（模式识别与智能系统专业论文）基于internetgprswebgis的三峡库区水环境安全监测系统.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 三峡库区成库后，三峡库区的环境安全尤其是水环境安全问题日显凸出，水 环境安全问题不仅影响库区及周边地区人民的生命财产安全，而且也会影响长江 中下游地区甚至全国的可持续发展。但是，目前我国现有的水质监测体系自动化 程度和信息化程度还偏低，因此，采用先进科技学技术对三峡库区水环境进行安 全监测进行设计已势在必行。随着计算机技术、自动化技术和通信技术的迅速发 展，实现大范围流域的水质监测技术已经成熟。鉴于此。本文提出基于 i n t e m e t w e b g i s g p r s 的三峡库区水环境安全监测模型，并对此进行了设计与实 现。 本文设计了基于w e b g i s 的大范围水域水质的监测方案，运用w e b g i s 技术实 现三峡库区水环境监测系统的开放性设计，系统将水质监测点布局、水质监测信 息直观反映给用户，提高了环境预测及突发事件决策应变能力，突破了传统水质 监测技术对空间地理等因素的局限。通过研究分析c s 与b s 两种数据发布模式， 结合水质监测系统的实际需求，本文设计了基于b s 模式的实时数据发布模型， 可实现水质信息数据发布及时、准确、简便。水质监测数据的远程自动采集一直 都是水质监测系统中的重点与难点，本文研究了数据采集系统各自的技术特点和 实现方式，选用基于r s 4 8 5 总线技术和g p r s 无线通信技术实现本系统中的数据 采集，实践证明g p r s 技术可以很好的实现库区大范围内的实时数据采集和复杂 恶劣水质环境的无人监测，特别适用于多点采集、数据传输量少的野外自动水质 分析仪器的数据传输及监测。同时，本文利用模糊数学综合评判法，建立了三峡 库区水质模糊综合评判模型，该模型很好的将水质监测的实测值，转化为反映水 质质量优劣程度的质量值，克服了其他水质评价中人为清晰化的不足。 本论文对水质自动监测的研究将有助于实施三峡库区水质自动监测工程，实 现水质实时监测、远程监控和水质预测，为环境保护、水文水利等相关部门提供 一个全方位的集水质数据自动采集、水质监测终端监控、水质分析、监测中心辅 助决策为一体的高度自动化、信息化的水质自动监测、决策支持系统。 关键字：w e b g i s ，g p r s ，i n t e r a c t ，b i s 模式，远程数据采集 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t a f t e rt h et h r e eg o r g e sd a m c o m p l e t e d ，t h ew a t e r - e n v i r o n m e n t a ls e c u r i t yi nt h i s a r e , aw i l ln o to n l ye n d a n g e rt h el i f ea n dp r o p e r t ys a f e t yo fp e o p l ei na n da r o u n dt h e a r e a ，b u ta l s oh i n d e rt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h er e g i o n so fm i d d l ea n dl o w e r r e a c h e s a tp r e s e n t ，b u tc h i n a sc u r r e n tw a t e rq u a l i t ym o n i t o r i n gs y s t e mi sn o ts o m v a n c e di nt h ea p p l i c a t i o no f a u t o m a t i o na n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y t h e r e f o r e ，t h e u s eo fa d v a n c e ds c i e n c ea n dt e c h n o l o g yt od e s i g nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i rw a t e r e n v i r o n m e n ts a f e t ym o n i t o r i n gi si m p e r a t i v e w i t hc o m p u t e rt e c h n o l o g y ， a u t o m a t i o n t e c h n o l o g y ， a n dc o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g yi sd e v e l o p i n gr a p i d l y ， g r e a tb a s i na r e a o fw a t e rq u a l i t ym o n i t o r i n gt e c h n o l o g yh a sm a t u