浙江賦石灌區(qū)信息化技術(shù)應(yīng)用研究

林高印

(浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231)

1 課題來(lái)源與目標(biāo)

賦石灌區(qū)位于湖州市安吉縣境內(nèi)西苕溪流域，耕地面積9 045 ha，設(shè)計(jì)灌溉面積8 174ha，有效灌溉面積6 499 ha，灌區(qū)主干渠賦石渠道全長(zhǎng)43.2 km.灌區(qū)受益范圍涉及孝豐鎮(zhèn)、皈山鄉(xiāng)、遞鋪鎮(zhèn)、天子湖鎮(zhèn)及浙江省南湖監(jiān)獄，受益人口13.7萬(wàn)人.

為適應(yīng)新農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、加快美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，改變灌區(qū)水利設(shè)施和信息技術(shù)的落后現(xiàn)狀，進(jìn)一步發(fā)揮水利工程和非工程項(xiàng)目(信息技術(shù)項(xiàng)目)的灌溉效益及其它綜合效益，政府和各有關(guān)部門(mén)高度重視，決定對(duì)賦石水庫(kù)灌區(qū)工程性和非工信息化項(xiàng)目進(jìn)行續(xù)建改造，以保證工程正常運(yùn)行，提高灌溉水的利用率，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，改善灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境，達(dá)到節(jié)水又增效的目的.

通過(guò)對(duì)灌區(qū)的衛(wèi)星影像的解讀和解析可以提高管理效率，對(duì)灌區(qū)水資源及生態(tài)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)視與監(jiān)管，提高渠系水利用系數(shù)，增加有效灌溉面積，改善灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，通過(guò)與工程性項(xiàng)目配套可使灌溉保證率提高到90%，渠系水利用系數(shù)提高到0.64.項(xiàng)目實(shí)施后將新增灌溉面積400 ha，改善灌溉面積4 333 ha；年增節(jié)水能力359.3萬(wàn)m3；年新增糧食生產(chǎn)能力358.13萬(wàn)kg，新增其它農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)能力309.19萬(wàn)kg，新增產(chǎn)值1 435.22萬(wàn)元.

本課題組是由浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院承接灌區(qū)信息化建設(shè)的配套子項(xiàng)目.通過(guò)這個(gè)課題旨在建立起一個(gè)多維的全方位的灌區(qū)生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)視與管理平臺(tái)，以解決以下問(wèn)題：(1)在水利專(zhuān)網(wǎng)及時(shí)快速瀏覽包括加載影像在內(nèi)等地圖；(2)在水利專(zhuān)網(wǎng)及時(shí)快速更新發(fā)布上述地圖；(3)在上述地圖上能瀏覽歷史影像以便研究灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境和農(nóng)作物分布與生態(tài)變遷等信息；(4)在水利專(zhuān)網(wǎng)及時(shí)了解灌區(qū)任何地方水情和災(zāi)害；(5)在水利專(zhuān)網(wǎng)及時(shí)了解灌區(qū)任何一處的工程信息；(6)在水利專(zhuān)網(wǎng)及時(shí)了解灌區(qū)任何一處的經(jīng)濟(jì)信息和人口分布等信息.

2 衛(wèi)星遙感影像的解析與處理

2.1 衛(wèi)星遙感影像解析

為了使項(xiàng)目能夠順利進(jìn)行，筆者與中國(guó)海洋二所遙感影像研究室進(jìn)行了深層次的合作，希望從影像中解決以下問(wèn)題：(1)灌區(qū)農(nóng)作物分布情況；(2)灌區(qū)的水利工程分布情況；(3)灌區(qū)的農(nóng)作物灌溉情況；(4)灌區(qū)農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況；(5)灌區(qū)水情和水利災(zāi)害情況；(6)灌區(qū)其他生態(tài)環(huán)境及其變遷情況.

同步獲得這些影像并進(jìn)行解析和實(shí)時(shí)發(fā)布才能解決上述問(wèn)題，為此需要解決如下問(wèn)題：

(1)選擇合理的影像精度并進(jìn)行定時(shí)更新

高精度影像通常很大，而低精度的影像通常不能達(dá)到上述要求，因此首先要選擇合理的影像精度，并通過(guò)與專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)的合作定時(shí)更新影像.

(2)通過(guò)建立現(xiàn)場(chǎng)與歷史影像對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)識(shí)別判斷最新影像的信息，并由專(zhuān)業(yè)合作公司校對(duì)解析影像信息.[1]

(3)選擇一個(gè)整合和處理影像的軟件平臺(tái)

經(jīng)過(guò)比較對(duì)影像的整合與后臺(tái)處理采用ArcGis平臺(tái)，主要原因是考慮到到有數(shù)100 G的衛(wèi)星影像圖和未來(lái)數(shù)1 000 G歷史衛(wèi)星影像，同時(shí)，ArcGis平臺(tái)是目前世界上功能最強(qiáng)大的位數(shù)不多的處理海量數(shù)據(jù)的優(yōu)秀地理信息平臺(tái).[2]

(4)發(fā)布速度問(wèn)題的解決.

