钢琴左手指法琴键图:水文水情自动遥测系统开发

　　水文水情自动遥测系统是由遥测站、数据传输部分、后台应用软件系统组成。

　　遥测站由遥测终端机（RTU）、现代化水情信息采集装置、数据传输装置、遥测供电设备组成。遥测站利用遥测终端机（RTU）和信息采集装置对雨情、水情、气象、视频等数据进行实时采集、存储，与数据传输信道连接，通过数据传输装置将实时数据发送至数据接收中心站，完成对监控点的实时监控。

　　本遥测系统采用多种信道，可使用超短波、卫星、GPRS、CMDA、扩频通信、光纤、微波、串行口等多种通信方式，也可以由以上任意几种通信方式组成多种信道混和传输模式。

　　本遥测系统可接入目前市面上绝大多数水文监测的设备，包括雨量计、水位计、温湿度计、气压计、闸位计、风向风速仪、蒸发皿、流量计、盐度计、激光测距仪、渗压计及所有485接口的水文设备。

水文信息化是近年来水文行业在水文事业发展和现代化建设过程中频繁提及和关注的一个新课题，水文现代化是水利信息化的基础，水利信息化是水利现代化的基础［1~2］。为推进水文水资源信息化建设，需要逐步建立信息完整、查询快捷、满足不同需要的管理系统，改善管理手段，增加科技含量，提高服务水平，促进技术创新和管理创新；为保障经济社会发展，水文部门需要向各级政府、相关行业及社会各方面及时提供大量的决策信息，譬如：降雨、泥沙、蒸发、径流和水环境、地下水等信息，洪涝干旱的信息，防灾减灾的预测和对策信息等。采用现代信息技术使公众及时准确地了解水文信息，成为水文管理发展的新趋势。运用WebGIS技术，实现水文信息的直观化、图像化发布，正是适应了这一发展趋势。邯郸水文局根据自身特点，建立了邯郸水文信息管理系统，更好地服务于水利事业，是实现邯郸市水利信息化和现代化的一项重大举措。本文详细介绍了基于WebGIS的邯郸水文信息管理系统的设计及实现方法。

地理信息系统地理信息系统的任务就是完成由手工处理阶段向计算机处理阶段过渡，使信息管理系统逐步完整、完善和规范化，从根本上提高企业的现代化管理水平［3~4］；地理信息系统（GIS）技术已成为信息时代水文学研究的核心技术之一，利用WebGIS技术在Web上运行GIS已成为水文学研究中新的用户需求和GIS发展的必然趋势。而Web技术和GIS技术相结合，产生了WebGIS（Internet地理信息系统）［5~6］。WebGIS是基于Internet平台进行信息发布、数据共享、交流协作，WebGIS可以将地图与相应的数据库有机地结合起来，实现图形与数据的有效连接，在查询图形时，可以相应查出地图中某图形目标的相应数据库信息，反之可以通过对数据库的查询，查看到相应的地图位置，真正实现信息的动态查询，使各种信息的浏览和查询变得更加直观、方便、快捷。因此，WebGIS具有广泛的访问范围，良好的可扩展性、跨平台特性、平台独立性，系统成本大规模降低、系统操作更简单、真正大众化的GIS等优点［7］。

1 系统设计目标和原则

1.1 系统设计目标

邯郸市位于河北省的最南部，西倚太行山，东南与鲁、豫两省接壤，为太行山南段东麓和华北平原的南部。辖区内共有雨情、水情报汛站48处，站网分布较为广泛。水文站网是在一定地区，按照一定原则，用适当数量的水文测站构成的水文资料收集系统［8］。

