水环境监测信息管理系统项目建议书.docx
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水环境监测信息管理系统项目建议书
水环境监测信息管理系统项目建议书
文章出处：
北京安恒测试技术有限公司
作者：
万众华
引言
水环境是对应于大气环境、海洋环境、地质环境而言的陆地水域环境，是河流、湖泊、水库、河口湾和天然地下水体的总称，水资源是水环境的主体，管理、配置和保护水资源，必须放眼于宏观水环境。
我国目前面临的水环境恶化的情形十分严重，甚至已经威胁了人类的生存、严重影响社会经济的可持续发展。
洪涝灾害、干旱缺水、河流枯萎、河口淤积、水土流失、水体污染、水质型缺水、地下水位持续下降、海水入侵等等水环境问题，大多是人类违反自然水循环规律的活动，长期处于失控状态而造成的。
水利部门作为国家水行政的主管部门，一方面要继续执行传统的水利任务：
防汛、抗旱、水利水电建设与运行、河道整治、水资源配置等与自然水旱灾害作斗争，兴水利，避水害；另一方面，更要勇于进取、与时俱进，研究、关注、解决人为因素造成的诸多水环境问题，这是国家赋予水利部门负责统一管理和保护水资源的职能。
为依法行政、监督、管理水资源、保护水环境、预防水旱灾害，水利水文部门必须执行统一规范、质量控制、计量认证等程序在严格的技术质量管理条件下收集、掌握水资源基本信息，主要包括：
1．水量：
水位、流速、流量
2．降水：
降雨量、蒸发量
3．泥沙：
底质、悬浮质、输沙量
4．水质：
地表水、地下水、降水水质，沉降物、水生物、主要排污口的水质、入河口的水质
在诸多的水环境状况的要素中，首先就要客观、科学、公正地监测、评价水资源质量这个首要表征，同时做到水质水量同步监测、资料配套，水文部门要为国家政府、水行政主管部门及时、快速、准确地提供水质动态信息，提出保护和改善的建设意见，其次，根据社会需要，采用多样方式面向社会展开全方位服务。
经过近半个世纪的努力，水文部门作为国家水信息的收集、分析、管理的主管机构，制定了全国水质监测规划、完成了水环境监测中心的国家计量认证、监测能力建设不断加强，监测手段优先提高水质监测系统的机动、快速反应和自动测报能力，在站网布局上加强了省界水体、入河排污口、大型引水工程、重要供水水源地的水质监测，基本形成了历史长久、样本代表性典型、系统完整、水量水质配套、数据准确可靠、资料可比的水环境监测信息体系，为国家、水行政主管部门依法行政、实施监督管理、做好水资源保护提供科学依据和技术支撑。
目前，水利部门已经建立了以２５１个水环境监测中心为核心、３２４０个水质站为基础、覆盖全国江、河、湖、库的水环境水质监测网络体系：
（见附表１）
如何将现有条件下的水环境水质监测系统得到的实时、巨量的监测数据及时、有效地采集、存储、分析、报告、预测、公布，真正使之成为为国家、水行政主管部门决策的考量、执法的依据、管理的标准，这就成为了水文部门的当务之急。
第一章、基本构想
基本设想是以水环境质量评价标准为核心，应用当今最先进的Internet技术、ＧＩＳ技术，基于Microsoft的XML语言，在Microsoft.net的服务平台上，以ＷＥＢＧＩＳ为应用，将地理信息系统的空间图形与水环境评价属性数据有机结合，对各层空间信息、属性数据进行自动采集、实时传输、分类存储、更新显示、分析评价、有效管理、报告和发布，并形成可视化的生动表达形式和调度显示系统的全国水环境管理信息系统，这一
管理信息系统主要针对各流域的水环境信息进行管理，具有覆盖面广、运行费用低、安全、稳定、可扩充性强、业务操作简捷、日常运行维护简便、上传数据及时、通讯设备无需投资、报告、发布电信化、分析评价自动化、可视化、管理正规、科学、有序。
第二章、应用技术的先进性
