水利水电网络地理信息系统模型研究

高红光，魏 强，武将伟

（1．内蒙古自治区水利水电勘测设计院，010020，呼和浩特；2．内蒙古自治区测绘院，010051，呼和浩特）

水利水电网络地理信息系统模型研究

高红光1，魏 强2，武将伟1

（1．内蒙古自治区水利水电勘测设计院，010020，呼和浩特；2．内蒙古自治区测绘院，010051，呼和浩特）

水利水电网络地理信息系统采用ArcServer作为GIS的设计平台，以ArcSDE作为空间数据管理引擎，以面向对象的空间数据模型Geodatabase作为系统数据库的逻辑设计基础。系统的设计从整体出发，为系统建设做好长远规划，在实施上实行“统筹规划、分步实施”的方案，系统具有可扩展性，以保证该系统的可持续性利用。

网络地理信息系统；水利水电；数据库；ArcGIS；ArcServer

一、技术背景及软件开发平台分析

地理信息是水利工作的重要基础信息之一，85%以上的信息都跟地理信息相关。水利行业传统的地理信息处理方式已经被科技进步所淘汰，需要运用先进的信息管理手段来提高工作效率，推进信息化建设进程。在近20年间，随着计算机科技迅速发展，基于地理信息系统、遥感、全球定位 （GIS、RS、GNSS统称3S）技术、OA技术、虚拟现实技术、通信技术等的日趋成熟，并广泛使用在水利行业，为水利行业信息管理的标准化、网络化、空间化提供了有效可靠的工具。随着水利信息化建设的推广和深入,GIS在水利水电行业的应用和研究已经相当成熟。到目前为止GIS已经在防洪减灾、水资源管理、水环境与水土保持、城市水利和水利水电工程建设与管理等领域起到了重要作用。

随着Internet技术和地理信息系统的不断发展，各行业对GIS的要求也发生了很大的变化，以往多用于单一部门内部的GIS系统已无法满足信息化时代信息分布和资源共享的需求，基于网络的地理信息系统得到了越来越广泛的应用。网络地理信息系统(WebGIS)是GIS技术与Internet/ Intranet技术结合而产生和发展起来的新技术，对于大范围广泛分布的多客户端GIS应用具有操作简单、管理方便和运维成本低等明显的优越性。基于WebGIS技术研发构建的水利水电信息系统，能够方便的嵌入已有的专业模型和专家知识，在丰富系统功能和提高系统性能的同时，更加有效地提高系统的标准化、可视化、集成化程度，缩短建设周期、降低开发成本、提高研发效率，大幅度提高系统的实用价值和综合效益。为此提出了一种基于网络的水利水电地理信息系统模型，该系统在ArcServer软件平台下二次开发实现水利水电空间数据和属性数据的分层管理、为水利水电提供空间显示、查询、检索、专题数据管理、分析、决策、模拟等功能，并利用ArcSDE空间数据引擎统一调用管理在Oracle数据库中存储的地理信息数据，来实现数据的共享，为水利水电信息的管理规划提供一个科学的、先进的、方便的管理手段。

相对于其他的 GIS商用软件，ESRI的ArcGIS系列产品有着四十多年的历史，技术成熟、安全稳定。ArcGIS有着强大的空间分析和空间数据处理能力，包括网络分析、拓扑分析、叠加分析、缓冲区分析等，空间分析处理速度快、性能可靠，严密的数学模型提供了科学的计算结果和决策依据；提供丰富的数据编辑工具和专业的制图功能，系统界面友好，操作简便；支持多种数据格式，全球几乎所有的GIS软件都支持ArcGIS的数据格式，而且我国各级测绘部门发布的测绘地理信息数据都采用ArcGIS的格式；是一个可伸缩的、全面的GIS平台，由于ArcGIS系列软件采用相同的核心技术，为系统资源的共享、系统的无缝升级、数据和应用功能的平滑移植提供了有力的保障，可以根据不同应用阶段的需求，统筹规划、分步实施，在构建系统时有着极大的延展性和灵活性；ArcObjects包含了大量的可编程组件，提供了一个全面强大的二次开发平台；地理数据模型引入了全新的面向对象的GeoDatabase空间数据模型。

图1 水利水电网络地理信息系统总体结构

二、水利水电信息系统结构设计

水利水电信息系统结构的设计应该从系统整体出发，设计中应遵循实用性原则、标准化规范化原则、可行性原则、可扩充性原则、成本效益优化原则、先进性原则。水利水电网络系统的最终目的是实现水利信息管理的信息化和网络化，这种融合多种信息、多种技术于一体的庞大的信息系统将历时很长时间，在实施上必须实行“统筹规划、分步实施”的方案，在软件平台的选择上务必要求具有很好的可扩展性，以保证该系统的可持续性利用。

为满足系统数据的共享以及系统的集成性，我们采用B/S（Browse浏览器/Server服务器方式）＋C/S（Client客户端/Server服务器方式）的方式，B/ S方式主要满足系统用户的浏览和查询，客户端方式主要满足对本系统的维护。当用户不需要进行数据的维护时可以通过 Internet来登录系统，如果需要维护则可以登录C/S系统，这样既扩大了系统的使用面又节省了成本，具有较高的性价比。

该系统的结构如图1所示，该体系架构分为三层：数据服务层、应用服务层和用户层。用户层的主要人员由两部分组成：一是系统管理员，主要负责水利水电数据的维护、管理，如修改、更新等；二是客户端用户，即一般用户（水利部门的领导、员工以及其他用户），主要是在网络环境下，以网络浏览器、移动设备、ArcGIS Desktop为工具，浏览、查询、分析水利水电数据。应用层主要是为用户操作和浏览水利水电信息提供一个媒介，为用户和数据之间搭建一个桥梁。数据是系统的灵魂和基础，数据层主要负责对系统中数据库的管理和存放，可分为图形属性数据库和多媒体、实时数据库两部分。数据库管理主要是用户权限管理、参数设置、地图索引以及日志管理等。

