黑龍江省水利普查數據應用平臺的GIS應用

劉 勇

(黑龍江省水利科學研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

水利普查數據是黑龍江省目前掌握的最為詳實的水利基礎信息，同時成果數據還蘊含著大量的統計、經濟和社會信息，是寶貴的信息資源和社會財富。如何體現水利普查數據的重要成果，將其更好的利用起來，為水利規劃設計、建設管理提供服務，成為目前急需解決的問題。

1 GIS技術發展現狀

GIS(地理信息系統)是一門結合了地理學、地圖學、計算機科學與遙感技術的綜合性學科[1],不僅具有將空間位置信息與圖形信息可視化的能力，并且能夠對多源數據進行整合與共享，具有強大的空間分析與統計計算能力，可解決復雜的規劃、決策和管理問題。因此，GIS也被稱為“地理信息科學”(Geographic Information Science)，近幾年GIS也被稱為“地理信息服務”(Geographic Information Service)[2]。隨著計算機技術的不斷發展，地理信息系統也孕育而生了多個分支技術體系，其中包括：WebGIS技術、二三維一體化技術、跨平臺技術、云計算技術，以及傾斜攝影技術。

1.1 WebGIS技術

WebGIS(網絡地理信息系統)是指工作在Web網上的GIS,是傳統的GIS在網絡上的延伸和發展，具有傳統GIS的特點，可以實現空間數據的檢索、查詢、制圖輸出、編輯等GIS基本功能，同時也是Internet上地理信息發布、共享和交流協作的基礎[3]。

1.2 二三維一體化技術

將GIS中的二維空間數據與三維空間數據整合在一個平臺下，打破了以前三維GIS系統相對于二維GIS系統在數據、功能、結構上的劣勢。二維與三維數據在數據模型和數據結構上保持一體化，三維GIS數據不僅兼容二維數據結構，二維數據也做了適當調整，實現了所有的二維數據無需任何轉換處理直接高性能地在三維場景中的可視化。

1.3 跨平臺技術

跨平臺技術泛指程序語言、軟件或硬件設備可以在多種作業系統或不同硬件架構的電腦上運作。地理信息數據具有嚴格的保密性質，往往需要部署在安全性較高的Linux系統服務器上，所以支撐平臺軟件、業務應用軟件都基于跨平臺技術建設，以滿足應用軟件對平臺需求的差異性[4]，以及各單位不同操作系統、不同客戶端應用需求。

1.4 云計算技術

云計算技術主要有超大規模、虛擬化、高可靠性、高可擴展性、按需服務等技術特點，進而帶來通用性，輕松共享數據，價格低廉，可能無限多等應用特點。云計算技術的應用可以按用戶的需求量分配數據應用平臺的硬件存儲資源，可以按用戶需求提供計算能力，可以按需求提供多終端設備訪問平臺應用功能的能力(計算機、服務器/客戶端、筆記本)。云計算技術減少了數字鴻溝，加強了科技創新，提高了公告服務水平[5]。

1.5 傾斜攝影技術

傾斜攝影技術是國際測繪領域近些年發展起來的一項高新技術，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜等五個不同的角度采集影像。目前，傾斜攝影測量技術已經應用于生產實踐[6]。

2 水利普查數據整合與共享

數據是整個系統的核心，沒有數據作為基礎，任何業務系統都將成為空中樓閣。黑龍江省水利普查數據應用平臺建設以全省水利普查數據整合與共享為目標，實現多種類型的水利普查數據在基礎空間數據平臺上的集成與管理。

2.1 數據類型

2.1.1 水利普查數據

將地理信息數據掛接覆蓋黑龍江省全行業、全要素類的水利普查業務數據作為屬性數據展示，數據包括河湖基本情況、水利工程基本情況、經濟社會用水、河湖開發治理保護情況、水土保持情況、水利行業能力建設情況、灌區專項、地下水取水井等8類業務數據。

2.1.2 基礎地理信息數據

由行政區劃、交通路網、流域水系水、水利工程設施、灌區工程、水利行業單位、水文站點等空間點線面數據組成，以地圖的方式展示給用戶應用，業務數據以屬性詳情方式展示。

2.1.3 影像數據

利用信息中心原有遙感影像數據，加載至三維場景中，疊加DEM數據、流域水系數據、水利工程設施、灌區工程、水利行業單位、水文站點、交通路網等數據，真實反應黑龍江省地面狀態。

2.1.4 DEM數據

利用信息中心原有DEM數據疊加至三維場景中，使系統能獲取到地表高度信息。

2.1.5 傾斜攝影模型數據

數據由旋翼、固定翼等多種類型無人機航拍采集，通過建模軟件自動構建成傾斜攝影模型，模型具有采集速度快、數據真實、成本低、受氣候條件影響小、飛行條件需求低、滿足測繪成圖要求等特點。

