基于XGIS的天图水环境保护系统

<P><STRONG>一、项目背景</STRONG><BR>　 　水环境主要由地表水环境和地下水环境两部分组成。地表水环境包括河流、湖泊、水库、海洋、池溏、沼泽、冰川等水体及环境要素；地下水环境包括泉水、浅层地下水、深层地下水等水体及环境要素。水环境是构成环境的其本要素之一，是人类社会赖以生存和发展的最重要场所，也是受人类影响和破坏最严中的地域。水环境的污染和破坏已成为当今的主要环境问题之一。当前面临的水环境问题，主要有洪涝灾害、干旱缺水、河流干凅、水体污染、水土流失、地下水位持续下降等。水环境同其他环境要素如土垟环境、生物环境、大气环境等构成了一个有机的综合体，它们之间相互影响、相互制约。当改变或破坏某一区域的水环境状况时，必然引起其他环境要素发生变更化。因此，在对水环境进行合理开发和利用时，应该加强对水环境的保护。<BR>　　20世继70年代初期开始，中国有些地方水的污染已影响生活质量，如苏州的鱼体煤油味很重，松花江的水含甲基汞等。随着工农业的发展，污水排放量增加，水污染的范围扩大和污染程度不断加剧，尤其是近20年来国民经济高速发展，随之而来的水环境水污染问题十分严重，其造成的后果不亚于洪灾和旱灾，已经到了非解决不可的时候了。水环境保护仅限于某些工程的治理是远不够的，比如云南省滇池的治污，几十亿元投下去，效果并不理想。最近有消息报道长江上游的污染，担心三峡工程建成以后，会变成污水池。南水北调，天津拒绝要东线水，这说明目前中国对水污染治理还没拿出一个足以令人信服的理论或者实践。因此，建立制定水环境保护规划是水环境保护的首要步骤。</P>
<P><STRONG>二、系统组成</STRONG><BR>　　水质遥测系统是无人职守地、全自动地测量水质的化学和物理参数。它的主体是以微型计算机为核心，以无线电台为传送手段的智能化的数据采集站。在数据采集站所接传感器中任一参数发生变化时，主动向中心站发送，中心站接收到的各个传感器参数反映了它们的连续变化过程。在重要事件发生时，能够自动启动分析程序，并向中央控制室（中心站）发出告警信号，同时在每个重要时期连续地监测和记录水质参数的变化，不断地提供某区段的水质趋势。另外，本系统的水质数据传输的比特数可缩至最短，只需发送同步字、站号、特征码及数据信息。时标信息可在中心站加注，也不必发送更多的冗余位以提高传输的可靠性，一旦传输受到干扰造成数据丢失或错码时，由于前后数据的相关性，在中心站工业控制计算机中很容易插补或修改。因此，本系统即适合有交流电的城市也适合于偏远无交流电源供电的湖泊、江河等地段。<BR>　　本系统的数据传输采用超短波和卫星通信方式。<BR>　　水质遥测系统由监测站及中心站组成：<BR>　　1、监测站<BR>　　监测站主要完成水质数据的收集、存储，定时发送水质的当前值。<BR>　　监测站的组成<BR>　　监测站由水质传感器（或水质监测仪）检测电路、单片机、调制器、无线电台、控制器及太阳能电源组成，见图1所示。</P>
<P><IMG src="http://www.txgis.com/images/solution/solution_d5_clip_image001.gif"></P>
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<LI>人工置数——将水质的某些参数的量值人为地置入控制电路中。
<LI>水质传感器——将水质变化的模拟量转换为数字量即完成A/D转换输出。
<LI>水质监测仪——可提供多路采样输入，在不同的位置进行连续监测。仪器内置的分析部件可在测试不同的参数时选择相对应的传感器。所有的分析部件都可根据分析试样的需要加以优化，该监测仪可全天候、连续地监测水质参量的变化并取得符合实验室标准的测量结果即自动地在现场采样和分析。
<LI>检测电路——当检测到水质参数有变化时，检测电路产生启动信号，使监测站进入工作状态。
<LI>控制器——控制器主要控制电台电源和工作电源的接通和断开。
<LI>单片机——单片机除含有CPU外还有读/写数据存储器，定时/计算器，优先权中断结构，异步接收/发送器的串行I/O接口，振荡器和时钟电路，实现了测站智能化。
<LI>无线电台及太阳能电源——无线电台为230MHz频段单工台。太阳能电源为硅太阳能发电板给蓄电池浮充。水质监测仪也可采用标准市电供电。 </LI></OL>
