基于GIS的飲用水水源管理信息系統研制與應用

王晨野，王敏英，穆曉東，吳曉晨

(海南省環境科學研究院，海口 570206)

1 系統建立的背景

飲用水安全關系到廣大人民群眾的身體健康、生命安全和經濟社會的和諧穩定。隨著我國工業化、城鎮化進程快速推進和經濟社會的高速發展，流域水環境面臨越來越大的環境壓力，飲用水水源水質安全受到威脅。根據環保部開展的集中式飲用水水源環境調查結果，我國城市集中式飲用水源水質安全狀況堪憂，全國226個環境保護重點城市水源達標率為69.91%；從海南省飲用水源地的基礎調查情況看，全省的飲用水水質總體情況并不容樂觀，調查的226個水源地中，有153個水源地達到Ⅲ類以上標準，占總數的67.7%[1,2]。

根據目前我國的行政管理體制，水源地管理部門和水源地基礎環境信息存在較強的交叉性，缺少統一管理和自由流通的信息平臺，缺少運用信息管理技術，將基礎調查數據、地理要素、專業圖件和科學試驗數據有效地管理起來，難以為統計分析、自動制圖和檔案更新提供更有效的服務[3,4]。目前亟需開展集中式飲用水水源地環境保護監管信息系統設計與研究工作，構建科學、合理的水源地監管信息化支撐體系，實現飲用水水源地監控預警和動態管理。本研究基于空間技術和大數據集成技術建立一個集水源地地理信息、水源水質監測數據、水源保護區內的污染源地理信息及排污監測數據等信息于一體的飲用水源綜合管理信息系統[5]，對于提升海南省飲用水水源的管理水平，全面加強水源保護區的環境監管工作，保障飲用水安全意義重大。

2 系統的建立

2.1 系統設計要求

系統的建立目標是以地理信息系統和數據庫為開發平臺，建立面向環境管理的、可視化的、動態的信息系統。

設計功能要求有：①以電子地圖為系統背景，建立海南省基礎地理信息數據庫，包括行政區劃，一級、二級道路、鐵路等交通信息，鄉鎮和村的居民點名稱，河流水系的分布等，并且可分層顯示，實現對流域基礎多要素地理信息的查詢。②水源地、水源保護區和污染源的空間數據庫能分層、分行政區域顯示查詢。③建立污染源基本情況表、污染源監測數據庫。④實現圖形和非圖形的屬性數據的關聯。⑤實現海南省的基礎地理信息和水源地、水源保護區和污染源的地理信息及監測數據的更新維護。

2.2 系統運行環境

(1)服務器運行環境。Windows Server 2003以上環境；.net 3.5環境；access數據庫。

(2)客戶端運行環境。硬件需求：P3 1G以上CPU；512M以上內存；支持DirectX 9.0c以上的顯卡。

軟件需求：Windows XP sp2，Windows Server 2003，Vista，Windows 7以上操作系統；.net 2.0運行庫支持；DirectX 9.0c運行時(托管Dx支持)。

3 系統架構與組成

海南省城鎮集中式飲用水水源綜合管理信息系統建設采用B/S模式，整體架構設計如圖1所示。

如圖1所示，系統包括客戶端、服務器端2個部分：①三維瀏覽器(客戶端)。客戶端是一個基于三維瀏覽器(GeoBrowser)技術的富客戶端應用，該部分基于iTelluro GlobeEngine，應用WinForm技術構建，是一個輕量級、可以提供友好的用戶交互體驗的地理信息客戶端系統。客戶端本身不保存數據，所有數據由服務器端提供，客戶端通過先進的空間索引技術和流技術，從服務器獲取所需部分，以實現海量空間數據的支持。客戶端可以選擇是否保存緩存數據，保存了緩存數據的客戶端可以在網絡斷開狀態下查看緩存于本地的部分數據。系統客戶端構建于功能組件和iTelluro GlobeEngine之上，提供基本的地圖數據瀏覽、查詢、量算等功能，在此基礎上，可以對工作區內災害點、監測點進行瀏覽查看、查詢、管理等功能。②服務器端。服務器端包括2個部分，空間數據部分：基于iTelluro Server，實現空間數據管理和服務；業務數據庫：飲用水水資源水質信息、監測信息業務數據庫。

圖1 系統架構示意圖Fig.1 System architecture diagram

圖2 海南省集中式飲用水水源地信息管理系統模塊示意圖Fig.2 System module of drinking water source integrated management information system of Hainan province

4 系統功能簡介

4.1 系統權限設置的功能

該系統用戶分為超級用戶和一般用戶兩種。超級用戶對系統的所有數據具有很高的權限，可以進行添加、刪除、修改等操作；而一般用戶對系統只有數據查詢，而沒有修改等權限。同時，只有超級用戶進入系統，才能修改密碼。

當雙擊圖標運行系統后，如密碼連續出錯三次，則系統認定為非法用戶，會自動退出。當以超級用戶進入系統后，在系統參數設置的對話框中，可以任意設置這兩種用戶的密碼。點擊應用按鈕，當輸入密碼和確認密碼一致，系統提示成功信息，如不一致，提示錯誤信息。

