（通信与信息系统专业论文）网络化水利地理信息系统研究.pdf

摘要 本论文是以南通市水利局委托开发南通市网络化水利地理信息系统为研 究基础，开发集计算机图形与数据库于一体的全市网络化地理信息系统，主要实 现对南通市水和地图进行矢量化，对南通市及其管辖的县( 市) 乡( 镇) 的江河 流域、水利相关设施统一控制和管理。 论文讨论南通市网络化水利地理信息系统从需求分析到系统实施评价全过 程。整个系统采用远程浏览端、中间层服务器端和空间数据服务器三层体系结构， 利用u 虬对系统开发各个过程进行柔性建模，网络化地理信息系统主要包括综合 管理子系统和远程浏览子系统，实现局、县和乡三级地图操作、属性数据管理、 图形查询、属性数据查询、地图更新以及数据报表打印等功能。综合管理子系统 采用m a p i n f o 公司的m a p x 组件进行二次开发，实现南通市水利地图信息集中管 理控制和维护。远程浏览子系统采用基于m a p x 组件开发m a p w e b 发布组件，通过 h t t p 协议与w e b 服务器进行各种数据交换，实现远程用户浏览水利地图各种信 息。整个系统具有较高的运行效率。 论文最后，对开发的系统采用了模糊理论方法从网络特性、功能性等指标评 价该系统为“优秀”，并针对网络可靠性、安全性以及网络响应速度等问题提出 建议，明确下一步工作居的，展望地理信息系统今后发展趋势， 关键词：网络化、水利、地理信息系统、u m l 、柔性建模 a b s t r a c t o nt h eb a s i so ft h ep r o j e c to f n e t w o r k e dw a t e rg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e mo f n a n t o n g ”，w h i c hi sc o m m i t e db yt h ew a t e rc o n s e r v a n c yo fn a n t o n g t h es y s t e mi s d e v e l o p e da n dh a sc h a r a c t e r i s t i co fi n t e g r a t e dc o m p u t e rg r a p h i cw i t hd a t a b a s c , i t sa i mi s t h ej p e gm a pv e c t o r e d ，t h em a pi st h ew a t e l m a po fn a n t o n g ，t oa c h i e v et h e m a n a g e m e n ta n dc o n t r o io f t l l er i v e r sa n dw a t e r r e s o r r c ef a c i l i t i e si nt h et o w n s h i p ( t o w n ) o r c o u n t y ( c i t y ) o f n a n t o n g t h et h e s i sd i s c u s s e st h ew h o l ec o n r s eo fd e v e l o p i n gn a n t o n gn e t w o r k e dw a t e r g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e mf r o mr e q u i r e m e n ta n a l y s i st oi m p l e m e n t t h es y s t e mi s m a d eo ft h r e et i e s ，w h i c ha r er e m o t eb r o w s e , m i d d l es e r v e ra n ds p a t i a ld a t as e r v e r a n d u 几i su t i l i z e dt od e v e l o pe a c hc o u r s ea n de a r r i e do nf l e x i b l em o d e l t h en e t w o r k e d g e o g r a p h i c a ll n f o r m a t a o ns y s t e mm a i n l yi n e l u d e sc o m p r e h e n s i v em a n a g e m e n ts u b s y s t e ma n d r e m o t eb r o w s es u b s y s t e m ，w h i c hi m p l e m e n t e dt h em a po p e r a t i o ni nt h eb u r e a u ，c i t ya n d c o u n t y , a t t r i b u t ed a t am a n a g e m e n t , m a pt oa t t r i b u t ed a t ai n q u i r y , a t