村镇水利工程数字化管理系统设计与开发

(泰安市大河水库管理处，山东 泰安 271000)

加强村镇水利工程管理系统的建设，实现由传统农村水利管理向数字水利管理转变，构建节水环保型社会，是全面建设社会主义新农村和实现社会可持续发展的基本要求。建设数字村镇水利工程管理系统，充分开发村镇水利工程信息资源，有利于广泛应用现代信息技术，加强村镇水利工程管理，有效防治农业水害，优化农村水资源配置，提高农村水资源利用效率。

1 研究目的

选取宁阳县乡饮乡的农村水利工程设施作为研究对象，针对测区内的引水和水利设施状况，进行细致研究；并对资金投入不足、缺少健全的管理机制等问题，进行现实性分析。从而改变由于对农村水利工程设施管理缺乏足够认识，所导致的农村水利工程信息化程度不高、缺乏相应的辅助决策应用系统的现状，去除村镇水利及相关产业发展的障碍，开发出适应山东省农村水利现状的数字村镇水利工程管理系统。

2 研究意义

ⓐ可加强对村镇水利基础设施的统筹管理。为各级防汛、水利工程管理、规划建设等部门准确及时地提供各类水利工程信息，为防灾减灾、水利工程数字化建设与信息化管理提供科学的数据支持。

ⓑ可填补山东省内尚无数字村镇水利工程管理系统的空白。目前国内对于数字水利工程的研究，尚处于起步阶段，尽管出现了数字水库、数字流域等针对大型水工建筑物和大流域的数字化管理系统，但缺乏对村镇一级水利工程的重视，从而导致基层水利设施信息化程度不高，加上各地区的自然社会条件不同，造成村镇水利工程信息化程度发展不均衡，信息化程度参差不齐，通过研究可以初步建立适应山东省实际情况的村镇一级水利工程管理系统。

ⓒ促进山东省新农村建设事业的健康快速发展。数字村镇水利工程管理系统，可通过对现有村镇水利工程管理系统的研究，来改造和发展农村水利工程，加强农业节水建设和安全饮水系统建设，增强对相关信息的空间分析和辅助决策功能。

3 模块设计

3.1 水源分布查询模块

水源分布查询模块采用动态交互式查询网页，集数据维护、数据查询、远程服务于一体，是一个多功能、高效率的综合性查询系统，能够实现区域内村镇水利信息资源共享，提高基层水利管理工作的时效性和服务水平。

3.2 给水排水系统模块

给水排水系统模块利用ArcGIS强大的空间数据分析能力，对于研究区域内的水源和水质，以及给水排水管线信息进行实时动态显示，加强对给排水设备的监管及改造，建立可靠、高效、节能的农村给排水系统。

3.3 农业节水系统模块

农业节水系统模块利用ArcGIS和SQL Server的数据存储和查询功能，对研究区域的耕地排涝、抗旱、降渍等需求进行分析，并通过采集区域内的气温、日照、降水量等气象信息，进行统计分析后，实现对灌区用水的按需分配，构建新型农业节水体系。

3.4 水利相关服务模块

水利相关服务模块隶属于数字村镇电子政务系统的一部分，通过加强农村水利工程管理体制改革，建立权责明确 ,管理规范的农村水利工程管理模式。实现统一管理与分级管理相结合，使之与道路系统、通讯系统、企业管理系统及其他相关系统，建立统筹协调、协同运作的关系，共同促进区域农村经济的快速发展，推进新农村建设事业的步伐。

数字村镇水利工程管理系统模块如图1所示。

图1 数字村镇水利工程管理系统模块

4 数字村镇水利工程管理系统关键技术

4.1 3S集成技术

3S 集成技术是将全球定位系统(GPS)、航空航天遥感(RS)技术和地理信息系统(GIS)三项技术根据应用需要，有机地组合成一体化的、功能更强大的新型系统。

数字村镇水利工程管理系统，主要是运用RS和GIS集成技术，通过采集覆盖全示范区的数字高程模型(DEM)、数字正射影像(DOM)、数字线划图(DLG)及相应的元数据从中提取出示范区给排水管线、道路分布等数字线化信息，然后采用GIS强大的数据处理和空间分析功能，建立起集数据录入、存储、查询和决策于一体的工程管理系统。

