基于模塊化的農村水利工程信息平臺設計與實現的論文

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  水利部自2002年提出以“國家防汛指揮系統”為核心的“金水工程”以來,信息化建設進程加快。水利信息化是傳統水利向現代水利轉變的重要手段,是信息時代下加強農村水利工程管理的新體系、新模式。實踐中,仍然存在各自為政、信息共享困難、重復建設的問題,整合與統一部署迫在眉睫。按照水利部關于農村水利管理信息系統建設的要求,該文綜合運用現代技術手段對農村水利業務流程進行規范,將離散性的、多中心的數據處理群體,進行有效整合和高效管理,開發完整的基于互聯網的應用軟件系統。以實現農村水利工程決策的實時化、科學化、自動化,切實提高農村水利工程建設的管理水平,及時的為農村水利建設提供有效的服務。

  1 農村水利管理信息系統建設的必要性和迫切性

  農村水利工程信息平臺以信息共享為目標,以網絡化辦公為支撐,以信息安全為保障,對于提高日益增多的信息的分析能力和應用程度,改變原有的管理模式和傳統的工作方式具有重要的現實意義。

  1.1 提高了農村水利工程建設管理水平與服務能力。

  建立水利全面信息化的整體框架,將農村水利工程的大量相關資料信息在同一平臺下顯示、查詢、分析和統計 ,并對這些資料信息進行了全面集成,在信息系統建設的基礎上實現農村水利工程決策的實時化、科學化、自動化,切實提高農村水利工程建設的管理水平,及時的為農村水利建設提供有效的服務。

  1.2 有利于實現資源的增值與共享。

  通過該系統對整個農村水利工程信息進行整合,真正實現信息的共享,有效避免“信息孤島”,打破信息壁壘和填平數字鴻溝,減少重復建設,降低信息獲取成本,提高整體技術水平,充分發揮地理信息在水利工程建設宏觀決策、應急管理、服務廣大農民等方面的保障服務作用,發揮信息資源的最大效益。

  1.3 有利于推動農村水利工程建設的發展

  農村水利工程信息平臺的建設與運行將使工程管理從傳統紙質圖表文件提升為在線的電子信息服務,從以往的相對靜態服務逐步發展為實時綜合服務。這一方面會帶動工程信息獲取實時化、處理自動化、服務網絡化和應用社會化等方面的技術創新與系統研發,另一方面將為進行信息資源的增值服務提供開發環境,有力地促進農村水利工程信息產業的發展。

  2 系統框架結構設計與數據組織

  該文基于地理信息技術,探索系統架構的設計思路和水利工程空間和屬性數據的高效組織方法,以滿足遠程會商、工程管理及規劃、日常辦公等多種工作的需求。系統框架結構如圖1所示:

  數據的組織主要包括空間數據的組織和屬性數據的組織兩個部分。空間數據和屬性數據通過唯一的標識(FID)實現一一對應的關系,是進行空間信息和屬性信息查詢的關鍵。空間數據主要采用shp文件來組織,每個圖層包括特點的數據集,如道路、河流等,shp文件主要是由arccatalog工具中的geodatabase數據庫來管理。屬性數據用于描述事物或對象的特征,主要通過關系數據庫sql server進行數據的編輯、修改和更新,來維持屬性信息的實時性、準確性和邏輯一致性。

  3 系統需求分析與功能設計

  作為一個開放的資源共享和應用集成系統,農村水利工程信息平臺應能夠為各級水利部門提供信息共享、快速查詢等便捷服務。具體來講,應能夠實現以下核心功能模塊:

  3.1 地理信息核心引擎模塊

  該模塊主要實現基礎地理信息數據的地圖服務、水利專題地理信息數據的地圖服務等。具體包括:地圖顯示與瀏覽、圖層控制等。地圖顯示與瀏覽主要實現諸如視圖的放大縮小;特定比例的圖形顯示;視圖的漫游;全景瀏覽;快速定位;活動層設置;標注的動態顯示;鷹眼功能等。圖層控制功能根據工程類型分為不同的圖層,圖層的顯示與否可根據需要控制顯示圖層,與基礎地理圖層疊加顯示,方便分析和查看。例如,使用者通過“圖層配置”提供的功能用戶可隨意調整圖層顯示順序、編輯圖層顯示風格。主要包括圖層命名、符號可視化配置和標注設置等部分內容。具體有修改圖層名稱、設置圖層類別、控制圖層可見、設置圖層顯示比例尺、配置圖層符號、線寬,面色、邊界色以及字體、字號、字體顏色等標注風格。

  3.2 水利專題圖層智能化快速生成模塊

  針對農村水利建設過程中形成的大量文字、圖表文件,該功能集數據信息提取、數據入庫、數據存儲、數據加工、數據轉化、數據可視化顯示等功能于一體,能夠實現由水利工程屬性數據到地理數據的快速轉化。專題地圖可以隨時更新,若有新增或修改數據,將最新數據通過動態生成模塊制成新的圖層,并在系統中實現同步更新。