站网是由多个目标、诸多国家水文测站和许多雨量站点所组成，包含了大量信息的动态系统，采用传统的信息传递和存储办法已不能适应水文信息管理及发展的要求，水文信息管理的水平是衡量水文工作效率和水利信息化的重要方面，因此，建设邯郸水文信息管理系统的目标是通过采用遥测方式、计算机技术、数据库SQL Server2000和WebGIS等高新技术对水文信息进行科学管理，可以有效地避免信息传输慢、低效、信息更新周期长、大量消耗人力物力等缺点，实现水文信息管理的数字化、信息可视化、查询直观化、更新迅速化和信息可扩充化等［9］，从而使系统起到辅助决策的作用，为水利部门和领导提供科学的计算结果和决策依据；邯郸水文信息管理系统不仅要有超强的管理功能，而且还应该具有方便有效地查询、分析、计算、输出等功能。

1.2 系统设计原则

邯郸水文信息管理系统的建设，主要是围绕河北省水文局、河北省防汛办公室、邯郸水文局和邯郸市防汛办公室等信息共享平台用户的实际需求，按照水利部水文局提出的对水文信息资源的开发管理、存储、处理、共享和利用的要求，根据实用、开放、安全、可靠的技术标准，利用计算机技术、网络技术、WebGIS技术和数据库技术等，在局域网内建立一个基于WebGIS技术和动态网页技术的完整应用网站系统，系统将建设覆盖邯郸市范围的包括测站属性信息和空间地理信息的水文信息数据库及研制基于WebGIS的信息管理系统软件，并要求系统界面友好、工具丰富；系统能对水资源治理方案进行模拟和分析，提供决策支持；系统应具有良好的可扩展性和开放性［10］。

2 系统设计内容

2.1 WebGIS平台的选择

目前WebGIS平台有3种方案：①基于ASP的WebGIS；②基于ISAPI/ActiveX的WebGIS；③基于ISAPI/JavaApplet的WebGIS［11］。

本系统开发采用方案①。使用Microsoft Windows2003操作系统及IIS网络服务器进行搭建；GIS系统采用了ESRI公司的GIS软件（ArcIMS4.0）；数据库管理系统采用SQL Server 2000；开发工具是Visual Studio 6.0等。

ArcIMS4.0（Internet Map Server）是ESRI公司新一代基于Web制图和GIS的软件，ArcIMS是创建地理数据Web站点及维护该Web站点两种方案集成的软件，通过简单易用的框架，为用户提供强大的GIS功能。它可以跨平台、跨操作系统、跨网络运行，通过Internet地图服务和用户自身的GIS 数据，ArcIMS改变了用户访问和进行数据交互的方式，是真正的WebGIS平台［12］。

2.2 系统逻辑结构设计

系统的逻辑结构如图1所示，系统采用了基于Internet技术的浏览器/服务器体系结构（B/S结构）。从水文局信息管理工作来看，实时水文信息系统的首要任务是能够实时地查询到各个雨情站点的雨量和水情站点的水位情况，以及对这些查询结果的表达、分析等，为相关决策部门提供实时数据。本系统实现的WebGIS功能如图1。

图1 系统逻辑结构示意图

（1）实时监测模块，提供详尽的站网分布地图查询及简单的空间分析功能，用户通过该模块可以查询到详细的测站信息，实现站网信息的可视化和查询直观化；并且使用浏览器端可实现对相关地图进行放大、缩小、平移、全图显示等功能；

（2）雨情信息模块，提供了多种统计方式，以统计测站雨量信息报表和雨量柱形图信息，对超过某一量级雨量的雨情站点进行报警提示；

（3）水库水情模块，统计水库水情信息报表和水位———蓄水量过程线信息等，实现超警戒、超汛限/危险、正常等不同水位站点进行“报警或闪烁”显示；

（4）河道水情模块，统计河道水情信息报表和水位—流量过程线信息等，实现超警戒、超汛限/危险、正常等不同水位站点进行“报警或闪烁”显示；

（5）用户权限管理模块，提供远程的数据上报、更新、维护功能，能够实现对各类信息的录入、修改、删除等功能，是整个系统的输入端。并且，在系统用户对数据进行这些操作时，系统能够辨别用户对数据的操作权限，对未被授权的用户拒绝其操作。