<P>　　监测站工作原理<BR>　　监测站平时工作在低功耗守候状态，当水质参数变化时或水质检测仪定时将数据送至检测电路时，检测电路起动单片机读入数据，经调制转换和信道编码，将数据变成调制信号后串行输出至电台，电台将数据发出后控制部分关闭电台，监测站重新进入低功耗守候状态。监测站在有水质变化时发送实时信息，无水质变化时发送定时信息。<BR>　　2、中心站<BR>　　中心站主要完成水质数据的接收、处理、打印并以图表和曲线的形式显示。<BR>　　（1）中心站的组成<BR>　　中心站由信息接收平台及工控机组成见图2。<BR>·信息接收平台将由卫星或超短波接收的信息经解调后送入工控机。 <BR>·工控机——它是中心站的接收处理机，其软件完成自检、初始化、收数据、帧处理、时段处理和通信等功能。因工控机为值班机故赋予收数中断以最高优先级，对同一任务按实时性要求的不同由相应的子程序来完成，这就保证了即使连续来报也能及时处理。</P>
<P align=center><IMG src="http://www.txgis.com/images/solution/solution_d5_clip_image002.gif"><BR>图2 中心站结构图</P>
<P>（2）中心站工作原理<BR>　　中心站随时接收由各站点发来的水质数据，进行合理性检验，若合理则用新数据代替该站的前一次合理数据，否则作为可疑数据待下一次再接到该站的数据后再作取舍，并对相应监测站工作状态标志置位，将收到的数据用ASCII字符的形式显示并打印。操作人员把收到数据的时间及合理性判别的结果存入指定文件，按用户指定的时段间隔整理、存储、打印时段水质值，对缺测监测站的数据作出标记。<BR>　　系统正常运行时，工控机将整理出的数据存入文件。中心站工控机可随时将文件通过局域网或公用数据交换网传送至管理机构，也可通过卫星或超短波将数据传输至管理机构，并协助管理人员提出水环境保护的决策方案。<BR>（3）中心站应用软件 <BR>中心站应用软件有9个子系统</P>
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<LI>实时数据采集及处理子系统
<LI>监测及报警子系统
<LI>系统及监测站管理子系统
<LI>数据库字处理子系统
<LI>报表管理子系统
<LI>图形界面子系统
<LI>Web浏览子系统
<LI>数据远传子系统
<LI>卫星站遥控子系统 </LI></OL>
<P><STRONG>三、关键技术</STRONG><BR>　　在建设水环境保护系统中涉及到GIS技术的应用，为实现图文一体化的工作模式，我们采取了以下关键技术：<BR>　　<STRONG>面向对象的GIS技术</STRONG><BR>　　选择用全球领先的XGIS平台建设数字城市管理信息系统，进行对城市部件和事件的管理和入库。<BR>　　XGIS是天夏集团与哈佛大学合作开发的新一代大型GIS平台，XGIS系列产品包括桌面产品、服务器产品、独立产品和开发产品。XGIS在全球领先采用了完全面向对象的技术架构，并率先将地理信息系统与智能决策支持（IDSS）技术相结合，从而掀起了GIS技术的“二次革命”，标志着第二代GIS技术成熟完善并实现产业化。<BR>　　XGIS中文版软件已经在国内得到大量商业应用，在基础测绘、数字城管、房产、规划、国土、公安等行业积累了典型应用案例。借助哈佛大学的GIS全球领先技术优势，XGIS平台在设计之初，就已经成为全球最广泛兼容的GIS平台产品。XGIS目前兼容全球主流的GIS平台数据，如ArcGis、MapInfo、AutoCad等20多个平台，同时，在国内推出的XGIS中文版也完全兼容国内的GIS平台数据，如Supermap、Mapgis等。<BR>　　<STRONG>行业实体库技术</STRONG><BR>　　行业实体库技术的提出是XGIS的显著标志之一，也是用户以面向对象的方式使用软件的具体体现。XGIS行业实体库是由实体组成的，XGIS行业实体包括具体的实体和抽象实体两部分，具体实体是指可以看得见的具体的地物，抽象实体是指涉及国民经济中的相关概念和统计指标等，两部分的结合可以完整描城市地理的全部内容。</P>
<P><STRONG>四、建设意义</STRONG><BR>　　水质遥测系统的建成，将强化原水库、河流的水质监测力度。“水质遥测系统”对从天上降雨、地面成水、地下入渗，直到用水实行统一监测，这样，有利于加速水资源统一管理的进程，发挥水质及水环境监督作用，促进环境改善，同时也改善了投资环境，加速了社会发展。</P>