基于GIS的農(nóng)業(yè)水資源信息可視化高效管理

張小光 胡杰

1遼寧省朝陽市大凌河防洪工程建設(shè)管理局 122000

2遼寧省農(nóng)田基本建設(shè)技術(shù)中心 110003

基于GIS的農(nóng)業(yè)水資源信息可視化高效管理

張小光1胡杰2

1遼寧省朝陽市大凌河防洪工程建設(shè)管理局 122000

2遼寧省農(nóng)田基本建設(shè)技術(shù)中心 110003

加強(qiáng)農(nóng)業(yè)水資源管理是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)開發(fā)利用的一項必要措施，而農(nóng)業(yè)水資源信息的高效管理是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)水資源高效管理的必要基礎(chǔ)。信息可視化是實現(xiàn)信息高效管理的一種重要手段，農(nóng)業(yè)水資源信息與地理信息是密不可分的，近些年隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）的迅速發(fā)展，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)水資源信息可視化管理提供了技術(shù)支撐。本文通過對GIS軟件的選擇和基于GIS的農(nóng)業(yè)水資源信息可視化管理的實現(xiàn)過程和特點進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，為建立農(nóng)業(yè)水資源信息可視化管理系統(tǒng)的方案規(guī)劃和實現(xiàn)提供了參考。

GIS；農(nóng)業(yè)水資源；信息；可視化

引言

農(nóng)業(yè)水資源管理中的相關(guān)信息豐富多樣，有自然地理、社會經(jīng)濟(jì)、水文地質(zhì)、電力交通、生態(tài)環(huán)境、水利設(shè)施、土地資源、水資源、作物種植結(jié)構(gòu)等多方面的信息，涉及部門較多，而且以前對于農(nóng)業(yè)水資源資料的管理手段比較落后，尤其是縣級以下基層單位，多是以圖紙、表格、文字資料等形式存放的，格式不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)交互能力與可視化表達(dá)能力差，造成資料管理和查找比較困難，利用率低，不利于資料的更新和信息化管理。因此，需要將與空間位置相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，使數(shù)據(jù)關(guān)系清晰、明了，并可進(jìn)行相關(guān)的查詢、統(tǒng)計、分析，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)水資源信息的高效管理，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)開發(fā)利用提供快捷、直觀的信息支持。

1.GIS簡介

地理信息系統(tǒng)(GIS)是近幾年發(fā)展起來的對地理環(huán)境有關(guān)問題進(jìn)行分析和研究的一種空間信息管理系統(tǒng)。它是在計算機(jī)硬件和軟件支持下對空間信息進(jìn)行存儲、查詢、分析和輸出，并為用戶提供決策支持的綜合性技術(shù)。利用計算機(jī)建立地理數(shù)據(jù)庫，將地理環(huán)境的各種要素，包括它們的地理空間分布狀況和所具有的屬性數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字存儲，建立有效的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。通過綜合分析，方便快速地獲取信息，并能以圖形、數(shù)字和多媒體等方式來表示結(jié)果。

我國地理信息系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)雖然起步晚，但發(fā)展快，目前已成功應(yīng)用到了包括資源管理、城市和區(qū)域的規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、農(nóng)業(yè)與水利、交通運(yùn)輸、石油和天然氣、教育、軍事等一百多個領(lǐng)域，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2.可視化的實現(xiàn)

2.1 信息可視化

信息可視化是將抽象數(shù)據(jù)用可視的形式表示出來。以利于分析數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律和決策制定?？梢暬哪康氖嵌床鞌?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)信息，做出決策或解釋數(shù)據(jù)，關(guān)鍵是將數(shù)據(jù)用有意義的圖形表示出來。

