章國淵 胡志國

(長江工程監(jiān)理咨詢有限公司，湖北武漢 430010)

1 概述

為適應三峽后續(xù)工作綜合管理能力建設的需要，在小流域綜合治理中，研發(fā)一種兼容、存儲、管理、分析、顯示與應用地理信息系統(tǒng)(GIS)的空間信息管理系統(tǒng)尤顯必要。

開縣漢豐湖是開縣人口轉移的主要區(qū)域，本文以位于開縣移民新縣城旁的開縣漢豐湖小流域綜合治理作為實例，運用GIS技術對該流域綜合治理管理系統(tǒng)進行深入分析與研究，旨在改善區(qū)域內(nèi)移民的生存環(huán)境和人居環(huán)境，這也是三峽后續(xù)工作規(guī)劃的重要內(nèi)容。為有效推進小流域綜合治理工作，合理指導流域內(nèi)產(chǎn)業(yè)布局、資源開發(fā)、生態(tài)環(huán)境保護、地質災害防治等多項工作，將小流域綜合治理工作由經(jīng)驗型向科學型管理轉變、由定性型向定量型管理轉變、由傳統(tǒng)型向現(xiàn)代型管理轉變，致力于建設基于GIS技術的三峽后續(xù)工作開縣漢豐湖流域綜合治理管理系統(tǒng)，打造數(shù)字小流域綜合治理的空間化管理。

為實現(xiàn)漢豐湖流域的空間化管理，在該管理系統(tǒng)中應包括漢豐湖流域的規(guī)劃項目內(nèi)容。系統(tǒng)建設涉及到的地理區(qū)域為位于小江烏楊橋水位調(diào)節(jié)壩以上，包括東河、南河兩條河流的漢豐湖流域。東起烏楊橋水位調(diào)節(jié)壩，西南至開縣巫山鎮(zhèn);北到東河源頭白泉鄉(xiāng)。流域涉及31個鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道辦，總面積2 534.70 km2、人口數(shù) 97.93萬人。

此外，該系統(tǒng)的建設任務主要是利用GIS技術為漢豐湖流域的綜合治理提供一套全新的技術平臺，為在開縣三峽庫區(qū)后續(xù)工作實施規(guī)劃、項目管理階段輔助管理和決策，實現(xiàn)開縣漢豐湖數(shù)字流域。

2 系統(tǒng)總體設計

2.1 系統(tǒng)關鍵技術

系統(tǒng)建設是基于WebGIS技術、Web Services技術來構建B/S(Brower/Server)模式的系統(tǒng)平臺，并通過這些技術來訪問空間數(shù)據(jù)庫和規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫，以Internet網(wǎng)絡為支撐，為管理機構和工作人員提供管理、查詢和分析服務。

(1)WebGIS技術能較好地支撐空間數(shù)據(jù)模型、結構、傳輸協(xié)議、分布式策略、網(wǎng)絡環(huán)境下的空間信息組織管理等方面，并遵循GIS理論和GIS標準的研究結果。WebGIS系統(tǒng)還為信息的共享操作和開放性的管理提供了較好的技術支撐［1］。

(2)Web Service技術是基于XML發(fā)展起來的分布式應用和集成技術，能實現(xiàn)系統(tǒng)的各部分之間的通訊和整合，將相對分散的子系統(tǒng)組成一個統(tǒng)一的整體，從而實現(xiàn)子系統(tǒng)的功能控制、信息交互與共享;還可實現(xiàn)系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)查詢、修改、刪除等操作，降低系統(tǒng)的耦合性，使系統(tǒng)具有良好的擴展性。

2.2 系統(tǒng)邏輯結構

該系統(tǒng)的總體結構從下到上主要分為技術層、數(shù)據(jù)層、應用層和用戶層。同時，系統(tǒng)采用B/S結構，將系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心部分集中到服務器上，從而簡化系統(tǒng)的開發(fā)、維護和使用步驟［2］。

2.3 功能設計［2］

(1)空間數(shù)據(jù)庫管理。該數(shù)據(jù)庫可進行地理空間數(shù)據(jù)處理和分析，具有較強的專業(yè)性和工程性，是GIS的核心部件。除了要提供普通數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲、管理、查詢、分析功能外，還要專門提供針對海量空間數(shù)據(jù)的存儲、管理功能，以及原生支持點、線、面等空間對象。同時，還應提供空間數(shù)據(jù)的疊加、轉換等處理功能，允許多用戶同時訪問。

