基于GIS水文地質信息系統的研究

劉惠德 吳 濤 劉海新

[摘要]以GIS技術為平臺,以空間數據庫為基礎,系統的分析水文地質信息系統的設計原則,重點分析系統的結構及基本的功能。并以C#.NET作為開發語言,以ArcSDE9.2為空間數據庫引擎,以ArcGIS9.2 ArcObjects為開發平臺進行系統的開發設計,通過對水文地質信息系統的研究將進一步推動GIS在水文地質工作中的應用。

[關鍵詞]GIS水文地質信息系統C#

中圖分類號:TP7文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1210089-01

一、前言

水文地質學研究地下水在周圍環境(巖石圈、大氣圈、生物圈)以及人類活動影響下,數量和質量在空間上的變化規律,并運用這一規律有效地利用地下水和調節控制地下水以興利弊害[1]。地下水的水位變化和水質變化直接影響到居民生活用水,及建筑設施的穩定性。因此,實時動態的監測地下水的變化成為工作中的重點。水文地質信息的獲取主要靠鉆孔來獲得,所獲得的信息通常以文字的形式、圖表的形式和卡片的形式存儲起來,而未被充分利用。這樣不僅占用了大量的空間來存放,而且為以后的資料查詢和更新帶來困難。

地理信息系統(Geographic Information System,簡稱GIS)作為信息科學與空間科學的交叉性學科,以計算機軟件、硬件為平臺,以數據庫為基礎,支持空間數據的采集、存儲、管理、檢索、分析和輸出,為以后的工程規劃和工程施工提供了決策支持[2]。GIS技術具有強大的空間數據管理和屬性數據管理,被應用到各種領域,并得到了快速的發展,但在水文地質上的應用發展緩慢。GIS技術可以使水文地質數據的管理更加科學化、規范化和系統化,實現了空間數據和屬性數據的統一管理。地下水環境的復雜性使得一般的GIS軟件不能滿足水文地質專業分析與應用的需求[3]。因此,開發基于GIS的水文地質空間分析模型已經成為水文地質工作的重要任務。

基于水文地質的實際應用,開發水文地質空間管理系統,構建水文地質空間數據庫,建立水文地質的數據模擬模型、分析模型,更加形象和直觀的表達出地下水的狀態變化,為地下水的分析和評價提供決策。

二、系統的設計與開發

(一)系統的設計原則

“水文地質空間信息系統”結構復雜且數據量大,根據系統的結構特點并結合實際工作的要求,確定系統的總體設計應遵循以下原則:

1.實用性:系統能夠滿足用戶的應用需求,易于管理和維護,提高工作效率。

2.先進性:盡可能采用先進的技術、方法、設備等,提高系統的技術水平。

3.安全可靠性:作為一個大規模的、關鍵性信息系統應用,安全可靠性至關重要。

4.開放與共享性:系統具有良好的開放性,可以支持符合國際標準和業界標準的相關接口,實現系統的兼容與互通。同時可以將已有的各種格式轉換為目前的數據格式,保護已存在的資源。

5.可擴展性和靈活性:在計算機技術日益成熟和完善的今天,任何一個系統都不是孤立存在的。在設計和規劃系統之初,應從宏觀、全局、長遠的觀點來統籌考慮。同時注重系統結構的完整性與技術的標準化,易于進行大范圍推廣。

(二)系統的設計方法

信息系統的開發方法很多,常用的比較典型的開發方法有:結構化生命周期法(SDLC)、快速原型法(PROTOTYPE)、面向對象的開發方法(OO)及計算機輔助軟件工程(CASE)[4]。將采用面向對象的方法對系統進行開發,結合GIS本身的特點,系統的開發實施包括系統的可行性研究、現系統調查、系統分析、系統設計、系統實施和維護與評價等。具體的開發設計流程如圖1所示。

圖1系統的設計流程

(三)系統的開發平臺與工具

系統主要采用以下開發平臺和工具:

1.數據庫平臺采用Oracle;

2.系統中有大量的圖形數據,故采用ArcSDE9.2空間數據庫引擎將圖形數據存儲在Oracle中;

3.采用C# +ArcGIS9.2 ArcObjects開發地質圖形編輯系統;

4.采用C#.NET作為開發語言。

三、系統結構與功能

(一)系統的結構

水文地質信息系統是以GIS技術為支持,以水文地質空間數據庫為基礎實現對水文地質空間信息的采集、存儲、管理、更新、合成、查詢、分析與評價、可視化表達等功能的空間信息系統。系統的結構包括圖形管理、數據庫管理、空間分析和決策與評價四個大系統和與其相應的子系統。系統結構與功能如圖2所示。

圖2系統結構與功能

(二)系統功能分析

1.圖形管理功能。系統具備的圖形管理功能,主要包括圖形的輸入、輸出、查看(放大、縮小、漫游)及圖層的刪除等基本功能,還具備制作專題圖的專業功能,如插入文字說明、圖例、指北針及地圖方格網等,并且可以進行邊界線、陰影及圖形邊框的設置。由于圖形的格式多種,因此,系統支持不同圖形數據格式的轉換,同時兼容多種圖形數據文件,如Arcview SHP文件,ArcInfo Coverage文件,CAD文件等。

2.數據庫管理功能。數據庫是數據存儲與管理的最高層次。水文地質數據庫區域內一定水文地質及其相關特征以一定的方式組織存儲起來的相關空間數據的集合。系統數據庫的管理功能主要包括水文地質圖、地形圖的管理和屬性數據的管理。屬性數據的管理主要包括空間數據的賦值和描述等。數據庫的管理功能將實現空間數據與屬性數據的鏈接,使得空間數據更加直觀易懂。

3.空間分析功能?？臻g分析功能是GIS的一個重要應用領域,它主要功能是研究各地理要素之間的空間關系,它是GIS區別其他的系統的一個重要標志。它的主要操作包括緩沖區分析、疊加分析、拓撲分析和網絡分析[5]。

4.水文地質決策與評價功能。系統包含了空間統計模型、地下水量計算與評價模型、地下水流數值模擬模型、水質與地質生態環境綜合評價與分析模型等四大類模型。通過這四種模型來模擬地下水的運動及水質的變化,從而為更合理的開發利用水資源和工程建設提供輔助決策支持。

四、結束語

GIS作為一門科學和技術,并且能更直觀的和詳細的顯示空間信息,為水文地質學的發展帶來帶來新的動力。系統在很大程度上改善了水文地質數據的管理,但在地層的三維顯示和虛擬環境模擬方面有待于以后的深入學習和研究。

參考文獻:

[1]劉兆昌、李廣賀、朱琨,供水水文地質[M].北京:中國建筑工業出版社,1998.

[2]陳述彭、魯學軍、周成虎,地理信息系統導論[M].北京:科學出版社,2000.

[3]孔金玲、王文科、楊澤院、麥柳研,基于GIS的水文地質空間信息系統研究與應用[J].地理與地理信息科學,2005,21(4):41-43.

[4]張海藩,軟件工程導論[M].北京:清華大學出版社,1998.

[5]戚文云、劉惠德、郭向坤,基于GIS的礦山水文地質信息管理系統的研究[J].礦業快報,2007.3(3):45-47.