北京安恒测试技术有限公司采用目前世界上最为先进的Microsoft.NET对水环境监测信息管理系统进行开发。
（一）Microsoft.NET的实际应用领先国内技术水平２年
如同MS-DOS和Windows一样，Microsoft.NET将大大改变我们的计算领域。
MS-DOS使得个人电脑在商业和家庭中广为接受；Windows增强了用户的图形界面，使其成为首选的与软件交互方式，最终使得图形界面成为个人电脑的主流。
而Microsoft.NET则要把XMLWeb服务变成日后的主流计算模式。
XMLWeb服务是建立在XML数据交换基础上的软件模型，它帮助应用程序、服务和设备一起工作。
用XML进行共享的数据，彼此之间独立，但同时又能够松耦合地连接到一个执行某特定任务的合作组。
XMLWeb服务使开发者能够对他们所要的程序的来源进行选择，可以自己创建或购买程序的功能块；同样也可以选择是让自己的方案使用其他的XMLWeb服务，还是让其他的程序使用自己的服务。
这意味着一个开发者不必为了提出一个完整的解决方案而不得不提供方案的每一个组成部分。
Microsoft.NET将从根本上改变我们的思考和使用电脑的方式。
目前"服务器"和"桌面电脑"这两种概念占据了计算领域的统治地位。
然而Microsoft.NET是一种分布式计算范例，它没有了传统上的服务器和桌面电脑的区别，取而代之的是，计算的处理被放在最合适的地方进行，可能是服务器，或是PC，也有可能是手提电脑以及其他智能设备。
这就是智能计算。
从本质上说，在M将整个互连网视为管理对象，它是基于Internet的操作系统，以VM（虚拟机）的方式与底层系统打交道，那么Internet的所有优越性，M就会具备，也就是说只要能够支持Internet的操作系统M就能够支持。
在M之上所构建的管理信息系统是一种开放式的模型，就是将所有的服务（软件）建立在一套统一的标准之上的、一组可相互支持的互联网服务（软件）的集合，这意味着任何设备、应用软件或服务都可通过它进行管理，而无需考虑平台、操作系统、目标模型、编程语言或网络服务商的差别。
（二）Microsoft.NET的特点
1.统一的、开放的标准
2.简便、直观的应用
3.互连网特性
4.与其他系统的融合性良好
5.安全性良好
6.网上数据结构化
依靠XML标准，Microsoft.NET要让整个网络数据变成数据库；
7.使用XML将各个类型的服务组合连贯变成网络服务（WebServices）
许多服务不可能由一个开发者在一个地方完成，XML以一种通行的标准将不同种类的服务连接在一起。
8.网络服务个性化、隐私化
使用者希望在任何地方都能用自己熟悉的模式进行录入或查询，.net就可以实现每台计算机对你都是都一样的这样的效果，不是换台计算机就不同。
也就是它要中心化地记得我要什么，中心化储存我的个人数据，但是又要顾及个体化和管理层次的要求。
9.Microsoft.NET实现服务的转移
Microsoft.NET使所有的“服务”不必再受地域限制，即所有的业务管理不再受地域、设备、系统的限制，这使得水文管理机关可根据需要逐步扩充各流域水文业务管理系统。
（三）Microsoft.NET的体系结构
Microsoft.NET由三大核心组成，它们是XML、WebService、.NetFrameWork。
1.XML是可扩展标记语言，已成为数据交换的标准
2.WebService是微软提出的一个概念，它使互联网上不同设备能够交互。
WebService采用松耦合RPC机制的SOAP作为其实现的手段，很好地解决了这个问题。
WebServices之间采用XML进行数据交换，未来的许多软件和网站提供的服务都会作为WebServices的一部分，在互联网的范围内共享，极大节省开发的费用，促进软件的复用性，同时把开发人员的注意力集中到开发更新的应用上。
