江苏省水利地理信息系统的设计与实现

柏 屏，高祥涛

（江苏省水利网络数据中心，南京 210029）

1 建设背景

地理信息系统（GIS）反映人们赖以生存的现实世界（资源与环境）的现势和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特征的属性，在计算机软件和硬件支持下，以一定的格式输入、存储、检索、显示和综合分析应用的技术系统[1]。通俗地讲，地理信息系统是整个地球或部分区域的资源、环境在计算机中的缩影。水利地理信息系统属于应用型地理信息系统，一般来说，是指以计算机、地理信息系统为技术手段，进行水利信息的获取、分析、处理、存储与表达，并为水利管理工作提供水利空间信息支持和管理决策依据的计算机系统[2]。

江苏省在信息采集、网络、基础属性数据库等水利信息化基础设施建设上投入较大，为全省水利信息化系统建设打下了很好的基础。但至今却未建成标准统一、资源丰富的大比例尺水利地理空间信息数据库，从一定意义上来说，制约了江苏省水利信息化的深入发展。江苏省各级防汛指挥、水资源管理信息等业务系统建设，都迫切需要水利地理空间信息数据库及其服务系统作为基础支撑平台，按照统一标准和技术要求综合利用各类水利成果及资料，整合现有水利工程基础和相关信息资源，使全省水利行业信息化应用水平进一步提高。

2009年8月，江苏省水利厅提出江苏省水利地理信息系统是数字、现代水利的基础设施，是现代水利业务应用和社会公众服务的基础平台，是水利信息化进程的一项标志性工程，该工程建设对加快推进江苏水利现代化有着十分重要的战略意义。考虑到建设工程量浩大，协调任务重，建设复杂程度和技术难度高，系统专门成立了江苏省水利地理信息系统建设领导小组，旨在加快推进江苏省水利地理信息系统工程的建设。

2 系统设计目标

2.1 总体目标

基于江苏省 1:10000基础地理信息，开展全省乡级以上水利管理部门管理的水利地理信息的采集和整理工作，整合现有的资源，建立全省共享的水利地理信息数据库，构建全省统一的面向现代水利业务应用和公众服务的 GIS 服务平台，为加强全省水利管理，提升水利服务水平提供强有力的技术支撑，推进全省水利现代化的建设进程。

2.2 一期工程目标

制定江苏省水利地理信息分类与编码、采集、信息共享等标准，依据全省 1:10000基础地理信息数据和最新影像资料，开展与水利有关的基础地理信息数据的更新工作，开展省级水利地理信息的采集、建库工作，并在此基础上，开展地理信息数据维护、服务管理和信息发布系统的研发工作，满足省级水利管理部门的应用需要。同时试点开展南京城区和江宁区的水利地理信息的采集、建库工作，为建设全省信息共享、标准统一、服务方式规范的水利地理信息系统提供示范和技术保障。

3 系统架构

江苏省水利地理信息系统侧重为业务应用系统提供地理空间信息的服务，属于应用支撑平台，适当兼顾信息发布。

系统采用 GIS 中典型的3层架构，具体如下：

1）数据层。主要指江苏省水利地理数据库，主要包括与水利相关的基础地理信息（DLG，DOM，DEM）、水利公共类和专业类等数据库，是系统的最底层（基础）——数据库服务器端。

2）服务层。主要指各类应用服务与数据层之间的连接接口，主要包括各类专业应用组件、服务和数据交换接口等，是系统中间层——GIS 服务器端。

3）表现层。主要指各类专业应用结果的展示界面，包括查询、专题图生成、分析、图形输出等结果的表现界面，是系统最上层——客户端/浏览器端。系统架构如图1所示。

图1 江苏省水利地理信息系统架构图

4 系统建设内容

4.1 编制试行标准

编制江苏省水利地理信息建设相关的数据采集、存储、共享交换、分类编码、质量控制、元数据、审核发布、图形标识等试行标准。

4.2 更新采集地理信息

按照水利信息的特性、来源、精度要求等，数据采集的方式主要包括以下几种：

1）已有数据的加工、整理。对于市、县及省水利厅已建信息系统，如数据精度可以满足要求，则这部分数据可以通过加工、整理的方式进行采集，达到系统的要求。加工、整理的内容包括数学基础处理、分类编码调整、数据重新组织。如数据为CAD 方式，则需进行数据的连通性、逻辑性加工整理。具体流程如图2所示。

图2 已有数据的加工、整理流程图

2）基于基础地理信息的数据再加工。对于河流、湖泊、水库等水利地理信息，尽管没有可以直接使用的数据，但这类数据大多在基础地理信息或其它水利项目中已存在，只是连接关系、范围大小、精度、名称等信息不能满足要求。这类数据可以通过相关文字、表格的说明信息和 DOM 数据，对水系要素进行加工整理，并按 1:10000比例尺成图分区域输出图形，进行校对、修改。基于基础地理信息的数据再加工流程如图3所示。

3）基于基础地理信息的水利要素标载和采集。对于水利要素空间位置精度要求不是特别高，基础地理信息中相应信息不全或不准确的数据，可以采用基于 1:10000地形图和影像数据，采用水利专业人员标载、内业采集的方式获取数据。内业数据采集时，图上标载的位置（范围）只作为定性参考，具体空间位置需依据地形图或参考周围地物确定。这类采集手段主要用于市、县和部分省水利管理部门管理的水利要素（圩区、蓄滞洪区等）的获取。地理信息的水利要素标载和采集流程如图4所示。

