基于GIS的广州市三防综合数据库及其应用

基于GIS的广州市三防综合数据库及其应用

李  勇1，谭建军1，乐立航2

（1. 广州中科盛博信息技术有限公司 广州 510630；2. 广州市水利局，广州 510640）
 
  【摘要】 作为广州市三防指挥决策支持系统的一期工程，三防综合数据库及应用系统的建设是为决策支持系统搭建基础网络平台和数据平台。本文从系统的设计思路、系统集成、数据库建设、应用系统开发等方面进行了较为详细的论述，并对系统下一步的建设作了技术上的探讨，为城市三防指挥决策支持系统的建设提供了一套先进、可行的技术方案。

【关键词】 三防，数据库，决策支持，3S，广州

  1 引言

广州市洪水灾害发生频繁，防汛防旱防风（简称“三防”）任务十分艰巨，随着社会经济的发展，灾害造成的经济损失也愈加严重。实践表明，在重视三防工程措施的同时，必须配套建设完善的非工程措施体系，才能有效地减少灾害造成的损失。建设现代化的三防指挥决策支持系统已成为广州市三防建设的迫切需要。

三防综合数据库及应用系统是广州市三防指挥决策支持系统的一期工程，本文是在系统设计与建设实践的基础上，对系统的设计思路与结构进行介绍，并对系统建设中的关键性问题作了探讨。

2 系统目标与设计思路

2.1 系统目标

2.1.1 系统总体目标与实施步骤

广州市三防决策支持系统是广州市三防指挥系统工程的核心和灵魂，其建设的总体目标为：在现有三防应用软、硬件系统的基础上，建设三防信息综合数据库和三防信息查询显示系统，并完成黄龙带、梅州水库的洪水预报和防洪调度模型，流溪河、增江河道洪水演进模型以及感潮河网区主要河道水情预报模型的研制开发。该系统应能快速及时地通过计算机网络提供数据库中的三防信息，灵活地以图文并茂、声像一体的方式显示广州市三防宏观决策所需要的主要雨水情信息和防洪形势，并应用先进的洪水预报调度模型，定量预测水、雨、工、情的变化对防洪系统的影响，改善防洪调度手段，使三防调度决策指挥向现代化、信息化迈进。

通过对系统目标与需求情况的分析，将系统的建设周期分为二期，系统按边建设边发挥效益、逐步完善的原则安排建设进度：第一期完成三防综合数据库及应用系统建设，第二期完成决策支持系统建设。

2.1.2一期工程的目标与任务

作为广州市三防指挥决策支持系统的一期工程，其主要目的是建立规范化、标准化的三防综合数据库，并在此基础上实现三防信息的查询，为三防决策打下良好的基础。为达到这个目的，一期工程必须完成以下几个任务：为三防决策支持系统搭建基础平台，使三防决策支持系统有一个稳固牢靠的软硬件平台；设计并建设三防综合数据库，收集、整理、录入三防相关数据，充实三防数据库中的相关信息，使三防决策支持系统有一个信息量丰富、准确可信的数据平台；开发相关的应用软件，对三防综合数据库进行查询和管理。

2.2 设计思路

2.2.1 B/S与C/S相结合

由于C/S工作方式本身具有较高的安全性，因此数据库的维护管理采用C/S方式进行，在应用程序中直接对数据库进行操作。对于三防信息的查询显示，由于用户数量较多且分布范围较广，采用B/S模式，能在Internet/Intranet下满足用户的查询需求。

2.2.2 3S技术与数据库应用相结合

但是从系统的总体目标来看，3S技术的应用将是系统的核心应用，具有不可替代的地位与作用。因此，我们在设计中，从总体目标出发，以3S与数据库的一体化应用为原则，在软件平台选型、数据库设计、应用系统设计等方面进行综合考虑。