所有开发好的WebService应用都被注册到UDDI，用户在遵守UDDI协议的基础上，可以使用搜索引擎找到所感兴趣的内容并很方便地使用上面的资源；
3.FrameWork，是新一代开发平台，是开发WebService的重要工具，它能连接现有孤立的Web应用程序，让互联网的信息在任何时间、任何地点都可以得到简化开发和部署。
它提供了一套统一类库BaseClassLibrary和通用语言运行库（CLR），创建了一套跨编程语言的通用API，使开发人员无论使用何种语言，都可以开发.NET应用服务。
它的另外一个重要组成部分就是其开发Web应用程序的Web应用平台ASP.NET，它在以前的ASP版本的基础上有了一个重大的飞跃，具有丰富的交互式网页功能，能开发强大的WebServices应用。
4.M开发工具C#
在.NETFrameWork中对于开发人员，提供了VB.NET、C＃、以及C＋＋.NET开发工具VisualStudio.NET。
其中C＃是微软最新的.NET开发语言，在管理软件研发领域，C＃将成为用于编写.NET应用程序的主要语言。
C＃从C＋＋发展而来，它革新了C＋＋中的一些类，把一些复杂的功能放弃了，不再有宏、模板和多重继承，使C＃更容易使用且不易出错。
C＃中添加的新功能是严格的类型安全、版本控制、垃圾收集等，使得开发人员能开发出高质量的应用。
5.ADO.NET
ADO.NET是和ADO（MicrosoftActiveXDataObjects）的不同，在于它提供了平台互用性和可伸缩的数据访问。
由于传送的数据都是XML格式的，因此任何能够读取XML格式的应用程序都可以进行数据处理。
事实上，接受数据的组件不一定要是ADO.NET组件，它可以是基于一个MicrosoftVisualStudio的解决方案，也可以是任何运行在其它平台上的任何应用程序。
VB
C++
C#
Jscript
VisualStudio.NET
公共语言规范（CommonLanguageSpecification）
ASP.NET
WindowsForms
ADO.NETandXML
基类库（BaseClassLibrary）
公共语言运行时（CLR）
Windows
COM+Services
.netFrameWork体系结构
（四）Microsoft.NET的数据安全
Microsoft.NET的另一个核心是其Passport认证服务。
它允许管理机关（分支机构）在一处地方输入自己的全部有关信息，然后（从理论上说）只要获得了管理机关（分支机构）的许可，其他任何格式的应用软件和服务都可调用这些数据。
这种解决方案无论对专业管理机关还是远在异地的分支机构个人来说，都是可行的选择。
它既使得管理机关（分支机构）不必重复输入单位信息，又降低了使用机构单位身份被他人非法窃取的可能性。
（五）使用M的可行性
1．自二○○○年七月北京安恒公司的主要研发人员开始进行M的探索性研发，先是全面使用XML来设计程序；其次引入局部的M应用，如远程通讯；在逐步应用获得成功后二○○一年全面使用M构建开发平台。
2．XML可以为产品之间、模块之间提供一种通用、易懂的文本式数据交换模式，进而使用XML控制单据、表、流程，使实施变得可控起来。
使用XML语言，可采用双分层技术研发管理系统，就是指业务分层与技术分层相结合产生的管理软件研发技术。
传统的研发方式要使软件研发进程变得可控是非常困难的，因为个性化、艺术化了的技术很难成为规模。
使用M就可以将核心技术的研发与普通意义上的研发分别管理，也使得建立软件生产线得以实现。
其中XML成为软件生产线上工序之间的标准接口，因为全球都将会使用或兼容这一接口，这会使开发的管理信息系统与其他产品天生就相通。
