基于三维GIS的河南省数字水土保持管理信息系统研究_郝捷

基于三维GIS的河南省数字水土保持

管理信息系统研究

郝

112，3捷，田颖超，王永峰

（1．河南省水土保持监督监测总站，天津300071；河南郑州450008；2．南开大学信息与技术学院，

3．北京新智感科技有限公司天津技术研发部，天津300000）

［关键词］三维GIS；水土保持；管理信息系统；设计开发［摘

要］以河南省历次水土保持普查数据为基础，分析对比土壤侵蚀调查成果，按照四大流域、小流域、市（县）行政区划，从水蚀野外调查、侵蚀沟道普查、土壤侵蚀动态变化、技术档案管理、信息发布等方面开展研究。在深入分析水土保持监测信息业务需求和特点的基础上，进行了基于三维GIS平台的数字水土保持监测信息管理系统的设计开发。对系统建设背景、目标、基础理论方法、框架结构与支撑技术、系统功能、系统实现等进行了详述。该系统能通过水土流失动态变化数据分析，为水土保持决策提供有力的数据支撑。［中图分类号］S157

［文献标识码］A

［文章编号］1000－0941（2015）02－0056－03

DOI:10.14123/j.cnki.swcc.2015.0049

全国水土保持行业共开展过四次遥感普查，受不

同年代信息化水平和普查技术路线的影响，各次遥感普查成果数据类型各异，其中20世纪80年代的成果

1995和2000年的成数据为未数字化建库的纸质格式，

果数据为北京54坐标Albers投影的coverage格式，

2010年的成果数据为WGS84坐标UTM投影的shp格式。这四类数据库相对独立，信息数据管理和对比分析能力低。截至2012年全国第一次水利普查结束时，河南省仍没有一个系统的水土保持信息化管理平台。为尽快填补此项业务空白，基于GIS，从全国第一次水利普查的水蚀野外调查、黄土高原侵蚀沟道普查和历次遥感普查的土壤侵蚀动态变化等三部分入手，借助C#．NET、SQLServer集成的二次开发模式，研究建立了河南省数字水土保持管理信息系统，以提高水土保持科学研究成果水平，强化水土保持协同工作的效能，推进水土保持信息现代化，为生态文明建设和水土资源可持续利用服务。1

开发平台

方式展现水土流失动态变化情况，为相关部门的科学

决策提供可视化的分析工具。2．2

系统结构设计采用数据层、中间层、应用层等三层体系结构，见

图1

。

图1系统设计结构示意

（1）数据层。所有基础数据、专题数据及成果数据均存储在统一的数据库系统中，各类数据按照统一的标准进行分类存储，为水土保持监测数据的应用提供科学的数据支持。

（2）中间层。为上层应用开发提供工具化接口、地图服务中间件和信息服务中间件组件的开发工具接口，减少数据库成本，为系统提高效率。（3）应用层。为系统人机交互接口，完成各类信息的检索查询、专题图输出、水土流失分析等功能，为水土保持管理与决策提供科学依据。2．3关键技术

基于三维GIS技术，依托云计算、软件工程、空间数据库技术，将空间位置信息与水保数据相结合，提供

系统的设计采用C#．NET+组件式GISEngine+

SQLServer集成的二次开发模式，既可以充分利用GIS软件对空间数据的管理、显示、分析功能，又可以利用C#．NET可视化开发语言的高效、方便等编程的优点，提高了系统的开发效率，易于移植和维护。22．1

系统建设系统建设目标

利用数字地球引擎，构建具有输入、查询、检索、对比分析、输出等多功能的信息系统。以三维可视化的

数据的三维可视化综合展示平台。将数据库中的信息与实时场景中的模型进行绑定，从而达到对各种信息的即查即用，并通过友好的界面实现丰富的查询和分

［1］

析等功能，从而实现水土保持多层次信息资源共享。3

数据库建设

省1002个野外调查单元的空间数据，通过专题图渲

染技术，结合C#语言的Ｒenderer接口对象，用图层叠加的方式，建立第一次水利普查成果的信息展示平台。该平台还具有JPG格式图片与野外调查单元交互可视化显示功能，实现图形、图像、图斑等多源信息一体化管理。4．5

