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华北水利水电学院硕士研究生学位论文 基于g i s 的迁安市水资源评价信息系统 摘要 水是人类赖以生存和发展不可替代的宝贵资源，是保障国民经济持续健康发展的重 要基础。水资源短缺和水质恶化问题已经成为先进社会很严峻的世界性问题，由此引起 的不良环境效应己危及到地球上的生态平衡和社会经济的正常发展，要解决水资源的问 题，缓解可能出现的用水危机，就必须强化研究水资源，合理开发利用水资源。水资源 评价是水资源研究的主要内容，是制订区域经济、社会发展规划和制订水资源合理开发 利用规划不可缺少的工作，也是实现水资源管理的基础性工作。 本文介绍了水资源评价中的原则方法，对区域内的降水、地表水和地下水水资源量 进行了详细的评价，并对区内水资源总量和各分量的组合转化关系极其影响作出评价。 本文通过介绍地理信息系统基本原理，结合v b 强大的可视化编程功能以及利用地理 信息系统的组件模块二次开发信息管理系统，将地理信息系统与水资源评价相结合，在 开发的系统中实现对水资源评价信息的管理，借助予g i s 对图形强大的编辑显示功能， 同时建立地理数据库，将空自j 数据与属性数据相关联，使评价信息能够直观的在地图上 显示出来并达到空间数据与属性数据的双向查询的功能。 关键词：水资源评价水均衡模型数值法地理信息系统g i s a r c o b j e c t s a r c g i se n g i n eg e o d a t a b a s e i n 华北水利水电学院硕士研究生学位论文 q i a n a n sw a t e rr e s o u r c e se v a l u a t i o n i n f o r m a t i o ns y s t e mb a s e do ng i s a b s t r a c t w a t e ri sn e c e s s a r ya n dn o tt ob es u b s t i t u t ef o rh a m a nb e i n g s ，i ta l s ot h ef o u n d a t i o nt h a t g u a r n t e e t h eg d pc o n t i n u ea n dh e a l t h w a t e rr e s o u r c e s s c a r c i t ya n dw a t e rq u a l i t y d e t e r i o r a t i o np r o b l e mh a v eb e c o m et h ec o s m o p o l i t a np r o b l e mo fa d v a n c e ds o c i e t y , a n dt h e r e s u l t i n gb a de n v i r o n m e n t a le f f e c th a se n d a n g e r e dt h ew o r l de c o l o g i c a lb a l a n c ea n dt h e n o r m a ld e v e l o p m e n to fs o c i e t ye c o n o m y i no r d e rt os o l v et h ew a t e rr e s o u r c e sp r o b l e m sa n d m o d e r a t et h ep o s s i b l ew a t e ru t i l i z a t i o nc r i s i s , r e s e a r c h ，r a t i o n a le x p l o i t a t i o na n du t i l i z a t i o no f w a t e rr e s o u r c e sm u s tb ep l a c e di nah i i g he m p h a s i s w a t e rr e s o u r c e sa s s e s s m e n ti st h eo b j e c t m a t t e ro fw a t e rr e s o u r c e sr e s e a r c h , a n di st h ei n d i s p e n s a b l ew o r ko fs o c i e t ya n de c o n o m y d e v e l o p m e n tp r o g r a ma n dw a t e rr e s o u r c e sr a t i o n a le x p l o i t a t i o na n du t i l i z a t i o n w a t e r r e s o u r c e se v a l u a t i o ni st h eb a s i cw o r ko fw a t e rr e s o u r c e sm a n a g e m e n ta sw e l l t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ep r i