黄河基本河情信息系统设计及实现（李辉,胡洁）

［摘 要］ “数字黄河”是新世纪提出的新的治黄理念，黄河基础地理信息系统为“数字黄河”工程建设提供了基础地理信息平台。作为黄河基础地理信息系统的重要组成部分，黄河基本河情信息系统，起着背景环境、空间基础和信息支持等多方面的作用。从系统的构建平台和使用的关键技术出发，介绍了黄河基本河情信息系统的数据体系及软件结构体系；从C/S和B/S模式两个方面，说明了系统实现的主要功能。

［关键词］ “数字黄河” 黄河基本河情信息系统 COM+技术

1 概述

“数字黄河”是为适应治黄现代化和信息化所提出一个全新的现代治黄理念。随着“数字黄河”工程建设工作的全面展开，提供一个服务于“数字黄河”工程的基础地理信息系统平台成为首要任务。作为“数字黄河”的地理基础和信息基础设施的重要组成部分，黄河基础地理信息系统为“数字黄河”工程建设提供全流域基础地理信息的获取、处理、存贮、查询、分析、传输、共享等服务及综合治理应用等所必需的各种技术、基础数据、信息资源、政策标准等，是黄河流域水利信息的空间参考框架。黄河基础地理信息系统在“数字黄河”中对各专业应用系统来说，起着背景环境、空间基础和信息支持等多方面的作用。黄河基本河情信息系统是黄河基础地理信息系统的重要组成部分，实现了对河情信息的显示漫游、查询统计、分析计算、制图输出等功能；而且，它以网络的形式发布黄河基本河情信息，改变了传统的信息查询方式，提高了信息查询、统计、分析、计算的准确性和可靠性，为全面实现黄河治理开发信息化奠定了基础，提高了工作效率。

2 系统平台及关键技术

2.1 系统平台

本系统的开发工具均是全世界在该行业的代表产品，能够最大限度地提高系统的性能、使用寿命、尽可能地减少重复投资等。

数据库软件平台：Oracle9i；

GIS基础平台：ArcGIS8.3；

开发语言：Microsoft Visual Studio 6.0；

系统分析与建模工具：Rational 公司的系列产品；

版本管理：Microsoft Visual SourceSafe；

2.2 关键技术

1）COM+技术构建中间件服务体系

为了避免重复建设，系统采用中间件技术以实现软件功能资源的复用；按三层结构进行设计与开发，使用COM+技术实现中间层和构建中间件服务体系。

COM+ 已经成为Microsoft系统平台策略和软件发展策略的一部分。COM+紧紧地与操作系统结合起来，通过系统服务为应用程序提供全面的服务（有队列组件、负载平衡、内存数据库、事件服务、事务、对象池、安全模型以及管理特性等等），通过这些系统服务，可以方便地开发出多层结构的应用系统［1］。

除了COM+具有强大的功能外，COM+还具有以下优点［2］：

(1)拥有简易的操作界面。

(2)和Windows操作系统直接捆绑，不用另买。

(3)本身就是微软的产品，将享受微软的自动升级。

2）C/S+B/S混合模式的地理信息服务体系

本系统综合采用客户机/服务器（Client-Server，C/S）模式和浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）模式，建立基于Internet/Intranet的网络地理信息系统。

对于C/S模式，服务器（Server）负责数据、文件、图像、图形的存贮、维护和管理，以及处理查询、访问等要求；客户机（Client）是用来为用户服务的计算机终端或图形用户接口。GIS应用软件安装在客户端，负责接受用户的处理要求，数据存贮在服务器端，客户端将用户的要求通过网络传输到服务器端，服务器端根据处理要求调用相关的数据进行处理。对于B/S模式，可以在任何位置，利用与Internet相连的计算机通过浏览器对服务器上的相关数据进行浏览和访问［3］。

