基于Flex和WebGIS機制下的河南省水環境管理信息系統的設計與實現

鄭州大學地理信息系統工程系 柳成亮 孫麗云 楊永坡 盧 艷

基于Flex和WebGIS機制下的河南省水環境管理信息系統的設計與實現

鄭州大學地理信息系統工程系 柳成亮 孫麗云 楊永坡 盧 艷

當前，水環境問題已經成為制約我國社會經濟可持續發展的重要因素之一。由于歷史的原因，造成河南省工業內部結構不合理，造紙、釀造、皮革等低附加值、高污染行業所占的比例較大，雖然近年來關閉并淘汰了一大批高污染、高排放的企業或設施，但結構性污染態勢依然沒有得到根本解決，水環境管理工作的現代化進程急需信息技術的支持。

我國的水環境管理經過近20年的發展，形成了以數學模擬和優化手段為主的方法體系和以水污染控制、水環境綜合整治、水污染總量控制為主體的類型體系，初步實現了區域數字化水環境管理的理論化、定量化和預警化。多年來，我國學者在這方面進行了大量卓有成效的研究工作。王世巖、彭文啟等基于ArcGIS Engine開發的全國水環境管理信息系統，對160多個全國重點水質檢測站多項水環境專項功能進行集成；向速林、吳彩斌等基于GIS技術研究了鄱陽湖水環境信息系統的設計和建設；田智慧基于WebGIS技術進行了黃河水環境的相關研究。以上基于專業水質評價模型的GIS系統，雖然在一定程度上滿足了水政部門的研究和決策支持需要，但是在增強公眾參與水環境管理的積極性，促進公眾信息服務網站的建設方面尚顯不足。同時，在界面美觀程度和運行效率方面，與Flex開發方式相比仍有差距。

一、系統實現

1.開發環境。系統采用B/S結構，即瀏覽器/服務器結構。B/ S結構是隨著Internet技術而興起的三層結構，大大簡化了客戶端的電腦載荷，降低了用戶的總體成本。系統利用MapGIS k9企業版作為基礎平臺，Adobe Flex作為開發語言，采用Microsoft SQL Server 2005進行數據庫設計，并可跨平臺運行。

2.系統功能框架及關鍵技術。河南省水環境管理信息系統是基于MapGIS k9平臺和Flex技術開發的Web應用系統。基于Flex的WebGIS框架克服了原有WebGIS系統交互性差、響應速度慢等問題，提高了開發和部署的效率，為WebGIS的應用提供了一種嶄新的應用機制。

系統使用XML語言進行界面設計，充分保證了界面和布局的和諧美觀。利用ActionScript處理用戶和系統事件，并且構建了復雜的數據模型。通過IMS服務器建立客戶端和服務器的通信，為空間數據和屬性數據的存取、發布提供保障，從而實現水環境管理專項功能。

（1）客戶端通過瀏覽器發送請求訪問相應的資源，Web服務器接受請求，返回一個響應。

（2）客戶端接收響應，加載配置文件和組件，同時部分組件向服務器發出數據請求。加載完畢后，用戶瀏覽界面即可形成，等待與用戶交互。

（3）客戶端發送請求，Web服務器接受請求，轉發給IMS服務器，轉換并傳遞請求包含的參數。IMS服務器與GeodataBase服務器通信，獲得所需數據，經過處理后將結果返回給客戶端。

（4）客戶端遠程服務組件對返回結果作出響應，進行相關的處理，從而完成用戶的請求。

3.系統數據庫。采用多層數據庫結構，MapGIS k9企業管理器提供對基礎地理信息數據的存儲與管理。通過空間與屬性數據庫的關聯，實現河南省水環境基礎地理信息及屬性數據的整理入庫、查詢、統計分析、網絡發布以及成果輸出。系統依據《地理信息分類與編碼規則》（GB/T25529-2010）對多源地理信息進行統一分類和編碼，確保了組織、建庫、存儲及交換的一致性和通用性。系統數據庫設計見圖1。

圖 1 系統數據庫設計

4.功能模塊。基于WebGIS的數字化水環境管理系統實際上是一個多用戶群（政府部門、科研單位、公眾等）、多目標、多水源（河流、水源地等）的復雜工程。公眾的參與不僅是政府和市場積極高效發揮環境保護功能的重要推動力，也是進一步增強公民的環保意識，動員全社會控制污染、保護環境的重要措施。系統功能模塊分為公眾信息網站和政府內部管理分析網站2部分，針對不同的用戶設置不同的使用權限，實現全省水環境信息更新、專題地圖發布、信息管理與查詢、空間分析與決策等多項用途。系統功能結構設計見圖2。

三、系統功能實現

1.常規操作功能。系統常規操作功能包括數據顯示、數據查詢、統計圖表輸出和地圖量算等功能。

圖 2系統功能結構

2.水環境公眾信息網站功能設計。鑒于目前公眾對水環境管理相關知識、法律及信息獲取方式的局限性，水環境公眾信息網站旨在向公眾提供全省最新水環境要聞概覽、相關法律法規檢索、基本專題地圖在線瀏覽等網絡信息，以提高公眾參與水環境管理的積極性，架起政府部門和公眾之間溝通的橋梁。

3.水環境政府部門內部分析應用平臺功能設計。

（1）水環境基礎信息查詢。主要包括水庫、河流基本信息及主要污染事故檢索、市縣水利設施基礎信息查詢等。

（2）污水行進模型。采用零維和一維污水混合模型。該模型以高錳酸鉀、COD、BOD污染物濃度作為評價指標，通過對目標河段上下游監測斷面的選擇，用戶輸入評價指標、河流污染物降解系數及目標點起始位置坐標，可得出研究范圍內河流任一點處污染物濃度和污染物排放量。模型能夠動態模擬沿河工廠污染物的擴散過程，為流域水環境的綜合治理及政府決策提供依據。

（3）水源地選址。依據傍河水源地選址的一般原則，根據擬建最大水源地半徑對周邊縣市水利基礎設施的緩沖區進行分析，進而判斷在該處選址的可行性。

（4）河流水質分析。地表水水質模型是描述各種污染物在地表水體中混合、輸運在時間和空間上的遷移轉化規律以及各影響因素的相互關系。系統水質分析模塊采用S-P模型和QUAL系列模型，通過對監測斷面點的選擇，將統計該斷面處各個污染物指標值，同時對綜合污染物指數、單向污染指數、污染負荷比進行計算并可視化顯示。

（5）水環境容量模型模擬。由于河流混合輸移過程只關注污染物濃度的沿程變化，因此以BOD作為河流水環境容量計算的主要指標。假設污染源為點源，各排污口連續、均勻排污。首先，根據河流混合輸移過程、污染物衰減形式、水質模型維數等參數確定評價模型。然后，通過對目標河段的確定，提取相關計算參數，計算出河流污染物的衰減系數。最后，以水質目標為基準，計算出河流水環境的容量值，并以數據統計圖的形式呈現給決策者，同時將數據入庫。

河南省水環境管理信息系統采用基于MapGIS K9平臺和Flex技術的開發方式，具有富客戶端應用、交互性好、運行效率高、性能穩定等優點，可針對不同的客戶群進行功能操作和擴展。由于平臺特性和筆者開發水平的限制，該系統在數據庫設計與相關分析模型的整合設計上還存在一些不足。隨著網絡技術的飛速進步和地理信息技術在水環境管理領域應用的不斷縱深發展，系統將進行進一步地優化，以適應更高規格的管理和決策需要。