t r i b u t ed a t at od a t a m q m r y , m a pu p g r a d ea n dt h ed a t ar e p o r t ，e t c i n t e g r a t e dm a n a g e m e n tm a l l a g e m e n t s u b s y s t e mi sa d o p t e dt h em a p xc o m p o n e n to fm a p i n f oc o m p a n yt od e v e l o pi ns c c o u d w h i c hr e a l i z e st h a tt 1 1 ew a t e rm a pa n di t si n f o r m a t i o ni sm a n a g e da n dm a i n t a i n e di nt h e c e n t e ro fn a n t o n gb u r e a u r e m o t eb r o w s es u b s y s t e mp r o v i d em a n a g e m e n ta n di n q u i r e o fa l lk i n d so fw a t e rm a pa n di t si n f o r m a t i o ni nr e m o t eb yt h ei n t e r n e tn e t w o r k a n di t s p u b l i s h e dc o m p o n e n tm a p w e bi sb a s e do nt h em a p xc o m p o n e n t i tc a na c c o m p l i s ht h e d a t ai n t e r c h a n g eb e t w e e nt l l er e m o t eb r o w s ea n dt h ew e bs c r v c rb vh t t p p r o t o c 0 1 t h e w h o l es y s t e mi se f f i c i e n c y f i n a l l y ，t h ef u z z yt h e o r yi sa d e p t e dt oe v a l u a t et h ed e v e l o p e ds y s t e m ，b yt h ei n d e x e so f t h en e t w o r k ，f u n c t i o n a l i t y ，e t c ，t h er e s u l ti st h a tt h e s y s t e mi s ”o u t s t a n d i n g ”t h e s u g g e s t i o ni sp u tf o r w a r dt oa n dg i v e dt h ef o l l o w i n gq u e s t i o n s ，s u c ha sd e p e n d a b i l j “o f t h en e t w o r k ，t h es e c u r i t ya n dr e s p o n s es p e e do fn e t w o r k ，e t c ，a n dd e f i n et h en e x tw o r k p u r p o s e ，d e v e l o p m e n tt r e n do ft h eg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e r ni sl o o k e df o r w a r dt o i nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：n e t w o r k e d ；w a t e r ；g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ；u n i t e dm o d e l l a n g u a g e ；f l e x i b l em o d e l i n g 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 少6 年5 月名日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所( 含万方数据库) 、国家图书 馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文 的复印件或电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论 文外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 磊月彳日 网络化水利地理信忽系统研究 第1 章概述 随着我国信息化不断深入和网络不断发展，水利行业信息化也在展开，根据 全国水利发展“十五”计划和到2 0 1 0 年规划制定的目标可知，2 0 0 5 年的水利 信息化建设依然会围绕“金水工程”展开，进一步开发水利信息资源，建设和完 善一批水利基础数据库，健全信息化管理体制，形成法规、标准规范和安全体系 框架，全面提供准确、及时、有效的信息服务。