2.3 数据库系统设计

在系统建立的过程中，数据库建立往往占建设资金和时间的70%～80%，由此可见数据库的设计和建设极其重要。数据库系统的设计遵循了规范化、标准化、完备性、扩充性、安全性和实用性等原则，为实现关系数据库统一管理系统数据，同时考虑大量数据管理和性能的问题，系统选用SQL Server作为数据库管理系统，保证了数据库与操作系统Windows2003Server的无缝集成。

WebGIS服务器端由WWW及GIS服务器和SQL Server数据库服务器组成，其中WWW及GIS服务器主要作为WebGIS平台发布，可以进行数据检索、查询等服务。

3 系统运行与功能实现

邯郸水文信息管理系统采用ArcIMS4.0作为GIS开发平台，Visual Studio 6.0作为编程语言，SQL Server 2000作为系统数据库，使用Microsoft Windows2003操作系统及IIS网络服务器进行搭建。其主要特色功能如下：

3.1 邯郸市站网电子地图

本系统采用ArcIMS地图服务器向客户端提供地图数据［13］。基本的地图操作包括图层控制、放大、缩小、漫游、全屏、点、矩形查询、实时信息、打印等，这些功能都可以直接在客户端实现。

地图操作具有强大的空间表达能力，以电子地图方式管理和显示水系、地形、流域边界、站点分布，行政区划等，具备在电子地图上实时动态显示雨水情信息、预报信息、站点信息的多途径多方式的查询功能；点击测站状态，可进行站网信息的畅通率分析，畅通率就是每天统计接收遥测数据个数，定时自报数据和加报次数，计算每天的畅通情况，并将应收报、实收报、加报、错报、漏报等数据存储到运行分析结果数据库。

若某站点的水位超过警戒水文或者雨情站点的雨量超过某一个量级，系统将用红色闪烁符号、居中显示或报警声来渲染该站点，实现危险警报。

3.2 水文信息查询功能

信息查询主要对遥测数据库和实时水雨情数据库的数据进行信息输出和信息展现功能，可以对一般的信息、水情信息、雨情信息、统计信息和分析信息进行数据表现，也可以直方图、过程线、等雨量线等图形进行表现，具备在电子地图上实时动态显示与水情信息、预报信息、站点信息的多途径多方式的查询功能；具有用B/S结构实现信息查询方式，并具有GIS方式信息查询；操作起来方便、快捷、准确。

3.2.1实时监测系统

实时监测功能包括表格监测、测站状态、地图监测、地图统计等，主要是显示当前时段各报汛站畅通、运行等详细情况。

3.2.2雨情信息系统

主要功能为雨情、水情信息查询等，可实现：

（1）采用类Excel界面风格设计报表系统；

（2）报表系统可根据要求生成雨情简报和水情简报，雨情和水情分析统计表等；

（3）报表中可嵌入简单图元，如直线、曲线、弧线、矩形、椭圆、扇形、位图、文本等；

（4）可以按Excel文件格式导出报表；

（5）可设定某些单元格在报表调用运行时也可进行人工修改；

（6）具有报表放大打印、缩小打印功能，也可以选择自动居中打印；

（7）可以在报表上选择部分区域打印。

3.2.3信息管理系统

信息管理系统分为基本信息和系统信息管理两种，能实现对各类信息的录入、修改、删除等功能。并且，在系统用户对数据进行这些操作时，系统能够辨别用户对数据的操作权限，对未被授权的用户拒绝其操作。

系统规划3种用户类型：系统管理员、数据库管理员、普通用户。一般用户只能对信息进行查询，不能修改或删除数据；数据库管理员则可以对基础数据进行录入、修改及删除；系统管理员除拥有数据库管理员的权限外，可以添加或删除用户及对用户授权。系统根据登录用户的类别进行判断，只有具有权限的用户才可以进行信息维护的操作，维护的内容包括测站信息、监测断面信息、水质信息、水质标准和系统用户信息。维护的方式是在Web上对以上信息进行浏览、添加、编辑和删除，并由具有相应权限的用户负责这些信息的维护工作。