本項(xiàng)目最終目的是想在浙江省水利專(zhuān)網(wǎng)上發(fā)布，在實(shí)際實(shí)踐過(guò)程中速度不是很理想，以下方法通過(guò)比較可以選擇提高數(shù)10倍發(fā)布速度.

2.2 服務(wù)器端確保能訪(fǎng)問(wèn)到數(shù)據(jù)的措施

其實(shí)服務(wù)器端為了確保發(fā)布的服務(wù)能訪(fǎng)問(wèn)到所需的數(shù)據(jù)，可以采取如下兩種措施：

第一種方法是通過(guò)數(shù)據(jù)注冊(cè)到了服務(wù)器，這樣服務(wù)器會(huì)從注冊(cè)的數(shù)據(jù)中找到位置列表，并從這些位置列表信息中讀取到數(shù)據(jù).

第二種方法是不通過(guò)數(shù)據(jù)注冊(cè)到了服務(wù)器，這樣在發(fā)布的過(guò)程中，服務(wù)發(fā)布的過(guò)程中將會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)以文件型復(fù)制到發(fā)布服務(wù)器上，在以后的數(shù)據(jù)瀏覽過(guò)程中，就會(huì)從復(fù)制好的文件中讀取數(shù)據(jù).

這兩種方式中，第一種發(fā)布速度很快，數(shù)據(jù)能保持同步更新，如果不切圖，瀏覽速度相對(duì)第二種要慢；第二種發(fā)布過(guò)程較慢，因?yàn)樾枰?wù)器拷貝和壓縮成本地?cái)?shù)據(jù)，且不再與源數(shù)據(jù)能保持同步，瀏覽速度要快于第二種.

考慮到在數(shù)100 G的地圖發(fā)布需要采用較快的發(fā)布速度，因此采用方法一.但發(fā)布快而瀏覽器速度慢，有利也有弊題.

3 新途徑建立賦石灌區(qū)生態(tài)環(huán)境WebGis平臺(tái)(可對(duì)接ArcGis平臺(tái))

如果繼續(xù)使用Arcgis Server發(fā)布方式在客戶(hù)端進(jìn)行瀏覽會(huì)存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

(1)昂貴的的平臺(tái)費(fèi)用，每個(gè)項(xiàng)目是不同地方自然會(huì)采用不同服務(wù)器則需要購(gòu)買(mǎi)多套平臺(tái)，實(shí)施后未來(lái)推廣成本高；僅后臺(tái)處理用此軟件平臺(tái)而前臺(tái)采用其他替代軟件只要在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)方單機(jī)上安裝一套此平臺(tái)軟件就可以，大部分開(kāi)發(fā)方也已經(jīng)購(gòu)置了此軟件平臺(tái).

(2)由于上面說(shuō)過(guò)的原因?qū)嶋H使用中瀏覽速度不快(也就是發(fā)布快瀏覽慢).

(3)做個(gè)性化功能還是很受平臺(tái)限制.

在本項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)等的支持，同時(shí)考慮在其他項(xiàng)目如“浙江省巧英水庫(kù)巡查地理信息平臺(tái)”曾經(jīng)開(kāi)發(fā)成功，有一定的經(jīng)驗(yàn).因此，最終選擇了自己開(kāi)發(fā)個(gè)性化灌區(qū)WebGis平臺(tái)，本次通過(guò)一段時(shí)間的努力又一次完成要達(dá)到的功能.平臺(tái)搭建基本思路如下：

步驟1 實(shí)現(xiàn)單張圖像移動(dòng);

步驟2 實(shí)現(xiàn)單張圖像放縮;

步驟3 實(shí)現(xiàn)多張圖像聯(lián)動(dòng);

步驟4 圖像分級(jí)存放與調(diào)用;

步驟5 通過(guò)分級(jí)管理和調(diào)換圖像來(lái)實(shí)現(xiàn)快速縮放;

步驟6 通過(guò)建立矢量數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)在地圖上查找與定位;

步驟7 通過(guò)建立矢量數(shù)據(jù)庫(kù)加載并且疊加到上述圖像圖層上形成綜合地理信息地圖;

步驟8 通過(guò)建立矢量數(shù)據(jù)庫(kù)與其他的信息關(guān)聯(lián)查詢(xún);

步驟9 通過(guò)接口其他地理信息平臺(tái)，本項(xiàng)目是接口A(yíng)rcgis Server發(fā)布時(shí)切出的瓦片地圖，實(shí)現(xiàn)包括衛(wèi)星影像內(nèi)容的地圖轉(zhuǎn)化或無(wú)縫對(duì)接到新建立的賦石灌區(qū)生態(tài)環(huán)境WebGis平臺(tái).[3]

在A(yíng)rcgis Server切圖時(shí)要注意以下細(xì)節(jié)：

(1)邊界問(wèn)題，如果不設(shè)置邊界或邊界設(shè)置不合理，那么瓦片地圖就不是我們要的那部分地圖.

