□徐楠楠 □郭貫斌(河南省沙潁河工程管理局)

GIS在沙潁河流域防汛中的開發(fā)與應(yīng)用

□徐楠楠 □郭貫斌(河南省沙潁河工程管理局)

防汛輔助決策系統(tǒng)的建設(shè)是一項(xiàng)內(nèi)容復(fù)雜、涉及面廣、難度很大的工作，但卻關(guān)系到社會(huì)的穩(wěn)定和人們生命財(cái)產(chǎn)安全，地理信息系統(tǒng)（G IS）及相關(guān)技術(shù)因其強(qiáng)大的信息綜合能力和地理空間特性在上述領(lǐng)域已經(jīng)得到了重視。經(jīng)過(guò)多年的探索和努力，我們?cè)贕 IS信息的收集、建庫(kù)與應(yīng)用開發(fā)等方面進(jìn)行了有益的嘗試，并已基本建成沙潁河流域防汛地理信息系統(tǒng)的框架，取得了理想的成果。本文將介紹沙潁河流域防汛G IS信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和功能。

防汛；輔助決策；地理信息系統(tǒng)

一、前言

沙潁河是淮河的最大支流，屬跨省河道，流域地處我國(guó)西部山區(qū)到平原過(guò)渡地帶和南北氣候過(guò)渡地帶，氣象變化受季風(fēng)影響，每年6～9月，由于東南暖濕氣團(tuán)內(nèi)移，加之西部地形影響，極易形成暴雨。特殊的地理位置和地形，造成上游有多處淮河流域著名的暴雨中心。流域內(nèi)降雨量一般集中在汛期，占年降雨量的60%以上，本流域主要是雨洪徑流，在多雨年份，汛期雨量集中，洪水暴漲暴落，極易造成災(zāi)害。沙潁河包括干流在內(nèi)，流向都是自西向東，上游支流眾多，源短流急，每遇山洪暴發(fā)，洪水滾滾而下，受洪水淹沒的范圍很廣。尤其是沙河南堤一旦出險(xiǎn)，將直接威脅到豫皖兩省800萬(wàn)人口，66.7萬(wàn)hm2耕地的安全，其社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等損失不可估量。由于沙潁河流域位于河南省腹地，暴雨洪水頻繁，素有“一黃二沙”之稱，因此歷年都是河南省的防汛重點(diǎn)。

伴隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，地理信息（GIS）系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域中得到推廣和應(yīng)用，把人們從人工處理繁瑣復(fù)雜的各種信息中擺脫了出來(lái)。眾所周知，防汛決策涉及地理環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)與工程技術(shù)等多個(gè)方面，信息量大，突發(fā)情況多，決策過(guò)程非常的短暫，因此對(duì)信息的處理能力和反應(yīng)速度要求很高。GIS地理信息技術(shù)在決策支持方面的作用已經(jīng)得到了社會(huì)的普遍認(rèn)可，怎樣在現(xiàn)有信息資源基礎(chǔ)上，充分利用地理信息技術(shù)，建立防汛GIS信息系統(tǒng)，提高防汛決策指揮過(guò)程的及時(shí)性、科學(xué)性，避免決策失誤等，已成為當(dāng)前流域防汛工作的重要內(nèi)容。

目前，把GIS系統(tǒng)運(yùn)用到防汛工作中已成為我國(guó)水利行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。作為河南省防汛重點(diǎn)的沙潁河流域，為擺脫防汛手段相對(duì)比較落后的局面，我們結(jié)合GIS系統(tǒng)在水利行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)流域防汛工作的需要，研制開發(fā)了河南省沙潁河防汛流域地理信息系統(tǒng)技術(shù)軟件，并在防汛實(shí)踐中得以初步應(yīng)用，在此把該系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，與從事防洪工作的同行進(jìn)行商榷。

二、總體結(jié)構(gòu)

