基于二三维的海河流域基础数据平台的研究与开发

齐建怀，杨井泉

（水利部海河水利委员会，天津 300170）

1 引言

随着流域水利信息化建设的不断推进和 “数字海河流域”的实施，已经生产了全流域的1：25万、官厅密云水库上游地区1：5万、骨干河道、主要蓄滞洪区、潘家口、大黑汀水库1：1万、潘家口、大黑汀水库坝区 1∶500 的地形图（DLG）、数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）、水利工程三维模型等海量基础数据。地理信息系统（GIS）、遥感（RS）作为采集、管理、分析、可视化表达空间信息的重要工具，能发挥基础数据在水利工作中的作用。GIS技术包括二维地理信息系统、WebGIS、三维可视化地理信息系统等。其中，传统的二维地理信息技术已经发展的非常成熟，在空间数据管理和空间分析上的强大功能，已经被广大的水利用户所认可，应用领域也不断地扩展；WebGIS随着Internet和Web技术的不断发展，有着得天独厚的优势，能在网络上终端上图文并茂将水利业务信息有效地组织并展示给用户；三维可视化地理信息系统作为GIS中的一只新军，可直观地、三维地、可视化地展现水利业务信息。基于此对流域基础数据的展示、应用需要，设计建立了基于二维GIS、WebGIS、三维GIS海河流域基础数据平台。

2 基础数据平台设计

2.1 建设目标

通过对海河流域基础数据平台建设，实现流域数据信息资源共享，综合展现流域空间数据、水文数据、水质数据、地下水数据、防洪工程数据、社会经济数据和遥感影像等数据库建设成果，为水利业务系统提供信息共享的技术支撑。

建设目标从数据存储管理、数据浏览、数据检索、数据服务等方面，解决多比例尺、多数据源、多数据类型的数据的有效组织、安全存储、集成管理、高效应用，满足对流域基础数据“放得妥、找得着、看得见、拿得走”的应用要求，实现对流域海量基础数据有效的管理与服务。

2.2 总体设计

2.2.1 基本思路

基于二维、三维地理信息系统技术，建设用户可定制个性化界面的数据管理工具，实现流域空间数据和属性数据的可视化的检索、显示和查询。平台采用B/S和C/S方式结合，可管理Oracle、SQL Server、Sybase等海委目前全部数据库类型，开发工具采用JAVA跨操作系统。

基础数据平台采用多层体系结构的设计，分为数据库服务层、数据库接口层、水利业务应用服务层和水利业务应用客户端，保证数据的安全与准确、平台运行效率与稳定。

其中，数据库层中三维影像数据库是一个利用影像分块技术、影像压缩技术和影像金字塔技术的存储栅格数据的影像数据库，用于存储水利三维应用中所需的多比例尺、多分辨率的DEM、DOM等数据；空间数据库是采用面向对象空间数据模型技术的存储矢量数据的二维图形库；而水利综合数据库是采用传统关系型数据库存储的实时水雨情、历史水文、工情、水质、地下水、社会经济等水利专题属性。客户端采用统一的IE界面，对不同的多媒体、二维GIS、三维GIS、HTML文档等的显示采用多页面的技术，集成二维图形信息、三维场景信息、多媒体信息和动态网页的“多彩”的界面呈现在用户面前。

2.2.2 平台体系架构

平台体系架构，如图1所示。

2.2.3 关键技术

基于二三维的流域基础数据平台集成了地理信息系统、遥感、虚拟仿真、数据库管理等高新技术，为用户提供了非常多样、科学、直观和详实的水利基础数据，解决了基础数据在存储、管理、应用、辅助决策和数据服务等方面的实际应用。具体而言，解决了以下关键技术：①海量空间数据网络高效调度技术；②大范围网络三维可视化大场景漫游（LOD）技术；③二维GIS和三维GIS无缝集成技术；④网站式空间信息发布和多页面集成二三维、多媒体等信息技术。

3 基础数据平台功能

基础数据平台主要包括空间数据管理工具、三维地形可视化、综合信息管理工具、信息发布与网站管理系统和数据展示与服务等功能（见图2），实现了流域1∶25万，官厅密云水库上游地区1：5万，潘家口水库、大黑汀水库1∶1万，永定新河、独流减河、大清河、漳卫新河、子牙新河等骨干河道1∶1万，永定河泛区、小清河分洪区、文安洼、贾口洼、大黄铺洼、黄庄洼、卫河坡洼等蓄滞洪区1∶1万，潘家口、大黑汀坝区1∶500的不同比例尺、不同分辨率的DLG、DEM、DOM空间数据（约300G），以及实时雨水情数据、历史水文数据、水质数据、地下水数据、防洪工程数据、社会经济数据的属性数据（约300M）和相关的文档、图像（片）、视频、音频等多媒体数据的管理、展示与数据服务。这些数据在流域防洪规划、水资源综合规划、地下水利用与规划、蓄滞洪区安全建设规划等以及防汛抗旱指挥系统、会商系统、水资源管理系统、水资源保护信息系统、水土保持监测系统等水利业务应用系统中发挥很大作用。