r e d b e c a u s eo ft h i s ，t h i sp a p e r p r e s e n t s t h et h r e eg o r e sd a ma r e aw a t e rs a f e t ym o n i t o r i n gm o d e lb a s e do n i n t e r n e t w e b g i s g p r s ，a n dc a r r yo u tt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o n t h i sp a p e rd e s i g n e dt h ew a t e rq u a l i t ym o n i t o r i n gs c h e m eo ft h el a r g e s c a l ew a t e r a r e ab a s e do nw e b g i s ，u s ew e b g i st e c h n o l o g ya c h i e v e dt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i r w a t e re n v i r o n m e n tm o n i t o r i n gs y s t e m so p e nd e s i g n ，w h i c hd i r e c t l yr e f l e c t e dt ot h e u s e rw i n lw a t e rd i s t r i b u t i o nm o n i t o r i n gp o i n t s ，w a t e rq u a l i t ym o n i t o r i n gi n f o r m a t i o n 。 a n da l s oi m p r o v e dt h ee n v i r o n m e n t a lp r e d i c t i o na n dd e c i s i o n - m a k i n ge m e r g e n c y r e s p o n s ec a p a b i l i t y ，m e a n w h i l ew h i c hi sb r e a k t h r o u g ho ft h eu a d i t i o n a lw a t e rq u a l i t y m o n i t o r i n gt e c h n o l o g yo nf a c t o r ss u c ha sg e o g r a p h i cs p a c el i m i t a t i o n s t h ek e ya n d d i f f i c u l to fw a t e rq u a l i t ym o n i t o r i n gs y s t e mi sl o n g - r a n g ea u t o m a t i cc o l l e c t e do fw a t e r q u a l i t ym o n i t o r i n gd a t a ，t h i sp a p e rr 髓e a r c ht e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ew a y o f r e a l i z a t i o no fe v e r yt h ed a t ac o l l e c t e ds y s t e m ，s e l e c t i o nh a s c do nt h er s - 4 8 5b u s t e c h n o l o g ya n dg p r sw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g yo ft h es y s t e mo fd a t a a c q u i s i t i o n ，p r a c t i c eh a sp r o v e ng p r st e c h n o l o g yc a na c h i e v ew e l lw i t h i nt h el i m i t s o ft h er e a l - t i m ed a t ac o l l e c t i o na n dc o m p l e xe n v i r o n m e n to fp o o rw a t e rq u a l i t y u n m o n i t o r e d ，a n dm o r es p e c i f i c a l l ya p p l i c a b l et ot h ec o l l e c t i o np o i n t ，d a t a t r a n s m i s s i o na u t o m a t i c a l l yg e n e r a t et h ef i e l do fw a t e r a n a l y s i se q u i p m e n td a t a t r a n s m i s s i o na n dm o n i t o r i n g t h