3 软件平台选型

根据系统对海量数据以及空间数据的存贮与管理需求，我们选择Oracle9i作为数据库管理系统，实现对空间数据与非空间数据的统一存贮，选择ESRI公司的ArcGIS8.3作为GIS应用平台。ArcGIS8.3中ArcSDE是空间数据引擎，它提供了对空间数据进行存取与维护的通道，通过ArcIMS实现WEB模式的空间数据查询、显示与分析，通过组件式的ArcObject开发空间数据管理与维护的前端应用。软件配置方案见图1所示：

 

图1 软件配置方案

4 数据库建设

三防综合数据库的数据可以分成三类：空间数据；非空间数据；图像、影像、声音、文本等文件数据。

4.1空间数据库

空间数据库的设计采用面向对象的数据库设计方法，空间对象采用GeoDatabase的空间特征类来构造，并遵从Open GIS的基于SQL的简单空间特征规范；通过建立空间实体之间的时间变化关系表的形式，解决空间实体历史数据的保存问题；建立元数据和数据字典。三防数据库的空间数据主要包括基础地理数据、水利专题数据、水利工程数据、三防调度数据、影像数据等，如图2所示。其中除影像数据是以文件的格式存贮于文件库，其它数据都存贮于Oracle9i数据库中，通过ArcSDE进行管理与维护。

其中，基础地理数据提供全市地形、交通、区划的背景信息，为水利专题数据的地图显示和分析提供辅助信息，采用广州市1:1万全要素地形数据；水利专题数据库是指建立在全市1：1万基础地理数据库基础上的，以矢量方式存储和管理的各种水利要素的专题数据，水利专题数据根据数据的应用要求，采用相应的比例尺，包括1：1万、1：5000和1：2000等；影像数据库包括气象卫星云图、汛期雷达影像数据和陆地卫星数据等，其中气象卫星云图主要用于天气形势分析与暴雨预报，雷达影像数据用于汛期灾情的监测与快速评估，陆地卫星数据主要用于地表数据的遥感获取。

 

图2 空间数据库内容

4.2 非空间数据库

指除了空间数据和文件数据以外的数据，这些数据以关系表的格式存放于Oracle数据库中。非空间数据库的设计主要是数据库表结构的设计，其内容涉及三防信息的方方面面。数据库表结构的设计，即数据库数据模式的设计，是对数据库数据的逻辑定义的过程。除了需要对三防应用所涉及到的实时水雨情信息、气象信息、历史大洪水信息、工情信息、工程信息、社会经济信息、历史热带气旋信息等进行数据库表的设计，还需要为系统管理功能设计所需要的数据库表。

4.3 文件库

三防综合数据库中文件的数据量较大，文件的产生除卫星云图外都没有规律，文件与各类数据之间的关系密切。当个别目录中的文件数目过多时将导致文件系统的性能下降甚至崩溃。为防止这种情况发生，我们采用一种特定的文件存取算法将文件均匀的分布于预先建立的目录中。文件的存取对用户透明，文件的存放地址、文件名没有任何语义信息，因此具有很高的安全性，对文件的访问必须基于一定的算法进行。文件名基于Microsoft的GUID算法产生，保证了文件名的绝对唯一性，避免了出现文件被错误覆盖的问题，至于正常覆盖将有程序保证。

4.4 数据收集与整理入库

由于三防数据来源多样，形式复杂，格式不一，因此对数据收集与整理入库必须统一规划、分步实施。对于现有的已电子化的数据优先入库；已整理好的，以硬拷贝的形式存在的，需要以手工方式进行输入的在数据输入软件开发完成后进行入库；需要进行整理、测量的数据，需要花费大量的时间、财力的数据，根据情况进行收集、整理、录入、入库；系统运行急需的数据优先整理、录入、入库。

