基于GIS水雨情监测系统的分析设计

基于GIS水雨情监测系统的分析设计

杨峙峰

丽水市莲都区水文站浙江省丽水市323000

摘要：引入地理信息系统技术，提出了基于Arc／Info设计开发水雨情防汛GIS监测系统的设计模式，对水情信息建立动态性监测系统，为水雨情预报、洪峰预测、规划决策等提供科学依据。

关键词：地理信息系统；洪峰预测

一、系统概况及结构

水雨情防汛GIS监测系统充分利用GIS的空间数据管理和分析功能，通过与水情信息数据库连接，实现空间数据和信息数据相配合。它既是属性信息在空间上的一种表现形式，也提供了另外一种数据分析手段，两者相辅相成使信息数据可视化。系统综合集成属性信息和空间信息，具有水雨情实时监测、数据管理、动态生成径流等直线图、上下游水位关系分析预测、空间分析等功能的GIS监测管理系统，为山西省防汛抗旱决策工作提供了方便直观的水雨情监测、查询、分析预测等信息资料，满足防汛抗旱实时监测和信息查询的要求。

系统设计的主体思路是在水情数据库、空间分析模块、GIS、人机交互接口、模型计算等各部分高度集成的基础上作为一个有机整体进行开发。采用c／s结构，实现水情、雨情等信息的检索查询、数据库维护功能。系统以水情信息数据库做后台支持，实时水雨情等相关资料的显示输出与全省数字地图紧密结合，具有良好的可视化界面。系统将空间数据库和属性数据库(水情信息数据库)作为系统的基础层，模型库和各分析模块设在其上面，再以应用管理程序为用户平台，实现对各部分功能和数据库信息的调用，进行实时监测和分析。：①友好的用户界面，功能模块控件化，操作直观简单、可扩展性强；②空间数据库及关系型数据库管理功能，便捷的地图表达与处理功能；③数据查询方式灵活多样，地图与属性可双向、交叉查询；④动态监测属性数据库，快速直观的图形表现形式。

二、地理信息系统介绍(GIS)

地理信息系统(GeographicInformationSys—tern)，简称GIS。地理信息系统是一个基于计算机软件、硬件和数据的集成系统，运用系统工程及信息科学的理论，采集、存储、处理和分析具有空间内涵的数据的信息系统，是一种以计算机为基础的制图与分析各类事物的直观、理性的可视化工具，能够对大量的基础数据提供存储和管理的功能，支持多种表现形式的空间数据，提供良好的数据维护和更新能力，并具有对空间信息的多种查询和分析功能，对信息管理、规划和辅助决策具有重要意义。GIS具有强大的数据属性显示、数据分析等功能，它处理的数据已不仅仅是单纯的一维属性数据而是可以处理三维、四维的空间数据。但由于GIS的应用对专业化技术和计算机硬件要求相对较高，因而在近年来计算机硬件的飞速发展以及ARC／Info、Map／Info等桌面GIS产品的出现之后才得到了比较广泛的应用。

三、系统分析与设计

3.1系统功能设计

为了充分发挥水雨情信息资料的重要价值和满足汛期水雨情防洪抢险的需求，系统主要功能有：(1)信息查询。指定点位、范围，直观查询水文、水情测站，通过测站空间信息以及与属性数据库的关联获得测站基本信息和实时水情、雨情等属性数据，(2)数据分析。对查询结果直接进行实时分析(等值线绘制、上下游测站洪峰推算等)；(3)实时监控。实时监控水情信息库，在地图中标示各测站水位、流量等信息，如水位或流量超出允许范围，采取报警等措施；(4)空间计算。行政、流域、水库或任何区域的面积、长度量计算；(5)报表生成。通过图层属性查询属性数据库获得原始资料经过变换加工，生成满足需要的统计报表。(6)图形绘制、浏览。地图放大、缩放、平移，及对图层属性的添加、删除、修改等基本操作，并生成相关地图输出或打印。

