關 琴，柳浩然，馬雪瑩，林廣奇，姜曉芬，韓 旭

(1.山東省地質礦產勘查開發(fā)局八〇一水文地質工程地質大隊,山東 濟南 250014；2.濟南中安數(shù)碼科技有限公司，山東 濟南 250000)

1 引言

地下水動態(tài)監(jiān)測管理平臺目標是建設一個時效高、信息內容全面且準確可靠的地下水動態(tài)監(jiān)測管理平臺，為相關部門的統(tǒng)計分析決策提供科學、及時、有效的信息指導。利用GIS、數(shù)據(jù)庫技術和計算機網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)信息實時動態(tài)采集、信息存儲與管理、信息動態(tài)查詢、檢索、統(tǒng)計等，通過智能化的處理機制，建立有效、合理、實時的地下水動態(tài)監(jiān)測管理平臺。

平臺建設結合工作實際和地下水資源的實際分布等情況，實現(xiàn)地下水資源的動態(tài)監(jiān)測，評價與分析，建設一個全面管理地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、管理、分析、預警與發(fā)布為一體的地下水監(jiān)測預警綜合信息化平臺，實現(xiàn)地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳輸和及時發(fā)布，向政府和社會公眾發(fā)布更為豐富的地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)及成果信息，為地下水可持續(xù)管理提供科學依據(jù)。構建起地下水資源監(jiān)測管理服務系統(tǒng)應用與服務平臺，為地下水資源的統(tǒng)籌規(guī)劃與管理、分析評價提供技術支撐。

2 標準化工作流程

2.1 地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)集成

由于地下水監(jiān)測由各地市監(jiān)測站分別管理，監(jiān)測設備由不同廠商進行供應，導致數(shù)據(jù)存儲分散在不同數(shù)據(jù)庫，因此需要將數(shù)據(jù)庫進行集成，地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)庫集成方案主要有以下4種，需要與每個設備廠商進行溝通對接，選擇合適的集成方式。

(1)監(jiān)測設備數(shù)據(jù)實時傳輸：監(jiān)測數(shù)據(jù)直接傳送到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

(2)不定期被動接收推送數(shù)據(jù)：由設備廠商不定期的將監(jiān)測數(shù)據(jù)推送到已建立好的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

(3)定期自動采集與存儲：定期的從廠商數(shù)據(jù)庫中采集數(shù)據(jù)，時間可調整。

(4)數(shù)據(jù)實時共享：在網(wǎng)絡互連互通的前提下，以接口開發(fā)的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實習共享。

2.2 界面設計原則

地下水監(jiān)測預警綜合信息化平臺是一個綜合業(yè)務分析系統(tǒng)，要滿足地下水管理的需要，對系統(tǒng)使用者而言，界面就是系統(tǒng)。因此用戶界面設計將是系統(tǒng)詳細設計的中心工作之一。

本系統(tǒng)堅持圖形用戶界面(GUI)設計原則，界面直觀、對用戶透明：用戶接觸軟件后對界面上對應的功能一目了然、不需要多少培訓就可以方便使用本系統(tǒng)。界面設計的基本原則有以下特點。

(1)界面設計：根據(jù)數(shù)據(jù)錄入人員的業(yè)務處理習慣和規(guī)范作為客戶端(瀏覽器端)界面設計的依據(jù)，盡可能利用鼠標進行操作，減少文字輸入和鍵盤的使用。

(2)與工作習慣一致：界面的布局及所有輸入、輸出均應采用用戶的工作用語，體現(xiàn)用戶的工作習慣、工作模式，符合行業(yè)規(guī)范和日常辦公習慣。

(3)布局合理化原則：應注意在一個窗口內部所有控件的布局和信息組織的藝術性，使得用戶界面美觀；布局力求簡潔、有序、易于操作。

(4)界面應提供用戶對當前任務的運行狀況進行跟蹤的能力：可隨時提供各種信息，向用戶報告系統(tǒng)的運行狀況，讓用戶對系統(tǒng)的工作狀況有清楚地了解。

(5)界面風格一致：界面風格應與用戶普遍接受的微軟設計風格和網(wǎng)站設計風格一致。界面分區(qū)、界面提示、界面動態(tài)信息提示、過程提示、界面用語與專業(yè)術語一致等。

(6)界面應提供較好的引導幫助功能：用戶界面必須具備良好的幫助功能和提供足夠多的提示信息，引導用戶開展工作。

2.3 權限控制

根據(jù)人員層次的不同，需要對系統(tǒng)內成員進行權限劃分，并賦予不同的角色權限來保證數(shù)據(jù)庫結構的穩(wěn)定性、安全性。

(1)各地市用戶：管理管轄范圍內監(jiān)測點、監(jiān)測數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)信息，擁有查看、編輯、刪除所管轄數(shù)據(jù)的權限，以及數(shù)據(jù)的查看、檢索、編輯、導出、查詢統(tǒng)計功能。

