鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)

謝 敏

（江西省防汛信息中心，江西 南昌 330009）

?

鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)

謝 敏

（江西省防汛信息中心，江西 南昌 330009）

摘 要：結(jié)合鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理測(cè)量成果，充分利用鄱陽(yáng)湖地形、水文、植被等要素信息，探討應(yīng)用 GIS、遙感、數(shù)據(jù)庫(kù)和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鄱陽(yáng)湖區(qū)域各類數(shù)據(jù)的一體化管理、展示、查詢和專題分析，為各部門研究、保護(hù)和開發(fā)利用鄱陽(yáng)湖提供信息服務(wù)。

關(guān)鍵詞：鄱陽(yáng)湖；地理信息系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

0　引言

鄱陽(yáng)湖是中國(guó)最大的淡水湖泊和國(guó)際性重要濕地，位于江西省北部，長(zhǎng)江中下游南岸。江西省境內(nèi)的贛江、撫河、信江、饒河、修河五大河流經(jīng)鄱陽(yáng)湖調(diào)蓄后流入長(zhǎng)江，形成完整的鄱陽(yáng)湖水系。鄱陽(yáng)湖流域面積 16.22 萬(wàn)km2，約占江西省國(guó)土面積的97%，約占長(zhǎng)江流域面積的 9%。鄱陽(yáng)湖是一個(gè)吞吐型、季節(jié)性的淺淡水湖，水位變化受五河及長(zhǎng)江來(lái)水的雙重影響，高水湖相，低水河相，有“高水是湖，低水似河”、“洪水一片，枯水一線”的獨(dú)特景觀。鄱陽(yáng)湖還是長(zhǎng)江水系及生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是中國(guó)重要的生態(tài)功能保護(hù)區(qū)，承擔(dān)著調(diào)洪蓄水、氣候調(diào)節(jié)、降解污染、候鳥棲息等多種生態(tài)功能［1］。為全面掌握鄱陽(yáng)湖區(qū)基礎(chǔ)資料，準(zhǔn)確定量反映鄱陽(yáng)湖現(xiàn)狀，江西省用 2年時(shí)間對(duì)鄱陽(yáng)湖湖區(qū)進(jìn)行了一次全面的實(shí)地測(cè)繪，獲取了豐富、詳實(shí)的地形、水文、植被等資料。為此，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）和大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐平臺(tái)，將調(diào)查、測(cè)量的鄱陽(yáng)湖區(qū)域各類數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化管理，建設(shè)鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鄱陽(yáng)湖區(qū)域信息的查詢、管理、統(tǒng)計(jì)、分析和共享，方便鄱陽(yáng)湖的研究、保護(hù)與開發(fā)，以滿足鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)信息服務(wù)于鄱陽(yáng)湖區(qū)域國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生態(tài)建設(shè)、保護(hù)要求。

1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1建設(shè)目標(biāo)

鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)采用 GIS、遙感、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)和虛擬仿真等高新技術(shù)，以ArcGIS 和大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐平臺(tái)，將鄱陽(yáng)湖區(qū)域調(diào)查、測(cè)量的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鄱陽(yáng)湖區(qū)域地理數(shù)據(jù)的查詢、管理、統(tǒng)計(jì)和專題分析，系統(tǒng)包含基礎(chǔ)成果展示、植被專題展示、三維電子沙盤和業(yè)務(wù)應(yīng)用等功能。在二、三維電子地圖上，實(shí)現(xiàn)了地圖操作、多級(jí)縮放、快速平移、精確定位、漫游飛行、幾何量算、鷹眼導(dǎo)航等功能，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)水系及水工程各類屬性的關(guān)聯(lián)查詢。系統(tǒng)利用數(shù)字正射影像和高程模型，可實(shí)現(xiàn)各種水利業(yè)務(wù)應(yīng)用與分析［2，3］。