4.2 数据融合技术

建立地理信息系统数据库，必须依靠大量的基础地理空间数据。数据融合技术就是指利用计算机对按时间顺序获得的若干观测信息，在一定准则下加以自动分析和综合，以完成所需的决策和评估任务而进行的信息处理技术。数据融合在多信息源、多平台和多用户系统内起着重要的处理和协调作用，保证了数据处理系统各单元与汇集中心间的连通性。

数字村镇水利工程管理系统，运用数据融合技术，对于示范区域的数字正摄影像DOM和人工矢量化后线化图DLG，以及示范区域的地形数据资料等，进行多元数据的识别、匹配、综合分析，从而实现多元数据的信息交流，实现系统的多源数据处理功能。

4.3 计算机软件平台

数字村镇水利工程管理系统涉及多源数据的处理、存储、查询、分析和显示，因此对软件要求较高，需要多个专业软件作为开发平台，相互协作。选择SQL Server数据库系统作为数据管理信息系统和运行数据库的支撑平台，探索采用C#编程语言，作为系统开发的工具，利用成熟的控件和组件式开发技术，开发村镇水利信息管理系统。该系统初步建成之后，还必须能与不同格式的数据进行交换，以满足系统数据输入与更新的要求。因此，必须利用ArcGIS软件解决数据兼容性问题。数字村镇水利工程管理系统，还可支持Internet页面访问，可以从服务器获取数据并对其进行分析显示。

4.4 系统硬件平台

由于村镇水利工程管理系统设计大量的空间数据和非空间信息，当需要对海量基础空间数据进行计算、交换和访问操作时，就对计算机的CPU运行速度、存储容量和图形处理等能力提出了较高的要求。因此，在硬件选取时，必须注意以下原则：ⓐ实用性ⓑ先进性ⓒ系统性ⓓ兼容性ⓔ安全性ⓕ稳定性。

村镇水利工程管理系统数据图如图2所示。

图2 村镇水利工程管理系统数据过程

对于数字村镇水利工程管理系统，服务器可采用64位操作系统和系统模块化设计，采用共享公共部件设计，可以满足在不同的服务器之间切换，便于服务器的维护与升级。客户机可分为系统应用客户机和专业水利工程管理系统客户机，其中，系统应用客户机由于不必进行复杂的数据处理和运算，只是作为从数据库提取数据的窗口，因此可以采用当前的中高档机；而专业水利工程管理系统客户机，由于要进行复杂的建模分析和海量数据处理，因此必须有较高的空间数据图形处理功能。

5 数字村镇水利工程管理系统构成

以山东省宁阳县乡饮乡为研究区域，通过实地调查乡镇内的水利基础设施，以ArcGIS为平台，运用3S和计算机网络技术，采集水源数据、农业灌区状况和农村节水情况，重点利用GIS平台将属性数据与空间数据紧密结合，并采用Web浏览器形式直观显示，实现数据实时管理、查询、漫游功能，使之应用于村镇水利工程的管理、规划、运行中，并结合电子政务系统，企业管理系统等相关部门与行业系统，协同运作，实现乡镇水利工程信息管理的自动化。

5.1 数字影像图校正

数字正射影像图DOM，由于存在拍摄角度、卫星姿态和气象因素等各种外界条件的影响，不可避免的存在各种误差，所以必须对影响进行校正分析后，影像数据才能被应用于系统。首先需采用ArcGIS下的Georenferencing工具进行影像校正。

5.2 数字影像图矢量化

将校正后的遥感图像文件，导入ArcGIS进行矢量化。矢量化过程中采用Shapefile文件格式，以便在ArcMap中进行编辑处理，在ArcMap中，首先对数据进行投影处理。保证其与影像数据的一致性；其次，对数据进行拓扑处理，供建模和最后在ArcScene中使用。分别生成乡饮乡给排水管道线化图、乡镇道路分布图等相关DLG数字化产品。乡饮乡道路分布图如图3所示，管线和水源分布线化图如图4所示。

