村鎮(zhèn)水利工程數(shù)字化管理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

(泰安市大河水庫管理處，山東 泰安 271000)

加強村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)由傳統(tǒng)農(nóng)村水利管理向數(shù)字水利管理轉(zhuǎn)變，構(gòu)建節(jié)水環(huán)保型社會，是全面建設(shè)社會主義新農(nóng)村和實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展的基本要求。建設(shè)數(shù)字村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)，充分開發(fā)村鎮(zhèn)水利工程信息資源，有利于廣泛應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，加強村鎮(zhèn)水利工程管理，有效防治農(nóng)業(yè)水害，優(yōu)化農(nóng)村水資源配置，提高農(nóng)村水資源利用效率。

1 研究目的

選取寧陽縣鄉(xiāng)飲鄉(xiāng)的農(nóng)村水利工程設(shè)施作為研究對象，針對測區(qū)內(nèi)的引水和水利設(shè)施狀況，進行細(xì)致研究；并對資金投入不足、缺少健全的管理機制等問題，進行現(xiàn)實性分析。從而改變由于對農(nóng)村水利工程設(shè)施管理缺乏足夠認(rèn)識，所導(dǎo)致的農(nóng)村水利工程信息化程度不高、缺乏相應(yīng)的輔助決策應(yīng)用系統(tǒng)的現(xiàn)狀，去除村鎮(zhèn)水利及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的障礙，開發(fā)出適應(yīng)山東省農(nóng)村水利現(xiàn)狀的數(shù)字村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)。

2 研究意義

?可加強對村鎮(zhèn)水利基礎(chǔ)設(shè)施的統(tǒng)籌管理。為各級防汛、水利工程管理、規(guī)劃建設(shè)等部門準(zhǔn)確及時地提供各類水利工程信息，為防災(zāi)減災(zāi)、水利工程數(shù)字化建設(shè)與信息化管理提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

?可填補山東省內(nèi)尚無數(shù)字村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)的空白。目前國內(nèi)對于數(shù)字水利工程的研究，尚處于起步階段，盡管出現(xiàn)了數(shù)字水庫、數(shù)字流域等針對大型水工建筑物和大流域的數(shù)字化管理系統(tǒng)，但缺乏對村鎮(zhèn)一級水利工程的重視，從而導(dǎo)致基層水利設(shè)施信息化程度不高，加上各地區(qū)的自然社會條件不同，造成村鎮(zhèn)水利工程信息化程度發(fā)展不均衡，信息化程度參差不齊，通過研究可以初步建立適應(yīng)山東省實際情況的村鎮(zhèn)一級水利工程管理系統(tǒng)。

?促進山東省新農(nóng)村建設(shè)事業(yè)的健康快速發(fā)展。數(shù)字村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)，可通過對現(xiàn)有村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)的研究，來改造和發(fā)展農(nóng)村水利工程，加強農(nóng)業(yè)節(jié)水建設(shè)和安全飲水系統(tǒng)建設(shè)，增強對相關(guān)信息的空間分析和輔助決策功能。

3 模塊設(shè)計

3.1 水源分布查詢模塊

水源分布查詢模塊采用動態(tài)交互式查詢網(wǎng)頁，集數(shù)據(jù)維護、數(shù)據(jù)查詢、遠(yuǎn)程服務(wù)于一體，是一個多功能、高效率的綜合性查詢系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域內(nèi)村鎮(zhèn)水利信息資源共享，提高基層水利管理工作的時效性和服務(wù)水平。

3.2 給水排水系統(tǒng)模塊

給水排水系統(tǒng)模塊利用ArcGIS強大的空間數(shù)據(jù)分析能力，對于研究區(qū)域內(nèi)的水源和水質(zhì)，以及給水排水管線信息進行實時動態(tài)顯示，加強對給排水設(shè)備的監(jiān)管及改造，建立可靠、高效、節(jié)能的農(nóng)村給排水系統(tǒng)。

3.3 農(nóng)業(yè)節(jié)水系統(tǒng)模塊

農(nóng)業(yè)節(jié)水系統(tǒng)模塊利用ArcGIS和SQL Server的數(shù)據(jù)存儲和查詢功能，對研究區(qū)域的耕地排澇、抗旱、降漬等需求進行分析，并通過采集區(qū)域內(nèi)的氣溫、日照、降水量等氣象信息，進行統(tǒng)計分析后，實現(xiàn)對灌區(qū)用水的按需分配，構(gòu)建新型農(nóng)業(yè)節(jié)水體系。