5 应用系统构架

5.1 开发平台选择

B/S开发采用Microsoft .NET开发平台，开发工具采用Visual Studio.NET，Web页面开发采用ASP.NET，中间业务逻辑层组件采用C＃语言编写，组件与数据库的连接则采用ADO.NET。C/S开发采用 Power Builder 8.0作为开发工具，Power Builder强大的数据窗口对象非常利于开发复杂的C/S应用，其强大的报表绘制功能，更使之成为传统C/S应用的首选开发工具。WebGIS基于ArcIMS开发。GIS部分C/S应用是基于ArcObject来进行开发，由于ArcObject是组件式结构，同样支持Power Builder的开发环境。

5.2 系统管理与维护子系统

5.2.1 文件服务器管理模块

实现文件的导入，即将文件按一定算法传至文件服务器的同时在数据库中建立文件索引信息。

5.2.2 安全控制模块

针对各种数据库安全控制手段和策略实现系统相关安全功能，包括：用户权限管理、身份鉴别、访问控制、数据加密、审计监听等。

5.2.3 备份与恢复模块

包括数据库的备份与恢复以及文件的备份与恢复功能。

5.3 数据采集、录入及维护子系统

5.3.1 信息转换接口模块

由于三防数据来源多样，许多要入库的数据格式与本系统的数据格式不一样，因此必须对数据格式进行转换。主要包括遥测站实时水雨情数据转换接口、水文分局实时水雨情数据转换接口、天气预报数据转换接口、卫星云图数据转换接口等。

5.3.2 空间数据采集模块

用于对水利专题数据及三防日常业务用到的测站数据、水利设施数据等进行采集与更新。本模块采用GPS与GIS、RS相结合，进行空间定位与信息采集，空间数据采集模块可以安装到笔记本和PDA进行采集。

5.3.3 数据录入及数据装载模块

数据输入功能指的是大批量向数据库中输入数据的工作。这些数据基本都是原数据库中没有的数据。数据的输入主要是在系统建立的初期，把数据库中基本表的信息以及实时信息的历史纪录输入到数据库中。在系统运行当中，实时数据的入库功能也属于数据输入功能的范畴。

5.3.4 数据维护模块

数据维护功能指的是对数据库中已经有的数据进行增、删、改操作的功能。与数据输入功能相比，数据维护所涉及的数据量比较小，基本是在原有数据的基础上进行修正的工作。

5.4 三防信息查询子系统

三防综合数据库保存了与三防指挥相关的大量信息，通过三防信息查询子系统可以进行各种历史信息、实时信息的查询，可以对天气、雨情、汛情、险情、灾情等进行查询，进而对三防指挥的决策提供信息支持。数据查询功能是从综合数据库中提取相关数据并进行相应计算或处理，然后以各种方式(如图表、报表、文字、图像、动画等形式) 进行显示，特别是对于与地理位置相关的信息，提供图文一体化的显示。三防信息查询子系统的模块如图3所示：

 

图3 三防信息查询子系统

6 总结与探讨

作为广州市三防指挥决策支持系统的一期工程，三防综合数据库及应用系统着重于系统基础平台的搭建及数据库的建设，并在此基础上实现三防信息的查询显示，为决策支持提供充足而准确的信息保障。一期工程的建设是为整个系统目标的实现打基础，其设计的合理性是实现决策支持系统总体目标的关键。

在一期工程的设计与建设中，3S技术的应用不是很多。但是从系统的总体目标来看，3S技术将在其中发挥不可替代的作用。三防决策支持系统的基石是各类海量信息，这些信息包括空间地理信息，也包括大量与空间信息密不可分的属性信息。RS与GPS技术在空间数据的采集上发挥着极其重要的作用。通过GIS技术特有的网络分析、空间分析等功能与数据挖掘技术结合，可以为三防决策指挥提供科学依据。因此，我们在系统软件平台选型、系统数据库设计、应用系统开发等方面对3S技术的应用作了充分的考虑，以数据为核心，在数据采集、数据入库、数据管理、数据维护、数据分析、显示输出等各个方面对3S与数据库的紧密结合进行了详细的设计，从而为系统下一步的建设打下坚实的基础。
 

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