基于GeoDatabase与GIS的北京顺义区水资源管理信息系统设计开发（赵琦峰,贾海峰）

摘要：结合北京市顺义区水资源及其利用现状, 面向水资源可持续管理, 设计和开发了北京市顺义区水资源管理信息系统。利用GeoDatabase 技术组织水资源管理相关的空间和属性数据, 在GIS平台上进行二次开发, 构建的顺义区水资源管理信息系统, 旨在提升顺义水资源管理层次和信息化程度, 提高管理效率, 辅助水资源管理决策。该系统提供了水资源管理数据的输入输出更新维护、GIS浏览、数据查询统计、水质分析评价、水资源管理专题图制作等功能, 基本满足了顺义区水资源管理的需求。

关键词：水资源管理信息系统GIS GeoDatabase

中图分类号X37 文献标识码A 文章编号1673- 4637( 2007) 03- 0006- 04

顺义区位于北京东北部, 可利用水资源来源于地表水和地下水。顺义区可利用地表水绝大部分来自北部的潮白河干流和怀河。由于密云水库的关系, 过境潮白河顺义段的水量随机性很大, 至1980 年以后已几近枯竭。同时, 顺义区地下水超采严重, 2000 年顺义平原区平均地下水水位已较1980 年下降了11.8 m, 地下水漏斗区近年来水位在开采期已低于海平面5～10m。除潮白河河谷外, 其他地区地下水已处于极限开采状态。可见, 顺义区的水资源利用形势比较严重, 不加以科学的管理和利用, 提高水资源利用效率, 就难以保证顺义区供水安全, 实现水资源可持续利用。

包括大量的水文、气象、水质、地质等监测数据以及河流、地下水取水口、监测点等要素的地理信息在内的数据管理是水资源管理的基础。通过对这些数据的分析评价( 绘制地下水等值线, 评价地表水水质,制作水资源空间分布专题图等) , 可为水资源的综合规划与管理提供决策支持[1- 2]。而传统的纸质数据管理,无法很好地组织和表达庞大的数据。并且通常的关系型数据库也无法很好地处理空间地理信息, 不具备支持空间分析的能力[3]。所以, 需要利用先进的技术来提高水资源管理的信息化、智能化水平, 以更好地为水资源管理决策服务。

本文基于ESRI 公司提供的先进的GeoDataBase空间数据模型与地理信息系统( GIS) ArcGIS 平台,构建水资源管理信息系统, 用以辅助水资源管理和决策, 提高水资源管理的自动化与信息化水平。

1 系统需求分析

1.1 数据

水资源管理工作的基础是数据, 根据日常管理工作的需要, 在水资源管理系统数据库中需要包括以下2 方面的数据:

(1) 地理信息数据。行政区划、地表水水功能区划、河流水库、地下水水质区划、河流监测断面、地下水质井、地下水位井、机井、水文站、气象站、橡胶坝、雨量站以及排污口等GIS 图层。

(2) 属性与监测数据。河流监测断面的监测数据( pH 值、水温、BOD 等) 、排污口的主要排放污染物及其浓度监测值、水文站的河流流量、流速等水文信息、雨量站的降雨量等信息、地下水位井的水位信息等。这些属性的数据和地理信息数据有关联关系。

1.2 系统功能需求

根据对顺义区水资源管理工作的分析, 把系统的功能需求总结成以下2 大方面:

(1) 水资源管理相关信息的收集、分类、查询和管理。对管辖区域可利用水资源的分布信息以及地表水监测点、地下水监测点、气象站和水文站等空间要素的分布信息的整理、更新和维护; 对长期的水文、水质监测数据的整理、存档、管理和维护。系统需要能方便地检索得到需要的数据信息, 比如查询地下水位低于某个标准的机井等, 得到的信息需要能直观地展现, 能和地图进行结合, 可以制作专题图, 打印输出。水资源管理相关的数据需要长期积累, 完整的长系列数据的存档很重要。由于这些数据比较宝贵, 需要保证数据的安全性。

(2) 水资源管理相关数据的统计、分析和评价。通过水质、水量等监测数据对地表水水质、地下水水质、水资源可利用量等进行综合分析评价, 为水资源利用规划管理提供依据。系统提供对数据信息的统计, 比如统计顺义区各个乡镇的可利用水资源量, 环境污染状况等, 用以辅助水资源调配、水资源开发利用。

2 系统设计与开发

2.1 系统开发工具和开发方式

GeoDataBase 是美国ESRI 公司推出的一种新的面向对象的通用地理数据库模型。使用GeoDataBase来组织水资源管理数据便于空间要素和监测数据统一存储和无缝关联, 可以同时利用传统关系数据模型和空间数据模型的特点进行数据管理维护[4]。本系统使用Microsoft Access 2003 数据库软件来构建基于GeoDataBase 的水资源管理数据库。

