基于GIS水文地質(zhì)信息系統(tǒng)的研究

劉惠德 吳 濤 劉海新

[摘要]以GIS技術(shù)為平臺(tái),以空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),系統(tǒng)的分析水文地質(zhì)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則,重點(diǎn)分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及基本的功能。并以C#.NET作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,以ArcSDE9.2為空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎,以ArcGIS9.2 ArcObjects為開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì),通過(guò)對(duì)水文地質(zhì)信息系統(tǒng)的研究將進(jìn)一步推動(dòng)GIS在水文地質(zhì)工作中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]GIS水文地質(zhì)信息系統(tǒng)C#

中圖分類號(hào):TP7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1210089-01

一、前言

水文地質(zhì)學(xué)研究地下水在周圍環(huán)境(巖石圈、大氣圈、生物圈)以及人類活動(dòng)影響下,數(shù)量和質(zhì)量在空間上的變化規(guī)律,并運(yùn)用這一規(guī)律有效地利用地下水和調(diào)節(jié)控制地下水以興利弊害[1]。地下水的水位變化和水質(zhì)變化直接影響到居民生活用水,及建筑設(shè)施的穩(wěn)定性。因此,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)地下水的變化成為工作中的重點(diǎn)。水文地質(zhì)信息的獲取主要靠鉆孔來(lái)獲得,所獲得的信息通常以文字的形式、圖表的形式和卡片的形式存儲(chǔ)起來(lái),而未被充分利用。這樣不僅占用了大量的空間來(lái)存放,而且為以后的資料查詢和更新帶來(lái)困難。

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,簡(jiǎn)稱GIS)作為信息科學(xué)與空間科學(xué)的交叉性學(xué)科,以計(jì)算機(jī)軟件、硬件為平臺(tái),以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),支持空間數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、管理、檢索、分析和輸出,為以后的工程規(guī)劃和工程施工提供了決策支持[2]。GIS技術(shù)具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)管理和屬性數(shù)據(jù)管理,被應(yīng)用到各種領(lǐng)域,并得到了快速的發(fā)展,但在水文地質(zhì)上的應(yīng)用發(fā)展緩慢。GIS技術(shù)可以使水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的管理更加科學(xué)化、規(guī)范化和系統(tǒng)化,實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。地下水環(huán)境的復(fù)雜性使得一般的GIS軟件不能滿足水文地質(zhì)專業(yè)分析與應(yīng)用的需求[3]。因此,開(kāi)發(fā)基于GIS的水文地質(zhì)空間分析模型已經(jīng)成為水文地質(zhì)工作的重要任務(wù)。

基于水文地質(zhì)的實(shí)際應(yīng)用,開(kāi)發(fā)水文地質(zhì)空間管理系統(tǒng),構(gòu)建水文地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫(kù),建立水文地質(zhì)的數(shù)據(jù)模擬模型、分析模型,更加形象和直觀的表達(dá)出地下水的狀態(tài)變化,為地下水的分析和評(píng)價(jià)提供決策。

二、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

(一)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

“水文地質(zhì)空間信息系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)復(fù)雜且數(shù)據(jù)量大,根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并結(jié)合實(shí)際工作的要求,確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則:

1.實(shí)用性:系統(tǒng)能夠滿足用戶的應(yīng)用需求,易于管理和維護(hù),提高工作效率。

2.先進(jìn)性:盡可能采用先進(jìn)的技術(shù)、方法、設(shè)備等,提高系統(tǒng)的技術(shù)水平。

3.安全可靠性:作為一個(gè)大規(guī)模的、關(guān)鍵性信息系統(tǒng)應(yīng)用,安全可靠性至關(guān)重要。

4.開(kāi)放與共享性:系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性,可以支持符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)接口,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的兼容與互通。同時(shí)可以將已有的各種格式轉(zhuǎn)換為目前的數(shù)據(jù)格式,保護(hù)已存在的資源。

5.可擴(kuò)展性和靈活性:在計(jì)算機(jī)技術(shù)日益成熟和完善的今天,任何一個(gè)系統(tǒng)都不是孤立存在的。在設(shè)計(jì)和規(guī)劃系統(tǒng)之初,應(yīng)從宏觀、全局、長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)來(lái)統(tǒng)籌考慮。同時(shí)注重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性與技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化,易于進(jìn)行大范圍推廣。