(2)空間分析。主要有空間疊加分析、BUFFER分析、屬性分析與統(tǒng)計、屬性查詢等。

(3)DTM分析。主要有數(shù)據(jù)建模、高程庫管理、地表模型分析、模型應用、地表三維繪制等。

(4)網(wǎng)絡分析。主要有最短路徑求解、游歷方案求解、上下游追蹤及最佳路徑等。

3 數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫主要存放漢豐湖流域的全部地理數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，由以下3類數(shù)據(jù)庫組成。

3.1 基礎地理空間數(shù)據(jù)庫

基礎地理空間數(shù)據(jù)庫主要包括漢豐湖流域的圖廓線、經(jīng)緯網(wǎng)/公里網(wǎng)、河流水系、水域、交通、境界、地形地貌、小班界限、各種標記、控制點等矢量圖形，漢豐湖流域1∶2 000遙感影像圖及包含等高線、高程點、地形特征點線、水涯線等矢量數(shù)據(jù)的地形圖。

3.2 專題數(shù)據(jù)庫

(1)移民安穩(wěn)致富和促進庫區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃數(shù)據(jù)庫。依據(jù)實施規(guī)劃要求，對其規(guī)劃數(shù)據(jù)進行入庫管理。具體包括產(chǎn)業(yè)結構戰(zhàn)略調(diào)整及發(fā)展扶持規(guī)劃數(shù)據(jù)、移民教育培訓與促進勞動力就業(yè)結構調(diào)整規(guī)劃數(shù)據(jù)、移民安置社會保障規(guī)劃數(shù)據(jù)、基礎設施建設與完善規(guī)劃數(shù)據(jù)、社區(qū)建設與公共服務設施完善規(guī)劃數(shù)據(jù)、自然與歷史文化遺產(chǎn)保護和完善規(guī)劃數(shù)據(jù)等。

(2)庫區(qū)生態(tài)環(huán)境建設與保護規(guī)劃數(shù)據(jù)庫。包括污染防治與水質保護規(guī)劃數(shù)據(jù)、岸線保護與利用控制規(guī)劃數(shù)據(jù)、消落區(qū)生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃數(shù)據(jù)、生態(tài)屏障區(qū)建設規(guī)劃數(shù)據(jù)、重要支流水土保持規(guī)劃數(shù)據(jù)等［3］。

(3)庫區(qū)地質災害防治規(guī)劃數(shù)據(jù)庫。包括滑坡、崩塌、危巖體工程治理與避險搬遷規(guī)劃數(shù)據(jù)，移民安置區(qū)高切坡防護規(guī)劃數(shù)據(jù)，塌岸防護規(guī)劃數(shù)據(jù)，試驗性蓄水庫區(qū)影響處理規(guī)劃數(shù)據(jù)，監(jiān)測預警與應急搶險規(guī)劃數(shù)據(jù)等［3］。

3.3 應用模型數(shù)據(jù)庫

以基礎地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，制成數(shù)字高程模型和柵格數(shù)據(jù)，最終形成三維模型，實現(xiàn)漢豐湖全流域的建模和部分重點項目和區(qū)域的三維精細建模。

(1)空間數(shù)據(jù)。以漢豐湖流域1∶2 000數(shù)字地形圖測量成果為基礎，抽取其中的注記要素，生成地名數(shù)據(jù)，包括縣、鄉(xiāng)、村、組注記，水系注記，道路注記，地貌注記等;抽取水系要素制作水系圖，作為基礎要素圖層入庫［1］。

(2)數(shù)字高程模型(DEM)。該流域生態(tài)屏障區(qū)DEM以三峽后續(xù)工作規(guī)劃開縣漢豐湖流域1∶2 000數(shù)字地形圖測量成果為基礎，用Arcgis轉換制作DEM。DEM數(shù)據(jù)入庫前，必須對DEM數(shù)據(jù)的空間參考系、數(shù)據(jù)格式、完整性、精度、分辨率、分割與接邊、數(shù)據(jù)質量等進行檢查，確保DEM數(shù)據(jù)的正確性，并確保數(shù)據(jù)無漏洞，且能覆蓋全部區(qū)域［1］。

