GIS在淮河河道管理工作中的運(yùn)用

孫啟超

安徽省淮河河道管理局測(cè)繪院，安徽蚌埠 233000

0 引言

安徽省淮河河道管理局為安徽省水利廳直屬事業(yè)單位，負(fù)責(zé)安徽省淮河干流（包括潁河茨河鋪閘以下、渦河西陽(yáng)集以下河段，河道總長(zhǎng)732km）的統(tǒng)一管理工作，直接管理708km堤防（其中一級(jí)堤防592km、二級(jí)堤防116km）、19座大中型水閘（其中大型閘9座，中型閘10座）以及100余座小型涵閘等重要防洪工程，上述防洪工程保護(hù)著淮河沿岸廣大地區(qū)的人民生命財(cái)產(chǎn)安全及重要能源、交通和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施，防洪安全至關(guān)重要。

河道及防洪工程的管理是一項(xiàng)長(zhǎng)期的，綜合性的系統(tǒng)工作，需要整合各方面的力量。為了科學(xué)有效的提高工程管理效率，推進(jìn)河道管理信息化、規(guī)范化、科學(xué)化建設(shè)，引進(jìn)GIS等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，成為當(dāng)前管理單位的首要之選。當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生活水平逐漸提升，淮河河道的功能不僅要具備傳統(tǒng)的防洪、排澇、水利功能、水上交通等作用，也需要對(duì)大自然起到環(huán)保的效果。特別是處于河網(wǎng)地區(qū)的城市，在人民生活水平提升的同時(shí)對(duì)環(huán)境的要求更加嚴(yán)格。GIS技術(shù)的運(yùn)用能夠?qū)崿F(xiàn)淮河河道管理效率的提升。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)組成

根據(jù)GIS技術(shù)的使用要求，在設(shè)計(jì)整體管理框架時(shí)要注重多種數(shù)據(jù)信息的收集。具體包括：1）空間數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)一般都是指自然界相關(guān)的數(shù)據(jù)，如：地形數(shù)據(jù)、水系數(shù)據(jù)、土地利用分布、植被土壤分布、雨情數(shù)據(jù)、水情數(shù)據(jù)等。此外，也關(guān)系到相應(yīng)的水利工程數(shù)據(jù)，如：河道信息、水質(zhì)信息、水流信息、工情數(shù)據(jù)等;其他數(shù)據(jù)包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、災(zāi)情數(shù)據(jù)等；2）屬性數(shù)據(jù)。這是根據(jù)時(shí)間差距劃分的數(shù)據(jù)，包括：歷史數(shù)據(jù)、現(xiàn)勢(shì)數(shù)據(jù)、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。運(yùn)用最多的則是水情數(shù)據(jù),該項(xiàng)數(shù)據(jù)涉及到了歷史水情數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、預(yù)測(cè)水情數(shù)據(jù)；3）影像數(shù)據(jù)。影像數(shù)據(jù)也涉及到了多個(gè)內(nèi)容，如：氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)、陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)、雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)等。最主要的數(shù)據(jù)則是氣象衛(wèi)星，數(shù)據(jù)顯示的是天氣形勢(shì)分析、暴雨預(yù)報(bào)情況等內(nèi)容，可對(duì)災(zāi)情監(jiān)測(cè)、報(bào)告起著重要作用。

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)主要是收集一些基本的信息資料，常用在存儲(chǔ)淮河管理區(qū)域內(nèi)的基礎(chǔ)信息中，如：自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等方面的信息內(nèi)容，包括：道路、橋梁、河流、水文、氣候、政區(qū)、堤防、人口等?；A(chǔ)數(shù)據(jù)信息的收集可以讓整個(gè)操作系統(tǒng)順利運(yùn)行，從而對(duì)后期的數(shù)據(jù)查詢和研究帶來(lái)輔助作用。從災(zāi)情分析角度看，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)能對(duì)防汛抗旱形勢(shì)客觀分析,對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)預(yù)報(bào),同時(shí)結(jié)合防洪、防汛工作制訂調(diào)度方案,正確下達(dá)防洪調(diào)度和搶險(xiǎn)的命令,保證各項(xiàng)安全措施工作到位。

1.3 屬性數(shù)據(jù)