r o u g ht h ea n a l y s i so fc sa n db sd a t ar e l e a s e dt w o m o d e l s ，w a t e rq u a l i t ym o n i t o r i n gs y s t e mw i t ht h ea c t u a ld e m a n d ，t h i sp a p e rd e s i g na r e a l - t i m ed a t ad i s t r i b u t i o nm o d e lb a s e do nb s ，w h i c ha c h i e v ew a t e r q u a l i t y i n f o r m a t i o na n dd a t ad i s s e m i n a t i o no f t i m e l y ，a c c u r a t ea n dc o n v e n i e n t m e a n w h i l e ， 重庆大学硕士学位论文英文摘要 t h i sp a p e ru s e 吻c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o dt ob u i l df u z z yc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o nm o d e lo ft h e1 1 1 r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a ，t h em o d e lw i l lc o n v e r tw a t e r q u a l i t ym o n i t o r i n gv a l u 鹤i n t oq u a l i t yv a l u et h a tr e f l e c t sw a t e rq u a l i t y ， i tw i l l o v e r c o m eo t h e rw a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o ni nt h es h o r t a g eo f c l e a rt h ea r t i f i c i a l t h et e c h n o l o g yo fw a t e rq u a l i t ya u t o - m o n i t o r i n ga n dp r e d i c t i o nr e s e a r c h e di nt h i s p a p e rw i l lc o n t r i b u t et ot h ea p p l i c a t i o no ft h ea u t o - m o n i t o r i n ge n g i n e e r i n g ，t ot h e r e a l i z a t i o no f r e a l t i m em o n i t o r i n go f w a t e rq u a l i t y ，r e m o t ec o n t r o la n dw a t e rq u a i l t y p r e d i c t i o n i tw i l lb eu s e f u lt oc o n s t r u c tah i g h l ya u t o m a t i z e d ，i n f o r m a t i o n i z e dd e c i s i o n s u p p o r ts y s t e mt os u p p o r ta u t o - m o n i t o r i n gw a t e rq u a l i t ya n dd e c i s i o n ，a u t o - a c q u i r i n g w a t e r q u a l i t yd a t a ，t h em o n i t o r i n go f w a t e rq u a l i t ya tt e r m i n a l s ，a n a l y s i so f t h ew a t e r q u a l i t ya n dd e c i s i o nm o n i t o r i n gc e n t e r ， f o rt h ec o r r e l a t i v ed e p a r t m e n t s ， s u c ha s e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ，h y d r o l o g y ，w a t e rc o n s e r v a n c y ， e t c k e y w o r d s ：w e b g i s ，g p r s ，i n t e r n c t ，b sm o d e l ，r e m o t ed a t aa c q u i s i t i o n i h 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谓十的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庞太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：坌侈、i 人 一， 签字日期：工。