n c i p l e so fw a t e rr e s o u r c e sa s s e s s m e n t , e v a l u a t e st h e r e g i o n a lp r e c i p i t a t i o n ，s u r f a c ew a t e ra n dg r o u n d w a t e ra m o u n ti nd e t a i l ，g i v e se v a l u a t i o nt o t h er e g i o n a lw a t e rr e s o u r c e sg r o s sa m o u n ta n dt h er e l a t i o n s h i pa n dt h ei n t e r f e r e n c eo fe a c h c o n s t i t u e n t sc o m b i n a t i o na n dc o n v e r s i o n m e a n t i m e ，t h ef o r e c a s t i n gm e t h o do fw a t e r r e s o u r c e se l e m e n ti s s t u d i e d b yu s i n gg r a ys y s t e ma n dp a r t i a ll e a s t s q u a r em e t h o d ，a f o r e c a s t i n gm o d e li se s t a b l i s h e d t h r o e l g ht h ew a t e rr e s o u r c e se l e m e n tf o r e c a s t ，r e l a t i v ei d e a l f o r e c a s t i n gr e s u l ti sa c h i e v e d t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ep r i n c i p l e ，t y p e ，c o n s t r u c t , f u n c t i o n ，a n dd e v e l o p i n gt r e n do f g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) b yu s i n gt h ec o m p o n e n to fg i s ，t h eq u a d r i c d e v e l o p i n gi n f om a n a g e m e n ts y s t e m ，t h i s t h e s i sc o m b i n e sg i sw i t hw a t e rr e s o u r c e s e v a l u a t i o n ，a n dr e a l i z e st h em a n a g e m e n to fw a t e rr e s o u r c e sa s s e s s m e n ti n f o t h r o u g ht h e p o w e r f u lg r a p he d i ta n dd i s p l a yf u n c t i o no fg i s ，t h i st h e s i se s t a b l i s h e sg e o g r a p h i c a ld a t a b a s e ， c o r r e l a t e ss p a t i a ld a t aw i t ha t t r i b u t ed a t a , a n dr e a l i z e st h ep u r p o s eo fa s s e s s m e n ti n f ov i s u a l d i s p l a yo nt h em a pa n db i d i r e c t i o n a lq u e r yo fs p a t i a ld a t aa n da t t r i b u t ed a t a k e yw o r d s ：w a t e rr e s o u l v e s , e v a l u a t i o n ，w a t e rb a l a n c em o d e l ，n u m e r i c a lm e t h o d , g i s ， g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，a r c o b j e c t s ，a r c g i se n g i n e ，g e o d a t a b a s e v 华北水利水电学院硕j ：t 口f 究生学位论文 独立完成与诚信声明 本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工 作所取得的研究成果并撰写完成的。没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权 行为。