屬性數(shù)據(jù)資料主要涉及到水文測(cè)點(diǎn)、水質(zhì)測(cè)點(diǎn)、水閘、河道等。屬性數(shù)據(jù)的作用是對(duì)一些要素的基本資料收集分析，如：基本數(shù)據(jù)資料、文字資料、圖片資料等。而因?yàn)殡娮拥貓D的運(yùn)行速度有線,使用屬性數(shù)據(jù)時(shí)需要把圖層中各個(gè)要素的詳細(xì)核對(duì)后保存，這樣才能與電子地圖建立主鍵關(guān)聯(lián)的關(guān)系,不僅維持了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，也給淮河河道管理提供多項(xiàng)資料參考，保證河道管理方案的有效性。

結(jié)合不同屬性數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)、物理模型、實(shí)體模型等。屬性數(shù)據(jù)是一項(xiàng)特點(diǎn)。因而，需要數(shù)據(jù)表之間建立不同的關(guān)聯(lián)關(guān)系,有助于用戶使用信息時(shí)的搜索查詢,保證了程序運(yùn)行的效率。工程數(shù)據(jù)是屬性數(shù)據(jù)的主要內(nèi)容。參照數(shù)據(jù)的相關(guān)特點(diǎn)，將工程數(shù)據(jù)的編號(hào)看成關(guān)鍵字,對(duì)各個(gè)表與工程數(shù)據(jù)存在聯(lián)系的則要使用編號(hào)作為搜索字段,形成表與表之間的鏈接。工程數(shù)據(jù)通常都和淮河河道存在聯(lián)系，這就需要保證數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建修改時(shí)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.4 空間數(shù)據(jù)

1.4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

把基礎(chǔ)地圖信息進(jìn)行分離處理,包括：從原始圖中分離出高山、公路、鐵路、農(nóng)田、城鎮(zhèn)、海塘、海洋等,將這些信息當(dāng)成系統(tǒng)的基礎(chǔ)支持部分。用戶在使用過(guò)程中需根據(jù)基礎(chǔ)狀況結(jié)果，科學(xué)地判斷位淮河流域分布狀況。

1.4.2 污染源數(shù)據(jù)

污染源數(shù)據(jù)包括四大方面，即：工業(yè)企業(yè)、餐飲服務(wù)、畜禽養(yǎng)殖、生活小區(qū)4類。每方面的數(shù)據(jù)都能對(duì)企業(yè)污染狀況詳細(xì)反映，利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的圖層上對(duì)各個(gè)污染源的位置和所處河道的位置詳細(xì)呈現(xiàn)。同時(shí)，還能對(duì)造成河道污染的相關(guān)因素具體判別,為河道管理者提供依據(jù)。此外，還可以結(jié)合不同的統(tǒng)計(jì)的方法,對(duì)所需的污染源數(shù)據(jù)綜合分析，制成圖形表格反映情況。

1.4.3 水利工程

在淮河河道周圍的水利工程項(xiàng)目較多，其涉及到的工作有橋梁、閘門、水文測(cè)點(diǎn)、水質(zhì)測(cè)點(diǎn)、斷面地理位置等。水利工程的相關(guān)數(shù)據(jù)主要用在記錄著河道各個(gè)河段的實(shí)測(cè)。對(duì)后面創(chuàng)建研究模型有著很大的作用，對(duì)數(shù)據(jù)分析處理有幫助。

1.5 數(shù)據(jù)組織

搞好不同數(shù)據(jù)的組織工作，是發(fā)揮數(shù)據(jù)作用的前提要求。單從結(jié)構(gòu)和模式上分析，屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)之間是沒(méi)有物理聯(lián)系的數(shù)據(jù)。但在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中,這2部分?jǐn)?shù)據(jù)是則是河道主要信息的構(gòu)成要素，這也使得彼此之間的關(guān)系更為復(fù)雜。GIS技術(shù)可按照淮河整治的特點(diǎn),把屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分配結(jié)合，從而讓2種數(shù)據(jù)之間的雙向查詢維護(hù),為用戶提供了更好的數(shù)據(jù)服務(wù)項(xiàng)目。數(shù)據(jù)組織過(guò)程常用的方式為，結(jié)合2種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中自行設(shè)定的規(guī)則,再利用設(shè)定的關(guān)鍵字在2種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表中完成搜索，最后查找到需要使用的數(shù)據(jù)。

對(duì)于屬性數(shù)據(jù)庫(kù),采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(RDBMS)來(lái)管理，空間數(shù)據(jù)庫(kù)的管理可以采用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)。地理信息系統(tǒng)不僅可以存取和管理空間數(shù)據(jù),而且大多數(shù)地理信息系統(tǒng)軟件還提供了與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理信息系統(tǒng)的接口，從而可以做到空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的雙向查詢與分析。影像數(shù)據(jù)庫(kù)一般可以采用遙感圖像處理軟件來(lái)管理。

