基于GIS的长江委流域水行政管理信息系统的研究

 

摘 要：在“维护健康长江、促进人水和谐”的新时期治江思路指导下，长江水利委员会网络与信息中心自主设计研发了流域水行政管理信息系统。系统采用ArcIMS、ArcSDE、Oracle、J2EE等技术开发，以空间信息为主线，整合相关文档、多媒体等信息于一体，初步搭建起信息服务、共享和共建的平台，为长江流域水行政管理者提供基于Web的信息获取方式。系统包括数据更新维护系统、综合管理平台、前台应用系统、地理名词搜索系统和共享数据资源目录检索系统等五个子系统。系统具有二三维场景快速切换、各级用户个性化定制、地理名词搜索及良好的响应速度和用户体验等特点，并在公文共享数据库全文检索、水文数据实时展现、与Google Earth结合等方面进行了应用拓展。系统的建设为流域水行政管理的信息化开拓了思路，为信息资源整合提供了基础平台。

关键词：长江；水行政管理；信息系统；GIS

1．引言

在科学发展观的指引下，长江治理开发者提出了“维护健康长江、促进人水和谐”的新时期的治江新思路，要践行这个新思路，实现“在保护中开发，在开发中保护”，就必须及时获取和处理信息，并迅速作出反馈。要实现这些目标，信息是第一位的，这些信息中，既有空间信息，也有非空间信息，其中空间信息占70%～80%，因此，以空间信息为基础，建立以空间信息为主线，将其他文档、多媒体等信息按主题串接的管理信息系统，为长江管理者开发基于Web的信息获取方式，不仅能满足水行政管理的需要，提高工作效率，而且能帮助管理者作出科学合理的决策。在此背景下，长江水利委员会网络与信息中心自主设计研发了长江水利委员会流域水行政管理信息系统（以下简称系统）。系统建设以长江委水利信息化规划为指导，以电子政务为平台，以共建共享为宗旨，以信息技术和手段支撑维护健康长江工作的开展。系统建设的主要目标一是推动数据资源整合，并作为整合数据资源的一种表现载体；二是扩展电子政务功能，延伸电子政务系统应用；三是满足各级用户的个性化需求。

2．系统架构及功能

流域水行政管理信息系统是一个综合的水行政管理信息系统，系统在逻辑上划分为数据资源层、应用支撑层和应用系统层三个层次，在功能模块上细分为后台数据更新、前台应用系统、地理名词搜索、共享数据资源目录和综合管理平台五个子系统。系统总体架构见图1。

2.1 数据资源层

数据资源层（即数据层）主要指数据库管理系统（DBMS）。负责管理对数据库的读写和维护，能够迅速执行大量数据的更新和检索等数据服务操作。本系统采用Oracle10g数据库系统存储系统的各类空间与非空间数据，其中空间数据（包括基础地理数据、遥感影像数据、部分专业数据等）通过空间数据库引擎ArcSDE进行管理，其它非空间数据（包括多媒体数据、系统数据及部分专业数据等）直接通过Oracle10g进行管理。系统已建基础地理数据库包括1:25万、1:100万和1:400万三个基本比例尺（部分数据层建设了1:25万～1:2000万的多级比例尺数据）的水系、行政区划、居民地、交通等基础地理数据，遥感影像数据建设了长江流域范围的TM和ETM影像、荆江地区的SPOT5影像，已建的专业数据库包括了水利空间数据（包括堤防、水库、涵闸、水文测站、蓄滞洪区、险工险段、洲滩民垸、病险水库、重点防洪水库、采砂区、取水口等）、长江中下游干流河段的水下地形、长江流域地形地貌、重要控制站的实时水雨情、长江流域防洪规划、水库建设规划、水力资源复查成果、血吸虫疫区分布、水土流失防治区和水资源综合规划成果等专题数据，另外还有重点水利工程的多媒体数据库及系统辅助管理数据库，总数据量达130GB。

