水文地質環(huán)境地質調查信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

肖興平，佟元清

（1．中國地質調查局 水文地質環(huán)境地質調查中心，河北 保定 071051）

近年來，隨著我國水文地質環(huán)境地質調查工作的不斷發(fā)展，相應的地質調查數(shù)據(jù)量和管理需求也不斷加大，而現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫技術、軟件編程技術、3S技術、網絡技術等的快速發(fā)展為海量數(shù)據(jù)存儲、管理與利用提供了信息化的技術和方法[1]，在某一具體工作區(qū)開展水文地質環(huán)境地質調查工作的同時，建立相應的信息系統(tǒng)，已經成為此類地質調查工作項目的必需，同時也是我國地質調查業(yè)務信息化的組成部分。在建立相應信息系統(tǒng)過程中，利用GIS組織空間數(shù)據(jù)，并進行管理和發(fā)布，可更好地整合相應地質調查業(yè)務數(shù)據(jù)，更大范圍地實現(xiàn)信息共享。基于以上背景，以青藏高原地區(qū)為例，本文提出了建立該地區(qū)水文地質調查信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)思路。根據(jù)中國地質調查局在該地區(qū)實施此工作的項目組織形式，系統(tǒng)設計的業(yè)務流程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)匯總與管理、信息發(fā)布等，各業(yè)務由相應的功能模塊實現(xiàn)。

1 數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)按照物理性質和專業(yè)性質，可劃分為水環(huán)調查數(shù)據(jù)、技術方法勘查數(shù)據(jù)、項目信息資料、空間地理底圖、空間專題圖和多媒體文件等。

1）水環(huán)調查數(shù)據(jù)，即水文地質環(huán)境地質調查的野外數(shù)據(jù)。由測流記錄、長觀資料記錄等26類野外調查卡片的原始數(shù)據(jù)轉換成計算機可識別的電子文件，每個調查類型的數(shù)據(jù)包括各調查點野外編號、統(tǒng)一編號、位置、名稱、經度、緯度等基本信息和相應的業(yè)務信息，每個調查點的數(shù)據(jù)表以關鍵字統(tǒng)一編號作為主鍵，與其他相關表及空間數(shù)據(jù)進行關聯(lián)。

2）技術方法勘查數(shù)據(jù)，主要是由物探、遙感、鉆探等技術手段進行野外勘查所得到的相關記錄情況。其中涉及到行業(yè)軟件才能讀取的數(shù)據(jù)，保存的是其對應的數(shù)據(jù)文件，每類技術方法的數(shù)據(jù)表根據(jù)其表結構特征選擇一個關鍵字作為主鍵，與其他相關表及空間數(shù)據(jù)進行關聯(lián)。

3）項目信息資料，是該地質調查工作所對應的計劃項目、工作項目相關的文檔資料。此類資料的存儲以項目組織形式為單元，即對應到各具體的項目名稱中。

4）空間地理底圖。統(tǒng)一的空間地理底圖，支撐野外調查（勘查）數(shù)據(jù)在空間方位上的表達，同時也包含自身的地圖屬性數(shù)據(jù)。

5）空間專題圖，也是空間地理數(shù)據(jù)，是在一幅或多幅標準圖幅上產生的專業(yè)地質圖、工作部署圖等空間數(shù)據(jù)。專題圖包含了空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。

6）多媒體文件，以相關平面圖、剖面圖、現(xiàn)場實景、影像圖片等為主的圖像類文件以及文本、視頻等文件。多媒體文件與野外數(shù)據(jù)表關聯(lián)，主鍵為文件名稱。

上述6類數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)庫所包含的主要內容，在此基礎上進一步明確各類數(shù)據(jù)表所包含的字段類型和長度以及相互的表間關系后，利用SQL Server建立能夠存儲關系型的調查數(shù)據(jù)；非關系型數(shù)據(jù)（圖片、附件、專有文件等）以外部掛接文件的方式存儲，規(guī)定出具體路徑和名稱；空間數(shù)據(jù)存儲在MapGIS K9本地數(shù)據(jù)庫，庫文件與外部掛接文件一起分類存儲在統(tǒng)一的文件路徑下。

2 系統(tǒng)體系結構

根據(jù)青藏地區(qū)水文地質環(huán)境地質調查數(shù)據(jù)存儲與訪問的需求分析，對該系統(tǒng)采用以下設計原則：

①數(shù)據(jù)庫設計合理、優(yōu)化，保證空間數(shù)據(jù)快速查詢和業(yè)務數(shù)據(jù)的有效檢索[2]；②保證調查數(shù)據(jù)重要業(yè)務信息的安全性，滿足數(shù)據(jù)采集與管理的整體性；③ 保證網絡信息傳輸?shù)陌踩崟r、穩(wěn)定；④使數(shù)據(jù)發(fā)布實現(xiàn)規(guī)范化和合理化。

