环境监测信息系统总体设计方案.docx

1、环境监测信息系统总体设计方案南充市凌云山环境监测信息系统总体设计方案某软件开发公司 2010/5/15制作 设计小组：第二小组 刘 韬 刘蜀鄂 冉 建环境监测信息系统总体设计方案环境监测信息系统总体设计方案 1 引言1.1 设计思想首先将其定位为“GIS应用系统”。本系统不是一个简单的GIS系统，系统不但包括环境监测的各个业务系统，还包括电子化文档流、任务流程管理控制等不同的管理功能。其次，业务的可控性目标将贯穿整个系统，这是区别于一般GIS应用系统的特点之一。许多GIS应用系统简而言之仅仅是一个空间分析并提出决策的系统，需大量的现成数据支撑。而该环境监测信息系统具备了实时监测并把记录存储在数

2、据库中的功能，可以实时进行数据的分析并提出决策。 第三，系统具有完善的质量体系程序文件作为依据，因而具有业务的规范性。1.2 设计背景 目前，国内许多环保机构在进行环境质量分析时主要依赖图纸；即便使用管理信息系统也只是面对空间对象的属性数据，这导致了空间信息与属性数据的分离，造成了分析和管理上的不便，增加了工作的冗余量。因此，建立一个支持环境监测信息管理和分析的地理信息系统是环境监测部门信息化管理的必然发展趋势。一些国家已经在这方面取得了一定的成果，利用地理信息系统强大的空间分析、空间查询以及空间数据管理功能提高环境监测工作的工作质量和工作效率。国内的环保部门和相关研究人员也已经意识到并开始着

3、手建立有效的环境监测信息系统。 凌云山凌云山位于南充市高坪区老君镇，以凌云山道教城、白山佛教城、图山儒家文化中心为主体，方圆近20平方公里；凌云山传统文化源远流长，据出土文物考证和史书记载，自东汉明帝时起，道、儒、佛三家竞相在此建宫造庙，文革前仍留存有数十座规模宏大的宫殿、寺庙、礼坛，香火鼎盛绵长，远近士女纷至礼拜，盛极千年，随着游客量的增大，建立其环境监测信息系统对保护其旅游环境具有重要意义。 2 系统概述2.1 系统设计原则本系统采用“总体规划、分步实施”的策略，第一步完成通用控制页面的设计，接下来完成常用的后台服务程序的开发，最终达到实现质量体系的目标。为保障项目的各项性能，本项目在设计

4、和实施过程中应遵循如下的原则：实用性：充分考虑到环境监测管理与决策的实际需要，设计方案留有一定的余地，即在设计中构造明晰的体系结构，便于更改；完全根据实践进行软件设计，达到实用的目的。可扩充性：采用面向对象的设计思想和开发技术以及组件设计思想，保证在用户的需求发生变化和增加时，使系统的修改量减到最小。开放性：由于本系统涉及许多硬件设备和外部应用软件，为了更好地和各种硬件设备和应用软件接口，在设计时，应提供主要的接口标准。标准化：在系统总体规划设计中，所有软、硬件产品的选择必须选择符合开放性和国际标准化的产品和技术；在应用软件开发中，必须遵循总体组制定的各项规范和要求，还要接受公司的质量保证部的

5、监控。 安全与保密：系统设计时应充分考虑系统的安全，提供备份的功能，保证当系统出现硬件或软件的故障时，能进行恢复；另外，应对用户进行权限管理，保证信息的安全。以数据为中心：本项目采用以主题数据库为中心的设计思想，首先把本项目的主题数据库设计出来，再在此基础上开发各种应用。由于主题数据库是项目的基本信息资源，它具有很好的不变性和稳定性，相对独立与具体的应用，当用户的需求发生变化时，使修改量减到最小。2.2 系统目标与运行环境2.2.1 系统目标环境监测信息系统的目标是用计算机对影响凌云山环境状况的各种要素进行分析，而且能通过污染源、监测点的详细资料，对整体凌云山环境的状况进行分析、监测，使环境管

