水庫(kù)管理空間信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探討

李 直

(遼寧省白石水庫(kù)管理局，遼寧朝陽(yáng)122000)

水庫(kù)管理空間信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探討

李 直

(遼寧省白石水庫(kù)管理局，遼寧朝陽(yáng)122000)

目前，國(guó)內(nèi)水庫(kù)的管理存在信息化程度低的情況，對(duì)于檢測(cè)數(shù)據(jù)分析嚴(yán)重不足，為了破解這一弊端，特提出了GIS空間管理系統(tǒng)，將該技術(shù)同數(shù)據(jù)處理融合并配合相關(guān)分析手段，開(kāi)發(fā)出一套適用于水庫(kù)管理的信息化系統(tǒng)，達(dá)到水庫(kù)管理的高信息化、高水平化發(fā)展，為水庫(kù)管理提供真實(shí)、科學(xué)、有效的參數(shù)。文章主要從水利管理參數(shù)、土地管理數(shù)據(jù)、城市規(guī)劃分析及其基礎(chǔ)性測(cè)繪數(shù)據(jù)分析，等方面切入，闡述其具體構(gòu)件過(guò)程，提出以空間信息處理為依托，多層次對(duì)于水庫(kù)進(jìn)行科學(xué)化管理，并且結(jié)合我國(guó)具體的水庫(kù)管理項(xiàng)目，將水庫(kù)的信息化管理進(jìn)行系統(tǒng)地實(shí)踐檢驗(yàn)。

國(guó)內(nèi)水庫(kù)管理;地理信息;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立;水庫(kù)保護(hù)

0 前言

水庫(kù)的信息化管理是現(xiàn)代化水庫(kù)管理的重要構(gòu)成。由于目前國(guó)內(nèi)水庫(kù)正在向大型化、復(fù)雜化、復(fù)合化發(fā)展，而且水庫(kù)周邊的人員分布、建筑物布置情況比較復(fù)雜，這樣一來(lái)，水庫(kù)的檢測(cè)與監(jiān)控作用將更為重要，而水庫(kù)信息化管理恰恰可以在最短時(shí)間內(nèi)將水庫(kù)一系列參數(shù)及時(shí)上報(bào)并匯總，有利于提高水庫(kù)的運(yùn)行效益，充分彰顯水庫(kù)的管理職能［1］。

但是，目前國(guó)內(nèi)的水庫(kù)管理在信息化水平方面還相對(duì)落后，具體體現(xiàn)在:①數(shù)據(jù)采集不完備，沒(méi)有建立相關(guān)的數(shù)據(jù)處理部門;②水庫(kù)管理部門信息化水平低，數(shù)據(jù)處理方法單一;③數(shù)學(xué)模型建立針對(duì)性不強(qiáng)，決策率低。

伴隨GIS技術(shù)的不斷完善和升級(jí)，將該技術(shù)引入水庫(kù)信息化管理中，是提高水庫(kù)管理信息化的重要途徑，本文將從水利管理數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)測(cè)繪參數(shù)等方面提出相應(yīng)的水庫(kù)信息化管理基礎(chǔ)、管理模塊分配、相關(guān)輔助內(nèi)容等，并且檢驗(yàn)了各項(xiàng)管理技能的各項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容。

1 水庫(kù)信息化管理系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

1.1 管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)件

在進(jìn)行水利部門的信息化管理時(shí)，必須先構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，而且這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)必須包含水利基本參數(shù)、國(guó)土勘察資料、相關(guān)測(cè)繪數(shù)據(jù)等內(nèi)容，將不同內(nèi)容的數(shù)據(jù)全部整合入數(shù)據(jù)庫(kù)中［2］。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容和數(shù)據(jù)間的關(guān)系，可以將數(shù)據(jù)分為:基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)和基本測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)等，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1.1.1 在水利基本數(shù)據(jù)中，應(yīng)該涵蓋的數(shù)據(jù)

河流網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、水工參數(shù)、水利基礎(chǔ)設(shè)施參數(shù)、降水量參數(shù)等，上述一類數(shù)據(jù)均屬于基本類型數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是進(jìn)行水庫(kù)管理信息化的基礎(chǔ)條件，是水庫(kù)進(jìn)行信息化管理的主要信息來(lái)源，比如，在分析水庫(kù)網(wǎng)絡(luò)及其庫(kù)區(qū)防汛指揮中制作拓?fù)鋱D的數(shù)據(jù)來(lái)源［3］。