3.4 水利相關(guān)服務(wù)模塊

水利相關(guān)服務(wù)模塊隸屬于數(shù)字村鎮(zhèn)電子政務(wù)系統(tǒng)的一部分，通過加強農(nóng)村水利工程管理體制改革，建立權(quán)責(zé)明確 ,管理規(guī)范的農(nóng)村水利工程管理模式。實現(xiàn)統(tǒng)一管理與分級管理相結(jié)合，使之與道路系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)及其他相關(guān)系統(tǒng)，建立統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、協(xié)同運作的關(guān)系，共同促進區(qū)域農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展，推進新農(nóng)村建設(shè)事業(yè)的步伐。

數(shù)字村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)模塊如圖1所示。

圖1 數(shù)字村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)模塊

4 數(shù)字村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 3S集成技術(shù)

3S 集成技術(shù)是將全球定位系統(tǒng)(GPS)、航空航天遙感(RS)技術(shù)和地理信息系統(tǒng)(GIS)三項技術(shù)根據(jù)應(yīng)用需要，有機地組合成一體化的、功能更強大的新型系統(tǒng)。

數(shù)字村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)，主要是運用RS和GIS集成技術(shù)，通過采集覆蓋全示范區(qū)的數(shù)字高程模型(DEM)、數(shù)字正射影像(DOM)、數(shù)字線劃圖(DLG)及相應(yīng)的元數(shù)據(jù)從中提取出示范區(qū)給排水管線、道路分布等數(shù)字線化信息，然后采用GIS強大的數(shù)據(jù)處理和空間分析功能，建立起集數(shù)據(jù)錄入、存儲、查詢和決策于一體的工程管理系統(tǒng)。

4.2 數(shù)據(jù)融合技術(shù)

建立地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，必須依靠大量的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)融合技術(shù)就是指利用計算機對按時間順序獲得的若干觀測信息，在一定準(zhǔn)則下加以自動分析和綜合，以完成所需的決策和評估任務(wù)而進行的信息處理技術(shù)。數(shù)據(jù)融合在多信息源、多平臺和多用戶系統(tǒng)內(nèi)起著重要的處理和協(xié)調(diào)作用，保證了數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)各單元與匯集中心間的連通性。

數(shù)字村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)，運用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，對于示范區(qū)域的數(shù)字正攝影像DOM和人工矢量化后線化圖DLG，以及示范區(qū)域的地形數(shù)據(jù)資料等，進行多元數(shù)據(jù)的識別、匹配、綜合分析，從而實現(xiàn)多元數(shù)據(jù)的信息交流，實現(xiàn)系統(tǒng)的多源數(shù)據(jù)處理功能。

4.3 計算機軟件平臺

數(shù)字村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)涉及多源數(shù)據(jù)的處理、存儲、查詢、分析和顯示，因此對軟件要求較高，需要多個專業(yè)軟件作為開發(fā)平臺，相互協(xié)作。選擇SQL Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)和運行數(shù)據(jù)庫的支撐平臺，探索采用C#編程語言，作為系統(tǒng)開發(fā)的工具，利用成熟的控件和組件式開發(fā)技術(shù)，開發(fā)村鎮(zhèn)水利信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)初步建成之后，還必須能與不同格式的數(shù)據(jù)進行交換，以滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入與更新的要求。因此，必須利用ArcGIS軟件解決數(shù)據(jù)兼容性問題。數(shù)字村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)，還可支持Internet頁面訪問，可以從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)并對其進行分析顯示。

4.4 系統(tǒng)硬件平臺

由于村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)設(shè)計大量的空間數(shù)據(jù)和非空間信息，當(dāng)需要對海量基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)進行計算、交換和訪問操作時，就對計算機的CPU運行速度、存儲容量和圖形處理等能力提出了較高的要求。因此，在硬件選取時，必須注意以下原則：?實用性?先進性?系統(tǒng)性?兼容性?安全性?穩(wěn)定性。