其中将重点建设国家防汛指挥系 统、全国水利政务信息系统、国家水质监测和评价信息系统、国家水资源管理决 策支持系统、全国水土保持监测与管理信息系统等，并部署实旌其它应用系统的 建设。根据这一近期目标，水利信息化重点在于对水利资源的管理，优化配置， 提供资源利用率，方便维护，例如，对河道资源的管理等等。为了有效管理水利 资源，并正确进行决策，通常采用各种先进的技术方法，像地理信息系统在水利 资源管理中的应用是非常有效的方法。 “数字地球”是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现和认识，它 包括构成体系的数字形式的所有空间数据和与此相关的所有的文本数据，及其涉 及到的把数据转换成可理解的信息并可方便地获得它的一切相应的理论和技术。 其涉及的理论和技术主要包括：数据结构理论、分布式计算理论、海量存储理论、 三维仿真理论、空间数据仓库理论、智能化信息提取理论、信息的认知理论、遥 感技术、动态互操作技术、数据发掘技术、开放平台、构件技术、分布式对象技 术、智能代理技术、计算机图形和虚拟环境技术以及多维虚拟现实技术等等。 而“数字地球”的基础是地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简 称g i s ) ，随着信息技术不断发展和地理信息系统不断普及，地理信息系统应用 在我们身边随处可见，例如城市煤气管道管理信息系统、电信电缆管理系统及水 利河道信息管理系统等等，在这些系统中同时管理地理空间信息和数据库属性数 据，在城市规划、市政设施管理、房地产开发、交通管理、通信网络管理以及市 场预测等方面有着广泛的应用价值。 1 1 网络化地理信息系统研究主要问题 地理信息系统是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而 发展起来的一个学科。在计算机发展史上，在计算机发展史上，汁算机辅助设计 技术( c a d ) 的出现使人们可以用计算机处理像图形这样的数据，图形数据的标 志之一就是图形元素有明确的位置坐标，不同图形之问有各种各样的拓扑关系。 简单地说，拓扑关系指图形元素之间的空间位置和连接关系，简单的图形元素如 点、线、多边形等；点有坐标( x ，y ) ；线可以看成由无数点组成，线的位置就可 以表示为一系列坐标对( x 1 ，y 1 ) ，( x 2 ，y 2 ) ，( x n ，y n ) ：平面上的多边形可 以认为是由闭合曲线形成范围。图形元素之间有多种多样的相互关系，如一个点 在一条线上或在一个多边形内一条线穿过一个多边形等等。在实际应用中，一 个地理信息系统要管理非常多、非常复杂的数据，可能有几万个多边形，几万条 线，上万个点，还要计算和管理它们之间的各种复杂的空间关系。 地理信息系统技术是- - i 1 综合性的技术，它的发展是与地理学、地图学、摄 影测量学、遥感技术、数学和统计科学、信息技术等有关学科的发展分不开的。 地理信息系统是计算机硬件、软件支持的地理数据( 信息) 采集、存储、检索、 分析处理、显示的系统。其中地理信息系统主要研究以下三个方面内容： ( 1 ) 数据的获取。数据的获取包括数据的采集及输入，即将系统外部的原 始数据传输到系统内部，并将它们从外部格式转换为系统能够识别和处理的内部 格式存储于地图的地理数据库中。g i s 所需的原始数据为空间数据和属性数据， 其中空间数据常采用的输入方法有键盘输入，利用数字化仪和扫描仪等；属性数 据用键盘输入，目前的趋势是将g i s 与g p s ( 全球定位系统) 和r s ( 遥感) 结合获取 数据。 ( 2 ) 数据的管理。g i s 数据包括栅格数据和矢量数据。一般而言，g i s 系统 都采用了分层技术，将地图按特性分成若干图层，通过图层叠加得到完整地图。 通过划分图层，用户只对图层进行操作，这样可以加快访问速度。 g i s 的数据管理包括图形库管理和属性库管理。将图形数据分为点数据，线 数据，面数据和混合型数据，其中混合型数据是指由点状，线状及面状物体组成 的更为复杂的地理单元。图形数据与属性数据之间的连接方式有：专题属性数据 作为图形数据的悬挂体；用单项指针指向属性数据；属性数据与图形数据采用统 一的结构；图形数据与属性数据自成体系。其中属性数据描述事物特征的属性， 即非空间数据。例如河道颜色、疏浚时间、河道长度等。 ( 3 ) 分析及处理数据。数据处理包括对图形数据和属性数据的编辑，图形 数据与属性数据之间对应关系的校验，空间数据的误差校正等：同时也包括对矢 量数据的压缩与光滑处理，矢量栅格数据的相互转化等。空间分析是地理信息系 统的研究核心，主要表现在数据检索及表格分析，迭加分析，缓冲分析及网络分 析。事物间相互联系的空间关系，即拓扑数据。这类数据确定事物的连接关系， 或一种事物在其他事物中的运动方式。 地理信息系统的核心部分是地理空间数据库，直观表现形式是电子地图，特 色是快速空间查询、属性查询和二者的关系查询。