基于GIS技術(shù)的小流域綜合治理管理系統(tǒng)實(shí)證研究

章國(guó)淵 胡志國(guó)

(長(zhǎng)江工程監(jiān)理咨詢(xún)有限公司，湖北武漢 430010)

1 概述

為適應(yīng)三峽后續(xù)工作綜合管理能力建設(shè)的需要，在小流域綜合治理中，研發(fā)一種兼容、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示與應(yīng)用地理信息系統(tǒng)(GIS)的空間信息管理系統(tǒng)尤顯必要。

開(kāi)縣漢豐湖是開(kāi)縣人口轉(zhuǎn)移的主要區(qū)域，本文以位于開(kāi)縣移民新縣城旁的開(kāi)縣漢豐湖小流域綜合治理作為實(shí)例，運(yùn)用GIS技術(shù)對(duì)該流域綜合治理管理系統(tǒng)進(jìn)行深入分析與研究，旨在改善區(qū)域內(nèi)移民的生存環(huán)境和人居環(huán)境，這也是三峽后續(xù)工作規(guī)劃的重要內(nèi)容。為有效推進(jìn)小流域綜合治理工作，合理指導(dǎo)流域內(nèi)產(chǎn)業(yè)布局、資源開(kāi)發(fā)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、地質(zhì)災(zāi)害防治等多項(xiàng)工作，將小流域綜合治理工作由經(jīng)驗(yàn)型向科學(xué)型管理轉(zhuǎn)變、由定性型向定量型管理轉(zhuǎn)變、由傳統(tǒng)型向現(xiàn)代型管理轉(zhuǎn)變，致力于建設(shè)基于GIS技術(shù)的三峽后續(xù)工作開(kāi)縣漢豐湖流域綜合治理管理系統(tǒng)，打造數(shù)字小流域綜合治理的空間化管理。

為實(shí)現(xiàn)漢豐湖流域的空間化管理，在該管理系統(tǒng)中應(yīng)包括漢豐湖流域的規(guī)劃項(xiàng)目?jī)?nèi)容。系統(tǒng)建設(shè)涉及到的地理區(qū)域?yàn)槲挥谛〗瓰鯒顦蛩徽{(diào)節(jié)壩以上，包括東河、南河兩條河流的漢豐湖流域。東起烏楊橋水位調(diào)節(jié)壩，西南至開(kāi)縣巫山鎮(zhèn);北到東河源頭白泉鄉(xiāng)。流域涉及31個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道辦，總面積2 534.70 km2、人口數(shù) 97.93萬(wàn)人。

此外，該系統(tǒng)的建設(shè)任務(wù)主要是利用GIS技術(shù)為漢豐湖流域的綜合治理提供一套全新的技術(shù)平臺(tái)，為在開(kāi)縣三峽庫(kù)區(qū)后續(xù)工作實(shí)施規(guī)劃、項(xiàng)目管理階段輔助管理和決策，實(shí)現(xiàn)開(kāi)縣漢豐湖數(shù)字流域。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)建設(shè)是基于WebGIS技術(shù)、Web Services技術(shù)來(lái)構(gòu)建B/S(Brower/Server)模式的系統(tǒng)平臺(tái)，并通過(guò)這些技術(shù)來(lái)訪問(wèn)空間數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)劃信息數(shù)據(jù)庫(kù)，以Internet網(wǎng)絡(luò)為支撐，為管理機(jī)構(gòu)和工作人員提供管理、查詢(xún)和分析服務(wù)。

(1)WebGIS技術(shù)能較好地支撐空間數(shù)據(jù)模型、結(jié)構(gòu)、傳輸協(xié)議、分布式策略、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的空間信息組織管理等方面，并遵循GIS理論和GIS標(biāo)準(zhǔn)的研究結(jié)果。WebGIS系統(tǒng)還為信息的共享操作和開(kāi)放性的管理提供了較好的技術(shù)支撐［1］。

(2)Web Service技術(shù)是基于XML發(fā)展起來(lái)的分布式應(yīng)用和集成技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各部分之間的通訊和整合，將相對(duì)分散的子系統(tǒng)組成一個(gè)統(tǒng)一的整體，從而實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的功能控制、信息交互與共享;還可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)查詢(xún)、修改、刪除等操作，降低系統(tǒng)的耦合性，使系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性。

2.2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)從下到上主要分為技術(shù)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和用戶(hù)層。同時(shí)，系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分集中到服務(wù)器上，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用步驟［2］。

2.3 功能設(shè)計(jì)［2］

(1)空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理。該數(shù)據(jù)庫(kù)可進(jìn)行地理空間數(shù)據(jù)處理和分析，具有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性和工程性，是GIS的核心部件。除了要提供普通數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、查詢(xún)、分析功能外，還要專(zhuān)門(mén)提供針對(duì)海量空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理功能，以及原生支持點(diǎn)、線、面等空間對(duì)象。同時(shí)，還應(yīng)提供空間數(shù)據(jù)的疊加、轉(zhuǎn)換等處理功能，允許多用戶(hù)同時(shí)訪問(wèn)。