村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)圖如圖2所示。

圖2 村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)過程

對于數(shù)字村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)，服務(wù)器可采用64位操作系統(tǒng)和系統(tǒng)模塊化設(shè)計，采用共享公共部件設(shè)計，可以滿足在不同的服務(wù)器之間切換，便于服務(wù)器的維護與升級?？蛻魴C可分為系統(tǒng)應(yīng)用客戶機和專業(yè)水利工程管理系統(tǒng)客戶機，其中，系統(tǒng)應(yīng)用客戶機由于不必進行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和運算，只是作為從數(shù)據(jù)庫提取數(shù)據(jù)的窗口，因此可以采用當(dāng)前的中高檔機；而專業(yè)水利工程管理系統(tǒng)客戶機，由于要進行復(fù)雜的建模分析和海量數(shù)據(jù)處理，因此必須有較高的空間數(shù)據(jù)圖形處理功能。

5 數(shù)字村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)構(gòu)成

以山東省寧陽縣鄉(xiāng)飲鄉(xiāng)為研究區(qū)域，通過實地調(diào)查鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)的水利基礎(chǔ)設(shè)施，以ArcGIS為平臺，運用3S和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采集水源數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)灌區(qū)狀況和農(nóng)村節(jié)水情況，重點利用GIS平臺將屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，并采用Web瀏覽器形式直觀顯示，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時管理、查詢、漫游功能，使之應(yīng)用于村鎮(zhèn)水利工程的管理、規(guī)劃、運行中，并結(jié)合電子政務(wù)系統(tǒng)，企業(yè)管理系統(tǒng)等相關(guān)部門與行業(yè)系統(tǒng)，協(xié)同運作，實現(xiàn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)水利工程信息管理的自動化。

5.1 數(shù)字影像圖校正

數(shù)字正射影像圖DOM，由于存在拍攝角度、衛(wèi)星姿態(tài)和氣象因素等各種外界條件的影響，不可避免的存在各種誤差，所以必須對影響進行校正分析后，影像數(shù)據(jù)才能被應(yīng)用于系統(tǒng)。首先需采用ArcGIS下的Georenferencing工具進行影像校正。

5.2 數(shù)字影像圖矢量化

將校正后的遙感圖像文件，導(dǎo)入ArcGIS進行矢量化。矢量化過程中采用Shapefile文件格式，以便在ArcMap中進行編輯處理，在ArcMap中，首先對數(shù)據(jù)進行投影處理。保證其與影像數(shù)據(jù)的一致性；其次，對數(shù)據(jù)進行拓?fù)涮幚?，供建模和最后在ArcScene中使用。分別生成鄉(xiāng)飲鄉(xiāng)給排水管道線化圖、鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路分布圖等相關(guān)DLG數(shù)字化產(chǎn)品。鄉(xiāng)飲鄉(xiāng)道路分布圖如圖3所示，管線和水源分布線化圖如圖4所示。

圖3 鄉(xiāng)飲鄉(xiāng)道路分布

圖4 鄉(xiāng)飲鄉(xiāng)管線和水源分布線化

5.3 網(wǎng)頁編輯制作

首先采用Dreamweaver軟件，編輯靜態(tài)Html網(wǎng)頁，添加CSS效應(yīng)和動作路徑等功能，并對頁面進行編輯、排版、填充等操作，在全面調(diào)試后，實現(xiàn)相關(guān)的網(wǎng)頁預(yù)期功能。

5.4 建立與數(shù)據(jù)庫之間的鏈接

首先通過“控制面板”下的“性能與維護”功能模塊，然后進入“管理工具”下的“數(shù)據(jù)源(ODBC)”工具，單擊“添加”，創(chuàng)建Microsoft ODBC for Oracle。

其次，對基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)進行整合，提高系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的可用性。整合過程主要消除地圖目標(biāo)實體、目標(biāo)空間結(jié)構(gòu)關(guān)系和地圖符號化導(dǎo)致的要素不完整性問題，為數(shù)據(jù)入庫做好基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作。

再次，錄入數(shù)據(jù)庫。將最初完成采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過檢查→預(yù)入庫→編輯與加工→再次入庫的流程錄入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化的處理后，能夠較好的保證對數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求。

最后采用混合數(shù)據(jù)模型統(tǒng)一定義空間數(shù)據(jù)庫模型和管理空間數(shù)據(jù)，支持空間實體的矢量表示和柵格表示，通過定位器，對不同的定位參考，用不同的定位方法進行定位操作，使用Geodatabase作為地理數(shù)據(jù)模型，進行相關(guān)圖形數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)匹配，實現(xiàn)在同一數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)一地管理各種類型的空間數(shù)據(jù)。