g i s 平台本身是一套功能强大 的系统，其应用又涉及诸多领域，所以g i s 内数据种类繁多、数据的管理也非常 复杂，这正是有待于解决的关键问题。 g i s 借助于现代计算机技术的支持，储存和处理空间信息，把地理位置和相 望竺些查! 燮兰堡垒墨丝璺墨 关属性有机结合起来，根据实际需要准确真实、图文并茂地输出给用户，并借助 其独有的空问分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策。它是空阀信息系统的 集中体现，已经成为当代信息产业中发展最恢的环节之一。 1 2 国内外研究现状 g i s 的发展经历了单一功能到多功能、单目的到多目的、属性管理系统到空 间型系统、图形输入输出到复杂分析处理等过程。 总体来讲，g i s 的发展可分为四个阶段；第一个阶段是初始发展阶段，2 0 世 纪6 0 年代世界上第一个g i s 系统由加拿大测量学家r f t o m l i s o n 提出并建立， 主要用于自然资源的管理和规划；第二个阶段是发展巩固阶段，2 0 世纪7 0 年代 由于计算机硬件和软件技术的飞速发展，尤其是大容量存储设备的使用，促进了 g i s 朝实用的方向发屣，不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息 系统在世界各地纷纷付诸研制，如美国、英国、德国、瑞典和日本等国对g i s 的研究都投入了大量的人力、物力和财力；第三个阶段是推广应用阶段，2 0 世 纪8 0 年代，g i s 逐步走向成熟，若在全世界范围内全面推广，应用领域不断扩 大，并与卫星遥感技术结合，开始应用于全球性的问题，这个阶段涌现出一大批 g i s 软件，如a r c ，i n f o ，g e n a m a p ，s p a n s ，m a p i n f o ，e r d a s ，m i c r o s t a t i o n 等；第四个阶段是蓬勃发展阶段，2 0 世纪9 0 年代，随着地理信息产品的建立和 数字化信息产品在全世界的普及，g i s 成为确定性的产业，并逐渐渗透到各行各 业，成为a 们生活、学习和工作1 i 可歃少的工具和助手。 到目前为止，g i s 仍然有许多不同名称+ 其原因是地理数据种类繁多，各行业 郁在建立专业化的g i s g i s 标准化研究还未获得全球公认的统一成果等。大致 可以分为空间信息系统、土地信息系统、办公自动化系统以及专业信息系统( 例 如水利地理信息系统、环境评价信息系统等等) 我国g i s 的发展较晚，经历了四个阶段，即起步f 1 9 7 0 - 1 9 8 0 ) 、准备 ( 1 9 8 0 一1 9 8 5 ) 、发展( 1 9 8 s 1 9 9 5 ) 、产业化0 9 9 6 以后) 阶段。g i s 已在许多部门和领 域得到应用，并引起了政府部门的高度重视。从应用方面看，地理信息系统已在 资源开发、环境保护、城市规划建设、土地管理、农作物调查与结产、交通、能 源、通讯、地图测绘、林业、房地产开发、自然灾害的监测与评估、金融、保险、 石油与天然气、军事、犯罪分析、运输与导航、1 1 0 报警系统公共汽车调度等方 面得到了具体应，1 】。 目前，g i s 已成为信息高速公路的信息源和信息业的支柱产业。今后的发展 将更加迅速，对g i s 的要求将更高。为了满足信息社会的需要，g i s 的发展呈如 将更加迅速，对g i s 的要求将更高。为了满足信息社会的需要，g i s 的发展呈如 f 趋势： 网络化水利地理信息系统研究 ( 1 ) 集成系统，即多学科专业的综合系统、数据获取、定位、分析集成系 统。 ( 2 ) 智能化系统，即人工智能与g i s 结合形成智能型系统。 ( 3 ) 标准化系统。信息必须能够共享，标准化的信息生产、传送、接收工 具，其次是标准的数据结构和格式、数据分类编码以及数据参考系统。 ( 4 ) 网络化，无形信息商品的传送以通讯网为快速、方便。g i s 网络化是 指系统之间相互传送数据、信息，相互调用软件等。 1 3 课题背景和研究内容 我国水资源总量不足，时空分布不均，干旱缺水严重制约着社会经济的可 持续发展。由于气候变化和人类活动的影响，华北、西北、东北都面临着严重缺 水的威胁。南方及其它一些地区也存在着局部资源性缺水、水质性缺水或工程性 缺水等问题。城市供水的保证率还比较低，部分农业和生态用水被挤占。中国水 资源短缺，尤其是北方地区缺水严重的现实，使人可门充分认识到节约用水己经 成为当务之急。水资源能否科学合理的应用是社会经济环境可持续发展的关键问 题，而水资源管理首先要解决的一个主要问题就是河道信息的科学管理。河道资 源与国民经济息息相关，近年来对于河道资源的研究得到了很多国内外专家的重 视。数字河道研究是当前地理科学、环境科学、生态科学与计算机科学等多种学 科交汇研究的一个热门领域。世界经济三强美国、日本和德国的数字河道研究在 国际上处于比较先进的水平，研究重心主要放在合理利用河道资源、预防洪水灾 害、可持续发展和跨国界河道管理上。美国从2 0 世纪3 0 年代就开始对境内主要 河流进行系统性的管理，经过几十年的发展，到上个世纪末，美国已经建立先进 的数字河道管理系统，利用高科技的专业技现代信息技术，对洪水可能造成的灾 害进行及时、准确的预测，发布警示信息，并逐步建立“3 s ”洪水预警系统1 5 1 1 6 1 。 