澤城水庫三維地理信息系統開發研究

(山西省澤城西安水電有限公司，山西 太原 030000)

澤城水庫三維地理信息系統開發研究

許王峰

(山西省澤城西安水電有限公司，山西 太原 030000)

澤城水庫，水域面積寬闊，周邊地理環境復雜，來水、降水時空不均，各種信息采集點多、量大，水庫調度及全方位信息管理較為困難。本文研究了地理信息系統開發管理的相關技術，以期提高水庫管理工作效率和數據精度，為水庫運行信息化建設提供參考。

澤城水庫；GIS信息系統；開發研究

1 引 言

澤城水庫位處清漳河干流，承擔著樞紐防洪、發電及為下游各梯級水電站進行調峰的任務，管理職責任重道遠。如何有效利用水庫庫容，實現水庫效益和安全的最大化成為亟待解決的問題。水庫地理信息管理支持系統的開發為科學合理的調度運行提供了一個可以依賴的手段，對水庫運行更具有現實的應用意義。

2 研究方法

本文立足于水庫現狀、實際管理水平及人員素質，采用開發和應用相互嵌套的技術路線。即以澤城水庫三維地理信息決策支持系統建設為載體，探索和研究水庫地理信息管理支持系統開發的相關技術。基于ArcGIS 9.2地理信息管理系統，充分利用水庫數據庫系統以及專門的水庫管理知識、理論，研發出和水庫實際管理相匹配的性能及組成架構，以提高水庫管理的現代化水平。

3 研究內容

a. 水庫地理信息管理圖庫的創建。其圖庫內容包括水庫基本特征、水庫水環境、水庫主要建筑物、水庫上游控制物圖庫及相關屬性數據庫。

b. 地理信息管理平臺建立。 根據水庫管理支持和現代化管理要求，開發信息管理平臺，主要內容包括基礎信息和地理位置數據的鏈接、更新與管理；與水庫管理支持相關信息的統一管理；與數據庫系統的對接和關聯；開發專用管理支持功能等。

c. 水庫來水-泄水的三維動態地理模型的研究。根據水庫運行調度的特點，建立水庫來水-泄水的三維地理模型，為合理科學地制定水庫運行調度管理制度服務。

4 技術路線

a. 地理信息資源的收集和科學考察。信息資源的收集包括河道自然屬性、水庫建筑物、水庫控制流域等現狀調查與分析；科學考察國內外水庫信息管理支持系統的圖形結構、管理模式、開發水平和相關信息采集手段與技術等。

b. 圖形結構和信息管理、開發方案的確定。根據水庫信息資源和國內外先進技術，構建水庫的信息圖庫類型、結構和管理功能。

c. 水庫地理信息系統管理圖庫的創建。以ArcGIS 9.2地理信息系統為應用基礎及切入點，分序分層關聯圖塊屬性。

d. 管理子模塊的開發。根據水庫地理信息管理系統的分階段開發內容和方案，利用專業知識、理論，基于地理信息平臺，開發專用的水庫管理支持模塊。

e. 對上述研究成果進行有機整合和集成，提出澤城水庫三維地理信息管理決策支持系統的研究成果。

技術路線示意圖如圖1所示。

圖1 技術路線示意圖

5 水庫地理信息系統的構建

5.1 系統總體設計方案及功能目標

通過建立一個與水庫管理相關的數據庫和管理平臺，將水庫信息、工程情況等信息進行整合，以此為基礎提供各種數據的對比、分析、統計及計算，從而為決策提供依據。工程目標：根據軟件工程方法對基礎軟件進行有效開發，設計出一個功能較強、易于操作且界面友好的實用性GIS系統，來實現信息管理的自動化及信息管理的全部業務職能，并使系統安全可靠。