(2)決策人員用戶：擁有平臺內監(jiān)測點、監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測設備的瀏覽與展示、統(tǒng)計功能。

(3)系統(tǒng)管理員：可對平臺內所有監(jiān)測點、監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測設備進行管理，擁有增加、編輯、刪除、瀏覽、導出、統(tǒng)計的功能。

2.4 數(shù)據(jù)更新維護

對系統(tǒng)內地下水數(shù)據(jù)提供更新、維護以及檢查機制，可提供監(jiān)測點基本信息、監(jiān)測設備基本信息、監(jiān)測設備維護信息、通訊設備基本信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)的批量導入、更新操作，更新數(shù)據(jù)通過導入模板的形式控制每個字段的數(shù)據(jù)格式，對于不符合格式的數(shù)據(jù)，拒絕上傳系統(tǒng)。對于有權限的用戶，可對系統(tǒng)內數(shù)據(jù)進行維護。具體包括數(shù)據(jù)的編輯操作，可對錯誤數(shù)據(jù)進行修改。

(1)附件資料維護更新。附件資料的處理主要包括原件處理、掃描、圖片格式轉換、PDF制作等，有些需要進行數(shù)據(jù)錄入和圖件矢量化。附件資料入庫方式主要有追加導入和更新導入，在已有附件基礎上追加或者刪除已有附件重新導入附件。

(2)地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)維護更新。地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)是掌握地下水動態(tài)變化情況的重要途徑，隨著地下水的長期監(jiān)測，數(shù)據(jù)會呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，其維護更新主要是通過人工進行數(shù)據(jù)導入或者自動接收監(jiān)測設備的傳輸數(shù)據(jù)。

3 地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫

建設的數(shù)據(jù)庫屬于地下水監(jiān)測預警綜合信息化平臺的一部分，要求建庫過程中能夠按照標準和相應需求進行建設，并能夠使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務接口進行發(fā)布。數(shù)據(jù)庫建設具體內容包括基礎數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫等，必須滿足地下水監(jiān)測預警綜合信息化平臺的正常運行，數(shù)據(jù)的正常導入、瀏覽和展示。

3.1 建庫原則

地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建設是將地下水數(shù)據(jù)信息化、標準化最重要的一步，其服務對象為整個水文專業(yè)人員、領導決策人員等，這要求地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的建設突出規(guī)范性、實用性、交互性。

3.2 建庫內容

地下水信息數(shù)據(jù)庫主要由空間數(shù)據(jù)、監(jiān)測點數(shù)據(jù)、監(jiān)測設備數(shù)據(jù)、地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)四大類信息組成。

(1)基礎空間數(shù)據(jù)：采用國家測繪地理信息局提供的天地圖服務。

(2)監(jiān)測點數(shù)據(jù)：主要包括監(jiān)測點的基本信息、地熱井基本信息、水源地基本信息以及監(jiān)測點的附件數(shù)據(jù)(平面示意圖、成井柱狀圖、典型照片、剖面圖)。

(3)監(jiān)測設備數(shù)據(jù)：包括設備基本信息、設備維護記錄、通訊設備基本信息。

(4)地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)：主要包括地下水位、水量、水溫、水質、水化學、降雨量等監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3.3 實體類劃分

地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫包括一級實體類3個，二級實體類19個，合計22個，其實體劃分如表1。

表1 地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫類別劃分

4 系統(tǒng)應用建設

地下水監(jiān)測預警綜合信息化平臺分為六大功能模塊分別是：數(shù)據(jù)管理、地下水一張圖、綜合分析與評價、預警預報、專題服務和系統(tǒng)管理。通過以上功能實現(xiàn)具備數(shù)據(jù)存儲展示、數(shù)據(jù)分析評價、預警預報等功能完備、實時動態(tài)的地下水監(jiān)測預警綜合信息化平臺，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能

4.1 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理提供監(jiān)測點數(shù)據(jù)、儀器設備數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)以Excel文件的形式批量導入、單條添加、編輯、刪除、瀏覽，結果以列表形式在平臺中展示(圖2)。

圖2 數(shù)據(jù)管理界面

數(shù)據(jù)審查提供管理員用戶對于待入庫數(shù)據(jù)的審核，以不同顏色對未審核和已審核的數(shù)據(jù)進行區(qū)分，當數(shù)據(jù)通過管理員的審核時進入平臺的正式數(shù)據(jù)庫，同時管理員還有對審核數(shù)據(jù)的編輯和刪除權限，提供日志記錄數(shù)據(jù)審查操作記錄。

