泽城水库三维地理信息系统开发研究

(山西省泽城西安水电有限公司，山西 太原 030000)

泽城水库三维地理信息系统开发研究

许王峰

(山西省泽城西安水电有限公司，山西 太原 030000)

泽城水库，水域面积宽阔，周边地理环境复杂，来水、降水时空不均，各种信息采集点多、量大，水库调度及全方位信息管理较为困难。本文研究了地理信息系统开发管理的相关技术，以期提高水库管理工作效率和数据精度，为水库运行信息化建设提供参考。

泽城水库；GIS信息系统；开发研究

1 引 言

泽城水库位处清漳河干流，承担着枢纽防洪、发电及为下游各梯级水电站进行调峰的任务，管理职责任重道远。如何有效利用水库库容，实现水库效益和安全的最大化成为亟待解决的问题。水库地理信息管理支持系统的开发为科学合理的调度运行提供了一个可以依赖的手段，对水库运行更具有现实的应用意义。

2 研究方法

本文立足于水库现状、实际管理水平及人员素质，采用开发和应用相互嵌套的技术路线。即以泽城水库三维地理信息决策支持系统建设为载体，探索和研究水库地理信息管理支持系统开发的相关技术。基于ArcGIS 9.2地理信息管理系统，充分利用水库数据库系统以及专门的水库管理知识、理论，研发出和水库实际管理相匹配的性能及组成架构，以提高水库管理的现代化水平。

3 研究内容

a. 水库地理信息管理图库的创建。其图库内容包括水库基本特征、水库水环境、水库主要建筑物、水库上游控制物图库及相关属性数据库。

b. 地理信息管理平台建立。 根据水库管理支持和现代化管理要求，开发信息管理平台，主要内容包括基础信息和地理位置数据的链接、更新与管理；与水库管理支持相关信息的统一管理；与数据库系统的对接和关联；开发专用管理支持功能等。

c. 水库来水-泄水的三维动态地理模型的研究。根据水库运行调度的特点，建立水库来水-泄水的三维地理模型，为合理科学地制定水库运行调度管理制度服务。

4 技术路线

a. 地理信息资源的收集和科学考察。信息资源的收集包括河道自然属性、水库建筑物、水库控制流域等现状调查与分析；科学考察国内外水库信息管理支持系统的图形结构、管理模式、开发水平和相关信息采集手段与技术等。

b. 图形结构和信息管理、开发方案的确定。根据水库信息资源和国内外先进技术，构建水库的信息图库类型、结构和管理功能。

c. 水库地理信息系统管理图库的创建。以ArcGIS 9.2地理信息系统为应用基础及切入点，分序分层关联图块属性。

d. 管理子模块的开发。根据水库地理信息管理系统的分阶段开发内容和方案，利用专业知识、理论，基于地理信息平台，开发专用的水库管理支持模块。

e. 对上述研究成果进行有机整合和集成，提出泽城水库三维地理信息管理决策支持系统的研究成果。

技术路线示意图如图1所示。

图1 技术路线示意图

5 水库地理信息系统的构建

5.1 系统总体设计方案及功能目标

通过建立一个与水库管理相关的数据库和管理平台，将水库信息、工程情况等信息进行整合，以此为基础提供各种数据的对比、分析、统计及计算，从而为决策提供依据。工程目标：根据软件工程方法对基础软件进行有效开发，设计出一个功能较强、易于操作且界面友好的实用性GIS系统，来实现信息管理的自动化及信息管理的全部业务职能，并使系统安全可靠。

5.2 系统设计基本原则

a. 全局性和整体性。在统筹全局的基础上，考虑各项需求变化，将系统统一为一个有机连接的整体。

b. 先进性和成熟性。系统能够适应未来技术发展和需求的变化，具有一定的前瞻性及社会适应性。

c. 可扩展性和开放性。系统应具有良好的接口和方便的开发工具，输入、输出方面具有较强的兼容性，能在不同数据及不同规约下，进行可靠的转换。

d. 可靠性。采集数据精准可靠，具有很强的容错能力和纠偏能力。

e. 科学性和规范性。适应行业信息管理的需求，遵循国家、行业及地方的规范要求。

f. 经济性和可操作性。适应水库实际，具有很好的人机交接能力和水平。

g. 专业性。利用信息管理的专业思想，将各项信息进行归类、汇总、融合，满足专业化的需求。

5.3 系统技术流程

根据系统目标和系统设计原则，按照GIS的开发要求，在系统规范化、标准化的前提下，采用系统工程设计方法制定技术流程。系统技术流程如2所示。

图2 系统技术流程

5.4 系统结构构建

该项目通过对地理空间数据的调查分析，将地理信息系统从逻辑上设计为三层结构，即数据层、中间层和服务层。各层之间的技术框架如图3所示。

图3 系统逻辑结构简

5.5 系统模块设计

根据系统目标设计及功能需求，细化为以下几个模块：

a. 信息采集模块。包括实时信息的各种技术级别指标。要综合考虑各种类型信息的到达、频率的分布，包括周期、非周期及零星信息，信息类型及延迟的代价计算等。

b. 基础数据库模块。主要内容涵盖空间特征和属性特征两个平行数据模块，以及由此相关联的基础影像资料部分。

c. 数据信息管理模块。模块内容主要包括：数据库的管理和更新；数据信息的存储和备份；信息检索和查询；数据统计和专业图形的制作；地理空间数据分析等。

d. 可视化操作模块。根据管理工作的现状，定制用户操作模块，根据不同用户的使用需求，设置其对应的用户操作权限；依托地理信息数据库，设置其对应的操作菜单。

5.6 系统开发环境

a. 软件环境。操作系统：Windows XP或Windows Vista等；软件平台：Visual Basic 6.0与ArcGIS 9.2的集成开发环境；数据库软件：Microsoft Access；开发语言：ArcGIS提供的VBA编程语言。