3．在管理软件尤其是项目操作过程中，最为困难的就是项目的实施，传统的项目实施因软件技术的原因造成耗时长、可控性差、关联性错误频生，进而在项目实施过程中业务调整漩涡中不能自拔，使得项目实施成为一种风险。
M是一组可相互支持的互联网服务的集合可以将众多的服务集合，也就可以将实施过程的问题逐个解决。
4．业务流程描述语言－软件开发的核心技术之一
业务流程描述语言是我们独立开发设计的业务流程书写格式，是标准的文本方式。
用于单据、表格、业务流程的描述。
格式易于掌握，除需遵循一定的格式外，与通常的书写区别不大，且基本使用中文书写。
5．业已成型的标准组成模块：
标准产品
项目实施
6H.net
界面描述
流程模版
个性化编程
6HReport
6HQuery
6HNet
6HInterface
6HRepository
6HBizflow
6HDataServer
6HProof
W
XML、WebService、.NetFrameWork、WebGIS
1）.6HDataServer
数据库
管理软件的数据库设计具有自动适应客户变化的能力。
不同的企事业单位会有不同的数据库结构，不同的阶段也会有不同的数据库结构，但我们的数据库通过独到的技术使得不同企事业单位、不同阶段的数据具有相当的连贯性，为不同阶段的数据分析提供了平台。
2）.6HProof
单据编辑系统
单据编辑是通过我们的业务描述语言来书写的，编译后形成可执行程序。
单据编辑是基于６Ｈ.net。
3）.6HBizflow
业务流程描述系统
在系统中，业务流程是可以被重塑的。
业务流程的建立是通过我们的业务描述语言来书写的，编译后形成可执行程序。
业务流程是基于６Ｈ.net来建立的。
4）.6HQuery
查询系统
查询是基于Internet的，只要有充分的授权，企事业单位的工作人员可以不受地域的限制查阅资料。
5）.6HInterface
接口系统
适用于其他水文管理系统的链接。
具体的链接接口需做相应数据分析与设计。
6）.6HNet
通讯系统
满足覆盖全国各流域的水文数据链接，适应各种形式的网络方案。
推荐使用普通电话线（基于Internet）链接，通讯费用限定在1元左右/次，且无需附加的投资。
7）.6HReport
报表系统
我们的报表系统采用先进的报表系统。
8）.6HRepository
知识库
６Ｈ.net具有知识库功能，用以产生对系统的业务知识、业务模型、业务流程的支持。
知识库是可以被添加和修改的。
随着知识库的修改和添加，系统的功效就会随之而提升。
６．成功案例
国家药品管理局毒麻药品监督管理系统
同仁堂连锁药店商务管理系统
（六）其它应用技术
1．ＷＥＢＧＩＳ
2．电子地图
3．系统基本配置要求：
在原有的网络设备条件下，根据数据量和安全要求只需增加两台性能相应的服务器。
第三章、水环境信息管理系统基本内容设计
系统以网络技术、数据库技术、WEB技术和GIS技术为框架，以《国家地面水环境质量评价标准》为核心，以全国水文水质站采集、化验分析的水环境数据为基本数据来源，通过整合实现各个分系统的有机结合，与水环境应用的其他系统一道，建设全国水环境监测、管理信息系统。
各个分系统应该做到：
（1）网络系统，以水文局数据应用为核心，支持电话或ISDN拨入服务的，覆盖全国站点水环境监测站的网络应用系统，
（2）水环境数据库，按照流域关系，能够为水环境评价提供必要的数据支持，系统能够以逻辑组合和空间关系组合方式记录、查询、检索数据；
（3）基于电子地图的，可以方便查询、管理的GIS应用系统，可以实现对水库、河段、湖泊、水库的不同水层（表层、中层、底层）的水环境参数的管理、自动定级和以不同颜色来显示不同的水环境级别。