文中除已经标注引用的内容外，本学位论文中不包含其他人或集体已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得华北水利水电学院或其它教育机构的学位或证书所使 用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并 表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签字： 飞融 保证人c 跏躲h - 面垮 签字日期： 扣7 c - 、谚 学位论文版权使用授权书 本人完全了解华北水利水电学院有关保管、使用学位论文的规定。特授权华北水利 水电学院可以将学位论文的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影 印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部 门或机构送交论文原件或复印件和电子文档。( 涉密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文储繇1 媳， 签字嗍 a 寸 e 。璁 辩n j l h 卜_ 杉y 呷 k 了 旷财牙 一 鲁 、，0 名签师导 华北水利水电学院硕士研究生学位论文 1 前言 1 1 论文背景目的及意义 水是生命的源泉，人类的生存和发展离不开水。水资源“1 是所有资源中最重要的 部分之一，地球环境离开了水将变得了无生机。水的这一特性嘲叫”决定了水在地球生态 系统中所具有的重要作用。目前全球大部分国家正面临着着严重的水危机，全世界1 0 0 多个国家中存在严重缺水问题的国家和地区达4 3 个，占全球陆地面积的6 0 。在我国， 水资源总量丰富居世界第六位。但由于人口众多，人均占有水量很少，仅为世界人均的 四分之一，居世界第8 8 位，是世界上1 3 个最贫水的国家之一。然而人类生存与发展对环 境的作用主要是通过对自然资源的开发利用这一中介环节来传递的，而利用方式是否合 理、利用效率的高低都具有关键意义。因此，改变。3 传统水资源旧i 丌发、利用的粗放形 式，加强水文地质研究，对水资源展开全面详细的调查，建立科学的模式对水资源进行 评价，在此基础上，对水资源进行合理的开发和利用，将对我国社会经济发展的各个方 面产生极其深远的影响。 近年来，地下水“”州超采已造成严重后果，地陷、漏斗区等问题已逐步引起人们重 视。地下水资源| 丌采应注意保护和限制，因此，有效保护利用水资源“加 “显得尤为重 要。河北省位于暖温带、半湿润气候区，多年平均降水量仅5 4 0 m m 左右，且时空分布不 均。该省水资源先天不足，且每年还负担着向京、津两市供水的任务，使水资源更显紧 缺。据河北省水文水资源勘测局估算，全省现状条件下水资源量只有1 2 5 亿m 3 河北省 现有人h 6 7 3 7 万。耕地6 2 6 0 7 h m z ( 2 0 0 2 年统计) ，人均水资源量1 8 6 m 3 ，亩均水资源量 1 3 3 m 3 ，从人均和亩均水资源量来看，仅为全国平均数的i 9 。而水资源短缺和水污染问 题更加严重，由于区域气候因素的影响以及社会发展对水资源的需求越来越多，造成地 表、地下水水质严重恶化。随着人口增长、经济发展和城市化进程的加快，社会对水资 源的需求量不断增长，对水的质量要求也越来越高。由于工农业迅速发展，人类活动影 响加剧所致。山区人类活动主要包括水利工程的建设、小流域的综合治理及地下水的开 采等，这些活动改变了流域的自然形态，增强了流域调蓄能力，改变了产、汇流规律， 使流域入渗损失量及陆面的蒸散发量加大，从而导致地表产水量的减少。平原区人类活 动主要是大规模超量开采地下水。造成地下水埋深持续增大，土壤包气带逐年增厚，入 渗损失增加。另外由于种植结构和耕作方式的改变，相应地加大了流域蒸散发量，从而 华北水利水电学院倾i j 研究生学位论文 导致地表产水量的减少。 因此，我们开发一套进行水资源评价信息系统，集水资源信息管理、评价于一体的 人工智能型等功能的软件系统是势在必得的，对于水资源管理信息化和自动化也是非常 有意义的。 1 2 水资源特点及研究现状 1 2 1 水资源特点 水资源系统是指一定区域内可为人类利用的各种形态的水体所构成的统一体。一股 的系统定义为：“一个系统是任何一种结构，设置，规划或程序，实际的或者抽象的， 在一个给定的时间范围内，由一个因果的或激励的物质，能量或信息的输入和一个物质， 能量或信息的输出，影响或响应构成。系统这个词是“混乱”的反义词，它意味着为实 现某个目标而建立起来的秩序、组织、体系、制度和方法等。由于系统有广泛的含义， 在所有的产业领域里，甚至是政治、经济领域里也得到广泛的应用。但从系统工程的观 点来说，系统是由若干个相互区别，又相互联系和相互作用的元素组成，且处于一定的 环境中为实现同一目标而存在的统一整体。系统包括两个部分：一个是系统本身：一个 是系统所处的环境。而系统本身又由三个部分组成，即输入、系统的主体和输出。 一般意义上的系统可以从不同的方面加以区分：若一个系统的历史和未来完全由某 一时刻的状态所确定，则称之为确定性系统。水文系统是地球大气圈环境内又相互作用 和相互依赖的若干个水文要素组成的具有水文循环功能的整体。水文系统包括三个部 分，即降雨( 输入) 、径流( 输出) 、和系统的状况。