2.2 应用支撑层

应用支撑层是应用系统的技术核心部分。流域水行政管理信息系统采用了ArcSDE、ArcIMS、JDBC、WEB服务和Oracle Text等技术作为系统支撑。

ArcSDE对空间数据进行管理，并负责应用系统与数据库的空间数据连接。后台数据更新系统和前台应用系统均通过ArcSDE与数据资源进行通信。

ArcIMS用于地图服务，前台应用系统中的WebGIS与地理名词搜索中均使用ArcIMS服务器提供的地图服务进行工作。

JDBC负责前台应用系统、地理名词搜索、综合平台管理与共享数据资源目录等应用系统与数据库的连接。

WEB服务负责B/S系统的服务支撑，是所有B/S结构系统必须的支撑技术。

Oracle Text是Oracle10g数据库文本管理组件提供的一个文本搜索系统，在系统中主要用于共享数据资源目录的全文检索。

2.3 应用系统层

根据用户对象的不同和系统功能模块特点，在应用系统层上把系统划分为五个子系统，见图2。

2.3.1 后台数据更新系统

后台数据更新系统设计为C/S模式，采用VB、ADO和ArcGIS Engine等技术进行二次开发，用户安装客户端软件即可使用。本系统主要用于数据管理员对空间数据（包括本地和数据库中空间数据）的浏览、编辑、修改、更新、维护等操作，并可以管理水利工程的多媒体数据库。后台数据更新系统运行于委内各水行政管理部门，方便各部门数据的共建。

2.3.2前台应用系统

前台应用系统是采用B/S架构的应用系统，是水行政管理信息的展现平台，也是流域水行政管理信息系统的核心部分。前台应用系统结构见图3。

前台应用系统用于各级水行政管理人员浏览、查询权限范围内的水行政信息，包括地图浏览、查询检索、统计分析、数据导出、重要水利工程三维建模场景及其它文档、多媒体信息的浏览等功能，系统还对公文查询浏览、实时水位流量过程线分析等进行应用拓展。

2.3.3 地理名词搜索系统

水利地理名词搜索系统包括前台地理名词搜索和后台倒排索引建立两个方面，分别基于B/S架构开发，其前台界面设计主要应用当前主流浏览器支持的静动态网页技术、客户端脚本技术及AJAX技术。本系统为流域水行政管理信息系统的空间数据提供了一个快速便捷的查询检索的基础平台和解决方案，在功能上达到利用水利地理名词作为关键字进行搜索并对该地理要素渲染概略图。通过概略图可以了解水利工程的空间位置，并可以通过链接直接进入Google Earth，把概略图叠加到Google Earth，定位到水利工程在Google Eart三维场景中的位置，在Google Earth的三维场景中进行浏览，见图4。

2.3.4 共享数据资源目录

共享数据资源目录系统前台采用动态网页技术JSP开发，后台采用Oracle Text全文检索技术进行数据管理。在系统前台页面上传各数据库的元数据文件及数据预览图、可供下载数据包等文件，后台系统定时自动重建索引，前台系统即可浏览、检索相关资源。本系统针对流域水行政管理信息系统的数据库建设成果进行元数据设计，可通过系统界面对元数据进行主题词检索和全文检索，方便用户查询数据资源信息，并通过专题图浏览数据。同时本系统提供了两种数据共享方法：一是直接下载系统提供的数据压缩包，二是直接访问系统提供的WMS互操作服务。

2.3.5综合管理平台

综合管理平台基于B/S架构开发。该平台是流域水行政管理信息系统数据字典管理、图层分类、图层服务、信息分类、信息服务、部门权限、日志跟踪、数据连接状态跟踪等信息管理的综合性平台。综合管理平台的建设对于用户登录权限管理、系统个性化定制及整个平台的易管理性起到极大的作用。综合管理平台的用户对象为流域水行政管理信息系统的各级管理员。平台的最主要功能是用于分类定制，根据长江委各主要职能部门的各自特点，对不同的专业信息进行分类定制、量身打造。