沙潁河流域防汛地理信息系統(tǒng)屬于服務(wù)于流域防汛指揮的決策支持系統(tǒng)，它是本流域防汛管理信息系統(tǒng)的重要組成部分。系統(tǒng)涵蓋防汛指揮決策過(guò)程中工程基礎(chǔ)信息、實(shí)時(shí)信息、相關(guān)知識(shí)信息、暴雨分布與統(tǒng)計(jì)、洪水預(yù)報(bào)、分洪口門設(shè)置和分洪淹沒區(qū)信息等諸多方面。系統(tǒng)擬建成分布式空間型綜合防汛地理信息系統(tǒng)，為沙潁河流域防汛決策人員提供功能完善的信息查詢服務(wù)。系統(tǒng)以C/S模式為主體，B/S模式為輔助，GIS技術(shù)為支撐，結(jié)合圖形圖像和多媒體數(shù)據(jù)，以水文、氣象、地理信息為依據(jù)，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，集數(shù)據(jù)采集、管理、分析、表達(dá)為一體，利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)和高級(jí)編程語(yǔ)言，以防汛輔助決策為主要目的，實(shí)現(xiàn)圖、文、表一體化。

（一）邏輯結(jié)構(gòu)

根據(jù)對(duì)防汛指揮決策支持系統(tǒng)的研究，本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、模型和模型庫(kù)管理系統(tǒng)以及系統(tǒng)功能界面組成。防汛GIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)包括空間數(shù)據(jù)庫(kù)、屬性數(shù)據(jù)庫(kù)及影像數(shù)據(jù)庫(kù)。其中空間數(shù)據(jù)庫(kù)又包括地形數(shù)據(jù)庫(kù)、水系數(shù)據(jù)庫(kù)、水利工程分布等；屬性數(shù)據(jù)庫(kù)又包括社經(jīng)數(shù)據(jù)庫(kù)、雨情數(shù)據(jù)庫(kù)、水情數(shù)據(jù)庫(kù)、工情數(shù)據(jù)庫(kù)、災(zāi)情數(shù)據(jù)庫(kù)等。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)按時(shí)間又可以分為歷史數(shù)據(jù)、現(xiàn)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。例如水情數(shù)據(jù)，就有歷史水情數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)水情數(shù)據(jù)。影像數(shù)據(jù)庫(kù)包括氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)、險(xiǎn)工數(shù)據(jù)圖像等。

對(duì)于屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，毫無(wú)疑問(wèn)可以用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（RDBMS）來(lái)管理。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展到現(xiàn)在已日趨成熟，防汛GIS系統(tǒng)對(duì)RDBMS的應(yīng)用也很成功。

空間數(shù)據(jù)庫(kù)的管理可以采用地理信息系統(tǒng)技術(shù)。地理信息系統(tǒng)不僅可以存取和管理空間數(shù)據(jù)，而且大多數(shù)地理信息系統(tǒng)軟件還提供了與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理信息系統(tǒng)的接口，從而可以做到空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的雙向查詢與分析。值得一提的是，GIS發(fā)展的最新趨勢(shì)是將空間數(shù)據(jù)也用DBMS來(lái)存取和管理，如Arc/InfO8.0、MapInfO6.0、SuperMap等GIS軟件都可以將空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，如Oracle、SQIServer等，該項(xiàng)技術(shù)為屬性數(shù)據(jù)庫(kù)與空間數(shù)據(jù)庫(kù)的緊密集成提供了更多方便。

沙潁河流域地理信息系統(tǒng)邏輯上由GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和GIS應(yīng)用系統(tǒng)等部分組成。GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)為系統(tǒng)提供空間定位基礎(chǔ)及相關(guān)信息，內(nèi)容覆蓋基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、防汛工程技術(shù)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)雨情數(shù)據(jù)和歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)等。綜合數(shù)據(jù)庫(kù)為防汛決策提供相關(guān)的綜合信息，內(nèi)容涵蓋防汛知識(shí)、防汛法規(guī)等。GIS應(yīng)用系統(tǒng)則面向用戶，為防汛工作提供信息查詢和輔助決策功能。

圖1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

（二）軟件配置

沙潁河流域地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件平臺(tái)是采用美國(guó)MapInfo公司的產(chǎn)品，包括MaplnfoProfessional、MapX等；數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)建立在Sybasell.0、SQLServer2000之上，系統(tǒng)開發(fā)工具采用Microsoftc#、GO1dSoftSufer，運(yùn)行在 Microsoft．NetFramewozrk1.1及以上系統(tǒng)架構(gòu)上。

圖2 軟件配置結(jié)構(gòu)示意圖

（三）體系結(jié)構(gòu)

沙潁河流域地理信息系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，按網(wǎng)絡(luò)組成可以分為3大部分：