7 年乡月占日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废盔堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密() 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名：佥闺 签字日期：另卵年z 月6 日 导师签名：幻占 签字日期：2 p o 年月岁日 ， 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 绪论 1 1 课题研究背景 水是一种入类赖以生存的重要资源。它是可以再生的，而水的再生性主要取 决于自然界的水循环。随着我国经济的发展，水的需求量在迅速的增加。然而由 于环保观念淡薄，以及缺乏合理的水回收手段，浪费水、污染水的现象在我国的 某些地方可以说是屡见不鲜。水资源的过度开采，破坏了水在自然界的循环。此 外，根据专家的预测，如果仍不采取有效的措施对水资源进行综合治理与规划， 那么到2 0 1 0 年，中国将成为一个严重缺水的国家。事实上，北方的很多省份目前 已经出现了严重缺水的现象。水资源的短缺正在给国民经济的发展带来消极的影 响n 。 1 1 1 三峡库区水域概况 三峡工程库区作为一个现代地理概念，系指按照位于宜昌县中堡岛的三峡大坝 蓄水1 7 5 m 方案，因水位升高而受淹没影响的有关行政区域。三峡库区总面积 5 6 7 x 1 0 6h n 2 。其中淹没陆地面积6 0 0k m 2 。 库区河段流量丰沛，变化幅度大。多年平均悬移质含沙量1 1 8 k g m 3 。长江每 年5 至l o 月为汛期，7 至8 月径流量最大，汛期径流量约占全年径流量的7 0 8 0 。库区长江支流众多，较大支流有5 0 余条。南北两岸交错排列，坡降大，流 量变幅大【2 1 。 1 1 2 三峡水质现状 三峡库区沿江各个县城和集镇，每年排放的工业废水和生活污水近2 亿吨； 重庆以上长江千流和主要支流( 岷江、沱江、嘉陵江、乌江、赤水河) 的沿江城市、 县城和主要集镇，每年排放的工业废水和生活污水近2 5 亿吨，绝大部分都是未经 处理便直接排入长江 目前造成长江污染的水质还有：干流和主要支流沿江城镇的生活垃圾和工业 固体废物随意抛弃和堆放在岸边，生活垃圾无害化处理率不到7 ；船舶垃圾沿江 随意丢弃的现象尚未得到有效控制。三峡水库蓄水后对库内水质的影响：三峡水 库蓄水后控制库内水质的关键时段，是在水库水位1 5 6 m 和1 7 5 m ，而入库流量又 较小的1 2 月末至翌年2 月末。该时段内上游来水量很小，使得水库内水流的速度 减缓很多，意味着污染物在水库内的滞留时间延长，上面提到的各种水质如不抓 紧进行治理，势必使水库内的水质变差 2 - 3 】。 1 1 3 三峡水环境监测基本情况 三峡库区水环境质量监测包括年度水期水质监测、城区江段岸边污染带监测 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 和三峡工程二期蓄水期间水质监测。评价标准和测试方法执行地表水环境质量 标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 。2 0 0 3 年6 月1 日，三峡水库开始二期蓄水。为及时掌握三 峡库区蓄水期间的水质情况，国家环保总局自5 月2 5 日至6 月2 0 h 对库区水质进行 逐日同步监测，从重庆至湖北秭归三峡大坝前共布设6 个监测断面。监测内容包括 p h 、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、石油类、挥发酚、总磷、 化学需氧量、氰化物、汞、铅、镉、砷和六价铬等1 5 项1 3 】。 1 2 国内外重大流域水环境研究现状 水质监测自动化是包含了化学分析技术、计算机技术、通信技术和检测技术 等多学科的综合技术。通过水质自动监测系统，对于定点水域的水样采集，多项 水质参数的测定以及数据的处理和传送都可以自动的进行【7 】。 1 9 世纪8 0 年代末，美国有关专家认识到水的分析方法需要统一化，1 8 9 9 年 美国公共卫生协会( a p h a ) 成立了“水的标准分析方法委员会”负责这项工作。1 9 0 5 年，该委员会发表了一份研究报告一水的标准分析方法，它就是现在已出版 到第1 8 版的那套著名的水和废水的标准检验法( 简称标准检验法) 的第1 版。水和废水的标准检验法的发展史就是美国水质监测的发展过程。目前， 世界上很多国家都建立了以监测水质污染综合指标及某些特定项目为基础的水质 污染自动监测系统。如日本东京的水质自动监测系统，监测中心可以对各个监测 站的采样进行控制，控制的内容包括接通或断开电源，切换采样泵，反向洗涤过 滤网等。各监测站每十分钟向监测中心传送一次数据，然后由位于监测中心的计 算机对数据进行处理。而在泰晤士河流域水质自动监测系统中，计算机利用无线 电技术控制着各水质自动监测站，每隔一段预先设定好的时间，就向各处监测站 发出采集数据或执行其他任务的命令。