基于WEBGIS的区域水资源信息系统的设计与实现.pdf

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1、技术创新微计算机信息(测控自动化)2010 年第 26 卷第 1-1期360元/年 邮局订阅号：82-946现场总线技术应用 200 例博士论坛基于 WEBGIS 的区域水资源信息系统的设计与实现The design and development of the system for regional water resource management thatbased on WEBGIS(1.中国地质大学 北京;2.中国国土资源航空物探遥感中心)田丰1段建华1王润生2TIAN Feng DUAN Jian-hua WANG Run-sheng摘要:水资源是一种地域性资源和可再生性资源,其分

2、布的地域性以及资源本身所具有的空间性决定了水资源信息管理必须应用地理信息系统(GIS)技术,才能更合理、直观、及时和动态地监测和预测水资源量的动态变化。本文提出将WebGIS技术引入水资源管理系统,构建一个基于WebGIS的用于长期水资源调度、运行管理的,集成数据处理和管理,具有网络化、数字化和智能化的决策支持系统,实现更加便捷的区域水资源信息管理和信息发布,并对系统的工作方式、体系结构、系统环境和主要功能进行了详细介绍,并在实际运行中取得了一定的成果。关键词:水资源;WEBGIS;数据库;空间数据;JAVA Applet中图分类号:TP399文献标识码:AAbstract:With a pl

3、enty of investigation and research,the paper focused on the limitation of the conventional water resource manage-ment,combined the building of the management information system for Zhangze reservoir in ShanXi,and then chose the experimentalunit in Zhangze drainage area for applying research.Based on

4、 Internet support,through the technology of GIS,database,Asp variablenetwork and so on,combined the elements of geologic,physiognomy,hydrological and otherwise,used the gigantic information andpredominance of freedom in terrain of Internet,breakthrough the conventional limitation,realized the long-d

5、istance and interact dataaccess in client,built the netlized,digitalized,intellectualized decision-making system which combined the data process and manage.Furthermore,it integrated the hydrological data,fundamental geographical data,weather data into one database,linked the data fromdatabase and mo

6、del of drainage area hydrology,processed the scene analysis and hydrological systematic simulation.The system isused to refresh,inspect and forecast the information of regional water resource from web net,realized variable management of waterresource,made the availability attempt for the information

7、alization,mobilization,modernization of the water resource management.Key words:water resource;webgis;database;spatial data;JAVA Applet文章编号:1008-0570(2010)01-1-0014-03引言水资源的科学规划和合理利用是当今社会资源配置的重中之重的大问题,它的分布、蓄量、需求、后期预测(分布、量、需求等)都与地理有关。其分布的地域性以及资源本身所具有的空间性决定了水资源信息管理必须应用地理信息系统(GIS)技术,才能更合理、直观、及时和动态地监测和预

8、测水资源量的动态变化,取得更好的管理效果和效益,Internet 技术在 GIS 中的应用开发产生了 WEBGIS 技术。从 20 世纪 80 年代中期 GIS 被引入水资源管理开始,GIS在水资源信息管理中的应用已走过以下 3 个阶段:80 年代中期至 90 年代中期,GIS 主要作为水资源的调查工具,主要限于水资源的清查和数据的简单管理、查询、输出和制图。90 年代中期至末期,GIS 主要作为水资源的分析工具,应用于水资源分析评价和动态监测中,其主要特点是以图形运算及数据的重新处理等分析工作为特征,已不是利用简单的数据输入和查询,而是用于对各专业图进行分析,并推导出新的信息。21 世纪初开

9、始,Internet 技术在 GIS 中的应用开发产生了 WEBGIS 技术。水资源作为一个地域分布广、生产周期长、空间性明显的动态资源,其信息的调查,网上实时更新、监测、预测和管理就显得尤为重要,WEBGIS 在水资源信息管理中的应用符合了这一发展需求。本次研究在充分调研的情况下,针对传统水资源管理手段的各种局限性,结合山西省漳泽水库管理信息系统建设,选择漳泽流域进行应用研究。该系统的应用区域是位于山西省长治市的漳泽水库及其上游六座中型水库所控制的流域。系统以漳泽水库为核心,利用现代网络通讯技术,实现漳泽水库与上游的六座水库的联网运行和集中管理,开发一个基于网络的对基础数据分析和模拟的结果进