水资源系统是自然系统和人造系统 相结合的复杂系统。从动力条件的角度看来，水资源系统中包括自然动力作用和人类活 动作用，水资源系统按其存在形式又可分为大气水子系统，地表水子系统和地下水子系 统。目前重点研究的是地表水的动力学特征，对一个流域来说，应将综合考虑大气水、 地表水和地下水三个子系统的动力学特征，以及在各种自然动力作用下各子系统的动力 学特征和人类活动作用下各子系统的动力学特征。通过探索水资源系统的动力学特征， 揭示水资源系统的动力学行为和演化规律，完善和改进对水资源系统内在特征的定量描 述和仿真，提高对水资源系统要素的预报精度，同时为水资源的的优化配置、水资源的 统一管理、水资源的可持续发展奠定理论基础。 水资源作为可供人类利用的自然资源主要具有下列特性： ( 1 ) 总量的有限性 2 华北水利水电学院硕上研究生学位论文 全球水的总体积为1 3 8 6 亿矿，淡水只占2 7 ，但以目前的技术水平，人类可以开 采利用的水资源仅为全球水资源总量的0 7 8 。 ( 2 ) 循环再生性 水循环的s p a c 系统是一个庞大而复杂的天然系统，大气中的水量通过降雨到达地 表，然后通过蒸发回到大气中，或者通过入渗补给地下水，然后经过人类开采与地下径 流等形式进入地表或汇入江河，完成水分循环。在这个循环的过程中，水资源本身有一 定的自净作用，循环与自净共同实现了水资源的再生性，但是由于水分循环与水的自净 都有一定的周期，所以其再生性是有条件的，那就是人类必需合理开发利用，否则就会 使得水资源系统受到破坏。 ( 3 ) 分布的差异性 由于降雨是地表和地下水资源主要的补给来源，而降雨又受到地形地貌、地理位置 以及气象条件等因素的影响，其时间和空间的分布特征都非常复杂，这从一方面决定了 水资源的时空上的差异性，另外一个方面，由于下垫面条件的不同对水资源的储存和散 失的影响能力又有很大的差异，也造成水资源在空间上分布的差异性。 1 2 2 水资源研究现状 随着人类社会的不断发展，在利用水资源的过程中，对水资源的认识也不断深入， 并对水资源进行着由简单到复杂的评价活动。最初的水资源评价，主要是对水文资料系 统化，即对水文观测资料进行系统的整理，然后针对不同的区域，给出水质水量等方面 的储存、分布以及变化情况等。随着经济的发展，对这些方面不断进行强化。联合国教 科文组织( u n e s c o ) 和世界气象组织( w h o ) 将“水资源评价”定义为：对水的源头、数量、 范围及其可依赖程度以及水的质量等方面的确定。这一评价定义将水资源的社会属性较 为充分地体现出来，也使得水资源评价更能服务于生产实践。 从二十世纪六十年代以来，随着工业化程度的提高，对水资源的利用程度也越来越 高，水资源的分配和利用问题越来越突出，世界各国对深入开展水资源评价工作更加重 视。美国于1 9 6 5 年通过了水资源规划法案，成立了水资源理事会，开展了全国水资源评 价工作。1 9 6 8 年完成了国家第一次水资源评价，主要进行了全国的水资源分区，并讨论 了缺水问题，按照需水增长与国民经济增长和人口增加同步的原则进行了分析预测，并 进行了2 0 2 0 年的需水预测。到了上一个世纪7 0 年代，发现预测的结果与后来的实际情况 有相差较大，不能再指导当时的水资源开发和利用，1 9 7 8 年继续完成了第二次水资源评 价工作，评价对水资源的关键问题( 如地下水超采、洪水灾害等) 进行了专项研究，在这 华北水利水电学院顾i 研究生学位论文 一次水资源评价的过程，将环境问题提到了相当的高度，其中心内容是强调节水和水的 循环利用，其中特别强调了制造工业的循环用水政策，以减少污染废水的排放，以便将 水资源污染问题减小到最小程度，同时也提出了很多的关于河道水资源利用限量的估算 方法，这也是目前研究生态需水的早期雏形。 目前对水资源的评价工作主要是与可持续发展相结合对区域或全球的水资源进行 评价。我国第一次水资源评价工作是1 9 8 0 年开始的，主要分析了水文要素的时空变化， 对地表水资料、地下水资料、水资源总量和水质进行了评价，到1 9 8 7 年完成了中国水 资源评价，由于在过去的2 0 多年中我国的水资源状况发生了很大变化，因此于2 0 0 0 年开始第二次水资源评价工作。 我国的第一次水资源评价的结果对指导当时的水资源开发利用起到了很大的作用， 但是随着近年来水资源的开发利用，出现了很多新问题，特别是水资源污染和过渡的开 发利用，地下水超采造成地下水位下降，使得农业早情加重、建筑物破损，造成了较大 损失。地表水环境污染，不断对地表水资d y i 的利用造成很大的困难，同时由于污水的 入渗，在一些地区也造成了浅层地下水受到污染，使得部分人畜出现饮水困难等，诸如 此类的问题同益增加，对我国的经济可持续发展造成很大影响，因此有必要重新进行水 资源评价，我国已经丌始的新一轮水资源评价即将结束，但在评价方法上还要进行新的 探索。 水资源数量评价包括评价区内水气量、降水量、蒸发量、地表水和地下水资源量及 水资源总量等，其中地表水资源是与人类生存最为密切得水资源。地表水资源数量是指 河流、湖泊、冰川等地表水体中由当地降水形成的、可以逐年更新的动态水量，通常可 以用天然河川径流量表示，单站径流资料统计分析是地表水资源量评价的基础。