劉 勇

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

水利普查數(shù)據(jù)是黑龍江省目前掌握的最為詳實(shí)的水利基礎(chǔ)信息，同時(shí)成果數(shù)據(jù)還蘊(yùn)含著大量的統(tǒng)計(jì)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息，是寶貴的信息資源和社會(huì)財(cái)富。如何體現(xiàn)水利普查數(shù)據(jù)的重要成果，將其更好的利用起來(lái)，為水利規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)管理提供服務(wù)，成為目前急需解決的問(wèn)題。

1 GIS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

GIS(地理信息系統(tǒng))是一門結(jié)合了地理學(xué)、地圖學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與遙感技術(shù)的綜合性學(xué)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?qū)Χ嘣磾?shù)據(jù)進(jìn)行整合與共享，具有強(qiáng)大的空間分析與統(tǒng)計(jì)計(jì)算能力，可解決復(fù)雜的規(guī)劃、決策和管理問(wèn)題。因此，GIS也被稱為“地理信息科學(xué)”(Geographic Information Science)，近幾年GIS也被稱為“地理信息服務(wù)”(Geographic Information Service)[2]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，地理信息系統(tǒng)也孕育而生了多個(gè)分支技術(shù)體系，其中包括：WebGIS技術(shù)、二三維一體化技術(shù)、跨平臺(tái)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)，以及傾斜攝影技術(shù)。

1.1 WebGIS技術(shù)

WebGIS(網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng))是指工作在Web網(wǎng)上的GIS,是傳統(tǒng)的GIS在網(wǎng)絡(luò)上的延伸和發(fā)展，具有傳統(tǒng)GIS的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的檢索、查詢、制圖輸出、編輯等GIS基本功能，同時(shí)也是Internet上地理信息發(fā)布、共享和交流協(xié)作的基礎(chǔ)[3]。

1.2 二三維一體化技術(shù)

將GIS中的二維空間數(shù)據(jù)與三維空間數(shù)據(jù)整合在一個(gè)平臺(tái)下，打破了以前三維GIS系統(tǒng)相對(duì)于二維GIS系統(tǒng)在數(shù)據(jù)、功能、結(jié)構(gòu)上的劣勢(shì)。二維與三維數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上保持一體化，三維GIS數(shù)據(jù)不僅兼容二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，二維數(shù)據(jù)也做了適當(dāng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了所有的二維數(shù)據(jù)無(wú)需任何轉(zhuǎn)換處理直接高性能地在三維場(chǎng)景中的可視化。

1.3 跨平臺(tái)技術(shù)

跨平臺(tái)技術(shù)泛指程序語(yǔ)言、軟件或硬件設(shè)備可以在多種作業(yè)系統(tǒng)或不同硬件架構(gòu)的電腦上運(yùn)作。地理信息數(shù)據(jù)具有嚴(yán)格的保密性質(zhì)，往往需要部署在安全性較高的Linux系統(tǒng)服務(wù)器上，所以支撐平臺(tái)軟件、業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件都基于跨平臺(tái)技術(shù)建設(shè)，以滿足應(yīng)用軟件對(duì)平臺(tái)需求的差異性[4]，以及各單位不同操作系統(tǒng)、不同客戶端應(yīng)用需求。

1.4 云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算技術(shù)主要有超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、高可擴(kuò)展性、按需服務(wù)等技術(shù)特點(diǎn)，進(jìn)而帶來(lái)通用性，輕松共享數(shù)據(jù)，價(jià)格低廉，可能無(wú)限多等應(yīng)用特點(diǎn)。云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用可以按用戶的需求量分配數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)的硬件存儲(chǔ)資源，可以按用戶需求提供計(jì)算能力，可以按需求提供多終端設(shè)備訪問(wèn)平臺(tái)應(yīng)用功能的能力(計(jì)算機(jī)、服務(wù)器/客戶端、筆記本)。云計(jì)算技術(shù)減少了數(shù)字鴻溝，加強(qiáng)了科技創(chuàng)新，提高了公告服務(wù)水平[5]。

1.5 傾斜攝影技術(shù)

傾斜攝影技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜等五個(gè)不同的角度采集影像。目前，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐[6]。

