基于黑龍江省水利普查數據應用平臺的數據資源池及應用

張 晗，司振江

(黑龍江大學 水利電力學院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 數據資源

1.1 基礎地理信息數據

涵蓋了黑龍江省行政區劃、交通路網、流域水系水、水利工程設施、灌區工程、水利行業單位以及水文站點等空間數據。這些數據既可以通過地圖形式進行可視化展示，也可以通過屬性表展示相關數據。數據比例尺為1∶10 000。顯示比例尺為(1∶8 000 000)～(1∶2000)。

1.2 遙感影像數據

利用原有遙感影像數據，加載到三維場景，將DEM數據、流域水系數據、水利工程設施、水利行業單位、水文站點、交通路網等數據相疊加，實現對黑龍江省地面狀態的真實反應。數據精度為2.5 m。

1.3 DEM數據

通過將DEM數據與3D圖像進行疊加，得到地表的全省地面數字高程模型數據。數據精度為25 m。

1.4 水利普查數據

以黑龍江省所有行業和所有要素類的地理信息數據為基礎，以屬性數據的形式呈現出來。水利普查數據主要包括了以下8大類：河湖基本情況、水利工程基本情況、經濟社會用水、河湖開發治理保護情況、水土保持情況、水利行業能力建設情況、灌區專項、地下水取水井專項等，共有547.5萬個普查對象[1]。

1.5 三維數據模型

利用多旋翼無人機航拍獲取典型水庫工程的三維數據。構建三維模型，修復水面，與庫區范圍內的0.5 m精度影像數據、20 m精度DEM數據融合處理，數據融入平臺三維場景中。數據精度：模型規格為A類，建筑精度0.02 m，坐標精度0.02 m。

1.6 元數據

即中介數據、中繼數據，作為描述水利普查數據的數據，存儲于數據庫中。

2 數據資源池設計規則

數據資源池是整個系統的核心，其設計對于系統的高效、穩定運行具有重要的意義。一個良好的數據庫設計可以提高系統的性能、穩定性和可維護性，降低開發和維護的成本，并且使系統能夠更好地適應未來的業務變化和發展。

在數據庫設計過程中，需要考慮到數據的結構、關系、約束以及數據的存儲和訪問方式等因素[2]。通過對數據的合理組織和規劃，可以優化系統的查詢速度、數據存儲和數據處理能力，從而提高系統的實際運行效率。

2.1 規范命名

所有的庫名、表名、域名必須遵循水利部的規范說明，并進行必要說明，以方便設計、維護、查詢。

2.2 并發控制

并發控制是設計中非常重要的一環，它確保了在同一時間只有一個用戶對數據庫的某個表擁有寫入權限，而其他用戶只能進行讀取操作。這種控制方式可以有效地避免數據沖突和數據不一致的情況發生，從而確保數據的一致性和完整性。

2.3 全面準確

確保所涉及的數據庫具有盡可能全面的內容，并且字段的類型和長度能夠精確地反映業務處理的需求。此外，數據庫的設計還應該能夠滿足當前和未來的業務需求，以確保數據的準確性和完整性。

2.4 關系一致

準確描述“一對一”“一對多”“多對多”等不同數據表之間的聯系，并與業務數據的實際情況保持一致。同時，考慮是否使用各種強制關系，以及規定維持這些關系的多種方式，例如強制存在、強制一對一等。

2.5 松散耦合

各子系統之間采用了松散耦合的原理，避免了過多的級聯和嵌套，有效地解決了多個子系統之間的相互影響。子系統間的關系可以通過“重新輸入”“查詢”和“程序填充”三種方法進行連接，相關字段采用冗余存儲。

2.6 適度冗余

在進行數據庫設計時，要盡可能地減少冗余，并保留一定程度的冗余。

2.7 高頻分離

平臺自主將高頻使用的數據從主表中分離或冗余存儲，可以顯著提升系統運行性能。這種優化方法可以減少對主表的訪問次數，從而降低主表的負載，提高系統響應速度。例如，在對受限信息進行檢測等場景中，平臺可以將這些高頻使用的數據存儲在緩存中，以便快速訪問和查詢。這種做法不僅可以提高系統的運行效率，還可以減少對數據庫的訪問次數，從而降低系統的負載和資源消耗。