水位缺失功能結合天地圖實現(xiàn)對水位缺失異常監(jiān)測點的展示，按照水位缺失天數(shù)進行分組展示，查看水位缺失異常點，便于掌握各個監(jiān)測點的水位上報情況。

同時平臺提供各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功能，直觀的將平臺內的數(shù)據(jù)進行分類統(tǒng)計，包括統(tǒng)計圖和統(tǒng)計表，可按照行政區(qū)劃、監(jiān)測點級別、地下水類型、水質評價等級、水文地質分區(qū)等進行統(tǒng)計，方便用戶掌握數(shù)據(jù)的綜合情況。

4.2 地下水一張圖

實現(xiàn)GIS的基礎地理功能，該部分基于天地圖、地理信息平臺二次開發(fā)，主要功能包括地圖基本操作、地圖查詢、地圖分析等。地下水一張圖集成展示基于B/S架構，在天地圖的基礎上將地下水監(jiān)測點進行疊加顯示，統(tǒng)一采用中國大地2000坐標系。

主要包括地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)的列表展示、圖形展示、詳細信息展示等功能，掌握各行政轄區(qū)內地下水監(jiān)測點的分布情況，可以通過目錄樹選擇行政區(qū)劃下對應的監(jiān)測點編號，在右側顯示對應的監(jiān)測點信息及監(jiān)測數(shù)據(jù)信息。展示時根據(jù)監(jiān)測點級別、地下水類型等屬性的不同，為不同屬性的監(jiān)測點設置不同的地圖符號。通過此方式，直觀的展示監(jiān)測點的分布和屬性信息。

平臺根據(jù)檢索條件，得出檢索結果后，采用列表展示和地圖展示兩種方式展示監(jiān)測點信息。

(1)列表展示。根據(jù)檢索條件以樹形目錄列表的形式展示地下水監(jiān)測點信息、監(jiān)測設備信息、地下水監(jiān)測信息基本信息。單擊列表某一條記錄實現(xiàn)地下水監(jiān)測點信息、監(jiān)測設備信息、地下水監(jiān)測信息的詳細展示。

(2)地圖展示。在列表中點擊某一監(jiān)測點，即可在地圖視圖上定位到該監(jiān)測點、監(jiān)測設備的具體位置。在地圖上點擊監(jiān)測點彈出的TIP框。

(3)詳細信息展示。在地圖上，以標注點的形式顯示監(jiān)測點，點擊此監(jiān)測點彈出TIP框，展示監(jiān)測點的概要信息，點擊TIP框上的相關鏈接，可展示出該監(jiān)測點的詳細信息。

監(jiān)測曲線分析主要是生成水位、水質、水溫數(shù)據(jù)在某一段時間段內的動態(tài)曲線圖，可同時進行不同監(jiān)測點之間的數(shù)據(jù)對比。

4.3 綜合分析與評價

4.3.1 水位動態(tài)分析

水位動態(tài)分析包括水位監(jiān)測曲線和圖件的制作，可查看各個水位監(jiān)測點的動態(tài)曲線、擬合曲線、水位標高疊加降雨量、開采量等關系曲線圖、水位年變幅曲線。

(1)動態(tài)曲線：可根據(jù)歷年監(jiān)測點的水位數(shù)據(jù)生成曲線圖，并可預測兩周的水位數(shù)據(jù)。

(2)擬合曲線：可展示同一水位監(jiān)測井不同年份的水位數(shù)據(jù)曲線，默認展示近三年的水位數(shù)據(jù)，可通過下拉框選擇該監(jiān)測點下的歷年的水位數(shù)據(jù)進行對比。

(3)水位標高疊加降雨量、開采量等關系曲線圖 ：將監(jiān)測點的水位標高數(shù)據(jù)疊加該地區(qū)的降雨量、該點的開采量，若該點有泉流量以及補源量則需進行疊加展示。

(4)水位年變幅曲線：可任選兩年做差生成年變幅曲線，并標注最大值和最小值。

4.3.2 水化學特征分析

水化學特征分析主要包括水化學類型評價和各類圖件的制作，水化學類型評價根據(jù)陰陽離子的濃度計算進行水化學的類型分析；各類圖件制作主要包括水化學等值線圖、水化學含量分區(qū)圖、水化學類型分區(qū)圖的制作，可選擇需要制圖的監(jiān)測點、監(jiān)測時間、離子進行生成，直接疊加至天地圖展示。