(二)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方法很多,常用的比較典型的開(kāi)發(fā)方法有:結(jié)構(gòu)化生命周期法(SDLC)、快速原型法(PROTOTYPE)、面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)方法(OO)及計(jì)算機(jī)輔助軟件工程(CASE)[4]。將采用面向?qū)ο蟮姆椒▽?duì)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā),結(jié)合GIS本身的特點(diǎn),系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)實(shí)施包括系統(tǒng)的可行性研究、現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)查、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施和維護(hù)與評(píng)價(jià)等。具體的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程

(三)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)與工具

系統(tǒng)主要采用以下開(kāi)發(fā)平臺(tái)和工具:

1.數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)采用Oracle;

2.系統(tǒng)中有大量的圖形數(shù)據(jù),故采用ArcSDE9.2空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎將圖形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Oracle中;

3.采用C# +ArcGIS9.2 ArcObjects開(kāi)發(fā)地質(zhì)圖形編輯系統(tǒng);

4.采用C#.NET作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

(一)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

水文地質(zhì)信息系統(tǒng)是以GIS技術(shù)為支持,以水文地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)水文地質(zhì)空間信息的采集、存儲(chǔ)、管理、更新、合成、查詢、分析與評(píng)價(jià)、可視化表達(dá)等功能的空間信息系統(tǒng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括圖形管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、空間分析和決策與評(píng)價(jià)四個(gè)大系統(tǒng)和與其相應(yīng)的子系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能如圖2所示。

圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

(二)系統(tǒng)功能分析

1.圖形管理功能。系統(tǒng)具備的圖形管理功能,主要包括圖形的輸入、輸出、查看(放大、縮小、漫游)及圖層的刪除等基本功能,還具備制作專題圖的專業(yè)功能,如插入文字說(shuō)明、圖例、指北針及地圖方格網(wǎng)等,并且可以進(jìn)行邊界線、陰影及圖形邊框的設(shè)置。由于圖形的格式多種,因此,系統(tǒng)支持不同圖形數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換,同時(shí)兼容多種圖形數(shù)據(jù)文件,如Arcview SHP文件,ArcInfo Coverage文件,CAD文件等。

2.數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能。數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理的最高層次。水文地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)域內(nèi)一定水文地質(zhì)及其相關(guān)特征以一定的方式組織存儲(chǔ)起來(lái)的相關(guān)空間數(shù)據(jù)的集合。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理功能主要包括水文地質(zhì)圖、地形圖的管理和屬性數(shù)據(jù)的管理。屬性數(shù)據(jù)的管理主要包括空間數(shù)據(jù)的賦值和描述等。數(shù)據(jù)庫(kù)的管理功能將實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的鏈接,使得空間數(shù)據(jù)更加直觀易懂。

3.空間分析功能?？臻g分析功能是GIS的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域,它主要功能是研究各地理要素之間的空間關(guān)系,它是GIS區(qū)別其他的系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)志。它的主要操作包括緩沖區(qū)分析、疊加分析、拓?fù)浞治龊途W(wǎng)絡(luò)分析[5]。

4.水文地質(zhì)決策與評(píng)價(jià)功能。系統(tǒng)包含了空間統(tǒng)計(jì)模型、地下水量計(jì)算與評(píng)價(jià)模型、地下水流數(shù)值模擬模型、水質(zhì)與地質(zhì)生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)與分析模型等四大類模型。通過(guò)這四種模型來(lái)模擬地下水的運(yùn)動(dòng)及水質(zhì)的變化,從而為更合理的開(kāi)發(fā)利用水資源和工程建設(shè)提供輔助決策支持。

四、結(jié)束語(yǔ)

GIS作為一門科學(xué)和技術(shù),并且能更直觀的和詳細(xì)的顯示空間信息,為水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展帶來(lái)帶來(lái)新的動(dòng)力。系統(tǒng)在很大程度上改善了水文地質(zhì)數(shù)據(jù)的管理,但在地層的三維顯示和虛擬環(huán)境模擬方面有待于以后的深入學(xué)習(xí)和研究。

參考文獻(xiàn):

[1]劉兆昌、李廣賀、朱琨,供水水文地質(zhì)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1998.

[2]陳述彭、魯學(xué)軍、周成虎,地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論[M].北京:科學(xué)出版社,2000.

[3]孔金玲、王文科、楊澤院、麥柳研,基于GIS的水文地質(zhì)空間信息系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].地理與地理信息科學(xué),2005,21(4):41-43.

[4]張海藩,軟件工程導(dǎo)論[M].北京:清華大學(xué)出版社,1998.

[5]戚文云、劉惠德、郭向坤,基于GIS的礦山水文地質(zhì)信息管理系統(tǒng)的研究[J].礦業(yè)快報(bào),2007.3(3):45-47.