侵蚀沟道成果展示

首次建立的黄土高原侵蚀沟道数字化系统涉及40971条侵蚀沟道，可以准确定位目标区域内侵蚀沟道的数量、长度、控制面积、沟壑密度、沟道纵比等几何特征，为黄土高原地区的水土保持规划和生态综合治理提供基础技术支撑。5

系统应用分析

数据库设计按照3NF规范，分为空间数据库和属

性数据库两部分

。

图2数据库结构

（1）空间数据库的设计。针对河南省水土保持空间地理要素，采用Geodatabase数据模型，以墨卡托投影的WGS84坐标系，通过空间数据引擎（简称SDE），将不同年代的水土保持多源空间数据存储于SQLServer中，建

［2］

立空间数据库。SDE融于关系数据库管理系统（ＲD-BMS）后，在用户和异种空间数据库的数据之间提供了一个高效、开放的数据接口，使系统GIS功能应用与后台数据访问实现分离，从而降低了系统的复杂度，确保海量、多源入库数据的正确性、完整性、可靠性和一致性，以便在任意应用中嵌入查询和分析数据。

（2）属性数据库的设计。属性数据库包括地理实体的非空间信息和非地理实体信息，其承载的信息包含各自内部及两种信息之间存在的直接和间接联系。44．1

主要系统功能实现

空间数据查询

分市（县）行政区划、四大流域、小流域等三种体

基于GIS的三维数字地球引擎，具备海量、多源数

据的集成、管理能力，内嵌丰富的遥感数据资源，可加载各种高清影像及配套采集的高精度数字高程模型数据，能有效增加水保数据管理的科学性和安全性，实现数据的高效管理和共享应用。还能够通过系统分析对比功能，获取区域水土流失强度变化趋势。2000、2010年河南省水土流失面从入库的1995、

15年间，积变化情况看（表1），河南省土壤侵蚀强度总体呈降低趋势，水土流失总面积有所减少，但出现中度

以上水土流失面积增加的现象。究其原因，省内各级政府加大了对水土流失的治理力度，取得显著效果，但由于自然环境中水土流失面积大、侵蚀强度高，加之干旱频发、地表水资源匮乏，小流域综合治理后的林草措施生长缓慢，在短时间内未能完全发挥水土保持效益，尤其是低山丘陵地区人类生产活动频繁，退耕还林措施保存率低，以及开矿等经济活动，导致强烈及以上水土流失的发生。