日本洪水灾害严重，国内多数地区处于威胁之中，河道管理也因此得到重视，针 对河道及洪水的管理已经采用自动化程度很高的信息系统、洪水泛滥危险图以及 具体的危机管措施，对河道的管理也越来越注熏保护生态环境，促进可持续发展。 德国对河道研究的侧重点在于控水污染和共享水资上面，已经内陆水和海水保护 采取跨国界合作作为其环境工作的一个关键目标侧。目前，在我国河道研究领域 内，河道环境变化的现代过程，河道资源的合理利用、河道生态系统的管理、立 法与保护等方面和研究非常活跃，方法手段也从定性走向定性与定量相结合。 4 网络化水利地理信息系统研究 1 3 1 课题研究背景 南通市是一个水利资源非常丰富的城市，水利地理信息系统也是南通市数字 城市非常重要的部分，为了方便对南通市水利资源的管理，改变传统手工管理的 模式，结合地理信息系统，将水利空间信息、属性信息以及数据分析进行科学管 理。 从“九五”期间开始实施的“金水工程”已被国家列入“十五”期间电子 政务重点推进的“十二金”业务系统之一，划分为三大层次的水利信息化，其最 高层是建设水利综合管理信息系统，包括了水利政务信息系统、水利工程建设与 管理信息系统、水利信息公众服务系统等十个应用系统。 水利信息化建设是一个长期的过程，需要国家水利行业部门的主导，也需要 计算机行业软硬件厂商的参与。首先在技术上，水利信息化涉及到天文地理等诸 多复杂的方面，特殊的专业性需要强大的技术实力与水利行业的丰富经验；而在 服务方面，整个水利系统信息化人才匮缺，水利信息化开发与建设迸程需要持久、 有效、即时的服务，才能适应现代信息技术的维护与管理。 为了适应当前信息化建设，加快水利信息化建设进程，南通市水利局结合自 身具体实际，制定综合现代信息技术，建立起包含地理信息系统、防汛减灾信息 系统、工程管理信息系统在内的全市水利管理决策支持系统的总体目标。当前， 根据资金、工作安排等实际情况，先研制开发集计算机图形与数据库于一体的全 市水利地理信息系统，但应留有其他信息系统的扩充接口，即应遵循先总体构架， 再逐个完善的原则。在这种情况下，以南通市水利局提供已经调绘的1 1 0 0 0 0 “土 地利用现状图”为基础，采用矢量化方式录入相关全部图形元素，提出建立基于 地理信息系统平台的网络化水利地理信息系统，本论文正是在这种背景下开展 的。 1 3 2 课题主要研究问题 水利地理信息系统是多人开发的大型项目，如何使开发人员明确分工，统一 各种设计规范，明确项目的程序流程，保证项目的开发质量以及简化和缩短项目 的开发周期是关系到水利地理信息系统开发的重要问题。为了更好地解决这些问 题，在项目开发时，从南通市具体实际出发，结合当前工程化软件开发方法，为 软件开发团队制定一个标准的软件开发过程。从水利地理信息系统的需求分析开 始，采用u n i t e dm o d e l i n gl a n g u a g e ( 统一建模语言，以下简称u m l ) 柔性开发， 按照软件开发标准进行建模，对水利地理信息系统需求分析、原型设计、详细设 计以及实现等过程进行详细建模分析，有利于项目编码实现和维护。 本文主要完成了以下工作： ( 1 ) 利用m a p i n f o7 5 对南通市5 个县城的1 6 9 张纸制地图进行矢量化。 ( 2 ) 采用u m l 柔性开发模型对南通市水利地理信息系统进行需求分析建 模，系统原型建模分析，建立服务器客户机浏览器三层结构模式，给出南通市 水利地理信息系统完成解决方案。 ( 3 ) 在总体解决方案基础上，利用组件技术，采用m a p x 组件开发发布平 台和后台管理平台。 1 3 3 论文内容组织 本文紧紧围绕南通市水利局功能需求和地理信息系统发展，分7 章进行阐述 水利地理信息系统开发全过程。 第l 章主要介绍目前水利信息化和地理信息系统结合的背景，以及项目提出 者( 南通市水利局) 背景，明确论文研究的主要问题和组织。从数据组织出发， 分析南通市水利局对水利地理信系统总体目标和需求后，采用科学数据组织方 法，结合系统开发技术可行性、效益可行性以及风险可行性，对各种水利资源数 据采用分类分级管理方式存放到关系型数据库中，明确系统的功能需求。 本文第2 章根据系统的总体需求，将u m l 柔性建模分析引入到系统开发中， 同时对u m l 建模的意义和优点进行阐述，并结合柔性设计思想，提出柔性u m l 建模模型。 本文第3 章利用柔性u m l 建模模型，用u m l 和r a t i o n a lr o s e 工具对南通 市水利地理信息系统每个子系统进行系统柔性建模，分别利用时序图、活动图等 图形展示水利地理信息系统每个功能模块，将每个子系统功能模块细化和对流程 优化，并利用各种视图分析每个模块。 本文第4 章利用v i s u a lb a s i c 和m a p x 组件进行综合管理系统开发，并对开 发过程中重点部分进行详细阐述，给出部分重要代码。 本文第5 章重点介绍远程浏览组件m a p w e b 组件开发全过程，并从组件安装、 组件调用以及组件调试进行详细阐述。 