鄱阳湖基础地理信息管理系统的研究与开发

谢 敏

（江西省防汛信息中心，江西 南昌 330009）



鄱阳湖基础地理信息管理系统的研究与开发

谢 敏

（江西省防汛信息中心，江西 南昌 330009）

摘 要：结合鄱阳湖基础地理测量成果，充分利用鄱阳湖地形、水文、植被等要素信息，探讨应用 GIS、遥感、数据库和虚拟现实等技术，设计开发鄱阳湖基础地理信息管理系统，实现鄱阳湖区域各类数据的一体化管理、展示、查询和专题分析，为各部门研究、保护和开发利用鄱阳湖提供信息服务。

关键词：鄱阳湖；地理信息系统；设计

0　引言

鄱阳湖是中国最大的淡水湖泊和国际性重要湿地，位于江西省北部，长江中下游南岸。江西省境内的赣江、抚河、信江、饶河、修河五大河流经鄱阳湖调蓄后流入长江，形成完整的鄱阳湖水系。鄱阳湖流域面积 16.22 万km2，约占江西省国土面积的97%，约占长江流域面积的 9%。鄱阳湖是一个吞吐型、季节性的浅淡水湖，水位变化受五河及长江来水的双重影响，高水湖相，低水河相，有“高水是湖，低水似河”、“洪水一片，枯水一线”的独特景观。鄱阳湖还是长江水系及生态系统的重要组成部分，是中国重要的生态功能保护区，承担着调洪蓄水、气候调节、降解污染、候鸟栖息等多种生态功能［1］。为全面掌握鄱阳湖区基础资料，准确定量反映鄱阳湖现状，江西省用 2年时间对鄱阳湖湖区进行了一次全面的实地测绘，获取了丰富、详实的地形、水文、植被等资料。为此，利用地理信息系统（GIS）和大型关系型数据库为支撑平台，将调查、测量的鄱阳湖区域各类数据进行一体化管理，建设鄱阳湖基础地理信息系统，实现鄱阳湖区域信息的查询、管理、统计、分析和共享，方便鄱阳湖的研究、保护与开发，以满足鄱阳湖基础信息服务于鄱阳湖区域国民经济建设和生态建设、保护要求。

1　系统总体设计

1.1建设目标

鄱阳湖基础地理信息管理系统采用 GIS、遥感、网络、数据库和虚拟仿真等高新技术，以ArcGIS 和大型关系型数据库为支撑平台，将鄱阳湖区域调查、测量的各类数据进行分类存储，实现对鄱阳湖区域地理数据的查询、管理、统计和专题分析，系统包含基础成果展示、植被专题展示、三维电子沙盘和业务应用等功能。在二、三维电子地图上，实现了地图操作、多级缩放、快速平移、精确定位、漫游飞行、几何量算、鹰眼导航等功能，实现了区域内水系及水工程各类属性的关联查询。系统利用数字正射影像和高程模型，可实现各种水利业务应用与分析［2，3］。

1.2系统体系结构

系统以 ArcGIS Server 为开发平台，Oracle 数据库为数据库管理平台。系统从逻辑结构上分为 3 层：表示层、业务过程层和数据层，如图 1 所示。表示层主要负责信息的显示，主要包含页面类，基本不涉及业务的管理。业务逻辑层主要功能是进行业务的处理，主要包含控制类，实现业务的管理功能。数据层包括业务实体、数据访问逻辑组件和应用程序数据，业务实体是系统业务对象的实体，根据系统的逻辑关系，划分成若干个业务实体。数据访问逻辑组件主要是可以划分各个业务实体的和通用的数据访问组件，每个业务实体数据访问组件都是调用通用的数据库访问组件实现对数据库的访问［4］。

图1　系统体系结构图

1.3系统硬件结构

系统采用 2 层客户/服务器（C/S 结构）的计算体系，由服务器端和客户端 2 个部分组成。客户端由 1 个或多个客户计算机组成，运行的进程为系统的运行组件。服务器端由应用和数据库服务器组成。应用服务器处理所有的业务，数据库服务器存储数据，客户计算机通过访问应用服务器实现各种业务应用。系统硬件结构如图 2 所示。