基于以上考慮，本系統(tǒng)分別采用C/S與B/S結構模式，數(shù)據(jù)采集與綜合管理采用C/S模式。C/S模式能更好地保障數(shù)據(jù)安全，不受互聯(lián)網傳輸?shù)挠绊?，同時具有良好的交互性，對圖形數(shù)據(jù)具有很強的編輯處理能力，對空間數(shù)據(jù)的讀取效率較高。本系統(tǒng)通過SQL Server 2008和Microsoft Visual Studio 2005開發(fā)環(huán)境下建成的軟件平臺實現(xiàn)C/S結構模式，分別提供數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)匯總與管理。信息發(fā)布采用B/S模式，尤其是用于屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的交互查詢與瀏覽的WebGIS服務。B/S模式采用標準的TCP/IP、HTTP協(xié)議，與Internet/Intranet有機結合，具有良好的擴展性。B/S模式對前端的用戶數(shù)目沒有限制，客戶端只需要普通瀏覽器即可，不需要其他特殊軟件。

2種模式分別用于不同的業(yè)務流程需求，無論哪種流程所需的體系結構都分為3層：數(shù)據(jù)提供層、業(yè)務邏輯層和界面顯示層。其中，數(shù)據(jù)提供層主要采用關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)完成空間數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)的存儲、管理[2]；業(yè)務邏輯層主要是響應用戶的各種請求和查詢操作，數(shù)據(jù)管理通過開發(fā)環(huán)境和相應的數(shù)據(jù)庫組件來實現(xiàn)，數(shù)據(jù)發(fā)布通過MapGIS K9的lMS及ASP程序來實現(xiàn)；界面顯示層提供用戶通過客戶端進行操作和訪問獲取數(shù)據(jù)。3層體系結構的建立將數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)應用分割開來，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，也大大提高了系統(tǒng)運行的可擴展性[3]，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)體系結構圖

3 系統(tǒng)功能設計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)采集平臺

采集平臺以支持計劃項目所屬的各個工作項目分別進行數(shù)據(jù)錄入為目的，平臺可提交到各個工作項目承擔單位，并為各工作項目分配獨立的賬號，以便項目承擔單位進行數(shù)據(jù)采集。各工作項目的采集平臺具有共同的功能架構和數(shù)據(jù)庫結構，以便數(shù)據(jù)能夠匯入到計劃項目整體管理的數(shù)據(jù)庫中。

采集平臺的主要功能模塊包括數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)備份，以及用于Excel表數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)庫的導入功能，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)采集平臺界面

3.2 系統(tǒng)管理平臺

管理平臺用于匯總各工作項目采集到的數(shù)據(jù)以及統(tǒng)一管理整個計劃項目的調查數(shù)據(jù)，集各工作項目的數(shù)據(jù)錄入與展示等功能為一體。平臺還包含基于MapGIS K9的空間數(shù)據(jù)引擎，能夠管理空間地理數(shù)據(jù)及相應的屬性數(shù)據(jù)，并將空間數(shù)據(jù)與野外調查業(yè)務數(shù)據(jù)關聯(lián)；能夠管理項目基本信息，實現(xiàn)項目資料入庫等功能。

管理平臺的主要功能模塊包括調查數(shù)據(jù)查詢、地理底圖瀏覽、調查數(shù)據(jù)與地理底圖關聯(lián)、空間專題圖查詢、空間分析、數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)導出等，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)管理平臺界面

3.3 系統(tǒng)發(fā)布平臺

以實現(xiàn)基于WebGIS的調查數(shù)據(jù)服務為目的，開發(fā)基于網絡傳輸?shù)那嗖馗咴攸c地區(qū)水文地質環(huán)境地質發(fā)布平臺，平臺采用MapGIS K9的IMS服務模塊，能夠在權限范圍內提供Web服務。發(fā)布平臺所顯示的內容是將原有數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行篩選和提取后獲得的能夠表達的信息。由于專業(yè)特征和數(shù)據(jù)特性，發(fā)布平臺以局域網內對管理人員和專業(yè)技術人員服務為主。

發(fā)布平臺的主要功能模塊包括地圖基本操作、數(shù)據(jù)顯示、圖形查屬性、屬性查圖形、統(tǒng)計與分析、打印與輸出等功能。

4 結 語

本文對水文地質環(huán)境地質調查信息系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)過程進行了研究，能夠充分利用軟件工程、數(shù)據(jù)庫技術、地理信息系統(tǒng)技術、計算機網絡技術等交叉手段，高效、規(guī)范地實現(xiàn)水文地質環(huán)境地質調查信息的存儲、管理與表達，為行業(yè)人員提供數(shù)據(jù)利用與科學決策的依據(jù)。信息系統(tǒng)建設與水文地質環(huán)境地質調查工作有機結合，是地質資料與成果管理與輸出的合理方式，是未來提高我國水文地質環(huán)境地質調查工作社會化服務的基礎。

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