GIS在水利行业中的应用

浅谈GIS在水利行业中的应用
【摘要】本文概述gis（地理信息系统）及其发展历史，描述其构成，同时，针对水利行业的特点，利用gis强大的空间查询与空间分析功能，实现其在水利行业中的应用，并对未来发展提出展望。

【关键词】gis（地理信息系统）；水利行业；应用
0 概述
1）gis及其发展简介
地理信息系统（geographic information system，简称gis）是以采集、存储、管理、描述、分析地球表面及空间地理分布有关的数据的信息系统。

gis是一门交叉性很强的学科，介于地球科学、遥感科学、系统科学、信息科学、决策科学和计算机科学之间，在农业、水利、交通、城市规划、应急、地质、基础设施和规划管理等方面有着广泛的应用。

1962年，加拿大人roger tomlinson首先提出地理信息系统的概念并领导建立了世界上第一个具有实用价值的地理信息系统——
加拿大地理信息系统。

而我国gis起步于20世纪80年代，随着一批先进数据获取技术（如gps、rs等）、计算机软、硬件技术和网络技术的飞速发展，我国gis在多学科、多领域取得巨大成功。

2）gis构成
一个典型、完整的gis通常由计算机硬件系统、软件系统、地理空间数据和系统维护与使用人员四个方面。

计算机硬件系统通常包括计算机主机、数据输入设备、数据存储
设备、数据输出设备和网络设备；软件系统通常有系统软件和应用软件两部分构成，系统软件目前常使用的有：unix、window 2000/xp、windows nt、vista等，应用软件包括以arcgis、mapgis为代表的gis软件和以oracle、sql server为代表的数据库软件；地理空间数据是地理信息系统的操作对象与管理内容，是指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据，可以是数字、文字、表格和图形等；系统维护与使用人员通常进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统维护等工作。

1 gis在水利行业应用技术路线
1.1 gis数据库建立
在构建地理信息系统之前，首先应收集相关数据，包括空间数据和非空间数据（属性数据），在收集大量信息数据基础之上，通过数据的处理与编辑制作出基础地理信息数据。

gis作为一种决策分析系统，其决策分析的质量取决于基础地理信息数据，只有准确、完整的数据，才能做出正确、快速的决策。

以gps（卫星定位系统）、rs（遥感）为代表的先进的数据获取技术的广泛应用，极大地丰富了基础地理信息数据的来源。

通过gps 获得基于统一坐标系的数据信息、通过纠正得到的遥感影像、以及相关cad文件、甚至一部分通过坐标配准的三维规划图都可作为基础地理信息数据，将这些数据转换成与gis相匹配的数据文件导入系统，同时收集相关属性信息一并录入，建立gis数据库。

gis独特之处在于，其增加了属性数据，属性数据可以是空间实体所具有
的性质以数字、文字、符号等表示，也可以加入时间信息，反映出空间实体随时间的变化规律。

但是通过不同文件建立地理信息数据库，应注意使用统一的地图投影系统、统一的地理坐标系统以及统一的地理编码系统。

gis数据库一旦建立，还应及时或定时进行数据更新，只有最具现势性的数据才能对决策产生指导意义。

水利gis 数据库建立，应更加侧重水系、水利工程、水文工程及与其临近且能够产生影响的居民区、土地利用现状、交通管网和地质结构等相关信息。

1.2 gis功能实现
gis功能实现是gis在水利行业中应用的重点。

gis除具有基本查询功能（例如测量长度、面积、坐标等）外，还具有独特的空间查询功能，主要包括双向查询功能和条件查询功能。

双向查询功能包括：①从空间数据到属性数据的查询，如已知一点的空间坐标查询其属性信息；②从属性数据到空间数据的查询，如查询一定区域内，某一特定或全部属性要素的空间信息。