3 系统数据体系

3.1 系统数据源

系统采用了多种数据源如图1，包括1:100万、1:25万基础地理数据和多种比例尺的专题地理数据以及流域背景数据，总数据量约5G。其中1∶100万基础地理数据范围为东经95～120°，北纬32～42°之间，行政区域包括黄河流域涉及的九省（区）外，还包括北京、天津、辽宁、江苏、安徽、湖北、重庆等省（市）的部分区域，总面积约320万km 2；1∶25万基础地理数据范围为黄河流域涉及的所有1∶25万标准分幅地形图，共98幅，面积约141万km2。基础地理数据按主题一级分为11个基础地理要素类和1个黄河专题类。在一级分类的基础上按几何特性（点、线、面、拓扑）进行地理要素类的设计及编码划分图层［4］。专题地理数据主要包括土壤侵蚀类型分区、水资源利用分区、防洪工程体系、洪水风险范围等。流域背景数据是属性数据，通过关键字与地理数据关联，包括社会经济数据、水利工程数据、水资源利用数据等。基础地理数据和专题地理数据采用统一的数学基础：坐标系统采用1954北京坐标系；高程标准采用1956黄海高程系；地图投影采用经纬度坐标，以度为单位。

3.2 系统数据存贮

所有数据在统一数学基础之上采用Geoatabase模型存贮，数据库为Oracle9i，访问引擎为ArcSDE。对应数据源的分类，划分1：100万、1：25万、黄河专题三个地理数据集，每个数据集中创建对应的地理要素类，每个地理要素类对应地理数据集的每个图层。流域背景数据采用属性表存贮如图2。

4 系统的软件体系结构

根据本系统分期建设的特点，设计方案将软件体系定为三层体系结构［5］如图3，便于系统的扩充和无缝升级，用户在进行系统提升时，无需考虑数据库端和客户端的改造，只需在应用服务器端追加功能模块即可实现整个系统的升级；局部需要高性能、大数据流量的工作岗位，采用C/S两层结构，应用软件直接和数据库端相连。

第一层为数据层（数据库），采用大型商业数据库管理系统Oracle9i，统一管理黄河基本河情信息数据。

第二层为应用层（服务器），包括GIS服务和WEB服务。GIS服务主要提供对数据层中数据的空间分析和查询检索等功能，WEB服务提供基于浏览器的统一服务平台。

第三层为客户层（客户端），客户层分为两种类型：瘦客户端和胖客户端。胖客户端根据用户的权限和功能上的需求又分为系统管理客户端、高级用户客户端和一般用户客户端。瘦客户端是基于浏览器的结构，用户不需要专门配置客户端工作软件，只需打开操作系统本身配置的浏览器，然后自动从WEB服务器端下载专业插件即可使用。瘦客户端适用于移动用户和一般的日常管理维护；胖客户端需要专门的软件配置，根据用户权限和等级，可配置ArcInfo、ArcEditor、ArcView，以实现不同等级的空间分析和数据处理功能。

5 系统功能

黄河基本河情信息系统，分为9大功能模块：用户登录、数据库管理、地图控制、地图编辑、查询统计、制图输出、空间分析、三维显示和WEB发布。系统采用C/S和B/S两种模式来完成各项功能。

5.1 C/S模式模块功能

C/S结构体系主要实现数据库管理维护、数据输入输出、基于矢量数据的二维应用服务、基于DEM和矢量数据的三维应用服务、基于DEM的流域三维景观系统等功能。主要包括四个子系统：地理数据服务子系统、二维应用服务子系统、三维应用服务子系统和流域三维景观子系统。

1） 地理数据服务子系统

地理数据服务功能包括数据库连接、数据库控制、数据导入、数据导出、数据管理、视图管理等内容。通过SDE连接数据库服务器后，利用数据库控制功能实现对数据的管理，如数据的清除、重置、删除要素集、删除要素类等；利用数据管理功能实现对数据表的管理，如字段增加、删除等；数据导入功能将不同格式的外部数据导入空间数据库；数据导出功能可以将空间数据库按指定的范围、指定的格式进行输出；通过视图管理功能，用户可以定义地理信息和各个专题的视图，实现属性字段的可见与隐藏，便于用户察看、操作自己感兴趣的视图。

