水資源優化管理信息系統的開發

〔摘 要〕以網絡為載體、以地理信息系統為平臺，開發了長春市水資源優化管理信息系統。該系統由硬件環境、軟件環境和網絡環境組成，具有數據庫、信息傳遞、預測分析、業務查詢、電子地圖、信息發布等項功能。從平臺安全、網絡安全、數據安全、操作安全和用戶安全等方面，分析了系統的安全性。該系統為城市水資源的科學管理、合理配置、高效使用等提供技術支持，是實現水資源可持續利用、建設節水型社會的重要手段。

〔關鍵詞〕管理信息系統；水資源；可持續發展；安全性；長春市

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０８２１．２０１０．１１．０４１

〔中圖分類號〕Ｇ２５０.７４ 〔文獻標識碼〕Ａ 〔文章編號〕１００８－０８２１（２０１０）１１－０１５３－０３

Development of An Information System for Optimal

Water Resource Management of Changchun CityWang Ping

（Jilin Province Scientific and Technical Information Institute，Changchun 130021，China）

〔Ａｂｓｔｒａｃｔ〕Using internet as carrier and GIS as platform，an information system for optimal water resource management of Changchun City was developed.This system was composed of hardware，software，and web environments，has many functions including database，information transfer，prediction and analysis，business enquiry，electric map，information publication，etc.The system security was analyzed from platform security，web security，data security，operation security，and client security.The system could provide technological support for scientific management，reasonable assemblage，and efficient use of urban water resource，was an important approach to sustainable utilization of water resource and water-saving society building.

〔Ｋｅｙｗｏｒｄｓ〕management information system;water resource;sustainable development;security;Changchun City

長春市是吉林省的省會和政治、經濟、教育、文化、金融、交通、信息中心，是我國重要的重工業城市和汽車產業中心，同時也是歷史文化名城和重點糧食基地。該市位于北半球中緯地帶、松遼平原分水嶺的北側（北緯43°05′～45°15′，東經124°18′～127°02′），幅員20 604km2，地貌由山地（9%）、臺地（41%）和平原（50%）組成。隨著人口的增長和社會經濟的高速發展，水資源需求不斷上升，已經成為國民經濟和社會發展的命脈。長春市屬于極度缺水地區，人均水資源量380m3，僅為吉林省人均水資源量的25%和全國人均水資源量的17%。長春市水生態環境惡化，水污染和浪費嚴重，水資源利用率較低，還存在超強開采地下水的現象，給工農業生產和人民生活造成很多困難，已經成為阻礙長春市經濟發展和社會進步的重要限制因素。建立長春市水資源優化管理信息系統，可以及時掌握用水動態，符合水資源現代化管理、統一調配、高效配置的需要，代表了水資源管理的發展方向，為水資源的科學管理和決策提供技術支持，對長春市乃至東北老工業基地振興戰略的實施和經濟——社會——環境可持續發展具有不可替代的價值。

１ 系統的開發原則

１.１ 確保系統的安全性與可靠性

管理信息系統中含有大量重要的水資源數據，必須保證系統中各個組分、各個環節的安全可靠，嚴格設置介入權限，防止數據被非法竊取。同時，要對數據庫進行實時備份，確保系統無差錯運行。

１.２ 系統的開放性和擴展性并重

水資源管理信息系統的開發涉及多個領域和方面，需要分階段逐步建設和完善。信息系統應具有開放式結構，具有實時動態的功能，在軟硬件方面保證良好的擴展能力，便于與其它相關系統對接，實現數據共享和融合，完成系統的升級。

１.３ 技術的領先性和成熟度并重

采用成熟的技術，在保證系統功能的前提下，積極將最新的學術前沿思想和方法有機地引入到信息系統中，使系統具有優異的性能，實現數據庫與直觀圖示相結合、地理信息系統與數理模型相結合。