  3.3 水利專題信息查詢、定位模塊

  信息查詢主要包括空間要素查詢、屬性信息查詢以及二者交互查詢,查詢出來的結果以信息列表的形式顯示,選擇列表中的某條記錄,可把視圖定位到該記錄,準確獲取目標對象的地理位置信息,同時還可以查看目標對象的相關屬性信息。

  在地名地址數據庫的支撐下,輸入項目所在鄉鎮或行政村的名稱,運用數據庫的索引機制,與水利工程信息通過ID標識聯系起來,快速查到該區域的項目信息列表,點擊列表中的目標對象,電子地圖聯動定位的工程所在位置,并顯示工程詳細信息。系統在查詢過程中遵循從文到圖、從圖到文兩種交替查詢方式。既可以在地圖上通過鼠標單擊、雙擊等事件獲取某一實體圖元的相關信息。也可以通過數據庫屬性直接找到該屬性對象所對應的地圖位置。同時,用戶可以查詢要求能夠和與之相關的文檔、圖片、視頻、圖件等信息進行鏈接,點擊相應功能按鈕能彈出這些資料的詳細信息,實現圖文查詢一體化。

  3.4 水利信息網絡發布與管理模塊

  普通用戶主要通過站查看獲得所需的農村水利地理信息服務,專業用戶則可通過后臺管理系統,對水利信息進行管理、編輯工作,實現農村水利信息的實時快速更新。

  4 基于模塊化的系統功能實現方法

  4.1 多尺度、多類型地理信息數據顯示機制

  系統采用基于胖服務器端/瘦客戶端模式實時進行地圖發布,客戶端發送數據請求時,服務器端實時的處理空間數據,并將生成的數據發送給客戶端。核心部分是C++語言編寫的地圖操作模塊,利用GEOS、OGR/GDAL對多種矢量和柵格數據的支持,通過Proj.4共享庫實時的進行投影變換。同時,還集合PostGIS和數據庫PostgreSQL對地理空間數據進行存儲和SQL查詢操作,基于OpenLayers、ka-map、MapLab、Cartoweb 和Chameleon 等一系列客戶端JavaScript API來支持對地理空間數據的傳輸與表達,并且遵守OGC制定的WMS、WFS、WCS、WMC、SLD、GML 和Filter Encoding 等一系列規范。

  4.2 地圖共享服務

  共享服務的實現,主要從3個方面進行實現。

  (1)共享服務核心組件:利用C++語言編寫成DLL或EXE文件,形成Windows Web組件服務。利用CGI技術,為客戶端提供地圖共享服務。(2)共享服務地圖工程配置:將地圖服務發布配置在某個地圖工程文件里面,系統通過CGI接口調用工程配置文件,從而實現對共享接口的調用。(3)客戶端地圖服務接口編程:客戶端使用大量JavaScript函數庫,同時結合OpenLayers WebGIS控制技術,對外提供各種服務。

  4.3 網絡地理信息索引服務

  系統依靠SQL Server建立了數據庫地理信息空間數據庫,將水利工程建設信息、地名地址數據存放在里面,并建立了空間索引服務。運用SqlServer數據庫,建立農村水利工程信息數據庫,數據庫的數據可以分為三類:空間數據、屬性數據、文件數據(包括圖像、文本等)。通過數據庫實現對空間數據與非空間數據的統一存貯,兩者通過ID標識建立連接關系。通過C#編寫的入庫程序,將規范化后的數據錄入到數據庫中,實現水利工程空間信息和屬性信息的數據庫存儲。

  5 結語

  該文所設計的農村水利工程信息平臺在智能化快速成圖、按需顯示和圖形化表達方面具有一定的優勢。

  5.1 智能化快速成圖

  根據專題圖層的要求及其制圖規范的要求,系統能夠將每一類專題圖層抽象出相應的制圖方案,制定相關參數,利用設計好的各種用戶友好界面,引導用戶按照需求添加標準參數信息,系統將進行自動完成數據的處理和符號化工作,自動生成專題圖層,無需人工干預實現快速成圖。

  5.2 專題數據疊加顯示

  系統能夠實現專題圖層在互聯網定制顯示功能,將農村水利工程的影響范圍以可視化的形式進行展示,結合電子地圖上的地理信息、地名地址信息,讓用戶十分直觀的了解水利工程的作用范圍。

  5.3 圖形化表達工程信息

  系統對水利工程中以報表、文字等結構單一、形式枯燥的方式表達的信息內容進行分析整理,從中提取、整合出有用信息資源,結合電子地圖數據,使這些有用的信息資源以更加準確、高效、直觀、形象的表達出來。

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