1.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)以 ArcGIS Server 為開發(fā)平臺(tái)，Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)。系統(tǒng)從邏輯結(jié)構(gòu)上分為 3 層：表示層、業(yè)務(wù)過(guò)程層和數(shù)據(jù)層，如圖 1 所示。表示層主要負(fù)責(zé)信息的顯示，主要包含頁(yè)面類，基本不涉及業(yè)務(wù)的管理。業(yè)務(wù)邏輯層主要功能是進(jìn)行業(yè)務(wù)的處理，主要包含控制類，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的管理功能。數(shù)據(jù)層包括業(yè)務(wù)實(shí)體、數(shù)據(jù)訪問(wèn)邏輯組件和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)實(shí)體是系統(tǒng)業(yè)務(wù)對(duì)象的實(shí)體，根據(jù)系統(tǒng)的邏輯關(guān)系，劃分成若干個(gè)業(yè)務(wù)實(shí)體。數(shù)據(jù)訪問(wèn)邏輯組件主要是可以劃分各個(gè)業(yè)務(wù)實(shí)體的和通用的數(shù)據(jù)訪問(wèn)組件，每個(gè)業(yè)務(wù)實(shí)體數(shù)據(jù)訪問(wèn)組件都是調(diào)用通用的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)組件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)［4］。

圖1　系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

1.3系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用 2 層客戶/服務(wù)器（C/S 結(jié)構(gòu)）的計(jì)算體系，由服務(wù)器端和客戶端 2 個(gè)部分組成。客戶端由 1 個(gè)或多個(gè)客戶計(jì)算機(jī)組成，運(yùn)行的進(jìn)程為系統(tǒng)的運(yùn)行組件。服務(wù)器端由應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成。應(yīng)用服務(wù)器處理所有的業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，客戶計(jì)算機(jī)通過(guò)訪問(wèn)應(yīng)用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)應(yīng)用。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

圖2　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2　基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

2.1空間數(shù)據(jù)內(nèi)容

鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括以下 3 個(gè)方面：

1）數(shù)字線劃圖（DLG）。鄱陽(yáng)湖區(qū)域 1∶10 000和鄱陽(yáng)湖、南磯濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域 1∶5 000 的數(shù)字線劃圖，主要涵蓋行政區(qū)劃、水系、居民地，以及設(shè)施、交通、重要水利工程、管線、地貌、植被等地理要素信息。

2）數(shù)字高程模型（DEM）。鄱陽(yáng)湖區(qū)域 1∶ 10 000 數(shù)字高程模型，覆蓋鄱陽(yáng)湖區(qū)及五河七口測(cè)量范圍，精度為 5 m。

3）數(shù)字正射影像（DOM）。鄱陽(yáng)湖區(qū)域 1∶10 000 全色數(shù)字正射影像，分辨率為 1 m。

空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的主要內(nèi)容與格式如表 1 所示。

表1　空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的主要內(nèi)容與格式

2.2空間數(shù)據(jù)建立

鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立主要包括物理數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、數(shù)據(jù)入庫(kù)前的檢查、數(shù)據(jù)入庫(kù)、索引建立、質(zhì)量檢查、數(shù)據(jù)庫(kù)驗(yàn)收等步驟。空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)流程如圖 3 所示。

圖3　空間數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)流程

鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)總計(jì) 26 張表，數(shù)據(jù)庫(kù)表清單如表 2 所示。

表2　鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)表清單

3　系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)入庫(kù)、數(shù)據(jù)管理、二維電子地圖、三維電子沙盤、專題展示查詢、業(yè)務(wù)應(yīng)用、系統(tǒng)管理等模塊組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。

1）數(shù)據(jù)入庫(kù)。數(shù)據(jù)入庫(kù)模塊包含在基于 C/S 結(jié)構(gòu)的鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)導(dǎo)入與管理模塊中，它利用 OLE DB 技術(shù)負(fù)責(zé)把 Shape File，Tiff 格式等數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)的 Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)中。該模塊主要提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入功能，通過(guò)操作向?qū)Ш涂梢暬缑鎸?shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字線劃圖、高程模型、正射影像地圖等新增地理數(shù)據(jù)的建庫(kù)、入庫(kù)、預(yù)覽及刪除等操作。

圖4　系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

2）數(shù)據(jù)管理?；诳蛻舳?服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)的鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)導(dǎo)入與管理模塊提供數(shù)據(jù)管理功能，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字線劃圖、高程模型、正射影像地圖等地理空間和專題數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，提供數(shù)據(jù)檢索、導(dǎo)出及地圖打印等功能。

