李永軍，姚 軻，孫 浩，李 琛

(1 華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，北京 東燕郊 101601；2 華北科技學(xué)院研究生院，北京 東燕郊 101601)

0 引言

在礦山建設(shè)和生產(chǎn)過程中，水害一直作為一個制約環(huán)節(jié)存在。眾多突水案例證明，不同的突水水源所形成的的充水模式和災(zāi)害強度不同，及時準(zhǔn)確地判別充水水源是礦井突水事故防控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1-4]。

國內(nèi)外學(xué)者采用諸多分析方法進行判別煤礦充水水源研究，多元統(tǒng)計學(xué)方法[5]和非線性分析方法[6-8]的研究已趨漸成熟；利用水化學(xué)特征識別充水水源是一種簡便有效的方法，該方法通過繪制 Piper 三線圖揭示礦區(qū)不同地下水含水層的水化學(xué)特征，并結(jié)合出水點與背景值的水文地球化學(xué)特征，可正確判斷出礦區(qū)突水水源[9-10]；基于判別分析法和模糊綜合判別法的“底含”數(shù)據(jù)庫模擬管理系統(tǒng)也可正確判斷礦區(qū)突水水源[11-12]。

目前，國內(nèi)外所設(shè)計的軟件或判別系統(tǒng)集成了系統(tǒng)聚類分析算法[13]、貝葉斯判別分析算法[14]及灰色關(guān)聯(lián)度分析算法[15]，但僅限于計算機單機操作，無法完成數(shù)據(jù)的云存儲和云傳輸?shù)?。因此，設(shè)計與開發(fā)基于Web網(wǎng)站的礦井充水水源判別系統(tǒng)，在網(wǎng)站中實現(xiàn)水源判別具有一定的研究價值。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 總體框架

系統(tǒng)總體設(shè)定為六大模塊，分別是基礎(chǔ)信息設(shè)置模塊、檢測項模塊、圖表繪制模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、數(shù)理判別模型模塊及管理員選項模塊，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計總體框架圖

1.2 總體功能設(shè)計

系統(tǒng)開發(fā)完成后，以網(wǎng)站形式公布，使用者可輸入用戶名及密碼登陸系統(tǒng)，進行權(quán)限內(nèi)的各項操作。網(wǎng)站開發(fā)所用到的基本軟件平臺如下：

數(shù)據(jù)庫：Mysql 10.0 數(shù)據(jù)庫

開發(fā)環(huán)境：Microsoft.NET Framework Version :4.0.30319

ASP.NET Version:4.0.30319.1

開發(fā)工具：Microsoft Visual Studio 2012

開發(fā)語言：C#語言

信息服務(wù)器：IIS 5.0或更高

通過參照全國各大煤礦的水質(zhì)臺賬，制定數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)包括數(shù)據(jù)錄入形式、數(shù)據(jù)所包括的指標(biāo)及各指標(biāo)的常用單位。

(1)資源共享

礦井充水水源判別系統(tǒng)的Web網(wǎng)站(設(shè)計網(wǎng)址為http://www.haotter.com/waters/)可實現(xiàn)多用戶登錄，并共享網(wǎng)站內(nèi)所存儲的數(shù)據(jù)，共用網(wǎng)站所設(shè)計的判別功能。Web網(wǎng)站應(yīng)

用原理如圖2所示。

圖2 Web網(wǎng)站應(yīng)用原理圖

(2)數(shù)據(jù)存儲功能

存儲功能是判別系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，旨在收集不同地區(qū)不同煤礦的水質(zhì)資料，為不同地區(qū)不同煤礦的充水水源判別提供參照樣本。通過單項錄入和批量導(dǎo)入并通過校驗的數(shù)據(jù)均被存儲到系統(tǒng)中。

