基于web的城市河流生态健康评价系统设计

韦雪文+高心宇+孙玉辉+赵贤林

摘要：从城市河流治理的实际需求出发，充分考虑到水文、水质、生物栖息地质量和生物评估的具体要求，设计了一种基于Web的城市河流生态健康评价系统。文中對城市河流生态健康的指标及评定以及对如何利用web技术实现健康评价系统进行详细分析。该研究对水质预测及数据共享具有重要意义，为保护水资源和防治水污染提供有力的技术支持和科学依据。

关键词：河流生态健康；B/S架构；AngularJS；Spring MVC；MySQL

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）26-0092-03

Abstract： The paper designs urban river ecological health assessment system Based on Web from the actual demand and fully considering the specific requirements of hydrology， water quality， habitat quality and biological evaluation. The indexes and assessment of urban river ecological health and the health assessment system Based on web are analyzed in detail. The development of this system is very important for water quality prediction and data sharing， and provides powerful technical support and scientific basis for protecting water resources and preventing water pollution.

Key words： river ecological health； B/S； AngularJS； Spring MVC； MySQL

一般来说，城市河流的生态健康表现为社会祝福功能，以满足城市防洪排涝、提供城市用水水源、水面清洁美观等该功能需求，更加强调美学价值和一定的娱乐功能。传统意义上的河流健康评价一般以河流开发和功能建设为目的，主要以水文条件和水质评估为主，忽略了河流的生态健康，因此，对于城市水体来说，需要以生态环境为重点同时兼顾水体的社会服务功能[1]。目前常见的生态健康评价方法包括模型预测法和综合指标法，模型预测法主要通过单一因子对生态系统进行评价，信息量较少，不能够反应水体的多方面综合信息，具有一定局限性。综合指标法涵括信息较多，反映水体生态健康信息较多，综合分析与评价水生生态系统的完整性，并进行合理的解释，应用较多[2-4]。因此，本研究采用综合指标法对城市河流生态健康进行评价。

1 评价指标体系的确定及评定

城市河流生态系统健康的评价指标体系应分为三个层次：第一层为目标层，第二层为准则层，第三层为指标层。考虑到主要的社会功能和景观工程，生态健康评价指标体系需要包含水质特征、水文特征、沿河地形、生物状况和景观美学等方面[2-4]，所以当前对城市河流生态系统健康状况评价指标进行了如下分类（详见表1）。其中，评价准则层包括水质特征、栖息地（生境）特征、水体微生物多样性特征和河道景观特征共4个特征，每个准则层由若干个指标层组成，整个评价指标层包含了17个指标。

通过现场调研、现状分析、参照对比、专家咨询等方法，对照《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）等技术标准文件，确定评价城市水体生态健康的评价标准。本研究将城市水体健康评价指标体系的单项指标评分和指标体系综合评分分为五级（个别指标评分等级分为3或4级），当河流健康程度为良好时，评分为4分，当河流处于病态时，评价为0分（详见表2）。

最后本研究通过采用定性与定量分析相结合的层次分析法确定权重，尽可能减少权重主观性，提高权重的客观性和准确性，融合了间接转接评分的多专家综合意见，根据客观事件的模糊判断，就每一层次的相对重要性给出定量表示，再利用数学方法确定全部元素相对重要性次序的权重系数，具有一定的科学性。

2 基于Web的城市河流生态健康风险评价系统设计方案

2.1 系统体系结构

针对软件系统而言，通常分为C/S和B/S两种软件架构。 C/S 架构是一种典型的两层架构，其全程是Client/Server，即客户端服务器端架构，其客户端包含一个或多个在用户的电脑上运行的程序，而服务器端有两种，一种是数据库服务器端，即客户端通过数据库连接访问服务器端的数据；另一种是Socket服务器端，即服务器端的程序通过Socket与客户端的程序通信。B/S架构的全称为Browser/Server，即浏览器/服务器结构。Browser指的是Web浏览器，极少数事务逻辑在前端实现，但主要事务逻辑在服务器端实现，Browser客户端，WebApp服务器端和DB端构成所谓的三层架构。B/S架构的系统相对于C/S架构的系统而言，具有开发方便、扩展性强、维护简单以及能够随时进行浏览业务等特点。本系统采用B/S架构，对应的系统架构图见图1。

