黑龙江省水利普查数据应用平台的GIS应用

刘 勇

(黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080)

水利普查数据是黑龙江省目前掌握的最为详实的水利基础信息，同时成果数据还蕴含着大量的统计、经济和社会信息，是宝贵的信息资源和社会财富。如何体现水利普查数据的重要成果，将其更好的利用起来，为水利规划设计、建设管理提供服务，成为目前急需解决的问题。

1 GIS技术发展现状

GIS(地理信息系统)是一门结合了地理学、地图学、计算机科学与遥感技术的综合性学科[1],不仅具有将空间位置信息与图形信息可视化的能力，并且能够对多源数据进行整合与共享，具有强大的空间分析与统计计算能力，可解决复杂的规划、决策和管理问题。因此，GIS也被称为“地理信息科学”(Geographic Information Science)，近几年GIS也被称为“地理信息服务”(Geographic Information Service)[2]。随着计算机技术的不断发展，地理信息系统也孕育而生了多个分支技术体系，其中包括：WebGIS技术、二三维一体化技术、跨平台技术、云计算技术，以及倾斜摄影技术。

1.1 WebGIS技术

WebGIS(网络地理信息系统)是指工作在Web网上的GIS,是传统的GIS在网络上的延伸和发展，具有传统GIS的特点，可以实现空间数据的检索、查询、制图输出、编辑等GIS基本功能，同时也是Internet上地理信息发布、共享和交流协作的基础[3]。

1.2 二三维一体化技术

将GIS中的二维空间数据与三维空间数据整合在一个平台下，打破了以前三维GIS系统相对于二维GIS系统在数据、功能、结构上的劣势。二维与三维数据在数据模型和数据结构上保持一体化，三维GIS数据不仅兼容二维数据结构，二维数据也做了适当调整，实现了所有的二维数据无需任何转换处理直接高性能地在三维场景中的可视化。

1.3 跨平台技术

跨平台技术泛指程序语言、软件或硬件设备可以在多种作业系统或不同硬件架构的电脑上运作。地理信息数据具有严格的保密性质，往往需要部署在安全性较高的Linux系统服务器上，所以支撑平台软件、业务应用软件都基于跨平台技术建设，以满足应用软件对平台需求的差异性[4]，以及各单位不同操作系统、不同客户端应用需求。

1.4 云计算技术

云计算技术主要有超大规模、虚拟化、高可靠性、高可扩展性、按需服务等技术特点，进而带来通用性，轻松共享数据，价格低廉，可能无限多等应用特点。云计算技术的应用可以按用户的需求量分配数据应用平台的硬件存储资源，可以按用户需求提供计算能力，可以按需求提供多终端设备访问平台应用功能的能力(计算机、服务器/客户端、笔记本)。云计算技术减少了数字鸿沟，加强了科技创新，提高了公告服务水平[5]。

1.5 倾斜摄影技术

倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像。目前，倾斜摄影测量技术已经应用于生产实践[6]。

2 水利普查数据整合与共享

数据是整个系统的核心，没有数据作为基础，任何业务系统都将成为空中楼阁。黑龙江省水利普查数据应用平台建设以全省水利普查数据整合与共享为目标，实现多种类型的水利普查数据在基础空间数据平台上的集成与管理。

2.1 数据类型

2.1.1 水利普查数据

将地理信息数据挂接覆盖黑龙江省全行业、全要素类的水利普查业务数据作为属性数据展示，数据包括河湖基本情况、水利工程基本情况、经济社会用水、河湖开发治理保护情况、水土保持情况、水利行业能力建设情况、灌区专项、地下水取水井等8类业务数据。

2.1.2 基础地理信息数据

由行政区划、交通路网、流域水系水、水利工程设施、灌区工程、水利行业单位、水文站点等空间点线面数据组成，以地图的方式展示给用户应用，业务数据以属性详情方式展示。

2.1.3 影像数据

利用信息中心原有遥感影像数据，加载至三维场景中，叠加DEM数据、流域水系数据、水利工程设施、灌区工程、水利行业单位、水文站点、交通路网等数据，真实反应黑龙江省地面状态。

2.1.4 DEM数据

利用信息中心原有DEM数据叠加至三维场景中，使系统能获取到地表高度信息。

2.1.5 倾斜摄影模型数据

数据由旋翼、固定翼等多种类型无人机航拍采集，通过建模软件自动构建成倾斜摄影模型，模型具有采集速度快、数据真实、成本低、受气候条件影响小、飞行条件需求低、满足测绘成图要求等特点。