１.４ 系統的標準化

信息系統的建設，力求采用標準化方法，包括軟件開發、數據庫、計算規則、編碼代碼、評價手段、硬件配套、系統集成等。凡是已經頒布了國家、行業標準或條例的，都應嚴格執行，尚沒有統一標準或條例的，應采用慣例標準。

１.５ 系統的有效性和易用性并重

在保證系統有效性、實用性的同時，應照顧到不同水平和層次的用戶，操作界面應盡量簡單和友好，易學、易用、易維護，便于管理和決策。

１.６ 保證子系統之間的無縫對接和集成

子系統在完成各自功能的同時，還要相互之間緊密集成，實現無縫對接。例如，在取水許可申請、水資源論證報告審批、年度用水計劃制定時，能夠便捷地反復調用數據庫信息、查詢系統以及決策支持系統。

２０１０年１１月第３０卷第１１期長春市水資源優化管理信息系統的開發Ｎｏｖ.，２０１０Ｖｏｌ.３０ Ｎｏ.１１２ 系統的功能

２.１ 數據庫功能

數據庫中包括常規、自動和移動觀測站的監測數據，如地表水水質監測數據、地下水水質監測數據、降水水質監測數據、入河入湖水源水質數據、金屬離子數據、有機農藥數據、物理特性數據、苯類有機物數據、酚類有機物數據、非金屬無機物數據、金屬有機物數據、水生生物數據、有毒物質數據、水文要素數據、污染事故數據等［１］。各種數據要及時輸入系統，進行整理和儲存。

２.２ 信息傳遞功能

以現有網絡系統為基礎，通過Intranet、Internet服務器和數據庫服務器實現城市之間，城市與流域之間，城市與省級、國家水資源管理部門之間的信息遠程傳遞和上報。

２.３ 預測分析功能

信息系統利用數理模型和統計方法，建立水量、水質與多因子之間的回歸關系，用來預測和分析水資源及其動態變化，為防汛減災提供決策指導。

２.４ 業務查詢功能

信息系統中的數據分為水質監測數據、空間遙感數據、污染排放數據、水文氣象數據、社會經濟數據等，各個要素的空間屬性疊加起來，為用戶提供了廣泛而方便的業務查詢功能。

２.５ 電子地圖功能

信息系統與地理信息系統、圖像處理、航空攝影、遙感數據相結合，具有電子地圖功能，與水資源相關的節點均可直觀地得以圖示，包括城市邊界、區縣邊界、各級流域分區邊界、居民生活區、工業區、農業區、公園、綠地、氣象站、水文站、蒸發站、雨量站、排污口、水庫、湖泊、河流、濕地、鐵路、公路、環保監測站、排污口等。

２.６ 信息發布功能

以網絡為載體、以地理信息系統為平臺，實時發布水資源動態數據，以及相關的通知、檢查、成果等［２］。

３ 系統的組成

３.１ 硬件環境

系統的硬件環境包括服務器（Pentium 4雙CPU2.0、內存2G、256Ｍ顯卡、800G以上硬盤、21″液晶顯示器等）、客戶機（Pentium 4 CPU1.8G、內存1G、128M顯卡、160G硬盤、21″液晶顯示器等）、配件設備（掃描儀、投影儀、數字化儀、噴墨和激光打印機等）、網絡器材（交換機、集線器、路由器、網線等）。

３.２ 軟件環境

系統的軟件環境包括地理信息系統軟件（MapInfo Professional、MAPGIS、Mobile Mapping等）、開發語言（VB、Java、Javascript、Vbscript等）、數據庫軟件（SQL Server 2000）、平臺軟件（Windows98/2000/XP）、服務器操作系統（Windows 98/2000/XP server/NT）、客戶機操作系統（Windows 98/2000/XP professional）等。

