鄱阳湖水利工程地理信息管理系统研制

鄱阳湖水利工程地理信息管理系统研制
杨智翔;柯劲松;周航宇
【摘要】以2011年鄱阳湖基础地理测量成果为数据源,在多源空间数据集成的基础上,利用ArcGIS Engine进行二次开发,建立了一个以鄱阳湖湖区重点圩堤、穿堤建筑物、水系、湖区自然保护区等要素查询与分析为特色的水利工程地理信息管理系统,可为江西省防汛抗旱、水利工程设计与管理等提供技术支持,亦为鄱阳湖生态经济区的建设与可持续发展提供决策支持.
【期刊名称】《地理信息世界》
【年(卷),期】2018(025)004
【总页数】5页(P90-94)
【关键词】鄱阳湖;水利工程;湖区水系;碟形湖
【作者】杨智翔;柯劲松;周航宇
【作者单位】江西省水利规划设计研究院,江西南昌 330029;江西省水利规划设计研究院,江西南昌 330029;江西省水利规划设计研究院,江西南昌 330029
【正文语种】中文
【中图分类】P208
0 引言
随着我国经济的持续发展,在水利工程设计要求的不断提高和计算机软硬件技术不断发展的前提下,水利信息的采集、处理、共享的方式都发生了翻天覆地的变化,信
息技术加速向水利行业渗透,水利行业面临着全面技术升级的大好机遇.水利政务、
防汛减灾、水资源监控调度、大型工程的设计施工和管理都迫切需要采用计算机、网络、微电子、3S技术等一系列高新技术对水利行业进行全面技术升级和改造,尤其是地理信息系统(Geographic Information System, GIS)对科学决策和科学管
理具有深远的意义[1].水利工程管理信息系统是国家水利10个应用系统的重要组
成之一[2],将GIS有效地服务于水利工程信息管理系统,能够充分提高系统的分布性、有效性以及系统性等特征,促使整个水利工程管理过程能够实现有效集成,为水利工
程的科学管理与运行提供了强大的技术支持.
为更好地推进"鄱阳湖生态经济区建设"国家战略的实施,在江西省委省政府的支持下,集结省内重要测绘力量于2011年启动了鄱阳湖基础地理测量,获得鄱阳湖湖区
最新最全的基础地理成果[3].为了更好地利用该项目的成果,同时实现对鄱阳湖湖区各类地理空间数据、水利工程相关的属性数据等的管理、查询、更新及分析,有必
要建立鄱阳湖湖区水利工程地理信息系统,为省内的水利工程设计与建设、防汛等
工作提供科学数据和决策支持[4].以ArcGIS为开发平台,结合2011年鄱阳湖基础
地理测量成果,从鄱阳湖湖区水利工程和基础地理信息数据管理等方面出发,在构建
较全面的鄱阳湖湖区水利工程专题数据库和地理空间数据库的基础上,建立了以鄱
阳湖湖区水利工程(圩堤、水工建筑物等)和基础地理信息数据查询与管理为特色的鄱阳湖水利工程地理信息系统.
1 系统总体框架与关键技术
1.1 系统总体框架
综合运用空间信息技术、计算机技术及空间数据库等高新技术建立了鄱阳湖水利工程地理信息管理系统,其总体框架如图1所示.
图1 系统总体框架Fig.1 The total frame of the system
1.2 系统建设的关键技术
1.2.1 多源多分辨率海量数据集中管理和共享
影像数据共有4级,分别为30 m Landsat影像、2.5 m SPOT真彩影像、1.0m黑白航空片及0.2 m无人机高清真彩航片,系统中所用到的多分辨率影像数据量巨大,约有100 G.多分辨率的影像的存储与显示采用的是当前地理信息系统中常用的瓦片技术.数字线划图数据量达5G,由于是矢量数据,在调用时速度较慢.数字高程模型数据量有4 G,也是采用瓦片的方式显示,可极大地提高显示速度.该系统采用基于关系数据库管理的两层结构,快速实现基础地理数据的查询、浏览和分析等.