3）二維地圖顯示。二維地圖顯示主要實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的二維展示及查詢，包括數(shù)字線劃圖、高程圖（用不同顏色渲染不同高程）、正射影像圖等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。系統(tǒng)以 ArcGIS Server 為平臺(tái)，在二維電子地圖上實(shí)現(xiàn)地圖的放大、縮小、漫游、復(fù)位、距離量算、面積量算、鷹眼導(dǎo)航、地圖打印等功能；系統(tǒng)按照行政區(qū)劃建立索引，實(shí)現(xiàn)地圖快速定位及查詢等功能；系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同比例尺地理數(shù)據(jù)的顯示控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)字線劃圖、高程模型、正射影像及植被專題等地圖數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)。系統(tǒng)二維地圖顯示界面如圖 5 所示。

4）三維電子沙盤。系統(tǒng)采用 GIS、遙感、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、金字塔三維數(shù)據(jù)引擎等現(xiàn)代高新技術(shù)，利用不同比例尺的地形及不同分辨率的遙感數(shù)據(jù)，建立了鄱陽(yáng)湖數(shù)字三維場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存取與有效管理。為了達(dá)到更好的三位展示效果，系統(tǒng)對(duì)場(chǎng)景中各類信息進(jìn)行分類和分級(jí)，從區(qū)域全景開始，層層推進(jìn)，逐步完成細(xì)節(jié)展示，實(shí)現(xiàn)不同比例尺下三維場(chǎng)景的無(wú)縫切換。

系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)基于 B/S 架構(gòu)的“三維 GIS 開發(fā)與展示平臺(tái)”，通過(guò)海量數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、三維模型快速顯示等一系列先進(jìn)技術(shù)，將衛(wèi)星影像、航拍影像、數(shù)字高程模型、矢量地圖數(shù)據(jù)、精細(xì)建筑物模型等數(shù)據(jù)疊加發(fā)布。從建設(shè)“三維 GIS開發(fā)與展示平臺(tái)”的全局考慮系統(tǒng)的建設(shè)，使得基于 GIS 的水利行業(yè)應(yīng)用子系統(tǒng)架構(gòu)于本平臺(tái)之上，實(shí)現(xiàn)底層平臺(tái)與行業(yè)應(yīng)用的松耦合關(guān)系，并解決好平臺(tái)與相關(guān)行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)連接之間的通訊接口問(wèn)題，為今后行業(yè) GIS 應(yīng)用系統(tǒng)的快速搭建、靈活擴(kuò)展與便于維護(hù)創(chuàng)造條件。三維電子沙盤流程如圖 6所示。三維電子沙盤包括地圖放大、縮小、漫游、圖層控制、屬性查詢、剖面展示與分析、飛行、二三維實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)等功能。

圖5　二位地圖顯示界面

5）專題展示查詢。專題展示查詢模塊以專題圖形式展示本次鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理測(cè)量成果中的水利工程和植被分布專題。水利工程專題圖主要展示本次鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理測(cè)量中水利工程專題測(cè)量成果，表現(xiàn)鄱陽(yáng)湖區(qū)供水、泵閘、碼頭、堤防、取水口、排污口、水文站、橋梁等各種水利工程的分布情況，并與江西省防洪工程數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)工程屬性的關(guān)聯(lián)查詢。植被分布專題主要展示本次鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理測(cè)量成果中濕地植被的分布及覆蓋狀況，并可實(shí)現(xiàn)相關(guān)植被群落的屬性查詢。

6）業(yè)務(wù)應(yīng)用。鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)在集中展示鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理測(cè)量成果的基礎(chǔ)上，旨在為基于 GIS 的水利業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)搭建基礎(chǔ)地理平臺(tái)。系統(tǒng)以二維洪水演進(jìn)模型分析為例，開發(fā)了康山蓄滯洪區(qū)洪水演進(jìn)淹沒(méi)分析系統(tǒng)，并在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)鄱陽(yáng)湖水位-面積、水位-容積分析演算方案，功能界面如圖 7 所示。

圖6　三維電子沙盤流程圖

7）系統(tǒng)管理。由于基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的保密性，需要對(duì)系統(tǒng)的所有操作有著嚴(yán)格的系統(tǒng)管理。對(duì)于所有用戶需進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，不同權(quán)限的用戶可以操作的系統(tǒng)模塊各不相同，以保證系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)管理模塊包括用戶、權(quán)限、日志和地區(qū)管理。