圖1 數(shù)據(jù)庫(kù)分析圖

1.1.2 對(duì)于土地資源管理來(lái)講，主要涵蓋的數(shù)據(jù)

土地利用率、土地未來(lái)規(guī)劃參數(shù)、及其與水庫(kù)管理密切相關(guān)的土地使用參數(shù)等，這些參數(shù)是水庫(kù)進(jìn)行合理業(yè)務(wù)分析的重要來(lái)源，一般與水庫(kù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配合使用，比如，利用水庫(kù)的土地利用情況，利用軟件模擬水庫(kù)可承擔(dān)的灌溉面積。還有，就是關(guān)于城市規(guī)劃參數(shù)，一般包含，城市規(guī)劃參數(shù)、城市建設(shè)用地、以及同城市規(guī)劃相關(guān)的其他數(shù)據(jù)類型，這一參數(shù)主要是用來(lái)指導(dǎo)水庫(kù)建設(shè)的具體事宜。

1.1.3 關(guān)于基礎(chǔ)測(cè)設(shè)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)

一般有DEM、DOM、地理參數(shù)、以及建筑結(jié)構(gòu)測(cè)量參數(shù)。全面掌握這些數(shù)據(jù)，可以對(duì)水庫(kù)的空間管理進(jìn)行理性管理，通過(guò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，亦可以作為水庫(kù)信息化管理的重要部分。

1.2 關(guān)于制定水庫(kù)保護(hù)線的系統(tǒng)控制模型

關(guān)于水庫(kù)保護(hù)線的測(cè)定及規(guī)劃工作，牽涉到很多領(lǐng)域，受技術(shù)和政策引導(dǎo)較大。而相應(yīng)的信息化控制系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)模擬水庫(kù)保護(hù)劃定，利用各項(xiàng)數(shù)據(jù)，進(jìn)而幫助管理人員制定合理的水庫(kù)保護(hù)規(guī)劃，為技術(shù)人員提供信息支持［4］。

保護(hù)范圍的主體設(shè)計(jì)思路為:先根據(jù)水庫(kù)所處的地理位置制定相應(yīng)的參數(shù)收集手段，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選分析，將篩選出的可靠數(shù)據(jù)利用DEM系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析，進(jìn)而推算出水庫(kù)山脊及各個(gè)高程的基本數(shù)據(jù)，然后根據(jù)高程數(shù)據(jù)制定水庫(kù)保護(hù)范圍，在制定了初步的管理范圍以后，建立一套優(yōu)選分析系統(tǒng)，將變量土地利用率、城市規(guī)劃參數(shù)、建筑結(jié)構(gòu)物等參數(shù)嵌入，最終為管理者形成一套可行的水庫(kù)保護(hù)數(shù)據(jù)。

具體的保護(hù)方案可以涵蓋:水庫(kù)保護(hù)范圍內(nèi)的土地利用情況、建筑用地面積、城市規(guī)劃參數(shù)等信息。在水庫(kù)保護(hù)范圍信息系統(tǒng)指定以后，其具體的工作流程可以分為以下幾個(gè)步驟，包括:數(shù)據(jù)采集、處理、條件劃定、計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)等，具體流程見(jiàn)圖2。

在起初的數(shù)據(jù)采集步驟中，要依據(jù)水庫(kù)周邊的地理方位，及其河床高度，參考影響資料初步確定保護(hù)范圍［5］。

繪制出第一道分水嶺的分析精度，并且構(gòu)建相應(yīng)的DEM數(shù)據(jù)庫(kù);再者，就是要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行純數(shù)學(xué)加工，為了避免DEM數(shù)據(jù)庫(kù)在后續(xù)的計(jì)算中，出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，要對(duì)模擬以后的數(shù)據(jù)在擬合不完全處、數(shù)據(jù)缺陷處，將不可靠數(shù)據(jù)刪減，也就是對(duì)擬合過(guò)程做相應(yīng)的平滑處理，消除DEM中缺陷點(diǎn)。

除了做好上述關(guān)于數(shù)據(jù)問(wèn)題的處理以外，接下來(lái)較為重要的一步便是劃定初步的保護(hù)范圍，在劃定中，應(yīng)該采取計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)擬合人工確認(rèn)配合操作，根據(jù)DEM數(shù)據(jù)計(jì)算出的相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容，利用插值法計(jì)算出保護(hù)范圍內(nèi)的山脊線和高程線［6］。