10、行虚拟仿真、分析、浏览、评估和对比的应用平台。包括遥感、遥测、水文数据、基础地理数据、气象数据等多源数据将集中到一个 WEBGIS 系统中,并将数据库数据与流域水文模型相结合,进行了场景分析和水文系统模拟。将区域水资源信息从 Web 网上实时更新、监测、预测和管理,实现了水资源信息的动态管理,为水资源管理向信息化、自动化和现代化方向的发展做出了有益尝试。1研究区域漳泽水库地处太行山西侧上党盆地的腹部,是山西省六大水库之一,是晋东南最大水库,是浊漳河南源干流上的一项综合利用的控制性大型水利工程枢纽,它承担着所属流域的防洪、蓄水、灌溉、供工农业用水、调节生态平衡等多个目标的任务,控制漳泽水库以上流

11、域面积 3167 平方公里。上游已建成 6 座中型水库和 39 座小型水库,控制流域面积 1521 平方千米,区间流域面积 1625 平方千米。田 丰:在读博士研究生14-邮局订阅号：82-946 360元/年技术创新博士论坛PLC 技术应用 200 例您的论文得到两院院士关注2信息管理系统开发的目标本系统的设计思想是:通过在网上建立一个基于 WEBGIS技术和动态网页技术的完整的应用网站系统,以网页的形式向用户提供关于区域内水资源的所有详细内容。用户除了可以在网上浏览传统意义上的规划文字信息和图片信息外,最重要的功能就是利用 WEBGIS 在客户端实现地图的交互式访问,在客户端实现智能化、远

12、程化的查询检索。同时,将洪水预报模型与数据库相联系,可动态处理预测区域水资源量的变化。具体目标有:1.架设基于 Internet 的网络系统,利用现代网络通讯技术和系统网络集成技术,在现有局域网的基础之上进行扩展,升级为Interner 网,实现漳泽水库和上游六座中型水库的网络互联和区域水库群一体化管理。2.建设实时水库管理信息数据库,利用现代信息传输技术,以有线或无线方式与各级水文测报站的遥测数据、气象站点的遥测和预报信息、水库运行的实时库容和水位数据相连,在信息中心对数据进行分类、汇总、整编和存储,实现基础数据统一管理。3.构建智能决策支持平台,基于历史基础信息数据库,提取雨水情、河道水情

13、、大坝库容与水位、气象信息和水文下垫面等数据,结合 WEBGIS 原理和流域水文模型,通过电子计算机对数据进行快速分析、数值模拟、图象显示和实时预测。4.构架气象-水文预警平台,采用卫星、雷达、地面雨量站网相结合的三维立体探测系统,根据雨量站实测降雨数据,在分布式水文模型中,利用插值函数,结合水文下垫面,生成雨量分布图。利用流域分布式汇流演算模型,进行汇流演算,估算入库洪水量和洪水到达时间,供水库调度子系统和防洪智能应急响应系统调用。5.构筑高效的公众信息发布平台,通过 Internet 实现水库流域内基础地理、地质、水文、生态环境和社会经济信息的高速可视化和水库管理工作动态的网上发布与浏览,

14、实现社会化公众服务和信息资源共享体系。3实现WEBGIS的漳泽水库流域信息系统的体系结构图 1 基于 WebGIS 的水库管理信息管理系统结构图Fig 1 The general structure of the system本次系统设计为一个分布式计算的 WebGIS 应用服务系统,它采用了基于浏览器/服务器(Browser/Server)模式分布式计算模式,由分布在 Internet 上的客户端(Browser)、Internet 地图服务器、应用服务器、多数据库服务器组成。系统首先输入相关数据(地形、地貌、降水量、水位、流量等),运用相关水力学模型、流域水文模型、专题模型结合 GIS 进

