都江堰灌区基于GIS的水资源管理信息系统.doc

都江堰灌区基于GIS的水资源管理信息系统王世容1 周新志2（ 1 四川省都江堰管理局，2 四川大学电子信息学院智能控制研究所）摘 要：本文通过对都江堰灌区信息化建设现状和进程的深入分析，站在实现灌区水资源优化配置和科学管理的高度，构建都江堰灌区基于地理信息系统（GIS）平台的水资源管理信息系统。文中叙述了系统的体系结构、功能目标和设计方案，特别对空间信息数据库的设计、灌区不同数据平台的数据整合、以及GIS应用系统的实现方案作了较为详尽的介绍。该系统已经完成了第一阶段的开发和设计，实现了GIS平台下的水资源信息查询、调水方案模拟和多种可视化管理功能。关键词：水资源；GIS；信息系统中图分类号：P208；X3211 引言为了合理开发利用水资源，全国水利发展第十个五年计划和2010年规划把构造水资源信息系统列为规划中的五大信息系统重点工程。随着计算机网络应用技术、无人水文监测技术，GIS遥感技术、面向对象等技术的应用和普及，从技术角度分析，目前建立稳定可靠的水资源信息系统的条件已经成熟。目前都江堰管理局已建成水情自动测报系统、闸门控制系统、视频监控系统，初步实现了水文数据自动采集和传输、水质监测分析、闸门监视控制等功能。但灌溉用水管理和调度仍以经验管理为主，管理手段比较原始和粗放，不能完全满足防洪、来水预测，难以协调解决用水矛盾、环境保护和灌区进一步发展的需要。地理信息系统(GIS)是20世纪60年代开始发展、现已日趋成熟的空间信息处理技术。它利用计算机建立地理数据库，将地理环境的各种要素，包括它们的地理空间分布状况和所具有的属性数据，进行数字存储，建立有效的数据管理系统。通过对所有要素的综合分析，方便快速地获取信息，并能以图形、数字和多媒体等方式来表示结果。本文从实现出发，对都江堰灌区水资源信息系统在GIS平台上进行了功能设计。在此基础上，采用了现有的ArcGIS系列软件、数据库等技术，完成了第一阶段开发，为合理开发利用灌区水资源，促进区域社会稳定、保障社会经济可持续发展提供了重要决策依据。2 基于GIS的水资源管理信息系统设计2.1 体系结构整个系统由统一的数据获取平台、GIS数据库平台以及GIS应用平台三大部分组成，如图1。系统的核心是GIS数据平台。它是整个信息系统的枢纽，决定了系统的质量。一方面它是数据获取的存放地，另一方面它是所有应用系统的基础。在这个层面上，它需要实现空间数据和属性数据的无缝整合，实现数据的标准化。另外还要实现与数据获取的接口和对应用系统的接口。从信息流向的角度来说，GIS数据平台包括信息输入端和信息输出端。信息输入端是统一的数据获取平台，包括：都管局以及各处现有数据库、现场采集点的数据、手工录入数据、3S数据、气象数据、防洪数据等。信息输出端是应用系统，是各种信息的具体应用和表现，以如下两种方式来表达：（1） 一种是C/S结构，以管理和维护为主的客户端，信息流向是交互式为主，提供多种信息接口。（2） 另一种是B/S结构，它是轻量级的客户端，不需要在客户机上安装任何软件，以浏览为主。信息流向为非对称结构，从数据平台输出的数据量较大，输入数据平台的数据量较小。GIS功能平台(数据查询、空间分析、图形表达等基本功能) 空间数据库与属性数据库无缝 连接的整合数据库平台 空间数据库GIS数据标准化、规范化（元数据、数据词典的建立）GIS平台GIS平台GIS应用层可 扩展接口功能接 口水质子系统土壤子系统气象子系统RS子系统GPS子系统水情调度子系统防洪信息子系统WEB应用层基于WEB的B/S方式的GIS浏览、日常的数据管理基于C/S方式的GIS浏览、系统管理、数据库管理和各种核心管理都管局现有数据库都管局现有数据库3S数据等 各处中心站实时数据各处分中心站实时数据实时水情数据实时防洪数据各处所有采集点实时数据都江堰全灌区空间地理数据 都管局各采集点数据其它手工录入数据气象数据等统一的数据采集平台图1 系统结构体系示意图2.2 功能目标设计完成都江堰管理局及其下属各管理处信息系统的数据整合，完成各处入库数据、互传数据的标准化和规范化。