水资源与生态环境评估管理信息系统的设计与开发

摘 要：综合使用GIS技术、信息系统技术、数据仓库技术以及互联网技术，对于水资源和生态环境进行系统分析，构成了高度自动化、实时化和智能化的信息系统。水资源与生态环境评估管理信息系统以ArcIms 9.0地图服务平台为基础,使用EJB 构件技术封装ArcIms的通用地图功能，建立了一个对外提供WebGIS 二次开发服务的通用功能构件层，体现了面向对象的设计原则，使地理信息系统和数据库技术的结合实现了无缝连接。
关键词 WebGis 数据仓库 构件技术 中间件
与我国经济社会快速发展的要求相比较，水资源管理还有一些问题，洪灾、干旱、污染并存，突出表现在防洪减灾能力偏低、水资源调控能力不足、水污染严重、水资源和水环境承载能力偏低，已成为社会可持续发展的制约因素。建立水资源管理和生态评估系统，可以为经济社会全面协调、可持续发展提供更好的水利支撑和保障。
水资源与生态环境评估是一件牵涉面广，相关数据来源、种类繁多，分析数据模型复杂的工作，需要运用多种手段进行分析研究。随着计算机技术的发展，各种新技术运用在水资源与生态环境评估工作中，地理信息和数据库技术在水资源与生态环境评估工作中的综合应用是当前发展的趋势。数据库技术可以综合处理非空间数据、根据数据模型分析评估；地理信息技术则承担时空数据综合处理分析、展示的任务。
水资源与生态环境评估管理信息系统具有结构复杂、技术难度大、功能众多、涉及面广、建设周期长的特点，为确保达到预期的目标，建设时应遵循以下原则：
a 统一规划，分步实施
b 需求主导，共建共享
c 先进实用，开放扩展
d 统一标准，保障安全
1．系统体系结构
水资源与生态环境评估管理信息系统采用“四库三系统”的应用体系结构。
系统体系结构如图1所示:
整个系统由四个数据库支撑,分别是空间数据库、属性库、方法数据库、模型数据库，包括水资源、环境的预测、规划、评价、管理、决策、立法和监督等诸多方面的信息。由于水资源、生态信息涉及社会、自然、经济、技术等较多因素,因此，具有数据量庞大、数据种类繁多的特点。由于水资源、生态问题多是复杂、现实的空间问题，所以空间数据库的建设非常必要。而针对城市水资源、生态分析检索中的专业性强、计算方法多、编制计算机计算程序比较繁杂等实际问题，我们专门开发了模型库、方法库，以便让用户能在方法库中方法的指导下,方便地调用数学模型工具，在地图空间信息环境下来分析、评价、预测水资源、生态问题。
三个系统分别是：水资源信息管理维护子系统、专家分析子系统和基于WebGIS方式的水资源与生态环境评估综合信息检索子系统。水资源信息管理维护子系统承担维护四个数据库中数据的责任，实现数据采集、录入，以数据仓库技术为基础实现数据分析、挖掘的功能；专家分析子系统是水资源与生态环境评估管理信息系统的核心部分，其主要任务是实现GIS与专业模型的有机结合，建立专题信息，将空间数据和水资源与生态环境评价所需的属性数据结合成为有机的整体，使空间数据信息为水资源与生态评价服务，并将查询结果直观地在地图上表示出来，实现信息可视化；基于WebGIS方式的水资源与生态环境评估综合信息检索系统实时、广泛发布水资源信息和生态环境数据，主要用户为外网用户。
2．系统建设内容
水资源与生态环境评估管理信息系统的建设内容包括：地理信息空间数据库、遥感信息库、属性数据库以及与各类数据形式管理相应的计算机应用软件的开发。
(1) 电子地图的建设
为保护投资者的利益，基础电子地图数据可以采用现有的电子地图。主要内容包括：行政区边界、城市、居民点、河流、湖泊、水库、公路、铁路等信息。
专业电子地图数据是在基础电子地图的基础上，结合水资源信息描述的需要，新增图层信息，与基础电子地图相匹配并进行叠加。主要内容包括：水资源分区的边界、雨量站、水文站、蒸发站、水质监测站、排污口、各类水利工程、水体功能区等信息。
(2）数据库的建设
数据库的建设包括了属性库、空间数据库、模型数据库、方法数据库的建设。
1）空间数据库的建设
完成现有的1:25万GIS数据和其它相关业务数据的整合，建立了基于服务器的空间地理数据库，采用的数据库平台为Oracle数据库平台，以实现以后的各种应用系统的空间数据的共享。
2）方法数据库的建设
方法库中存放已建立的所有水资源调度方法或预案。数据库平台为Oracle数据库平台。
3）模型数据库的建设
主要用于存储各种模型等方面的信息，包括各类支持决策的分析计算模型。水资源管理调度系统通过调用模型，对已有数据进行处理，得到预测结果和调度方法。水资源管理调度系统涉及到数学模型主要有径流预报模型、枯水径流演进预报模型、骨干水库联合调度模型、水量实时调度模型、需水计算模型、水资源优化配置模型，并建立适合各污染特征的水质数学模型。
4）属性数据库的建设
为空间数据库提供属性数据，数据库内容包括社会经济状况、水资源状况、水利工情、水环境状况以及土地利用状况等。其中水资源状况以及土地利用状况由水资源和土地利用信息接收处理软件提供数据。数据库平台为Oracle数据库平台。
(3) 基于GIS方式的水资源信息管理维护系统的建设
对于水资源资料和生态环境资料进行维护，在其中体现“数据库群”的概念，即此管理系统不只是维护单个资料库，而是在一个统一的平台上对空间数据库、属性数据库、模型数据库、方法数据库进行管理，提供统一的人机交互界面和管理模式。主要完成的功能有资料处理、数据管理、数据存储管理。(4) 专家分析子系统
专家分析子系统是水资源与生态环境评估管理信息系统的核心部分，其主要任务是实现GIS与专业模型的有机结合，建立专题信息，将空间数据和水资源与生态环境评价所需的属性数据结合成为有机的整体，使空间数据信息为水资源与生态评价服务，并将查询结果直观地在地图上表示出来，实现信息可视化。专家分析子系统的内容包括水土流失及治理等分类、预测、估计专题图；虚拟实景漫游模型；土壤侵蚀、水土保持措施等数学模型；预报调度；统计检测报表等。
(5) 基于WebGIS方式的水资源与生态环境评估综合信息检索系统
系统以WEB服务为主体，GIS技术为支撑，结合水资源和生态环境数据，以地理空间数据和属性数据为基础，以实时、广泛发布水资源信息和生态环境数据为目的，实现了图、文、表一体化。