圖7　鄱陽(yáng)湖水位-面積、水位-容積分析演算圖

系統(tǒng)利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和空間數(shù)據(jù)引擎技術(shù)進(jìn)行 TB 級(jí)海量空間數(shù)據(jù)的高效管理，空間數(shù)據(jù)訪問(wèn)和查詢可在 3s 內(nèi)完成，同時(shí)與部分水利業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行了緊密結(jié)合，基于面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)和基于插入式的平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)，可以方便地實(shí)現(xiàn)各功能系統(tǒng)一體化集成，系統(tǒng)擴(kuò)展性大大增強(qiáng)。系統(tǒng)自建成以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，為政府機(jī)構(gòu)決策和科研企事業(yè)單位研究分析鄱陽(yáng)湖提供了大量數(shù)據(jù)支持，同時(shí)在使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)功能豐富性上仍有待加強(qiáng)。下一步，系統(tǒng)將逐步增加鄱陽(yáng)湖區(qū)域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，完善水雨情、氣象信息、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水資源調(diào)配、水土保持監(jiān)測(cè)等相關(guān)信息和數(shù)據(jù)更新維護(hù)機(jī)制，建立防汛決策支持、水資源管理、水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、水工程管理和水土保持監(jiān)測(cè)與管理等相關(guān)子模塊，逐漸將系統(tǒng)擴(kuò)展成鄱陽(yáng)湖綜合信息管理平臺(tái)。

4　結(jié)語(yǔ)

鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理信息管理系統(tǒng)以 GIS 為支撐平臺(tái)，以大型的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)為后臺(tái)管理數(shù)據(jù)庫(kù)，將鄱陽(yáng)湖區(qū)域各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)地理的圖形、屬性、柵格影像空間及其非空間數(shù)據(jù)的一體化管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)鄱陽(yáng)湖區(qū)域地理數(shù)據(jù)的查詢、管理、統(tǒng)計(jì)和專題分析，為鄱陽(yáng)湖的研究、保護(hù)和開發(fā)利用提供了良好的信息支撐平臺(tái)，同時(shí)也為今后建設(shè)“數(shù)字鄱陽(yáng)湖”和“智慧鄱陽(yáng)湖”進(jìn)行有益的探索。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 趙其國(guó)，黃國(guó)勤，錢海燕. 鄱陽(yáng)湖生態(tài)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展［J］.土壤學(xué)報(bào)，2007，44 （2）: 318-326.

［2］ 江西省防汛信息中心，江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院. 鄱陽(yáng)湖基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)建設(shè)方案［R］. 南昌：江西省防汛信息中心，江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，2010: 1-15.

［3］ 張成才，孟令奎，孫喜梅. 水利地理信息系統(tǒng)［M］. 武漢：武漢大學(xué)出版社，2005: 2-10.

［4］ 楊國(guó)偉，霍爾. 空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)施與項(xiàng)目管理［M］. 孫鵬，譯. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013: 25-30.

［5］ 陳建群，吳勰，王振興，等. 鄱陽(yáng)湖濕地地理信息系統(tǒng)建設(shè)及其關(guān)鍵技術(shù)研究［J］. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息學(xué)科版），2012，37 （8）: 888-896.

［6］ 馬玉寬，吳建華，萬(wàn)洋洋，等. 鄱陽(yáng)湖水環(huán)境信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］. 南昌大學(xué)學(xué)報(bào)（工科版），2014，36 （4）: 317-321.

Research and Development on Fundamental Geographic Information System of Poyang Lake

XIE Min
（Jiangxi Provincial Flood Control Information Center，Nanchang 330009，China）

Abstract:Combining with fundamental geographic survey results of Poyang Lake，the article makes full use of the elements information of the topography，hydrology and vegetation of Poyang Lake，discusses the application technology of geographic information system，remote sensing，database and virtual reality，designs and develops fundamental geographic information system of Poyang Lake，and achieves integrated management，display，query and thematic analysis of various types of data of Poyang Lake area. It provides all kinds of information services for each department’s research，protection and development for the Poyang Lake.

Key words:Poyang Lake；GIS；design

中圖分類號(hào)：P208.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9405（2016）03-0061-05

DOI:10.19364/j.1674-9405.2016.03.014

收稿日期：2016-03-31

作者簡(jiǎn)介：謝 敏（1985-），男，江西撫州人，工程師，主要從事水利信息化建設(shè)管理工作。