标题：黄河水环境信息管理系统
内容摘要
黄河水环境信息管理系统投资规模大，建设周期长，良好的设计方案是后期开发建设的基础。本文综述了系统设计方案；并根据当前计算机技术，说明网络设计，软件开发方面所采用的新技术、新方法；提出系统建设要考虑以后的可扩展性及开放性。  　　关键词：黄河 水环境 信息系统 设计
步骤
一 引言目前，黄河流域水行政主管部门已建成水质监测站点400余处，其中黄委直接管理的常规水质站点62处，省界水质站点55处，监测因子98项。如此大量的监测数据，若依靠人工完成信息评述，不仅自动化程度低，上传速度慢，还会因为人为因素增多，使数据资源的可信度和利用率受到限制，导致水环境信息时效性差、效率低，准确性不能满足要求等。随着国家西部经济发展战略的制订，黄河流域的资源开发和经济建设必将上一个新的台阶，采用信息管理现代化技术已是当务之急。根据当前工作需求，采用现代信息网络技术，开发建设黄河流域水环境信息管理系统，以实现流域监测资料计算机化管理、水环境质量信息网上发布、水环境质量信息总体评价等功能，彻底改变落后的运行和管理模式，为流域今后的经济发展规划提供决策依据。二 需求分析及建设目标需求分析是系统设计的关键，是系统开发之前必要的技术环节，也是软件开发人员与系统运行操作人员在方案设计时期的技术沟通。针对项目的实际需求，在项目需求分析阶段，系统设计人员要十分了解项目解决的实际问题。
黄河水环境信息管理系统的建设，主要为流域水体监测管理服务。根据水环境监测信息管理运行方式特点，系统对监测资料进行数据管理、统计分析、信息查询、数据查询、水环境质量评价、水环境质量信息发布、水环境质量整体评述等，为上级主管部门提供决策依据。此外，黄河流域水环境信息管理系统还应留有接口，为以后省界水体监测、自动监测、流域水量调度等网上运行，提供必要的系统环境支持。 
根据系统总体需求，系统的支持环境应分为两个主要方面：一是系统的"硬件支持环境"，二是系统的"软件支持环境"。"硬件支持环境"是满足系统运行的必要的计算机网络系统：包括网络布线、计算机网络配置、外设、网络结构及通信协议等；"软件支持环境"是为满足系统功能要求的基本软件：包括软件开发平台和应用软件等方面。从黄河水环境信息管理系统的基本要求及未来发展趋势来看，整个系统的建立应满足这两个方面的环境需求。三 设计原则按照黄河流域水资源保护的统一规划，并根据工作的轻重缓急，分步实施。做到既有总体目标，又有阶段目标，边建设边发挥效益。系统建设要考虑安全性、可靠性、稳定性和可扩展性。
1. 网络设计的基本原则
本着先进、开放、结构合理、可扩展性强、安全可靠的原则，黄河水环境信息管理系统计算机网络的设计主要考虑：网络拓扑结构、网络协议选择、数据传输速率、设备选型及数据安全保障等几个方面，同时网络管理、远程接入、网络间互联及Intranet/ Internet技术应用方式等也需要认真考虑。
2. 软件设计的基本原则
要求系统具有完善的数据库结构、方便灵活的操作界面、面向对象的技术开发、多样的输出效果以及系统的安全性、实用性和兼容性。系统软件设计采用当今主流开发软件，实施系统的前端开发和后端开发。四 网络设计1. 网络拓扑结构
拟建的网络系统为典型的企业广域网（Intranet），分局域网（近程连结）和广域网（远程连接）两部分，局域网选用 10/100Mbps交换式快速以太网技术并以光导纤维电缆和双绞线布线组网。网络结构采用星型拓扑结构。整个网络采用VPN（Virtual Private Network,虚拟专用网）技术以DDN(Digital Data Network,数字数据网)或微波专线方式进行数据传输。沿黄7个基层监测站各自组成自己的局域网络(模式与局中心局域网络相同)，并租用电信部门或水利通信网的传输线路与网络中心连接。为了保证特殊情况下的正常连通，系统采用远程拨号作为备用连接方式。网络结构拓扑简图如图1所示。
