水利资源地理信息管理系统的技术与实现

2015-05-19 13:37:13    来源:中国地理信息产业协会

摘要:本文介绍了水利资源地理信息管理系统的结构设计与数据库设计,以及在开发过程中总结出的技术路线与关键技术,详细描述了水利资源地理信息管理系统的功能。

0 前言

  兴水利、除水害,历来是治国安邦的大事。新中国成立以后特别是改革开放以来,我国水利改革发展取得显著成就。但是我国人多水少、水资源时空分布不均,水利建设发展很不平衡。要解决这些问题,必须注重科学治水、依法治水,突出加强薄弱环节建设,大力发展民生水利,不断深化水利改革,加快建设节水型社会,促进水利可持续发展,而数字水利建设正是这一思路的具体体现。要解决水利发展的可行性研究、灾害治理方案选定这类涉及工程、环境、经济等诸因素,而又对水利投资综合效益有很大影响的空间多目标决策管理问题,必需从理论依据、决策方法、数据采集、空间模型分析、支撑平台及3S技术集成上进行深入探索。

  在河南省大力开展数字城市建设之际,我院经过对水利部门的需求调查和分析后,利用ArcGIS Engine为开发平台, SQL Server2008为后台数据库,Visual Studio C# 2010为开发工具,自主研发了水利资源地理信息管理系统。


1 系统建设工作目标及设计原则

  基于ArcGIS平台,采用C#语言,开发一套集基础数据的采集、存储、管理、检索、图形编辑、空间模型分析、地下水动态监测、水利设施管理、水文分析、三维动态分析、成果图形生成及输出为一体的“水利信息管理信息系统”。系统收集城市已有基础地理、综合地学、勘察监测及施工等资料,对照实地工作成果和航测成果,按数据库规则进行相应的综合、整理、筛选、归纳及转换,建立起以ArcGIS为平台的基础地理数据库、综合地学数据库、水利设施数据库等等,为城市水利事业大发展提供科学的数据和决策支持。

  系统开发以《2011年中央水利工作会议》和《河南省水利工作会议》为指导,紧密结合中国水利规划、设计、建设实际,针对城市水利系统自动化、数字化程度较弱、基础建设的科学决策较差的现状,引入GIS的有关理论、方法和技术分析手段,着重利用其空间可视化和分析功能,通过理论分析,模型建立与数据库开发、应用程序设计等步骤,建立一个基于GIS技术的水利资源信息管理系统,在系统功能上达到能为城市水利信息数字化管理和科学化决策提供有力的技术支持。


2 系统开发与建库

2.1 系统开发

  系统开发平台选用通用的面向对象开发工具——Visual Studio C# 2010。 数据库系统选用SQL Server2008,空间数据引擎采用ArcSDE 10.0。 系统专业平台选用国际著名的GIS软件公司ESRI的组件GIS软件——ArcGIS Engine。


2.2 数据库建设

  数据库建设包括空间数据库建设和属性数据库建设。

  (1)空间数据库建设包括:基础地理信息,包括航空遥感像片、水系、行政区划、地理标注、道路等内容。水利设施信息,包括地下水、测井、灌溉井、水库、大坝等要素。监测资料,包括收集到的地形测量、水质监测数据、日照、降水、气温及相关的文本资料、统计表格等。

  (2)属性数据分为两类,一类是描述各类图形信息的基本属性及附加信息,其内容根据不同用途而不同,并与空间数据一到存储在空间数据库中;另一类是非空间数据的文本性或统计性资料,保存在属性数据库中。


3 技术路线

  (1)系统需求调查、分析,进一步明确系统目标及要求,确定系统总体框架结构。

  (2)GIS开发工具调研分析,确定系统软、硬件平台,形成系统研究开发环境。

  (3)收集地理编码有关国际标准、国家标准、行业标准,国内已建水利数据库系统调研分析,按规范化、标准化要求统一系统数据编码格式。

  (4)调研分析GPS、航测遥感等数据采集技术的数据格式,研究分析其成果数据与本系统的数据接口。

  (5)选择一个合适的试验地区并在该地区内已完成初步设计的试验路段,收集该地区地形、水系、交通分布、水利设施、环境等系统所需基础资料数据,建立系统所需数据库。

  (6)建立水利基础信息管理和设施管理信息系统,将传统纸质资料信息化、统一化、可视化。

  (7)以GIS强大的空间分析功能为支撑,研究建立地下水监测预警、水文分析、淹没分析、溃坝分析等GIS应用模型,建立系统所需方法库、模型库、知识库及方案决策模型,并就相应的决策方案进行深入研究。