3. 系统特点

3.1 前台应用系统中进行三维漫游

流域水行政管理信息系统有选择性的对部分水利工程进行了三维建模，并提供了实时交互式三维漫游平台。用户通过前台应用系统即可打开水利工程的三维场景，只需简单的键盘、鼠标操作就能达到传统二维空间中难以达到的视觉效果和真实感受。系统已提供“沙市水文站”、“监利水文站”、“荆江分洪区进洪闸（北闸）”、“黄山头节制闸（南闸）”和“三峡水利枢纽”等重要水利工程的三维漫游场景。

3.2个性化定制系统

系统个性化定制是通过综合管理平台来实现的。系统以公共地理信息数据为依托，根据长江委各主要职能部门的各自特点，针对各职能部门工作中的侧重点，系统对不同信息进行分类定制、量身打造。它通过分级授权，实现对不同类别的用户对数据资源和功能模块访问的管理，可以满足水行政管理各个部门的专业性需求，从而提高他们的查询检索的效率。

3.3 地理名词搜索并与Google Earth结合

通过水利地理名词搜索系统前台界面输入关键字即可查询检索到系统中所有相关水利信息，浏览概略图，可以了解水利工程的空间位置，并可以进入Google Earth浏览，在三维场景中定位水利工程。在功能上达到了利用水利地理名词作为关键字进行搜索并对该地理要素渲染概略图，进一步把概略图叠加到Google Earth三维场景中，达到水利工程在二、三维场景中精确定位和完美展现，实现从二维地图查询浏览、漫游到Google Earth三维地图的浏览和漫游。

3.4 系统良好的响应速度和用户体验

系统采用压缩程序代码、调优服务器配置、数据源多级比例尺处理等手段提高系统响应速度，并采用AJAX技术增强用户体验效果。系统程序JS代码平均压缩率达到50%左右，html代码的GZIP压缩平均压缩率高达100%。另外数据渲染性能直接与所需渲染数据的数据量大小成线性关系，数据量越大、数据几何特征越复杂则渲染耗时越多，对此利用空间数据多级比例尺数据作为不同情况下地图渲染的数据基础，在不影响地图整体出图效果和不减少地图信息载负量的前提下对数据渲染性能进行合理的提升。

4．应用拓展

4.1 系统与公文共享数据库结合

水行政管理各部门的业务中公文查询检索占有重要地位，而在公文系统中没有水利工程的空间概念。流域水行政管理系统把空间要素与公文系统进行结合，达到查询浏览地图中空间要素的同时，也可以查询浏览相关的公文信息，完成了地图到公文信息查询的转换，实现了网络地图与公文共享系统的良好结合。

4.2 系统与实时水雨情结合

流域水行政管理信息系统中通过水文过程线模块实现了随时获取实时水情信息的功能，见图5。系统水文过程线模块能查询某一时段内实时水情的水文过程线，显示特征水位流量线，计算并显示某时段内的水文特征值（包括时段洪量、平均流量、平均水位、最大流量和最高水位等）、打印及各种辅助工具等功能。

5．结论与建议

流域水行政管理信息系统的建设为水行政管理者提供了一个了解水行政管理信息的综合信息平台。管理者既可以查询浏览水利工程等二维空间数据，又可以感受逼真的三维场景，还可以查看公文信息、实时水情信息及其它水利工程相关的文档、照片、视频等多媒体信息。系统的建设为流域水行政管理的信息化开拓了思路，为信息资源整合提供了基础平台。

系统经过两年的建设，目前仍存在数据资源较少、业务应用拓展不深入等问题。建议应继续开展以下相关工作：

1）把流域水行政管理信息系统建成长江委数据中心的二三维展现平台；

2）结合数据挖掘，进一步进行个性化定制，满足各水行政管理单位不同级别的用户对信息的不同详细程度的需要；

3）继续拓展应用，为水行政管理服务。如将待审批的取水口、排污口及河道建设工程标注在地图上，分析其设置的合理性；通过前台应用系统，及时标注突 发事件发生地点和相关信息，完成即时信息发布，方便快捷查询预案和实施预案等。