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建立黄土高原淤地坝信息管理系统构想

作者:罗万勤 喻权刚 赵帮元 曹炜 郭玉涛  来源:《中国水利》2003-9A刊  点击数:2488   www.88807.com:2003-9-30  

 


  

     

摘 要 已经建成的淤地坝为山区经济的发展起到了重要作用;在国家重视澳门匍京直营集团生态环境建设的同时,大量淤地坝的信息利用和管理已成为必须考虑的问题;淤地坝信息管理系统作为已经启动的“数字黄河”建设组成部分,已经具备一定的基础条件;在应用新技术条件下,淤地坝信息管理系统应该在对信息合理分类的基础上,以数据库建设为重点,实现对信息资源的组织、管理、查询、传输、发布、三维可视、辅助决策等,以便更好地为黄土高原生态环境建设服务。

关键词 淤地坝 信息管理 应用系统 黄土高原

一、建立淤地坝信息管理系统的必要性和可行性

1.必要性

黄土高原地区已建成淤地坝11.35万座,但有关淤地坝规划、设计和运行现状等信息没有系统地收集起来,致使正确评价淤地坝建设的效益缺乏充分的依据;仅有的一些淤地坝信息,由于缺乏统一管理,使这些信息资源的整合与利用程度不高,数据难以共享,无法发挥其巨大的作用,也很难给领导决策提供及时、全面、可信的依据。因此,通过对淤地坝建设的历史数据和现状数据进行整理、录入,建立淤地坝信息专题数据库,对淤地坝信息进行有效管理,实现淤地坝信息的显示、查询、表现、分析和共享,是提高淤地坝建设科技含量的需要,也是提高淤地坝建设决策与管理水平以及“数字黄河”工程建设的需要。

2.可行性

现代信息技术,尤其是数据库技术、遥感和地理信息系统等技术的发展,为淤地坝信息管理系统的建设提供了强有力的技术支撑;西部大开发战略的实施和生态环境建设,为淤地坝信息管理系统建设提供了有利条件,能提供系统建设所必须的资金保障;通过“黄河流域澳门匍京直营集团遥感普查项目”和“黄土高原严重流失区澳门匍京直营集团动态监测项目”的实施,不仅引进了一批先进的软硬件系统,而且培养了一批技术人员。以上条件都为淤地坝信息管理系统的建设提供了保障。

二、建立淤地坝信息管理系统的指导思想、原则和依据

1.指导思想

以“数字黄河”工程建设规划为指导,结合正在实施的黄河流域澳门匍京直营集团生态环境监测系统,充分利用计算机信息存储技术,建立规范的黄土高原淤地坝信息存储系统;利用计算机网络技术,建立高效的淤地坝信息传输体系;通过标准体系建设,促进淤地坝信息资源的高度共享和综合利用。

2.原则

统一性原则:淤地坝信息管理系统建设,要根据“数字黄河”工程的总体部署,统一规划、统一标准,实现淤地坝信息资源与“数字黄河”工程的无缝连接。

实用性原则:黄土高原淤地坝信息管理系统建设,以满足淤地坝的规划、设计、施工、监理、监督、监测等工作需要为出发点。

先进性原则:系统建设要充分利用现代信息技术,具有开放性、兼容性、扩展性,确保前瞻性和可持续性。

分步实施原则:黄土高原地域辽阔,淤地坝信息量庞大,原有基础薄弱,系统建设要根据轻重缓急,分步实施。

3.依据

总体依据:《“数字黄河”工程规划》。

数据标准:依据或参照国家和行业的标准和规定,确定黄河流域淤地坝专题数据库数据项的存储格式、编码、数据转换标准等。

系统集成标准:集成系统的功能,各系统的接口与数据流、用户界面、数据库连接等标准,应符合国际标准要求。

数据库项目建设规范:包括属性数据的录入、处理规程、数据精度检查与质量控制规程、数据库更新周期与方法等。

系统运行规范:制定系统运行组织建设、系统运行方式与数据更新等规范。

澳门匍京直营集团标准:《澳门匍京直营集团综合治理技术规范》《澳门匍京直营集团综合治理规划通则》《澳门匍京直营集团综合治理验收规范》等。

计算机信息处理标准:《信息处理数据流程图的文件编制符号及约定》《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》等。

