shù)、信息系統(tǒng)技術(shù)、預(yù)警技術(shù)和城市應(yīng)急保障體系的復(fù)雜工程。目前，新疆部隊(duì)水源水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)尚處于起步探索階段，還需深入研究。

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（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

蘭州軍區(qū)后勤科研項(xiàng)目（CLZ12J009）

田 華（1976—），女，博士，助理研究員，主要從事軍隊(duì)飲水衛(wèi)生研究工作，E-mail：thxxlz@sina.com。

830011烏魯木齊，新疆軍區(qū)疾病預(yù)防控制中心（田 華，賈繼民，張建江，馬永紅）；830002烏魯木齊，新疆軍區(qū)機(jī)關(guān)門診部（常 虹）