３.３ 網絡環境

網絡作為水資源優化管理信息系統的載體，把水資源使用者、水資源數據獲得者、數據整理者、數據分析者、數據利用者連接起來，將分布于各個采集點的數據實時傳輸至水資源管理中心。借助網絡，還可以查詢、瀏覽、檢索、發布有關信息，同時進行模型計算和預測預報分析。建立GPRS智能管網測控系統，能夠遠程監測水量、水壓、水質、水溫、流速等項指標，以及盜竊水資源、違法排污等事件。

３.４ 框架結構

水資源優化管理信息系統的總體框架結構為數據庫與子系統的集成。

數據庫包括基礎數據庫（水文、氣象、城市規劃、社會經濟、工程建設、人口、排污數據等，根據時空屬性可分為時間序列數據和空間分布數據）、地圖數據庫（圖形數據、空間數據、屬性數據等，如GIS數據、矢量化數據、遙測遙感數據及影像、GPS數據、航拍數據等）、方法數據庫（儲存各種標準計算方法的數據庫，包括常規統計分析方法，如平均值、最大值、最小值、方差、正態分布檢驗等，以及回歸分析、聚類分析、模糊數學、灰色預測、主成分分析等方法）、模型數據庫（與水資源分析、預測、預報有關的數理和化學模型，可以編譯為執行程序（.EXE）或動態連接庫（.DLL），連同模型參數、計算方法、相關說明、中間計算結果、最終計算結果一起存儲于系統中，對系統的性能和表現至關重要）、動態數據庫（根據不同層次的水資源更新信息，包括地下水信息、地表水信息、水污染信息、供水信息、需水信息、年度用水計劃信息、工程信息、規劃信息等，對水資源的動態變化情況及時更新和補充，保證數據庫的時效性和準確性）、多媒體數據庫（影像、視頻、圖片、聲音、文字等，涉及政策法規、管理條例、成果展示、國家標準、規劃方案、工程描述等）等。

子系統包括數據維護子系統（在地理信息系統的支持下，進行數據的維護）、系統控制子系統（借助人機對話，管理數據庫之間、子系統之間的集成，驗證用戶身份，保證系統的安全運轉和正常使用，負責系統的數據輸入和結果輸出等）、系統管理子系統（包括水資源供需的管理、水環境質量的管理、取水許可管理、水資源繳費管理、文件管理等）、分析預測子系統（根據模型計算和仿真模擬結果，進行水資源現狀分析和預測預報，包括生活用水、工業用水、農業用水、林牧副漁業用水、生態用水等，為水資源科學規劃、合理配置和高效利用提供決策支持）、動態監測子系統（包括地下水水位監測、地表水水位監測、地下水水質監測、地表水水質監測、排污監測、地下水取水預警、地表水取水預警等）、信息發布子系統（包括水資源公報和成果發布，對水資源各種指標及變化情況分析統計，撰寫、編輯水資源公報，把政策法規、地方條例、國家標準、管理成果等通過網絡發布）等［３］。

４ 系統的安全性

水資源優化管理信息系統是長春市各行業用水需求的信息平臺和決策依據，對于水資源可持續利用非常重要，其中涉及到國家機密。因此，必須確保系統的安全性，建立可靠的安全機制。

４.１ 平臺安全

采取適當的措施保護系統的硬件設備及其環境，使計算機、服務器、多媒體等設免遭火災、水災、有毒有害氣體、電磁波、地震等破壞。為布線系統留出充足空間，UPS標準配備，冗余電力供應，保證健全的防火系統、煙塵監測系統、溫度調節系統。存儲系統作為數據存放的物理載體，直接決定數據庫的安全，在系統建設初期可采用“冗余磁盤陣列＋磁帶備份”系統，隨著系統的發展和完善，將來可升級為異構SAN體系結構［１］。

