基于GIS的智慧河湖管理信息系统研究

庄宝庆，谢锡刚，朱海，华敏伟

（1.无锡市锡山区水利局，江苏 无锡 214000；2.无锡锡东新城商务区开发建设管理中心，江苏 无锡 214000）

0 引言

目前国内外对河湖健康评估取得了优异成绩，国外大部分发达国家根据河湖生态健康概念提出了较多的评估指标体系，而国内学者也针对黄河长江等主要河流湖泊提出了相对应的健康评估体系。由于河湖健康评估指标因子的数量较多，实践计算操作也较为复杂，所以科研学者开始利用信息技术手段进行处理。GIS技术作为近年来最常用的现代化信息技术，不仅在处理大规模且复杂化的数据信息中具有独特优势，还可以利用图形界面直观呈现相关数据。

1 需求分析

基于GIS的智慧河湖管理信息系统设计研究主要是用来评估河流健康，这项工作是指融合了生态、经济、社会等多个领域的综合性事务，在实践发展中需要遵守真实性和客观性的原则，并选用科学且规范的理论方法，而后从工程学实践角度对各个区域的河湖健康进行完善评估与分析[1]。由于管理信息系统的设计包含内容较多，实践数据类型过于复杂，在实践发展中具有动态变化性，所以在设计研究系统之前需要考虑以下几点问题：

第一，智慧河湖管理信息系统应用分析需要考虑观测站、水文局等单位机构，他们在实践发展中都会储备与自身业务有关的数据资料，但这些内容并没有得到集中处理，因此很难进行全面评估和利用。而利用GIS构建系统化的数据库对各部门数据信息进行综合管理，可以在共享数据信息的同时，为河湖健康评估提供有效依据。

第二，河湖健康评估管理涉及的数据信息较为庞大，传统工作所选用的人工记录方式并不方便展示和查阅，且会影响实践工作效率和质量。

第三，手工处理的管理信息无法及时得到更新，且每一次更新都需要重新采集和记录相关数据信息。

面对上述问题，基于GIS研究设计智慧河湖管理信息系统，不仅能为各级政府管理和湖流域提供有效的评估方法，还可以在全面研究中提出更为完善的处理对策。从实践角度来看，本文研究以GIS技术为核心的智慧河湖管理信息系统设计需要在全面管理数据信息的基础上对其进行全面评估，以此为合乎管理提供可视化的决策服务[2]。

2 系统设计

2.1 算法设计

系统运行必须要保障内部具有实时数据，而相关数据也是智慧河湖管理信息系统运行的核心内容，更是后续进行健康评估的主要依据。根据实践河湖信息管理情况分析可知，在设计构建数据库的过程中可以从两方面思考，一方面是指空间数据，另一方面是指属性数据。前者是指测试区域采集到的点线面数据，而后者是指合乎自身具有的水文、水质、水生生物等相关信息。

一般来讲，空间数据是对获取地形图数据进行数字化获取的，而属性数据是在网上检索或文献查询中获取的。为了保障本文设计系统中的数据可以有序运行，科研学者要在完善智慧河湖管理信息系统的基础上，提出明确的入侵检测算法。其中差分进化算法。这类算法是指模拟遗传学的复制、变异、杂交来设计遗传算子，属于一种以群体差异为核心的启发式随机搜索算法[3]。

2.2 系统结构和功能设计

如图1所示，系统总体结构主要分为三层：首先为应用层，主要利用Arc GIS技术构建应用系统；其次为中间服务层，主要集成地理信息系统和河湖健康评估模块；最后为数据层，主要用来储存与河湖有关的矢量图层数据和所对应监测站点获取的调查监测数据等内容。

图1 系统总体结构图

功能设计作为系统开发关注的主要环节，需要根据提出的需求分析和系统目标进行完善设计，具体如图2所示。

图2 功能设计结构图

上述系统功能设计主要分为四个模块：第一，数据管理。这一模块作为系统运行期间数据维护应用的基础保障，可以对历史数据信息进行及时更新，并对现有数据进行修改。第二，系统评估。这一模块作为智慧河湖管理信息系统运行的重难点，不仅要对以及评估因子进行逐一研究，还要根据实时收集的数据信息进行针对性评估，从而为后续决策服务提供有效依据。第三，基础地理信息系统。这一模块是为了保障系统用户操作而设计的模块，用户在进入系统肋部后，输入用户名和账号密码就可以对图层进行平移、缩放等操作。第四，数据查询。这一模块主要分为两种查询方式，一种是指空间选择，另一种是指属性数据。用户不仅可以通过点击图层的某一个河段来查阅相关信息，也可以根据输入关键字来完成搜索[4]。

3 系统实现

GIS作为20世纪60年代发展提出的全新信息技术理念，在实践探究中应用属于一门具有交叉性的学科，其在设计研究中融合了社会科学、计算机科学、信息管理等多门学科，在现代城市建设发展中具有非常重要的作用。一个完善的地理信息系统涉及数据的采集、储存、管理以及分析显示等多项内容。在构建智慧河湖管理信息系统的过程中，利用GIS技术会将目标的地理位置和相关视图融合到一起，并根据用户需求对信息数据进行重新组织，而后利用数据挖掘、网络分析、叠置研究等方式为用户提供所需数据信息，并为相关决策提供技术支撑。

根据上文对系统设计结构分析可知，整体模块包含了基础GIS、业务评估、数据管理、数据查询这四项内容。下面对模块功能实现进行简单介绍：

第一，基础GIS。用户在点击相应软件按钮后会弹出登录界面。这一模块主要为用户提供基本的GIS技术功能，其中涉及的图片的放大、缩小或漫游等。本文在研究期间选用了瓦片栅格地图技术，确保用户不需要进行多次刷新，只需要将其调整到对应的切图分级就能获取所需信息，这样不仅能提升实践操作效率，还可以强化图片展现效果。

第二，业务评估。一方面要根据河湖健康评估实际需求对单向因子的健康情况进行逐一评估，另一方面要根据智慧河湖管理要求在系统内部进行综合评估，而最终评估结果要选用分段方式进行呈现管理。

第三，数据查询。一方面，数据库作为信息管理系统的核心内容，在查询属性数据时必须要对内部包含数据内容、类别和数量进行全面了解；另一方面，空间查询作为管理信息系统关注的焦点，所构建数据库要具备空间查询方式。

第四，数据管理。用户在管理系统数据时，经常利用的方式有修改、删除、新增等内容。以数据修改为例，其作为数据库更新数据的主要方式，对保障管理信息系统和数据库维护而言具有积极作用。根据实践操作经验分析可知，用户要在查询数据之后，选择某航数据并点击修改按钮，而系统就会弹出，这航数据的修改窗体，在结束修改之后要点击保存，系统会弹出保存成功的窗口[5]。

4 结语

综上所述，河湖健康管理评估作为城市建设发展和经济革新的重难点，同样也是当前河湖管理部门员工关注的焦点。不管是对生态系统运行还是对人类社会经济发展而言，利用现代化技术手段构建智慧型河湖管理信息系统都具有一定的现实意义。本文在整合当前地理信息系统技术应用情况的基础上，根据各地河湖管理需求构建了具有针对性的管理信息系统，并在实践工作中取得了优异成绩。需要注意的是，本文针对河湖健康管理所构建的智慧信息系统还存在不足，在未来研究探讨中，要根据实践管理案例和技术系统应用成果进行深入探讨，并注重培养全面发展的高素质人才，以此为系统研发设计提供基础保障。