6、理部门从日常繁重的图数查询和手工分析、制图的工作中解脱出来，使管理者有充裕的时间去进行环境污染源的监督、查处、环境监测计划的实施意见环境规划的制度等工作。2.2.2 运行环境服务器：CPU：4核 3.0G以上内存：4G硬盘：500G以上网络：100M /1000M Ethenet客户机： CPU：2核 2.0G以上内存：1000M以上硬盘：300G以上操作系统：Windows系列之一浏览器：IE7.0以上版本网络：100M /1000M Ethenet操作系统：Windows vista/7WEB服务：IIS5.0数据库：My SQL2.3 需求分析2.3.1 功能需求在环境监测信息系统中，主

7、要有地图操作、地图编辑、专题制图、数据输出、空间查询、空间分析等功能。功能分析如下：（1）地图操作：可对地图进行任意放大、缩小、漫游、复位等操作，并可通过鹰眼定位显示区域。并且可以进行图上测量，凌云山环境管理部门根据需要可在电子地图上量算任意两点间的距离或任意区域的面积。（2）地图编辑：可在电子地图上对新点位信息进行增加、删除、修改、存储操作，属性数据保存在后台数据库内。 （3）专题制图：图件可以以任何地点为中心，比例尺任意，使用突出效果的特殊字符有效地显示所选择的信息。例如，可以制作质量功能区划，酸沉降临界负荷分布，环境背景，污染源分布等环境专题地图。 （4）数据输出：可生成布局窗口：包括各

8、专题图层的输出、查询和统计结果的图层和表格输出。并可将已生成图转换其他文件格式。表格可以另存为文本格式。 （5）空间查询：可以进行空间图形与属性的相互查询，点击地图图层上的点、线、面各要素可弹出其属性信息表，并可以选取希望列出的属性信息库字段。输入数据库字段（精确及模糊）可在地图上显示查询结果。对点、线、面要素周边地区进行查询。对于点：以点为中心的圆形或矩形区域；对于线：以线性要素为中轴的矩形区域或包括以两端结点为圆心的半圆在内的胶囊型区域；对于面：与其边界等距离的外环区域。以上各项根据情况可手画或选择数值定义实际距离。 2.3.2 性能需求（1）系统易操作性所开发的系统应做到操作简单，尽量使

9、系统操作不受用户对电脑知识水平的限制。（2）系统具有可维护性由于系统涉及的信息比较广，数据库中的数据需定期修改，系统可利用的空间及性能也随之下降，为了使系统更好地运转，使用者可以对系统数据及一些简单的功能进行独立的维护及调整。（3）系统具有开放性该系统能够在开放的硬件体系结构中运行，并且能与其他系统顺利连接，不会因外部系统的不同面要做在量的修改工作。2.3.3 数据要求本系统的数据类型多样，根据设计要求需要数据类型主要如下：（1）污染源数据以及污染源汇总数据（2）各种环境要素的监测数据（3）污染物代码、环境标准数据及系统所需的其他数据（4）基础地图和环境专题图数据3 系统总体设计 环境监测系统

10、将采用通用的开放操作系统和开发平台，确保该软件的通用性和可扩充性。考虑到该系统的主要功能是实现对凌云山环境质量的管理和对周围环境的保护，即将环境部门主要日常工作的质量管理活动及实时提出保护决策实现程序化，并最终设计出完全符合环境部门功能需求的软件。因此，在兼顾系统的稳定性、实用性、可扩充性的情况下，考虑采用成熟的系统体系结构和开发方式保证系统的稳定性；完全依托软件工程的质量体系手册进行各功能模块的设计来保证系统的真正实用性；同时考虑采用新颖的服务器端编程方法具体实现该系统对主要业务的控制要求以保证软件的可扩充性。环境监测系统将为环保部门对环境的管理的实现提供完整的功能，不仅实现污染源管理、监测