b. 软件开发工具。采用ArcGIS桌面产品，包括ArcCatalog、ArcMap、ArcGlobe、ArcToolbox和ModelBuilder。

c. 软件的二次开发。采用专业的GIS工具软件，如ArcGIS、MapInfo等，结合通用软件如Delphi、Visual Basic、PowerBuilder等为开发平台，进行联合研发。

5.7 空间数据格式及图例模板

空间数据格式与图式图例模板，应在适用于信息系统开发的基础上满足数字制图的要求。包括以下几方面内容：ⓐ地理底图简化模式；ⓑ专业图件的编图要求；ⓒ图形数据分层构成；ⓓ数字制图图式图例；ⓔ图形数据存储格式。

5.8 管理属性数据库设计

数据库设计是系统设计的核心，数据库模型包括所有所需的数据资料和数据模型、拓扑结构、数据优先顺序、源数据以及一些可能影响系统整体设计的问题。根据所选软件系统的特点，设计水库管理系统的数据分层、界面、图形、属性管理等内容。根据水库工程管理的需求，划分为以下内容： 水库基本信息表、流域基本信息表、挡水建筑物信息表、溢洪道信息表、导流泄洪洞信息表、发电引水洞信息表、水电站信息表、工程管理站信息表、输电线路信息表、机电设备信息表、水库水位与水质信息表、工程淹没信息表。

5.9 三维地理信息系统的构建

a. 创建等高线。

b. 创建地形的TIN专题。

c. 创建3D场景。通过数字高程模型，通过对点、线、面赋予特殊的属性、高程值，使地形更加直观化、形象化。

d. 叠加分析。

6 数字管理信息系统的实现

6.1 系统框架

水库信息设计的范围广、信息量大、来源渠道复杂，因此建立一个方便的数字信息管理系统，实现对实时信息的及时、准确、全面了解是非常必要的。该系统基于这一需求，在对系统分析与用户调查的基础上，开发了满足用户实用需求的业务化信息管理系统。系统具体功能设计如图4所示。

图4 数字信息管理系统

6.2 图层管理

含基本信息管理和水库管理两个图层。

6.3 三维展示功能

利用ArcGIS软件中的三维可视化及其扩展模块的动态场景，创建动态的三维模型和交互式地图，从而更好地实现地理数据的可视化和分析处理。

6.4 泄洪分析功能

主要作用是通过分析来水过程、水库的泄洪能力，以及与水流的演进模拟模型相结合，分析水库在给定来水过程中，模拟水库的设计泄洪过程。

6.5 系统部分功能展示界面

启动界面展示如图5所示。

图5 启动界面

三维功能展示如图6所示。

泄洪能力分析展示如图7所示。

图6 三维功能展示

图7 泄洪能力分析

7 主要成果及存在问题

a. 主要成果。通过研究系统结构、信息数据库设计、系统界面编制、专用程序调试等几个大的环节，三维水库地理信息管理系统初见雏形，并取得几个方面的主要成果：ⓐ构建了地理信息管理图库，各属性数据之间形成了有效联结；ⓑ构建了数字信息管理平台，通过管理系统，可实现对信息的查询、统计、分析、存储和输出，为管理部门决策提供了技术支撑；ⓒ构建了水库泄洪能力模型，以数模及图模相结合的手段展示了水库的泄洪过程；ⓓ建立了分级用户信息管理模式。

a. 存在问题。包括：ⓐ项目提出的水库地理信息管理系统，只是对管理涉及方方面面的大系统的初步探索，需要在后续管理和实践中不断修正、检验、补充和完善；ⓑ限于资金、时间等因素，系统对用水调度、防洪安全等方面研究较少，可以在以后的研究中加以补充。

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Studyonthedevelopmentof3DgeographicinformationsystemofZechengReservoir

XU Wangfeng

(ShanxiZechengXi’anHydropowerCo.,Ltd.,Taiyuan030000,China)

Zecheng Reservoir is characterized by wide water area, complex surrounding geographical environment, uneven water flowing and precipitation in time and space, many information collection site and large amount, and it is difficult to dispatch the reservoir and manage information comprehensively. In the paper, the reservoir management working efficiency and data accuracy can be improved through studying related technique of development management information system of GIS, thereby providing reference for reservoir operation information construction.

Zecheng Reservoir; GIS information system; development research

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.011.022

T62

B

1005-4774(2017)011-0087-04