建立全都江堰灌区基础空间数据（地理信息）和属性数据（水情、汛情等信息）库。建立稳定的、标准化的、扩展性强的都江堰GIS系统平台。建立实用的GIS应用平台，完成强大的GIS维护管理应用程序和WebGIS的访问界面。在GIS应用平台上实现基本的GIS功能并实现水情可视化和汛情可视化。2.3 数据库设计数据库设计是信息系统建设的关键。水资源数据库是极其复杂的。首先，水资源数据是多维的。例如，对于每一个水情监测数据，它都有个时间戳，记录了数据采集的时间。同时每个数据还有个地理戳，记录了数据采集的具体位置。这样时间维、空间维和各个主题域(水情状况)一起构成了水情多维数据。其次，水资源监测原始数据在采样时间上精确到了分钟(采样时间、采样时分)，在取样位置上又精确到了测点(测站、断面、测线、测点)，因此数据量是极其庞大的。为了方便更好地查询和分析数据，需要对原始监测数据进行综合。总体上看来，在水资源信息系统中，涉及到的数据可以分为两大类：空间数据和属性数据。2.3.1 空间数据库空间数据库包括两大类；一类是基础地理数据库，包括都江堰灌区边界图、行政区划图、水系图(河流、渠道、水库)、居民地分布图、地形、交通等等，这一类数据主要是作为背景显示；另一类是水资源专题图层，这一类包括水情监测站点分布图等、水资源功能区划图等。2.3.2 属性数据库属性数据库主要是相对空间数据库而言的，它一般可以用二维表的形式存储数据。水资源信息系统中涉及到的属性数据包括： 灌区社会经济数据； 水情监测站点基本信息； 监测断面信息；水情、汛情统计数据等。3 系统实现在软件选型方面，GIS开发软件采用美国ESRI公司（Environmental Systems Research Institute Inc）的ArcGIS系列，它由三大部分组成：(1)ArcGIS桌面软件，一个一体化的高级GIS应用。(2)ArcSDE通路，一个用数据库管理系统(RDBMS)管理空间数据库的接口。(3)ArcIMS软件，基于Internet的分布式数据和服务的GIS。数据库管理系统(DBMS)选用当前最为流行的大型数据库系统之一的ORACLE9I。整个系统采用三层模型C/A/S（客户端/应用服务端/数据服务端）方式，操作系统选用windows Server2000。基于GIS的信息分析平台的建设，采用全灌区1：25万基础电子地图，1：1万水系图、全灌区1：5万、局部1：2000DEM图。目前，系统已经完成了第一阶段的开发和设计，实现了GIS平台下的水资源信息查询、调水方案模拟和多种可视化管理功能。4 结语结合GIS开发都江堰灌区水资源管理信息系统，可实现图形和属性数据的双向查询，对水资源数据进行科学管理，在此基础上做出评价。通过本系统，都江堰管理局决策人员可快速掌握灌区内的各种信息，使水资源管理达到系统化、科学化，促进灌区水资源的有效开发和可持续利用。应当指出，要想利用GIS建立完善的水资源管理系统，还要进一步进行水资源系统模拟和辅助决策支持方面的研究。尽管GIS本身并不提供任何系统模拟分析和辅助决策支持功能，但利用其动态数据维护能力，结合专业性的模拟分析工具，可以为管理局提供一个实时的水资源辅助分析系统，管理局可以独立地根据情况的变化和新的数据调整决策方案，