北京巖溶水資源信息系統的設計與實現

張 院,許苗娟,趙 佳,黃昱琪,李小龍

（1.北京市水文地質工程地質大隊，北京 100195；2.北京市地質礦產勘查開發局，北京 100195）

北京巖溶水資源信息系統的設計與實現

張 院1,許苗娟1,趙 佳2,黃昱琪1,李小龍2

（1.北京市水文地質工程地質大隊，北京 100195；2.北京市地質礦產勘查開發局，北京 100195）

著重研究系統總體結構，系統數據組織和管理以及系統專業功能的設計與實現。本系統基于.NET平臺和ArcGIS二次開發而成，最終實現數據信息的可視化管理及應用。

巖溶水資源；信息系統；二次開發

0 引言

北京水資源短缺，供需矛盾突出。為尋找供水安全保障途徑，北京市開展了巖溶水資源勘查評價工程。巖溶水由于其含水介質的特殊性，勘查工程投入的調查、勘探、試驗等工作量巨大，產生的數據多樣，為有效管理和應用這些數據，需要建立有效的數據組織和功能強大的專業應用系統。

1 系統目標

北京巖溶水資源信息系統以管理和應用北京市巖溶水勘察評價工程所產生的數據為目標，實現調查數據、勘察數據、監測數據、試驗數據、地質剖面圖、分析成果圖等多類型數據的入庫，瀏覽、查詢、水資源分析評價及三維地質建模功能。

2 系統架構

系統采用C/S（客戶/服務器）體系架構.N ET Framework平臺開發，在Windows 7環境下，通過數據庫層、數據訪問引擎層、業務邏輯組件層、應用組件層、網絡傳輸層和應用層的系統集成耦合，形成便于數據管理、專業分析，三維建模、成果發布的系統，系統體系結構見圖1。

圖1 系統體系結構

3 系統總體設計

系統總體設計遵守完備性、適用性等原則[1]，將系統設計為北京巖溶水資源數據庫、空間數據管理與服務子系統，巖溶水資源分析子系統、三維建模子系統、綜合展示子系統五部分。其中空間數據庫通過數據庫引擎為各子系統提供數據支持和更新；數據管理與服務系統提供數據入庫界面實現各類數據入庫和數據空間管理功能；分析系統通過調用數據庫數據實現水資源評價、模擬預測等功能；三維地質建模系統實現北京巖溶區三維地質結構建模功能；成果綜合展示系統實現“北京巖溶水資源勘查評價工程”成果綜合展示功能。

3.1 數據庫設計

北京巖溶水勘察評價工程數據來源包括：研究區以往的研究成果、水文、氣象等收集的文檔和數據；實地調查數據、測量數據，水位、水質監測數據，遙感解譯、物探、鉆探等勘察數據；項目產生的成果數據。數據種類包括：數據表、成果圖、收集的文檔以及成果文檔。根據其數據來源和數據種類將數據庫按邏輯劃分為：資料匯總庫和空間數據庫（圖2）。

圖2 北京巖溶水資源數據庫邏輯組成

資料匯總庫相當于數據倉庫，包括所有收集的歷史數據、調查數據、成果數據。空間數據庫包括各類調查點屬性數據、圖形成果數據、地質模型數據。空間數據庫中各類調查數據表按照《區域地下水資源調查評價數據庫標準》（DD2010-03）、《巖溶地區1：5萬水文地質環境地質調查數據庫標準(1.1版)》（中國地質科學院巖溶地質研究所2011年4月）進行建設，制作數據表模版。各類調查點屬性數據主要通過MS SQL Server 2008進行組織及存儲；圖形成果按照ArcGIS支持的數據格式進行存儲；地質模型數據主要包括兩類模型數據，一種是三維地質結構的模型數據，一類是數值模型的成果數據。

3.2 數據管理與服務系統

數據管理與服務系統具有數據的入庫校驗，瀏覽、查詢、統計、基礎圖表制作、數據轉換、交換、數據管理等功能，能夠進行圖形放大、縮小、全圖顯示等操作，功能結構如圖3所示。資料匯總庫支持所有電子數據格式的入庫。空間數據庫中調查點屬性數據需要按照數據模板入庫同時進行完整性、規范性以及格式內容等校驗。基礎圖表制作包括柱狀圖、曲線圖、鉆孔柱狀圖的制作，系統還提供MapGIS和ArcGIS文件格式轉換的工具使MapGIS格式的數據能夠存儲在系統中并可用于空間分析。

圖3 北京市數據管理與服務系統功能框架

3.3 巖溶水資源專業分析系統

巖溶水資源專業分析系統可實現巖溶水的資源評價和模擬預測功能。系統可以進行數據預處理，將需要檢驗的數據輸入，選擇檢驗條件，形成正態分布圖，判斷離群值，從而選擇出符合要求、用于專業分析的數據。專業圖表制作主要根據不同的差值方法繪制不同等值線圖或者分區圖。專業分析功能主要進行巖溶水資源評價，采用的方法可以是水均衡法、泉水動態分析法、抽水試驗法等。系統集成了一些專業模型如：動態變化相關分析模型、脆弱性評價模型、巖溶區水流數值模型。通過系統可展示或運行其他專業模型，實現系統與其他專業模型的無縫鏈接，系統功能框架如圖4。