条件查询功能是指通过设定一些条件，查找出一定区域内符合此条件的信息，如查询库容符合一定数量要求的水库的空间信息和属性信息。

空间分析功能是gis区别于其他系统的主要方面。

在水利行业应用中，通过空间数据与属性数据的联合分析，进而实现缓冲区分析、叠置分析和地学分析等。

但在水利工程应用中，通常不是单独对其一种功能进行使用，而是多种功能联合起来，达到综合分析的效果。

1）缓冲区分析，是指为了识别某一地理实体对其周围地物的影
响度，而在其周围建立一定宽度的多边形区域。

依据缓冲对象可分为点、线和面缓冲区分析。

点缓冲区分析，通常以点要素为圆心，一定距离为半径的圆。

如在防洪应急系统中，依据分级管理原则，以各级防汛指挥点为圆心，综合其防洪应急系统中人员、车辆、防洪物资和地理交通条件等，合理划定各应急防洪指挥点的半径，一旦有险情发生，就能够迅速确定责任单位，集中调配人员、物资等。

线缓冲区分析，通常以线为中心轴线，距中心轴线一定距离的平行条带多边形。

如在河道保护范围划定中有广泛应用，依据保护水利工程的需要和各个河段的实际情况，划定距离河道中心轴线一定距离的平行条带多边形为保护范围，在此范围内严禁挖砂取土、修建鱼塘、爆破等一切危害水利工程的活动。

对于线缓冲区分析还可以有选择地建立缓冲区，同样针对某一水系的河道保护范围划定为例，一级河道和二级河道的保护范围是不同的，因此，可以针对不同河道等级设置不同的河道范围，实现分级管理。

面缓冲区分析，基于面要素多边形边界的缓冲区，向外或向内扩展一定距离以生成新多边形。

与点缓冲区类似，但面缓冲区可以向内扩展建立新的多边形。

2）叠置分析，是将代表不同主题的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，叠置结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性。

一般情况下，gis系统为了便于管理，通常建库时是分层进行。

应注意的是进行叠置分析应针对同一地区、同一比例尺、同一数学基础的不同信息之间的分析。

例如针对某一地区水系分布
图层和水利工程分布图层的叠置分析，形成新的数据层，可以检索查询某一河流上的水利工程（如水库、拦河坝等）的信息；或者将某一地区的行政区划图层和水系分布图层进行叠置分析，形成又一新的数据层，可以统计出某一行政区域内的河流长度等等。

3）地学分析，是用来描述地理系统中个地学要素之间的相互关系和客观规律信息的方法。

空间中大部分的地学分析都与三维分析有关，而三维分析通常又是在数字高程模型（digital elevation model，简称dem）上进行，故可从dem入手进行地学分析，利用dem生成等高线图，利用等高线基本特性，确定地形中鞍部、山脊、山谷等，利用等高距的基本特性，确定地图详实程度。

同时还可以进行坡度和坡向分析。

利用dem可建立剖面图，计算区域内地表面积，进行填方挖方的工程量计算等。

1.3 gis输出与表达
地理信息系统产品多样，包括地图、图表、数据表格、图像和文字描述等多种形式。

其输出与表达通常有：①将地理信息系统产品在电子屏幕现实，可显示分析结果等，是进行人机交互的主要形式；
②可以按要素、分层输或分属性等输出为电子产品，用于不同行业、不同部门之间信息交流，同时也是进行信息归档、备份的一种形式；
③纸质产品，实际上是一种永久性产品，便于归档、备份管理。

2 展望
2.1 与计算机技术联合，形成虚拟现实——地理信息系统
（vr-gis），通过可视化提供逼真的场景，或者模拟出未出现的状
况，例如进行洪水模拟、泥沙淤积模拟等，实现仿真服务。

2.2 现在水利行业没有信息化和系统化，可以将不同操作平台、不同数据库和不同应用目的的水利信息，通过分布式gis建立基于统一平台的水利行业地理信息系统，实现水利行业信息共享。

【参考文献】
[1]张剑平，任福继，叶荣华，骆红波.地理信息系统与mapinfo 应用[m].科学出版社，1999.
[2]马明栋，武文波，申立群，宋伟东.地理信息系统原理[m].教育科学出版社，2000.
[3]张成才，孟令奎，孙喜梅.水利地理信息系统[m].武汉大学出版社，2005.
[责任编辑：王静]。