对于一 个流域来说，河川径流量就是全流域潜在的可利用的地表水资源，所以通常以多年平均 年径流量作为地表水资源量来进行评价。 我国的水资源量评价工作始于1 9 7 3 年7 月，并于1 9 7 6 年1 1 月j 下式刊印了海滦河流 域年径流分析报告，作为我国最初的水资源数量评价成果。1 9 7 9 年8 月，水利部成立 了专门办公室，以组织协调和推动全国水资源调查、评价和水利区划上作，并于1 9 8 0 年3 月初向全国水利系统布置了工作任务，采用1 9 5 6 1 9 7 9 年的资料系列进行水资源数量 的评价工作，予1 9 8 1 年底汇总了全国成果，并编制出版了中国水资源初步评价，这 标志着我国的水资源评价上作正式全面展开。在前期工作的基础上，水利部水文局先后 于1 9 8 1 年、1 9 8 2 年组织编写了地表水资源调查和统计分析技术细则、地下水资源 4 华北水利水电学院硕士研究生学位论文 调查评价工作技术细则，为我国的水资源进一步评价提供了基本的评价方法和依据。 随后在1 9 8 3 年1 0 月至1 9 8 5 年4 月期问，进行了全国地表水资源和地下水资源状况进行了 汇总，并在此基础上，编制出版了中国水资源评价，上述两本著作，以论文集的形 式涵盖了全国各地针对自己的实际情况所使用的水资源评价方法和具休结论。这些成果 综合在一起可以简单地认为是第一次全国水资源评价，这一次水资源评价结果全面系统 的描述了我国水资源数量、分布及特征，为国民经济宏观决策、工农业合理布局、水资 源开发利用与保护提供了科学依据。 1 3g i s 在水资源评价中的应用 1 3 1g i s 在水资源评价中的现状 地理信息系统“卅“”( g i s ) 作为一个科技术语最早出现在1 9 6 3 年，由加拿大测绘 学家r e t o m l i n s o n 首先提出，并建立了世界上第一个地理信息系统加拿大地理信 息系统( c g s ) ，之后，地理信息系统经历了四个发展阶段，并相应的出现了一些具有 代表性的g i s m l 软件，诸如a r c i n f o 、i g d s m r s 、m a p i n f o 等。开发领域已涉及 到各个方面，主要有：城市规划系统、电力配网系统、地籍管理系统、遥感图像分析系 统、g p s 卫星定位系统和军事指挥系统等。 地理信息系统是计算机科学与地理信息学相结合的产物，其研究的主要内容就是如 何对空间信息和与之相关的属性信息进行采集、存储、分析和管理。因此，地理信息系 统中空间数据模型和数据结构的设计是g i s 研究至关重要的一环。 在g i s 数据模型和数据结构设计方面，最早的g i s 软件( 2 0 世纪7 0 年代) 是将图形 数据和非图形数据的处理和存储完全分开进行的。但g i s 的发展表明：图形数据和非 图形数据的处理和存储将由分丌逐渐走向联合。面对整个地球空间的万事力物，对图形 数据和非图形数据进行统一管理，才能使其有效利用，更有助于系统的建立和运行。它 通常用来作为地表水或地下水数据集成的工具。集成既包括同一个数据库的不同数据层 之间的集成，也包括不同的数据库之间的集成。对各种有关地表水或地下水数据的集成 是对流域水资源和水环境实施综合管理所必须的。 我国的g i s 研究工作是从8 0 年代开始的，起步较晚。但随着国家的重视、有关方 面的资助和专业技术人员投入的加大，经过“七五”“八五”十余年的研制与开发，g i s 得到蓬勃发展，相继建立了一批全国、省市和区域的数据库和大型应用系统，如全国 1 ：1 0 0 万基础数据地理数据库、重大自然灾害监测与评估系统等，解决了一系列技术方 华北水利水l 乜学院硕i 。研究生学位论文 法和应用实际问题，积累了较为丰富的经验，并出现了一些相对比较成熟的软件系统， 如中国地质大学的m a p g i s 、武汉测绘科技大学的g e o g i s 、中国科学院遥感所的s i m s 及g r a m s ，北京大学的c i t y g i s 等。 l3 2 基于g i s 的水资源信息评价系统的未来趋势 尽管g i s 技术在水文水资源领“”叫”1 域被广泛应用，但目前还存在许多问题，如： 水文水资源变化过程具有明显的时空动态特征，因此要求g i s 具有三维和四维空间分析 和显示功能，但传统g i s 在表示复杂的地理要素、真三维空间模型、时空模型及综合空 间分析方法等方面还存在许多缺憾；再有g i s 与水文水资源模拟模型的集成技术仍需要 深入研究等等。g i s 的应用促进了水文水资源领域的发展；反过来，水文水资源领域对 g i s 的需求又促进了g i s 的发展，同时也应认识到水文水资源、地理信息系统是不断发 展的概念，随着技术的进步和社会需求的变化，其含义也会发生相应的变化。随着“数 字地球”、“数字中国”、“数字水利”的提出和工程水利向资源水利，传统水利向现 代水利、可持续发展水利的转变，水利信息化是必由之路，因此g i s 技术与水文水资源 紧密结合的应用前景将非常远大。 1 4 研究内容和采用路线 本次研究的课题是以g i s 为平台，建立水资源评价信息管理系统软件。 