图2　系统硬件结构图

2　基础地理数据库设计

2.1空间数据内容

鄱阳湖基础地理信息管理系统空间数据库数据内容主要包括以下 3 个方面：

1）数字线划图（DLG）。鄱阳湖区域 1∶10 000和鄱阳湖、南矶湿地国家级自然保护区等重点区域 1∶5 000 的数字线划图，主要涵盖行政区划、水系、居民地，以及设施、交通、重要水利工程、管线、地貌、植被等地理要素信息。

2）数字高程模型（DEM）。鄱阳湖区域 1∶ 10 000 数字高程模型，覆盖鄱阳湖区及五河七口测量范围，精度为 5 m。

3）数字正射影像（DOM）。鄱阳湖区域 1∶10 000 全色数字正射影像，分辨率为 1 m。

空间数据库建设的主要内容与格式如表 1 所示。

表1　空间数据库建设的主要内容与格式

2.2空间数据建立

鄱阳湖基础地理信息系统空间数据库的建立主要包括物理数据库的建立、数据入库前的检查、数据入库、索引建立、质量检查、数据库验收等步骤。空间数据库建设流程如图 3 所示。

图3　空间数据库建库流程

鄱阳湖基础地理数据库总计 26 张表，数据库表清单如表 2 所示。

表2　鄱阳湖基础地理数据库表清单

3　系统功能设计与实现

鄱阳湖基础地理信息管理系统主要由数据入库、数据管理、二维电子地图、三维电子沙盘、专题展示查询、业务应用、系统管理等模块组成，系统结构如图 4 所示。

1）数据入库。数据入库模块包含在基于 C/S 结构的鄱阳湖基础地理数据导入与管理模块中，它利用 OLE DB 技术负责把 Shape File，Tiff 格式等数据输入到系统的 Oracle 数据库中。该模块主要提供基础数据的录入功能，通过操作向导和可视化界面实现对数字线划图、高程模型、正射影像地图等新增地理数据的建库、入库、预览及删除等操作。

图4　系统组成结构图

2）数据管理。基于客户端/服务器（C/S）结构的鄱阳湖基础地理数据导入与管理模块提供数据管理功能，可实现数字线划图、高程模型、正射影像地图等地理空间和专题数据的存储和管理，提供数据检索、导出及地图打印等功能。

3）二维地图显示。二维地图显示主要实现对基础地理数据的二维展示及查询，包括数字线划图、高程图（用不同颜色渲染不同高程）、正射影像图等基础地理数据。系统以 ArcGIS Server 为平台，在二维电子地图上实现地图的放大、缩小、漫游、复位、距离量算、面积量算、鹰眼导航、地图打印等功能；系统按照行政区划建立索引，实现地图快速定位及查询等功能；系统采用数据联动技术，实现不同比例尺地理数据的显示控制，实现数字线划图、高程模型、正射影像及植被专题等地图数据的实时联动。系统二维地图显示界面如图 5 所示。

4）三维电子沙盘。系统采用 GIS、遥感、网络、数据库、虚拟现实、金字塔三维数据引擎等现代高新技术，利用不同比例尺的地形及不同分辨率的遥感数据，建立了鄱阳湖数字三维场景，实现海量数据的存取与有效管理。为了达到更好的三位展示效果，系统对场景中各类信息进行分类和分级，从区域全景开始，层层推进，逐步完成细节展示，实现不同比例尺下三维场景的无缝切换。

系统主要实现基于 B/S 架构的“三维 GIS 开发与展示平台”，通过海量数据管理、网络数据传输、三维模型快速显示等一系列先进技术，将卫星影像、航拍影像、数字高程模型、矢量地图数据、精细建筑物模型等数据叠加发布。从建设“三维 GIS开发与展示平台”的全局考虑系统的建设，使得基于 GIS 的水利行业应用子系统架构于本平台之上，实现底层平台与行业应用的松耦合关系，并解决好平台与相关行业应用系统连接之间的通讯接口问题，为今后行业 GIS 应用系统的快速搭建、灵活扩展与便于维护创造条件。三维电子沙盘流程如图 6所示。三维电子沙盘包括地图放大、缩小、漫游、图层控制、属性查询、剖面展示与分析、飞行、二三维实时联动等功能。