1.2.2 基础资料图层整理
图层数据整理是一个比较繁杂的过程,比如高程点.由于原始地图采用图幅管理的方式,高程点文件涉及到每一幅图子目录下的5个文
件:.shp、.shx、.dbf、.sbn、.sbx,按照439幅图进行计算,数据库里的高程点数据文件涉及到2 000多个文件,将这些文件整理到同一图层,有利于该数据的统一管理,为此,通过自主开发图层整理程序,将这些文件进行合并处理,通过搜索文件目录下的子目录,再将子目录下的文件根据图幅名称进行复制更名,并将数据放入预定好的文件夹,最后进行合并处理.
1.2.3 多源遥感影像融合
主要影像数据源有航空像片、SPOT-5影像以及Landsat TM影像.原始SPOT-5影像包含了多光谱和全色影像,其中多光谱影像具有丰富的光谱信息但空间分辨率只有10 m,而全色影像系空间分辨率为2.5 m的灰度影像.因此,有必要将两者进行影像融合来获得高空间分辨率的真彩影像,从而更好地反映鄱阳湖湖区的真实场景.SPOT-5影像的融合模型采用的是视宝公司用于全国第二次土地调查的数学模型[5],通过该模型生成了2.5 m的鄱阳湖湖区的真彩影像.此外,考虑到各幅图像的获取时节上存在较大的差异,还采用航天远景易拼图(EPT)软件对融合影像进行了匀光匀色处理,提升影像视觉效果.
1.2.4 湖区内水系详细整理
鄱阳湖湖区河流纵横交错,除少数入湖河流外,湖区内河流的流向,随季节不同呈现复杂状态.在上游水位较高时,湖区河流一般从几大主要河流流向碟形湖、内湖等.当主支河流水位较低时,湖区河流从碟形湖、内湖流向主支,进而从鄱阳湖东、西水道汇
入长江.当长江涨水时,湖区河流呈现更加复杂态势,河流起止点不定,连主要入湖河流流水都呈不定之势.湖区内水系可综合反映鄱阳湖内河流的地形状态,详细描述各河
流基本信息.系统通过起止点地理位置、常态平均水深、河长、平均河宽、河底最
低高程等信息来反映各条河流的地形现状,是首次对湖区内河流的详细描述.
2 系统主要功能
研制的鄱阳湖水利工程地理信息管理系统从功能上可分为10个子系统:地图浏览子系统、圩堤查询子系统、数据管理子系统、穿堤建筑物查询子系统、水系查询子系统、蓄滞洪区查询子系统、自然保护区查询子系统、空间关系查询子系统、公路交通查询子系统、统计查询子系统.下文将对系统的主要功能进行详细描述.
2.1 数据资源管理
该模块主要包括:①数据管理子系统功能,包括图层添加、属性数据编辑、矢量图图
幅查询及出图数据查询(接图表功能)等;②数据输入和更新包括数字线划图数据输入、DEM数据输入、DOM数据输入、属性数据更改、DEM数据更新等功能,如图2
所示;③矢量图图幅查询是根据湖区1:10 000接合表查询矢量数据,并可以链接满
足出图要求的各幅JPG地图,实现查看、打印和输出的目的,具体如图3所示.
图2 属性数据编辑更新Fig.2 Attribute data editing and updating
图3 图幅查询及输出Fig.3 Map query and output of map
2.2 圩堤信息查询子系统
圩堤查询子系统为查询鄱阳湖基础测量范围内的各圩堤属性而设计.依据《鄱阳湖
区综合规划》2011年鄱阳湖基础地理测量范围内共有63座万亩以上及保护重点
设施的堤防,各堤线总长1 711.9 km,包含了10万亩圩堤、5~10万亩圩堤、1~5万亩圩堤,其中10万亩以上的重点圩堤14座,5万亩以上或圩内有重要设施的圩堤24座,1~5万亩圩堤25座[6-7].
在系统主界面的圩堤列表中输入圩堤名称,可以在地图上查询圩堤看到圩堤的地理位置分布情况如图4所示,并显示圩堤的详细水利工程信息.圩堤信息主要包括一般信息、基本情况、堤身段基本情况、水文特征、主要效益指标、历史决溢记录、堤基地质结构分类及护坡信息等,如图5所示.