本文研究内容为水资源评价“卅啤1 及利用v b 与组件g i s 产品a r c o b j e c t s 及k r c g i s e n g i n e 开发信息管理系统软件汹卜，以期实现迁安市的区域水资源信息化管理，为此， 以g i s 为平台，建立区域水资源信息数据库，利用g i s 的空白j 数据管理、空间数据分析、 时域数据分析，以及可视化技术，集成本子题的数据库和模型库，使本软件具有更强的 实用性。 g i s 是一种在计算机硬件和软件支持下，基于系统工程和信息科学的理论，进行管 理和综合分析具有空问分布性质的地理数据的系统”h 删( 与流域产汇流有关的地理数 据主要有地面高程和反映土壤、植被、地质、水文地质特性的参数等) 其中以数字高程 模型( d e m ) 最为有用，因d e m 不仅表达了地面高程的空自j 分布，而且据此可以自动生 成流域水系和分水线、自动提取地形坡度和其它地貌参数。 根据迁安市的水资源评价研究的总体目标、时空尺度与制定的指标体系，并根据所 采用软件的特点，构建图形库、属性库和模型库。空间数据库与属性数据库的连接是通 过增加相同的m 码，将数据库中的表与a r c i n f o r 。”中的p a t 和c a t 文件连接起来 6 华北水利水屯学院硕士研究生学位论文 采用v b 加a r c o b j e c t s 蜘枷( a o ) 、a r c g i se n g i n e 组件式软件工具开发水资源评价信 息系统。技术路线如图1 1 所示。 图i - 1 技术路线图 f i g l - 1 t e c h n i c a ll i n es c h e m a t i c 7 华北水利水电学院硕士研究生学位论文 2 水资源评价信息系统设计 水资源评价信息系统总体结构设计思想是：在对国内外水资源管理系统丌发应用现 状和未来发展趋势的综合分析基础上，采用高起点的系统集成技术，以专业模型、g i s 、 多媒体等新技术为支撑，设计具有一定通用性、可扩展的、开放式的，便于在不同地区、 不同流域应用的水资源评价信息管理“”叫州的计算机应用系统软件体系结构。 2 1 评价信息系统开发方法概述 2 1 1 生命周期法 生命周期法瞄町叫剐也称瀑布法、线形顺序模型等，是指在开发过程从一个阶段的输 出流向下一阶段的线形的、顺序的方法。整个软件开发过程要经历三个时期五个阶段， 三个时期为规划时期、丌发时期和运行时期，其中，规划时期包含系统的定义和可行性 研究，开发时期包含系统分析、系统设计、详细设计，编码和部分测试，运行时期包含 系统维护。五个阶段分别为：可行性研究、系统分析、系统设计、系统实施及系统运行 维护与评价。 2 1 2 原型法 原型法是一种由模型驱动的丌发模式，动员用户共同参与软件研制的全过程，同时 允许丌发者和用户不断地进行交互与修改原型系统，以适应系统发展的变化与需要，并 使原型逐步逼近所要求的目标，从而以较小的代价、较快的速度生成满足用户需求和目 标系统性能进行审定的系统模型或示例。当用户只定义了系统的一般性目标，不能给出 详细的输人、输出、反馈等需求时，可以先建立系统的一个初级版本提供给用户试用， 经用户反馈，进行改进成第二代、第三代版本，直到系统最终完成。至此，或者以最后 的原型为基础，修改完善成为实际生产运行的系统；或者舍原型重新丌发新的系统。原 型法最主要的特点是不排斥传统生命周期法中采用的大量行之有效的方法、工具，它是 与传统方法互为补充的方法慵”叫。 2 1 3 系统开发方法选择 相比较前者后者最大优点在于它能够很快完成可操作原型并提供给用户，这样用户 会变得更积极主动，容易及时发现问题并判断是否满足需求；其不足表现为两方面：第 一，为了使系统尽快地运行起来，系统开发初期往往考虑的不周全，经常采取一些折中 的方案，有可能使原型不能成为最终软件产品的一部分，只是一个示例而已；第二，原 8 华北水利水电学院硕上研究生学位论文 型法需要大量完备而实用的软件工具的支持，即原型法对工具和环境的依赖性较高。 通过对系统开发的生命周期法与原型法两种方法的论述，可以得出这样的结论，即 两者各有其优缺点。生命周期瀑布式设计方法开发者较易掌握，但是设计上产生语义断 层和不易适应需求变化，即开发者在开发过程中必须对用户需求作精确的定义，然而， 用户在系统未定义之前，不能精确地提出完整的需求。因而对开发者来说满足这一要求 有一定的难度，同时软件的维护也相当困难，软件的生命周期也大大降低。原型法是对 瀑布式设计方法的直接改进，将需求定义变成在指定模型驱动下逐步精确的动态过程， 对适应需求变化和软件的维护都十分有益，但是缺乏形式化的工具，开发过程中的随意 性很大，软件的升级和维护对开发者的依赖性很强。因此，取生命周期瀑布法与原型法 之长，将两者结合使用进行系统的开发。 在用生命周期法开发系统时，将原型法单独用于某个或某几个工作阶段中，例如在 规划时期中，可作为可行性分析的辅助手段。系统设计中，用户界面的质量直接关系到 最终系统的整体质量，因此，对其中的关键模块的界面通过原型法进行试用、分析和改 进，以取得用户的认可和满意。另一方面在用原型法丌发系统时，均利用生命周期法中 的成熟技术和工具，如数据流图、数据流程图等。 2 2 总体设计原则和目标 2 2 1 设计原则 ( 1 ) 易于应用和推广：本系统6 ”嘲是面向水资源管理和研究部门的系统，因此该系 统应是一个能被用户接受的实用评价信息管理数掘库系统。该系统与目i ；i 各种流行软件 具有相同的共性，即是由窗只、菜单、对话框、工具栏构成了其使用环境的基本要素。 