3.2系统数据组织由于普通意义上的属性数据没有位置的概念，它只是用来表示现象的某些特征，如数量特征、分类特征、名称等，而空间数据又不具备分析模块所需的基本分析数据。因此，系统开发过程中将空间数据库和属性数据库进行动态关联，利用图形库和属性数据库之间的关联，使用户通过图形库，可直接查询到与之相关联的属性数据库中的信息资料，动态获得属性数据库中的有关信息，反之，用户也可通过属性数据库的相关信息进行图形库信息的查询。当进行属性库查询时，将属性数据和图形数据相对应起来可直接搜索、定位地图，通过属性数据库的实时更新，将相关数据的信息即时用图形形式表现出来。基础电子地图(包括行政区划、交通、城市、地质、地形、地貌、土壤类型及分布、土地利用、水系、湖泊、冰川、沼泽等)，系统侧重于以图形的方式操作与显示各类信息，比如雨情、水情信息等。为了便于在不同需求环境下的应用，系统采用分层结构，既可多层复合，也可分层提取。

3.3系统描述

（1）地图操作。地图操作是系统实现的最基本功能，包括图层控制、放大地图、缩小地图、拖动地图及全区域显示等功能。在系统的地图窗体中，一方面显示地图及地图附件，另一方面响应用户的操作(缩放、拖放等)，将用户的各种操作以图形的方式反映在窗体里；此外，也要反映来自其它对象的操作结果，如接收查询窗体的操作，将查询结果显示在地图上。主要实现电子地图的打开、关闭、图层控制，地图的放大、缩小、移动，视图视野的设置、变焦处理及标注等，空间对象的常规计算(距离、面积)及地图的绘制等。

（2）空间查询。点击选择任意水文测站，就可直观地查询到该站所有的水情、雨情、水质等信息内容，并可进一步方便地查询到某一段时期内的各类数据变化情况。当用户在地图上选择对象时，系统将通过被选对象中的基本数据，从服务器取得其属性数据，在属性数据窗体里显示出被选中对象的属性数据。如查询各水文站的今日水位、流量等，直接在地图层中点击选择所要查询的测站，结果数据集以加强的方式在地图上显示出来，并且能自动调整地图的显示区域和比例，使数据集刚好都能显示出来。

（3）属性查询。是通过输人查询要素，根据输人要素确定符合条件的水文对象范围，判断符合条件的点，选择满足条件的记录，综合分析处理展示。属性查询窗体用于输入查询条件，用户可以用SQI直接表达查询条件，也可以交互地选取字段和条件值。可根据查询结果进行常规的统计分析汇总以及多维分析，查询结果用图形和表格同时表达出来，并可进行空间搜索定位，并直接与地图对应。

（4）水雨情监测。通过规定的刷新时间，定时查询属性数据库内各测站水位、流量等变化情况，并可方便地进行地图操作，定制图形的显示效果，准确了解各站的汛情实时状态及时间序列变化趋势。如某一测站的水位线或流量等超过了预警范围，则该站在地图中以闪烁方式显示，以区分其他未报警的测站，便于快速区分和直观表现各测站的水位等情况。

（5）数据分析。根据所选择的对象序列进行序列变换、建立相关、进行预测等，处理结果以图形和文字说明相结合的形式表现出来，并可存储与输出。在本系统中通过在同一河道上的上游水文站的水文资料(水位、流量、流速等资料)，动态模拟演示水体的流动趋势，预测洪峰从上游站到下游站的时间、水位、流量等。在系统中暂时没有考虑影响水位的其他水文因素(如区间支流汇人、洪峰衰减、断面影响等)，只是通过选择上下游水文站作了一个简单的功能演示，在实际应用中可按具体情况，加入各相关因索建立上下游水位分析模型，从而提高预测精度等。

结语：

水雨情防汛GIS监测系统可通过利用水情信息数据库和空间数据的有机结合，快速便捷的反映了山西省各水文站的水情、雨情信息，为防汛、工程管理等不同层面提供重要的信息服务。

参考文献：

[1]刘光．地理信息系统二次开发教程一组件篇[M]．北京：清华大学出版社，2016．

[2]黄杏元．地理信息系统概论[M]．北京：高等教育出版社，2017．

[3]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，2017．