图4 重点圩堤查询显示Fig.4 The query and display of important dikes
图5 圩堤信息列表Fig.5 The information sheet of important dike
2.3 穿堤建筑物信息查询子系统
建筑物概况查询子系统是对于鄱阳湖湖区的水利工程建筑物(主要为各圩堤的穿堤建筑物)的信息进行查询展现,可以选择显示照片信息和主要设计参数等.查询圩堤周边的自排站等水利建筑物的信息概况,并在查询建筑物概况同时以建筑物为中心点在地图标识出相关的建筑物,如图6、图7所示.
图6 圩堤穿堤建筑物列表Fig.6 List of building across the dike
图7 建筑物详细信息查询Fig.7 Building detailes query
2.4 湖区水系查询
水系查询子系统包括鄱阳湖湖区河流、湖泊及水库属性查询.其中鄱阳湖湖区河流水系包括赣江入河水系、抚河入湖水系、信江入湖水系、饶河入湖水系、修河入湖水系、主湖区水系、其他直入湖水系等七大水系,共69条河.通过该系统主要可以获取河流、水库等的面积、长度、起点、平均宽度及简介等信息,如图8、图9所示.
图8 康山河查询Fig.8 The query of Kangshan river
图9 张家岭水库查询Fig.9 The query of Zhangjialing reservoir
2.5 自然保护区及蝶形湖查询子系统
该子系统主要是对鄱阳湖湖区的南矶湿地国家级自然保护区、鄱阳湖国家级自然保护和都昌省级候鸟保护区的边界范围显示,了解湖区内保护区所在区域及其基本情况,并对两个国家级保护区中的32个重要蝶形湖的范围及相关属性(包括最低点高程、面积、最低点坐标、水闸的底板高等信息)进行查询,查询结果如图10、图11
所示.
图10 自然保护区查询显示Fig.10 The query and display of the nature reserve 图11 碟形湖信息查询Fig.11 The information query of belleville lake
2.6 蓄滞洪区与湖区交通信息查询
蓄滞洪区查询子系统可快速查询蓄滞洪区的相关属性信息,蓄滞洪区相关属性查询
主要包括有分洪口门、安全区圩堤工程地质条件、水文情况及社会经济情况,结果
信息以列表的形式显示.蓄滞洪区查询子系统主要分为蓄滞洪区的基本情况、分洪
口门、水文信息、撤离道路、避水设施及社会经济信息等要素的查询,如图12所示. 公路交通查询子系统的开发主要是为了解决鄱阳湖区域内公路等级、道路属性等查询问题.在该子系统中可获取的信息主要有道路的平面位置、道路登记、各段长度、路线代码、路线名称、路段代码、起点桩号、止点桩号、技术等级等属性信息,如
图13所示.
图12 珠湖国家蓄滞洪区Fig.12 Zhuhu National Detention Basin
图13 湖区道路查询Fig.13 The roads query in the lake
3 结束语
鄱阳湖水利工程地理信息管理系统以2011年鄱阳湖基础地理测量成果为数据源,
在建立较全面的鄱阳湖湖区水利工程专题数据库和基础地理信息数据库的基础上,
研制了以鄱阳湖湖区水利工程(圩堤、水库)和基础地理信息数据管理为特色的地理信息系统.该系统已在鄱阳湖第六个单项初步设计、江西省五河治理防洪工程初步
设计及赣江抚河下游尾闾综合整治等工程科研项目中应用,基础资料的系统化管理及快速获取改变了人工查找纸质资料的工作模式,大大提升了工作效率.此外,该系统在江西省的水利工程设计与建设中还将具有广阔的应用前景,对于提高江西省水利信息化建设水平具有重要意义,可为江西省的防汛抗旱、水利工程设计与管理等提供技术支持,亦为鄱阳湖生态经济区的建设与可持续发展提供决策支持.然而,目前系统的主要功能是在于对数据管理、查询以及简单的编辑,后续还有必要在数据处理与分析以及业务化应用(工程调度、淹没模拟分析等)等方面进行拓展研究,进一步增强系统的实用性,提升水利工程管理的信息化程度.
参考文献
【相关文献】
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[3] 熊剑英, 万先斌, 李慧婧. 鄱阳湖基础地理测量项目介绍[J]. 人民珠江, 2012,33(1):44-46.
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