(2)空間分析。主要有空間疊加分析、BUFFER分析、屬性分析與統(tǒng)計(jì)、屬性查詢(xún)等。

(3)DTM分析。主要有數(shù)據(jù)建模、高程庫(kù)管理、地表模型分析、模型應(yīng)用、地表三維繪制等。

(4)網(wǎng)絡(luò)分析。主要有最短路徑求解、游歷方案求解、上下游追蹤及最佳路徑等。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)主要存放漢豐湖流域的全部地理數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，由以下3類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)組成。

3.1 基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)

基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括漢豐湖流域的圖廓線、經(jīng)緯網(wǎng)/公里網(wǎng)、河流水系、水域、交通、境界、地形地貌、小班界限、各種標(biāo)記、控制點(diǎn)等矢量圖形，漢豐湖流域1∶2 000遙感影像圖及包含等高線、高程點(diǎn)、地形特征點(diǎn)線、水涯線等矢量數(shù)據(jù)的地形圖。

3.2 專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)

(1)移民安穩(wěn)致富和促進(jìn)庫(kù)區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)。依據(jù)實(shí)施規(guī)劃要求，對(duì)其規(guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫(kù)管理。具體包括產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略調(diào)整及發(fā)展扶持規(guī)劃數(shù)據(jù)、移民教育培訓(xùn)與促進(jìn)勞動(dòng)力就業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃數(shù)據(jù)、移民安置社會(huì)保障規(guī)劃數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與完善規(guī)劃數(shù)據(jù)、社區(qū)建設(shè)與公共服務(wù)設(shè)施完善規(guī)劃數(shù)據(jù)、自然與歷史文化遺產(chǎn)保護(hù)和完善規(guī)劃數(shù)據(jù)等。

(2)庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)與保護(hù)規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)。包括污染防治與水質(zhì)保護(hù)規(guī)劃數(shù)據(jù)、岸線保護(hù)與利用控制規(guī)劃數(shù)據(jù)、消落區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃數(shù)據(jù)、生態(tài)屏障區(qū)建設(shè)規(guī)劃數(shù)據(jù)、重要支流水土保持規(guī)劃數(shù)據(jù)等［3］。

(3)庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)。包括滑坡、崩塌、危巖體工程治理與避險(xiǎn)搬遷規(guī)劃數(shù)據(jù)，移民安置區(qū)高切坡防護(hù)規(guī)劃數(shù)據(jù)，塌岸防護(hù)規(guī)劃數(shù)據(jù)，試驗(yàn)性蓄水庫(kù)區(qū)影響處理規(guī)劃數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急搶險(xiǎn)規(guī)劃數(shù)據(jù)等［3］。

3.3 應(yīng)用模型數(shù)據(jù)庫(kù)

以基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，制成數(shù)字高程模型和柵格數(shù)據(jù)，最終形成三維模型，實(shí)現(xiàn)漢豐湖全流域的建模和部分重點(diǎn)項(xiàng)目和區(qū)域的三維精細(xì)建模。

(1)空間數(shù)據(jù)。以漢豐湖流域1∶2 000數(shù)字地形圖測(cè)量成果為基礎(chǔ)，抽取其中的注記要素，生成地名數(shù)據(jù)，包括縣、鄉(xiāng)、村、組注記，水系注記，道路注記，地貌注記等;抽取水系要素制作水系圖，作為基礎(chǔ)要素圖層入庫(kù)［1］。

(2)數(shù)字高程模型(DEM)。該流域生態(tài)屏障區(qū)DEM以三峽后續(xù)工作規(guī)劃開(kāi)縣漢豐湖流域1∶2 000數(shù)字地形圖測(cè)量成果為基礎(chǔ)，用Arcgis轉(zhuǎn)換制作DEM。DEM數(shù)據(jù)入庫(kù)前，必須對(duì)DEM數(shù)據(jù)的空間參考系、數(shù)據(jù)格式、完整性、精度、分辨率、分割與接邊、數(shù)據(jù)質(zhì)量等進(jìn)行檢查，確保DEM數(shù)據(jù)的正確性，并確保數(shù)據(jù)無(wú)漏洞，且能覆蓋全部區(qū)域［1］。

(3)數(shù)字正射影像(DOM)。該流域生態(tài)屏障區(qū)DOM范圍覆蓋生態(tài)屏障區(qū)和水域(含消落區(qū))，以三峽后續(xù)工作規(guī)劃開(kāi)縣漢豐湖流域1∶2 000數(shù)字地形圖測(cè)量的成果為基礎(chǔ)。在Arcgis中利用合格的DEM數(shù)據(jù)對(duì)航攝影像進(jìn)行幾何微分糾正，生成數(shù)字正射影像圖，并進(jìn)行圖片檢查等［1］。