然后，可以將影像資料作為范圍劃定的底樣，沿著繪制的高程線將邊界線同山脊線實(shí)現(xiàn)很好的擬合，形成閉合的曲線，此多邊形便是相應(yīng)的初步水庫(kù)保護(hù)范圍線。

最后，便是要做好相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析，將作出的保護(hù)范圍邊界的各項(xiàng)參數(shù)利用SAS軟件建模，將土地利用率、城市規(guī)劃相關(guān)參數(shù)、建筑物結(jié)構(gòu)等各項(xiàng)參數(shù)作為擬合對(duì)象，利用水庫(kù)保護(hù)中的信息化管理方法，采用空間分析技術(shù)、數(shù)據(jù)擬合技術(shù)，得到相應(yīng)的控制信息參數(shù)，將各項(xiàng)參數(shù)同先前的建筑規(guī)劃對(duì)比，是否符合水庫(kù)使用要求［7］。

圖2 水庫(kù)保護(hù)信息系統(tǒng)流程圖

在進(jìn)行完上述的一系列過(guò)程以后，最后便是將各個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果輸出，組成一套完整的設(shè)計(jì)方案，在最后輸出的方案中，應(yīng)該包括:水庫(kù)地理信息、DEM參數(shù)、高程線參數(shù)、山脊分布情況、保護(hù)線分配情況、土地利用詳盡分配表、建筑結(jié)構(gòu)的可行性評(píng)估等。

2 完整系統(tǒng)構(gòu)建

在水庫(kù)管理體系中，應(yīng)包括具體的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)構(gòu)成及后續(xù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。針對(duì)這兩個(gè)內(nèi)容做相關(guān)闡述。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，將水利水工設(shè)計(jì)、土地利用、規(guī)劃、測(cè)設(shè)等各個(gè)組件嵌入數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，在數(shù)據(jù)庫(kù)中必須采用統(tǒng)一的空間坐標(biāo)系，目前我國(guó)普遍采用的坐標(biāo)系為西安80空間坐標(biāo)系統(tǒng)，空間相應(yīng)的投影坐標(biāo)則采用高斯坐標(biāo)，數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存，采用分層式管理儲(chǔ)存，具體的圖層模塊分為:水庫(kù)圖層、水庫(kù)周邊河道圖層、水庫(kù)土地利用圖層、水庫(kù)在城市規(guī)劃中的圖層等。

在后續(xù)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用方面，可以采用Web Service系統(tǒng)進(jìn)行各個(gè)模塊的合理嵌入，進(jìn)行整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在數(shù)據(jù)層間可以按照數(shù)據(jù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)間鏈接、終端顯示等內(nèi)容，各個(gè)模塊可以通過(guò)管理中心的局域網(wǎng)進(jìn)行互相調(diào)用。

3 結(jié)語(yǔ)

文章針對(duì)水庫(kù)信息化管理提出了相關(guān)意見(jiàn)，主要從管理系統(tǒng)的構(gòu)建和工作流程進(jìn)行分析，希望可以為后續(xù)的水庫(kù)信息化管理起到一定的參考和指導(dǎo)作用。

［1］劉澤慧，黃培之.DEM數(shù)據(jù)輔助的山脊線和山谷線提取方法的研究［J］.測(cè)繪科學(xué)，2003，28(04):33-36.

［2］朱求安，張萬(wàn)昌，余鈞輝.基于GIS的空間插值方法研究［J］.江西師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2004，28(02):183-188.

［3］張華，顧士升，馬明文，等.數(shù)字水庫(kù)防汛調(diào)度空間信息技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.測(cè)繪科學(xué)，2004，29(04):31-34.

［4］李元紅，盧樹(shù)超.基于GIS的民勤綠洲水資源調(diào)度管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)水利，2010，5(05):40-41.

［5］李新，程國(guó)棟，盧玲.空間內(nèi)插方法比較［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2000，15(03):260-265.

［6］謝森輝，彭劍，鄭友淼.水庫(kù)管理空間信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.地理空間信息，2011，9(05):84-88.

［7］郭利華，龍毅.基于DEM的洪水淹沒(méi)分析［J］.測(cè)繪通報(bào)，2002(11):25-30.

P208;TV697

B

1007-7596(2013)11-0095-03

2013-04-15

李直(1981-)，男，遼寧開(kāi)原人，工程師，從事水利工程管理工作。