（4）根据对水环境评价的内容分析，系统要能够支持对大数据的存储、查询，能够通过网络实现数据采集、共享，能够通过网络实现在局内网络上的发布和今后对有关单位的数据服务，并在水环境评价工作中，能够自动地完成相关的评价工作。
整个系统是建立在最新技术之上，能够及时地为防汛抗旱工作服务，能够及时为水环境监测服务，能够具有长时间稳定运行的能力，能够达到比一般信息建设更高的标准：
1.可靠性：
网络和数据库、GIS系统要能够有机地整合在一起，提供稳定的信息运行环境；
2.实用性：
能满足实际工作需要，以及包容现有系统中实际工作需要的原有功能，并对这些功能作适当的调整，使之更为实用与完善。
能够通过拨号线、ISDN或今后将实现的水利宽带网上为全局提供水环境信息服务；
3.易用性：
它应该易于使用，并且易于维护。
有关信息将一次性地输入，全局使用。
这样既减少了维护工作量，又保证了数据的一致性与完整性。
4.先进性、开放性：
系统采用当今最为 先进的计算机网络、数据库、程序设计、GIS技术等；
5.可扩展性：
主要是指系统可以根据业务的更改与扩展而灵活变化，满足今后与水利宽带网与上、下级以及兄弟单位之间交换信息的要求。
（一）主要建设内容
根据水环境管理内容，要求对主要监测数据和发布数据进行录入、处理和发布。
１．水环境类别
采用国家地面水环境质量标准，通过‘水环境监测管理信息系统’中的水环境评价模块计算某测站、河段、河流在某个时期的水环境类别，即Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类、>Ⅴ类。
对湖泊、水库水环境进行营养化分级评价。
1.信息单元
重点水环境监测站、重点河段、水库、湖泊、自动监测站、污染事故。
2.评价标准
《国家地面水环境质量评价标准》。
2．应用界面设计：
整个界面以电子地图为核心，将管理的测站和河段、水库水域进行分类，按照水环境监测国家标准作为阈值，实现水环境信息的直接查询，界面有客户机和Web两种。
3．录入与编辑，以多种方式实现数据录入：
（1）方式1：
通过‘水环境监测管理信息系统’数据转换模块将监测数据和评价结果写入信息发布系统的数据库表中；这个输入过程是通过数据表来完成的。
（2）方式2：
通过IE浏览器直接将监测数据和评价结果写入信息发布系统的数据库表中；
（3）方式3：
进入IE浏览器中的数据编辑页，可以修改已有的数据。
4．信息查询
（1）通过测站、河段查询监测数据、水环境类别：
点击地图上信息单元所在位置查询最新的监测数据与水环境类别；
（2）通过测站序列、河段序列单个信息单元历史记录；
（3）通过时间序列查询所有某类信息单元（测站、河段）在此时间序列上的监测数据和评价结果。
5．数据分析
计算某信息单元在某个监测项目上的时间变化曲线：
X轴为时间，Y轴为监测项目。
系统能够与全流域（水系）进行关联测站数据的关联分析。
能够配合各种参数为水环境评价提供相应的数据服务。
（二）系统功能框架设计
见附表２
（三）基本功能
一、分专题电子地图显示
1.水系、地名、交通、居民地、水工建筑背景图；
2.各类水质监测站位置图（地表、地下、自动站、降水、底泥、工业污染源、入河排污口）；
3．污染事故发生位置图；
4．河段水体功能区划图；
5．河段水质级别评价图；
6．地表、地下水水质监测站水质级别评价图；
二、数据编辑
1．各类测站（地表、地下、自动站、降水、底泥、污染源、排污口、污染事件）本身数据的增加、修改、删除，包括位置信息和属性信息：
2．各类测站（地表、地下、自动站、降水、底泥、污染源、排污口、污染事件）监测指标项数据的增加、修改、删除；
3． 污染事件现场报告、日常流动监测报告、实验室自动系统数据输入
4． 数据一次输入，实时传输，全局共享，自动采集、分类、更新、显示、存储
5．基本元素数据项的增加、修改、删除，基本元素数据指系统使用的国家行业标准、代码标准、系统数据字典等；如地表水（地下水）水质评价标准、行政区划代码、计量单位对照表等；
