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【摘要】针对研究区数据量大,内容广泛,格式复杂的特点,利用MapObjects为平台,SQL Server 2000 为后台数据库,Visual Basic为汇编语言,开发建立了黑龙江省鸡东县水资源信息管理系统。该系统实现了数据采集与输入、数据及图形处理、数据库管理、空间分析、计算评价及辅助决策、水资源计算和水质评价及多媒体视频播放等多种功能,为水资源管理过程中实时获取信息和分析提供了有效的工作平台和可靠的技术支持。
【关键词】水资源 信息管理系统 数据库 GIS 设计 开发
【中图分类号】F323.213 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08(b)-0176-03
為对鸡东县地区基础地质、水文、水文地质研究、水资源、生态环境等基础信息和研究成果进行科学的管理和分析,建立一个高性能的数据库平台,使其具有数据存储、查询、分析、辅助决策的功能,并且具有系统性、实用性、完备性、标准性、可靠性以及可扩充性,为水资源管理提供了可靠的技术支持[1-5]。
1 系统的总体设计
1.1 系统的设计原则
针对研究区数据量大,内容广泛,格式复杂的特点,利用MapObjects为平台,SQL Server 2000为后台数据库,开发了黑龙江省鸡东县水资源信息管理系统。系统的设计原则为:(1)系统性:各个功能模块有机地结合为统一的整体,方便各种数据的相互传输;(2)实用性:系统数据组织更为灵活,满足本专业各层次的需要;(3)完备性:系统各项功能尽量齐全;(4)标准性:系统设计符合信息管理系统的基本要求和标准,数据类型、编码及图式符号符合国家标准及行业规范[9];(5)兼容性:系统数据具有可交换性,能与不同数据库实现数据共享;(6)可靠性:系统运行安全可靠完整;(7)可扩充性:系统采用模块化结构设计,便于修改、扩充,系统能不断的完善。
1.2系统结构设计
系统包括基础信息、图形编辑、水资源管理、系统维护、系统服务五个子系统(图1)。
1.3 数据库结构设计
水资源数据具有信息量大、多分辩率、多比例尺、时间跨度大等特点,水资源数据库主要包括:图形数据库、属性数据库、多媒体数据库、模型库、方法库、知识库和元数据库(图2)。数据库设计采用ER(Entity－Relation,实体联系)方法,综合分析各数据实体的关系,抽象出数据关系的概念模型并将概念模型转换为物理模型,在此基础上修改物理模型。
(1)图形数据库
图形数据包括矢量数据和栅格数据[8]。矢量数据包括村落、水系、交通、水利工程水环境、水资源以及开发利用等内容。主要是ArcGIS格式(*.shp)。栅格数据包括电子地图和遥感数据两部分。
(2)属性数据库
属性数据在系统中用关系数据库统一管理,数据以表格的形式进行存储,空间地物及其属性通过唯一的标识码相互连接[6][7]。属性数据包括:
①水资源利用现状、研究区经济情况等基础数据;②蒸发量、降水量、其他气象要素等气象数据;③主要河流水位、水质动态等监测数据;④地下水水位埋深、地下水水质、钻孔情况、动态观测井基本情况等数据;⑤水库、灌区、水源地、引提水工程水利工程数据等;五类。
(3)多媒体数据库
多媒体数据独立存储,进行统一压缩并建立数据索引。多媒体数据主要包括音频数据、视频数据和图片。
(4)知识库
知识库存放各种知识规则,包括国家法规、行业标准及鸡东县的地理位置等知识。
(5)元数据库
元数据内容主要包括对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据生产历史等的说明;对数据质量的描述,如源数据的比例尺、地图投影量纲的转换;对数据转换方式的描述及对数据库的更新、集成方法等的说明。系统中元数据主要有矢量图层的投影方式、坐标系统,数据生产方法,数据字典,知识库元数据等。
3 系统特色
3.1 易操作
系统用户界面具有与Windows应用程序一致的风格,丰富的帮助信息、快捷键、各种对话框、及状态提示栏等的使用,使系统适用于工程技术人员或水资源管理。
3.2 专业性强
系统主要是进行水资源的基本信息管理,图件的绘制及处理,水资源量的计算,水质评价等;具有明显的专业性,主要是为水资源管理机构服务,提供专业性的图件,报表和数据。
3.3 有较强的报表处理功能
