洪水風險圖信息可視化管理系統(tǒng)設計

劉 昊

(遼寧省觀音閣水庫管理局有限責任公司，遼寧 本溪 117000)

隨著科技的快速發(fā)展，洪水本身的規(guī)律性研究，信息采集與傳送，洪水的正確預測和計算以及調度方法的科學優(yōu)化均已有一些有效的方法和手段[1]。然而，在制定防洪規(guī)劃和調度方案時，決策者不容易全面了解該地區(qū)洪水災害風險的空間分布和實時變化。對問題的理解常常處于經驗判斷和估計階段，這對當前的洪水管理決策是非常不利的。利用最先進，最安全的信息技術軟件和硬件工具，積極收集各種基本信息，構建洪水風險圖信息管理系統(tǒng)是一種趨勢。本研究采用面向對象的開發(fā)環(huán)境Visual Studio.NET，以C#為編程語言，Office Access作為數(shù)據(jù)庫和支持工具，并結合ESRI ArcEngine平臺，將基本信息管理，洪水風險圖顯示和洪水風險圖應用的各種功能集成為一體，形成洪水風險圖信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有足夠的信息量，快速查詢，友好界面和更新靈活性，以此供領導者和決策者使用。

1 系統(tǒng)總體結構設計

1.1 系統(tǒng)組成結構設計

該系統(tǒng)基于全面的數(shù)據(jù)庫和模型庫。綜合數(shù)據(jù)庫主要包括河流信息數(shù)據(jù)、流域地形數(shù)據(jù)、水利工程數(shù)據(jù)、城市地形數(shù)據(jù)和城市管網(wǎng)信息。模型庫使用洪水淹沒計算模型來模擬不同邊界條件下的洪水演變和洪水。根據(jù)需要，系統(tǒng)分為電子地圖顯示，河流風險地圖顯示和城市風險地圖顯示。系統(tǒng)結構見圖1。

圖1 城市洪水風險圖信息管理系統(tǒng)結構

1.2 系統(tǒng)功能流程設計

系統(tǒng)的功能可以分為三類：(1)電子地圖的顯示，包括地圖瀏覽操作，屬性數(shù)據(jù)查詢和操作，以及空間數(shù)據(jù)的查詢和操作。地圖瀏覽操作主要基于沈陽市的地圖和圖像，并進行簡單的縮放、擴大、平移等地圖漫游功能。屬性數(shù)據(jù)查詢和操作，包括基本信息查詢和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。根據(jù)沈陽市和渾河流域的基礎信息數(shù)據(jù)，對信息進行查詢、顯示和更新，并對一些具體特征進行統(tǒng)計分析。空間數(shù)據(jù)的查詢和操作部分由電子地圖顯示完成。水系統(tǒng)和地形等空間數(shù)據(jù)以圖形形式顯示。(2)河道洪水淹沒的計算與論證，利用水動力模型計算洪水淹沒過程，并以二維形式給出結果，為防洪決策提供依據(jù)。(3)城市內澇計算與演示，計算不同降雨量下的城市蓄水過程，并在兩個維度上直觀地表示。如圖2所示，為系統(tǒng)的功能流程圖，分為三個部分：用戶操作界面，服務圖層和數(shù)據(jù)層。用戶通過操作頁面選擇所需的功能，并將輸入條件傳遞給數(shù)據(jù)服務層。預先設計的邏輯處理程序從數(shù)據(jù)庫中讀取所需數(shù)據(jù)在功能層處理，并在處理結束后在接口上顯示結果。

2 系統(tǒng)開發(fā)應用平臺設計

2.1 系統(tǒng)開發(fā)方案設計

系統(tǒng)采用改進的C/S結構。本次改進的C/S結構特點是能夠充分利用客戶端PC的處理能力。許多任務可以在客戶端PC處理后轉交給服務器，其相應的優(yōu)點是客戶端反應迅速。該系統(tǒng)利用由微軟開發(fā)的c#技術進行洪水風險信息化管理系統(tǒng)的開發(fā)與設計，服務平臺，發(fā)揮最大的服務功能。

圖2 洪水風險信息管理系統(tǒng)設計功能結構

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的選擇

該系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)庫管理軟件是Office Access 2007。該軟件訪問系統(tǒng)是微軟發(fā)布的一個具有關聯(lián)模式的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。它結合了微軟噴射式數(shù)據(jù)引擎和圖形用戶界面的兩個特點。它是微軟辦公功能的一項，具有操作簡單、使用方便、相關軟件集成價格低廉的特點。該系統(tǒng)中大量的風險圖數(shù)據(jù)采用文件存儲的方法，對數(shù)據(jù)庫中的存儲路徑等信息進行管理。因此，訪問數(shù)據(jù)庫對系統(tǒng)來說是足夠的。此外，由于該系統(tǒng)涉及地理信息數(shù)據(jù)庫，所以使用了ArcSDE(GIS數(shù)據(jù)庫管理軟件)。ArcSDE是一個介于ArcGIS和關聯(lián)數(shù)據(jù)庫之間的GIS渠道。能夠將用戶對數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中涉及的地理信息數(shù)據(jù)進行管理、查詢及使用，性能高、數(shù)據(jù)量大、更新功能強大以及支持ArcGIS數(shù)據(jù)、DBMS等優(yōu)點。通過ArcSDE可以對多個用戶進行訪問、操作、查詢、管理和分析，具有綜合功能。