(3)數(shù)字正射影像(DOM)。該流域生態(tài)屏障區(qū)DOM范圍覆蓋生態(tài)屏障區(qū)和水域(含消落區(qū))，以三峽后續(xù)工作規(guī)劃開縣漢豐湖流域1∶2 000數(shù)字地形圖測量的成果為基礎。在Arcgis中利用合格的DEM數(shù)據(jù)對航攝影像進行幾何微分糾正，生成數(shù)字正射影像圖，并進行圖片檢查等［1］。

(4)三維場景合成?；贒EM和DOM構建的三維地形模型場景，供展示規(guī)劃成果數(shù)據(jù)可提供可視化支撐。

(5)三維建筑物建模。對該流域主要橋梁、標志性建筑物和環(huán)漢豐湖景觀帶進行精細建模。主要以設計圖紙為基礎進行建模，紋理采用航空影像結合建筑物實景拍攝像片，并利用3dmax建模和渲染，并貼紋理。

4 管理系統(tǒng)設計

漢豐湖流域綜合治理涉及到不同的項目類別和管理主體，對管理系統(tǒng)的需求是不同的。在設計中考慮了上述特點，分別針對移民安穩(wěn)致富和促進庫區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃、庫區(qū)生態(tài)環(huán)境建設與保護規(guī)劃、庫區(qū)地質災害防治規(guī)劃等內(nèi)容建設管理模塊，為管理人員提供了漢豐湖全流域的場景、部分重點項目和區(qū)域的三維精細場景以及各項目情況的交互式、立體式的展示和分析功能;也為規(guī)劃人員提供了二維和三維的對比分析、空間分析、統(tǒng)計查詢等功能輔助實施規(guī)劃的編制工作。

開發(fā)系統(tǒng)管理模塊，為數(shù)據(jù)庫管理提供便捷方式，為系統(tǒng)操作人員制定使用規(guī)則，并賦予相應管理權限，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)和用戶的統(tǒng)一管理。模塊主要包括數(shù)據(jù)集成與建庫、元數(shù)據(jù)管理、專題圖制作、數(shù)據(jù)提取及輸出、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)庫維護管理。從管理對象角度考慮，可分為以下3個管理模塊。

4.1 移民安穩(wěn)致富和促進庫區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃管理模塊

(1)生態(tài)屏障區(qū)農(nóng)村相關轉移人口。重點展示生態(tài)屏障區(qū)農(nóng)村區(qū)域人口和資源的分布狀況，以及符合漢豐湖流域農(nóng)村相關轉移人口分布情況和相關的安置方案、安置意愿等屬性數(shù)據(jù)。

(2)產(chǎn)業(yè)結構戰(zhàn)略調(diào)整與發(fā)展扶持規(guī)劃。展示該流域產(chǎn)業(yè)結構的總體布局，以及總體規(guī)劃和實施規(guī)劃確定的產(chǎn)業(yè)結構發(fā)展扶持項目。展示漢豐湖流域生態(tài)屏障區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)園、生態(tài)工業(yè)園物流園區(qū)、特色旅游景區(qū)、商貿(mào)服務和農(nóng)村服務業(yè)的規(guī)劃、選址和規(guī)模情況，并對每類項目的屬性數(shù)據(jù)進行交互查詢。

(3)教育培訓和促進勞動力就業(yè)結構調(diào)整規(guī)劃。展示漢豐湖流域對相關轉移人口開展職業(yè)教育和二、三產(chǎn)業(yè)技能培訓、對生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展扶持區(qū)域內(nèi)從事生態(tài)農(nóng)業(yè)的勞動力開展農(nóng)業(yè)技能培訓的規(guī)劃對象和分布區(qū)域，并根據(jù)年齡結構、文化程度進行分類統(tǒng)計。

(4)移民安置社會保障規(guī)劃。主要反映漢豐湖流域規(guī)劃信息中的社會保障對象、適用政策、繳費辦法、繳費基數(shù)、繳費標準、補助標準、投資估算等內(nèi)容。