计算机软件标准:《计算机软件产品开发文件编制指南》《计算机软件质量保证计划规范》等。

三、建立淤地坝信息管理系统的目标和任务

1.目标

近期目标:在较短时间内,基本建立起淤地坝信息管理运行系统。通过对淤地坝信息的整理、录入和补充,实现对淤地坝信息的有效管理,实现淤地坝信息的显示、查询、模拟、分析、传输、成果输出和信息共享,为淤地坝的规划、设计、施工、监理及领导决策提供科学依据。

远期目标:依托黄河流域澳门匍京直营集团生态环境监测系统,建立和完善淤地坝信息采集、传输系统和规范高效的数据库,逐步开发淤地坝决策支持系统,为黄土高原淤地坝建设提供全方位服务。

2.任务

建立黄土高原基础地理数据库:遥感图像、dem、水系、道路、居民区、水文参数、社会经济等是淤地坝规划的重要基础,针对上述指标分别建立数据库,作为淤地坝辅助决策的依据。

建立淤地坝专题数据库:整理已建的淤地坝信息,并通过调查、监测等方式不断补充新的淤地坝信息,建立淤地坝专题数据库系统。淤地坝专题数据库包括自然社会经济、淤地坝的规划、设计、施工、监理、监测、监督、管理等信息。

建立淤地坝专题数据库管理系统:通过淤地坝信息专题数据库管理系统建设,实现对淤地坝信息的模拟、显示、查询、传输、成果输出,实现淤地坝信息的共享、交换、分发等。数据库管理系统建设同时包括三维可视化系统的开发。

开发淤地坝决策支持系统:通过淤地坝规划、设计、施工、监理等信息应用系统的开发建设,建成淤地坝决策支持系统。

四、建立淤地坝信息管理系统的具体内容

1.建立淤地坝数据库

(1)信息分类

淤地坝分为骨干坝和中小型淤地坝。每类淤地坝又包含规划、可研、设计、施工、监理、监测、监督、验收、运行及有关自然社会经济等信息。按淤地坝信息的数据类型,淤地坝信息又可分为图形信息、属性信息、图像信息(航天影像、航空影像、数字栅格图、照片等)及统计数据、视频资料等。从生产应用角度出发,淤地坝信息包括地理信息和淤地坝专题信息两大类。

地理信息:地理数据是描述淤地坝所在区域地形地貌、土壤、水文、社会经济等方面的数据。

淤地坝专题信息:淤地坝前期工作基本信息包括淤地坝规划、可研、设计等信息。已建淤地坝基本信息包括坝高、库容、边坡、放水排洪设施、淤地面积、建设时间等坝体属性描述数据。

动态淤积信息包括已淤积面积、剩余面积、年度淤积量等淤积过程数据。在建淤地坝信息包括坝高、库容、边坡、放水排洪设施、淤地面积、设计时间等坝体属性描述数据、计划淤满时间、预计效益等设计指标数据。

(2)信息获取

近期淤地坝信息获取,以已建成的1480座(截至2002年底)骨干坝和水土流失重点区的中小型淤地坝及示范坝系信息为主。各类信息获取方式如下:

①地理信息

背景数据:遥感数据从卫星地面接收站等数据公司购买,包括高分辨率的ikonos、quickbird及相对较低分辨率的spot、etm等。dem可以直接购买或利用电子地形图生成dem。