5.2 系統設計基本原則

a. 全局性和整體性。在統籌全局的基礎上，考慮各項需求變化，將系統統一為一個有機連接的整體。

b. 先進性和成熟性。系統能夠適應未來技術發展和需求的變化，具有一定的前瞻性及社會適應性。

c. 可擴展性和開放性。系統應具有良好的接口和方便的開發工具，輸入、輸出方面具有較強的兼容性，能在不同數據及不同規約下，進行可靠的轉換。

d. 可靠性。采集數據精準可靠，具有很強的容錯能力和糾偏能力。

e. 科學性和規范性。適應行業信息管理的需求，遵循國家、行業及地方的規范要求。

f. 經濟性和可操作性。適應水庫實際，具有很好的人機交接能力和水平。

g. 專業性。利用信息管理的專業思想，將各項信息進行歸類、匯總、融合，滿足專業化的需求。

5.3 系統技術流程

根據系統目標和系統設計原則，按照GIS的開發要求，在系統規范化、標準化的前提下，采用系統工程設計方法制定技術流程。系統技術流程如2所示。

圖2 系統技術流程

5.4 系統結構構建

該項目通過對地理空間數據的調查分析，將地理信息系統從邏輯上設計為三層結構，即數據層、中間層和服務層。各層之間的技術框架如圖3所示。

圖3 系統邏輯結構簡

5.5 系統模塊設計

根據系統目標設計及功能需求，細化為以下幾個模塊：

a. 信息采集模塊。包括實時信息的各種技術級別指標。要綜合考慮各種類型信息的到達、頻率的分布，包括周期、非周期及零星信息，信息類型及延遲的代價計算等。

b. 基礎數據庫模塊。主要內容涵蓋空間特征和屬性特征兩個平行數據模塊，以及由此相關聯的基礎影像資料部分。

c. 數據信息管理模塊。模塊內容主要包括：數據庫的管理和更新；數據信息的存儲和備份；信息檢索和查詢；數據統計和專業圖形的制作；地理空間數據分析等。

d. 可視化操作模塊。根據管理工作的現狀，定制用戶操作模塊，根據不同用戶的使用需求，設置其對應的用戶操作權限；依托地理信息數據庫，設置其對應的操作菜單。

5.6 系統開發環境

a. 軟件環境。操作系統：Windows XP或Windows Vista等；軟件平臺：Visual Basic 6.0與ArcGIS 9.2的集成開發環境；數據庫軟件：Microsoft Access；開發語言：ArcGIS提供的VBA編程語言。

b. 軟件開發工具。采用ArcGIS桌面產品，包括ArcCatalog、ArcMap、ArcGlobe、ArcToolbox和ModelBuilder。

c. 軟件的二次開發。采用專業的GIS工具軟件，如ArcGIS、MapInfo等，結合通用軟件如Delphi、Visual Basic、PowerBuilder等為開發平臺，進行聯合研發。

5.7 空間數據格式及圖例模板

空間數據格式與圖式圖例模板，應在適用于信息系統開發的基礎上滿足數字制圖的要求。包括以下幾方面內容：?地理底圖簡化模式；?專業圖件的編圖要求；?圖形數據分層構成；?數字制圖圖式圖例；?圖形數據存儲格式。

5.8 管理屬性數據庫設計

數據庫設計是系統設計的核心，數據庫模型包括所有所需的數據資料和數據模型、拓撲結構、數據優先順序、源數據以及一些可能影響系統整體設計的問題。根據所選軟件系統的特點，設計水庫管理系統的數據分層、界面、圖形、屬性管理等內容。根據水庫工程管理的需求，劃分為以下內容： 水庫基本信息表、流域基本信息表、擋水建筑物信息表、溢洪道信息表、導流泄洪洞信息表、發電引水洞信息表、水電站信息表、工程管理站信息表、輸電線路信息表、機電設備信息表、水庫水位與水質信息表、工程淹沒信息表。

5.9 三維地理信息系統的構建

a. 創建等高線。

b. 創建地形的TIN專題。

c. 創建3D場景。通過數字高程模型，通過對點、線、面賦予特殊的屬性、高程值，使地形更加直觀化、形象化。

d. 疊加分析。

6 數字管理信息系統的實現

6.1 系統框架

水庫信息設計的范圍廣、信息量大、來源渠道復雜，因此建立一個方便的數字信息管理系統，實現對實時信息的及時、準確、全面了解是非常必要的。該系統基于這一需求，在對系統分析與用戶調查的基礎上，開發了滿足用戶實用需求的業務化信息管理系統。系統具體功能設計如圖4所示。

圖4 數字信息管理系統

6.2 圖層管理

含基本信息管理和水庫管理兩個圖層。

6.3 三維展示功能

利用ArcGIS軟件中的三維可視化及其擴展模塊的動態場景，創建動態的三維模型和交互式地圖，從而更好地實現地理數據的可視化和分析處理。

6.4 泄洪分析功能

主要作用是通過分析來水過程、水庫的泄洪能力，以及與水流的演進模擬模型相結合，分析水庫在給定來水過程中，模擬水庫的設計泄洪過程。

6.5 系統部分功能展示界面

啟動界面展示如圖5所示。

圖5 啟動界面

三維功能展示如圖6所示。

泄洪能力分析展示如圖7所示。

圖6 三維功能展示

圖7 泄洪能力分析

7 主要成果及存在問題

a. 主要成果。通過研究系統結構、信息數據庫設計、系統界面編制、專用程序調試等幾個大的環節，三維水庫地理信息管理系統初見雛形，并取得幾個方面的主要成果：?構建了地理信息管理圖庫，各屬性數據之間形成了有效聯結；?構建了數字信息管理平臺，通過管理系統，可實現對信息的查詢、統計、分析、存儲和輸出，為管理部門決策提供了技術支撐；?構建了水庫泄洪能力模型，以數模及圖模相結合的手段展示了水庫的泄洪過程；?建立了分級用戶信息管理模式。

a. 存在問題。包括：?項目提出的水庫地理信息管理系統，只是對管理涉及方方面面的大系統的初步探索，需要在后續管理和實踐中不斷修正、檢驗、補充和完善；?限于資金、時間等因素，系統對用水調度、防洪安全等方面研究較少，可以在以后的研究中加以補充。

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Studyonthedevelopmentof3DgeographicinformationsystemofZechengReservoir

XU Wangfeng

(ShanxiZechengXi’anHydropowerCo.,Ltd.,Taiyuan030000,China)

Zecheng Reservoir is characterized by wide water area, complex surrounding geographical environment, uneven water flowing and precipitation in time and space, many information collection site and large amount, and it is difficult to dispatch the reservoir and manage information comprehensively. In the paper, the reservoir management working efficiency and data accuracy can be improved through studying related technique of development management information system of GIS, thereby providing reference for reservoir operation information construction.

Zecheng Reservoir; GIS information system; development research

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.011.022

T62

B

1005-4774(2017)011-0087-04