莊寶慶，謝錫剛，朱海，華敏偉

（1.無錫市錫山區(qū)水利局，江蘇 無錫 214000；2.無錫錫東新城商務(wù)區(qū)開發(fā)建設(shè)管理中心，江蘇 無錫 214000）

0 引言

目前國內(nèi)外對河湖健康評估取得了優(yōu)異成績，國外大部分發(fā)達國家根據(jù)河湖生態(tài)健康概念提出了較多的評估指標(biāo)體系，而國內(nèi)學(xué)者也針對黃河長江等主要河流湖泊提出了相對應(yīng)的健康評估體系。由于河湖健康評估指標(biāo)因子的數(shù)量較多，實踐計算操作也較為復(fù)雜，所以科研學(xué)者開始利用信息技術(shù)手段進行處理。GIS技術(shù)作為近年來最常用的現(xiàn)代化信息技術(shù)，不僅在處理大規(guī)模且復(fù)雜化的數(shù)據(jù)信息中具有獨特優(yōu)勢，還可以利用圖形界面直觀呈現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)。

1 需求分析

基于GIS的智慧河湖管理信息系統(tǒng)設(shè)計研究主要是用來評估河流健康，這項工作是指融合了生態(tài)、經(jīng)濟、社會等多個領(lǐng)域的綜合性事務(wù)，在實踐發(fā)展中需要遵守真實性和客觀性的原則，并選用科學(xué)且規(guī)范的理論方法，而后從工程學(xué)實踐角度對各個區(qū)域的河湖健康進行完善評估與分析[1]。由于管理信息系統(tǒng)的設(shè)計包含內(nèi)容較多，實踐數(shù)據(jù)類型過于復(fù)雜，在實踐發(fā)展中具有動態(tài)變化性，所以在設(shè)計研究系統(tǒng)之前需要考慮以下幾點問題：

第一，智慧河湖管理信息系統(tǒng)應(yīng)用分析需要考慮觀測站、水文局等單位機構(gòu)，他們在實踐發(fā)展中都會儲備與自身業(yè)務(wù)有關(guān)的數(shù)據(jù)資料，但這些內(nèi)容并沒有得到集中處理，因此很難進行全面評估和利用。而利用GIS構(gòu)建系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)庫對各部門數(shù)據(jù)信息進行綜合管理，可以在共享數(shù)據(jù)信息的同時，為河湖健康評估提供有效依據(jù)。

第二，河湖健康評估管理涉及的數(shù)據(jù)信息較為龐大，傳統(tǒng)工作所選用的人工記錄方式并不方便展示和查閱，且會影響實踐工作效率和質(zhì)量。

第三，手工處理的管理信息無法及時得到更新，且每一次更新都需要重新采集和記錄相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

面對上述問題，基于GIS研究設(shè)計智慧河湖管理信息系統(tǒng)，不僅能為各級政府管理和湖流域提供有效的評估方法，還可以在全面研究中提出更為完善的處理對策。從實踐角度來看，本文研究以GIS技術(shù)為核心的智慧河湖管理信息系統(tǒng)設(shè)計需要在全面管理數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上對其進行全面評估，以此為合乎管理提供可視化的決策服務(wù)[2]。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 算法設(shè)計

系統(tǒng)運行必須要保障內(nèi)部具有實時數(shù)據(jù)，而相關(guān)數(shù)據(jù)也是智慧河湖管理信息系統(tǒng)運行的核心內(nèi)容，更是后續(xù)進行健康評估的主要依據(jù)。根據(jù)實踐河湖信息管理情況分析可知，在設(shè)計構(gòu)建數(shù)據(jù)庫的過程中可以從兩方面思考，一方面是指空間數(shù)據(jù)，另一方面是指屬性數(shù)據(jù)。前者是指測試區(qū)域采集到的點線面數(shù)據(jù)，而后者是指合乎自身具有的水文、水質(zhì)、水生生物等相關(guān)信息。

一般來講，空間數(shù)據(jù)是對獲取地形圖數(shù)據(jù)進行數(shù)字化獲取的，而屬性數(shù)據(jù)是在網(wǎng)上檢索或文獻查詢中獲取的。為了保障本文設(shè)計系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)可以有序運行，科研學(xué)者要在完善智慧河湖管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出明確的入侵檢測算法。其中差分進化算法。這類算法是指模擬遺傳學(xué)的復(fù)制、變異、雜交來設(shè)計遺傳算子，屬于一種以群體差異為核心的啟發(fā)式隨機搜索算法[3]。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計

如圖1所示，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)主要分為三層：首先為應(yīng)用層，主要利用Arc GIS技術(shù)構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)；其次為中間服務(wù)層，主要集成地理信息系統(tǒng)和河湖健康評估模塊；最后為數(shù)據(jù)層，主要用來儲存與河湖有關(guān)的矢量圖層數(shù)據(jù)和所對應(yīng)監(jiān)測站點獲取的調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)等內(nèi)容。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

功能設(shè)計作為系統(tǒng)開發(fā)關(guān)注的主要環(huán)節(jié)，需要根據(jù)提出的需求分析和系統(tǒng)目標(biāo)進行完善設(shè)計，具體如圖2所示。