11、数据分析，还将实现总量预测和监督管理的体系化和电子化，实现任务流的生成和控制以及网上信息发布等。本系统实现了： 实现业务管理与监督管理的结合； 实现了从监测分析预测的统一平台的管理； 实现网络信息发布与实时分析决策的同一性； 提供系统的可扩展性，即保证各种新增业务方便的电子化管理新需求的接口； 保证该系统的稳定性要求，即所有数据集中统一管理在后台数据库中，防止数据的丢失；通过统一的开发平台和通用的开发软件，保证系统的通用性。 采用B/S/D架构的成熟技术，可做到兼顾灵活性和稳定性的要求3.1 系统物理结构3.1.1 系统流程图 图表 1凌云山环境监测信息管理一层数据流图图表 2 凌云山环境监测

12、信息管理二层数据流图3.1.2 技术要求根据系统定义，要达到系统目标和功能需求，本系统必须达到以下技术要求：首先，各相关应用部门通过计算机网络实现数据的互通和共享，业务流程规范、合理；其次，多用户数据并发编辑：通过空间数据图层级上锁、属性数据记录级上锁的方式，获得授权的各部门用户可同时对空间地图数据和属性数据进行建设、编辑和维护。其他用户可通过刷新来获取更新的数据，极大提高了数据更新和维护效率；再次，对海量图库的高效管理和模糊查询定位：系统继承地理信息系统平台的特点，具有强大的空间数据管理能力；同时能在大面积的底图中迅速的对符合条件的图件进行定位查询，可浏览该图件的属性和参数；最后，强大的统计

13、功能和完善的分析能力：系统能够根据污染源的历年资料进行污染源排序，并可以对污染源资料和监测资料进行分类和统计，以多种统计图的形式进行输出。同时系统能够提供对包括凌云山周围工业三废和噪音、空气污染在内的各种污染物的分析，提供完整的分析图表，并且实现表格中的监测点和底图位置联动浏览。3.1.3 系统体系结构根据系统定义中建立的数据流图，采用自顶向下的设计方法，逐步建立系统结构。3.2子系统功能描述及实现3.2.1 系统总体结构 环保信息系统由四个子系统组成：污染源管理系统、监测资料分析系统、总量控制系统以及监督管理系统。3.2.2 子系统结构(1) 污染源管理系统污染源信息是环境信息的核心部分。污

14、染源管理子系统包括污染源信息输入、污染源信息查询、污染源历年统计分析、污染源缓冲分析和等标负荷分析等模块。本系统利用GIS技术将污染源数据库管理系统和图形库管理系统结合，提供具备空间信息管理、信息处理和直观表达能力的应用软件。并且实现污染源信息的编辑和综合查询，以及环境情况综合分析，为有关的评价、预测、规划等决策提供信息支持。该子系统提供污染源数据导入接口，支持各种标准的数据格式。并且同时与总量控制模块和监督管理模块之间有数据接口，分别向它们提供分析结果。(2) 监测资料分析系统监测资料分析系统不断采集和更新监测资料，并根据监测点资料，对当前区域内造成的环境质量变化进行分析，可以输出各种专题地

15、图和表格。该子系统包括监测点信息输入、监测点信息查询、等值线分析、噪声分析、空气质量周报和水质分析等模块。该子系统也提供各种标准数据接口，接受外部监测点数据。同时也提供与总量控制模块之间的接口，向该模块提供分析结果。图3、图4为监测系统的定义：图表 3凌云山监测系统的定义 图表 4凌云山监测系统的数据传输(3) 总量控制系统通过各种总量控制计算模型，总量控制系统根据监测点资料和污染源资料分析出当前的环境容量，工作人员结合企业的实际情况，提出具体总量控制方案。该子系统包括水环境容量分析、大气污染物排放控制和固体废物总量控制及评价系统等模块（见图5、6、7）。该子系统与其他三个模块之间均有数据接口