2 水利普查數(shù)據(jù)整合與共享

數(shù)據(jù)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，沒(méi)有數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，任何業(yè)務(wù)系統(tǒng)都將成為空中樓閣。黑龍江省水利普查數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)以全省水利普查數(shù)據(jù)整合與共享為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)多種類型的水利普查數(shù)據(jù)在基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)平臺(tái)上的集成與管理。

2.1 數(shù)據(jù)類型

2.1.1 水利普查數(shù)據(jù)

將地理信息數(shù)據(jù)掛接覆蓋黑龍江省全行業(yè)、全要素類的水利普查業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)作為屬性數(shù)據(jù)展示，數(shù)據(jù)包括河湖基本情況、水利工程基本情況、經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水、河湖開發(fā)治理保護(hù)情況、水土保持情況、水利行業(yè)能力建設(shè)情況、灌區(qū)專項(xiàng)、地下水取水井等8類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

2.1.2 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)

由行政區(qū)劃、交通路網(wǎng)、流域水系水、水利工程設(shè)施、灌區(qū)工程、水利行業(yè)單位、水文站點(diǎn)等空間點(diǎn)線面數(shù)據(jù)組成，以地圖的方式展示給用戶應(yīng)用，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以屬性詳情方式展示。

2.1.3 影像數(shù)據(jù)

利用信息中心原有遙感影像數(shù)據(jù)，加載至三維場(chǎng)景中，疊加DEM數(shù)據(jù)、流域水系數(shù)據(jù)、水利工程設(shè)施、灌區(qū)工程、水利行業(yè)單位、水文站點(diǎn)、交通路網(wǎng)等數(shù)據(jù)，真實(shí)反應(yīng)黑龍江省地面狀態(tài)。

2.1.4 DEM數(shù)據(jù)

利用信息中心原有DEM數(shù)據(jù)疊加至三維場(chǎng)景中，使系統(tǒng)能獲取到地表高度信息。

2.1.5 傾斜攝影模型數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)由旋翼、固定翼等多種類型無(wú)人機(jī)航拍采集，通過(guò)建模軟件自動(dòng)構(gòu)建成傾斜攝影模型，模型具有采集速度快、數(shù)據(jù)真實(shí)、成本低、受氣候條件影響小、飛行條件需求低、滿足測(cè)繪成圖要求等特點(diǎn)。

2.2 數(shù)據(jù)融合

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，將各層次數(shù)據(jù)成果、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行組織，統(tǒng)一在“水利一張圖”上進(jìn)行集成和展現(xiàn)，利用信息技術(shù)進(jìn)行圖層的疊加和分析，最后以“一張圖”的形式，為科學(xué)規(guī)劃提供精確、直觀的數(shù)據(jù)支持(見(jiàn)圖1)。

圖1 數(shù)據(jù)融合

2.3 數(shù)據(jù)共享

黑龍江省水利普查數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)建立服務(wù)管理子系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)(二維地圖，三維場(chǎng)景)以服務(wù)的形式進(jìn)行共享與分發(fā)，用戶有數(shù)據(jù)需求時(shí)可登陸系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的申請(qǐng)，通過(guò)審批后可在線使用或下載數(shù)據(jù)。

3 服務(wù)與應(yīng)用展示

服務(wù)與應(yīng)用展示系統(tǒng)集中了面向用戶的功能，是對(duì)水利數(shù)據(jù)“一張圖”服務(wù)和功能服務(wù)的集成展示，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一體化、二維數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)一體化、數(shù)據(jù)綜合查詢和統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用，直觀的展現(xiàn)水系分布、河流形態(tài)、水利工程等分布等情況，為水利各個(gè)部門提供信息化及可視化的數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)(見(jiàn)圖2)。

圖2 服務(wù)與應(yīng)用展示系統(tǒng)

3.1 GIS地圖操作

在服務(wù)與應(yīng)用展示系統(tǒng)首頁(yè)，可方便地對(duì)二維水利地圖進(jìn)行放大、縮小、漫游、打印、定位、距離量算、面積量算等功能。實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)水利數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的可視化展現(xiàn)與瀏覽。

