袁舜承

（浙江省寧波市奉化縣機(jī)電排灌站，浙江 寧波 315500）

基于GIS的灌區(qū)智能管理平臺的設(shè)計與應(yīng)用

袁舜承

（浙江省寧波市奉化縣機(jī)電排灌站，浙江 寧波 315500）

摘要：針對目前灌區(qū)節(jié)水灌溉自動化程度低、技術(shù)相對落后的現(xiàn)狀，開發(fā)了基于GIS的灌區(qū)智能管理平臺。該平臺采用B/S和C/S相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)，采用基于XML的信息交互技術(shù)和Map Info與VB的交互集成技術(shù)，實現(xiàn)了灌區(qū)信息遙感監(jiān)測處理、水稻生長需水量的計算與測定等功能。通過實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有一定先進(jìn)性，且系統(tǒng)穩(wěn)定實用，為系統(tǒng)的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：灌區(qū)；智能；管理；平臺；GIS

1引言

水是生命的源泉，是人類賴以生存和發(fā)展的重要核心資源。水利是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，而水利信息化又是水利現(xiàn)代化水平提高的重要基礎(chǔ)和重要標(biāo)志。而灌區(qū)信息化是灌區(qū)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和重要標(biāo)志，可以通過信息化達(dá)到水資源的最優(yōu)利用。我國原有許多灌區(qū)重建設(shè)輕管理，對水資源造成了很大的浪費，灌區(qū)信息化建設(shè)勢在必行。灌區(qū)智能管理系統(tǒng)就是利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，包括GIS、互聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等，開發(fā)和利用灌區(qū)管理的信息化數(shù)據(jù)和信息，包括采集、通訊、傳輸、存儲、處理、報表、查詢、執(zhí)行等，提高了信息采集、加工、傳輸、存儲、處理、報表、查詢、執(zhí)行的準(zhǔn)確性和有效性、實時反饋和提前預(yù)測，為灌區(qū)行政管理部門或行業(yè)決策部門提供科學(xué)的依據(jù)，提高灌區(qū)管理的效率、減少管理成本，達(dá)到灌區(qū)科學(xué)和高效的管理。為此，本文著重論述基于GIS的灌區(qū)智能管理平臺的設(shè)計與應(yīng)用。

2總體設(shè)計

系統(tǒng)采用基于B/S和C/S相結(jié)合的信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，B/S的模式主要用來實現(xiàn)灌區(qū)的信息查詢、共享和發(fā)布，而C/S模式主要用來實現(xiàn)灌區(qū)系統(tǒng)內(nèi)部的控制、采集、處理、管理和維護(hù)，只有灌區(qū)管理員和維護(hù)人員才能使用這種瀏覽方式。信息流向以交互式為主，可對所有圖形信息、曲線信息、數(shù)據(jù)信息以及相關(guān)的屬性進(jìn)行編輯、查詢、分析、處理、打印等操作。

在B/S結(jié)構(gòu)模式中，采用ActiveX外部組件技術(shù)和ASP.net動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)，實現(xiàn)了通過普通瀏覽器來訪問鏈接Web服務(wù)器，實現(xiàn)灌區(qū)的信息和數(shù)據(jù)的動態(tài)查詢和各種圖形數(shù)據(jù)、屬性信息、信息流向的非對稱結(jié)構(gòu)查詢。在C/S模式中，VB客戶端用戶的電腦端或手機(jī)端應(yīng)用程序，通過OLE外鏈接的自動化技術(shù)，使客戶端軟件連接到空間數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，訪問動態(tài)的數(shù)據(jù)和信息，并通過ODBC數(shù)據(jù)引擎或LED數(shù)據(jù)引擎訪問數(shù)據(jù)庫，對灌區(qū)所有圖形信息、狀態(tài)數(shù)據(jù)信息、視頻信息等進(jìn)行編輯、查詢、分析、打印、處理、合并、執(zhí)行等操作。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端安裝了SQLSERVER、Web Server、GISServer等數(shù)據(jù)庫訪問軟件，GISServer數(shù)據(jù)庫服務(wù)程序是一款支持Map-Info程序開發(fā)的服務(wù)器軟件，具有地圖編輯、圖層管理、圖層編輯、地圖查詢和分析、數(shù)據(jù)訪問等功能。系統(tǒng)總體設(shè)計框架如圖1所示。

