辽宁水利工程三维地理信息系统总体设计与研究

江丽娟，马健峰，马鹤轩

( 辽宁省水利信息中心，沈阳110003)

0 前 言

随着我国经济的持续发展，在水利工程建设要求不断提高和计算机软硬件技术不断发展的前提下，水利信息的采集、处理、共享的方式都发生了翻天覆地的变化，信息技术加速向水利行业渗透，水利行业面临着全面技术升级的大好机遇。水利政务、防汛减灾、水资源监控调度、水环境综合治理、大型工程的设计和施工、大中型灌区的综合管理等都迫切需要采用计算机技术、通讯网络技术、微电子技术、计算机辅助设计技术、3S 技术等一系列高新技术对水利行业进行全面技术升级和改造，尤其是地理信息系统对科学决策和科学管理具有深远的意义［1］。

辽宁水利工程三维地理信息系统充分利用三维GIS 技术和网络计算技术，在水利工程数据库的基础上，以三维手段仿真模拟水利工程情况，以地理信息技术手段对水利工程数据进行统计分析，以提高水利工程的管理水平和应用水平。

1 系统的总体目标与总体结构设计

1.1 总体目标

辽宁水利工程三维地理信息系统建设总体目标是通过水利工程三维综合展示，将辽宁省的地形地貌、河流、水利工程设施等展示在三维场景中，方便从宏观上了解辽宁省水利的整体情况，微观上查看水利工程设施周围的具体环境和工程的具体信息。通过水利工程三维查询从基本查询、分类查询、图属查询、实时信息查询方面对水利工程的具体数据进行分析，为水利建设和防汛决策提供技术支持。通过水利工程三维分析功能对于历史上的大旱大涝灾害，通过遥感数据比对，分析评估经济损失，从而可以帮助未来风险进行预测、并提供辅助决策和解决方案［2］。

1.2 总体结构设计

系统总体技术架构采用C/S 和B/S 结构相结合的方式，总体技术结构图见图1。

图1 系统总体结构图

系统逻辑架构由数据存储层、数据访问层、系统服务层、系统应用层、系统表现层组成。具体逻辑架构模型见图2。

系统数据包括:①三维模型;②基础地理数据( 遥感影像数据、地形地貌数据、矢量数据) ; ③水利工程数据。为了能够更好的管理这些数据并提高数据应用效率，系统以影像、矢量、DEM 等专业数据库为基准对数据进行分类存储，以数据总线模式对数据进行统一管理发布，系统数据库架构见图3。

图2 系统逻辑架构图

图3 系统数据库架构图

2 系统建设内容

2.1 系统应用部分

水利工程三维系统采用三维3S( GIS/GPS/RS)技术，结合全省高清晰航空遥感影像数据、DEM( 数字高程模型) 数据、水利工程三维模型水利矢量地图数据、水利工程数据库、实时雨水情数据库等多元海量数据将辽宁省的地形地貌、河流、水利工程设施等展示在三维场景中，方便从宏观上了解辽宁省水利的整体情况，微观上查看水利工程设施周围的具体环境和工程的具体信息［3］。结合水利矢量地图数据、水利工程数据库、实时雨水情数据库等实现基本查询、分类查询、图属互查、实时信息查询等功能，对单个水利工程实现水利业务数据与地理信息数据全面查询。结合历史上的大旱大涝灾害，通过遥感数据比对，分析评估经济损失，并实现对历史灾害尤其是洪涝灾害的模拟重演，从而可以帮助未来风险进行预测、并提供辅助决策。

2.2 系统数据库部分

水利工程三维地理信息管理系统数据库的组成包括:①基础地理数据库; ②水利工程数据库; ③遥感影像库;④地形地貌库; ⑤矢量数据库; ⑥三维模型库六个基础库。按数据特性可划分属性数据、空间矢量数据、影像数据等，是以属性数据和空间数据共存的综合数据库。

鉴于水利工程三维地理信息管理系统数据库数据构成复杂、数据应用的效率要求高的特点，对数据进行分类存储:①对图片、影像等数据采用金字塔集群数据库进行存储管理; ②对二维矢量数据采用空间数据库进行存储管理; ③对水利业务数据采用关系数据库进行存储管理; ④对三维模型及其模型索引等多媒体信息都将采用文件模式进行存储管理。数据库的安全通过存储安全、访问安全、发布安全3个方面进行实现。

2.3 系统安全管理部分

水利工程三维地理信息管理系统同时肩负着对水利厅各级管理机构和水利工程数据以及遥感数据进行管理的工作。鉴于系统面是基于水利工程数据进行发布应用，因此系统的安全性相当重要。

系统部署在办公涉密内网系统，从根本上防止了外部入侵，保护内部的水利工程数据、分析数据。保障系统数据库以及系统本身不被攻击、盗取。系统采用用户管理和权限管理两大部分，实现对用户和权限的管理，保证系统的访问安全。系统采用完善的灾难恢复机制，保证在出现灾难时，可以有效恢复系统。采用有效的数据加密机制，保障数据在网络传输时的安全性。防止数据被不良用户盗取或者丢失。

3 结 语

辽宁水利工程三维地理信息系统以安全性、灵活性、高效率性、仿真性、可拓展性、完整性为要求，按照统一规划、分布实施、安全高效、先进实用等为原则，系统在2011年初开始建设，现一阶段建设基本完成。

通过辽宁水利工程三维地理信息系统建设，可以实现辽宁省基本地形地貌展示的三维展示，实现了辽宁水利工程的矢量电子地图和高清影像叠加，实现水利工程的三维场景综合展示、空间数据和属性数据查询，实现水利工程三维分析等。

通过辽宁水利工程三维地理信息系统将地图数据和水利业务的完整结合为各级水利部门提供更准确有效、形象直观的地理数据信息，为提高辽宁水利行业信息化管理水平步上新台阶。

［1］麻清源，麻晓晖，王冬岩. 数字化城市管理信息平台［M］.北京:中国人民大学出版社，2009.

［2］周新耿，刘芬. 二维、三维空间信息系统的结合和应用［J］. 计算机与数字工程，2005(03) :101 －103.

［3］王磊，周云轩.GIS 二维、三维空间信息查询功能的实现与应用［J］. 计算机应用研究，2001(12) :145 －148.