图中1#中心交换机为具有第三层交换功能的100/10Mbps自适应交换机，放置于网络中心机房内。中心交换机附加光纤模块，引出3条多模光纤分别与2#、3#交换机及黄委网络交换机相连；2#交换机放置于黄河水资源保护科研所，连接该资源域的PDC和BDC及客户机；3#交换机放置于黄河流域水环境监测中心并连接该资源域的PDC和BDC及客户机。1#交换机与2#交换机之间、1#交换机与3#交换机之间采用多摸光纤连接，形成中心局域网的主干，传输速率为100Mbps。各资源域通过五类非屏蔽双绞线（UTP-5）以100Mbps与交换机相连。沿黄基层监测站分别组成自己的局域网（10Mbps）并采用DDN方式或通过微波通信网、公众信息网以远程拨号方式连入网络中心。
2. 网络操作系统
网络操作系统选用Windows Server2000中文版，添加Backoffice Server包括IIS、Microsoft Exchange Server、Proxy Server、Frontpage等组件。客户端操作系统选用Windows2000 Professional、 Windows NT workstation4.0、Windows98等版本。采用KILL for NT/2000Server网络版、Norton2000、KV300、RAV等防病毒软件对计算机病毒进行联合防治。选用Microsoft公司的System Management Server 2.0和Cisco Works2000进行网络管理。鉴于数据的安全性，起用数据备份系统Legato NetWorker，使数据备份到存储设备。五 软件设计1. 开发工具选择
软件开发工具对软件的开发至关重要。目前，各类开发工具软件种类繁多，程序语言也多种多样，结合系统需求，拟选用Windows98或Windows2000作为系统平台，Sybase作为数据库语言，PowerBuilder作为前端开发工具，Visual Basic、Visual C++作为开发语言，Mapinfo prosever作为动态显示和GIS的支持，根据需要选配工具软件、防病毒软件、多媒体处理软件等。开发手段主要为计算机开发技术、多媒体制作技术、水质监测管理技术、水力学技术、系统动力学技术等。
2. 子系统设计
系统由六大子系统组成，即数据库子系统、流域概况检索子系统、图形显示子系统、黄河水体监测子系统、模型库子系统、决策支持子系统。
⑴ 数据库设计 数据库是整个系统的核心，数据库的设计不仅要考虑库结构的合理性，还要考虑其安全性。数据库内容主要分四个子库：    水质数据库；法规、条例数据库；入河排污口数据库；地理信息数据库。 
水质数据库包括断面信息表、地表水质数据表、底质数据表、地下水数据表、评价标准数据表、饮用水质数据表、简报（包括月报、年报）数据表、水质评价结果数据表、饮用水源情况（取水口位置、供水厂名称、取水量、时间等）。
法规、条例数据库内容包括有关水环境的政策、法规及相关标准，如环境保护法、水法、水污染防治法、地面水环境质量标准、渔业用水标准、饮用水标准、农田灌溉用水标准、污水排放标准等。
入河排污口数据库包括：排污口信息表、污染物监测表、污染物调查表、社会经济情况表、取水口信息表等；有社会经济情况数据：各相关城市的位置、人口、工业产值、农业产值、用水量、排污量、排污周期、污染物处理情况等。 
地理信息数据库包括主要区段地形图、行政区划图、人口分布图、矿产资源分布图、工农业产值分布图、污染源分布图、水质状况图、水系、水质站网分布图、预测结果图等信息。