(3)常規(guī)水化學(xué)特征判別功能

系統(tǒng)設(shè)計了常規(guī)水化學(xué)特征判別所需的各類圖表的繪制功能，主要包括Piper三線圖、Zaporozec水質(zhì)圖、離子含量分布柱狀圖、離子濃度比值對比表及庫爾洛夫表達式。

(4)數(shù)理模塊判別功能

數(shù)理判別模塊設(shè)計了三種數(shù)理統(tǒng)計法的算法：系統(tǒng)聚類分析算法、貝葉斯判別分析算法及灰色關(guān)聯(lián)度分析算法。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)庫的分類

數(shù)據(jù)庫中包含煤田信息庫、含水層信息庫和水質(zhì)信息庫。每個信息庫中均設(shè)有“新建”、“修改”及“刪除”命令，使用者可添加國內(nèi)外煤田、礦名稱及煤礦所屬的煤炭集團名稱，可添加與水樣所屬含水層相符的層位信息，需對含水層做其他說明的可在備注一欄注明。水質(zhì)信息庫的設(shè)計囊括了系統(tǒng)對水樣進行多種分析所需的主要陰陽離子指標(biāo)、PH值、礦化度或TDS、硬度、酸堿度等，并設(shè)定了與每個指標(biāo)匹配的濃度單位以及對水樣進行化驗的機構(gòu)名稱。

2.2 數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)與管理

(1)數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)

為便于數(shù)據(jù)的查詢與搜索，系統(tǒng)將煤田信息、含水層信息及水質(zhì)信息關(guān)聯(lián)到一起，即在水樣數(shù)據(jù)錄入或?qū)胫靶钑r先設(shè)定其所屬的煤田(包括煤礦)及所屬含水層，如此實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的完整性，在查詢或搜索某一煤礦全體數(shù)據(jù)時僅需在查詢(搜索)欄鍵入煤礦名稱即可。

(2)數(shù)據(jù)錄入

數(shù)據(jù)錄入分為單項數(shù)據(jù)錄入和多組數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

單項數(shù)據(jù)錄入適用于數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)來源不統(tǒng)一，或某些離子指標(biāo)缺失的情況。錄入內(nèi)容包括樣本來源信息、采樣信息、水樣物理性質(zhì)、陰陽離子含量、PH值、硬度、礦化度或TDS以及微量成分；批量數(shù)據(jù)導(dǎo)入適用于數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)來源統(tǒng)一、水源判別時所需分析指標(biāo)完整且單項錄入耗時多的情況。

(3)數(shù)據(jù)校驗與導(dǎo)出

數(shù)據(jù)校驗是數(shù)據(jù)入庫之前的一項檢查工作，是確保數(shù)據(jù)及必需信息完整的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)導(dǎo)入后進入“分配校驗信息”界面，由管理員指定專業(yè)人員校驗數(shù)據(jù)，管理員也可自行進行校驗工作。

數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)均可導(dǎo)出為Excel格式的文件。

3 網(wǎng)站各功能的設(shè)計與實現(xiàn)

系統(tǒng)各功能的設(shè)計以便捷和高效為原則，即通過簡潔的界面設(shè)計使用戶能夠快速高效判別水質(zhì)、水源類型。

3.1 網(wǎng)站前臺登錄功能

用戶在瀏覽器網(wǎng)站搜索欄鍵入http://www.haotter.com/waters/，即可進入系統(tǒng)登錄界面。界面中設(shè)置有用戶名、密碼兩個輸入欄，用戶通過輸入正確的用戶名和密碼并點擊“登錄系統(tǒng)”按鈕即可登錄系統(tǒng)主頁。其部分程序代碼如下：

function isLoginSub() {

var userName = document.getElementById("TextUserName").value;

alert("輸入用戶名！");

return false;

}

var password = document.getElementById("TextPassword").value;

if (password == "") {

alert("輸入密碼！");

return false;