圖4 巖溶水資源專業分析系統功能框架

3.4 三維地質建模系統

三維地質建模系統主要提供建模的窗口，包括數據的預處理及建模操作。系統提供多種建模方式有剖面建模、鉆孔建模、鉆孔與剖面聯合建模等。將鉆孔數據、剖面數據處理成符合三維建模系統格式要求的數據，進入建模系統中，選擇建模方法，按照建模操作流程實現三維地質模型建設。三維地質模型可進一步實現各種應用，如模型的可視化（線框圖、顏色渲染、紋理渲染、地質體透視、地下漫游等）和分析（表面積、體積計算、切割、切片、柵欄圖制作、開挖、推進等）。

3.5 綜合展示系統

綜合展示系統是獲取巖溶水勘查評價項目概況和成果的窗口，提供成果數據的信息查詢、檢索、展示等功能。

4 系統實現與應用

組件式技術具有開發、更新、維護方便靈活的特點，是地理信息系統二次開發的主要模式[2-5]。ArcGIS具有強大的地圖制作、空間分析能力，同時ArcGIS Engine開發包提供多種開發的接口，是專業應用系統二次開發的首選。Creatar是北京超維創想公司研發的真三維地學軟件，具有良好的可擴展性和靈活性，便于二次開發，為三維建模子系統的開發提供基礎。

本系統采用.NET平臺進行部署，.NET Framework系統架構的底層是內存管理和組件加載層，最高層提供了顯示用戶和程序界面。系統應用組件在ArcGIS、Creatar基礎上二次開發，最后通過數據接口規范將巖溶水資源數據庫和4個子系統有機集成，同時設計友好的用戶界面，形成便于用戶操作的系統。

4.1 系統開發平臺及應用環境

（1）開發環境

主要開發環境：VS2010

主要開發語言：C#、.NET Framework版本：3.5

二次開發包：Arc Engine10.0、Creatar

（2）應用環境

硬件環境

服務器配置：IBM System x3850 X5(7143i19)，硬盤6塊600G硬盤。

客戶端配置：CPU Intel core i2以上，內存1G，網絡適配器。

軟件環境

服務器端操作系統為Windows Server 2008，數據庫為MS SQL Server 2008。

客戶端操作系統為Windows 7，安裝Creatar、ArcGIS10、mapgis67環境。

4.2 系統應用

系統經開發、集成，形成便于用戶操作的應用系統，最大限度滿足了用戶需求。可進行數據管理、成果綜合展示、巖溶水資源評價、巖溶水水質綜合評價、三維建模等多方面內容，如圖5所示。

5 結語

北京巖溶水信息系統能夠高效存儲和處理、分析龐大的數據量，同時具有專業分析和三維建模功能，為巖溶水專業數據的應用和管理提供了便捷的操作平臺。系統開發采用在已有GIS軟件基礎上進行二次開發，縮短開發周期，提高了開發效率；系統實現了與其他專業模型的無縫連接，體現了系統的完整性和先進性，也是系統的一大特點。隨著系統開發集成技術的日漸成熟，地下水信息系統建設也會日臻完善，系統建設將逐漸走向系統化和開放化，重復開發工作減少，系統利用率將逐步提高。

[1]陳正江，湯國安，任曉東.地理信息系統設計與開發[M].科學出版社，北京2005.2.

[2]魏加華,王光謙 ,李慈君.GIS 在地下水研究中的應用進展[J].水文地質工程地質2003，2：94～98.

[3]魏加華，王光謙，李慈君等. 地下水地理信息系統設計與實現[J]，水利學報，2003.11(11):59～63.

[4]諸云強,宮輝力,趙文吉等. 基于組件技術的地理信息系統二次開發- 以地下水資源空間分析系統為例[J].地理與地理信息科學. 2003 ,19(1):l6～19.

[5]陳 剛,陳植華,李門樓. 基于GIS 的水資源管理信息系統[J]. 水文地質工程地質,1998 ,6 :4～6.

The Design and Application of Beijing Karst Water Resources Information System

ZHANG Yuan1, XU Miaojuan1, ZHAO Jia2, HUANG Yuqi1, LI Xiaolong2

（1.Beijing Institute of Geological Engineering Investigation, Beijing 100195；2.Beijing Geology Prospecting and Developing Bureau, Beijing 100195）

This arctic focuses on the system overall structure, data organization and management and professional function of the system design and realization. The system is secondary developed base on NET platform and ArcGIS software. Ultimately the informatization and visualization of engineering data management are realized.

The karst water resources; Information systems; Secondary development

TP319

A

1007-1903（2013）03-0045-05