2.2 數據融合

利用大數據技術，將各層次數據成果、基礎地理信息數據、遙感影像數據等信息進行組織，統一在“水利一張圖”上進行集成和展現，利用信息技術進行圖層的疊加和分析，最后以“一張圖”的形式，為科學規劃提供精確、直觀的數據支持(見圖1)。

圖1 數據融合

2.3 數據共享

黑龍江省水利普查數據應用平臺建立服務管理子系統，將數據(二維地圖，三維場景)以服務的形式進行共享與分發，用戶有數據需求時可登陸系統進行數據的申請，通過審批后可在線使用或下載數據。

3 服務與應用展示

服務與應用展示系統集中了面向用戶的功能，是對水利數據“一張圖”服務和功能服務的集成展示，實現空間數據與屬性數據的一體化、二維數據和三維數據一體化、數據綜合查詢和統計分析應用，直觀的展現水系分布、河流形態、水利工程等分布等情況，為水利各個部門提供信息化及可視化的數據應用平臺(見圖2)。

圖2 服務與應用展示系統

3.1 GIS地圖操作

在服務與應用展示系統首頁，可方便地對二維水利地圖進行放大、縮小、漫游、打印、定位、距離量算、面積量算等功能。實現對基礎水利數據與基礎地理信息數據的可視化展現與瀏覽。

3.2 流域水系定位

根據河流屬性數據之間的歸屬關系，對數據進行了再加工，能夠直觀體現出黑龍江省各條河流的分布及關系。在河流結構樹狀圖中，點中某條河流后，會在地圖上快速定位顯示該河流。

3.3 數據查詢

實現對河湖水系、水利工程、灌區、地下水取水井河湖治理保護，及水利行業單位等數據進行查詢，并將查詢結果在地圖中顯示。

查詢可以通過綜合選擇，按照不同工程分類、不同行政區域、不同水資源分區和其他自定義條件組合進行。獲得查詢結果的同時，即得到二維地圖上的位置。

3.4 數據匯總

對于各水利業務數據查詢結果，按照不同數據匯總條件對數據進行統計分析，將分類、統計方法和統計字段結合在一起，可根據簡單的匯總條件，以表格的形式將數據統計結果進行顯示。

查詢結果以柱狀圖、餅狀圖和表格等形式進行顯示，統計圖可以導出JPG圖片，統計表可導出為Excel電子表格文件。導出的圖片、表格均可插入到WPS辦公自動化軟件中進行二次編輯，如調整大小、裁剪等操作。

3.5 三維空間量算

平臺建立了覆蓋全省的三維場景，并且開發了空間量算的工具，具體包括空間距離量算、空間面積量算、高程量算、水平距離量算、水平面積量算等5種量算功能。

3.6 三維空間分析

在三維視圖中，提供通視分析、可視域分析、陰影分析、等高線分析、淹沒分析、坡度分析等6種空間分析方式，輔助使用者進行空間決策與分析。

(1)通視分析。系統將自動分析任意選擇兩點的起點高度、終點高度、視點高程、通視分析等半徑等內容，并具有導出斷面、導出軌跡等功能。在視圖中兩點之間不能相互可視采用紅色表示，兩點之間相互可視采用綠色表示。

(2)可視域分析。直觀感受人站在觀測點上所能觀察到的視野范圍，通過顏色劃分區域為不可視范圍和可視范圍(見圖3)。

(3)陰影分析。在三維場景中直觀分析在不同地區陰影遮擋情況，可查看每一點的陰影率(見圖4)。

(4)等高線分析。在三維視圖中對地形地貌進行分析，得到地形地貌的等高線信息。

圖3 可視域分析

圖4 陰影分析

(5)淹沒分析。在三維視圖中對淹沒情況進行模擬分析，通過設置不同的基礎高度、淹沒高度、水漲幅度等信息，得到不同情況下水庫淹沒情況信息(見圖5)。

圖5 淹沒分析

(6)坡度分析。在三維視圖中對不同區域的坡度進行計算分析，得到不同區域的坡度值(見圖6)。

圖6 坡度分析

4 結 論

(1)黑龍江省水利普查數據應用系統建設以公共基礎地理數據和水利普查數據為基礎，將水利普查、無人機采集的傾斜模型、遙感影像、DEM數字高程模型等數據成果疊加發布，實現數據共享平臺與水利行業不同的業務需求的最佳融合。

(2)黑龍江省水利普查數據應用系統建設實現水利數據資源整合應用與共享，使之成為水利行業內部的水利基礎數據應用平臺，進行數據發布與共享，水利信息資源利用率最大化。

(3)平臺建設通過綜合運用地理信息、服務融合等技術手段，對多時空水利數據進行綜合管理，并提供了標準服務接口，為水利業務應用系統的快速搭建提供規范、高效、豐富的功能及服務共享，為水利業務用戶提供集瀏覽、查詢、統計、分析于一體的二、三維一體化綜合展示水利行業數據的應用平臺。