(4)三維場(chǎng)景合成?；贒EM和DOM構(gòu)建的三維地形模型場(chǎng)景，供展示規(guī)劃成果數(shù)據(jù)可提供可視化支撐。

(5)三維建筑物建模。對(duì)該流域主要橋梁、標(biāo)志性建筑物和環(huán)漢豐湖景觀帶進(jìn)行精細(xì)建模。主要以設(shè)計(jì)圖紙為基礎(chǔ)進(jìn)行建模，紋理采用航空影像結(jié)合建筑物實(shí)景拍攝像片，并利用3dmax建模和渲染，并貼紋理。

4 管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

漢豐湖流域綜合治理涉及到不同的項(xiàng)目類(lèi)別和管理主體，對(duì)管理系統(tǒng)的需求是不同的。在設(shè)計(jì)中考慮了上述特點(diǎn)，分別針對(duì)移民安穩(wěn)致富和促進(jìn)庫(kù)區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃、庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)與保護(hù)規(guī)劃、庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃等內(nèi)容建設(shè)管理模塊，為管理人員提供了漢豐湖全流域的場(chǎng)景、部分重點(diǎn)項(xiàng)目和區(qū)域的三維精細(xì)場(chǎng)景以及各項(xiàng)目情況的交互式、立體式的展示和分析功能;也為規(guī)劃人員提供了二維和三維的對(duì)比分析、空間分析、統(tǒng)計(jì)查詢(xún)等功能輔助實(shí)施規(guī)劃的編制工作。

開(kāi)發(fā)系統(tǒng)管理模塊，為數(shù)據(jù)庫(kù)管理提供便捷方式，為系統(tǒng)操作人員制定使用規(guī)則，并賦予相應(yīng)管理權(quán)限，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和用戶(hù)的統(tǒng)一管理。模塊主要包括數(shù)據(jù)集成與建庫(kù)、元數(shù)據(jù)管理、專(zhuān)題圖制作、數(shù)據(jù)提取及輸出、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)管理。從管理對(duì)象角度考慮，可分為以下3個(gè)管理模塊。

4.1 移民安穩(wěn)致富和促進(jìn)庫(kù)區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃管理模塊

(1)生態(tài)屏障區(qū)農(nóng)村相關(guān)轉(zhuǎn)移人口。重點(diǎn)展示生態(tài)屏障區(qū)農(nóng)村區(qū)域人口和資源的分布狀況，以及符合漢豐湖流域農(nóng)村相關(guān)轉(zhuǎn)移人口分布情況和相關(guān)的安置方案、安置意愿等屬性數(shù)據(jù)。

(2)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略調(diào)整與發(fā)展扶持規(guī)劃。展示該流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的總體布局，以及總體規(guī)劃和實(shí)施規(guī)劃確定的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展扶持項(xiàng)目。展示漢豐湖流域生態(tài)屏障區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)園、生態(tài)工業(yè)園物流園區(qū)、特色旅游景區(qū)、商貿(mào)服務(wù)和農(nóng)村服務(wù)業(yè)的規(guī)劃、選址和規(guī)模情況，并對(duì)每類(lèi)項(xiàng)目的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行交互查詢(xún)。

(3)教育培訓(xùn)和促進(jìn)勞動(dòng)力就業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃。展示漢豐湖流域?qū)ο嚓P(guān)轉(zhuǎn)移人口開(kāi)展職業(yè)教育和二、三產(chǎn)業(yè)技能培訓(xùn)、對(duì)生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展扶持區(qū)域內(nèi)從事生態(tài)農(nóng)業(yè)的勞動(dòng)力開(kāi)展農(nóng)業(yè)技能培訓(xùn)的規(guī)劃對(duì)象和分布區(qū)域，并根據(jù)年齡結(jié)構(gòu)、文化程度進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)。

(4)移民安置社會(huì)保障規(guī)劃。主要反映漢豐湖流域規(guī)劃信息中的社會(huì)保障對(duì)象、適用政策、繳費(fèi)辦法、繳費(fèi)基數(shù)、繳費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)、投資估算等內(nèi)容。

(5)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與完善規(guī)劃。展示總體規(guī)劃及一期實(shí)施規(guī)劃需要進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整的實(shí)施規(guī)劃項(xiàng)目分布及規(guī)模，對(duì)項(xiàng)目的基本建設(shè)情況、服務(wù)對(duì)象與功能、投資估算及資金來(lái)源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