隨著社會信息化的推進(jìn)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日益廣泛，信息源越來越龐大，除了需要對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、傳輸、檢索及分類等外，更迫切地需要了解數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系和發(fā)展趨勢。為了了解數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系及發(fā)展趨勢，人們可以利用可視化技術(shù)，運(yùn)用計算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。它涉及計算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)視覺及人機(jī)交互技術(shù)等多個領(lǐng)域。數(shù)據(jù)可以用圖像、曲線、二維圖形、三維體和動畫來顯示，并可對其模式和相互關(guān)系進(jìn)行可視化分析。信息可視化可以看作是從數(shù)據(jù)信息到可視化形式再到人的感知系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)的映射。信息可視化不僅用圖像來顯示多維的非空間數(shù)據(jù)，使用戶加深對數(shù)據(jù)含義的理解，而且用形象直觀的圖像來指引檢索過程，加快檢索速度。

2.2 軟件選擇

目前，在可視化信息技術(shù)的發(fā)展方面，地理信息系統(tǒng)(GIS)以其得天獨厚的條件發(fā)展尤為迅速，尤其是桌面地理信息系統(tǒng)，在桌面操作平臺和開發(fā)平臺技術(shù)日臻成熟的條件下，其實施費(fèi)用、實施過程和應(yīng)用效果，對于任何一個用戶來說都是可接受的和滿意的。它是由地理學(xué)、制圖學(xué)、遙感與攝影剩量學(xué)、計算機(jī)CAD技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等學(xué)科和技術(shù)綜告發(fā)展而來的，是信息可視化技術(shù)的一個生動實例。

目前世界上常用的GIS軟件已很多，它們各有長處，適宜不同層次用戶的需要。ArcView GIS是一套幫助用戶對地理信息進(jìn)行組織與存儲、編輯修改、查詢、分析以及直觀顯示，并且提供了交互式制圖和分析功能的桌面型地理信息系統(tǒng)軟件。ArcView GIS很適合在基層水利部門的應(yīng)用，能夠把各種信息和反映空間位置的圖形信息有機(jī)地結(jié)合在一起，根據(jù)用戶的需要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，把各種信息和空間信息結(jié)合起來提供使用者。

2.3 可視化過程

可視化過程即為利用計算機(jī)技術(shù)，從大量的原始數(shù)據(jù)中通過分析、提取有效數(shù)據(jù)開始，通過映射生成繪制成圖的幾何原語(包括零維的點原語，一維的線原語，二維的面原語，三維的體原語和多維的圖標(biāo)原語)，隨之利用交互控制對幾何原語選定合成色彩、紋理和陰影等參數(shù)并完成繪制圖像的過程，最終顯示出所繪制的圖像。

農(nóng)業(yè)水資源信息豐富多樣，涉及部門較多，數(shù)據(jù)源也是多種多樣的，如紙質(zhì)地圖、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、實測數(shù)據(jù)、各種文字報告和具有法律效應(yīng)的文件等等?？臻g數(shù)據(jù)獲的取方式主要是將地圖數(shù)字化。具體方法是將從水利、農(nóng)業(yè)、土地、環(huán)境、氣象等相關(guān)部門收集到的地圖掃描后，將其中與農(nóng)業(yè)水資源相關(guān)的空間數(shù)據(jù)數(shù)字化，經(jīng)過校對后疊加到行政區(qū)劃圖上，以及對相關(guān)地圖進(jìn)行人工解讀來獲取空間數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)主要是采用人工輸入法以及在數(shù)字化和矢量化的過程中賦值的方式獲取的。具體方法是將從水利、農(nóng)業(yè)、土地、環(huán)境、氣象等相關(guān)部門收集到的屬性數(shù)據(jù)和實測、調(diào)查得到的屬性數(shù)據(jù)采用人工輸入方式建立屬性數(shù)據(jù)庫，以及對相關(guān)專題地圖進(jìn)行人工解讀來獲取屬性數(shù)據(jù)。