本文第6 章结合水利地理信息系统和南通市水利局应用实际特点，确定水利 地理信息系统为评价对象，并根据评价目的，制定合适的评价指标体系，例如网 络响应速度、可靠性、功能性，利用模糊理论评价方法对设计出的水利地理信息 系统进行评价，并且评价结果为“优秀”。 本文第7 章主要总结系统开发过程中的经验，指出下一步继续要做工作，最 后对地理信息系统开发发展进行展望和预测。 南通市水利局为了加强水利各项管理，提高工作效率，保证全市水利项目、 6 网络化水利地理信息系统研究 配套设施建设，同时为领导决策提供科学依据和帮助。南通市水利局提出综合现 代信息技术，建立包含地理信息系统、防汛减灾信息系统、工程管理信息系统在 内的全市水利管理决策支持系统。当前，根据资金、工作安排等实际情况，计划 开发集计算机图形与数据库于一体的全市水利地理信息系统。 本章主要围绕南通市水利局对网络化水利地理信息系统功能需求进行调研 和进一步细化，并考虑组件式地理信息系统和w e b g i s 开发模式的开发要求， 将合理分解系统功能，将对下一步系统建模和开发打下坚实的基础。 1 4 南通市网络化水利地理信息系统建设目标 南通市网络化水利地理信息系统( 以下简称n t w g i s ) 将在南通市水利局 内部网络上运行，以南通市水利局提供已经调绘的1 1 0 0 0 0 “土地利用现状图” 为基础，采用矢量化方式录入所有相关全部图形元素及其属性，高程基准采用废 黄河高程系，启东、海门两市要将目前的吴淞高程系统转换为废黄河高程系，利 用g i s ( 地理信息系统) 技术和数据库技术，采用多用户浏览，集中管理维护的 设计模式，对南通市及其管辖的县( 市) 乡( 镇) 的江河流域、水利设旌、水利 工程设计旄工进行统一控制和管理，该系统将提供图文一体化的维护管理、综合 查询等功能，为水利管理提供辅助决策依据，同时可以对电子地图进行部分的修 改操作，提供和其他水利管理系统的接口和扩充。该系统建设目标为： ( 1 ) 利用大型数据库，把水利相关信息( 图形、特征属性、文件) 添加、 编辑、存储以及查询、打印等各种管理控制； ( 2 ) 建立基于g i s ( 地理信息系统) 的水利地理信息系统，通过浏览器服 务器和客户机服务器方式实现水利局中心和各区、县、乡镇管理和控制，水利 局中心利用g i s 平台和应用服务器以及数据库对图形进行编辑和信息的审核发 布，各区、县、乡镇可以通过远程终端实现网上综合应用查询，扩大系统的应用 范围，在安全控制的基础一k 实现局县两级控制管理模式，实现各种类型数据维 护和更新； ( 3 ) 建立设旌基本信息( 图形、属性) 与文档资料的关联关系，实现以文 字到地图、地图到文字的各种数据查询功能，方便用户维护管理； ( 4 ) 提供各种查询报表打印功能，大大减轻水利局工作人员工作量； ( 5 ) 该系统开发严格遵循“先总体构架，再逐个完善”的原则，留有与其 他信息系统扩充接口： ( 6 ) 系统开发软件采用当前较为先进的开发工具，具有扩充、升级功能， 软件整体打包，能在普通办公电脑上运行操作。 网络化水利地理信息系统研究 1 5 南通市网络化水利地理信息系统可行性 任何一个信息系统在开发之前需要做大量前期准备工作，其中非常重要的就 是对系统进行需求分析，尽可能吃透用户的要求，把用户的需求转变为软件开发 人员的需求，并减少转变误差，为后面开发打下坚实的基础。以下从南通市网络 化水利地理信息系统可行性分析、资料收集以及功能需求完成需求分析 从南通市水利局实际情况看，建立网络化水利地理信息系统完全可行。从开 发技术、经济效益等方面分析，完全可行。 1 5 1 技术可行性 技术可行性主要包括硬件、软件基础条件、开发技术等方面的可行性。 ( 1 ) 硬件条件 硬件是整个系统运行的基础，随着计算机技术及通信技术的飞速发展，南通 市水利局计算机网络具有以下优势：南通市水利局中心、各行政区、县、乡镇水 利部门都已配置完整的客户端计算机系统；水利局和各行政区、县、乡镇已经建 立一套完整网络体系，可以实现局中心和管辖区域之间数据共享和通信等操作。 以上硬件条件，为南通市网络化水利地理信息系统运行提供了很好的保障和基 础。 ( 2 ) 软件基础 软件是信息系统的灵魂，没有成熟软件系统的硬件系统是没有任何价值的。 而由于市场需求推动的软件技术也获得了高度的运用及发展。该软件要求在 w i n d o w s 系列操作系统上运行，地理信息系统平台采用m a p i n f o 比较合适，而且 完全可行的。 ( 3 ) 开发技术 本系统采用组件开发技术，利用常用的hn 1 p 网络协议进行信息交换和传 输，在整个开发过程中利用u m l 柔性建模开展各项开发任务，确保系统质量和 开发进度，而且系统维护方便。 软件技术是信息系统建设的灵魂，由于在软件技术上的突飞猛进，使得建立 真正实用、方便、稳定的水利地理信息系统成为可能，并提供强大的技术保障。 1 5 2 效益分析 水利地理信息系统建成后，对合理利用水资源提供科学依据，有效减少灾害 发生，管理方便，大大提高工作效率；同时可以有效地对南通市河道等水利资源 网络化水利地理信息系统研究 进行管理、合理调配，有利于保护水利资源。 从上述分析看，本系统存在的实际风险不大，鉴于目前的准备情况，只要系 统建设中重点要抓好数据质量、和开发单位的队伍稳定问题，开发单位就能在南 通市水利部门的配合下，确保系统建设的成功。 