友好的菜单界面提示、方便的查询功能为用户的使用带来了极大的方便，也为实现它的 普及与推广打下了良好的基础。 ( 2 ) 可扩充性移植性好：充分考虑到将来向高一级系统过渡的可行性，各类数据采 用d b m s 模式进行管理，只需修改数据库中的数据，而不用修改原程序，因而具有很好的 移植性。 ( 3 ) 易操作性：系统界而操作简单、直观、方便，用户界面友好，运行稳定，有利 于用户的学习与使用。 2 2 2 设计总体目标 系统目标指的是系统经过数据输入、处理和分析后，系统的建立者期望该系统所能 9 华北水利水也学院硕上研究生学位论文 解决的主要问题。 对于河北省迁安市水资源评价信息管理系统而言，要求系统必须具有内容丰富的空 间数据库和属性数据库以及能够处理空间数据和属性数据的模型库。空间信息的更新采 用有关的图件或遥感技术，而属性数据的获取主要采用远程访问技术。因此，本系统应 是空间数据、属性数据与分析模型藕合构成的综合体。实现对流域或地区水资源信息( 包 括地表水、地下水、大气降水、水量等) 的动态监测、数据采集、实时传输、信息存储 管理，应用g i s 技术，以电子地图为背景的查询和在线分析处理等功能；将先进、实用 的水量分析模型和人工智能技术无缝集成到系统中，实现对水资源的远程控制和智能管 理，并支持水资源冗常管理办公自动化”。依据河北省迁安市水资源开发管理现状以及 未来社会发展的需要，本系统确定了以下几个设计目标： ( 1 ) 能存储和处理水利部门所有的资料，以便查询。 ( 2 ) 经分析后能提供必需的空间信息，为今后水利工程布局提供基础数据。 ( 3 ) 为决策机构提供丰富的社会经济信息，为水资源的调配提供依据。 ( 4 ) 对水资源开发利用现状及存在的主要问题以及未来需求量进行评估或预测。 ( 5 ) 能对水资源的开发潜力进行分析计算，为合理开发水资源提供决策依据。 2 3 系统分析 2 3 1 系统分析设计 设计一个合理、全面的水资源评价信息系统，使之成为具有实用性和生命力的管理 系统，需对以往由人工来完成的水资源管理工作任务的认真分析，查阅了国内外有关的 研究成果，广泛地征求了专家和生产单位用户的意见，结合自己在实际工作中所遇到的 一些问题，进行系统设计。将本系统分为三个主要的模块：数据处理模块、图形处理模 块和分析计算模块。 2 3 2 系统结构 系统的组成包括硬件系统、软件系统、数据库和用户四部分内容。由于水资源评价 信息管理系统需要存储和分析大量的空问数据侧、属性数据和分析模型，因此，对计算 机系统硬件要求较高，此外还配备扫描仪、绘图仪和喷墨打印机等输入输出设备。图形 分析处理软件选a r c g i s9 ，数据库管理软件采用v b 。微机版本的a r c g i s9 是目前最 好的空间分析软件，可以完成各种空间数据的分析任务嘲，是本系统的核心软件。v b 6 0 是一种应用较好的编程软件呻卜嘲，可以方便地进行数据管理以及数学模型模拟等功能， 华北水利水电学院硕l ：研究生学位论文 它的数据库存储格式具有良好的兼容性，与a r e g i s9 等地理信息系统软件保持了良好 的接口，只要将数据文件与地理信息系统软件处理下的项目数据文件建立关联，就可以 很方便地进行项目的一些属性数据的修改、查询。数据库是以一定的组织方式存储在一 起的相互关联的数据集合，能以最佳的方式、最小的重复为多种需要服务，只有在数据 库支持下，才能充分发挥水资源g i s 的空间分析、数据处理、专题制图等诸多功能。用 户系统是进行系统组织、管理、维护、数据更新、系统扩充、应用程序开发与系统应用 的重要组成因素。 2 4g i s 的二次开发嘲旧1 概述 g i s 的二次开发有3 种实现方式：第一种：独立开发；第二种：单纯二次开发；第三 种：集成二次开发。而目前集成二次丌发成为了主流，目前主要有两种方式，本系统采 用的是g i s 组件的方式进行编写程序。 组件式g i s 是指在g i st 具软件本身之外提供的用来进行二次开发额外的组件。目 前这样的组件有两种形式，一种是由可以实现制图与g i s 功能的a c t i v e x 控件集和对象 库构成的组件式g i s 脚卜。 另一种形式的组件式g i s 是向用户提供一个c o m 组件库盯0 1 和一个a c t i v ex 控件集， 用户可以利用这些组件丌发出各种g i s 功能，并在此基础上构建一个g i s 应用系统。这 种形式更为底层，由于组件库相当复杂，所以丌发较前者复杂、难度大，当然功能也强大 得多，a r c g i s9 的a r c o b j e c t s 是这种组件式g i s 的代表。 a r c g i s 是开放的地理信息处理平台。具有强大的地理数据管理、编辑、显示、分析 等功能。a r c o b j e c t s 是a r c g l s 桌面系统a r c l n f o 的功能核心，并且完全c 0 m 化，a r c m a p 、 a r c c a t a l o g 和a r c s c e n e 这三个应用程序都是由a r c o b j e c t s 搭建起来的，可见，功能之 强大。对于需要进行结构定制和功能扩展以及独立程序开发的高级应用来说a r c o b j e c t s 具有非常大的吸引力。 ( 1 ) a r c o b j e c t s 及其结构关系 a r c o b j e e t s 是a r c g i s 的桌面软件的开发平台，由1 0 0 0 多个组件、几百个具有良好 文档说明的接e l 、几千个方法所组成。从a r c o b j e c t s 开发帮助中我们可以把a r c o b j e c t s 划分为3 da n a l y s te x t e n s i o n ，a p p l i c a t i o nf r a m e w o r k ，a r c c a t a l o g ，a r c m a p ，a r c m a p e d i t o r ，d i s p l a y ，g e o c o d i n g ，g e o d a t a b a s e 。g e o m e t r y ，i m s ，n e t w o r k ，o u t p u t ，r a s t e r ， s p a t i a lr e f e r e n c e ，s t r e e t m a pu s a e x t e n s i o n 等子系统” a r c o b j e c t s 组件库的每一个组件中定义有不同的类，类下面定义了不同接口，接口 n 华北水利水电学院硕i j 研究生学位论文 中包含不同的属性和方法。a r c o b j e c t s 组件库的所有类可以分成三种“”：抽象类 ( a b s t r a c t c l a s s ) 、普通类( c l a s s ) 和组件类( c o c l a s s ) 。抽象类的主要目的是为它的子 类定义公共接口，一个抽象类将把它的部分或全部实现延迟到子类中，一个抽象类不能 被实例化；普通类对象虽然不能直接创建，但它可以可以作为其它类的一个属性或者从 其它类的实例化来创建；一个组件类对象可以被直接创建。 a r c o b j e c t s 中的d a t a s e t 或g e o m e t r y c l a s s e s 是抽象类的示例，一个g e o m e t r y 类型 对象不能被创建，但是一个p o l y l i n e ( 组件类c o c l a s s ) 可以被创建。这个p o l y l i n e 类与 g e o m e t r y 类是继承关系，因此在基类对象中被定义的接口可以从c o c l a s s 来访问。 ( 2 ) a r e g i se n g i n e a r c g i s9 除了把空间处理和3 d 可视化方面在原有版本上进行了扩展之外，同时推 出了a r c g i s 家族中两个最新的基于a r c o b j e c t s 的产品：面向开发的嵌入式a r c g i s e n g i n e 和面向企业用户的以“集中式管理、网络为核心、基于服务器”为特点的a r c g i s s e r v e r ，他们将支持包括u n i x 和l i n u x 在内的跨平台的解决方案1 。 a r c g i se n g i n e 基于a r c o b j e c t s 构建，由一组核心a r c o b j e c t s 包和一些g i s 可视化 组件( m a p c o n t r o l 、p a g e l a y o u t 、t o o l b a r c o n t r o l 、r e a d e r c o n t r o l 、t a b l eo fc o n t e n t s ) 组成 1 ，是对a r c g i s8 3 中a r c o b j e e t s 的重新封装和集成，提供开发者建立自定g i s 及地 图制作的应用程式。所有的a r c g i s9 应用程式都能在a r c g i se n g i n e 的架构下执行行。 任何以a r c g l s 为基础建立及部署的g i s 解泱方案，也都可以在a r e g i se n g i n e 中找到 所需的工具。使用a r c g i se n g i n e ，开发者可以动态地图制作及g i s 能力新增至现有应 用程式、或建立他们自己的独特制图程式。a r e g i se n g i n e 提供所有在a r c g i s 应用程 式之外的a r c g i s 功能，是一组界定良好的跨平台、跨语言物件。 a r c g i se n g i n e 由一套软体开发工具和执行时间( m n t i m e ) 组成，这些是在a r c g i s e n g i n e 上执行应用程式畴不可或缺的元件。a r c g i se n g i n e 开发者套件监不是e n d u s c r 产品，而是提供给应用程式开发者( a p p l i c a t i o nd e v e l o p e r ) 的标准工具组件。配合a r c g i s e n g i n e 产品使用的a r c o b j e o s 软体元件适用于各种平台，蓝且可以从各种程式编写界 面引用，如n e t ，j a v a ，一般物件模型( c o m ) ，及c + + 。 a m g i s e n g i n e 主要可提供如下功能： 1 ) 标准g i s 架构：a r c g i se n g