3.2 流域水系定位

根據(jù)河流屬性數(shù)據(jù)之間的歸屬關(guān)系，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了再加工，能夠直觀體現(xiàn)出黑龍江省各條河流的分布及關(guān)系。在河流結(jié)構(gòu)樹狀圖中，點(diǎn)中某條河流后，會(huì)在地圖上快速定位顯示該河流。

3.3 數(shù)據(jù)查詢

實(shí)現(xiàn)對(duì)河湖水系、水利工程、灌區(qū)、地下水取水井河湖治理保護(hù)，及水利行業(yè)單位等數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，并將查詢結(jié)果在地圖中顯示。

查詢可以通過(guò)綜合選擇，按照不同工程分類、不同行政區(qū)域、不同水資源分區(qū)和其他自定義條件組合進(jìn)行。獲得查詢結(jié)果的同時(shí)，即得到二維地圖上的位置。

3.4 數(shù)據(jù)匯總

對(duì)于各水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)查詢結(jié)果，按照不同數(shù)據(jù)匯總條件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將分類、統(tǒng)計(jì)方法和統(tǒng)計(jì)字段結(jié)合在一起，可根據(jù)簡(jiǎn)單的匯總條件，以表格的形式將數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行顯示。

查詢結(jié)果以柱狀圖、餅狀圖和表格等形式進(jìn)行顯示，統(tǒng)計(jì)圖可以導(dǎo)出JPG圖片，統(tǒng)計(jì)表可導(dǎo)出為Excel電子表格文件。導(dǎo)出的圖片、表格均可插入到WPS辦公自動(dòng)化軟件中進(jìn)行二次編輯，如調(diào)整大小、裁剪等操作。

3.5 三維空間量算

平臺(tái)建立了覆蓋全省的三維場(chǎng)景，并且開發(fā)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(méi)分析、坡度分析等6種空間分析方式，輔助使用者進(jìn)行空間決策與分析。

(1)通視分析。系統(tǒng)將自動(dòng)分析任意選擇兩點(diǎn)的起點(diǎn)高度、終點(diǎn)高度、視點(diǎn)高程、通視分析等半徑等內(nèi)容，并具有導(dǎo)出斷面、導(dǎo)出軌跡等功能。在視圖中兩點(diǎn)之間不能相互可視采用紅色表示，兩點(diǎn)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(cè)點(diǎn)上所能觀察到的視野范圍，通過(guò)顏色劃分區(qū)域?yàn)椴豢梢暦秶涂梢暦秶?見(jiàn)圖3)。

(3)陰影分析。在三維場(chǎng)景中直觀分析在不同地區(qū)陰影遮擋情況，可查看每一點(diǎn)的陰影率(見(jiàn)圖4)。

(4)等高線分析。在三維視圖中對(duì)地形地貌進(jìn)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(méi)分析。在三維視圖中對(duì)淹沒(méi)情況進(jìn)行模擬分析，通過(guò)設(shè)置不同的基礎(chǔ)高度、淹沒(méi)高度、水漲幅度等信息，得到不同情況下水庫(kù)淹沒(méi)情況信息(見(jiàn)圖5)。

圖5 淹沒(méi)分析

(6)坡度分析。在三維視圖中對(duì)不同區(qū)域的坡度進(jìn)行計(jì)算分析，得到不同區(qū)域的坡度值(見(jiàn)圖6)。

圖6 坡度分析

4 結(jié) 論

(1)黑龍江省水利普查數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)以公共基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和水利普查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將水利普查、無(wú)人機(jī)采集的傾斜模型、遙感影像、DEM數(shù)字高程模型等數(shù)據(jù)成果疊加發(fā)布，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)與水利行業(yè)不同的業(yè)務(wù)需求的最佳融合。

(2)黑龍江省水利普查數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)水利數(shù)據(jù)資源整合應(yīng)用與共享，使之成為水利行業(yè)內(nèi)部的水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布與共享，水利信息資源利用率最大化。

(3)平臺(tái)建設(shè)通過(guò)綜合運(yùn)用地理信息、服務(wù)融合等技術(shù)手段，對(duì)多時(shí)空水利數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理，并提供了標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)接口，為水利業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的快速搭建提供規(guī)范、高效、豐富的功能及服務(wù)共享，為水利業(yè)務(wù)用戶提供集瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析于一體的二、三維一體化綜合展示水利行業(yè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用平臺(tái)。