1 6 系统功能需求 结合南通市水利局提供的网络化水利地理信息系统开发要求，通过和南 通市水利局及其相关部门调研后，南通市网络他水利地理信息系统需要实现的功 能主要包括两大部分，即综合管理子系统和远程杖览子系统。综合管理子系统主 要实现系统管理、地图操作、属性数据管理、图形查询、属性数据查询、地图更 新以及数据报表打印等功能，从而实现对水利资源空间数据进行综合管理和维 护；远程浏览查询子系统主要的用户是南通市水利局管辖的县( 市) 、乡( 镇) 水利部门领导和员工，该予系统主要提供远程用户通过i n t e m e t e x p l o r e 浏览器实 现地图操作、图形查询、数据查询以及数据报表等功能【7 一。 1 6 1 综合管理子系统功能需求 综合管理子系统主要实现系统管理、地图操作、属性数据管理、图形查询、 属性数据查询、地图更新以及数据报表打印等功能。并对综合管理子系统中水利 区域、河道、设施以及其他配套设备等等编码统一采用当地水文局编码标准或规 范。以下是在调研过程中要明确地功能要求。 ( 1 ) 河道查询显示 对于一到四级河道中是同一条河的不同河段，而且河段属性不同时，此时的 河道就是河段信息，根据用户要求显示河道及其剖面图，而且，河段的名字均匀 分布在地图中该河段线段上。 ( 2 ) 乡镇县市查询功能要求 乡镇县市查询采用目录树的形式显示乡镇县市的名字，可以左边框中选择任 一乡( 镇) 县( 市) 范围进行查询，选择后弹出该乡镇范围内所有河道、圩区、 配套建筑物等分类查询目录框；若继续查询，打开相应目录应找到该目录所列工 程名称；再点击进行具体工程项目的查询。例如，单击“南通市”，下面回弹出 “如东县”、“启动县”、“海门县”等等管辖的县市信息，如果需要更加明细资料， 可以继续单击“海门县”即可弹出其管辖的乡镇名称，单击选择的乡镇在右边图 形中显示该乡镇区域的所有信息。 ( 3 ) 单一和组合查询功能要求 对于单一查询中只要求用户输入河道名称或者编码等其中一项内容即可，对 璺些查型些堡堡垒墨垫堡垒 一 于组合查询可以同时输入一项或者多项信息，可以查询到用户需要的信息。如果 不输入任何项目信息，则显示南通市所有的水利区域、河道、水利设施以及配套 设施等信息。 对于查询河道或其他项目中有重名情况时，例如，同样有两条河道名称都为 “团结河”，在查询结果中将所有重名河道都显示，用户可以根据河道其他属性 不同进行选择，从而得到需要查询的河道信息。 ( 4 ) 图形打印功能要求 地图打印可以采用框选方式进行打印，用户选定框选区域后，框内的图形及 其属性信息比较详细，例如图形可以精确到乡镇，四级河道；框外的信息要求大 致显示即可，例如要求图形显示n - 级河道信息，不要求显示三、四级河道信息。 对于图形中文字显示功能要求，采用字的大小自动适应方式打印，即如何用 户要求打印到四级河道的详细图形信息，此时四级河道名称如果显示，几乎看不 清或者十分模糊，此时就会自动取消四级河道名称显示，打印时也不会打印四级 河道名称。 经过反复调研和分析，综合管理子系统详细功能需求如表1 - 1 综合管理子系 统功能需求表所示。 表1 1 综合管理子系统功能需求表 序号功能 i 系统管理 1 1 用户权限管理根据岗位职责不同设置不同等级的权限 1 2 参数设置对各种属性数据的格式设置 1 3 地图索引设置根据统一编码标准对地图进行索日【编码的编辑和设置 1 4 数据备份恢复实现地图及其属性数据的备份和导八地图和地图数据的功能 1 5 数据更新控制设置县市可以修改属性数据的区域 1 6 系统日志管理记录系统运行全过程和用户操作 2 地图操作 2 1 地图操作对地图实现放大、缩小、漫游 2 2 地图图层显示管理调整和设置图层叠加次序 3 属性数据管理 3 1 河道属性管理 对对一、二、三、四级河道各种属性数据管理和设置，其中对 河道名称和剖面属性都有显示 3 2 圩区属性管理对圩区属性数据的管理和显示设置 3 3 配套设施管理 对沿江沿海水闸、沿江沿海穿堤涵洞、一二级河船( 套) 闸、 一二三级河节制闸以及高低水系控制涵洞等的属性数据进行管 理和设置 o 网络化水刹地理信息系统研究 3 4 独立水系管理 如东县独立水系属性数据管理与设置 3 5 配套桥梁管理对公路桥、机耕桥以及铁路桥各种属性进行管理 3 6 水利站管理模水利科研站、农水科研站的人员配置情况进行管理 3 7 行政区管理 对流域情况以及水利分区情况属性数据进行控制和管理 4 图形查询 4 1 河道查询用树型目录框方式，根据用户输入信息查找到一到四级河道的 相关信息 4 ，2 圩区查询根据用户输入信息查找到圩区信息，并在地图中显示对应的圩 区属性数据信息和图形 4 3 乡镇县市查询 根据乡( 镇) 县( 市) 名称或编码来查询该地区水利设施情况 4 4 配套桥梁查询实现公路桥、机耕桥以及铁路桥基本数据的查询 4 、5 配套设施查询根据用户输入信息查找沿江、沿海水闸，穿堤涵洞船( 套) 闸、 节制闸、高低水系控制涵洞等配套水利设施基本信息 4 6 独立水系查询对独立水系进行用户信息查找 4 7 水利站查询对水利站基本信息查询 5 属性查询 5 ，1 单一查询 根据用户输入的一项进行查询，并显示其相关图形和属性数据 信息 5 2 组合查询 