基于GIS的郑州市抗旱管理信息系统

□孙喜梅 □李艳桦（郑州大学水利与环境学院）

□魏永强(黄河水利委员会信息中心)

□李 洋(河南省水文水资源局)

1.绪论

随着地理信息系统（GIS）技术的快速发展和应用领域的扩展，其在抗旱减灾等方面发挥着越来越重要的作用。从20世纪90年代开始，郑州市就建立了覆盖全市的土壤墒情监测站网。但随着社会的发展，防旱抗旱要求的不断提高，需要建立一套对旱情信息能够及时采集、传输、接收，能够根据抗旱相关的数据进行分析和预测，实现对灾情的可视化，及时、有效地分析处理抗旱数据，科学判断旱灾的影响范围和程度，并能准确进行分析预测旱情发展态势的旱情信息管理系统，变被动抗旱为防抗结合，提高抗旱管理的科学性和效率。

2.系统功能需求与研发技术路线

2.1 系统功能需求

系统包括地图操作、信息查询、专题图制作、雨量和墒情等值线图制作、抗旱信息统计分析和用户权限管理等功能需求。具体包括：

2.1.1 数据管理功能，管理操作人员能够方便快捷地录入、查询、修改和统计与抗旱相关的信息，制作各种抗旱信息专题地图和统计图表，并能够方便的导入和导出数据表。该系统提供以EXCEL作为导入和导出的实现方式，方便管理人员将所要获取的旱情信息进行统一存储。

2.1.2 旱情分析功能，实现雨量等值线、土壤墒情等值线的绘制。

2.1.3 用户权限管理功能，系统面对的使用人员不同，所提供的操作权限也不同。对于普通使用者，只提供数据的生成、显示、查询和统计等功能；对于专业使用者，提供数据管理功能；对于管理员，能够使用系统的所有功能，并且能够对用户进行管理。

2.2 技术路线

开发基于GIS的郑州市抗旱信息管理系统的技术路线如图1所示：

图1 基于G IS的郑州市抗旱信息管理系统技术路线图

3.系统结构和功能设计

3.1 系统总体框架设计

郑州市抗旱信息管理系统要能够掌握与旱情有关的各类信息，如雨水情信息、土壤墒情信息、农情信息以及水利工程情况，通过对各类信息的综合分析，监测旱情发展过程和发展趋势，分析干旱灾害程度及造成的损失和影响，拟定抗旱减灾方案和对策。系统总体框架设计如图2所示：

3.2 系统功能模块设计

系统分为6个模块：地图操作、基础信息查询、雨情墒情管理、抗旱统计分析、数据管理和用户权限管理模块。系统的模块设计如图3所示：

图2 系统总体框架设计图

表1 空间数据库图层设置表

系统开发平台：C#编程语言、SQL Server2005数据库、ArcEngine二次开发组件、VisualStudio2008等，系统主界面搭建采用第三方控件DotNetBar来实现Ribbon界面风格。系统的登陆界面是系统的入口，采用用户名加密码的登录方式，登陆者提供不同权限的用户名和密码，系统提供不同的功能。

表2 属性数据设计表

图3 系统功能设计图

4.数据库设计

数据分为空间数据和属性数据。空间数据主要采用ArcGIS的Shapefile格式存储；属性数据主要存储在SQLServer2005数据库中。空间数据库存储主要是地图矢量数据，包括郑州市行政区图、水库、河流、雨量站点、墒情站点等空间实体的分布图。属性数据主要包括社会经济、水雨情数据、抗旱设施及土壤墒情信息四个方面。

4.1 空间数据库设计

空间数据建库设计的步骤主要包括图形数据准备、地图配准、地图矢量化、读图分层、编辑修改、添加属性数据、图形拓扑编辑处理与错误检查、数据格式转换等。具体图层设置如表1所示

4.2 属性数据库设计

属性数据库包含了抗旱管理所需的非图形资料，属性数据库数据如表2所示：

5.系统实现

系统的主界面包括标题栏、菜单栏、状态栏、工具栏、地图显示窗口、图层控制窗口。菜单栏主要包括文件管理、数据查询、墒情雨情管理、抗旱统计分析分析、数据管理、用户管理和系统帮助，图层控制窗口位于界面的左侧，可以用对地图中各个地物图层显示状态进行控制，地图窗口是用来显示、浏览和查询图层对象的工作窗口。

