基于国家地质网格的地下水质量评价

ISSN 100020054 CN 1122223öN 　 清华大学学报 (自然科学版)J T singhua U niv (Sci & T ech) , 2006 年 第 46 卷 第 6 期2006, V o l. 46, N o. 6 12ö377972800 　 基于国家地质网格的地下水质量评价 张礼中1, 2, 　张永波2, 　武　强1, 　周小元2, 　霍志彬2 (1. 中国矿业大学 资源与安全工程学院, 北京 100083; 2. 中国地质科学院 水文地质环境地质研究所, 石家庄 050061) 收稿日期: 2005206228 基金项目: 国家“八六三”高技术项目 (2002AA 104220) ; 国土资源部国土资源大调查项目 (200310400034) 作者简介: 张礼中 (19692) , 男 (汉) , 四川, 博士研究生。 现工作地址: 中国地质科学院水文地质环境地质研究 所, 石家庄 050061 E2m ail: zhanglizhong1015@ 126. com 摘　要: 设计并开发了区域地下水质量评价应用网格软件。 该软件基于国家地质网格环境, 依据地下水质量国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 , 采用综合评价 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 , 利用网格计算技术、大型地理信息系统 技术, 在Do t net 平台下, 将软件部署在北京、天津、石家庄、 济南、郑州网格节点上, 通过 IE 浏览器在国家地质网格门户 网站可调用它进行华北平原指定时空范围的浅层地下水质 量评价, 获得相应地下水质量状况。应用结果表明: 将网格 计算、大型 G IS 和地下水质量综合评价方法结合起来实现 分布式动态数据的区域地下水质量评价十分有效。 关键词: 地下水; 网格计算; 模型; 地理信息系统 (G IS) 中图分类号: X 523; P 641 文献标识码: A 文章编号: 100020054 (2006) 0620797204 Groundwater qua l ity eva lua tion ba sed on the na t iona l geology gr id ZHANG L izhong1, 2, ZHANG Yongbo2, W U Q ia ng1, ZHOU Xia oyua n2, HUO Zhib in2 (1. School of Resources and Safety Eng ineer ing, China Un iversity of M in ing and Technology, Be iing 100083, China; 2. In stitute of Hydrogeology and Env ironmen tal Geology, Chinese Academy of Geolog ica l Sc iences, Shij iazhuang 050061, Ch ina) Abstract: A regional groundw ater quality evaluation softw are w as developed to analyze distribu ted dynam ic data fo r groundw ater quality evaluation. T he softw are w as based on a Do t N et p latfo rm using grid computing techno logy and large2scale G IS data from the Ch ina N ational Geo logy Grid and the national groundw ater quality standards. The softw are has been app lied to the Beijing, T ianjin, Sh ijiazhuang, J i’nan, and Zhengzhou groundw ater system s and can be imp lem ented from the N ational Geo logy Grid po rtal on the in ternet. T he groundw ater quality can be evaluated fo r any space2t im e range fo r the shallow aquifer in the N o rth Ch ina P lain. T he resu lts show that grid computing techno logy can be used w ith large2scale G IS techno logy fo r regional groundw ater quality evaluat ions w ith dist ributed dynam ic data. Key words: groundw ater; grid computing; model; geograph ic info rm at ion system (G IS) 网格 (g rid)是继传统互联网 ( In ternet)、万维网 (WWW ) 之后的第三代互联网应用, 是萌芽于上世 纪 90 年代而目前迅速发展的一种新型网络计算平 台[ 1 ]。我国“十五”计划、“八六三”重大专项“高性能 计算机及其核心软件”支持的中国国家网格 (Ch ina na t iona l grid, CN Grid) 是聚合了高性能计算和事 务处理能力的新一代信息基础设施的试验床。国家 地质网格 (na t iona l geo logy grid, N GG) 是 CN Grid 支持开发的一个应用网格, 是以国家地质调查工作 的实际需求和推进地质调查工作的技术应用水平为 目标, 结合地质调查主流程信息化[ 2 ] , 研究基于网 格计算技术的资源配置管理、软件开发与应用、数据 与组件服务等关键技术问题而构建的地质领域应用 网格系统平台环境。 