15、行参数率定,进行数值模拟、分析和评价,输出相关的专题信息和决策信息。本次管理信息系统体系结构设计为 5 层,如图 1,分别是数据库服务器、地图服务器、DCOM 中间件、Web 服务器和客户端。4实现WEBGIS的漳泽水库流域信息系统的技术路线(1)基于 Internet/Intranet 标准WEBGIS 支持 Internet 网络通讯和 TCP/IP 和 HTTP(超文本传输协议),采用标准的 HTML 浏览器作为应用外壳。支持 TCP/IP,Web GIS 可以和任何地方的空间数据相连,这是 WebGIS 实现的基础与前提。此次信息管理系统的 WEBGIS 开发平台采用武汉地质大学的 M

16、APGIS-IMS。MAPGIS-IMS 是建立在 Internet网上的具有三层体系结构的网络 GIS 系统。它的主要任务是建立 WEBGIS 服务器。(2)JAVA AppletJava Applet 就是一种通过服务器下载到客户端执行的对象技术。在 JavaApplet 中,通过 JDBC(Java Database Connectivity)提供的 API 来实现对分布在网上的异质数据库的各种操作。另外还可以把对数据库的访问转交给专用服务器来完成,而JavaApplet 通过与专用服务器的 Socket 通信来传递数据库操作的请求和结果。WEBGIS 应用中的坐标转换、数据查询、空间分

17、析、专题制图、图形编辑等各个功能构件可以分布在一个服务器上,也可以根据网络负载分布在多台服务器上,通过中间件(middleware)负责对象间的通信和协调对象间的操作,共同完成GIS 的应用,实现服务器端计算的分布性。(3)一体化的空间数据管理与分析GIS 的数据一般分为空间数据和属性数据两类,此次设计在关系型数据库中引入面向对象技术,建立对象关系型数据库(ORDB)或纯对象数据库(OODB),对象与底层表示分离,空间属性与非空间属性定位平等,实现了属性数据和空间数据一体化管理。本次采用 SQLserver 数据库系统,SQLserver 数据库中已经内嵌了对空间数据分析功能,可以在数据库服务

18、器端对空间数据直接进行分析,然后将结果提交前台客户端。用户可以通过扩展的 SQL 查询语句来获取所需要的信息,客户端负责的仅仅只是数据的显示而己,因此,利用这种支持空间数据管理及数据分析的数据库,可建立一种真正的 C1ient/Server 结构的空间信息系统,不仅解决了海量数据的存储和管理等问题,也解决了多用户编辑、数据完整性和数据安全机制等许多问题。(4)水文预报模块图 2 水文预报模块的功能设计图Fig 2 Design figure of hydrologic forecast水文预报模块的功能设计图见图 2 所示,应用 GIS 技术对15-技术创新微计算机信息(测控自动化)2010

19、年第 26 卷第 1-1期360元/年 邮局订阅号：82-946现场总线技术应用 200 例博士论坛土地利用、植被覆盖、土壤特性、地形、地下水位、河网、子流域等地图叠加分析,以确定最小面积单元或 EUA,系统调用实时气象与降雨数据,在 GIS 模块中生成降雨泰森多边形,数据在汇流与径流模型中进行处理,产生入库洪水量和流量过程,同时可以调用历史数据进行拟和与比较,输出的结果由 Web 服务器反馈到客户端。对于产、汇、流模型,采用分布式计算方法实现:首先实现模型运算,购买现成的软件或使用计算工具实现,然后使用分布式中间件软件将这些模型软件集成到系统中。选择 Microsoft 的DCOM 标准,将

20、模型编译成符合 DCOM 标准的 ActiveX 控件,通过 ASP 技术访问并执行模型运算。5系统功能模块详细设计系统主页面由 4 个一级模块组成,每个模块又由若干二级模块构成。一级模块包括:基本信息浏览,信息查询,水资源数据服务,实时洪水预报。在第 1 个层次上分为信息维护、水资源信息评价、基本 GIS 功能、信息查询和专题地图 5 个部分,根据各个部分的实际目标,可以进一步划分,从而形成第 2 个层次上的结构。其中,信息维护是整个系统的基础,水资源信息评价是对基础数据的进一步处理,信息查询和专题地图是对这些数据的应用。(1)基本 GIS 信息浏览的具体功能:支持基础图层与其它流域和水库的