2）二维应用服务子系统

二维应用子系统在整个系统中负责为C/S客户提供各种二维GIS功能，实现的主要功能包括地图选择、快速显示与定位、灵活的图层控制、地理信息查询、专题信息查询、空间分析与统计和制图与输出。

3）三维应用服务子系统

三维显示建立于商用的三维GIS软件IMAGIS基础之上，利用DEM数据及属性数据，生成三维地形模型，从而实现三维地形的浏览和三维分析等功能，它是二维模块的有效补充。该子系统实现的功能有：DEM数据生成、三维显示漫游、重要工程属性查询、水淹分析、断面分析等等。

4）流域三维景观子系统

流域三维景观是基于3DBrowser开发的黄河流域三维地形浏览应用系统，它能够实现在微机平台上的海量数据三维场景实时漫游。主要功能包括三维场景生成、实时透视漫游，三维场景要素查询，制定飞行路线、按指定路线飞行、录制回放飞行路线等。

5.2 B/S模式模块功能

B/S结构体系主要功能包括基本地图操作、信息查询和分析、专题地图发布、用户管理、数据下载五个部分。

1） 基本地图操作

基本地图操作包括地图的放大、缩小、漫游、距离量测、单位设置、比例尺设置、导航、图层控制、地图打印等。为客户端提供多种数据范围访问方式，包括分幅显示、按坐标显示、按行政区显示、按比例尺显示。通过控制显示比例尺提供数据的分级显示，确保多用户同时访问时的响应速度和地图要素的简洁、完备和地图的精美。

2） 信息查询和分析

空间信息的查询由ArcIMS中Spatial Server的Query Server来处理完成。对于空间信息的查询，系统提供多种方式进行，如图形查属性、属性查图形等。当用户选择空间要素后，可以对其进行各种空间分析，比如统计分析、缓冲区分析、叠加分析等。

3） 专题地图发布

基于ArcMap Server的影像服务，系统将ArcMap下定制的专题图发布到Intranet上，包括100万基础地理图、25万基础地理图、黄河流域位置图、黄河流域水系图、黄河流域地下水资源图、黄河流域水文站分布图、黄河流域水资源利用图、黄河流域年均降水量图、黄河流域干旱指数图等九个专题。专题图内容可以根据需要进行扩充和更新，系统还允许添加新的专题图以适应新的需求。

4） 用户管理

为了保证系统的安全性和数据访问的安全，设置了用户管理和安全设置。用户管理只是对进入系统的用户进行合法性验证；而安全设置则是对用户权限的管理，即每个用户都有一种特定的授权。系统记录每个用户的访问和操作日志并备案。

5） 数据下载

根据用户授权，用户可以申请数据，得到允许后通过压缩包下载。

6 结语

黄河基本河清信息系统信息丰富，现势性强，界面友好，操作简便，图面新颖，体现了当今WebGIS的最新科技水平，是3S技术在水利行业应用的新产物，是“数字黄河”工程的起步工程。该系统的开发应用，为黄河水利委员会各业务部门提供了黄河基本河情数字化环境，为社会各界了解黄河、认识黄河、研究黄河提供了数字化窗口，为“数字黄河”工程建设提供了基础平台，对于实现新时期的治黄目标、维

持黄河健康生命具有重大意义，创造了良好的经济效益和社会效益。但是，随着信息化技术的发展，为了保持系统的现势性，应及时对软件进行升级，以确保系统的先进性和实用性。

参考文献

［1］ Roberto Wolfler Calvo, Fabio de Luigi, Palle Haastrup, Vittorio Maniezzo.A distributed geographic information system for the daily car pooling problem［J］.Computers & Operations Research,2004,31,2263-2278

［2］ Michael G. Tait. Implementing geoportals: applications of distributed GIS.Computers, Environment and Urban Systems［J］．Computers, Environment and Urban Systems,2005,29(1),33-47　

［3］ 张正兰，余义建.一种动态GIS的体系结构［J］.计算机工程，2004,33(2), 196-197

［4］ SZHH11-2003《“数字黄河”工程标准 黄河基础地理要素分层标准》［S］　

［5］ “数字黄河”工程规划（概要）［Z］．黄河网.