基于GIS水文地质信息系统的研究

[摘要]以GIS技术为平台,以空间数据库为基础,系统的分析水文地质信息系统的设计原则,重点分析系统的结构及基本的功能。并以C#.NET作为开发语言,以ArcSDE9.2为空间数据库引擎,以ArcGIS9.2 ArcObjects为开发平台进行系统的开发设计,通过对水文地质信息系统的研究将进一步推动GIS在水文地质工作中的应用。

[关键词]GIS水文地质信息系统C#

中图分类号:TP7文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210089-01

一、前言

水文地质学研究地下水在周围环境(岩石圈、大气圈、生物圈)以及人类活动影响下,数量和质量在空间上的变化规律,并运用这一规律有效地利用地下水和调节控制地下水以兴利弊害[1]。地下水的水位变化和水质变化直接影响到居民生活用水,及建筑设施的稳定性。因此,实时动态的监测地下水的变化成为工作中的重点。水文地质信息的获取主要靠钻孔来获得,所获得的信息通常以文字的形式、图表的形式和卡片的形式存储起来,而未被充分利用。这样不仅占用了大量的空间来存放,而且为以后的资料查询和更新带来困难。

地理信息系统(Geographic Information System,简称GIS)作为信息科学与空间科学的交叉性学科,以计算机软件、硬件为平台,以数据库为基础,支持空间数据的采集、存储、管理、检索、分析和输出,为以后的工程规划和工程施工提供了决策支持[2]。GIS技术具有强大的空间数据管理和属性数据管理,被应用到各种领域,并得到了快速的发展,但在水文地质上的应用发展缓慢。GIS技术可以使水文地质数据的管理更加科学化、规范化和系统化,实现了空间数据和属性数据的统一管理。地下水环境的复杂性使得一般的GIS软件不能满足水文地质专业分析与应用的需求[3]。因此,开发基于GIS的水文地质空间分析模型已经成为水文地质工作的重要任务。

基于水文地质的实际应用,开发水文地质空间管理系统,构建水文地质空间数据库,建立水文地质的数据模拟模型、分析模型,更加形象和直观的表达出地下水的状态变化,为地下水的分析和评价提供决策。

二、系统的设计与开发

(一)系统的设计原则

“水文地质空间信息系统”结构复杂且数据量大,根据系统的结构特点并结合实际工作的要求,确定系统的总体设计应遵循以下原则:

1.实用性:系统能够满足用户的应用需求,易于管理和维护,提高工作效率。

2.先进性:尽可能采用先进的技术、方法、设备等,提高系统的技术水平。

3.安全可靠性:作为一个大规模的、关键性信息系统应用,安全可靠性至关重要。

4.开放与共享性:系统具有良好的开放性,可以支持符合国际标准和业界标准的相关接口,实现系统的兼容与互通。同时可以将已有的各种格式转换为目前的数据格式,保护已存在的资源。

5.可扩展性和灵活性:在计算机技术日益成熟和完善的今天,任何一个系统都不是孤立存在的。在设计和规划系统之初,应从宏观、全局、长远的观点来统筹考虑。同时注重系统结构的完整性与技术的标准化,易于进行大范围推广。

(二)系统的设计方法

信息系统的开发方法很多,常用的比较典型的开发方法有:结构化生命周期法(SDLC)、快速原型法(PROTOTYPE)、面向对象的开发方法(OO)及计算机辅助软件工程(CASE)[4]。将采用面向对象的方法对系统进行开发,结合GIS本身的特点,系统的开发实施包括系统的可行性研究、现系统调查、系统分析、系统设计、系统实施和维护与评价等。具体的开发设计流程如图1所示。

图1系统的设计流程

(三)系统的开发平台与工具

系统主要采用以下开发平台和工具:

1.数据库平台采用Oracle;

2.系统中有大量的图形数据,故采用ArcSDE9.2空间数据库引擎将图形数据存储在Oracle中;

3.采用C# +ArcGIS9.2 ArcObjects开发地质图形编辑系统;

4.采用C#.NET作为开发语言。

三、系统结构与功能

(一)系统的结构

水文地质信息系统是以GIS技术为支持,以水文地质空间数据库为基础实现对水文地质空间信息的采集、存储、管理、更新、合成、查询、分析与评价、可视化表达等功能的空间信息系统。系统的结构包括图形管理、数据库管理、空间分析和决策与评价四个大系统和与其相应的子系统。系统结构与功能如图2所示。

图2系统结构与功能

(二)系统功能分析

1.图形管理功能。系统具备的图形管理功能,主要包括图形的输入、输出、查看(放大、缩小、漫游)及图层的删除等基本功能,还具备制作专题图的专业功能,如插入文字说明、图例、指北针及地图方格网等,并且可以进行边界线、阴影及图形边框的设置。由于图形的格式多种,因此,系统支持不同图形数据格式的转换,同时兼容多种图形数据文件,如Arcview SHP文件,ArcInfo Coverage文件,CAD文件等。

2.数据库管理功能。数据库是数据存储与管理的最高层次。水文地质数据库区域内一定水文地质及其相关特征以一定的方式组织存储起来的相关空间数据的集合。系统数据库的管理功能主要包括水文地质图、地形图的管理和属性数据的管理。属性数据的管理主要包括空间数据的赋值和描述等。数据库的管理功能将实现空间数据与属性数据的链接,使得空间数据更加直观易懂。

3.空间分析功能。空间分析功能是GIS的一个重要应用领域,它主要功能是研究各地理要素之间的空间关系,它是GIS区别其他的系统的一个重要标志。它的主要操作包括缓冲区分析、叠加分析、拓扑分析和网络分析[5]。

4.水文地质决策与评价功能。系统包含了空间统计模型、地下水量计算与评价模型、地下水流数值模拟模型、水质与地质生态环境综合评价与分析模型等四大类模型。通过这四种模型来模拟地下水的运动及水质的变化,从而为更合理的开发利用水资源和工程建设提供辅助决策支持。

四、结束语

GIS作为一门科学和技术,并且能更直观的和详细的显示空间信息,为水文地质学的发展带来带来新的动力。系统在很大程度上改善了水文地质数据的管理,但在地层的三维显示和虚拟环境模拟方面有待于以后的深入学习和研究。

参考文献:

[1]刘兆昌、李广贺、朱琨,供水水文地质[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.

[2]陈述彭、鲁学军、周成虎,地理信息系统导论[M].北京:科学出版社,2000.

[3]孔金玲、王文科、杨泽院、麦柳研,基于GIS的水文地质空间信息系统研究与应用[J].地理与地理信息科学,2005,21(4):41-43.

[4]张海藩,软件工程导论[M].北京:清华大学出版社,1998.

[5]戚文云、刘惠德、郭向坤,基于GIS的矿山水文地质信息管理系统的研究[J].矿业快报,2007.3(3):45-47.