21、专题要素的叠加显示、地图管理与图层控制、地图显示、放大,缩小,漫游操作、鹰眼跟踪、输出符合地图公开出版质量的和支持各种打印机的图件。(2)信息查询实现图形和属性的双向查询,其具体功能:点击查询,在所关心的图层上点击空间目标查询目标属性。矩形查询,对用户任意划定的矩形范围内的目标进行集合查询并统计目标数量和相关属性浏览。条件查询,按目标特征设定查询条件,即根据属性检索目标对象,并统计目标对象的数量。该模块客户端由 Java Applet 小程序实现图形的放大、缩小、漫游等交互操作,以减少服务起端的负担和网络通讯拥挤。基于用户查询空间信息量特别大,用矢量图形进行显示,图形文件的容量大在网络中传输的

22、速度较慢,而栅格文件的容量要小的多,若以栅格图象如.GIF、.JPG 格式传输,则可以解决上述问题。流域信息的功能实现流程图见图 3 所示。图 3 信息查询结果图Fig 3 The search result of information(3)流域水资源信息模块提供对水库及流域的基础地理信息数据、卫星遥感图象数据等空间数据的在线查询服务。实现水库、河道、雨量站等的水位、流量和气象信息等的浏览、检索、分析等功能,为自动测报系统提供接口,与自动测报系统相连,实时提取和浏览测报数据。进行河道、水库的给定时段的水位、流量过程线的绘制;给定时段断面水位的动态演示。给定时段水位变化过程动画演示、警戒水位预

23、警等。各种数据都可以在一个窗口范围内显示,用户可以根据业务需要进行叠加和分析查询。图 4 信息查询结果图Fig 4 The search result of information(4)相关模块运行服务水文预报模块任务和目标是:在现状自动测报站网基础上,依据各个水文测报站点实时传输来的降雨量的数据,根据流域产汇流条件及水文模型参数,模拟出各中型水库的入库洪水过程和来自中型水库以下区间面积上的洪水过程。然后根据中型水库入库洪水、现状水位和调度方式进行调洪计算预报出各中型水库的下泄洪水,将其演进到漳泽水库,与区间洪水叠加,构成漳泽水库的入库洪水,为防洪抗汛、水库调度提供决策依据。实时洪水预报采用降

24、雨径流途径,即根据流域实时降雨过程预报进入水库的洪水过程,从降雨到洪水要经历流域产流、流域汇流、河道汇流、水库调节这几个中间环节,而每个环节都有多种确定性概念模型可选择,选择合理与否将影响预报结果的精度。图 5 模型运行图Fig 5 The search result of model(5)信息维护在信息维护子系统中,不仅能够实现对各类信息的录入、修改、删除等功能,并且在系统用户对数据进行这些操作时,系统能够辨别用户对数据的操作权限,对未被授权的用户拒绝其操作。(下转第 92 页)16-技术创新微计算机信息(测控自动化)2010 年第 26 卷第 1-1期360元/年 邮局订阅号：82-946

25、现场总线技术应用 200 例传感器与仪器仪表data_point=0;io_out(wr,1);io_out(wr,0);*数据发送函数*unsigned short SendData(unsigned short data)unsigned short flag;if(send_flag=1)io_set_direction(data_out);io_out(data_out,data)lio_out(wr,1);send_flag=0;io_out(wr,0);flag=1;return(flag);4结论本设计方案经在油田实践证明是一种有效的方法,在油田控制网的建设中可以起到实现自动控制

26、,并且提供了一种控制网与油田局域网的连接方案。本文作者创新点:提出了采用 LanWorks 总线技术改进油田计量设备,实现油田计量站原油参数采集和监控的自动化,具有很强的实用价值和推广价值。参考文献1杨育红 LON 网络控制技术及应用M.西安:西安电子科技大学出版社 19992马莉.智能控制与 Lon 网络开发技术M.北京:北京航空航天大学出版社,20033唐东明,聂诗良.基于 LonWorks 的远程控制系统的设计J.微计算机信息,2008,6-1:42-44。4Neuron Chip Data BookECHELON,19955Neuron C Reference GuideECHELON