系统报表打印不但可以进行页面设置、选择纸张、打印机设置等基础功能,而且可以实现诸如数据查找、数据保存、报表导出等特殊功能。数据查找指在打印预览时可以在查找栏中输入关键字,然后报表自动显示有关键字的内容;数据保存是指用户可以在打印预览页面下将数据保存在计算机上;报表导出是指用户可以将打印预览中所显示的数据以Excel、PDF、HTML、CSV、文本文件、图像文件导出。
3.4 成果视频播放功能
系统与地下水模拟系统(GMS)进行有机的嵌套、耦合,将水流数值模拟各种方案结果视频(.AVI)加载播放,用户可以清晰的看到研究区水位在一段时间的变化情况。
3.5 系统的容错能力强,安全性强对用户进行分级授权
4 系统的功能
4.1 数据库管理
对表中数据的修改、拷贝、删除、合并、添加、SQL查询、数据统计、数据安全控制以及报表打印等功能;
4.2 空间分析功能
利用拓扑包含分析、位图分析、叠置分析、缓冲区分析及网格分析等方法对矢量数据进行空间分析。
4.3 图形处理
包括地图的缩放、漫游、分层显示[3]、对各种图形数据的检索、编辑、转换和维护,对几何数据与非几何数据的连接、双向检索、查询和修改,新图件的功能,并实现了图形的输出。如图3中显示的是研究区的乡、水系、灌区、湖、乡镇、以及水质采样点等图层的叠加效果。工具栏下方的左侧副窗体中显示图层的图例,右侧主窗体中显示编辑的图像,主窗体的右边是属性窗体,点工具栏按钮,然后点击要查看的水样点,属性窗体中显示了采样点的大地坐标位置采样点的编号,以及采样点的各指标的含量。同时在地图提示上打勾,选择采样点图层,并且选择需要提示的内容,将鼠标放到要查看的采样点上方不动,会出现白色的数字提示水样的该项指标,如图3为该水样点的PH值。
4.4 水资源量计算和水质评价
资源量计算包括参数计算和地下水资源量计。水质评价包括地表水和地下水水质评价,分别运用了综合模糊评价法和综合评价法。如图4是水资源管理子系统中水环境管理中的地下水水质评价模块部分,采用综合评价法对水质进行评价。公式在窗体的左侧,水质分析成果分别填入窗体右侧相应栏中,点击查看,每个指标后面给出该水样的评分值,并且提醒用户共填写了十四个指标。点击F平均值和F值按钮,系统将依据综合评价法的公式自动算出F平均值和F值,确定水质类型。此外还提供了地下水质量分类指标表,可自行查看。
4.5 计算评价及成果视频播放功能
利用三维可视化地下水流模拟软件GMS建立本区地下水含水系统结构模型,模拟地下水流场的运动变化,并将系统同GMS进行耦合计算评价地下水资源量,同时加载模拟结果生成的视频,对水位流场变化进行时评播放。
4.6 系统维护与系统服务功能
系统对用户授予不同的权限。超级用户可以对基础数据进行添加、修改、删除,还可以添加或删除用户及对用户的授权。而普通用户只能在系统中查询信息,不能修改或删除系统中的数据。系统服务是指为给用户在决策时提供依据,提供国家法规、行业标准等相关资料的查询功能。
5 结语
鸡东县水资源信息管理系统本着界面友好,操作灵活、方便的原则、开发平台选用了现实比较常用的Windows XP SP2操作系统,数据库管理软件采用了SQL Server 2000数据库,采用Microsoft Visual Basic 6.0作为开发工具进行系统开发。系统采用文档式菜单,与常见的Windows应用程序类似,菜单提示丰富,操作直观、方便,对于计算机基础较差的用户来讲也能够方便地使用。
充分考虑水资源管理和研究工作的实际需要,系统功能全面,除了可以实现各种数据的录入、编辑、查询等数据库的基本功能外,还实现了报表及各种图形的动态打印与输出。
实现数据库、图形库和模型库等多个数据库的耦合,可以通过调用数据库中的数据实现动态的、交互式的绘制各种图件。
系统实现了图形处理、数据库管理和维护、水资源计算、水流数值模拟及成果视频播放、水环境评价、系统维护以及系统服务等功能。
参考文献
[1] 鸡东县地下水资源开发利用规划报告[M].鸡东县水利局、牡丹江水文水资源勘测局,2000.12.
[2] 黑龙江省鸡东县鸡东镇穆棱河河谷水源地供水水文地质勘探报告[M].地矿双城工程勘查院,2000.6.
[3] 薛伟.MapObjects－地理信息系统程序设计[M].国防工业出版社,2004.
[4] 于军.基于ArcGIS平台的苏锡常地区地面沉降管理信息系统研究[D].吉林大学环境与资源学院,2006.2.