5.1 地图功能

地图功能，包括地图的放大、缩小、漫游、鹰眼，地图图层符合和颜色修改、图层添加和查询等功能。

5.1.1 图层添加功能，可根据需要选择要添加的数据类型和其所在的路径将图层添加到系统中。修改图层符号和颜色：双击图层的标注弹出选择符号窗口对图层符号和颜色修改。

5.1.2 查询功能：实现地图数据的查询和实现属性信息的查询，地图数据查询提供点查询、线查询、矩形查询、圆形查询、多边形查询等方式。

5.2 墒情雨情管理

墒情雨情管理主要包括5个部分：墒情数据查询、墒情等值线、雨量站查询、雨量信息查询和雨量等值线。绘制等值线的实现方法比较复杂，下面以雨量等值线为例来具体说明等值线的生成过程和方法。

雨量等值线的实现方式主要是C#和ArcEngine的结合使用。实现过程主要分为以下几个步骤：一是根据IFeatureLayer类获取所需的雨量站图层；二是通过调用RasterInterpolationOpClass类中的spline方法完成空间插值操作，得到区域内的降雨量分布图;三是调用RasterSurfaceOp类的contourList方法，根据所选图层的降雨量字段，对栅格图像进行表面分析；四是将生成的raste转换成一个矢量图层；五是对于生成的矢量图层，根据郑州市边界矢量图对其进行裁剪，将裁减的结果存放在一个新的图层里并加载到MapControl里进行显示。如雨量站点查询功能实现，通过选择某一时间和某一行政区来显示该地区的雨量站，并可以通过点查询来查询某一雨量站的详细信息。

5.3 抗旱统计分析

抗旱统计分析实现了对郑州市的抗旱数据进行统计并以图表的方式进行显示的功能，主要包括受旱面积统计、水资源量统计、降雨量统计、土地利用统计、用水情况统计和抗旱投入统计。统计分析的实现方式主要是C#和数据库操作的集成，且利用第三方控件TeeChart将数据转成相应的图表方式来显示，主要实现过程如下：一是定义SqlConnection类的对象来连接SQL数据库；二是定义SqlCommand类对象与数据库连接，并通过SQL语句来对数据进行查询；三是定义SqlDataReader类对象，并通过该对象的ExecuteReader方法将查询后的数据输出；四是对TeeChart控件进行自定义设置，设置显示方式、显示颜色和显示数据，再通过该控件的Series方法接收SqlDataReader类对象的数据，并以设置好的显示方式进行显示。

5.4 数据管理

数据管理是有权限控制的，是针对专业用户和管理员使用，普通用户不能应用此功能。数据管理功能包括：数据查询、数据编辑、数据备份和数据恢复。其中数据查询实现对所有属性数据的查询和浏览功能，数据编辑实现对所有属性数据的删除、增加和修改功能，数据备份实现对属性数据的备份功能，数据恢复实现对属性数据的还原功能。数据管理功能的实现方式主要是用C#和SQL，并结合组件式开发技术完成。实现过程如下：一是定义SqlConnection类的对象来连接SQL数据库；二是建立一个包含所有SQL数据表名的表，利用SqlCommand类获取该表；三是利用SqlDataReader类和DataSet类实现对所有属性数据的浏览，利用SqlCommandBuilder类和SqlDataAdapter类实现对属性数据的删除、增加和修改功能；四是利用SQLDMO类实现对属性数据的备份和恢复功能。

5.5 用户管理

用户管理有权限控制，全部功能只对管理员开放，实现对用户的管理，主要包括4部分：切换用户、用户查询、用户管理和修改密码。

6.结语

地理信息技术应用于抗旱信息管理系统中，提高了旱情信息管理的效率，研发的“基于GIS的郑州市抗旱信息管理系统”，充分利用了郑州市己有的气象、水文、墒情监测站网长期的观测资料和研究成果。数据库开发采用模块化设计和通用数据库接口，使系统具有很好的可移植性。实现了墒情雨情等值线的生成和雨量站等空间信息的查询和管理功能，并结合第三方控件实现数据的报表统计分析显示，满足抗旱管理的要求。