发生污染事件期间，还可在控制室内用人 工启动的办法增加数据采集的次数。该系统在治理污染水道、防止污染事故和保 护鱼群方面发挥了重要的作用1 8 - 1 5 j 。 我国对水质自动监测系统的研究始于八十年代；水质监测工作是水资源管理 与保护的一项重要的基础性工作。它在水资源的管理、开发方面发挥了重大的作 用。由于投资庞大，因此主要由政府兴建，用于重点水域的监测和管理，或者在 大型的水利工程中作为配套系统进行建设。对于前者，如中国环境篮测总站根据 国家环保总局的要求，在松花江、辽河、海河、淮河、黄河、长江、珠江、太湖、 巢湖和滇池等主要江河流域、湖泊建成的7 3 个水质自动监测站。这些监测站主要 对水温、p h 和浊度等八项指标实施监测，并提供水质自动监测周报。对于后者， 如东深供水工程和南水北调工程中兴建的水质自动监测系统。东深供水工程水质 自动监测系统设两个中心站，三个子站。中心站包括计算机及系统软件、避雷器 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 和供电电源等。子站则配备远程有线数据终端、多参数水质监测仪、避雷装置及 供电系统。通信使用东深供水局的微波网络。而南水北调工程配套的水质自动监 测系统目前仍处于建设阶段。其中，位于河南省渐川县的陶岔水质监测站是南水 北调中线工程上建成的第一座自动水质监测站。该监测站配有先进的水质自动在 线监测设备，可以2 4 小时不问断实施水质自动监测，监测数据通过卫星同步传送 到国家环境监测总站，从而实现对引水水质的实时连续监测和远程同步监控。目 前，水利系统已建成由水利部、流域、省及其地( 市) 水环境监测中心、分中心， 共2 5 1 个监测机构组成的四级水质监测体系：水质监测站点3 2 4 0 处，基本覆盖了 全国主要江河湖库；专职人员2 2 1 8 人，技术力量较强，实现了对水质的有效监测。 监测数据为了解河流水质现状，监测工厂达标排污，预测污染趋势等方面提供了 重要信息，但也应看到现今的水质监测网络越来越不能满足水质管理和制定水政 策的需要，水质管理者在建立水质模型时面对的是数据多、信息少的局面。现今 的水质监测网络存在诸多弊端 a - 7 1 。 1 3 课题的提出 重要流域水环境的恶化、水资源的短缺并将给我国国民经济的发展带来消极 的影响。因此建立一个高效的监测网络对于流域水质管理有重要意义， 而网络作 为一种组织管理形式，由于它充分考虑各种复杂因素的综合作用，因此在流域监 测中有重要意义。科学监测是科学地反映水质信息的重要组成部分。一个监测网 络的核心部分为：站点、水质参数、监测频率。 虽然我国的水质监测体系和能力都有了一定的基础，但面对新时期水利发展 的形势和要求，还存在一些急待解决的问题。从技术层面上来讲，主要集中在自 动化程度低，以及信息处理的及时性与管理工作的需要不相适应两个方面。首先。 测定各种水质参数是水质监测工作的重要内容。在测定的过程中，虽然有些参数 是由仪器完成的，但大部分的测定工作( 包括取样和化验) ，都是由人工完成的。 不仅工作量大，监测效率低，而且很难在短时间内提供水质参数的信息，实时掌 握水质的变化情况。其次，水质监测网络的信息化程度偏低，使得众多的监测部 门各行其是，既浪费了人力、物力，又因时间、指标上的差异而导致监测数据客 观上无法共享。通过邮政信件完成一个监测周期需要2 0 天的时间；数据的整编则 在每年年底或者第二年的年初进行。而在监测频次上，仅能做到枯、平和丰水期 各两次，这对于水量、水质变化较大的河流来说，远不能满足管理的需要。因此， 传统的监测模式已经不能适应和满足当前信息化管理工作的需求。 为了提高水质监测系统的机动能力、快速反应能力和自动测报能力，以及对 突发性水污染事故的预测、预报能力，有必要进行水质自动监测技术的研究。基 3 重庆大学硕士学位论文 i 绪论 于i n t e r n c t g p r s w e b g i s 的水质监测系统的提出正是一种水质监测自动化的解决 方案，它能大大节约成本，并相对于传统监测方式提供更快的实时响应，缩短信 息传播周期，实现数据的共享。 1 4 论文主要研究工作 论文针对三峡库区大范围水域，研究b s 模式下远程水质数据监测技术，其 主要研究工作如下： 针对库区的特点研究基于i n t e m e t g p r s w e b g i s 的三峡库区水环境安全 监测系统的结构模型，实时监控策略模型和软件、硬件支撑模型； 研究基于b s 和w e b g i s 的三峡库区环境监测及数据发布的软件分析系 统； 研究库区水环境实时数据采集硬件技术； 研究库区水环境数据综合分析处理模型； 研究库区水环境实时数据采集软件系统。 1 5 小结 本章在详细分析目前三峡库区水环境监测现状，国内外相关研究现状和水质 监测技术发展趋势的基础上，提出了一种基于i n t e m e t g p r s w e b g i s 的远程实时 在线的大范围水域水质监测方法，并确定了论文的主要研究内容。 4 重庆大学硕士学位论文 2 基于w e b g i s 的大范围水域水质监测技术研究 2 基于w e b g i s 的大范围水域水质监测技术研究 2 1w 如g i s 的相关技术研究 2 1 1g i s 的基本概念分析 地理信息系统是一种决策支持系统。