三、该系统的基础数据库建设与设计

水利水电 GIS数据主要分成两大部分：图形数据和属性数据。图形数据主要是用作水利水电地理信息系统的背景，用来标示水系、河流、水库等水利设施的位置，主要以矢量地形图 （DLG）数据、数字高程模型（DEM）或卫星影像、航测影像（DOM）为背景底图。属性数据主要是指实时雨水情数据、水文数据、水情汛情统计数据、防洪工程数据库、社会经济信息数据等。利用 ArcGIS的 Geodatabase数据模型，可以在属性数据和图形数据之间建立物理上的连接，建立各对象间的拓扑关系规则。通过定义对象之间的拓扑、空间和普通关联，以及获取它们之间的相互关系，能更加自如地表现地理信息。

图形数据库的建设按照数据的比例尺、数据源、数据类型，利用UML和 ArcGIS的 Case工具创建基于Geodatabase的数据库模型，利用Arc-Catalog将建好的据模型导入 Geodatabase数据库，并对这些要素类和数据集设置空间参考坐标系和几何类型。由于在Geodatabase中定义了要素子类型、值域及拓扑关系规则，在数据录入时，系统自动进行基于规则的验证，遇到不符合规则的数据时，系统会自动提示，保证了数据的一致性和数据质量。经检验合格后，分层录入图形数据库；对不符合建库要求的数据，进行修改，确保入库数据均符合相应技术要求，并依据图形数据元数据的内容要求，建设好元数据库，以方便数据共享与使用。

属性数据库和多媒体数据库的建设通过数据资料收集准备、数据编辑、数据完整性、正确性校核后录入系统属性数据库。

所有的图形数据、属性数据和多媒体数据统一采用Oracle 9i数据库，并利用ArcSDE作为空间数据的管理引擎，进行统一管理和应用，提高水利水电系统数据库设计的合理科学性及信息检索速度。

图2 基础数据库总体框架

四、该系统的功能设计

水利水电网络地理信息系统采用C/S加B/S模式结构，主要在B/S模式下进行基础数据浏览显示、数据输入编辑、数据编辑、数据查询检索和统计、数据输出等基础功能，数据空间分析和研究、辅助决策等空间分析功能；在C/S模式下进行数据更新维护和数据存储管理。

①数据浏览显示。用户可以在客户端实现对地图放大、缩小、漫游、上下视图、全图显示、放大镜、指南针、鹰眼等功能。上下视图功能让用户方便返回上一操作界面，并返回当前界面。鹰眼功能在鹰眼窗中显示出当前显示区域在整个区域的位置。放大镜可以局部放大感兴趣的区域，而不用地图整体放大，节省了进行地图放大操作时，数据从服务端返回时需的不必要流量。

②数据输入、编辑。数据输入包括图形图形数据输入和属性数据的输入。可以先在客户端对点、线、面要素进行编辑后，然后回传到服务端再做详细的属性和地理位置编辑。也可以直接通过管理员账号在服务器端进行数据的输入编辑。

③数据查询检索和统计。用户可以通过不同的查询条件对空间数据和属性数据查询与检索来实现目标定位和获取详细属性信息，并能依据查询结果对数据进行统计。

④数据空间分析和研究、辅助决策等空间分析功能。用户可以在客户端进行简单的叠置分析、缓冲区分析、拓扑分析、统计分析和最佳路径分析等。

⑤数据更新维护和存储管理。系统的图形和属性数据按文件格式回传到服务器端后，有系统管理员在服务器端的数据库中进行数据修改和维护，且只有系统管理员有修改权限。

图3 数据库建设基本流程图

五、结论

水利水电网络地理信息系统促进水利信息化建设，以地图数据和水利水电数据为基础，利用 ArcGIS Server平台发布，能大大提高系统运行的速度，提高工作效率，解决多用户并发访问系统的弊病。通过水利水电网络地理信息系统的开发，为领导决策提供一种方便快捷的方法和信息支持，有助于决策者、管理者及工程设计人员对水利水电分布及其周边环境的了解，并进行专业分析，准确地掌握各种状况，为科学管理水利水电信息提供信息支撑与保障。

[1]吕长春.基于ArcIMS的灾情信息网上发布系统 [D].中国科学院研究生院（遥感应用研究所）,2003.

[2]那琼澜，等.配电网WebGIS中三层结构模型的设计与实现[D].计算机科学与实践,2007

[3]冯晓良,等.基于Geodatabase数据模型和 Case工具设计实现配电GIS数据库[J].电力系统保护与控制, 2007,35(10).

责任编辑 李建章

Studies on model of geographic information system for water and hydropower network

Gao Hongguang,Wei Qiang,Wu Jiangwei

Geographic information system for water and hydropower network applies Arc Server as design platform of GIS,ArcSDE as drive for spatial data management,and uses object-oriented Geodatabase as logic design base.The design of the system takes all relevant factors into consideration and makes preparation for long-term planning of the system.The strategy of“overall planning and implementation step by step”is adopted and the system has extendibility that can ensure sustainable utilization of the system.

geographic information system;water resources and hydropower;database;ArcGIS;ArcServer

TP393

B

1000-1123（2016）02-0057-03

2015-12-03

高红光，高级工程师，主要从事水利测绘管理与检查工作。