圖2 功能設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

上述系統(tǒng)功能設(shè)計主要分為四個模塊：第一，數(shù)據(jù)管理。這一模塊作為系統(tǒng)運行期間數(shù)據(jù)維護應(yīng)用的基礎(chǔ)保障，可以對歷史數(shù)據(jù)信息進行及時更新，并對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行修改。第二，系統(tǒng)評估。這一模塊作為智慧河湖管理信息系統(tǒng)運行的重難點，不僅要對以及評估因子進行逐一研究，還要根據(jù)實時收集的數(shù)據(jù)信息進行針對性評估，從而為后續(xù)決策服務(wù)提供有效依據(jù)。第三，基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)。這一模塊是為了保障系統(tǒng)用戶操作而設(shè)計的模塊，用戶在進入系統(tǒng)肋部后，輸入用戶名和賬號密碼就可以對圖層進行平移、縮放等操作。第四，數(shù)據(jù)查詢。這一模塊主要分為兩種查詢方式，一種是指空間選擇，另一種是指屬性數(shù)據(jù)。用戶不僅可以通過點擊圖層的某一個河段來查閱相關(guān)信息，也可以根據(jù)輸入關(guān)鍵字來完成搜索[4]。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

GIS作為20世紀(jì)60年代發(fā)展提出的全新信息技術(shù)理念，在實踐探究中應(yīng)用屬于一門具有交叉性的學(xué)科，其在設(shè)計研究中融合了社會科學(xué)、計算機科學(xué)、信息管理等多門學(xué)科，在現(xiàn)代城市建設(shè)發(fā)展中具有非常重要的作用。一個完善的地理信息系統(tǒng)涉及數(shù)據(jù)的采集、儲存、管理以及分析顯示等多項內(nèi)容。在構(gòu)建智慧河湖管理信息系統(tǒng)的過程中，利用GIS技術(shù)會將目標(biāo)的地理位置和相關(guān)視圖融合到一起，并根據(jù)用戶需求對信息數(shù)據(jù)進行重新組織，而后利用數(shù)據(jù)挖掘、網(wǎng)絡(luò)分析、疊置研究等方式為用戶提供所需數(shù)據(jù)信息，并為相關(guān)決策提供技術(shù)支撐。

根據(jù)上文對系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)分析可知，整體模塊包含了基礎(chǔ)GIS、業(yè)務(wù)評估、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢這四項內(nèi)容。下面對模塊功能實現(xiàn)進行簡單介紹：

第一，基礎(chǔ)GIS。用戶在點擊相應(yīng)軟件按鈕后會彈出登錄界面。這一模塊主要為用戶提供基本的GIS技術(shù)功能，其中涉及的圖片的放大、縮小或漫游等。本文在研究期間選用了瓦片柵格地圖技術(shù)，確保用戶不需要進行多次刷新，只需要將其調(diào)整到對應(yīng)的切圖分級就能獲取所需信息，這樣不僅能提升實踐操作效率，還可以強化圖片展現(xiàn)效果。

第二，業(yè)務(wù)評估。一方面要根據(jù)河湖健康評估實際需求對單向因子的健康情況進行逐一評估，另一方面要根據(jù)智慧河湖管理要求在系統(tǒng)內(nèi)部進行綜合評估，而最終評估結(jié)果要選用分段方式進行呈現(xiàn)管理。

第三，數(shù)據(jù)查詢。一方面，數(shù)據(jù)庫作為信息管理系統(tǒng)的核心內(nèi)容，在查詢屬性數(shù)據(jù)時必須要對內(nèi)部包含數(shù)據(jù)內(nèi)容、類別和數(shù)量進行全面了解；另一方面，空間查詢作為管理信息系統(tǒng)關(guān)注的焦點，所構(gòu)建數(shù)據(jù)庫要具備空間查詢方式。

第四，數(shù)據(jù)管理。用戶在管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)時，經(jīng)常利用的方式有修改、刪除、新增等內(nèi)容。以數(shù)據(jù)修改為例，其作為數(shù)據(jù)庫更新數(shù)據(jù)的主要方式，對保障管理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫維護而言具有積極作用。根據(jù)實踐操作經(jīng)驗分析可知，用戶要在查詢數(shù)據(jù)之后，選擇某航數(shù)據(jù)并點擊修改按鈕，而系統(tǒng)就會彈出，這航數(shù)據(jù)的修改窗體，在結(jié)束修改之后要點擊保存，系統(tǒng)會彈出保存成功的窗口[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，河湖健康管理評估作為城市建設(shè)發(fā)展和經(jīng)濟革新的重難點，同樣也是當(dāng)前河湖管理部門員工關(guān)注的焦點。不管是對生態(tài)系統(tǒng)運行還是對人類社會經(jīng)濟發(fā)展而言，利用現(xiàn)代化技術(shù)手段構(gòu)建智慧型河湖管理信息系統(tǒng)都具有一定的現(xiàn)實意義。本文在整合當(dāng)前地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上，根據(jù)各地河湖管理需求構(gòu)建了具有針對性的管理信息系統(tǒng)，并在實踐工作中取得了優(yōu)異成績。需要注意的是，本文針對河湖健康管理所構(gòu)建的智慧信息系統(tǒng)還存在不足，在未來研究探討中，要根據(jù)實踐管理案例和技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用成果進行深入探討，并注重培養(yǎng)全面發(fā)展的高素質(zhì)人才，以此為系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計提供基礎(chǔ)保障。