地理信息系统( GIS) 最大特点在于它能够将各种数据信息与空间位置、空间分布及其空间关系通过数字化而有机地结合在一起[1], 同时具有强大的空间查询分析和制图等功能。本系统采用ESRI 公司的ArcGIS 8.3 作为GIS 平台, 使用Visual Basic 6.0 语言和ArcGIS 8.3 提供的GIS 组件ArcObject 进行二次开发构建顺义区水资源管理系统。

2.2 水资源管理数据库

水资源管理数据库中的空间数据分成3 类: 功能区图层、监测图层和背景图层。数据库中的属性数据包括了各个监测图层对应的监测数据以及用户信息数据等。数据库的结构如图1 所示。

2.3 系统架构与功能

系统采用3 层架构: 数据层、访问层与用户层,如图2 所示。数据层为水资源管理数据库。用户界面层通过访问层ADO.Net ( 一种数据库连接组件) 和ArcObject 组件提供的数据访问方法与数据层进行交互。用户层为用户的操作层。根据系统功能需求, 在用户层提供了地图浏览编辑、数据查询统计、专题图制作、数据分析评价、数据备份恢复与用户管理等功能模块。

系统各模块的功能如下:

(1) 地图浏览编辑。该模块提供图层的放大、缩小、漫游、点选、框选、鹰眼和要素信息查看等浏览功能。提供水质监测点、机井等主要点状要素的添加、删除和修改的功能以及监测数据的Excel 导入导出与监测数据的表格显示和编辑功能。

(2) 数据统计查询。系统提供了4 种方式的查询功能: 常用查询、空间查询、属性查询和组合查询。常用查询把水资源管理日常工作中经常需要用到的查询抽取出来, 通过一键点击即可得到查询结果, 提高管理效率; 空间查询通过地图要素之间的接触、包含或者穿越等空间关系进行空间检索; 属性查询则通过数据字段的条件设置进行检索; 组合查询把空间查询和属性查询结合起来。查询的结果通过地图要素的选中闪烁以及二维数据表格的形式来展示, 并提供查询结果的打印导出功能。统计功能可根据监测数据, 绘制监测数据时间序列的变化折线图或者柱状图, 直观的展现数据。

(3) 专题图制作。水资源管理中往往需要制作一些满足特定工作需求的专题图, 并打印输出。比如, 制作顺义区排污口分布图, 为报告或者排污口管理服务。该模块提供图层选择迭加,图层显示样式编辑的功能, 在专题图制作模式下, 给地图添加指南针、比例尺、比例文字、图例和文本等地图要素, 最后打印输出。该功能和查询结合使用。

(4) 数据分析评价。对监测数据的分析评价结果是水资源管理决策的重要依据。根据河流监测断面的监测数据, 对河流水质进行评价, 使水资源管理部门能及时了解水质污染状况,以便采取应对措施; 根据地下水位井的水位数据, 绘制地下水位等值线图, 辅助地下水管理和开采利用。

(5) 数据备份恢复。该模块实现对水资源管理数据库的整体备份, 保证数据的安全性,当数据库遭到破坏的时候, 可以从备份的数据库中恢复。

(6) 用户管理。用户管理模块提供了用户权限的分级管理功能, 把用户划分为: 超级管理员, 编辑人员, 普通用户3 个等级。超级管理员对系统有最高权限, 编辑人员负责数据的更新维护, 普通人员对数据有查询浏览的权限。分级的用户管理保证了数据的安全性。

3 结论

利用GeoDataBase 数据模型构建顺义区水资源管理数据库, 能更好地组织和存储水资源管理中的空间数据和属性数据。在此基础上开发的水资源管理地理信息系统使管理人员可以直观地浏览编辑信息,制作输出专题图, 快速地掌握管辖区域内的水资源状况, 自动化地进行分析评价, 能满足辅助水资源管理决策的需求, 在保证水资源科学的、合理的、可持续开发利用方面起了重要作用。该系统的开发可以为北京其他区域的水资源管理系统的建立提供借鉴。

参考文献

[1] 张锦明, 杨文建, 薛伟.地理信息系统在北京市水资源管理中的应用[J].北京水利, 2003, ( 2) : 26- 29.

[2] 彭盛华, 赵俊琳, 袁弘任.GIS 技术在水资源和水环境领域中的应用[J].水科学进展, 2001, 12( 2) : 264- 270.

[3] 王宗祯, 王苏建, 向小民.GIS 空间数据库技术[J].中国三峡建设, 1998, ( 2) : 29- 32.

[4] 程昌秀, 周成虎, 陆峰.ArcInfo 8 中面向对象空间数据模型的应用[J].地球信息科学, 2002, 2( 1) : 86- 91.

[5] 邬伦.地理信息系统[J].科技术语研究, 1999, ( 2) : 34- 36.

作者简介: 赵琦峰( 1983 —) , 男, 在读硕士研究生。

来源：《北京水务》2007.3