[5] 宫辉力,林学钰,廖资生.城市水资源－环境管理决策支持系统[M].西安:西安地图出版社,1996.
[6] 戴长雷,迟宝明,林岚,等.基于GIS的地下水監测管理信息系统(GMSMIS)分析与设计[J].遥感地质与应用.2005.12(20):625-629.
[7] 张伟红,赵勇胜,邸志强,等.基于ArcGIS Engine的地下水资源及其他地质环境信息系统设计与实现[J].2006.7(36):574-577.
[8] 王凯军.基于GIS的吉林省水资源数据信息管理系统研究[J],2004.
[9] 蒋秀华.地下水信息管理系统的设计与开发[D].河海大学,2006.
[10]ESRI,Inc.,MapObjects TM(GIS and Mapping Components)Programmer’s Reference,1996.
【关键词】水资源 信息管理系统 数据库 GIS 设计 开发
【中图分类号】F323.213 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08(b)-0176-03
為对鸡东县地区基础地质、水文、水文地质研究、水资源、生态环境等基础信息和研究成果进行科学的管理和分析,建立一个高性能的数据库平台,使其具有数据存储、查询、分析、辅助决策的功能,并且具有系统性、实用性、完备性、标准性、可靠性以及可扩充性,为水资源管理提供了可靠的技术支持[1-5]。
1 系统的总体设计
1.1 系统的设计原则
针对研究区数据量大,内容广泛,格式复杂的特点,利用MapObjects为平台,SQL Server 2000为后台数据库,开发了黑龙江省鸡东县水资源信息管理系统。系统的设计原则为:(1)系统性:各个功能模块有机地结合为统一的整体,方便各种数据的相互传输;(2)实用性:系统数据组织更为灵活,满足本专业各层次的需要;(3)完备性:系统各项功能尽量齐全;(4)标准性:系统设计符合信息管理系统的基本要求和标准,数据类型、编码及图式符号符合国家标准及行业规范[9];(5)兼容性:系统数据具有可交换性,能与不同数据库实现数据共享;(6)可靠性:系统运行安全可靠完整;(7)可扩充性:系统采用模块化结构设计,便于修改、扩充,系统能不断的完善。
1.2系统结构设计
系统包括基础信息、图形编辑、水资源管理、系统维护、系统服务五个子系统(图1)。
1.3 数据库结构设计
水资源数据具有信息量大、多分辩率、多比例尺、时间跨度大等特点,水资源数据库主要包括:图形数据库、属性数据库、多媒体数据库、模型库、方法库、知识库和元数据库(图2)。数据库设计采用ER(Entity－Relation,实体联系)方法,综合分析各数据实体的关系,抽象出数据关系的概念模型并将概念模型转换为物理模型,在此基础上修改物理模型。
(1)图形数据库
图形数据包括矢量数据和栅格数据[8]。矢量数据包括村落、水系、交通、水利工程水环境、水资源以及开发利用等内容。主要是ArcGIS格式(*.shp)。栅格数据包括电子地图和遥感数据两部分。
(2)属性数据库
属性数据在系统中用关系数据库统一管理,数据以表格的形式进行存储,空间地物及其属性通过唯一的标识码相互连接[6][7]。属性数据包括:
①水资源利用现状、研究区经济情况等基础数据;②蒸发量、降水量、其他气象要素等气象数据;③主要河流水位、水质动态等监测数据;④地下水水位埋深、地下水水质、钻孔情况、动态观测井基本情况等数据;⑤水库、灌区、水源地、引提水工程水利工程数据等;五类。
(3)多媒体数据库
多媒体数据独立存储,进行统一压缩并建立数据索引。多媒体数据主要包括音频数据、视频数据和图片。
(4)知识库
知识库存放各种知识规则,包括国家法规、行业标准及鸡东县的地理位置等知识。
(5)元数据库
元数据内容主要包括对数据集中各数据项、数据来源、数据所有者及数据生产历史等的说明;对数据质量的描述,如源数据的比例尺、地图投影量纲的转换;对数据转换方式的描述及对数据库的更新、集成方法等的说明。系统中元数据主要有矢量图层的投影方式、坐标系统,数据生产方法,数据字典,知识库元数据等。
3 系统特色
3.1 易操作
系统用户界面具有与Windows应用程序一致的风格,丰富的帮助信息、快捷键、各种对话框、及状态提示栏等的使用,使系统适用于工程技术人员或水资源管理。
3.2 专业性强