(2)在發(fā)布和切圖前，一定要對(duì)衛(wèi)星影像進(jìn)行坐標(biāo)系約定，如北京54坐標(biāo)系，西安84坐標(biāo)系.否則，在地圖上能顯示，但瓦片地圖上無(wú)法找到，因此也就無(wú)法接口.

(3)在瓦片輸出格式上選擇可讀格式，如PNG或JPEG等格式，在高級(jí)選項(xiàng)卡里選擇不壓縮格式，也就是普通可讀圖像格式,從而實(shí)現(xiàn)地圖信息無(wú)縫對(duì)接.

通過(guò)以上步驟和接口處理可成功建立灌區(qū)WebGis專(zhuān)用平臺(tái).由于此平臺(tái)為按需量身定做，去除不需要的功能，軟件較小運(yùn)行速度自然比較快，既省去平臺(tái)購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用，并較快實(shí)現(xiàn)我們的個(gè)性化需求，又能解決運(yùn)行速度等棘手問(wèn)題.[4]

4 建立灌區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)接和整合相關(guān)信息

灌區(qū)地理信息平臺(tái)搭建完成后可以方便查詢(xún)，但如果不建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，那么信息量就會(huì)不夠，再好的平臺(tái)也會(huì)巧婦難為無(wú)米之炊，因此為了項(xiàng)目達(dá)到更好的效果，我們要建立后臺(tái)服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，本項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL2008，而我們灌區(qū)地理信息平臺(tái)矢量層也是在這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中存放.[5]因此，可以無(wú)縫對(duì)接和快速調(diào)用及查詢(xún)這些信息.

為了實(shí)現(xiàn)這一功能，還建立以下數(shù)據(jù)庫(kù)：

(1)灌區(qū)水資源數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)賦石灌區(qū)水資源主要是賦石水庫(kù)水資源信息，包括水質(zhì)信息;

(2)灌區(qū)水情數(shù)據(jù)庫(kù)，如渠道實(shí)時(shí)水位信息;

(3)灌區(qū)工程信息庫(kù)，包括已建工程項(xiàng)目信息和在建工程項(xiàng)目信息;

(4)灌區(qū)工程設(shè)備信息庫(kù)，包括泵站和供水管道等;

(5)灌區(qū)各渠道流量數(shù)據(jù)庫(kù)，包括供灌溉用水量和居民用水;

(6)灌區(qū)經(jīng)濟(jì)與人口信息庫(kù)，包括GDP等數(shù)據(jù);

(7)灌區(qū)監(jiān)控信息庫(kù)，包括歷史監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)等.

建立好這些數(shù)據(jù)庫(kù)，就可以通過(guò)WEB編程在瀏覽器上直接查詢(xún)，也可以整合到地圖上進(jìn)行多維信息查詢(xún)，達(dá)到進(jìn)一步監(jiān)視與管理灌區(qū)生態(tài)環(huán)境的目的.[6]

5 結(jié) 語(yǔ)

本文在多年的灌區(qū)信息化項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中總結(jié)和提煉基礎(chǔ)上編寫(xiě)而成的文章，項(xiàng)目研究表明合理地采用遙感、地理信息等技術(shù)可以更有效地解決灌區(qū)生態(tài)環(huán)境等信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)視與管理等諸多問(wèn)題，從而進(jìn)一步提升灌區(qū)信息化的整體現(xiàn)代化管理水平及灌區(qū)水資源綜合利用能力.

由于文章涉及內(nèi)容較多，有些方面僅提綱挈領(lǐng)式提出本人之拙見(jiàn).希望能起到以點(diǎn)帶面并且對(duì)您有所啟發(fā)和提高，也希望能借此拋磚引玉，敬請(qǐng)您批評(píng)指正.

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭景仁,龐連鋒.遙感和地理信息技術(shù)在災(zāi)害防治中的應(yīng)用[J].科技研究,2014(20)：15-17.

[2] 林高印,謝 放.錢(qián)塘江江道三維GIS模型的研究[J].工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2005(1)：8-9.

[3] 林高印,謝 放,高隊(duì)隊(duì),等.基于Mapxtreme的WebGis技術(shù)在水利信息系統(tǒng)中的開(kāi)發(fā)[J].浙江水利科技，2005(3)：17-19.

[4] 王春光，孫 琦，袁 金.切片地圖技術(shù)在地理信息公眾服務(wù)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2014(11)：6-7.

[5] 李占德.水利工程地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)[J].黑龍江科技信息,2014(17)：31-32.

[6] 施 維.排水地理信息系統(tǒng)及其在管網(wǎng)管理中的應(yīng)用[J].科技資訊,2014(7)：6-9.