3.1 空间数据管理工具

以可视化方式实现空间数据管理与建库，支持矢量、栅格、影像、DEM 4种类型空间数据处理，通过Oracle、SQL Server等大型关系数据库存储空间数据，具有全库浏览、图幅编辑、属性批处理、地名注记提取、可视化设置等功能，可为空间信息操作提供基本数据支持。

实现单幅或多幅的多图层矢量空间数据的入库、管理、编辑、图形维护、属性维护、注记提取、地名库提取与维护、空间索引等功能。

实现栅格数据、影像数据的入库、裁切、分层设色、影像生成、图幅管理、索引生成等功能。

3.2 三维地形可视化

系统以地形数据库、遥感影像数据库、地名数据库和专题数据为基础，实现网络环境下大范围、多层次、快速地形三维显示、查询与分析。系统功能包括用户化定制、大场景地形三维浏览与飞行控制、地名快速定位、点线面矢量数据加载、三维空间距离量测、属性查询、图层管理等功能。

实现多尺度、多分辨率、不同范围的影像数据层级式管理，通过与多尺度DEM数据叠加，可实现大场景三维地形可视化，支持三维显示、查询与分析。实现点、线、面、注记等各种类型的矢量数据的加载与叠加显示；同时，平台提供了多尺度影像数据图层任意加载、多类型矢量数据分层管理与加载、量算分析等功能。

3.3 综合信息管理工具

包括空间数据配置管理、综合信息维护、专题维护等功能。支持网页、关系表、多媒体和其他类型信息的导入、编辑、独立显示或与空间信息关联显示，提供建立专题、应用封装与维护等功能，用于实现矢量、栅格、影像等多类型、多尺度空间数据一体化显示的图集配置，可实现图层的显示比例、是否显示、各尺度图库的互相调用关系的定制。

实现各类水利信息的入库管理，包括对文档、空间数据属性信息、多媒体信息的入库、管理、编辑、显示样式定制等。

实现地图查询、统计地图、空间统计分析等功能，同时能实现各类工具操作的定制、地图显示范围的定义等功能。

3.4 信息发布与网站管理系统

在专题数据库和空间数据库基础上，以电子地图为背景，通过网站方式发布信息服务，以方便、快捷的界面对不同用户提供不同的服务，主要功能包括支持多站点运行与信息发布和对站点基本信息、站点样式布局、栏目、条目的创建、维护与管理。

在综合信息维护与管理工具实现GIS功能操作封装后，采用该工具可实现按专题或按条目的信息分布，支持GIS功能的网页化服务。

通过用户管理、角色与权限设置，实现对基础数据管理、浏览、应用。

3.5 数据展示与服务

面向对象进行数据管理与组织，将数据对象、空间数据、属性数据集成展示。通过对数据对象的检索、查询，将与该数据对象相关的所有信息，包括不同比例尺的图形、不同分辨率的影像、属性信息一体化主动展示给用户，用户可以方便操作进行二维地图、三维地图的无缝浏览，可以查询对象的各属性信息，并进行统计分析等，主要功能包括：①基础数据信息全文检索；②空间对象相关信息查询与展示；③空间量算、空间统计；④多时态空间信息展示；⑤空间信息、图表、政务文档信息一体化应用；⑥统计信息表达，包括统计地图、统计图表；⑦图典功能，在文档中通过鼠标取词，自动调用系统内相关地名的地图信息；⑧二维、三维地形浏览与查询；⑨数据输出与服务。

4 结语

基础数据平台基于二三维地理信息系统、遥感、数据库技术面向数据对象，实现了流域多比例尺、多数据源、多数据类型的有效组织、安全存储、集成管理、高效应用，使用户通过数据平台直观、可视化地浏览、使用基础数据。在此基础上，结合海河流域防汛抗旱、水资源管理与保护、水土保持等专题应用系统的建设，建立“数字海河流域”信息化平台，更好地为流域信息化建设服务。