根据用户输入的两个或两个以上内容进行组合查询 6 地图更新 6 1 图层添加插入新的图层 6 1 1 图层序号设置设置新插入的图层叠加次序 6 1 2 点线面添加在图层中添加点线面操作 6 1 ，3 点线面修改对添加的点线面进行修改 6 1 4 点线面删除 在图层中删除不需要的点线面 6 2 图层属性数据管理对新增加的图层设置属性数据 6 3 图形保存将新增加和设置的图层保存 7 数据报表打印 7 1 文字信息打印 打印用户查洵的属性数据资料 7 2 图形打印根据用户的框选进行适应打印图形 7 3 数据导出 将属性数据资料导出为w o r d 或者e x c e l 文件 8 帮助 8 1 软件操作手册软件使用帮助信息 8 2 关于 软件相关版本信息 1 6 2 远程浏览查询子系统功能需求 远程浏览查询子系统主要的用户是南通市水利局管辖的县( 市) 、乡( 镇) 水利部门领导和员工，该子系统主要提供远程用户通过i n t e m e te x p l o r e 浏览器实 现地图操作、图形查询、数据查询以及数据报表等功能。该子系统实现的具体功 能如表1 2 所示。 表1 2 远程浏览查询功能器求 序号 功能 1 地图远程操作 1 1 地图操作远程实现对地图实现放大、缩小、漫游 1 2 地图图层显示管理远程调整和设置图层叠加次序 2 图形远程查询 2 1 河道查询通过树型目录框方式。根据用户输入信息查找到一到四级河道的相 关信息( 用不同颜色显示河道，一、二级河道要求显示其剖面图) 2 2 圩区查询 根据用户输入信息查找到圩区信息，并在地图中显示对应的圩区属 性数据信息和图形 2 3 乡镇县市查询根据乡( 镇) 县( 市) 名称或编码来查询该地区水利设施情况 2 4 配套桥梁查询实现公路桥、机耕桥以及铁路桥基本数据的查询 2 5 配套设施查询 根据用户输入信息查找沿江、沿海水闸，穿堤涵洞船( 套) 闸、节 制闸、高低水系控制涵洞等配套水利设旅基本信息 2 6 独立水系查询对独立水系进行用户信息查找 2 7 水利站查询 对水利站基本信息查询 3 属性数据远程查询 3 1 单一查询 根据用户输入的一项进行查询，并显示其相关图形和属性数据信息 3 2 组合查询 根据用户输入的两个或两个以上内容进行组合查询 4 数据报表打印 4 1 文字信息打印 打印用户查询的属性数据资料 4 2 图形打印 根据用户的框选进行适应打印图形 4 3 数据导出 将属性数据资料导出为w o r d 或者c e i 文件，并可咀保存到本地计 算机中 充分分析南通市网络化水利地理信息系统的数据需求，采用m a p i n f o 公司的 m a p x 组件进行开发，数据库采用s q ls e r v e r2 0 0 0 。 网络化水利地理信息系统研究 1 7 系统的数据组织管理 南通市网络化水利地理信息系统的数据主要是空间数据，这个也是水利地理 信息系统与一般管理信息系统主要区别，即数据具有空间分布的性质。对地理信 息系统来讲，不仅数据本身具有空间属性，系统的分析和应用也无不与地理环境 直接关联。系统的这一基本特征，深刻地影响着数据的结构、数据库的设计、分 析算法和软件，以及系统的输入和输出。 空间数据库与一般数据库相比，具有以下特点： 1 ) 数据量特别大，地理系统是一个复杂的综合体，要用数据来描述各种地 理要素，尤其是要素的空间位置，其数据量往往很大。 2 ) 不仅有地理要素的属性数据( 与般数据库中的数据性质相似) ，还有大 量的空间数据，即描述地理要素空间分布位置的数据，并且这两种数据之间具有 不可分割的联系。 3 ) 数据应用广泛，例如地理研究、环境保护、土地利用与规划、资源开发、 生态环境、市政管理、道路建设等。 信息共享是信息化的最终目的，也是区县水利资源建设出发点。毫无疑问， 信息标准是实现共享的前提，信息立法是共享实现的保障，信息共享政策则起着 指导和调控的作用。目前区县水利地理信息系统建设，最困难的不是技术和资金， 而是高效，有力的水利地理信息系统建设信息标准和保障体系，即包含地理信息 分类、分级和分层，标准化和规范化，共享机制与政策法规，人才培养与产业发 展等的建设。 通过对南通市网络化水利地理信息系统现状调查分析，本系统中涉及到的地 理数据主要包括河道资源、行政区边界、闸、涵洞及其相关资源管理分析，对地 理信息进行分类、分级、分层是保证地理数据采集、处理、分发和服务，实现水 利地理信息系统综合应用的根本保障之一。 为了有效利用和管理这些数据，根据地理数据的使用对象，对数据分级。结 合南通市水利局实际，对地理数据分为三级。 ( 1 ) 一级应用数据，即面向南通市水利局管理机构，具有对南通市水利资 源最高管理权限。 ( 2 ) 二级应用数据，即面向南通市所辖内的县级水利管理部门。具有对本 县所有水利资源管理的最好权限，可以修改和添加。 ( 3 ) 三级应用数据，即面向乡、镇水利管理部门，只有对水利资源的浏览 全县。 网络化水利地理信息系统研究 1 8 本章小结 当前信息日益发达的今天，各行业信息化进行的如火如荼，南通市水利局结 合南通市水利管理的具体实际，明确网络化水利地理信息系统开发的详细目标， 本章主要介绍网络化地理信息系统开发背景和国内外地理信息系统发展状况，紧 紧结合南通市水利局的实际需求，以标准化、规范化和共享为