本文在N GG 平台下, 设计并开发了地下水质 量综合评价模型应用网格软件, 实现了地下水质量 综合评价过程中的协同工作机制, 在华北平原地下 水质量综合评价中得到实际应用。 1　NGG 下地下水质量综合评价模型设计 1. 1　N GG 平台环境及相关技术 N GG 是在中国地质调查局三级网络体系 (中国 地质调查局网络中心、大区地质调查中心、省级地质 调查院) 下, 基于中科院织女星网格操作系统 (V ega GO S) [ 3 ]搭建的应用网格平台环境, 其网格体系结构 如图 1 所示, 由一系列基本服务、服务流语言构造 器、专业任务 (服务流)、服务流语言引擎以及网格门 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 户组成, 通过 3 个核心服务和外部系统环境相连。 在N GG 环境下开发地下水质量综合评价模 型, 用到的关键技术包括网格服务 (Grid Service) 技 术和大型G IS 技术。Grid Service 对W eb Service 的 相关 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 进行扩充, 用于解决服务发现、动态服务创 建、服务生命周期管理问题。G IS 作为一种空间变化 数据的收集、存储、管理、空间 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和表达的工具, 已 在地下水资源评价、地下水管理模型等领域得到实 际应用[ 4 ]。利用 Grid Service 技术和大型 G IS 技术, 从空间提取相应的分布式水质数据, 利用模型进行 数据分析评价, 将分析评价成果形成空间数据, 实现 成果的可视化表达。 图 1　国家地质网格体系结构 　　在N GG 环境下开发地下水质量综合评价模 型, 用到的关键技术包括 Grid Service 技术和大型 G IS 技术。Grid Service 对W eb Service 的相关协议 进行扩充, 用于解决服务发现、动态服务创建、服务 生命周期管理问题。G IS 作为一种空间变化数据的 收集、存储、管理、空间分析和表达的工具, 已在地下 水资源评价、地下水管理模型等领域得到实际应 用[ 4 ]。利用 Grid Service 技术和大型 G IS 技术, 从空 间提取相应的分布式水质数据, 利用模型进行数据 分析评价, 将分析评价成果形成空间数据, 实现成果 的可视化表达。 1. 2　综合评价方法 地下水质量综合评价依据为地下水质量国家标 准[ 5 ]。该标准将地下水质量划分为 5 类, 同时给出了 地下水各项指标的含量特征, 是地下水质量评价的 基础。 地下水质量综合评价的数据源为分布于不同地 区网格节点上的空间数据库中的水质监测数据, 是 符合中国地质调查局“地下水资源调查评价数据库 标准”的分布式数据。水质监测点作为地下水资源空 间数据库的一个专业图层, 采用外挂属性表的方式 存储不同点的多期监测数据。这些数据由相应数据 生产者负责维护和更新, 数据量是动态增加的。 地下水质量综合评价采用目前使用比较广泛的 综合指数法[ 5 ]和 Fuzzy 综合评判[ 6 ]两种方法, 实现 单一水质取样点的地下水质量综合评价, 然后采用 K rig ing 插值法对空间上各离散水质取样点的水质 评价结果数据进行格网插值处理, 依据地下水质量 国家标准 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的级别进行评价区区域地下水质量 分区。　　 1. 3　综合评价流程 在N GG 环境下, 利用 Grid Service 和大型 G IS 技术, 通过 IE 浏览器交互界面, 调用后台数据服务、 计算服务及 G IS 服务, 共同完成整个分布式的地下 水质量综合评价过程 (图 2)。用户提出地下水质量 综合评价要求后, N GG 门户负责接受用户的输入 并和M apG IS 环境进行交互, 将该交互所产生的参 数 (地下水质量评价指标、评价年份、评价方法、评价 区域等)传递给服务流引擎, 服务流引擎根据相关的 参数解析地下水质量评价服务流语言并创建一个任 务实例, 该任务实例首先启动计费服务, 然后从国家 网格中发现符合用户需求的服务, 完成服务的动态 绑定, 依次对每个服务进行调用, 实现节点上不同点 的同期水质测试数据的单项指标评价、综合评价、然 897 清 华 大 学 学 报 (自 然 科 学 版) 2006, 46 (6) © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 后完成单项评价结果数据的提取、传输、聚合, 最后 完成计费并生成区域地下水质量分区图返回给用 户, 该任务实例也就此注销。评价结果图层可以在 IE 浏览器上显示和查询, 可下载, 这也奠定了评价 成果进一步利用的基础。 图 2　地下水质量综合评价流程 2　综合评价模型的应用 利用C# 、Do t net 平台、大型M apG IS 二次开 发函数库、SQL Server, 结合华北平原的地质调查 工作, 实现了地下水质量综合评价模型的软件开发、 部署与应用。 2. 1　网格节点部署 华北平原的地下水资源调查工作主要由行政区 划相关的各省地质调查院来完成, 并负责辖区的基 础地质数据资料的生产、存储和更新。在中国地质调 查局和N GG 环境支持下, 完成了华北平原网格节 点的部署 (图 3)。地下水质量综合评价模型在这些 节点下部署实现, 由一系列网格服务组成, 包括数据 提取服务、评价算法服务、数据传输服务、计费服务、 M apG IS 地图服务、M apG IS 数据服务等。模型实例 在用户请求下动态创建, 调用相应服务完成评价工 作, 评价工作结束后自动注销。地下水水质数据为潜 水的水质监测数据, 来源于各地质调查院长期地下 水监测网, 相应部署在各地质调查院数据网格结点 上, 这些数据由相应地质调查院负责定期维护和更 新, 数据量是动态增加的。 2. 