圖1系統(tǒng)總體框架圖

由圖1可知，本系統(tǒng)中，用戶分為三類:普通用戶、部門用戶和系統(tǒng)管理員。普通用戶僅有查詢、瀏覽、打印灌區(qū)的各種資料、數(shù)據(jù)、報表的權(quán)限，無修改的權(quán)限；部門用戶除了具有普通用戶的權(quán)限以外，還具有添加、修改、編輯、維護(hù)等權(quán)限，并可對各種信息進(jìn)行處理、分析、編輯、修改、統(tǒng)計、分析和輸出，便于進(jìn)行輔助決策；管理員具有最高權(quán)限，可以管理用戶、添加用戶信息、瀏覽、修改、處理、報表所有的灌區(qū)信息和數(shù)據(jù)。

（1）查詢模塊:利用現(xiàn)代遙感遙測技術(shù)實現(xiàn)灌區(qū)地形、地貌、水情、雨情、災(zāi)情、工情、澇情、旱情等自然災(zāi)害信息，通訊快速、高效、可靠。提供圖形、視頻、屬性查詢功能，并提供條件和信息組合的查詢，以達(dá)到快速檢索，供所有的用戶使用。

（2）圖形瀏覽:提供圖形的生產(chǎn)、瀏覽、縮小、放大、移動、標(biāo)志、測距、鷹眼、旋轉(zhuǎn)、圖層控制以及打印等功能。

（3）錄入、修改和維護(hù)模塊:提供圖形、視頻和屬性數(shù)據(jù)的編輯和維護(hù)，包括增加、編輯、刪除、移動圖形或增加、編輯、刪除和修改屬性等。

（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模塊:以統(tǒng)計圖型、統(tǒng)計表格、條形圖、餅圖、曲線圖、專題圖等形式顯示、打印。

（5）輸出模塊:提供圖形和視頻的輸出和狀態(tài)數(shù)據(jù)的輸出，系統(tǒng)可以輸出灌區(qū)的平面圖、立體圖、實施圖、施工圖以及專項圖等，還可以統(tǒng)計圖、報表輸出灌區(qū)的各類屬性。

（6）預(yù)測模塊：對各個渠道、水庫、灌溉區(qū)域的供水、需水、供需平衡情況等情況的預(yù)測。

（7）優(yōu)化調(diào)度模塊:灌區(qū)輔助決策、系統(tǒng)查詢，確定優(yōu)化調(diào)度方案，實現(xiàn)灌區(qū)水資源的合理分配和最優(yōu)調(diào)度。

（8）系統(tǒng)維護(hù):主要用于管理員對用戶權(quán)限的管理，包括添加、刪除、信息糾正等。

在灌區(qū)管理信息系統(tǒng)中，涉及的技術(shù)很多，本論文重點介紹基于XML的信息交互技術(shù)和Map Info 與VB的交互集成技術(shù)。

3.1基于XML的信息交互技術(shù)

地圖軟件GIS是一款高新技術(shù)，包括空間數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等編輯和整合，這些數(shù)據(jù)組織統(tǒng)一采用的表達(dá)方式，信息交互瀏覽器與服務(wù)器之間。采用微軟的XMLDOM對象實現(xiàn)瀏覽器和服務(wù)器的通信，采用XML國際通用格式數(shù)據(jù)傳輸，處理XML國際通用數(shù)據(jù)，使用XMLDOM傳輸、顯示和實現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢。

（1）構(gòu)造ASP文件URL；

（2）創(chuàng)建對象事例XMLDOM；

（3）調(diào)用對象XMLDOM；

（4）解析返回結(jié)果。

下面是客戶端主要代碼：

strURL=“qry.asp ID=1001”

SetdocSubmit=CreateObject(Microsoft.XMLDOM)

docSubmit.load(strURL)