6 系統(tǒng)功能

6.1 圖像動態(tài)瀏覽功能

采用動態(tài)網(wǎng)頁是實現(xiàn)數(shù)據(jù)漫游查詢功能的手段，瀏覽、縮放地圖，首先把加載的數(shù)據(jù)全圖放在控件窗口中，起到定位作用，本系統(tǒng)不涉及多圖層數(shù)據(jù)共同加載，因此只需要對一個圖層進行加載操作。數(shù)字村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)的查詢?yōu)g覽頁面如下頁圖5所示。

系統(tǒng)采用交互式動態(tài)查尋網(wǎng)頁可瀏覽研究區(qū)域內(nèi)水源分布狀況，從遙感地圖上輸入項目名稱就可以實現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)的工程定位查詢，利用查詢工具可獲得工程項目區(qū)的地形、地貌、水質(zhì)、水量等相關(guān)信息，并以圖形、圖表的形式動態(tài)展現(xiàn)出來，技術(shù)人員可更便捷直觀的獲取相應(yīng)的需求信息。

6.2 數(shù)據(jù)可視化錄入功能

由于建立了Internet與數(shù)據(jù)庫之間的鏈接，系統(tǒng)可實現(xiàn)相關(guān)法律文件、研究區(qū)域地形顯示、水利工程信息檢索、水利信息錄入管理、水利相關(guān)產(chǎn)業(yè)狀圖、文件報表下載等數(shù)據(jù)的編輯、更新、維護。通過網(wǎng)頁的形式，添加、刪除、更新和管理村鎮(zhèn)水利工程數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可根據(jù)提示用戶操作界面，輸入相關(guān)變更的數(shù)據(jù)參數(shù)，將數(shù)據(jù)庫中用于更新成果庫的數(shù)據(jù)填補上去，實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)信息與內(nèi)部數(shù)據(jù)庫之間的動態(tài)可視化更新。用戶對水利工程的管理數(shù)據(jù)做到及時添加、刪除，實現(xiàn)了對水利工程信息的數(shù)據(jù)可視化錄入，從而方便用戶及時完成數(shù)據(jù)更新。

圖5 遙感影像漫游瀏覽頁面

6.3 水利信息查詢管理功能

本系統(tǒng)可以實現(xiàn)對DLG數(shù)字線劃圖的屬性查詢功能，通過為矢量數(shù)據(jù)賦予相應(yīng)的屬性字段，對空間數(shù)據(jù)進行匹配后，可支持對象點擊查詢。實現(xiàn)地圖屬性下的查詢功能。用戶使用窗口下的信息查詢工具，輸入要查詢的工程項目名稱，系統(tǒng)將自動彈出該工程項目的進度、成本、質(zhì)量、安全管理等相關(guān)信息；輸入要查詢的信息名稱，系統(tǒng)將自動彈出有關(guān)工程的數(shù)據(jù)信息并以圖表形式展示給用戶，為工程管理科學(xué)化、規(guī)范化、程序化、制度化提供了高效的管理工具。

6.4 其他輔助功能

村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)頁面，除了具備水利信息的查詢管理功能外，還可以提供下載水利工程相關(guān)設(shè)施的法律法規(guī)，并可提供區(qū)域內(nèi)水利影像資料的在線播放或存儲下載服務(wù)。另外交互式的界面為用戶提供了帳戶注冊、專家咨詢、交流園地BBS功能，真正做到貼近群眾、服務(wù)于民。

7 結(jié) 語

村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)系統(tǒng)采用3S集成、數(shù)據(jù)融合技術(shù)，通過計算機軟硬件平臺，將數(shù)字影像矢量化，建立起多數(shù)據(jù)庫之間的鏈接與匹配，開發(fā)出以遙感影像的動態(tài)瀏覽查詢、數(shù)據(jù)可視化錄入、水利信息查詢管理等功能的操作性強的軟件，為基層水利工程管理、防汛抗旱指揮、工程規(guī)劃建設(shè)等部門提供數(shù)字化、可視化、信息可編輯化的數(shù)據(jù)支持，可以有效地提升系統(tǒng)的服務(wù)水平，增強村鎮(zhèn)水利工程管理系統(tǒng)的生命力，加快傳統(tǒng)水利管理向數(shù)字水利管理的步伐。