图3 乡饮乡道路分布

图4 乡饮乡管线和水源分布线化

5.3 网页编辑制作

首先采用Dreamweaver软件，编辑静态Html网页，添加CSS效应和动作路径等功能，并对页面进行编辑、排版、填充等操作，在全面调试后，实现相关的网页预期功能。

5.4 建立与数据库之间的链接

首先通过“控制面板”下的“性能与维护”功能模块，然后进入“管理工具”下的“数据源(ODBC)”工具，单击“添加”，创建Microsoft ODBC for Oracle。

其次，对基础地理数据进行整合，提高系统中数据的可用性。整合过程主要消除地图目标实体、目标空间结构关系和地图符号化导致的要素不完整性问题，为数据入库做好基础准备工作。

再次，录入数据库。将最初完成采集的数据经过检查→预入库→编辑与加工→再次入库的流程录入数据库。数据经过标准化的处理后，能够较好的保证对数据质量的要求。

最后采用混合数据模型统一定义空间数据库模型和管理空间数据，支持空间实体的矢量表示和栅格表示，通过定位器，对不同的定位参考，用不同的定位方法进行定位操作，使用Geodatabase作为地理数据模型，进行相关图形数据与空间数据匹配，实现在同一数据库中统一地管理各种类型的空间数据。

6 系统功能

6.1 图像动态浏览功能

采用动态网页是实现数据漫游查询功能的手段，浏览、缩放地图，首先把加载的数据全图放在控件窗口中，起到定位作用，本系统不涉及多图层数据共同加载，因此只需要对一个图层进行加载操作。数字村镇水利工程管理系统的查询浏览页面如下页图5所示。

系统采用交互式动态查寻网页可浏览研究区域内水源分布状况，从遥感地图上输入项目名称就可以实现该区域内的工程定位查询，利用查询工具可获得工程项目区的地形、地貌、水质、水量等相关信息，并以图形、图表的形式动态展现出来，技术人员可更便捷直观的获取相应的需求信息。

6.2 数据可视化录入功能

由于建立了Internet与数据库之间的链接，系统可实现相关法律文件、研究区域地形显示、水利工程信息检索、水利信息录入管理、水利相关产业状图、文件报表下载等数据的编辑、更新、维护。通过网页的形式，添加、删除、更新和管理村镇水利工程数据，系统可根据提示用户操作界面，输入相关变更的数据参数，将数据库中用于更新成果库的数据填补上去，实现外部数据信息与内部数据库之间的动态可视化更新。用户对水利工程的管理数据做到及时添加、删除，实现了对水利工程信息的数据可视化录入，从而方便用户及时完成数据更新。

图5 遥感影像漫游浏览页面

6.3 水利信息查询管理功能

本系统可以实现对DLG数字线划图的属性查询功能，通过为矢量数据赋予相应的属性字段，对空间数据进行匹配后，可支持对象点击查询。实现地图属性下的查询功能。用户使用窗口下的信息查询工具，输入要查询的工程项目名称，系统将自动弹出该工程项目的进度、成本、质量、安全管理等相关信息；输入要查询的信息名称，系统将自动弹出有关工程的数据信息并以图表形式展示给用户，为工程管理科学化、规范化、程序化、制度化提供了高效的管理工具。

6.4 其他辅助功能

村镇水利工程管理系统页面，除了具备水利信息的查询管理功能外，还可以提供下载水利工程相关设施的法律法规，并可提供区域内水利影像资料的在线播放或存储下载服务。另外交互式的界面为用户提供了帐户注册、专家咨询、交流园地BBS功能，真正做到贴近群众、服务于民。

7 结 语

村镇水利工程管理系统系统采用3S集成、数据融合技术，通过计算机软硬件平台，将数字影像矢量化，建立起多数据库之间的链接与匹配，开发出以遥感影像的动态浏览查询、数据可视化录入、水利信息查询管理等功能的操作性强的软件，为基层水利工程管理、防汛抗旱指挥、工程规划建设等部门提供数字化、可视化、信息可编辑化的数据支持，可以有效地提升系统的服务水平，增强村镇水利工程管理系统的生命力，加快传统水利管理向数字水利管理的步伐。