16、，分别用于接收污染源管理模块和监测点分析模块的分析结果，以及向监督管理模块提供总量控制分析及评价结果。(4) 监督管理系统根据以上三个模块的分析结果，结合实际情况，相关工作人员可以利用监督管理系统的帮助向社会提供计划与决策信息。该子系统包括建设项目、排污申报、行政处罚和行政复议模块。该子系统提供文字编辑、报告模板和工作流等功能。该子系统与污染源管理模块和总量控制模块之间有数据接口。 自然经济社会 污染源、水利工程设施 监测数据数据库 模型库 知识库、方法库 工程信息、位置、基础工艺、性质、规划、污染种类 排放方式、治理措施 大气模型 地下水模型过程模拟 地表水模型 生态响应模型 噪音模型 土壤

17、模型 单项指标法影响评价 评价方法 综合指标法 评价指标体系 供求平衡法 经济因素分析评价结果图表 5评价系统的业务流程图表 6 环境监测信息系统管理模块3.3 各子系统功能模块的实现3.3.1信息输入模块 选择主窗体中各子系统信息模块下的信息输入，就可进入添加各子系统的模块信息，在该窗体中我们可以对污染源的属性信息、监测资料监测数据、大气污染物排放信息、排污申报等信息进行添加。设计时尽可能设想各种边界条件，如记录为空，输入为空，输入出错等，当输入的信息满足这些边界条件时，将会弹出一个提示框提醒用户，以便用户能及时地做出修改。添加的信息将全部存储到数据库中。 在窗体上放置多个文本框和下拉式文本

18、框，用来输入信息；两个按钮用来确定是否输入信息；一个按钮用来退出窗体；多个标签用来提示文本框中需要输入的内容。 3.3.2 信息修改模块 点击各子系统相应信息管理模块下的修改信息，就进入修改信息的窗体，在该窗体中我们可以对前面添加的各种信息进行修改。由于用户的需求不同，有的是要对污染物的信息做个别的改动，有的是需要删除该条记录，所以该窗体同时包括了修改记录的功能和删除记录的功能。 3.3.3 信息查询功能进入各子系统相应信息管理模块下的查询信息窗体，在该窗体中可以对需要的信息进行查询。在设计时，一方面考虑到简洁的因素，用户可以只设置一种查询方式进行查询；另一方面又为了避免数据的重复，用户可以输

19、入详细的信息，也就是同时设置多种查询方式进行查询。进入查询窗体时，窗体中会显示出所有信息，如果不设置查询方式就进行查询，是无效查询，系统会给出提示。在设置好查询方式后，便开始查询，将在查询窗体中显示出用户所需的信息。 3.3.4 信息分析功能点击各子系统相应信息管理模块下的信息分析，进入分析信息窗体，在该窗体中可以对污染源进行缓冲分析和等标负荷分析；对历年统计资料进行统计分析；对监测资料进行等值线分析、噪声分析等操作。由于用户和分析对象不同，可以设置不同的分析属性，来得到不同德分析结果。3.3.5 信息输出功能进入各子系统相应信息管理模块下的信息输出窗体，可以输出各种用户所需要的数据。在这个窗

20、体中我们可以输出污染源影响图，监测资料等值线图以及监测资料文本数据等数据。考虑到用户所需数据的格式多样性问题，点击数据输出设置下拉文本框，设置好数据格式后就可输出数据。3.3.6 其它功能用户或操作人员在遇到困难时即可进入帮助菜单寻求帮助。帮助菜单下的“使用说明”将解答你的疑问。帮助菜单下的“关于”详细地列出了关于作者的一些情况，关于版权的一些情况和关于系统的一些情况。图表 7 评价模型库图表 8凌云山环境监测信息系统中的建模模块3.4软件结构图 3.4.1应用软件的设计思想环境监测系统的主要组成从软件实现上可分为四部分，即环境监测前端、环境管理前端、环境预测前端、环境监督前端；从系统架构上可