1.6 GIS圖層設(shè)計(jì)

電子地圖中包括的數(shù)據(jù)有：管理范圍、河網(wǎng)范圍、城市城區(qū)及主要城鎮(zhèn)、主要交通道路、鐵路、主要城市街道、主要橋梁、主要公園綠地和綠化帶、水利工程位置、水文監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置、水質(zhì)測(cè)量點(diǎn)位置。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 用戶登錄

此次系統(tǒng)選擇SQL數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶配置，這樣可以協(xié)調(diào)好用戶的使用狀況，對(duì)河套的管理提出科學(xué)的指導(dǎo)。用戶在操作系統(tǒng)前要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的身份驗(yàn)證,并確定權(quán)限后才能進(jìn)入系統(tǒng)界面。管理員有權(quán)設(shè)定用戶和權(quán)限的功能,對(duì)系統(tǒng)的操作性能與控制方法有決定作用。

2.2 地圖操作

功能分為：

基礎(chǔ)功能——包括放大、縮小、移動(dòng)、漫游、還原、居中；

圖層功能——圖層顯示選擇、視野范圍、地理位置；

選擇功能——點(diǎn)選擇、線選擇、面選擇、信息顯示；

查詢功能——圖層信息的查詢、定位、統(tǒng)計(jì)分析；

編輯功能——污染源數(shù)據(jù)的增加、刪除、定位；

計(jì)算功能——直線距離計(jì)算、面積計(jì)算。

系統(tǒng)采用DELPHI與MAPX集成的方式,將電子地圖與程序結(jié)合起來(lái)。實(shí)現(xiàn)電子地圖的圖層控制、移動(dòng)、放大、縮小、漫游等基本功能,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)選擇、線選擇、面選擇功能，對(duì)所選區(qū)域的屬性數(shù)據(jù)顯示、距離計(jì)算和地理位置顯示。同時(shí)，用戶可對(duì)指定的圖層信息進(jìn)行查詢并定位，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)—用戶和用戶—系統(tǒng)的雙向交流。

2.3 數(shù)據(jù)查詢

空間數(shù)據(jù)查詢、屬性數(shù)據(jù)查詢是數(shù)據(jù)查詢的兩種方式。前者是指通過(guò)用戶對(duì)電子地圖中的對(duì)象選擇,能夠?qū)?shù)據(jù)的性質(zhì)、屬性及時(shí)顯現(xiàn)出來(lái)；后者是指基于數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)查詢,用戶可在專門的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢界面中獲得自己想要的數(shù)據(jù)。此外，還可以利用電子地圖中的對(duì)象篩選，結(jié)合空間數(shù)據(jù)庫(kù)與屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的ID連接關(guān)系，把各項(xiàng)數(shù)據(jù)融合到一起后實(shí)現(xiàn)連接。

2.4 空間分析

空間分析要借助于查詢功能，如：電子地圖的點(diǎn)、線、面、緩沖區(qū)等之間的查詢工作，需要做好相關(guān)對(duì)象的查詢和多重對(duì)象的查詢，使得各項(xiàng)數(shù)據(jù)都能得到準(zhǔn)確的處理。對(duì)查詢集設(shè)施空間對(duì)象統(tǒng)計(jì)和地理分析,同時(shí)做好相關(guān)屬性統(tǒng)計(jì)分析和瀏覽。具體情況反映在地圖上。

2.5 系統(tǒng)擴(kuò)展功能

2.5.1 發(fā)布系統(tǒng)

對(duì)手機(jī)短消息發(fā)布系統(tǒng)不斷完善更新，可以滿足用戶使用信息的多項(xiàng)要求。在河道管理工作中，要對(duì)防汛相關(guān)的行政領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員配備手機(jī)。汛期是使用汛情短消息發(fā)布系統(tǒng)主要階段，利用短信功能可將各種汛情及時(shí)傳遞給管理者。

2.5.2 數(shù)學(xué)模型

創(chuàng)建模型必須要根據(jù)河道的結(jié)構(gòu)狀況，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)管理方案對(duì)比之后，選擇合適的數(shù)學(xué)計(jì)算模型加以計(jì)算處理。根據(jù)計(jì)算結(jié)果創(chuàng)建科學(xué)的數(shù)學(xué)模型，為管理人員的分析研究給予指導(dǎo)。

3 結(jié)論

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，GIS技術(shù)在河道管理中的作用更加顯著。我們要充分發(fā)揮這一技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，保證河道管理工作的順利進(jìn)行。

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