它的定义由两方面组成，一方面，地理 信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门 新兴交叉学科：另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以空间数据库为基础， 采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地 理决策服务的计算机技术系统【1 6 】。 地理信息系统的特点： 具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性； 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门 的地理分析方法，完成人类难以完成的任务； 计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征，因而地理信息系统能以快速、 精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。 2 1 2w e b g i s 的基本功能分析 随着i n t e m e t 技术的不断发展和人们对g i s 的需求的日益增长，利用i n t e r n e t 在w e b 上发布空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，已经成 为o i s 发展的必然趋势。于是，基于i n t e m e t 技术的地理信息系统的w e b g i s 就应 运而生【1 9 1 1 2 0 1 2 ”。 网络地理信息系统目前没有一个严格的定义，但是总的来说，网络地理信息 系统应该实现如下功能： 利用因特网提供的物理基础和浏览器，服务器( b r o w s e r s e r v e r ) 机制，遵循 h t t p 协议，支持常用的网络浏览器，实现地理信息在因特网环境下的传输和浏览。 以地理信息元数据标准为基础，实现在因特网上地理信息的时间、空间和 属性上的有机融合。 实现地理信息的图形、图像和文本的双向或多向可视化检索和查询。 提供因特网上在线空间分析功能，如搜索分析、缓冲区分析、网络分析等。 网络化地理信息系统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，反之可以通过对于数据库的查询，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、方便和快捷。 w e b g i s 是采用先进的w w w 技术、g i s 技术和数据库技术，建立在基于 5 重庆大学硕士学位论文2 基于w c b g i s 的大范围水域水质监测技术研究 i n t c r n c t 上的用户界面友好的网络化g i s 。全球范围内任意一个w w w 节点的 i n t e r a c t 用户都可访问w c b g i s 服务器提供的各种g i s 服务，从而使g i s 真正进人 千家万户。 网络地理信息系统的特点与传统g i s 相比，w c b g i s 优点相当明显： 实现了分布式的多源数据的管理和集成，使用户能够同时访问多个位于不 同服务器上的数据，实现了真正的信息共享。 平台独立，由于使用通用的网络浏览器实现异构数据的共享，因此网络应 用独立于服务器端使用的g i s 软件和服务器类型，真正实现跨平台操作。 有效平衡计算负载和网络流量负载在服务器端和客户端的分配，为充分发 挥网络资源的优势提供灵活高效的计算摸式。 降低了软硬件配置的成本并且简化了系统的操作和管理。 2 1 3w 如g i s 的体系结构分析 从g i s 软件的网络应用的模式来看，主要存在四种类型，a o ：主机终端模型、 工作组( w o r k g r o u p ) 、客户机服务器( c l i e n t s e r v e r ) 和浏览器服务器 ( b r o w s e r s e r v e r ) 。 主机终端模型 主杌终端模型是一种集中式管理结构。这种方式主要在信息工业早期被采用 最初应用软件对硬件的要求较高，尤其要求计算机具有很强的图形处理能力；因此 应用软件大多运行于大中型的主机系统，如v a x ，i b m 系列。这种模式以大型主 机作为服务器，通过终端来访问数据，因为终端需要时刻与服务器连接，对线路 的要求高，若需要维护多个终端时，服务器的负担比较重。这种模式的主要特点 是功能覆盖面广，空间数据的处理能力强，但是异构系统闯不能共享数据，且成 本较高，专业性要求高，不易扩展【1 6 】。 客户机服务器( c s ，c l i e n t s e r v e r ) 客户机服务( c s ，c l i e n t s e r v e r ) 模型是一种分布式系统结构，在该体系中，客 户端通常是同最终用户交互的应用软件系统，而服务器由一组协作的过程构成， 为客户端提供服务。客户机和服务器通常运行相同的微内核，一个客户机服务器 机制可以有多个客户端，或者多个服务器，或者兼而有之。客户机n 务器模式基 于简单的请求应答协议，即客户端向服务器提出信息处理的请求，服务器端接收 到请求并将请求解译后，根据请求的内容执行相应操作，并将操作结果传递回客 户端。这种模式的计算可以大大减轻服务器的负担，降低对网络传输能力的要求， 从而减少网络建设和使用成木。