4.3.3 水質評價

水質評價是將地下水質采樣點結合天地圖疊加顯示，并且按照不同評價等級以不同顏色符號進行展示(Ⅰ級：綠色；Ⅱ級：藍色；Ⅲ級：黃色；Ⅵ級：橙色；Ⅴ級：紅色)。

可按照行政區(qū)劃、監(jiān)測時間和地下水類型等進行篩選顯示，點擊采樣點顯示該點水質的基本信息、超標離子、超標倍數(shù)，并可查看歷年的水質評價等級柱狀圖以及單離子質量曲線圖，方便掌握區(qū)域內水質質量情況。

4.3.4 地下水監(jiān)測報表

為滿足專業(yè)用戶的日常辦公及管理業(yè)務需求，可支持一定報表模板形式的報表分析及自動生成各種地下水監(jiān)測報表功能，并支持報表的下載、打印及輸出等。報表輸出主要生成水位年鑒報表并提供下載功能?？砂凑招姓^(qū)劃、監(jiān)測時間和地下水類型進行篩選顯示。

(1)報表生成。年鑒報表生成功能方便各業(yè)務人員對本年度地下水監(jiān)測工作進行總結，方便領導查看地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)。選擇年鑒報表的年份、類型，即可生成所需的年鑒報表。

(2)報表下載。提供報表下載功能，下載報表以excel表格形式保存，主要包括每日水位標高、每月內的水位特征值(最高、最低、平均)等(表2)。

表2 水位年鑒報

4.4 預警預報

預警預報包括水位、水溫、水量預警，提供閾值參數(shù)的設置和修改，用戶可結合天地圖查看監(jiān)測點的基本信息和監(jiān)測數(shù)據(jù)，并可生成水位、水溫、水量變化曲線圖、區(qū)域等水位線圖、區(qū)域水位埋深等值線圖、水質單離子等值線圖。當監(jiān)測數(shù)據(jù)超過閾值時，系統(tǒng)會自動報警，報警方式分為閃爍報警、聲音報警和短信報警。

(1)水位預警：用戶設定每個監(jiān)測點的預警水位和報警水位閾值(可自定義修改)，讀取監(jiān)測設備的水位數(shù)值，生成單井水位曲線、區(qū)域等水位線圖、區(qū)域水位埋深等值線圖。當?shù)叵滤坏陀陂撝禃r，系統(tǒng)在該點以紅色標識，并以列表展示。

(2)水位預警的曲線，以水位閾值為底圖作為參照曲線，疊加降雨量和開采量可選顯示。

(3)水溫預警：用戶設定地熱監(jiān)測點的預警水溫和報警水溫閾值，生成水溫變化曲線圖，當?shù)叵滤疁氐陀陂撝禃r，系統(tǒng)在該點以紅色標識，并以列表展示。

(4)水量預警：用戶設定監(jiān)測點監(jiān)測指標閾值，生成水量變化曲線圖，當?shù)叵滤勘O(jiān)測數(shù)據(jù)超出閾值范圍，系統(tǒng)在該點以紅色標識，并以列表展示。

4.5 專題服務

以圖層的形式展示基礎性圖件、地熱監(jiān)測、巖溶塌陷、地面沉降、海水入侵、水源地等各類專題圖件，選擇左側列表選擇圖件進行展示，可進行多個圖件疊加顯示。展示地熱專題和海水入侵專題時將監(jiān)測點顯示在底圖展示。

4.6 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理實現(xiàn)個人信息、用戶管理、權限管理、圖層管理功能。該子模塊具有個人信息編輯和展示功能；用戶查詢、編輯、刪除等管理功能、權限查詢、編輯、刪除等管理功能(圖3)。

圖3 數(shù)據(jù)流程

(1)個人信息管理主要包括個人信息的查看，以及個人信息的編輯、保存功能。

(2)用戶管理主要包括用戶信息的查看、編輯、刪除，用戶關鍵詞查詢、用戶列表展示等功能。

(3)權限管理主要包括查詢權限信息、權限信息列表展示、添加用戶權限、設置權限等級、權限修改、刪除等功能。

(4)圖層管理主要是對系統(tǒng)內各專題的成果圖件進行發(fā)布、添加、編輯、刪除等操作。

5 結論

地下水資源的開發(fā)利用對社會經(jīng)濟的發(fā)展有著十分重要的作用，即時、全面、準確地了解水資源程度，科學評價水資源生態(tài)至關重要。地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫建成服務于各地市的地下水數(shù)據(jù)管理，掌握水資源情況、加強監(jiān)管能力，避免因地下水開采不良所造成的地質問題，針對地下水監(jiān)測問題、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，提高地下水監(jiān)測網(wǎng)絡覆蓋面，提升地下水監(jiān)測和監(jiān)管能力，提升地下水監(jiān)測信息化水平，為地下水資源的統(tǒng)籌規(guī)劃與管理、分析評價提供技術支撐。