北京岩溶水资源信息系统的设计与实现

张 院,许苗娟,赵 佳,黄昱琪,李小龙

（1.北京市水文地质工程地质大队，北京 100195；2.北京市地质矿产勘查开发局，北京 100195）

北京岩溶水资源信息系统的设计与实现

张 院1,许苗娟1,赵 佳2,黄昱琪1,李小龙2

（1.北京市水文地质工程地质大队，北京 100195；2.北京市地质矿产勘查开发局，北京 100195）

着重研究系统总体结构，系统数据组织和管理以及系统专业功能的设计与实现。本系统基于.NET平台和ArcGIS二次开发而成，最终实现数据信息的可视化管理及应用。

岩溶水资源；信息系统；二次开发

0 引言

北京水资源短缺，供需矛盾突出。为寻找供水安全保障途径，北京市开展了岩溶水资源勘查评价工程。岩溶水由于其含水介质的特殊性，勘查工程投入的调查、勘探、试验等工作量巨大，产生的数据多样，为有效管理和应用这些数据，需要建立有效的数据组织和功能强大的专业应用系统。

1 系统目标

北京岩溶水资源信息系统以管理和应用北京市岩溶水勘察评价工程所产生的数据为目标，实现调查数据、勘察数据、监测数据、试验数据、地质剖面图、分析成果图等多类型数据的入库，浏览、查询、水资源分析评价及三维地质建模功能。

2 系统架构

系统采用C/S（客户/服务器）体系架构.N ET Framework平台开发，在Windows 7环境下，通过数据库层、数据访问引擎层、业务逻辑组件层、应用组件层、网络传输层和应用层的系统集成耦合，形成便于数据管理、专业分析，三维建模、成果发布的系统，系统体系结构见图1。

图1 系统体系结构

3 系统总体设计

系统总体设计遵守完备性、适用性等原则[1]，将系统设计为北京岩溶水资源数据库、空间数据管理与服务子系统，岩溶水资源分析子系统、三维建模子系统、综合展示子系统五部分。其中空间数据库通过数据库引擎为各子系统提供数据支持和更新；数据管理与服务系统提供数据入库界面实现各类数据入库和数据空间管理功能；分析系统通过调用数据库数据实现水资源评价、模拟预测等功能；三维地质建模系统实现北京岩溶区三维地质结构建模功能；成果综合展示系统实现“北京岩溶水资源勘查评价工程”成果综合展示功能。

3.1 数据库设计

北京岩溶水勘察评价工程数据来源包括：研究区以往的研究成果、水文、气象等收集的文档和数据；实地调查数据、测量数据，水位、水质监测数据，遥感解译、物探、钻探等勘察数据；项目产生的成果数据。数据种类包括：数据表、成果图、收集的文档以及成果文档。根据其数据来源和数据种类将数据库按逻辑划分为：资料汇总库和空间数据库（图2）。

图2 北京岩溶水资源数据库逻辑组成

资料汇总库相当于数据仓库，包括所有收集的历史数据、调查数据、成果数据。空间数据库包括各类调查点属性数据、图形成果数据、地质模型数据。空间数据库中各类调查数据表按照《区域地下水资源调查评价数据库标准》（DD2010-03）、《岩溶地区1：5万水文地质环境地质调查数据库标准(1.1版)》（中国地质科学院岩溶地质研究所2011年4月）进行建设，制作数据表模版。各类调查点属性数据主要通过MS SQL Server 2008进行组织及存储；图形成果按照ArcGIS支持的数据格式进行存储；地质模型数据主要包括两类模型数据，一种是三维地质结构的模型数据，一类是数值模型的成果数据。

3.2 数据管理与服务系统

数据管理与服务系统具有数据的入库校验，浏览、查询、统计、基础图表制作、数据转换、交换、数据管理等功能，能够进行图形放大、缩小、全图显示等操作，功能结构如图3所示。资料汇总库支持所有电子数据格式的入库。空间数据库中调查点属性数据需要按照数据模板入库同时进行完整性、规范性以及格式内容等校验。基础图表制作包括柱状图、曲线图、钻孔柱状图的制作，系统还提供MapGIS和ArcGIS文件格式转换的工具使MapGIS格式的数据能够存储在系统中并可用于空间分析。

图3 北京市数据管理与服务系统功能框架

3.3 岩溶水资源专业分析系统

岩溶水资源专业分析系统可实现岩溶水的资源评价和模拟预测功能。系统可以进行数据预处理，将需要检验的数据输入，选择检验条件，形成正态分布图，判断离群值，从而选择出符合要求、用于专业分析的数据。专业图表制作主要根据不同的差值方法绘制不同等值线图或者分区图。专业分析功能主要进行岩溶水资源评价，采用的方法可以是水均衡法、泉水动态分析法、抽水试验法等。系统集成了一些专业模型如：动态变化相关分析模型、脆弱性评价模型、岩溶区水流数值模型。通过系统可展示或运行其他专业模型，实现系统与其他专业模型的无缝链接，系统功能框架如图4。