h t r p 、f t p 等协议都是遵循客户机服务器的模式。 在网络地理信息系统的实现中，由于提供了较大的灵活性和极大的伸缩性，因此 客户机服务器模型是经常采用的一种方案。目前，将服务器分解形成数据服务器 6 重庆大学硕士学位论文 2 基于w e b g l s 的大范围水域水质监测技术研究 和应用服务器，形成三层结构，可以更好地区分数据访问操作和应用模型，这是 经常被采用的一种结构。 浏览器服务器( b r o w s e r s e r v e r ) 浏览器服务器( b r o w s e 刚s e r 、甩r ) 即b s 模型把c s 结构中的服务器端分解 成应用服务器( w e bs e r v e r ) 和多个数据库服务器，从而形成三层，分别是：客户端、 中端事务逻辑和后端数据库。通过这种计算模式实现的g i s 即w e b g i s ，系统的应 用逻辑与开发维护工作主要集中在服务器端，大大简化了c i s 结构中的客户端， 在客户机上只需安装操作系统、浏览器以及相应的网络协议即可，使得g i s 应用 软件的分发与维护更为简单。 b r o w s e r s e r v e r 结构的优点可以归纳为以下几点： 1 ) 无需不断升级客户端的硬件设备，由于客户端软件的更新，不断地提高了 对计算机性能的要求。采用b r o w s e r s e r v e r 模式，系统主要运行在服务器端，客户 端不需要购买或升级硬件，在相当程度上拓展了计算机的生命周期。 2 ) 简化了客户端的安装、配置，由于b r o w s e r s e r v e r 是建立在广域网的基础 上，有比c l i e n t s e r v e r 更强的适应范围，客户端只需安装操作系统和通用浏览器即 可，不必安装特别的应用软件、数据库接口等，有效节省了人力和物力。 3 ) 显著降低了系统开发的费用，b r o w s e r s e r v e r 模式允许在不依赖客户端系 统平台的情况下，快速应用开发，并且应用完全在服务器端执行，客户端通过有 效的网络协议，向服务器发送请求，中端业务逻辑系统将请求的信息返回到客户 端显示：大大减少系统维护的工作量，由于客户端不再担负数据访问和复杂数据计 算等任务，只负责显示，而把事务逻辑处理放在服务器端，从而充分发挥了服务 器的强大作用，这样一方面大大降低了对客户端的要求，另方面也把技术人员 从繁重的维护升级工作中解脱出来，使维护人员不再为维护工作奔波于各个客户 机之问，每一次的软件升级只需要更新服务器端程序即可。 4 ) 现代计算机信息系统发展的趋势是，系统体系结构正逐步从客户机服务器 ( c l i e n t s e r v e r ) 结构向浏览器服务器( b r o w s 吲s e r v 盯) 过渡i 1 6 1 t 2 4 1 。 2 1 4w r c b g i s 的实现技术 w 曲g i s 是网络g i s 的一个重要组成部分，网络g i s 的些概念，如客户机， 服务器模式、分布式数据管理等，也可以应用于w e b g i s 。但是在w e b g i s 实现时， 还要着重考虑两个问题，即控制网络传输数据量以及必须通过浏览器与用户进行 交互。 目前已经有多种不同的技术方法被应用于研制实现w e b g i s ，包括 c g l ( c o m m o n g a t e w a y i n t e r f a c e ，通用网关接l a ) 方法、服务器应用程序接d ( s e r v e r a p i ) 方法、插件法( p l u g - i n ) 、j a v aa p p l e t 方法以及a e t i v e x 方法等等【2 0 。 7 重庆大学硕士学位论文2 基于w e b g i s 的大范围水域水质监测技术研究 2 1 5w - e b g i s 的系统平台 当前，地理信息系统的软件商纷纷推出或升级已有的w e b g i s 系统版本，而且 更新的周期越来越快，尤其是几大主流平台系统提供商，几乎一年左右就有新的 版本推出。其中国外有代表性的系统平台有e s r i 公司的m a p o b j e c t si n t e r a c tm a p s c r v e r ( m a p o b j c c t si m s ) 和a r c v i e w i n t c m e tm a ps e r v e r ( a r c v i e w i m s ) ，后来合并为 a r ci m s ，m a p i n f o 公司的m a p x t r e m e ，a u w d c s k 公司的m a p g u i d e ，i n t c r g m p h 公司的g e o m c d i aw e bm a p 等。国产w e bg i s 平台有武汉吉奥信息工程技术有限 公司的c t e o s u r f , 国家遥感应用工程技术研究中心的地网g e o b e a n s 、中地软件的 m a p g i s i m s ( i n t e r n e tm a ps e r v e r ) 等平台。 其中，m a p g i s i m s ( i n t e m c tm a ps e r v e r ) 是中地软件推出的新一代基于i n t e r a c t 的分布式g i s 解决方案。