４.２ 網絡安全

采用防火墻、網絡實時掃描、網絡實時入侵監測等項技術，為本系統提供網絡保護措施［１］。

４.３ 數據安全

數據安全是系統安全的重要組成部分，目的在于保護數據庫免遭非法使用。數據安全隱患涉及到系統完整性、系統授權、系統認證等。本系統采用SQL Server 2000作為后臺數據庫軟件，該軟件基本能滿足數據庫的穩定性和安全性。數據流傳輸過程中進行DES加密，增大了破譯難度［４］。通過數據庫掃描器對數據庫軟件定期進行漏洞查找和評價，通知數據庫管理員對安全隱患進行修復［１］。采用數據庫定時備份，數據庫管理員的任何修改和刪除操作都將生成日志，便于數據恢復［５］。同時，輔以其他的數據庫安全技術，如數據校驗、Recover Manager、B/S模式等，大大提高了系統的安全性［６］。

４.４ 操作安全

采用系統掃描技術，保障操作系統安全。對操作軟件進行加密處理，非法用戶無法使用該軟件，如果強行破譯該軟件，系統將自動毀掉［１］。

４.５ 用戶安全

用戶使用時，必須經過嚴格的身份認證，系統界面將檢驗用戶的合法性，如賬號、密碼等。對用戶的使用權限進行分級和授權，不同級別的用戶所能使用的軟件資源和獲得的數據資源不同。數據庫管理員擁有全部權限，開發維護使用人員擁有數據的增、刪、改、查，數據庫備份和恢復等權限，瀏覽訪問用戶只有數據查詢權限。無授權的用戶無法進入該系統［１］。

５ 結 語

多功能、多目標、多層次的城市水資源優化管理信息系統的開發和建設是一項復雜的系統工程，涉及水利、地理、氣象、管理、社會、經濟等多個領域，學科門類多、設備要求高、信息量大、方法先進，其總體目標、框架、功能、結構、內容、安全等，要由相關知識領域的專業人員共同完成，既需要地理信息系統技術、計算機技術、網絡技術，也需要管理部門的參與和決策部門的支持，這就決定了系統本身是一個不斷發展、不斷完善、不斷更新的開放系統。

隨著社會經濟的不斷發展和生活水平的不斷提高，水資源和水環境問題日益加重。必須對水資源進行科學管理，通過水資源的合理配置、高效實用，滿足全社會對水資源的需求，實現水資源的可持續利用，有利地支持社會、經濟和環境可持續發展。基于網絡和GIS的城市水資源信息管理系統可以對整個轄區的水資源狀況進行查詢和管理，對用水大戶進行實時監測，建立一整套水資源數據分類、儲存、交換、編碼、傳輸、訪問等標準體系，同時具有水質安全監控、水量安全監控、災害控制等功能，達到了“自動化信息采集、數字化管理、網絡化共享、科學化決策”的建設目標，成為建設節水型社會的重要組成部分。隨著“數字地球”、“數字中國”、“數字水利”的提出，傳統水利向現代水利、可持續發展水利的轉變，3G技術與水資源管理的緊密結合，水利信息化成為必然趨勢，代表了社會進步發展的方向，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

［１］毛學文，李怡庭，高俊杰．水資源質量信息管理與服務系統設計［Ｊ］．水利技術監督，2003，（4）：34-37．

［２］劉青勇，張保祥，程善福，等．基于GIS的青島市水資源信息管理與輔助決策支持系統［Ｊ］．山東農業大學學報：自然科學版，2003，34（4）：537-542．

［３］李云，范子武，徐世凱，等．城市水資源管理信息系統的開發與應用［Ｊ］．中國水利，2003，（6）：73-75．

［４］陸俊君．WebGIS在水資源環境監測中的應用［Ｊ］．上海環境科學，2004，23（5）：224-226．

［５］左建兵，陳遠生．城市水資源需求管理信息系統初探——以北京市公共生活用水為例［Ｊ］．水資源保護，2007，23（3）：83-87．

［６］卞藝杰．水利可持續發展信息系統研究［Ｊ］．水利水運工程學報，2001，（2）：55-59．