SetdocReceive=CreateObject(Microsoft.XMLDOM)

docReceive.async=False

docReceive.load(result.xm l)

服務(wù)器端的ASP.net文件根據(jù)序列號，通過ADO.net訪問數(shù)據(jù)庫，將獲得的結(jié)果存儲在Result文檔中，并利用Response返回給客戶端顯示。

3.2基于Map Info與VB的交互集成技術(shù)

基于MapInfo.net與VB.net的交互集成技術(shù)就是以Map Info.net作為后臺存儲數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，來存儲地理空間數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、管理圖形數(shù)據(jù)；VB.net作為前臺軟件開發(fā)工具，開發(fā)客戶端應(yīng)用程序、處理響應(yīng)返回事件、控制Map Info.net地圖和編輯視頻數(shù)據(jù)等；通過OLE.net自動化超鏈接外部程序?qū)崿F(xiàn)集成鏈接，使得Map Info.net地圖和編輯視頻數(shù)據(jù)在VB.net中可視，可用VB.net編程外部工具訪問它，形成了主從結(jié)構(gòu)。Map Info作為后臺進(jìn)程可以在本地服務(wù)器上運行，VB.net開發(fā)的客戶端應(yīng)用程序OLE. net嵌入并生成Map Info.net對象，利用CallBack.net回調(diào)函數(shù)進(jìn)行前后臺的信息交換，實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理、分析、決策、打印、查詢等功能?；贠LE.net技術(shù)的Map Info.net與VB.net集成開發(fā)其難點在于CallBack.net、Map Info.net數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器對客戶程序地圖窗口的反應(yīng)叫CallBack.net。客戶程序必須通過CallBack.net與后臺Map Info.net建立正向、反向的聯(lián)系機(jī)制，Map2Info.net的事件，自動向客戶端發(fā)消息，客戶端通過操縱對象接口Map Info.net實現(xiàn)集成。

使用CallBack.net來獲取圖形窗口，點擊位置和兩點間距離，在ClassModule中，回調(diào)函數(shù)Map CallBack.net，調(diào)用兩個子過程:Get.net SelectPoint. net、Get Length.net，然后在VB.net中，回調(diào)功能處理兩種操作。實施回調(diào)的關(guān)鍵程序如下:

Publicmap.netasObject

Public call.netasObject

MapApp.do.net SetApplicationWindow

Setcback=New MapCallBack

MapApp.SetCallBack cback

MapApp.do Create

GetSelectPoint

mapApp.do

隨著當(dāng)前計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，拓寬GIS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，實際應(yīng)用到了灌區(qū)GIS技術(shù)上。

4案例分析

采用新途徑建立寧波奉化某灌區(qū)的案例，同時考慮應(yīng)用在其他項目，如“浙江省寧波奉化某灌區(qū)巡查地理信息平臺”。因此，最終開發(fā)個性化灌區(qū)WebGis平臺，并通過一段時間的努力完成了要達(dá)到的功能。平臺搭建基本思路如下：