对于最终用户，它提供了一种更为快捷、廉价的方式以 获取地理信息；对于高级用户，它还提供了更为丰富的管理工具来建立可缩放的、 高效的站点。m a p g i s i m s 遵循g i s 标准，采用分布式g i s 软件技术，基于h t c m n c t 网，采用多层体系结构和几种分布式对象技术的综合使用( c o r b a ，d c o m 、j a 、，a ) 来为建立及发布地图信息提供了快捷的一体化解决方案。 以上是对几种在国内外较具代表性的、比较成熟的w e b g i s 软件平台，各个产 品都有各自的特点和功能。 2 2 方案设计 2 2 1 设计目标 通过研究三峡库区水环境现状和环境监测工作的需要，研制建立基于w e b g i s 的三峡库区水环境监测信息发布模型，为三峡库区工业水质的管理、监测和决策 提供依据。主要实现： 用于三峡库区水环境的资料、信息、地图及提供查询检索服务： 提供三峡库区水环境监测点的现状与分布情况： 建立三峡库区工业水环境的突发事件的预警和决策咨询系统，并提出相应 的控制对策和解决方案。 2 2 2 开发平台及工具的选择 a s p n f r + c 牟+ m ss q ls e r v e r 2 0 0 0 + m a p g i s 一眦s 。 使用a s e n e t 开发w e b g i s 具有自己的优势，首先可以将网页的设计和功能 的实现任务分开；同时它可以使用多种语言开发，方便不同的用户；又因为它具有 a c t i v e x 嵌入和自定义控件的功能，可以在网页上嵌入专门的地图视图控件，对于 a s e n e t 所有的这一切都是在服务器端运行的，用户只要发出请求就能得到相应 的操作结果，用户对系统的访问和普通网页没有任何区别，非常方便。 8 重庆大学硕士学位论文 2 基于w e b g i s 的大范围水域水质监测技术研究 m a p g i s i m s 特点： 新一代基于i n t e ：力n e t 的分布式g i s 解决方案； 采用b s 模式： 以快捷、廉价的方式获取地理信息； 建立可缩放的、商效的站点； 遵循g i s 标准，采用分布式g i s 软件技术； 基于i n t e m e t 网，采用多层体系结构； 为建立及发布地图信息提供了快捷的一体化解决方案。 2 2 3 模型体系结构设计 系统分为三层：页面层( 包含c l i e n t b r o w s e 层，w e bs e r v e r 层) 、业务逻辑 层和d a t a b a s e 层。系统前端表示原始地理数据库的形成，主要由m a p g i s 的图形 库管理子系统和属性库管理子系统来完成。 页面层 1 ) 浏览器层的平台是，采用普通的h t m l 浏览器，接收普通的h t m l 页面。 它的任务是访问w e b g i s 服务器中有关的a s p n e t 页面，并请求地图数据。 2 ) w e b 服务器层的平台是w i n d o w s n t 以及m a p g i s 平台，主要由两部分 组成：一是基于m a p g i s 平台的m a p g i ss e r v e r 组件；另一个是i n t e r n e tg i s 站点 设计向导程序w i z a r d 。w e b g i s 服务器接收到浏览器端的请求后。利用m a p g i s s e r v e r 组件的功能，进行处理、分析、计算等，如果需要g i s 数据服务器的数据， 则向g i s 数据服务器发出请求。用于响应客户请求的一系列a s p n e t 程序，可以 在建站时由向导程序w i z a r d 快速生成。 业务逻辑层 业务逻辑层是开发者自己为了满足开发的需要，对w e b g i s 的一种扩展，在 这里用户可以定义自己的数据结构和应用，是对w e b g i s 的一种扩展应用。 g i s 数据层 g i s 数据服务器层的平台是u n i x 或w i n d o w s n t 以及地理数据库。它完成 数据的定义存储、检索、完整性约束以及有关的数据库管理工作，它接收到 w e b g i s 服务器的数据请求，并将处理结果交送w e b g i s 服务器。 9 重庆大学硕士学位论文2 基于w e b g i s 的大范围水域水质监测技术研究 图2 ，1w e b g i s 模型体系结构 f i 9 2 1t h em o d e l a r c h i t e c t u r eo f w e b g i s 基于w e b g i s 的工业水质监测模型结构图见图2 1 所示。在基于w e b g i s 的管 理信息系统中，客户端的空间数据、拓扑关系以及属性数据是无缝连接的，需要 服务器端对数据作有效的组织与管理、建立目录服务与元数据检索机制；其次， 分布式数据库管理服务器与浏览器端w e b g i s 必须定义基于t c p i p 协议的数据通 讯结构。通讯结构的作用在于建立服务器与浏览器端的g i s 数据传输通道。一方 面通过浏览器端的数据通讯接口接受用户的请求：另一方面，服务器端g i s 通讯 接口侦听并接受请求，经过分析传送到相应的服务器( 如查询服务器、专题制图服 务器、分析服务器) 分布式处理后，综合处理结果，再反馈到服务器端通讯接口统 一返回、响应到浏览器端。 2 2 4