图3 基于基础地理信息的数据再加工流程图

4）外业数据的采集。对于部分位置精度要求高且又没有其它办法可以解决的数据，则通过调绘、GPS 采集或其它测量工具实地测量的手段进行采集，具体流程如图5所示。这类采集一般仅限于点状水利要素的位置获取。

4.3 研发相关示范软件

数据维护系统主要是对数据入库前的水利数据加工、整理、检查、修改和数据库建设后的数据维护（数据备份/恢复、替换）等，主要是针对数据库库体的操作和修改。采用 C/S 方式运行，由具备一定 GIS 和水利专业技术知识的人员使用，并严格权限和日志管理，以确保整个系统的正常、稳定运行。

服务管理系统主要解决省级水利信息的图层、权限、数据和应用服务等管理及常用应用服务的开发。

信息发布系统主要基于服务管理系统中实现的服务开发功能，解决各类水利地理信息的元数据查询，水利信息的表现、查询、统计，以及简单的空间分析等问题。

三维展示系统主要展示重点水利工程的三维场景，同时进行相关查询，查询结果在三维场景中展示；另外可进行坡度、土石方计算及通视分析等。

图4 基于基础地理信息的水利要素标载、采集流程图

图5 外业数据采集流程图

5 系统实现的关键技术

5.1 空间数据库管理技术

采用关系数据库 Oracle 实现空间数据管理，主要借助于 ArcSDE 的空间数据模型 geodatebase 实现矢量要素、栅格和 TIN 数据集，以及空间域、规则集等管理[3]。

5.2 面向服务的空间信息共享技术

系统中所有的基础地理信息、水利公共类及专业类数据，都通过建立 ArcGIS Server 地图服务的方式提供给系统调用，系统不能直接访问空间数据，只能通过地图服务所定义的接口调用，保证了数据的安全性。当数据更新时，只需要发布地图服务的部门更新数据即可，对比以往需要将数据分发给各个部门更新，可以降低数据更新的成本。

5.3 面向服务的空间信息分析技术

系统除了包括查询信息、地图定位、检索信息、要素识别等功能外，还包含 ARCGIS 的Geoprocessing 的功能。Geoprocessing 是对已有数据进行分析后获取其他信息的转换工具，能够通过分析处理已经存在的数据，在新的数据集中产生分析结果。GeoProcessing 不仅提供空间数据分析的简单功能，而且支持建立非常复杂的地理处理模型来完成定制的地理处理任务和执行批处理操作。

5.4 面向服务的分布式数据访问技术

系统采用基于面向服务架构（SOA）的中间层模式实现水利业务数据的集成。基于 SOA 的数据集成支持对异构数据类型的访问，通过利用标准化接口，提供高度灵活的抽象层，将数据与业务逻辑分离，把数据访问和处理以服务的形式提供给外部使用者，从而增加了系统的灵活性和重用性，实现了应用和服务的松散耦合。

5.5 预生成与动态地图服务结合

系统中矢量数据（包括 DLG 和 DOM 数据）属于定期更新数据，更新周期较长，数据量大，并且作为系统应用的背景图层需要较好的地图图面效果，因此拟将矢量数据配置成地图文档后，发布为预生成地图服务。水利公共类和专业类数据由于变更频繁，需要分析处理，可采用动态地图服务，将数据配置好地图后不预生成，直接通过 Web 服务向客户端发布，这种发布模式能够随时在地图上反映数据的变化情况，便于及时掌握数据的实时情况。

5.6 基于组件的 GIS 开发技术

组件式 GIS 是把 GIS 的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同的功能。各个 GIS 控件之间，GIS 与非 GIS 控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的 GIS 应用。控件如同1堆各式各样的积木，它们分别实现不同的功能（包括 GIS 和非 GIS 功能），根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来，就构成应用系统。

5.7 基于 Flex RIA 技术的 WebGIS

Flex 采用 GUI 界面开发，使用基于 XML 的MXML 语言。Flex 具有多种组件，可实现 Web Services，远程对象、拖放、列排序、图表等功能。Flex 作为主流的 RIA 平台主要包括部署方便，类似桌面应用的用户体验，完全面向对象等特点。可以实现显示地图数据并与之交互，在服务器上执行空间处理模型并显示结果，基于 ArcGIS Online 的地图服务显示自己的业务数据，根据属性或者位置查找数据并显示结果，查找地址并显示结果，创新结果的显示方式，创建 Mashups 应用等效果。

6 结语

江苏省水利地理信息系统一期工程的建设任务已基本完成，实现了全省1套标准、1张图、1个库、1个平台的设计目标，为进一步建设全省信息共享、标准统一、服务方式规范的水利地理信息系统提供了技术保障。但系统还存在一些亟需解决的问题：如地理信息系统数据保密与共享的矛盾，属性数据还需进一步收集和有待权威部门认定，空间数据维护管理机制，各类系统空间信息编码不统一等，只有很好地解决上述问题，才能使系统真正发挥作用，产生效益，成为水利业务应用的基础，提升水利管理和公共服务水平。

[1] 黄杏元，马劲松.地理信息系统概论[M].3版.北京：高等教育出版社，2008: 2.

[2] 张成才，孟令奎，孙喜梅.水利地理信息系统[M].武汉：武汉大学出版社，2005: 2-3.

[3] 吴秀琴，张洪岩，张正祥，等.ArcGIS9地理信息系统应用与实践（上、下册）[M].北京：科学出版社，2007: 3-4.