2.8 數據庫的一致性和完整性

優化數據庫各表單及其表間關聯的設計，在確保數據庫一致性、完整性的同時，簡化數據庫操作。合理平衡系統可靠性和運行速度之間的關系。

3 數據資源池構建與管理

3.1 數據入池過程

數據資源池為多種空間數據格式的兼容操作提供了全面的支持，主要包括ArcGIS、SuperMap和MapInfo等空間數據格式。這些格式涵蓋了地理信息系統領域中廣泛使用的數據格式，使得系統能夠在不同的數據源之間進行轉換和處理。

空間數據的內容主要包括點數據集、線數據集、面數據集、文本數據集、符合數據集、網絡數據集和屬性數據集等。這些數據集代表了地理信息系統中各種不同類型的空間信息，包括地形、建筑物、道路、水系、土地利用等。

系統提供了方便快捷的數據錄入、編輯、存儲、備份、顯示查看等基本的空間數據操作功能。這些操作功能使得用戶可以輕松地進行數據的輸入、修改、更新和管理，確保了數據的準確性和完整性。同時，系統還提供了數據轉換工具，可以將其他格式的數據轉換為系統所支持的格式，進一步擴展了系統的兼容性。

3.2 數據庫管理與性能優化

3.2.1 數據庫管理

對數據資源進行集中式管理，全自動備份數據，無須人工干預；在系統出現異常情況時，時刻自動恢復、自動備份的數據；當數據發生更改時，需要將原始數據存入歷史數據庫中，這樣才能方便地對數據進行跟蹤和查詢。

3.2.2 數據庫系統優化

減少平臺數據輸入輸出頻次，降低數據吞吐量，保證系統平臺讀取數據效率，將常用修改的水利數據存儲于Oracle數據庫中，不常修改的數據以瓦片形式存儲。將空間數據與普查業務數據索引關聯，其物理上的排放次序和索引次序完全一致，可很快查找定位。數據查詢中的指標高級查詢降低使用表關聯，避免三個以上的表關聯，必要時將查詢分成多步來執行，提升數據查詢效率。應用系統優化數據的一致性、完整性以及容錯等基本功能，避免長時間占用資源，引起死鎖；系統運行一段時間后，刪除廢棄數據，保持良好性能。

3.2.3 空間數據訪問優化

采用多級空間索引機制，對平臺涉及空間數據采用按行政分區、多級比例尺地圖、分幅索引等多級進行索引，實現地圖顯示的平滑過渡和逐步載入。如二維矢量數據、遙感影像數據、DEM地形地貌數據等，采用影像金字塔、隔行掃描策略、空間多分辨率編碼，實現優化數據顯示效率。

4 數據資源池的應用

水利普查數據應用平臺數據資源池融合了水利普查中各類業務數據、遙感影像數據、DEM數字高程模型以及無人機傾斜攝影數據[3]。該平臺的應用可以貫穿水利行業的各個方面，包括規劃設計、工程建設與管理和咨詢決策等。

在規劃設計環節，該平臺所提供的數據可用于制定更為科學合理的水利規劃方案，為水利資源的合理配置和高效利用提供有力的數據支持。同時，這些數據還可以與其他領域的數據進行融合，為城市規劃、生態環境保護等領域提供支持。例如，將水利普查數據與氣象數據、生態環境監測數據進行融合，可以用于生態環境保護和氣候變化研究等領域；將水利普查數據與城市規劃數據進行融合，可以用于城市水資源管理和城市規劃等領域。

在工程建設與管理方面，該平臺提供的數據可以用于水利工程的設計、施工和管理工作中。例如，利用遙感影像數據和無人機傾斜攝影數據可以生成三維地形模型，輔助設計人員進行更為精準的設計；利用GIS技術可以實現水利工程的選址、布局和優化設計等。

在咨詢決策方面，該平臺提供的數據可以為決策者提供科學依據。例如，利用水利普查數據可以對水資源進行科學評估和調配，為水資源管理和保護提供依據；同時，這些數據還可以用于水文氣象預報、防洪抗旱等工作。

5 結 語

水利普查數據應用平臺數據資源池的建立和應用為水利行業的數字化轉型提供了強有力的支持。該平臺實現了水利普查數據的集中式管理和自動化處理，提高了數據的質量和精度，為水利行業的各個領域提供了科學依據和決策支持。

未來，隨著技術的不斷發展和應用需求的不斷提高，水利普查數據應用平臺數據資源池還有很大的提升空間。例如，可以進一步優化數據處理算法和技術，提高數據處理的速度和精度；可以進一步完善數據安全保障機制，加強數據的安全性和保密性；可以進一步拓展該平臺的兼容性和擴展性，為更多領域的應用提供支持。