21、分为三部分，即应用程序客户端、网络应用程序和数据后台。软件设计采用三层结构的设计方法，即通过服务器层实现应用前端与后台数据库的数据共享，通过JSP语言和相关的小服务程序以及XML电子数据交换格式实现网络形式的新形态企业综合管理系统。3.4.2软件系统总体架构图表 9 软件系统构架 图表 10 软件建模模块软件子系统如上图所示，其主要特点是：统一的数据存储。后台小服务程序为本系统的主要功能部件，而Applet技术与HTML语言的结合确保了整个应用程序的可视性和美观性。多种网络技术的结合使用，既综合了不同方法的优点加以使用，又避免了各种方式的自身缺陷，保证了系统的实用性和可扩展性。4 开发过程里程

22、碑事件2010年2011年56789101112121总体计划2需求分析3软件初次评审4编码测试5模块的接口优化6整个项目的整合7试运行预验收8软件系统交付9正式验收10系统正式运行图表 11总体进度计划表5 软件设计标准5.1 用户界面 图表 12 用户主界面5.2 硬件接口 说明本系统同外界的所有接口的安排包括软件与硬件之间的接口、本系统与各支持软件之间的接口关系。说明本系统之内的各个系统元素之间的接口的安排。5.3系统架构环境监测信息系统的主要对象是污染源及监测管理到评价建模体系的实现，通过对环境监测日常业务的质量管理的实现，建立完整的后台数据中心，为环境监测信息系统的质量管理标准化、规

23、范化提供帮助。6 关键技术介绍6.1 基于B/S/D三层体系结构的运行环境浏览器Browser/WEB服务器Server/数据库服务器Database是解决公共信息服务以及交互相应动态服务最适用的一种应用模型。实现了真正意义上的瘦客户，大大简化了应用系统的分发、配置管理和版本管理工作。图表13基于B/S/D三层体系结构的运行环境示意图其中，WEB客户端是WEB浏览器，例如Netscape Navigator 或者Microsoft Internet Explorer。WEB服务器是任何基于HTML的服务器，例如Netscape Enterprise Server或者Sybase Applica

24、tion Server等。应用服务器是对WEB服务器功能的一种扩展，负责权限，组件，事务，数据库连接等管理。最终用户可以通过WEB浏览器发出请求，通过HTTP协议与WEB服务器进行通信。如果是数据请求，WEB服务器（应用服务器）与数据库服务器通信，将返回数据构造成浏览器页面返回给用户。三层体系结构特别适用于电子商务： 1在前台，客户并不需要安装特别复杂和庞大的应用系统，只需要使用操作系统集成的网络浏览器即可，这使得前台系统非常方便的推广，适用于存在非常庞大的客户群的情况。 2商务处理完全放在中间的应用服务层。客户通过浏览器发出命令（比如说：查询，下订单等），应用服务层获得命令，进行相应的处理，

25、并以HTTP的形式返回用户结果。这同样适合于分散用户，集中处理的特性。 3数据一般存放于一个强大的数据服务器中，所有用户可以通过应用服务器访问数据服务器。这样可以使用数据集中存放，便于维护和管理。这也是当前数据管理形式的发展方向。 由以上叙述可知，如果用户系统是一个多用户但又需要集中处理，数据需要集中存放的情况的话，三层结构将是一个不错的软件模型。6.2 数据后台MySQL的技术特点6.2.1 MySQL的定义 MySQL是一个真正的多用户、多线程SQL数据库服务器。SQL（结构化查询语言）是世界上最流行的和标准化的数据库语言。MySQL是以一个客户机/服务器结构的实现，它由一个服务器守护程序