4.2 地圖顯示的功能

4.2.1 圖形的分層顯示

該系統可對行政區域、水源地、水源保護區、污染源進行分要素、分層顯示(圖3)。

圖3 圖層管理示意圖Fig.3 Layer management diagram

4.2.2 視圖的無級縮放顯示

系統可對電子地圖提供十分方便和靈活的視圖操作。在地圖上選擇某個點或某個部分，單擊鼠標右鍵，就會出現/放大、縮小、移動和滿屏對話框。若選擇放大或縮小，則隨著地圖顯示的放大和縮小，顯示內容也自動增減，使圖面的清晰度與信息量的大小一致。放大、縮小操作可通過拉框縮放和點擊縮放兩種方式。滿屏操作可使所有的信息元素顯示在主視圖中。點擊移動，可瀏覽圖形任意地區。

4.2.3 圖形的快速導航

通過導航操作，可使視圖快速移動到用戶所關心的地區。當系統加載了地圖后，在視圖區的左上角有一個/總索引圖，圖中有一個紅色的矩形框，框內鎖定的是右邊地圖的視圖在整個地圖中的具體位置。當右邊的主視圖進行放大、縮小或移動，總索引圖中的矩形框同樣跟著進行放大、縮小或移動；如用鼠標在總索引圖中點擊某個地區，紅框會自動跟著移動到點擊的地方，同時在主視圖中的地圖也會跟著移動到相應的地方。

4.3 水源地信息管理

4.3.1 水源地信息查詢功能

系統可以實現對水源地基本信息進行維護管理(圖4)。利用查詢工具欄對水源地編號、名稱、類型、級別及行政區劃的組合查詢檢索。

圖4 水源地信息查詢界面示意圖Fig.4 Drinking water source information query interface diagram

4.3.2 水源地基本信息管理功能

點擊“新增”按鈕打開水源地新增頁面，可實現水源地信息的增加和管理信息修改(圖5)。

圖5 水源地信息管理模塊Fig.5 Drinking water source information management module

4.3.3 水質監測信息管理

系統可提供水質監測信息的維護管理，可在水源地信息中查看具體水源地的水質監測信息(圖6)。

圖6 水質監測信息管理模塊Fig.6 Water quality monitoring information management module

4.3.4 污染源監測管理

系統可提供污染源監測信息的維護管理，可在水源地信息中查看具體的水源地污染源監測信息(圖7)。

圖7 污染源信息管理模塊Fig.7 Pollution sources information management module

4.4 水源地評估功能

系統從構建專門的環境績效評估體系，設計評估模型，通過定期評估全面了解和掌握我省城鄉飲用水水源水質和管理狀況及年度變化趨勢[5](圖8)。

圖8 水源地績效評估模塊Fig.8 Environmental performance assessment module

4.5 數據交換功能

4.5.1 數據導入與導出功能

系統為方便對數據進行管理和更新，設計了數據的導入與導出功能，方面對各類數據的交換(圖9)。

圖9 數據交換模塊Fig.9 Data exchange module

4.5.2 專題圖制作與輸出的功能

對主視圖的電子地圖，經過任意增減圖層和放大、縮小等操作，達到滿意效果后，可以在“實用工具欄里選擇”打印當前視圖或把當前視圖保存為圖片命令，把當前的電子地圖直接打印或輸出為圖像文件。

5 結 語

對飲用水水源地環境安全進行全面監管是健全飲用水安全保障體系的關鍵環節，建立全國重點城市集中式飲用水水源地環境保護監管信息系統是環保部門必須承擔的一項公共服務職能[6]。海南省城鎮集中式飲用水水源綜合管理信息系統以地理信息系統(GIS)為基礎平臺，以水源地基本信息數據庫、水源地監測信息數據庫、水源地多媒體數據庫為基礎，基于三維網絡技術，對飲用水源地的各環境要素進行綜合分析和信息處理，并使操作結果能以專題圖、表格、多媒體等方式顯示，具有實用性、交互性、可開發性、智能化等特點。通過對各類飲用水水源地管理功能的實現，為各級飲用水水源環境保護管理部門的工作人員提供及時、準確的飲用水水源環境保護管理工作所需的信息和數據，以實現集中式飲用水水源地環境質量的動態監管。

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[1] 劉賢詞,邢 巧,王曉輝,等. 海南省城市集中式飲用水水源地基礎環境調查及評估研究[J]. 中國農村水利水電,2011,(5):56-59.

[2] 劉賢詞,周 文,邢 巧,等. 海南農村飲用水水源地基礎環境調查及評估研究[J]. 中國農村水利水電,2012,(5):54-55,58,61.

[3] 楊 薇. 基于GIS的鄭州市農村飲用水安全管理信息系統的設計與實現[D]. 鄭州：鄭州大學,2013.

[4] 朱 琦,胡 昊,尚 屹,等. 全國重點城市集中式飲用水水源地環境保護監管信息系統技術框架設計與研究[C]∥ 中國環境科學學會.2012中國環境科學學會學術年會論文集(第二卷).中國環境科學學會,2012:4.

[5] 王晨野,邢 巧,岳 平,等. 海南省飲用水水源保護環境績效評估體系構建研究[J]. 中國農村水利水電,2015,(4):132-137.

[6] 姜 偉,黃 衛.集中式飲用水水源地環境監控預警體系構建[J].環境監控與預警,2010,2(6):5-7.