韋雪文+高心宇+孫玉輝+趙賢林

摘要：從城市河流治理的實(shí)際需求出發(fā)，充分考慮到水文、水質(zhì)、生物棲息地質(zhì)量和生物評(píng)估的具體要求，設(shè)計(jì)了一種基于Web的城市河流生態(tài)健康評(píng)價(jià)系統(tǒng)。文中對(duì)城市河流生態(tài)健康的指標(biāo)及評(píng)定以及對(duì)如何利用web技術(shù)實(shí)現(xiàn)健康評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析。該研究對(duì)水質(zhì)預(yù)測(cè)及數(shù)據(jù)共享具有重要意義，為保護(hù)水資源和防治水污染提供有力的技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：河流生態(tài)健康；B/S架構(gòu)；AngularJS；Spring MVC；MySQL

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）26-0092-03

Abstract： The paper designs urban river ecological health assessment system Based on Web from the actual demand and fully considering the specific requirements of hydrology， water quality， habitat quality and biological evaluation. The indexes and assessment of urban river ecological health and the health assessment system Based on web are analyzed in detail. The development of this system is very important for water quality prediction and data sharing， and provides powerful technical support and scientific basis for protecting water resources and preventing water pollution.

Key words： river ecological health； B/S； AngularJS； Spring MVC； MySQL

一般來說，城市河流的生態(tài)健康表現(xiàn)為社會(huì)祝福功能，以滿足城市防洪排澇、提供城市用水水源、水面清潔美觀等該功能需求，更加強(qiáng)調(diào)美學(xué)價(jià)值和一定的娛樂功能。傳統(tǒng)意義上的河流健康評(píng)價(jià)一般以河流開發(fā)和功能建設(shè)為目的，主要以水文條件和水質(zhì)評(píng)估為主，忽略了河流的生態(tài)健康，因此，對(duì)于城市水體來說，需要以生態(tài)環(huán)境為重點(diǎn)同時(shí)兼顧水體的社會(huì)服務(wù)功能[1]。目前常見的生態(tài)健康評(píng)價(jià)方法包括模型預(yù)測(cè)法和綜合指標(biāo)法，模型預(yù)測(cè)法主要通過單一因子對(duì)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，信息量較少，不能夠反應(yīng)水體的多方面綜合信息，具有一定局限性。綜合指標(biāo)法涵括信息較多，反映水體生態(tài)健康信息較多，綜合分析與評(píng)價(jià)水生生態(tài)系統(tǒng)的完整性，并進(jìn)行合理的解釋，應(yīng)用較多[2-4]。因此，本研究采用綜合指標(biāo)法對(duì)城市河流生態(tài)健康進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的確定及評(píng)定

城市河流生態(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)分為三個(gè)層次：第一層為目標(biāo)層，第二層為準(zhǔn)則層，第三層為指標(biāo)層。考慮到主要的社會(huì)功能和景觀工程，生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系需要包含水質(zhì)特征、水文特征、沿河地形、生物狀況和景觀美學(xué)等方面[2-4]，所以當(dāng)前對(duì)城市河流生態(tài)系統(tǒng)健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了如下分類（詳見表1）。其中，評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層包括水質(zhì)特征、棲息地（生境）特征、水體微生物多樣性特征和河道景觀特征共4個(gè)特征，每個(gè)準(zhǔn)則層由若干個(gè)指標(biāo)層組成，整個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)層包含了17個(gè)指標(biāo)。

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、現(xiàn)狀分析、參照對(duì)比、專家咨詢等方法，對(duì)照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)文件，確定評(píng)價(jià)城市水體生態(tài)健康的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。本研究將城市水體健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分和指標(biāo)體系綜合評(píng)分分為五級(jí)（個(gè)別指標(biāo)評(píng)分等級(jí)分為3或4級(jí)），當(dāng)河流健康程度為良好時(shí)，評(píng)分為4分，當(dāng)河流處于病態(tài)時(shí)，評(píng)價(jià)為0分（詳見表2）。

最后本研究通過采用定性與定量分析相結(jié)合的層次分析法確定權(quán)重，盡可能減少權(quán)重主觀性，提高權(quán)重的客觀性和準(zhǔn)確性，融合了間接轉(zhuǎn)接評(píng)分的多專家綜合意見，根據(jù)客觀事件的模糊判斷，就每一層次的相對(duì)重要性給出定量表示，再利用數(shù)學(xué)方法確定全部元素相對(duì)重要性次序的權(quán)重系數(shù)，具有一定的科學(xué)性。

2 基于Web的城市河流生態(tài)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

針對(duì)軟件系統(tǒng)而言，通常分為C/S和B/S兩種軟件架構(gòu)。 C/S 架構(gòu)是一種典型的兩層架構(gòu)，其全程是Client/Server，即客戶端服務(wù)器端架構(gòu)，其客戶端包含一個(gè)或多個(gè)在用戶的電腦上運(yùn)行的程序，而服務(wù)器端有兩種，一種是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端，即客戶端通過數(shù)據(jù)庫連接訪問服務(wù)器端的數(shù)據(jù)；另一種是Socket服務(wù)器端，即服務(wù)器端的程序通過Socket與客戶端的程序通信。B/S架構(gòu)的全稱為Browser/Server，即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。Browser指的是Web瀏覽器，極少數(shù)事務(wù)邏輯在前端實(shí)現(xiàn)，但主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，Browser客戶端，WebApp服務(wù)器端和DB端構(gòu)成所謂的三層架構(gòu)。B/S架構(gòu)的系統(tǒng)相對(duì)于C/S架構(gòu)的系統(tǒng)而言，具有開發(fā)方便、擴(kuò)展性強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單以及能夠隨時(shí)進(jìn)行瀏覽業(yè)務(wù)等特點(diǎn)。本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖見圖1。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 利用angularJS和Bootstrap開發(fā)的用戶界面