地理特征与土地数据:主要通过购买得到,其中水系、行政界等为重要数据,也可以通过专题图矢量化等方式获得。

水文数据:从水文站点和气象站点获得,或通过专题图矢量化、调查、统计等方式获得。

社会经济数据:通过统计、调查获得。

②专题信息

淤地坝前期工作基本信息:通过收集、调查等方式获得。

已建淤地坝基本信息:通过调查统计、gps定位,多媒体信息转换及监测等方式获得。

动态淤积数据:从水文站点或通过调查、统计及监测等方式获得。

在建淤地坝数据:通过设计图纸、设计报告等方式获得。

(3)信息组织

①数据库设计原则

分布式与集中式相结合。淤地坝信息专题数据库应采用分布和集中相结合的数据设计和管理方式,采用冗余存储方法,采用复制技术进行传输。

数据结构一致性。为了实现数据共享和数据一致性,各级系统的数据库结构必须一致,包括数据库划分一致、数据项描述格式(中文和英文标识符、单位、类型和取值范围)一致、数据库表结构一致和接口一致。

先进性与实用性相统一。数据库的建设应先进合理、灵活高效、容易控制管理、具有良好的可扩展性和可升级性,同时考虑当前网络带宽和网络资源使用费等实际情况能够操作和应用。

元数据、数据库与数据仓库相结合。基本代码的维护通过元数据管理来实现,保证在运行过程中对程序的修改工作较少;按数据仓库原理构建数据库,在满足当前需要的同时利用数据挖掘技术进行动态分析。

动态时空数据库。空间数据库要建成动态数据库,否则系统无法更新。

②元数据管理

淤地坝专题数据库编码的总体设计应统一规划,统一标准。淤地坝专题数据库主要根据国家标准及规范进行数据编码,并根据黄河流域实际情况补充部分数据编码。考虑到实际情况的复杂性,在数据库建立及数据编码时都要充分考虑到进一步修改及补充完善的不可避免性,数据库结构体系和编码体系都符合开放化的设计原则,程序设计遵循结构化、模块化,以便于补充、修改和完善。

在数据编码设计的基础上,建立元数据表。元数据通过开发专用的应用软件来维护,可随时更新、显示查询和联机打印,以给操作人员和软件运行维护人员提供方便。

(4)软件配置

①数据库软件

目前较为通用且应用相对广泛的数据库有oracle公司出品的oracle数据库、sybase公司出品的sybase数据库、microsoft公司出品的sql server数据库和informix公司的informix数据库。从应用角度看,在澳门匍京直营集团监测信息系统中主要在两种应用模式即c/s结构和b/s结构中多个子系统的数据库服务器,这就要求数据库具有强大的支持能力。我们从数据库服务器体系结构、处理技术、并行处理能力、网络透明度、可移植性、安全稳定性等技术因素以及市场占有率、技术服务支持等方面综合考虑,推荐使用oracle数据库,以便未来发展达到一定程度可以升级到unix平台。

②空间数据引擎

由于淤地坝专题数据库中淤地坝的空间信息为很重要的组成部分,所以须选择能较好管理空间数据的软件管理空间数据库。

美国esri公司的空间数据库管理软件arcsde能满足淤地坝空间信息的静态管理。

oracle spatial是oracle数据库的一个组件,能够很好地支持空间数据,与oracle关系数据相配合具有更好的优势。

dtgis是北京地拓科技公司开发的空间数据库支持控件,能够支持异构数据,与oracle等数据库配合使用其性价比最好。

在具体实施过程中可以综合使用上述软件。

③操作系统

操作系统应具有良好的性能和可伸缩性、支持广泛的应用软件、支持现有的用户系统、有良好的集成性能、支持多线程、支持多硬件平台。若系统的设计选用小型机,则目前最稳定和最成熟的unix操作系统应为较好的选择;如考虑到系统的成本,在安全性、稳定性容许的前提下,建议当前选用windows操作系统,随着数据量的增加,服务器端逐步移植到unix操作系统上,客户端采用主流的windows操作系统。

(5)数据安全

淤地坝专题数据库需要高度的数据安全性。解决方案通常采用双机容错解决方案进行冗余配置,至于备份模式则根据两台主机的类型和承担的工作选择一种合适的方式。数据存储体系应考虑采用高性能、大容量、智能化的存储平台系统,并且采用高可用性的集群系统和高性能、高可靠性、高智能化企业级磁盘存储服务器,确保高可用在线存储,保证硬件设备与应用系统数据高效、安全地使用。系统应建立制度化的数据备份管理系统,能确保本地数据库的安全性,并能在发生数据丢失等意外事故时,在本地能迅速恢复。