表1

1995、2000、2010年河南省水土流失面积统计

水力侵蚀面积

1995年22926．386794．96388．650030109．99

2000年22408．917041．62382．920029833．45

2010年10180．457443．524027．831443．66368．3623463．82

km2

系管理数据。以三维可视化的方式，将空间位置与分

类后的信息数据关联，按照水土流失强度等级生成数据图层，直观展示水土流失情况。4．2属性数据查询

通过信息查询按钮，在地图上获取目标点水保数据图层，实现属性查图和图查属性的双向功能，从而使属性数据可视化，增强其可操作性和准确性。4．3土壤侵蚀趋势分析

利用入库的历次水土保持普查成果数据，在同一区域进行空间数据差值计算，获取不同时期土壤侵蚀变化的分析成果。

4．4水蚀野外调查成果展示

以GISfor．netSDK提供的接口，可任意调取河南

6

侵蚀强度轻度中度强烈极强烈剧烈合计

结语

运用VisualC#开发语言与ArcGIS组件开发的河

南省数字水土保持综合管理信息系统，首次建立了全省的土壤侵蚀、黄土高原侵蚀沟道和基础数据库，分析出1995—2010年河南省水土流失面积的动态变化趋

河西走廊风沙灾害对水利工程的危害程度评价

张晓虹，景凌云何有华，

（甘肃省水土保持科学研究所，甘肃兰州730021）

［关键词］风沙灾害；水利工程；危害程度；河西走廊［摘

要］河西走廊干旱少雨、风大沙多，风沙对水库及渠系的填埋淤积严重。以水库为研究对象，选择地形地貌、年均降水量、年均大风日数、自然植被覆盖率、年平均风速及排沙设施为评价因素，分析计算了河西走廊141座水库的风沙危害程度指数，并应用该指标将水库受风沙危害程度划分为无明显危害、轻度危害、中度危害、重度危害和极险5个等级，列出了32座亟待进行风沙危害防治的水库目录。［中图分类号］S157

［文献标识码］A

［文章编号］1000－0941（2015）02－0058－04

DOI:10.14123/j.cnki.swcc.2015.0050

河流比降河西走廊沃野千里，地面自南向北倾斜，

大，易于灌溉，决定了水利开发工程造价低廉，这为河西地区开发水利提供了较为有利的地形条件。在水利工程建设的前提下，有了河西走廊绿洲的繁荣，使河西地区成为国家重要的商品粮基地、甘肃主要的工业基地和西北地区重要的生态安全屏障。但腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠在河西走廊北部几乎由东向西贯通，风大沙多，致使当地部分水利工程长期遭受风沙填埋，水库有效库容减少、调蓄功能降低，渠系被填埋，不但减少了有效灌溉面积，而且每年要投入大量的人力财力进行渠系清淤。为提高水资源的时空调控与配置能力，完善水利基础设施网络建设与保护，对河西走廊水利工程的风沙危害程度进行评价，并提出相应的防治建议，不但必要，而且迫切。11．1

研究区域概况研究区域自然概况

围，包括苏干湖、疏勒河、黑河、石羊河4个水系，不包

括内蒙古自治区的范围；在行政区划上，包括嘉峪关、金昌、酒泉、张掖、武威五市（区）。研究区土地总面积

2［1］

约270024km，占全省总土地面积的59．42%。区内地势平缓开阔，海拔1500m左右。由于干燥少雨，地表径流较为贫乏，因此流水作用对地面的冲刷和切割微弱，但风的活动十分活跃，成为塑造地貌的重要外营力，易产生强烈的风蚀和风积作用，形成各种风沙地貌

［2－3］

。中部平原土层深厚地带的各条内陆河沿河冲

积平原土质肥沃、引水灌溉条件好，便于开发利用，形成武威、张掖、酒泉等大片绿洲，地貌景观上表现为绿洲农业景观；其余广大地区以风力作用和干燥剥蚀作用为主，戈壁和沙漠广泛分布，特别是嘉峪关以西地区，戈壁面积广大，绿洲面积更小。区内荒漠地带以灰棕漠土、盐土、风沙土、灰钙土为主，土壤团粒结构差，易被吹蚀。走廊地带属温带荒漠草原植被带，植被稀疏，结构简单，种类较少，以旱生、超旱生短命植物为

本次研究范围仅为河西走廊甘肃省内陆河流域范主，植被覆盖度低，地表多裸露。气候类型属于温带大

櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔櫔势。该系统将分散异构的水土保持空间数据、多媒体数据和基础数据有机融合，在填补河南省水土保持行业信息化空白的同时，实现了数据的高效管理和共享应用，为水土保持决策提供了有力的数据支撑。由于某些高级功能还不能够实现，如高质量的地图输出、表面模型和网络分析等高级空间分析，因此下一步将加强这方面的工作，增强系统的功能。

［参考文献］

［1］郭索彦，李智广．新技术在我国水土保持监测工作中的应

J］．中国水利，2006（12）：25－27，33．用［

［2］易国彪，白振兴．基于ArcSDE的空间数据库研究与应用

［J］．微计算机信息，2008，24（18）：161－163．

［作者简介］郝捷（1969—），高级工程师，学男，河南宁陵县人，

士，从事水土保持工作。

［收稿日期］2014－10－28

（责任编辑李杨杨）