2.2 数据融合

利用大数据技术，将各层次数据成果、基础地理信息数据、遥感影像数据等信息进行组织，统一在“水利一张图”上进行集成和展现，利用信息技术进行图层的叠加和分析，最后以“一张图”的形式，为科学规划提供精确、直观的数据支持(见图1)。

图1 数据融合

2.3 数据共享

黑龙江省水利普查数据应用平台建立服务管理子系统，将数据(二维地图，三维场景)以服务的形式进行共享与分发，用户有数据需求时可登陆系统进行数据的申请，通过审批后可在线使用或下载数据。

3 服务与应用展示

服务与应用展示系统集中了面向用户的功能，是对水利数据“一张图”服务和功能服务的集成展示，实现空间数据与属性数据的一体化、二维数据和三维数据一体化、数据综合查询和统计分析应用，直观的展现水系分布、河流形态、水利工程等分布等情况，为水利各个部门提供信息化及可视化的数据应用平台(见图2)。

图2 服务与应用展示系统

3.1 GIS地图操作

在服务与应用展示系统首页，可方便地对二维水利地图进行放大、缩小、漫游、打印、定位、距离量算、面积量算等功能。实现对基础水利数据与基础地理信息数据的可视化展现与浏览。

3.2 流域水系定位

根据河流属性数据之间的归属关系，对数据进行了再加工，能够直观体现出黑龙江省各条河流的分布及关系。在河流结构树状图中，点中某条河流后，会在地图上快速定位显示该河流。

3.3 数据查询

实现对河湖水系、水利工程、灌区、地下水取水井河湖治理保护，及水利行业单位等数据进行查询，并将查询结果在地图中显示。

查询可以通过综合选择，按照不同工程分类、不同行政区域、不同水资源分区和其他自定义条件组合进行。获得查询结果的同时，即得到二维地图上的位置。

3.4 数据汇总

对于各水利业务数据查询结果，按照不同数据汇总条件对数据进行统计分析，将分类、统计方法和统计字段结合在一起，可根据简单的汇总条件，以表格的形式将数据统计结果进行显示。

查询结果以柱状图、饼状图和表格等形式进行显示，统计图可以导出JPG图片，统计表可导出为Excel电子表格文件。导出的图片、表格均可插入到WPS办公自动化软件中进行二次编辑，如调整大小、裁剪等操作。

3.5 三维空间量算

平台建立了覆盖全省的三维场景，并且开发了空间量算的工具，具体包括空间距离量算、空间面积量算、高程量算、水平距离量算、水平面积量算等5种量算功能。

3.6 三维空间分析

在三维视图中，提供通视分析、可视域分析、阴影分析、等高线分析、淹没分析、坡度分析等6种空间分析方式，辅助使用者进行空间决策与分析。

(1)通视分析。系统将自动分析任意选择两点的起点高度、终点高度、视点高程、通视分析等半径等内容，并具有导出断面、导出轨迹等功能。在视图中两点之间不能相互可视采用红色表示，两点之间相互可视采用绿色表示。

(2)可视域分析。直观感受人站在观测点上所能观察到的视野范围，通过颜色划分区域为不可视范围和可视范围(见图3)。

(3)阴影分析。在三维场景中直观分析在不同地区阴影遮挡情况，可查看每一点的阴影率(见图4)。

(4)等高线分析。在三维视图中对地形地貌进行分析，得到地形地貌的等高线信息。

图3 可视域分析

图4 阴影分析

(5)淹没分析。在三维视图中对淹没情况进行模拟分析，通过设置不同的基础高度、淹没高度、水涨幅度等信息，得到不同情况下水库淹没情况信息(见图5)。

图5 淹没分析

(6)坡度分析。在三维视图中对不同区域的坡度进行计算分析，得到不同区域的坡度值(见图6)。

图6 坡度分析

4 结 论

(1)黑龙江省水利普查数据应用系统建设以公共基础地理数据和水利普查数据为基础，将水利普查、无人机采集的倾斜模型、遥感影像、DEM数字高程模型等数据成果叠加发布，实现数据共享平台与水利行业不同的业务需求的最佳融合。

(2)黑龙江省水利普查数据应用系统建设实现水利数据资源整合应用与共享，使之成为水利行业内部的水利基础数据应用平台，进行数据发布与共享，水利信息资源利用率最大化。

(3)平台建设通过综合运用地理信息、服务融合等技术手段，对多时空水利数据进行综合管理，并提供了标准服务接口，为水利业务应用系统的快速搭建提供规范、高效、丰富的功能及服务共享，为水利业务用户提供集浏览、查询、统计、分析于一体的二、三维一体化综合展示水利行业数据的应用平台。