AngularJS 是一款由 Google 公司開發(fā)的基于JavaSript的MVC框架，主要用于動(dòng)態(tài)應(yīng)用程序開發(fā)工作。它具有如下特點(diǎn)：1）數(shù)據(jù)雙向綁定，可以實(shí)現(xiàn)View層與model層數(shù)據(jù)的同步，一方的改變會(huì)影響另一方；2）代碼模塊化；3）提供依賴注入，可以大大降低模塊之間的耦合度；4）支持測(cè)試驅(qū)動(dòng)開發(fā)。使用AngulerJS能大大降低了前端開發(fā)人員的學(xué)習(xí)曲線，使得程序的開發(fā)、維護(hù)和測(cè)試更好的簡(jiǎn)潔，提高測(cè)試和開發(fā)效率。endprint

Bootstrap是Twitter推出的一個(gè)用于前端開發(fā)的開源工具包，它內(nèi)置了非常多的漂亮樣式，即便是非專業(yè)的前端開發(fā)人員也能輕易使用。

所以在本系統(tǒng)中采用AngularJS和Bootstrap能夠快速地構(gòu)建一套展示優(yōu)美、體驗(yàn)流暢的web界面。

2.2.2 使用SpringMVC作為控制器

Spring是以輕量級(jí)的開源框架，它以控制反轉(zhuǎn)原則和面向切面編程思想為基礎(chǔ)，提供管理業(yè)務(wù)對(duì)象服務(wù)。Spring框架提供構(gòu)建Web應(yīng)用程序的全功能MVC模塊，它是一種高度可配置的MVC框架。Spring MVC實(shí)現(xiàn)了MVC的核心概念，它為Controller和處理程序提供了大量與此模式相關(guān)的功能，當(dāng)向MVC添加反轉(zhuǎn)控制時(shí)，它使應(yīng)用程序高度解耦，提供簡(jiǎn)單的配置更改就可以動(dòng)態(tài)地更改組件的靈活性[5]。

2.2.3 使用MySQL數(shù)據(jù)庫保存數(shù)據(jù)

MySQL是一種開放源代碼的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS），MySQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用最常用的數(shù)據(jù)庫管理語言—結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理。選擇MySQL作為數(shù)據(jù)庫主要是由于開源免費(fèi)，而且在速度、可靠性和適應(yīng)性上面滿足本系統(tǒng)的需要。

2.3 系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)管理模塊，在線評(píng)價(jià)模塊和結(jié)果查詢模塊三個(gè)部分，詳見圖2 。

其中系統(tǒng)管理模塊包括用戶管理、角色管理、日志管理。在線評(píng)價(jià)包括指標(biāo)采集系統(tǒng)、計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)果系統(tǒng)。結(jié)果查詢包括水質(zhì)數(shù)據(jù)報(bào)表、評(píng)價(jià)結(jié)果報(bào)表。

本系統(tǒng)主要是對(duì)城市河流生態(tài)健康的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一化管理、有效地分析處理和可視化展示，其中主要涉及的業(yè)務(wù)范圍包括：

1） 用戶及角色管理：該系統(tǒng)的用戶包括系統(tǒng)管理員、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目管理員、監(jiān)測(cè)站點(diǎn)工作人員3類人員。其中系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)系統(tǒng)權(quán)限的各種設(shè)置、配置、調(diào)整，包括評(píng)價(jià)模型中評(píng)價(jià)指標(biāo)項(xiàng)、權(quán)重設(shè)置等；負(fù)責(zé)創(chuàng)建及審核城市河流項(xiàng)目。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目管理員只對(duì)自身所在項(xiàng)目的相關(guān)信息與數(shù)據(jù)有操作權(quán)限，填寫、修改本項(xiàng)目生態(tài)的基本信息，對(duì)本項(xiàng)目生態(tài)的基本信息、水質(zhì)健康等級(jí)信息、歷史水質(zhì)數(shù)據(jù)等進(jìn)行查詢和訪問。監(jiān)測(cè)站點(diǎn)工作人員負(fù)責(zé)該監(jiān)測(cè)站點(diǎn)所有評(píng)價(jià)指標(biāo)的人工錄入。

2） 日志管理：系統(tǒng)管理員能夠登錄查看登錄日志和模塊訪問記錄，全面掌握用戶詳細(xì)操作步驟，確保系統(tǒng)安全。

3） 指標(biāo)采集系統(tǒng)：該模塊用于錄入城市河流生態(tài)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的相關(guān)指標(biāo)項(xiàng)。

4） 計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)果系統(tǒng)：根據(jù)采集到的指標(biāo)項(xiàng)，按照內(nèi)部的評(píng)定方法計(jì)算出17個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值以及當(dāng)前此河流的生態(tài)健康情況。

5） 水質(zhì)數(shù)據(jù)報(bào)表：為城市河流所包含的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)提供報(bào)表展示、列表匯總和數(shù)據(jù)報(bào)表導(dǎo)出的服務(wù)。

6） 評(píng)價(jià)結(jié)果報(bào)表：為城市河流所包含的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的生態(tài)健康風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果提供報(bào)表展示、列表匯總和數(shù)據(jù)報(bào)表導(dǎo)出的服務(wù)。

部分效果展示圖見圖3。

3 結(jié)束語

本研究從水質(zhì)特征、河道生境特征、水體微生物多樣性特征和河道景觀特征四方面制定了17個(gè)城市河流生態(tài)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并利用web技術(shù)開發(fā)出一套健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)水資源的信息集成和共享，對(duì)環(huán)保部門工作的科學(xué)化、管理的現(xiàn)代化都具有積極的促進(jìn)意義。

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