在互聯(lián)網(wǎng)時代條件下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用為農(nóng)業(yè)產(chǎn)生帶來了極大的便利，同時也促進著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。智慧農(nóng)業(yè)作為一種新型農(nóng)業(yè)形態(tài)，其融合了多項現(xiàn)代信息技術(shù)，有效解決了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中遇到的問題，是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。要想促進農(nóng)業(yè)的高效、可持續(xù)發(fā)展，就必須加大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，不斷創(chuàng)新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，以提高生產(chǎn)效率。

}

return true;

}

礦井充水水源Web判別系統(tǒng)的設(shè)計登陸界面如圖3所示。

圖3 登陸界面

3.2 后臺各功能設(shè)計與實現(xiàn)

(1)系統(tǒng)主頁設(shè)計

系統(tǒng)主頁左側(cè)以樹形形式呈現(xiàn)系統(tǒng)的所有模塊選項(圖4)，用戶通過點擊各模塊中的分支選項可進入對應(yīng)的界面。

(2)基礎(chǔ)信息模塊設(shè)計

基礎(chǔ)信息界面設(shè)計有“煤田信息”、“集團信息”、“煤礦信息”、“水源層位”和“化驗機構(gòu)”等五個板塊，大致采用了INTEGER、VARCHAR、DATETIME三種數(shù)據(jù)類型。該模塊設(shè)計了數(shù)據(jù)庫信息的關(guān)聯(lián)共享，為信息的查找提供了方便。

圖4 系統(tǒng)主頁界面

(3)數(shù)據(jù)錄入設(shè)計

該界面設(shè)計了六項模塊，分別為基本信息、采樣信息、陰離子、陽離子、PH值及礦化度，硬度。各項信息錄入無誤后通過提交按鈕提交本條數(shù)據(jù)，提交的數(shù)據(jù)經(jīng)后續(xù)的數(shù)據(jù)校驗即可存入數(shù)據(jù)中心。

(4)圖表繪制設(shè)計

該界面分別設(shè)計了數(shù)據(jù)來源信息(即數(shù)據(jù)出自哪一煤礦哪一含水層等)，Piper三線圖、Zaporozec水質(zhì)圖、離子差異對比柱狀圖、離子比值對比表、庫爾洛夫式的繪制選項以及圖中所能呈現(xiàn)出的數(shù)據(jù)的形態(tài)與顏色。界面設(shè)計圖如圖5所示。

(5)數(shù)理判別模型設(shè)計

數(shù)理判別模型界面提供給用戶三種數(shù)理判別分析方法(圖 6)，點擊其中一種判別分析的按鈕即可進入相對應(yīng)的界面(圖7)，每種判別分析都設(shè)有參照水樣和待判水樣的選擇按鈕，數(shù)據(jù)選擇有誤時可通過重置按鈕重新選擇數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)選擇無誤后即可進行水源的判別。

(6)管理員管理設(shè)計

該界面是管理員授權(quán)及管理各類使用者的操作界面，管理員可通過“新建用戶”授權(quán)新使用者權(quán)限，也可修改用戶權(quán)限或?qū)τ脩暨M行刪除操作，在用戶眾多的情況下，可通過用戶名搜索，進而完成操作。

4 結(jié)論

基于互聯(lián)網(wǎng)的礦井充水水源判別系統(tǒng)成功將水化學(xué)資料數(shù)據(jù)庫、常規(guī)水化學(xué)特征模型及數(shù)理判別模型等以網(wǎng)站的形式融合在一起，實現(xiàn)了煤礦水化學(xué)資料的云存儲、常規(guī)水化學(xué)特征模型及數(shù)理判別模型的云判別及各地煤礦水化學(xué)資料的共享。煤礦水化學(xué)資料的共享有助于煤礦突水水源判別研究的進一步發(fā)展，對煤礦的建設(shè)及安全生產(chǎn)具有一定的現(xiàn)實意義。

圖5 圖表繪制界面

圖6 數(shù)理判別模型界面

圖7 系統(tǒng)聚類分析界面

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