  (8)系统应用程序开发,系统试运行。

  (9)模型检验、修正,用户界面接口程序开发,完成系统建立工作。


4 关键技术

  系统研制过程中的关键技术为多源数据管理和水文分析模型。

  (1)多源数据管理

  水利资源信息管理的头等大事就是将传统的大量纸质资料归一整理,将归属于不同科室的空间数据合并入库,尽量将当前尚无位置信息的属性信息空间化。应该来说,这些多来的源数据的整理工作看似简单,但却异常重要,设计科学合理的数据归档入库方案,丰富现有数据,减少冗余数据是项目首先要解决的一个关键课题,也决定了后续工作是否能够良性开展。

  (2)水文分析模型

  引入GIS的有关理论、方法和技术分析手段,针对地形栅格和降水、水库等数据,分析强降雨后的可能淹没区域,并针对可能出现的险情提供科学有效的防治方案。水文分析要求我们既要有专业的水利知识,能够构建科学的数学模型,又要能够将这些数学模型与GIS强大的空间分析功能有机结合,为智能化水利提供空间服务。可以说,如何实现这二者的结合是系统研究的重点。


5 系统功能

  系统主要由七部分功能组成,分别为基本功能、水利基础地理信息管理、水利设施管理功能、地下水监测、水文分析和三维飞行功能等组成。其中水利设施管理、地下水监测、水文分析为系统核心功能,其它功能作为系统辅助功能。


QQ截图20150519133028.jpg

图1 系统功能框架图

Fig.1 The architecture of system function


·基本功能

  主要是指通用GIS软件能够实现的功能,包括:①显示(放大、缩小、移动) ②查询(空间对属性、属性对空间、热链接);③编辑(空间数据编辑、属性数据修改);④输出(制图、报表、图表);⑤计算(面积、周长等);⑥其它功能。


·水利基础地理信息管理和设施管理

  主要是指水利相关基础信息的管理、统计、查询、分析等所需的功能,包括:①光照、气温、降雨量等信息管理;②水库信息查询、统计和修改更新;③灌溉井信息查询、统计和修改更新;④栅格叠加分析功能;⑤矢量叠加分析功能;⑥灌溉井缓冲区分析功能;⑦灌溉井自动配置功能;⑧输出(制图、报表、图表); ⑨其它功能。


·地下水监测

  主要包括:①测井信息查询、统计和修改更新;②地下水污染情况监测;③地下水污染治理决策;④其它功能。


·水文分析

  水利资源信息管理系统水文分析模块主要包括水流方向、汇集量累积、水流长度、河网提取、等高线提取、流域盆地计算等几个部分,这些功能的数据基础为城市的高精度DEM数据,通过水文分析,希望达到为后续的淹没分析、溃堤分析、河道改扩建等工作提供科学的决策支撑。

  主要包括:①水流方向计算; ②汇集量累积计算;③水流长度计算;④河网提取;⑤等高线提取;⑥流域盆地计算;⑦淹没分析;⑧其它功能。


·三维功能

  主要包括:①三维可视化飞行(水利基础地理信息和设施三维可视化展示与分析);②数字地理模型的生成(TIN/GRID格式)。


6 结论

  本系统研究基于河南省大力开展数字城市之际进行,着力点是针对城市水利管理现状,提出一套行之有效的数字化、规范化和科学化管理思路,并结合先进的“3S”技术,为水资源管理过程中实时获取信息和分析提供了有效的工作平台和可靠的技术支持。

  在系统开发时,我们深入水利部门一线,对他们的实际需求进行了详细的调研和分析,在调查工程中,发现有些地方水利管理还存在着以下问题:

  ·标准规范不全,形成数字鸿沟,行业内大多数数据库与具体业务处理紧密绑定,服务目标单一,多数已建数据库规范性较差,自成体系。

  ·虽然在水利业务中广泛应用现代信息技术,但进展比较缓慢,各级水利行政主管部门、各水利业务领域发展也很不平衡,有些地方的软硬件基础设施还不很完善,工作人员对地理信息技术还不是很熟悉。

  ·信息资源不足,有些基础资料时效较差、种类不全、内容不丰富、基准不同、时空搭配不合理等,特别是信息的数字化和规范化程度过低,更加重了信息资源开发利用的难度。


参考文献:

  [1] 邱洪钢.ArcGIS Engine开发从入门到精通.北京:人民邮电出版社,2010

  [2] 韩鹏.地理信息系统开发——ArcEngine方法.武汉:武汉大学出版社,2008.

  [3] 赵玉霞,赵俊琳. GIS技术及其在区域水环境管理中的应用[J].水科学进展,2000,11(3):340~341.

  [4] 万洪涛.地理信息系统与水文模型集成研究述评[J].水科学进展,2001,12(4):560~568.

  [5] 周劲风,黄平,汤叶涛,罗建山. 广州市水政水资源管理信息系统开发研究[J].重庆环境科学,2002,24(3):14~16.


作者简介:夏想中(1975年-),男,河南省驻马店市人,1999年毕业于哈尔滨工程高等专科学校工程测量专业,工程师,主要从事内、外业测绘生产及测绘项目管理。


声明:中国勘测联合网登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其描述,文章内容仅供参考。