(5)基礎設施建設與完善規(guī)劃。展示總體規(guī)劃及一期實施規(guī)劃需要進行優(yōu)化和調(diào)整的實施規(guī)劃項目分布及規(guī)模，對項目的基本建設情況、服務對象與功能、投資估算及資金來源進行統(tǒng)計分析。

(6)社區(qū)建設與公共服務設施完善規(guī)劃。重點展示總體規(guī)劃及一期實施規(guī)劃的就業(yè)幫扶中心、文化活動室、衛(wèi)生服務站、室外活動場地等社區(qū)建設項目的地點分布和規(guī)模;養(yǎng)老院、社會福利院、救助站等項目的地點分布及規(guī)模等，并對項目的相關信息進行統(tǒng)計分析。

(7)自然與歷史文化遺產(chǎn)保護規(guī)劃。展示自然與歷史文化遺產(chǎn)保護總體規(guī)劃及一期實施規(guī)劃的項目分布及規(guī)模，對項目相關的屬性信息能進行匯總和查詢，涉及的文件、圖片和影像等能進行查看。

4.2 庫區(qū)生態(tài)環(huán)境建設與保護規(guī)劃管理模塊

(1)污染防治與水質保護規(guī)劃。重點展示總體規(guī)劃及一期實施規(guī)劃中各項目的地點及范圍、規(guī)模，并能對相關項目屬性進行統(tǒng)計分析。

(2)水庫岸線保護與利用控制規(guī)劃。展示漢豐湖流域保護區(qū)、保留區(qū)、控制利用區(qū)和開發(fā)利用區(qū)4類區(qū)域的長度及范圍，并能根據(jù)區(qū)域類型進行統(tǒng)一。

(3)消落區(qū)生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃。對消落區(qū)保留保護、生態(tài)修復、水庫清漂、岸線環(huán)境綜合整治等方面的項目的分布和規(guī)模，系統(tǒng)以三維形式展示保留保護規(guī)劃、生態(tài)修復規(guī)劃等專題的規(guī)劃信息。

(4)生態(tài)屏障區(qū)建設規(guī)劃。重點展示漢豐湖流域關于植被恢復、生態(tài)廊道建設、農(nóng)村居民點環(huán)境改善等規(guī)劃項目的分布及規(guī)模。主要規(guī)劃成果為土地生態(tài)功能建設規(guī)劃，人口轉移分布、居民點分布等，對項目相關屬性信息和人口信息進行統(tǒng)計分析。

4.3 庫區(qū)地質災害防治規(guī)劃管理模塊

地質災害防治包括滑坡、崩塌、危巖體工程治理、地質災害避險搬遷、塌岸防護、高切坡防護、地質災害監(jiān)測預警及應急搶險等方面的內(nèi)容。以三維場景重點展示三峽后續(xù)工作開縣漢豐湖小流域確定的地質災害避險搬遷項目、高切坡防護項目分布及明細情況。此外，可對項目的屬性數(shù)據(jù)、投資估算及資金來源等信息進行統(tǒng)計和查詢。

5 結語

以開縣漢豐湖小流域綜合治理為基礎，且基于GIS技術的三峽后續(xù)工作小流域綜合治理管理系統(tǒng)已在開縣三峽后續(xù)工作實施規(guī)劃工作中投入運行。通過該系統(tǒng)，規(guī)劃和管理人員可對各項目的分布及與周邊環(huán)境的關系進行可視化查看，并能在系統(tǒng)中方便、迅捷、直觀地查看項目屬性數(shù)據(jù)和在三維平臺中進行空間量測和分析，為規(guī)劃工作提供了高效的管理平臺和可靠的技術保障。該系統(tǒng)的成功應用，為在三峽庫區(qū)的后續(xù)工作中推廣應用GIS技術提供了較好的參考意義。

［1］胡祥培，劉偉國，王旭茵.地理信息系統(tǒng)原理及應用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2011.

［2］李紀人，黃詩峰.“3S”技術水利應用指南［M］.北京:中國水利水電出版社，2002.

［3］李旭祥，沈振興，劉萍萍，張凡.地理信息系統(tǒng)在環(huán)境科學中的應用［M］.北京:清華大學出版社，2008.