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1數字城市地理空間框架

城市信息化是社會信息化的重要組成部分，其主要表現形式即為數字城市建設，數字城市建設的推進，必將促進我國現代化水平、城市管理水平和國家信息化水平，從而有利于經濟發展和社會進步。數字城市綜合利用3S、網絡、多媒體和虛擬仿真等技術實現對城市地理、自然環境、規劃建設和管理等的動態監測、智能化管理和輔助決策等功能。數字城市建設是一個系統工程，需要各部門協同工作，建立和完善數據資源的高效共享機制，其中，城市基礎地理空間數據庫建設是其戰略基礎，表現形式為各種比例尺的線劃數據、正射影像和數字高程模型等，地理空間數據庫豐富的基礎資源和更新能力為數字城市的建設奠定了基礎。該系統研究基于數字許昌地理空間框架平臺進行構建，當前，該市的數據平臺已采用國家測繪地理信息局的NewMap軟件構建完成，所有公共數據以網絡服務形式向各個部門提供，行業內部保密數據則由對應部門獨立存儲。

2系統總體架構設計

該系統是數字城市框架建設的一個重要組成部分，涉及全市的公共地理數據由市級信息中心統一管理，并通過NewMapServer為地圖服務，以瀏覽器/服務器（Browser/Server,B/S）模式，通過專門授權供各個職能部門作為地理底圖調用。水利行業內部數據采用空間數據引擎ArcSde和SQLServer數據庫存儲，由局信息中心管理，在部門局域網范圍內以客戶端/服務器（Client/Server,C/S）模式共享。為了保證數據安全，需要對空間數據建立相應的版本控制及多用戶并發訪問、更新機制，同時，考慮到功能模塊的獨立性和后續擴展性，系統采用組件式開發思想，將部分模塊封裝為類庫，并采用動態鏈接庫形式調用。系統選用通用的面向對象工具VisualStudio2010作為開發平臺，空間數據和屬性數據分別采用ArcGIS空間數據引擎和SQLServer2008存儲，系統專業平臺選用ESRI公司的開發組件ArcGISEngine。

3數據庫建設

3.1空間數據庫建設

空間數據主要包括基礎地理數據、水利設施數據和監測數據等。

（1）基礎地理數據：包括1：50000航拍圖、行政區劃、土地利用現狀、交通、線/面狀水系和注記等。其中航拍圖、交通和注記以金字塔切片形式存儲，并以網絡地圖服務WMS形式提供。

（2）水利設施數據：包括大壩、水庫、測井、灌溉井、堤防、河渠和渡槽等，這些屬于行業內部數據，需要由專門人員管理，并保證數據的完整性和一致性。

（3）監測數據：包括收集到的地下水位、水質、變形、洪災、用水量等數據，這些數據與具體的水利設施密切相關，需要設置關聯字段以便后續調用。

3.2屬性數據庫建設

屬性數據分為兩類，一類是空間數據的描述性信息或附加信息，可通過索引與空間數據保持一致并聯動檢索，另一類是文本性的統計資料，如日照、降雨量、氣溫等信息，可用于統計匯總。

4系統功能實現

圍繞水利資源普查管理和業務特點，系統主要分為6大功能模塊，分別是：數據管理、可視化瀏覽、水利設施管理、地下水位監測和分析、洪水淹沒預測和水文分析，其中水利設施管理、地下水位監測和分析、洪水淹沒預測為系統核心功能，其他功能作為輔助。

（1）電子地圖：主要包含各類GIS圖形操作功能，如地圖的無級縮放和漫游顯示，能夠使用戶快速以各種比例尺瀏覽城市的各類水利資源；標注的動態顯示，可根據參考比例動態顯示各類地圖的名稱信息，以增加可讀性和視覺效果；關鍵字查詢，根據輸入的查詢關鍵字從所有圖層中過濾符合條件的圖形；精確查詢，根據設定的圖層屬性字段值精確查找特定要素；數據編輯，高級管理員可修改ArcSDE中的空間數據及SQL中的屬性數據，一經修改，所有用戶均可見。

（2）水利基礎信息管理：水利基礎信息包括歷年氣溫、降水、日照、洪水災害、各河流水質、地下水位線和城市農村用水量等數據，該模塊整理編輯已有數據，并可根據時間段進行報表統計輸出，對于新增數據，經檢查確認后入庫。該類數據以屬性記錄為主，為了確保與已有空間數據聯動，可設置關鍵字，以期實現空間和屬性的互查及符號化動態顯示。該功能使當前繁瑣厚重的紙質資料電子化，系統化。

（3）水利設施管理：該模塊將城市已有的大中型水庫、大壩、渡槽、灌溉井、測井、放水洞和溢洪道等集中管理，通過屬性鏈接可直觀查看已有設施的各類信息，如分布、庫容、壩型、防滲類型、有效灌溉面積、對下游影響、水位和水質等資料，并能實現對各類信息的更新和統計。針對當前水系分布特點和灌溉井分布不均的問題，根據已有灌溉設施計算灌溉保證率，在不能達標區域，結合河網密度，采用疊加最優法科學布置新的灌溉井，以實現位置最優，總體灌溉面積最大。

（4）地下水監測：地下水監測是直接獲得地下水水質、水量動態變化的唯一方法而被廣泛采用。地下水監測主要針對已有測井歷年的采集數據，經克里金插值后轉換為地下水位線進行。該功能可按照時間段進行橫向或縱向對比，進而分析地下水位變化的趨勢和原因，為科學治理提供決策依據。系統可自動計算插值后的水位線和監測值之間的差值，若該值超過一定閾值，則自動推算可能存在誤差的測井及其記錄，以便修正更新。另外，系統也可根據已有測井分布及監測數據，從減少插值誤差的角度計算新測井的布設位置。

（5）水文分析：水文分析是數字高程DEM數據應用的一個重要方面，主要包括水流方向、匯集量累積、水流長度、河網提取、等高線提取、流域盆地計算等幾個部分，系統根據研究區的DEM數據，經洼地填充后，計算水流方向和匯流累積量，以模擬水流過程，然后疊加上已有的行政區劃數據，分析洪水可能經過的區域和淹沒深度，為后期的防洪搶險、潰壩分析和河道改擴建等工作提供有益的技術支持。

（6）洪水淹沒分析：洪水淹沒分析是損失評估的重要環節，系統利用ArcScene建立工作區的三維模型，基于無源淹沒分析法模擬洪水的固定抬升和勻速抬升，并計算某時刻的淹沒面積、庫容和水深，在此基礎上，結合已有的行政區劃和土地利用數據，分析洪水淹沒范圍和影響，為防災減災提供科學依據。

5結束語

基于GIS的數字水利管理系統在科學治水、水資源優化配置、提高信息化水平以及減輕管理人員工作強度等方面發揮了重要作用。系統研究正值河南省大力發展數字城市建設之際展開，根據當前各城市水利建設管理現狀，提出了一套行之有效的數字化、規范化和科學化管理思路。該系統較好展示了GIS在水資源基礎信息管理、設施建設和動態監測等方面無可替代的優勢，必將為城市水利事業建設和發展提供科學的數據和決策支持。下一步將在多源數據融合和多系統集成等方面進一步探討和研究。

作者：張俊峰許德合孫大鵬單位：華北水利水電大學國土資源部地學空間信息技術重點實驗室