步驟1：單張或多張圖像移動。

步驟2：單張或多張圖像放縮。

步驟3：單張或多張圖像聯(lián)動。

步驟4：單張或多張圖像分級存放、調(diào)用。

步驟5：單張或多張快速縮放分級管理和調(diào)換圖像。

步驟6：建立矢量服務(wù)數(shù)據(jù)庫。

步驟7：加載和疊加單張或多張地理信息地圖。

步驟8：信息關(guān)聯(lián)查詢單張或多張地理信息地圖。

步驟9：接口Arc Server單張或多張地理信息地圖。

在Arc Server注意細(xì)節(jié)：

（1）邊界問題。邊界如果設(shè)置不合理，單張或多張地理信息地圖就不是那部分地圖。

（2）在發(fā)布和切圖前，一定要對單張或多張地理信息地圖衛(wèi)星影像進(jìn)行坐標(biāo)系約定。

（3）在選擇可讀格式，如png、jpg等格式實現(xiàn)單張或多張地理信息地圖信息無縫對接。

通過以上步驟和接口處理，成功開發(fā)與應(yīng)用了灌區(qū)WebGis平臺。

5結(jié)束語

項目針對大中型灌區(qū)的信息自動化建設(shè)，主要研究并設(shè)計了大中型自流灌區(qū)智能管理系統(tǒng)，得出如下結(jié)論。

（1）灌區(qū)信息遙感監(jiān)測處理。利用高分辨率遙感對研究灌區(qū)進(jìn)行監(jiān)測分析，獲取灌區(qū)作物類型分布、水資源分布、渠系分布等空間信息，為灌區(qū)智能管理系統(tǒng)提供動態(tài)的高精度數(shù)據(jù)。

（2）灌區(qū)農(nóng)作物——水稻生長需水量的計算與測定。灌溉定額一般通過實測所得，也可以通過理論計算獲得。綜合考慮當(dāng)?shù)赜绊懝喔扔盟臍庀笠蛩?，地形因素和水稻生長時期的需水規(guī)律的基礎(chǔ)上，應(yīng)用彭曼法推算各設(shè)計保證率水稻灌溉定額，具有較好的規(guī)律性，計算精度較高。

（3）灌區(qū)自動測控系統(tǒng)研究，系統(tǒng)采用視頻監(jiān)控與傳感器節(jié)點，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集、傳輸及模糊控制和管理，實現(xiàn)農(nóng)田土壤墑情的連續(xù)在線監(jiān)測及節(jié)水灌溉的自動化控制，為節(jié)水灌溉提供依據(jù)和保證。

（4）基于GIS的灌區(qū)智能管理平臺設(shè)計。GIS應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，將其應(yīng)用到灌區(qū)的管理系統(tǒng)之中，實現(xiàn)地理信息與灌區(qū)管理信息在同一平臺下的結(jié)合，為灌區(qū)管理部門提供一種新型的、可視化的、高效的管理系統(tǒng)。

（5）希望進(jìn)一步研究互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)等在大中型灌區(qū)中的應(yīng)用。

（6）希望進(jìn)一步拓展案例，在實施中不斷總結(jié)和完善。

（7）灌區(qū)GIS智能管理平臺實現(xiàn)了對灌區(qū)各類信息的有效管理、編輯、維護(hù)，充分實現(xiàn)了信息共享，大大提高了灌區(qū)管理水平，也使各級水利行業(yè)主管部門能夠及時、全面地了解掌握灌區(qū)和行業(yè)發(fā)展的狀況。

（8）灌區(qū)信息化改革提升了灌區(qū)資料的管理模式和管理水平。灌區(qū)工程具有線長、集成結(jié)合解決點多、面廣、分散的特點，本系統(tǒng)可充分發(fā)揮出計算機(jī)快速存儲、檢索信息的功能，并對存儲信息進(jìn)行各種查詢、輸出，提供便捷地信息查詢服務(wù)，實現(xiàn)灌區(qū)信息的有效利用和現(xiàn)代化管理。減輕了管理人員的勞動強(qiáng)度。

（9）為灌區(qū)的管理和決策者提供了科學(xué)的依據(jù)。

（10）為灌區(qū)水資源優(yōu)化提供了調(diào)度和決策依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡和平，田富強(qiáng).灌區(qū)信息化建設(shè)[M]//灌區(qū)節(jié)水改造技術(shù)叢書.北京：中國水利出版社，2003.

[2]周樹春，廖繼立，張國新，等.流溪河灌區(qū)渠首樞紐管理信息系統(tǒng)[J].中國農(nóng)村水利水電，2001（03）.

[3]范昊明，楊國范，安禹，等.GIS技術(shù)在灌區(qū)用水管理中的應(yīng)用研究[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002（02）.

[4]耿興隆.W ebGIS在農(nóng)業(yè)灌溉管理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J/OL]. [2012-07-13]http：//www.docin.com.

中圖分類號：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）10-0023-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.10.009

收稿日期：2015-07-02

作者簡介：袁舜承（1973-），男，工程師，研究方向：水利工程。