数据库的运行模式包括两部分，一是内部运行模式：完成辖区水环境监测资料的入库、处理、信息发布、远程资料接收等工作。二是外部访问模式：非技术人员网上浏览。因此数据库的运行模式，内部运行按C/S结构设计，外部浏览按B/S结构设计。
用户权限设计是为了维护数据库数据的安全性、完整性，解决数据操作的并发控制问题，必须为使用信息系统的用户设定对数据的操作权限。系统规划了五种数据操作权限：系统管理员、流域数据库管理员、监测站数据库管理员、特殊用户和一般用户。系统管理员拥有最高权限，除了拥有对数据的所有操作权限(录入、修改、删除、查询)外，还可以增加系统用户，即安排用户的数据操作权限；流域数据库管理员主要负责流域数据的上下游对照检查、表面合理性审查，并可修改用户权限；监测站数据库管理员主要负责对本站数据的录入、修改和删除，可以变更数据库中的数据记录，有权修改本站的密码，不经授权不得调阅其它站资料；特殊用户可对数据和评价结果进行查询；一般用户只能限于数据评价结果和简报的查询。据此，即可对不同部门的用户进行数据操作权限的管理。进入水质数据库后，输入用户名和密码，即可进行不同权限的操作。 
索引文件设计，对于一般的数据库来说，数据的检索方式采用的是顺序检索，即给出查询条件后，从数据库中的第一条记录开始进行检索，直到查到满足条件的记录为止。这种检索方式在数据库记录不多的情况下是可行的，但是当数据库记录很多时，这种检索方式所花费的时间就比较长，用户需要等待很长时间才能得到系统的反应，系统运行效率不高。为了提高检索效率，可以建立索引，建立索引后的查找方式是折半查找法，检索效率比顺序查找法高。 
⑵ 流域水环境概况检索子系统设计 包括流域水环境历史背景、现状及发展趋势分析、人文地理概貌、工农业发展状况、生态环境评价、监测历史、站点布设、主要干、支流域污染河段、重点城市等。采用多媒体技术进行综合介绍，包括文字、声音、图形、图像等。主要设计内容有区域自然地理概况、区域社会经济概况、监测站网布设情况、入河排污口分布情况、水体功能现状、近期流域的水质污染现状等。 
⑶ 图形显示子系统设计 图形显示子系统是为了扩展系统的服务功能，便于宏观了解水体污染现状，作用是结果显示清晰、直观。主要内容有：以图形的形式反映流域内各地的人口、资源、工农业产值、污染源状况、水质状况。包括流域各主要区段地形图、水系图、监测站网布设图、省界水体站网图、入河排污口分布图、水体功能区划图、水质数据变化图、工农业产值图、统计结果显示图、评价结果显示图、预测结果显示图、综合分析结果图等。主要表现形式有：根据地理信息系统生成静态分布图和动态显示图、根据变化过程生成的趋势图和柱状图、根据不同项目所占比例而生成的饼状图等。 
⑷ 省界水体监测子系统 省界水体监测子系统是根据省界水体监测的要求而建立的。省界水体监测子系统包括数据公证性审查、数据维护、信息查询、数据评价和信息发布各部分。
⑸ 模型库子系统设计 模型库子系统包括数据的合理性检查、质量控制措施结果检查、区域水环境质量评价、趋势分析、相关性分析、区域水环境预测等模型。
⑹　决策支持子系统设计 本部分根据已有研究成果挂接。如"流域水体功能划分"、"污染物总量控制"、"水量调度对水质的影响"等课题正在研究之中，这些研究成果提交后，本系统开发人员可根据成果要求，实现计算机模型挂接，为流域水环境决策管理服务。六 结语黄河流域水环境信息管理系统的设计方案，充分体现出当前计算机信息管理系统的设计原则，既考虑当前的实用性，又考虑以后的可扩展性；既有一定规模，又兼顾投资效益比。在软件设计方面，采用当今大型主流软件，较好地解决了系统的开放性问题。黄河水环境信息管理系统的后期开发，在环境监测管理方式方法上，将利用先进的计算机技术替代落后的人工管理，缩短了数据生成周期，提高了数据利用率，有较高的社会效益和经济效益。