26、mysqld和很多不同的客户程序和库组成。 SQL是一种标准化的语言，它使得存储、更新和存取信息更容易。例如，你能用SQL语言为一个网站检索产品信息及存储顾客信息，同时MySQL也足够快和灵活以允许你存储记录文件和图像。MySQL 主要目标是快速、健壮和易用。最初是因为我们需要这样一个SQL服务器，它能处理与任何可不昂贵硬件平台上提供数据库的厂家在一个数量级上的大型数据库，但速度更快，MySQL就开发出来。自1996年以来，我们一直都在使用MySQL，其环境有超过 40 个数据库，包含 10,000个表，其中500多个表超过7百万行，这大约有100 个吉字节(GB)的关键应用数据。6.2.2

27、主要特征下表描述MySQL一些重要的特征： 1、 使用核心线程的完全多线程。这意味着它能很容易地利用多CPU资源，以及对大量开发语言的支持，如C 、C+、 Eiffel 、 Java、 Perl、 PHP、Python、和 TCL API等等。2、 可运行在不同的平台上，适合作为以Linux为后台服务器和Windows环境为通用客户端的本系统数据后台。3、 支持多种列类型：1、 2、 3、4、和 8 字节长度的有符号/无符号整数。4、 完全支持SQL结构化查询语言的方法，在查询的SELECT和WHERE部分支持全部运算符和函数。通过一个高度优化的类库实现SQL函数库并且像他们能达到的一样快速，

28、通常在查询初始化后不应该有任何内存分配。 全面支持SQL的GROUP BY和ORDER BY子句，支持聚合函数。5、 支持ODBC语法和JDBC语法。 6、 灵活且安全的权限和口令系统。并且它允许基于主机的认证。口令是安全的，因为当与一个服务器连接时，所有的口令传送被加密。 7、 客户端可使用TCP/IP 连接或Unix套接字（socket）或NT下的命名管道连接MySQL。MySQL特有的SHOW命令可用来检索数据库、表和索引的信息。6.2.3 稳定性要求 MySQL以多层结构和不同的独立模块编写，在本系统中，对涉及其中有限的模块所作的测试表明其稳定性可以信赖：1、ISAM表处理器-稳定 它

29、管理所有在MySQL 3.22和早期版本中的数据的存储和检索。在所有MySQL版本中，代码中已经没有一个单独（报告的）错误。得到一个损坏的数据库表的唯一已知方法是在一个更新中途杀死服务器，即使这样也不大可能破坏任何数据而不能挽救，因为所有数据在每个查询之间被倒入(flush)到磁盘，而且从来没有一个有关由于MySQL中的错误而丢失数据的错误报告。 2、语法处理器和词法分析器 -稳定3、标准客户程序-稳定 这些包括mysql、mysqladmin和mysqlshow、mysqldump及mysqlimport。4、基本结构式查询语言-稳定 基本SQL函数系统、字符串类和动态内存处理，实际测试中未

30、发现错误。5、Linux 线程- Gamma 唯一发现的问题是fcntl()调用，它通过使用mysqld的-skip-locking选项解决。但不影响相关操作的执行。6、考虑JDBC与ODBC互连的操作 MyODBC （使用 ODBC SDK 2.5）使用良好，在通过JSP页面的JDBC语法通过ODBC调用后台MySQL的试验中表现良好。6.3 Java技术的应用6.3.1 Servlet技术灵活的服务器端应用程序6.3.1.1 何为Servlet技术Servlet是是JAVA 2.0中新增的一个全新功能。他是与Applet相对应的，Applet是运行在客户端的浏览器，而Servlet是运行在服务器端的。 JAVA Servlets 是运行在请求/面向请求服务器上的模块，一个servlet可以从一个HTML订单表中获取数据然后用一些商业上的算法来更新公司相应的订单数据库。也就是说：servlet能够象CGI脚本一样扩展WEB服务器功能，但是servlet占用很少密集资源，当一个服务器装载ser