6．水环境文挡资料（公文、报告、法律法规、合同等）的增加、修改、删除；
7．自动水质监测站数据的批量转入；
三、数据查询
1．基于空间位置的分专题图要素择取查询，在某专题图上以鼠标点击（或矩形、多边形选择）方式直接查询某测站（事件、要素）基本或相关信息，各专题图包括如上所言；
2．基于空间位置相关性的检索查询，如从属于某行政区划的地下水监测站数据，距某XX公里的污染事件的河段水体等；
3．条件查询，选定主题设定逻辑组合条件查询，主题包括地表水水质、地下水水质、降水水质、沉降物、排污口、污染源、污染事件、水体功能区划等，选定条件包括测站、时间项、指标项及其他主题相关的字段项；
4．基本元素信息查询；
5．评价结果信息查询，如河段水体水质级别、各类水质测站水质级别等；
6．文档资料分类查询，以WWW方式组织文档资料，提供资料分类查询；
四、评价分析
1．评价的单元包括地表水水质测站（含自动测站）水质、地下水水质测站水质、排污口测站水质、污染源测站水质、河段水体水质；
2．评价参数包括参与评价的测站、评价时间段、参与评价的指标项；
3．评价标准为国家标准《地表水环境质量标准》、《地下水水质量标准》；
4．评价方法可以为单一指标法、N.L.尼梅罗污染综合指数法等；
5．评价成果为各评价单元水质级别及其分布专题图；
五、统计分析及其成果表现
1．统计分析单元包括地表水水质测站（含自动测站）水质、地下水水质测站水质、排污口测站水质、污染源测站水质；
2．以折线图、柱状图等形式表现某（多）测站某（多）指标项在时间序列上的变化，有防缩、漫游、查询功能；
六、统计报表
1．输出地表水水质年鉴表；
2．输出地下水水质年鉴表；
3．输出水质中心月报；
4．输出上报水文局的月报、旬报、周报、日报甚至实时数据报表；
5．输出上报环保局的年报；
6．输出供水系统水质简报；
7．输出降水水质报表；
七、水质变化趋势分析
根据水质预测模型的计算结果显示预测河段的水质变化结果、污染物负荷量、污染物消减量和信息表；
八、文档查询检索
查询检索水环境相关文档；
第四章、北京安恒公司开发的水环境监测信息管理系统的主要特点：
1．充分利用了先进的M平台的数据管理、ＷＥＢ通讯管理的优势，用ＷＥＢＧＩＳ成熟技术，应用现有的公用传输系统，实现具有核心化数据管理、交互与通过路由器广域连接的网络系统，实现强大强大的数据实时交换能力、优化在线数据处理能力和大量的图形化应用，基层监测站网使用现有设备就可以做到信息共享，具有不要求带宽和无需增加通讯设备的显着特点。
2．网络的日常维护工作量小、费用底、人员的技术水平要求低。
可支持局域网及ISDN、PSDN拨号登录的广域网身份识别和安全权限管理。
日常管理人员免去了空间数据文件和数据属性库的维护工作，通过M核心平台自动完成。
3．二层交换机可随时提升为三层交换机管理，增加防火墙确保数据安全性管理。
采用插接式硬件数据加密接口和流行的身份识别、权限管理加密钥匙设计。
4．克服了传统GIS空间数据与数据属性库的分隔状况，使空间图形数据库因文件巨大、交换次数多、连续打开造成的不稳定的问题得以有效解决。
超图空间数据库将空间数据和属性数据作为主体，集成、稳定在不同时间上作多维数据集合。
从空间属性数据库的集合中可获取任意时段（瞬间点数据→阶段数据）；任意空间（监测站点→监测区段）；任意比例尺（局部→全局）的数据，并对数据信息做有效的集成分析。
5． 充分利用矢量地图，加快Web上的运行速度
应用WebGIS设计，采用矢量图形方式可以在本地ＰＣ上执行许多操作，比如：
地图放大缩小、漫游、就
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