2　华北平原地下水质量综合评价 通过 IE 浏览器在 N GG 门户网站 (h t tp: öö www. ngg. cgs. gov. cn) 注册后, 可查询到“地下水 质量评价服务”列表, 从其“详细信息”中选择服务的 “调用”可进入华北平原地下水质量综合评价服务人 机交互界面 (图 4)。界面分左中右 3 大区域: 左区实 现评价范围、评价方法和评价参数等的选择; 中区 用于图形数据、评价指标数据、评价结果数据的显 示、漫游和选择; 右区用于在评价过程中显示动态 信息, 评价结束后对评价结果信息进行处理。 在华北平原内进行地下水质量综合评价, 首先 要选择评价范围, 有矩形和行政区划两种方式选择。 其次进行评价指标及评价方法选择。评价指标选择 通过“参数”按钮, 系统在中区打开评价指标交互界 面来实现。评价方法通过“方法”按钮, 系统在左区打 开相应的方法供选择。选择评价年份后, 单击“评 价”按钮评价。 模型系统根据选择的范围, 确定范围所涉及到 的各数据节点, 然后根据范围通过 In ternet 逐一到 相关节点数据服务器上查询要评价的数据对象, 并 通过数据对象、数据的年份和评价指标去查询外挂 水质测试属性数据库, 提取相关数据, 调用地下水质 量综合评价服务对单点对象逐一进行水质综合评 价。每个节点相关数据评价完成后, 再通过 In ternet 将单点对象的评价结果提交给有大型M apG IS 支 持的计算节点服务器。在计算节点服务器上, 生成带 评价结果属性的“水质类型图”, 并调用 K rig ing 插 997张礼中, 等: 　基于国家地质网格的地下水质量评价 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 值服务和等值线服务产生“地下水质量分区图”。最 后, 系统通过M apG IS IM S 服务将评价生成的结果 发布在 IE 浏览器客户端 (评价界面的中区) , 供浏览 和查询。 图 3　华北平原地下水资源评价网格节点部署 图 4　地下水质量综合评价界面 　　评价结束后, 可通过右区的“图形”、“表单”按钮 实现评价结果的浏览。如果需要利用评价的结果, 可 通过“保存”按钮实现评价结果数据的下载。下载的数 据为M apG IS 文件格式和 Excel 数据文件格式。可再 次选择范围、方法、指标等参数反复进行评价操作。 3　结　语 基于该模型提供的华北平原地下水质量综合评 价应用, 界面易于操作, 整个过程可在 IE 浏览器上 操作完成, 网格节点上的地下水水质监测数据由相 应数据生产者负责维护和更新, 提供可持续地对华 北平原地下水质量进行综合评价的能力, 可为政府 进行华北平原地下水的开发利用和监督管理服务, 也为公众了解华北平原地下水质量状况及动态提供 了条件。 参考文献　 (References) [ 1 ] 高全泉. 关于网格及其它分布计算技术的若干问题的讨论 [J ]. 计算机科学, 2003, 30 (2) : 17 21. GAO Q uanquan. D iscussion of servral issues fo r grid and o ther distribu ted computing techno logies [J ]. Com p u ter S cience, 2003, 30 (2) : 17 21. ( in Ch inese) [ 2 ] 其和日格, 韩志军. 地质调查信息化建设 [J ]. 国土资源信息 化, 2003, (1) : 12 16. Q IH E R ige, HAN Zhijun. Construction of geo logy survey infom atizat ion [J ]. L and and R esou rces Inf om a tiz a tion, 2003, (1) : 12 16. ( in Chinese) [ 3 ] 徐志伟, 李伟. 织女星网格的体系结构研究 [J ]. 计算机研究 与发展, 2002, 39 (8) : 923 929. XU Zh iw ei, L IW ei. R esearch on vega grid arch itecture [J ]. J ourna l of Com p u ter R esearch and D evelopm ent, 2002, 39 (8) : 923 929. ( in Chinese) [ 4 ] 魏加华, 王光谦, 李慈君, 等. 基于 GIS 的地下水资源评价 [J ]. 清华大学学报 (自然科学版) , 2003, 43 (8) : 1104 1107. W E I J iahua, WAN G Guangqian, L I C ijun, et al. G IS2based groundw ater resource evaluation [J ]. J T sing hua U n iv (S ci & T ech) , 2003, 43 (8) : 1104 1107. ( in Ch inese) [ 5 ] GBöT 14848293. 地下水质量标准 [S]. GBöT 14848293. Q uality Standard fo r Ground W ater [S ]. ( in Chinese) [ 6 ] 束龙仓, 邱汉学. 济宁市开采层地下水质量的 Fuzzy 综合评 判及 FORTRAN 程序 [J ]. 长春地质学院学报, 1988, 18 (4) : 431 440. SHU L ongchang, Q IU H anxue. J in ing exp lo its Fuzzy judging syn thetically and FORTRAN p rocedure of the w ater quality of one layer of groundw ater [J ]. J Changchun U n iv of E arth S cience, 1988, 18 (4) : 431 440. ( in Chinese) 008 清 华 大 学 学 报 (自 然 科 学 版) 2006, 46 (6) © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net