系统主要是进行水资源的基本信息管理,图件的绘制及处理,水资源量的计算,水质评价等;具有明显的专业性,主要是为水资源管理机构服务,提供专业性的图件,报表和数据。
3.3 有较强的报表处理功能
系统报表打印不但可以进行页面设置、选择纸张、打印机设置等基础功能,而且可以实现诸如数据查找、数据保存、报表导出等特殊功能。数据查找指在打印预览时可以在查找栏中输入关键字,然后报表自动显示有关键字的内容;数据保存是指用户可以在打印预览页面下将数据保存在计算机上;报表导出是指用户可以将打印预览中所显示的数据以Excel、PDF、HTML、CSV、文本文件、图像文件导出。
3.4 成果视频播放功能
系统与地下水模拟系统(GMS)进行有机的嵌套、耦合,将水流数值模拟各种方案结果视频(.AVI)加载播放,用户可以清晰的看到研究区水位在一段时间的变化情况。
3.5 系统的容错能力强,安全性强对用户进行分级授权
4 系统的功能
4.1 数据库管理
对表中数据的修改、拷贝、删除、合并、添加、SQL查询、数据统计、数据安全控制以及报表打印等功能;
4.2 空间分析功能
利用拓扑包含分析、位图分析、叠置分析、缓冲区分析及网格分析等方法对矢量数据进行空间分析。
4.3 图形处理
包括地图的缩放、漫游、分层显示[3]、对各种图形数据的检索、编辑、转换和维护,对几何数据与非几何数据的连接、双向检索、查询和修改,新图件的功能,并实现了图形的输出。如图3中显示的是研究区的乡、水系、灌区、湖、乡镇、以及水质采样点等图层的叠加效果。工具栏下方的左侧副窗体中显示图层的图例,右侧主窗体中显示编辑的图像,主窗体的右边是属性窗体,点工具栏按钮,然后点击要查看的水样点,属性窗体中显示了采样点的大地坐标位置采样点的编号,以及采样点的各指标的含量。同时在地图提示上打勾,选择采样点图层,并且选择需要提示的内容,将鼠标放到要查看的采样点上方不动,会出现白色的数字提示水样的该项指标,如图3为该水样点的PH值。
4.4 水资源量计算和水质评价
资源量计算包括参数计算和地下水资源量计。水质评价包括地表水和地下水水质评价,分别运用了综合模糊评价法和综合评价法。如图4是水资源管理子系统中水环境管理中的地下水水质评价模块部分,采用综合评价法对水质进行评价。公式在窗体的左侧,水质分析成果分别填入窗体右侧相应栏中,点击查看,每个指标后面给出该水样的评分值,并且提醒用户共填写了十四个指标。点击F平均值和F值按钮,系统将依据综合评价法的公式自动算出F平均值和F值,确定水质类型。此外还提供了地下水质量分类指标表,可自行查看。
4.5 计算评价及成果视频播放功能
利用三维可视化地下水流模拟软件GMS建立本区地下水含水系统结构模型,模拟地下水流场的运动变化,并将系统同GMS进行耦合计算评价地下水资源量,同时加载模拟结果生成的视频,对水位流场变化进行时评播放。
4.6 系统维护与系统服务功能
系统对用户授予不同的权限。超级用户可以对基础数据进行添加、修改、删除,还可以添加或删除用户及对用户的授权。而普通用户只能在系统中查询信息,不能修改或删除系统中的数据。系统服务是指为给用户在决策时提供依据,提供国家法规、行业标准等相关资料的查询功能。
5 结语
鸡东县水资源信息管理系统本着界面友好,操作灵活、方便的原则、开发平台选用了现实比较常用的Windows XP SP2操作系统,数据库管理软件采用了SQL Server 2000数据库,采用Microsoft Visual Basic 6.0作为开发工具进行系统开发。系统采用文档式菜单,与常见的Windows应用程序类似,菜单提示丰富,操作直观、方便,对于计算机基础较差的用户来讲也能够方便地使用。
充分考虑水资源管理和研究工作的实际需要,系统功能全面,除了可以实现各种数据的录入、编辑、查询等数据库的基本功能外,还实现了报表及各种图形的动态打印与输出。
实现数据库、图形库和模型库等多个数据库的耦合,可以通过调用数据库中的数据实现动态的、交互式的绘制各种图件。
系统实现了图形处理、数据库管理和维护、水资源计算、水流数值模拟及成果视频播放、水环境评价、系统维护以及系统服务等功能。
参考文献
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[9] 蒋秀华.地下水信息管理系统的设计与开发[D].河海大学,2006.
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