防汛信息中心局域網(wǎng)部分由模型服務(wù)器、GIS圖庫(kù)服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和Intranet服務(wù)器、GIS客戶機(jī)等組成。

廣域網(wǎng)部分通過(guò)Internet連接省水情服務(wù)中心實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)傳遞，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取與動(dòng)態(tài)更新。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成示意圖

三、系統(tǒng)特點(diǎn)

（一）信息覆蓋面廣，內(nèi)容精細(xì)

系統(tǒng)收集的信息覆蓋了防汛工作的多個(gè)環(huán)節(jié)，包括基礎(chǔ)地理信息、工程技術(shù)信息、水情信息、社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息等，推動(dòng)了防汛工作的信息化和數(shù)字化進(jìn)程。多種精度的地形圖數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)提供了詳實(shí)而豐富的信息。

（二）以GIS為集成平臺(tái)

系統(tǒng)統(tǒng)一在MapInfoProfessional GIS平臺(tái)上，以地理空間信息為基礎(chǔ)，融合了大型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，將雨情系統(tǒng)、暴雨、地理信息系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等輔助決策的功能。

（三）實(shí)時(shí)性強(qiáng)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與連接省水情服務(wù)中心自動(dòng)雨情水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的連接，及時(shí)獲取雨情實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行暴雨積水模型計(jì)算，反應(yīng)及時(shí)迅速，為防汛搶險(xiǎn)爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間，使災(zāi)害損失降低到最低限度。

（四）先進(jìn)與開放性

本系統(tǒng)采用世界GIS技術(shù)與市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者美國(guó)MapInfo公司著名的GIS軟件MapInfo作為應(yīng)用支撐平臺(tái)，保證了系統(tǒng)在技術(shù)方面的先進(jìn)性；同時(shí)系統(tǒng)采用了開放的開發(fā)環(huán)境（ODE），使核心GIS技術(shù)可以應(yīng)用于非專用的編程環(huán)境中，極大地提高了系統(tǒng)的開放性。

四、系統(tǒng)功能

基于MapInfoProfessiona1地圖化技術(shù)的mapX，以ActiveX控件的方式提供了真正的對(duì)象聯(lián)接與嵌入式的地理信息系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)方案。MapX方便快捷、功能強(qiáng)大，利用它能夠快速地在各種應(yīng)用中嵌入地圖化功能，增強(qiáng)空間分析的能力。該系統(tǒng)將引進(jìn)先進(jìn)的地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，通過(guò)地圖+信息的方式，全面、直觀、準(zhǔn)確地反映了各種信息的分布、現(xiàn)狀及技術(shù)特征。同時(shí)，系統(tǒng)還將提供多種查詢、統(tǒng)計(jì)、定位功能。系統(tǒng)中有機(jī)融合空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，按菜單方式、對(duì)象名稱、對(duì)象類型、直接點(diǎn)擊地圖對(duì)象等多種方式查詢空間對(duì)象及屬性信息。瀏覽的對(duì)象包括文字、圖表、圖像、圖形、視頻等,以圖文并茂的信息可視化方式顯示各種防汛信息,并提供針對(duì)各種水利工程的信息查詢和顯示功能，包括地圖查詢、堤垸水庫(kù)、物資儲(chǔ)備、洪澇災(zāi)害、搶險(xiǎn)技術(shù)、險(xiǎn)工險(xiǎn)段等綜合工情信息。系統(tǒng)建成后，將為全面、迅速、及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握全流域主要江河、大中型水庫(kù)、大型水閘、行洪滯區(qū)、重點(diǎn)堤防、重點(diǎn)地區(qū)、暴雨中心的水雨?duì)顩r提供方便；為流域洪水預(yù)報(bào)、災(zāi)情評(píng)估提供及時(shí)的基礎(chǔ)資料；為防洪調(diào)度決策和指揮搶險(xiǎn)救災(zāi)提供有力的技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)；為實(shí)現(xiàn)工程自動(dòng)化管理提供信息基礎(chǔ)。

五、展望

沙潁河流域地理信息系統(tǒng)GIS系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，為我們展示了防汛領(lǐng)域使用GIS技術(shù)美好前景。我們深信，隨著數(shù)據(jù)的不斷充實(shí)和功能進(jìn)一步完善，該系統(tǒng)將在沙潁河指揮決策中擔(dān)當(dāng)重要的角色，使防汛管理水平達(dá)到一個(gè)新的高度。

2010-07-05