2.淤地坝数据库管理系统

淤地坝专题数据库是淤地坝信息管理系统的管理对象。数据库及其管理软件并不能完全适合淤地坝信息管理系统建设的要求,尤其是其专业需求。要提高工作效率、有效发挥淤地坝信息的作用,需利用常用的vc、vb等开发工具,结合数据库软件提供的开发功能,进行必要的二次开发。

(1)系统总体构架

系统采用c/s和b/s混合系统构架模式,除了满足黄河流域自身的业务需求外,还能够满足有关省、地市、县等不同层次的要求,在信息共享上同时满足水利部、黄委对淤地坝管理的需要。另外,通过webgis支持平台提供向社会服务和宣传的窗口。

数据存储层:用于在关系数据库oracle 9i 存储海量数据,并借助oracle自身的机制实现数据安全性、用户权限控制等功能。

数据转换层:主要是实现将地理信息数据转换成可以存储在关系数据库oracle 9i中的功能,此外还要实现通过标准sql语句来实现空间查询的功能。最后,要通过sql语句实现对地物对象的图形地理信息和属性数据的一致性操作(当地物的图形地理信息和属性数据已经完成了关联)。

gis功能层:这个层提供应用开发中要使用基本的gis功能,如图层显示,指定区域无极放大,指定区域的打印以及空间查询等。

维护层:对编码和用户进行管理

业务应用层:这个层次的所有应用都要符合用户当前的业务流程,各个业务应用处理基础数据由维护层提供外,其他数据应该是自包含的。要做到组件式,可以被插拔,而不影响其他高层应用。

(2)系统功能

①直接读取异构空间数据

系统实现对不同空间数据(主要包括arc/info oracle spatial dtgis等空间数据)直接读取。

②查询和显示功能

能够为决策者、管理者和有关人员提供对数据库信息的查询和显示功能;能够直观显示图形、图像的空间数据和属性。

在进行数据检索时,采用标准的sql+空间数据访问接口扩展进行,检索数据的结果以图像、图形和xml文档的方式返回客户端,并在浏览器和win32应用中被表现出来。

③图形图像任意缩放和漫游功能

图形图像的显示、缩放和漫游操作基于空间数据库引(下转第38页)(上接第80页)擎实现,在浏览器中显示图形图像基于插件实现。

④数据编辑和处理更新功能

包括数据的存储、输入/输出、修改、增加、删除、备份、恢复。

⑤并发控制、灾难恢复功能

并发控制、灾难恢复功能基于oracle等数据库实现。

⑥安全授权和用户管理功能

安全授权和用户管理功能基于或oracle提供的基本功能实现,并提供基于浏览器的管理工具。

⑦元数据管理

元数据(metatdata)是针对数据进行描述的数据,它提供对空间数据进行检索的支持,在本系统中,元数据的内容包括数据精度、比例尺、范围、族系、时效性等等。

⑧基于webgis的信息发布功能

应用gis技术,结合不同比例尺的地形图、把淤地坝有关信息通过internet向社会公开发布,把黄土高原澳门匍京直营集团建设的成果,尤其以淤地坝为主体的建设项目取得的成绩及时向社会公布,让各方面都关心和支持黄河流域的坝系建设。

⑨三维可视化功能

各类运算结果以图、表、文字、多媒体等直观的方式予以表现。

3.淤地坝信息管理决策支持系统

淤地坝决策支持以中小流域或区域为单位。利用现有的基础地理数据库通过综合分析和人机交互完成淤地坝规划决策。淤地坝决策支持系统应包括以下几个子系统:淤地坝规划子系统、淤地坝设计子系统、淤地坝监测子系统、淤地坝效益评价子系统。

辅助决策系统是非常复杂的工作,以往的工作中大多是技术与行政相结合共同决策。利用计算机进行辅助决策,必须考虑人为因素的影响,所以系统详细设计时,必须提供人工调控的功能,这样软件才具有实用性。

作者单位:水利部黄河水利委员会上中游管理局

(责任编辑:liubin)  
 
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