(6)社區(qū)建設(shè)與公共服務(wù)設(shè)施完善規(guī)劃。重點(diǎn)展示總體規(guī)劃及一期實(shí)施規(guī)劃的就業(yè)幫扶中心、文化活動(dòng)室、衛(wèi)生服務(wù)站、室外活動(dòng)場(chǎng)地等社區(qū)建設(shè)項(xiàng)目的地點(diǎn)分布和規(guī)模;養(yǎng)老院、社會(huì)福利院、救助站等項(xiàng)目的地點(diǎn)分布及規(guī)模等，并對(duì)項(xiàng)目的相關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

(7)自然與歷史文化遺產(chǎn)保護(hù)規(guī)劃。展示自然與歷史文化遺產(chǎn)保護(hù)總體規(guī)劃及一期實(shí)施規(guī)劃的項(xiàng)目分布及規(guī)模，對(duì)項(xiàng)目相關(guān)的屬性信息能進(jìn)行匯總和查詢(xún)，涉及的文件、圖片和影像等能進(jìn)行查看。

4.2 庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)與保護(hù)規(guī)劃管理模塊

(1)污染防治與水質(zhì)保護(hù)規(guī)劃。重點(diǎn)展示總體規(guī)劃及一期實(shí)施規(guī)劃中各項(xiàng)目的地點(diǎn)及范圍、規(guī)模，并能對(duì)相關(guān)項(xiàng)目屬性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

(2)水庫(kù)岸線保護(hù)與利用控制規(guī)劃。展示漢豐湖流域保護(hù)區(qū)、保留區(qū)、控制利用區(qū)和開(kāi)發(fā)利用區(qū)4類(lèi)區(qū)域的長(zhǎng)度及范圍，并能根據(jù)區(qū)域類(lèi)型進(jìn)行統(tǒng)一。

(3)消落區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃。對(duì)消落區(qū)保留保護(hù)、生態(tài)修復(fù)、水庫(kù)清漂、岸線環(huán)境綜合整治等方面的項(xiàng)目的分布和規(guī)模，系統(tǒng)以三維形式展示保留保護(hù)規(guī)劃、生態(tài)修復(fù)規(guī)劃等專(zhuān)題的規(guī)劃信息。

(4)生態(tài)屏障區(qū)建設(shè)規(guī)劃。重點(diǎn)展示漢豐湖流域關(guān)于植被恢復(fù)、生態(tài)廊道建設(shè)、農(nóng)村居民點(diǎn)環(huán)境改善等規(guī)劃項(xiàng)目的分布及規(guī)模。主要規(guī)劃成果為土地生態(tài)功能建設(shè)規(guī)劃，人口轉(zhuǎn)移分布、居民點(diǎn)分布等，對(duì)項(xiàng)目相關(guān)屬性信息和人口信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

4.3 庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃管理模塊

地質(zhì)災(zāi)害防治包括滑坡、崩塌、危巖體工程治理、地質(zhì)災(zāi)害避險(xiǎn)搬遷、塌岸防護(hù)、高切坡防護(hù)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警及應(yīng)急搶險(xiǎn)等方面的內(nèi)容。以三維場(chǎng)景重點(diǎn)展示三峽后續(xù)工作開(kāi)縣漢豐湖小流域確定的地質(zhì)災(zāi)害避險(xiǎn)搬遷項(xiàng)目、高切坡防護(hù)項(xiàng)目分布及明細(xì)情況。此外，可對(duì)項(xiàng)目的屬性數(shù)據(jù)、投資估算及資金來(lái)源等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和查詢(xún)。

5 結(jié)語(yǔ)

以開(kāi)縣漢豐湖小流域綜合治理為基礎(chǔ)，且基于GIS技術(shù)的三峽后續(xù)工作小流域綜合治理管理系統(tǒng)已在開(kāi)縣三峽后續(xù)工作實(shí)施規(guī)劃工作中投入運(yùn)行。通過(guò)該系統(tǒng)，規(guī)劃和管理人員可對(duì)各項(xiàng)目的分布及與周邊環(huán)境的關(guān)系進(jìn)行可視化查看，并能在系統(tǒng)中方便、迅捷、直觀地查看項(xiàng)目屬性數(shù)據(jù)和在三維平臺(tái)中進(jìn)行空間量測(cè)和分析，為規(guī)劃工作提供了高效的管理平臺(tái)和可靠的技術(shù)保障。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為在三峽庫(kù)區(qū)的后續(xù)工作中推廣應(yīng)用GIS技術(shù)提供了較好的參考意義。

［1］胡祥培，劉偉國(guó)，王旭茵.地理信息系統(tǒng)原理及應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2011.

［2］李紀(jì)人，黃詩(shī)峰.“3S”技術(shù)水利應(yīng)用指南［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2002.

［3］李旭祥，沈振興，劉萍萍，張凡.地理信息系統(tǒng)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008.