27、作者简介:康磊(1968-),女,陕西西安人,副教授,硕士,主要研究计算机控制和网络控制。Biography:KANG Lei(1968-),female,associate professor,Master,Shaanxi province,teacher of Xian ShiYou University,Researcharea include computer control system and network control system.(710065西安 西安石油大学计算机学院)康 磊宋彩利(College of Computer Science,Xian Shiyou Uni

28、versity,xian710065,China)KANG Lei SONG Cai-li通讯地址:(710065陕西省西安市电子二路东段18号)康 磊(收稿日期:2009.01.15)(修稿日期:2009.04.15)(上接第 16 页)系统规划 3 种用户类型:普通用户、数据库管理员、系统管理员。普通用户只能对信息进行查询,不能修改或删除数据;数据库管理员则可以对基础数据进行录入、修改及删除;系统管理员除拥有数据库管理员的权限外,可以添加或删除用户及对用户授权。系统根据登录用户的类别进行判断,只有具有权限的用户才可以进行信息维护的操作,维护的内容包括测站信息、监测断面信息、水质信息、水质标

29、准和系统用户信息。维护的方式是在 Web 上对以上信息进行浏览、添加、编辑和删除,并由具有相应权限的用户负责这些信息的维护工作。6结论水资源作为一个地域分布广、生产周期长、空间性明显的动态资源,其信息的调查,网上实时更新、监测、预测和管理就显得尤为重要,WEBGIS 在水资源信息管理中的应用符合了这一发展需求。本文的工作初步表明了 WEBGIS 在水资源信息管理中的先进性。系统将水文数据、基础地理数据、气象数据等多源数据集中到一个数据库中,提供即时、双向的数据操作,可以及时、迅速、准确和完整地查询流域信息及基础资料信息,实现了图形与属性数据的空间查询、分析和专题地图制作等功能。并将数据库数据与

30、流域水文模型相结合,进行场景分析和水文系统模拟,可动态处理最新区域水资源信息,使系统具有实时监测、预测、评价和调度指挥等辅助决策的功能。不足之处:对专业性强的模型分析、决策支持和模拟方面,系统只实现了部分功能,本模型还处于研究阶段,需进一步完善与优化。由于系统的建设周期较短,历史资料的缺乏,加上部分水文站数据信息还没有入库,运行过程中可能会出现一些技术上的问题,还需要解决。系统中的基本的 GIS 功能中还不能实现地图数据的“删除”与“增加”功能,还需要在当前 GIS 软件进一步开发后进行。参考文献1施加春、徐建民、史舟等,基于 WEBGIS 的农业面源污染信息系统的开发及应用,浙江大学学报,2

31、9(2),225230,2003.2张葵阳、李见为,组件技术在 WEBGIS 中的应用,重庆大学学报,2002,25(9),69-71.3何基香 谭献海 尤军考,基于 WebGIS 的地铁信息系统的研究与开发,微计算机信息,2006,22(5),276-278.4黄诗峰、李纪人、徐美,基于 WEBGIS 的全国水环境信息系统的设计与初步实现,水文,2004,23(4),2225.5王海波,网络地理信息系统的关键技术及开发应用,海洋湖沼通报,2002,19-24.6吴成明,浅析 WEBGIS 应用系统的开发技术,测绘通报,2003,50-53.7杨军耀,漳泽水库实时洪水预报系统研究报告,山西省水

32、文水资源勘测局,2004.作者简介:田丰(1975-),在读博士研究生,地图制图学与地理信息系统专业,主要从事高光谱遥感信息提取。Biography:TIAN Feng(1975.7-),male(han),BeiJing,School ofChina University Of Geosciences,Doctor,majoring in researchingof network technology and the hyperspectral imaging process.(100083北京 中国地质大学)田丰 段建华(100083北京 中国国土资源航空物探遥感中心)王润生(China University Of Geosciences,Beijing,100083,China)TIAN Feng DUAN Jian-hua(China Areo Geophysical Survey and Remote Sensing Centerfor Land and Resources,Beijing,100083,China)WANG Run-sheng通讯地址:(100083北京市海淀区学院路31#航遥中心遥感部方法新306室)田 丰(收稿日期:2009.11.03)(修稿日期:2009.12.25)92-