3 可視化技術實現(xiàn)

3.1 信息可視化技術

信息可視化是采用計算機圖形和圖像等相關技術，將基礎數(shù)據(jù)轉變?yōu)槟軌蛟诠芾砥脚_上顯示的圖形、圖像或文字等方法手段。包括的技術領域主要有圖形學、圖像處理方法、人機交換技術、視覺設計等方面。通過信息化技術，將其應用到洪水風險圖設計中，發(fā)揮實時操作功能，為決策者提供更大的方便與需求。洪水風險圖信息可視化的實現(xiàn)可以從二維可視化分析和三維可視化等兩個方面展示信息內容。從資料收集、數(shù)據(jù)儲備為基礎，采用可視化技術，建立數(shù)據(jù)庫，對各項指標、要素進行綜合評估，最后得出結果與應用效果，具體過程見圖3。

3.2 可視化模塊實現(xiàn)方案選取

GIS的開發(fā)和推廣為洪水風險圖的制作提供了可視化的方法和途徑，開發(fā)是基于ArcEngine的洪水擴散可視化系統(tǒng)。為用戶提供更直觀的數(shù)據(jù)和信息展示，為制定防洪戰(zhàn)略布局提供有效的技術指導與操作方法。利用GIS、數(shù)據(jù)庫、信息化組件、操作軟件等，搭建信息化平臺，實現(xiàn)多功能、多維度的洪水演進信息可視化，提高用戶的信息管理效率，更直觀、更有效地分析和應用洪水數(shù)據(jù)。

圖3 洪水風險圖信息可視化流程

4 信息化管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

該系統(tǒng)是在微軟的環(huán)境下開發(fā)和實現(xiàn)的，與c#語言結合的 arcgis的ArcEngine組件庫。洪水風險圖信息化管理系統(tǒng)顯示的主要內容包括地理位置信息、平面信息、空間維度信息、數(shù)據(jù)分析信息等信息可視化內容的展示。通過以ActiveX基礎的二維控制模塊，將其指標、信息集要素等內容集成至信息管理系統(tǒng)之中，實現(xiàn)其功能。系統(tǒng)的顯示界面見圖4。

圖4 洪水風險圖信息可視化管理平臺

從顯示區(qū)可以看出，首先顯示的是城市地理信息，并在顯示圖的基礎上提供高清圖像、街道信息、道路信息、行政邊界、河流信息和關鍵點位置數(shù)據(jù)。通過控制按鈕下的地圖操作菜單，窗口中顯示的電子地圖可以放大、縮小、平移、在整個區(qū)域顯示、地理信息查詢、測量、定位、打印、數(shù)據(jù)加載和顯示設置。在風險圖菜單下，演示和控制了洪水和城市降雨的傳播過程。選定河道的洪水演變或城市暴雨洪水的演變，將相應的控制面板彈出，并在選擇洪水頻率或降雨后加載頻率的數(shù)據(jù)，可以用來在電子地圖上顯示洪水情況。此外，還建立了洪水擴散過程的動態(tài)顯示、典型位置和縱斷面對應的水位曲線顯示以及用戶手工輸入頻率值的插值計算結果。在操作面板左側，給出了主要實現(xiàn)地圖顯示范圍變化和橫截面圖顯示的操作功能。為了給出更直觀地洪水位置和范圍，該系統(tǒng)提供了衛(wèi)星照片顯示功能。

5 結語

本研究利用.NET技術，采用Access數(shù)據(jù)庫開發(fā)了信息充分、界面友好、使用方便、查詢快速的城市防洪風險信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)包括電子地圖顯示及操作，基礎信息查詢，數(shù)據(jù)輸出、風險圖顯示等部分，是一個綜合性的信息管理系統(tǒng)。主要實現(xiàn)了區(qū)域內基本信息的快速查詢，區(qū)域電子地圖的顯示，洪水風險圖的查詢、洪水淹沒過程的動態(tài)模擬。能夠為有關部門研究洪水災害特征，區(qū)域內防洪系統(tǒng)的防洪能力，以及洪水的演進過程等提供依據(jù)和決策支持。