專題地圖指使用各種圖形樣式（例如顏色或填充模式）圖形化地顯示地圖的基礎(chǔ)信息的一類地圖。在專題地圖中可以對該項專題地圖所包含的信息進(jìn)行查詢、統(tǒng)計和分析，數(shù)據(jù)可以進(jìn)行雙向查詢，即通過空間數(shù)據(jù)查詢屬性數(shù)據(jù)和通過屬性數(shù)據(jù)查詢空間數(shù)據(jù)。農(nóng)業(yè)水資源信息管理需要用到大量的各種類型的專題地圖，用戶可以根據(jù)自己的需要制作各種類型的專題地圖，如行政分區(qū)圖、水利工程圖、蒸發(fā)等值線圖、降水等值線圖、地下水資源分布圖、地下水觀測點位置圖、地下水開采技術(shù)條件圖等。同時將結(jié)果以點分布圖、柱狀圖、等值線圖、面分布圖、統(tǒng)計圖表等方式生動直觀地表示出來，可以將其編輯后按任意所需比例輸出。在地圖輸出前，用戶可根據(jù)需要添加的符號、顏色、注記、圖例，并對圖廓進(jìn)行整飾。同時具備與多種輸出設(shè)備的類別（打印、噴墨、靜電、制版等）和型號相兼容的接口軟件和繪圖指令。這與以往的手工制圖或單純的計算機(jī)制圖相比，極大地提高了工作效率和精度，圖形美觀、實用；同時能夠?qū)⒈鞠到y(tǒng)的數(shù)據(jù)或結(jié)果轉(zhuǎn)換成其他格式的數(shù)據(jù)文件輸出，比如EXCEL的文件格式、Windows Bitmap圖像格式等。

2.4 可視化的特點

（1）直觀形象性：現(xiàn)代地理信息可視化是通過生動、直觀、形象的圖形、圖像、影像、聲音、模型等方式，把各種地理信息展示給讀者，以便進(jìn)行圖形圖像分析和信息查詢。

（2）多源數(shù)據(jù)的采集和集成性：運(yùn)用地理信息可視化技術(shù)，可方便地接收與采集不同類型、不同介質(zhì)和不同格式的數(shù)據(jù)，不論它們被收集時的形式是圖形、圖像、文字、數(shù)字還是視頻，也不論它們的數(shù)據(jù)格式是否一致，都能用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，從而為多源數(shù)據(jù)的綜合分析提供便利。

（3）信息載體的多樣性：隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，表達(dá)地理信息的方式不再局限于表格、圖形和文件，而拓展到圖像、聲音、動畫、視頻圖像、三維仿真乃至虛擬現(xiàn)實等，真實再現(xiàn)地理現(xiàn)象。

3.結(jié)語

基于GIS的農(nóng)業(yè)水資源信息可視化管理，將極大地改變傳統(tǒng)模式下的農(nóng)業(yè)水資源管理方式，為推進(jìn)農(nóng)業(yè)水資源的科學(xué)管理、科學(xué)決策，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)水資源的可持續(xù)發(fā)展起到重要的作用。應(yīng)用GIS技術(shù)設(shè)計開發(fā)農(nóng)業(yè)水資源信息可視化管理系統(tǒng)，可以直觀、方便、快捷地實現(xiàn)了地理信息與農(nóng)業(yè)水資源信息在同一平臺下的結(jié)合，節(jié)省了大量翻閱各種紙質(zhì)資料的時間，特別是強(qiáng)大的可視化查詢與分析能力，以動態(tài)直觀的方式將農(nóng)業(yè)水資源狀況和發(fā)展趨勢表現(xiàn)出來，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)水資源信息的高效管理，能夠輔助管理人員和決策部門及時掌握，提供決策依據(jù)，以便及時采取相應(yīng)措施，對推進(jìn)農(nóng)業(yè)水資源管理現(xiàn)代化、規(guī)范化和科學(xué)化的發(fā)展起到了一定的作用，有利于合理利用和調(diào)配農(nóng)業(yè)水資源，促進(jìn)農(nóng)業(yè)水資源的有效開發(fā)和可持續(xù)利用。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.048