图5　二位地图显示界面

5）专题展示查询。专题展示查询模块以专题图形式展示本次鄱阳湖基础地理测量成果中的水利工程和植被分布专题。水利工程专题图主要展示本次鄱阳湖基础地理测量中水利工程专题测量成果，表现鄱阳湖区供水、泵闸、码头、堤防、取水口、排污口、水文站、桥梁等各种水利工程的分布情况，并与江西省防洪工程数据库关联，实现相关工程属性的关联查询。植被分布专题主要展示本次鄱阳湖基础地理测量成果中湿地植被的分布及覆盖状况，并可实现相关植被群落的属性查询。

6）业务应用。鄱阳湖基础地理信息管理系统在集中展示鄱阳湖基础地理测量成果的基础上，旨在为基于 GIS 的水利业务应用系统搭建基础地理平台。系统以二维洪水演进模型分析为例，开发了康山蓄滞洪区洪水演进淹没分析系统，并在系统中实现鄱阳湖水位-面积、水位-容积分析演算方案，功能界面如图 7 所示。

图6　三维电子沙盘流程图

7）系统管理。由于基础地理数据的保密性，需要对系统的所有操作有着严格的系统管理。对于所有用户需进行权限设置，不同权限的用户可以操作的系统模块各不相同，以保证系统的安全性。系统管理模块包括用户、权限、日志和地区管理。

图7　鄱阳湖水位-面积、水位-容积分析演算图

系统利用关系型数据库和空间数据引擎技术进行 TB 级海量空间数据的高效管理，空间数据访问和查询可在 3s 内完成，同时与部分水利业务应用进行了紧密结合，基于面向对象的程序设计和基于插入式的平台体系结构，可以方便地实现各功能系统一体化集成，系统扩展性大大增强。系统自建成以来，运行稳定，为政府机构决策和科研企事业单位研究分析鄱阳湖提供了大量数据支持，同时在使用过程中，发现在数据和业务功能丰富性上仍有待加强。下一步，系统将逐步增加鄱阳湖区域基础数据，完善水雨情、气象信息、水质监测、水资源调配、水土保持监测等相关信息和数据更新维护机制，建立防汛决策支持、水资源管理、水生态环境监测、水工程管理和水土保持监测与管理等相关子模块，逐渐将系统扩展成鄱阳湖综合信息管理平台。

4　结语

鄱阳湖基础地理信息管理系统以 GIS 为支撑平台，以大型的关系型数据库为后台管理数据库，将鄱阳湖区域各类数据进行分类存储，实现对基础地理的图形、属性、栅格影像空间及其非空间数据的一体化管理，实现对鄱阳湖区域地理数据的查询、管理、统计和专题分析，为鄱阳湖的研究、保护和开发利用提供了良好的信息支撑平台，同时也为今后建设“数字鄱阳湖”和“智慧鄱阳湖”进行有益的探索。

参考文献：

［1］ 赵其国，黄国勤，钱海燕. 鄱阳湖生态环境与可持续发展［J］.土壤学报，2007，44 （2）: 318-326.

［2］ 江西省防汛信息中心，江西省水利规划设计院. 鄱阳湖基础地理信息系统建设方案［R］. 南昌：江西省防汛信息中心，江西省水利规划设计院，2010: 1-15.

［3］ 张成才，孟令奎，孙喜梅. 水利地理信息系统［M］. 武汉：武汉大学出版社，2005: 2-10.

［4］ 杨国伟，霍尔. 空间数据库系统设计、实施与项目管理［M］. 孙鹏，译. 北京：国防工业出版社，2013: 25-30.

［5］ 陈建群，吴勰，王振兴，等. 鄱阳湖湿地地理信息系统建设及其关键技术研究［J］. 武汉大学学报（信息学科版），2012，37 （8）: 888-896.

［6］ 马玉宽，吴建华，万洋洋，等. 鄱阳湖水环境信息管理系统的设计［J］. 南昌大学学报（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

中图分类号：P208.2

文献标识码：A

文章编号：1674-9405（2016）03-0061-05

DOI:10.19364/j.1674-9405.2016.03.014

收稿日期：2016-03-31

作者简介：谢 敏（1985-），男，江西抚州人，工程师，主要从事水利信息化建设管理工作。