图4 岩溶水资源专业分析系统功能框架

3.4 三维地质建模系统

三维地质建模系统主要提供建模的窗口，包括数据的预处理及建模操作。系统提供多种建模方式有剖面建模、钻孔建模、钻孔与剖面联合建模等。将钻孔数据、剖面数据处理成符合三维建模系统格式要求的数据，进入建模系统中，选择建模方法，按照建模操作流程实现三维地质模型建设。三维地质模型可进一步实现各种应用，如模型的可视化（线框图、颜色渲染、纹理渲染、地质体透视、地下漫游等）和分析（表面积、体积计算、切割、切片、栅栏图制作、开挖、推进等）。

3.5 综合展示系统

综合展示系统是获取岩溶水勘查评价项目概况和成果的窗口，提供成果数据的信息查询、检索、展示等功能。

4 系统实现与应用

组件式技术具有开发、更新、维护方便灵活的特点，是地理信息系统二次开发的主要模式[2-5]。ArcGIS具有强大的地图制作、空间分析能力，同时ArcGIS Engine开发包提供多种开发的接口，是专业应用系统二次开发的首选。Creatar是北京超维创想公司研发的真三维地学软件，具有良好的可扩展性和灵活性，便于二次开发，为三维建模子系统的开发提供基础。

本系统采用.NET平台进行部署，.NET Framework系统架构的底层是内存管理和组件加载层，最高层提供了显示用户和程序界面。系统应用组件在ArcGIS、Creatar基础上二次开发，最后通过数据接口规范将岩溶水资源数据库和4个子系统有机集成，同时设计友好的用户界面，形成便于用户操作的系统。

4.1 系统开发平台及应用环境

（1）开发环境

主要开发环境：VS2010

主要开发语言：C#、.NET Framework版本：3.5

二次开发包：Arc Engine10.0、Creatar

（2）应用环境

硬件环境

服务器配置：IBM System x3850 X5(7143i19)，硬盘6块600G硬盘。

客户端配置：CPU Intel core i2以上，内存1G，网络适配器。

软件环境

服务器端操作系统为Windows Server 2008，数据库为MS SQL Server 2008。

客户端操作系统为Windows 7，安装Creatar、ArcGIS10、mapgis67环境。

4.2 系统应用

系统经开发、集成，形成便于用户操作的应用系统，最大限度满足了用户需求。可进行数据管理、成果综合展示、岩溶水资源评价、岩溶水水质综合评价、三维建模等多方面内容，如图5所示。

5 结语

北京岩溶水信息系统能够高效存储和处理、分析庞大的数据量，同时具有专业分析和三维建模功能，为岩溶水专业数据的应用和管理提供了便捷的操作平台。系统开发采用在已有GIS软件基础上进行二次开发，缩短开发周期，提高了开发效率；系统实现了与其他专业模型的无缝连接，体现了系统的完整性和先进性，也是系统的一大特点。随着系统开发集成技术的日渐成熟，地下水信息系统建设也会日臻完善，系统建设将逐渐走向系统化和开放化，重复开发工作减少，系统利用率将逐步提高。

[1]陈正江，汤国安，任晓东.地理信息系统设计与开发[M].科学出版社，北京2005.2.

[2]魏加华,王光谦 ,李慈君.GIS 在地下水研究中的应用进展[J].水文地质工程地质2003，2：94～98.

[3]魏加华，王光谦，李慈君等. 地下水地理信息系统设计与实现[J]，水利学报，2003.11(11):59～63.

[4]诸云强,宫辉力,赵文吉等. 基于组件技术的地理信息系统二次开发- 以地下水资源空间分析系统为例[J].地理与地理信息科学. 2003 ,19(1):l6～19.

[5]陈 刚,陈植华,李门楼. 基于GIS 的水资源管理信息系统[J]. 水文地质工程地质,1998 ,6 :4～6.

The Design and Application of Beijing Karst Water Resources Information System

ZHANG Yuan1, XU Miaojuan1, ZHAO Jia2, HUANG Yuqi1, LI Xiaolong2

（1.Beijing Institute of Geological Engineering Investigation, Beijing 100195；2.Beijing Geology Prospecting and Developing Bureau, Beijing 100195）

This arctic focuses on the system overall structure, data organization and management and professional function of the system design and realization. The system is secondary developed base on NET platform and ArcGIS software. Ultimately the informatization and visualization of engineering data management are realized.

The karst water resources; Information systems; Secondary development

TP319

A

1007-1903（2013）03-0045-05