2.2 关键技术

2.2.1 利用angularJS和Bootstrap开发的用户界面

AngularJS 是一款由 Google 公司开发的基于JavaSript的MVC框架，主要用于动态应用程序开发工作。它具有如下特点：1）数据双向绑定，可以实现View层与model层数据的同步，一方的改变会影响另一方；2）代码模块化；3）提供依赖注入，可以大大降低模块之间的耦合度；4）支持测试驱动开发。使用AngulerJS能大大降低了前端开发人员的学习曲线，使得程序的开发、维护和测试更好的简洁，提高测试和开发效率。endprint

Bootstrap是Twitter推出的一个用于前端开发的开源工具包，它内置了非常多的漂亮样式，即便是非专业的前端开发人员也能轻易使用。

所以在本系统中采用AngularJS和Bootstrap能够快速地构建一套展示优美、体验流畅的web界面。

2.2.2 使用SpringMVC作为控制器

Spring是以轻量级的开源框架，它以控制反转原则和面向切面编程思想为基础，提供管理业务对象服务。Spring框架提供构建Web应用程序的全功能MVC模块，它是一种高度可配置的MVC框架。Spring MVC实现了MVC的核心概念，它为Controller和处理程序提供了大量与此模式相关的功能，当向MVC添加反转控制时，它使应用程序高度解耦，提供简单的配置更改就可以动态地更改组件的灵活性[5]。

2.2.3 使用MySQL数据库保存数据

MySQL是一种开放源代码的关系型数据库管理系统（RDBMS），MySQL数据库系统使用最常用的数据库管理语言—结构化查询语言（SQL）进行数据库管理。选择MySQL作为数据库主要是由于开源免费，而且在速度、可靠性和适应性上面满足本系统的需要。

2.3 系统的功能模块设计

本系统主要包括系统管理模块，在线评价模块和结果查询模块三个部分，详见图2 。

其中系统管理模块包括用户管理、角色管理、日志管理。在线评价包括指标采集系统、计算评价结果系统。结果查询包括水质数据报表、评价结果报表。

本系统主要是对城市河流生态健康的各项指标进行统一化管理、有效地分析处理和可视化展示，其中主要涉及的业务范围包括：

1） 用户及角色管理：该系统的用户包括系统管理员、监测项目管理员、监测站点工作人员3类人员。其中系统管理员负责系统权限的各种设置、配置、调整，包括评价模型中评价指标项、权重设置等；负责创建及审核城市河流项目。监测项目管理员只对自身所在项目的相关信息与数据有操作权限，填写、修改本项目生态的基本信息，对本项目生态的基本信息、水质健康等级信息、历史水质数据等进行查询和访问。监测站点工作人员负责该监测站点所有评价指标的人工录入。

2） 日志管理：系统管理员能够登录查看登录日志和模块访问记录，全面掌握用户详细操作步骤，确保系统安全。

3） 指标采集系统：该模块用于录入城市河流生态健康风险评价的相关指标项。

4） 计算评价结果系统：根据采集到的指标项，按照内部的评定方法计算出17个指标的权重值以及当前此河流的生态健康情况。

5） 水质数据报表：为城市河流所包含的所有监测点的各项指标提供报表展示、列表汇总和数据报表导出的服務。

6） 评价结果报表：为城市河流所包含的所有监测点的生态健康风险结果提供报表展示、列表汇总和数据报表导出的服务。

部分效果展示图见图3。

3 结束语

本研究从水质特征、河道生境特征、水体微生物多样性特征和河道景观特征四方面制定了17个城市河流生态健康风险评价指标，并利用web技术开发出一套健康风险评价系统，对于实现水资源的信息集成和共享，对环保部门工作的科学化、管理的现代化都具有积极的促进意义。

参考文献：

[1] 董哲仁. 国外河流健康评估技术[J]. 水利水电技术， 2005（11）：15-19.

[2] 冯彦， 何大明， 杨丽萍. 河流健康评价的主评指标筛选[J]. 地理研究， 2012（3）：389-397.

[3] 王悦. 城市景观河道健康评价指标体系研究[D]. 上海： 同济大学， 2009.

[4] 高学平， 赵世新， 张晨， 等. 河流系统健康状况评价体系及评价方法[J]. 水利学报， 2009（8）：962-967.

[5] 徐雯， 高建华. 基于 Spring MVC 及 MyBatis 的Web 应用框架研究[J]. 微型电脑应用， 2012（28）：1-4.endprint