遼寧水利工程三維地理信息系統總體設計與研究

江麗娟，馬健峰，馬鶴軒

( 遼寧省水利信息中心，沈陽110003)

0 前 言

隨著我國經濟的持續發展，在水利工程建設要求不斷提高和計算機軟硬件技術不斷發展的前提下，水利信息的采集、處理、共享的方式都發生了翻天覆地的變化，信息技術加速向水利行業滲透，水利行業面臨著全面技術升級的大好機遇。水利政務、防汛減災、水資源監控調度、水環境綜合治理、大型工程的設計和施工、大中型灌區的綜合管理等都迫切需要采用計算機技術、通訊網絡技術、微電子技術、計算機輔助設計技術、3S 技術等一系列高新技術對水利行業進行全面技術升級和改造，尤其是地理信息系統對科學決策和科學管理具有深遠的意義［1］。

遼寧水利工程三維地理信息系統充分利用三維GIS 技術和網絡計算技術，在水利工程數據庫的基礎上，以三維手段仿真模擬水利工程情況，以地理信息技術手段對水利工程數據進行統計分析，以提高水利工程的管理水平和應用水平。

1 系統的總體目標與總體結構設計

1.1 總體目標

遼寧水利工程三維地理信息系統建設總體目標是通過水利工程三維綜合展示，將遼寧省的地形地貌、河流、水利工程設施等展示在三維場景中，方便從宏觀上了解遼寧省水利的整體情況，微觀上查看水利工程設施周圍的具體環境和工程的具體信息。通過水利工程三維查詢從基本查詢、分類查詢、圖屬查詢、實時信息查詢方面對水利工程的具體數據進行分析，為水利建設和防汛決策提供技術支持。通過水利工程三維分析功能對于歷史上的大旱大澇災害，通過遙感數據比對，分析評估經濟損失，從而可以幫助未來風險進行預測、并提供輔助決策和解決方案［2］。

1.2 總體結構設計

系統總體技術架構采用C/S 和B/S 結構相結合的方式，總體技術結構圖見圖1。

圖1 系統總體結構圖

系統邏輯架構由數據存儲層、數據訪問層、系統服務層、系統應用層、系統表現層組成。具體邏輯架構模型見圖2。

系統數據包括:①三維模型;②基礎地理數據( 遙感影像數據、地形地貌數據、矢量數據) ; ③水利工程數據。為了能夠更好的管理這些數據并提高數據應用效率，系統以影像、矢量、DEM 等專業數據庫為基準對數據進行分類存儲，以數據總線模式對數據進行統一管理發布，系統數據庫架構見圖3。

圖2 系統邏輯架構圖

圖3 系統數據庫架構圖

2 系統建設內容

2.1 系統應用部分

水利工程三維系統采用三維3S( GIS/GPS/RS)技術，結合全省高清晰航空遙感影像數據、DEM( 數字高程模型) 數據、水利工程三維模型水利矢量地圖數據、水利工程數據庫、實時雨水情數據庫等多元海量數據將遼寧省的地形地貌、河流、水利工程設施等展示在三維場景中，方便從宏觀上了解遼寧省水利的整體情況，微觀上查看水利工程設施周圍的具體環境和工程的具體信息［3］。結合水利矢量地圖數據、水利工程數據庫、實時雨水情數據庫等實現基本查詢、分類查詢、圖屬互查、實時信息查詢等功能，對單個水利工程實現水利業務數據與地理信息數據全面查詢。結合歷史上的大旱大澇災害，通過遙感數據比對，分析評估經濟損失，并實現對歷史災害尤其是洪澇災害的模擬重演，從而可以幫助未來風險進行預測、并提供輔助決策。

2.2 系統數據庫部分

水利工程三維地理信息管理系統數據庫的組成包括:①基礎地理數據庫; ②水利工程數據庫; ③遙感影像庫;④地形地貌庫; ⑤矢量數據庫; ⑥三維模型庫六個基礎庫。按數據特性可劃分屬性數據、空間矢量數據、影像數據等，是以屬性數據和空間數據共存的綜合數據庫。

鑒于水利工程三維地理信息管理系統數據庫數據構成復雜、數據應用的效率要求高的特點，對數據進行分類存儲:①對圖片、影像等數據采用金字塔集群數據庫進行存儲管理; ②對二維矢量數據采用空間數據庫進行存儲管理; ③對水利業務數據采用關系數據庫進行存儲管理; ④對三維模型及其模型索引等多媒體信息都將采用文件模式進行存儲管理。數據庫的安全通過存儲安全、訪問安全、發布安全3個方面進行實現。

2.3 系統安全管理部分

水利工程三維地理信息管理系統同時肩負著對水利廳各級管理機構和水利工程數據以及遙感數據進行管理的工作。鑒于系統面是基于水利工程數據進行發布應用，因此系統的安全性相當重要。

系統部署在辦公涉密內網系統，從根本上防止了外部入侵，保護內部的水利工程數據、分析數據。保障系統數據庫以及系統本身不被攻擊、盜取。系統采用用戶管理和權限管理兩大部分，實現對用戶和權限的管理，保證系統的訪問安全。系統采用完善的災難恢復機制，保證在出現災難時，可以有效恢復系統。采用有效的數據加密機制，保障數據在網絡傳輸時的安全性。防止數據被不良用戶盜取或者丟失。

3 結 語

遼寧水利工程三維地理信息系統以安全性、靈活性、高效率性、仿真性、可拓展性、完整性為要求，按照統一規劃、分布實施、安全高效、先進實用等為原則，系統在2011年初開始建設，現一階段建設基本完成。

通過遼寧水利工程三維地理信息系統建設，可以實現遼寧省基本地形地貌展示的三維展示，實現了遼寧水利工程的矢量電子地圖和高清影像疊加，實現水利工程的三維場景綜合展示、空間數據和屬性數據查詢，實現水利工程三維分析等。

通過遼寧水利工程三維地理信息系統將地圖數據和水利業務的完整結合為各級水利部門提供更準確有效、形象直觀的地理數據信息，為提高遼寧水利行業信息化管理水平步上新臺階。

［1］麻清源，麻曉暉，王冬巖. 數字化城市管理信息平臺［M］.北京:中國人民大學出版社，2009.

［2］周新耿，劉芬. 二維、三維空間信息系統的結合和應用［J］. 計算機與數字工程，2005(03) :101 －103.

［3］王磊，周云軒.GIS 二維、三維空間信息查詢功能的實現與應用［J］. 計算機應用研究，2001(12) :145 －148.