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浅谈GIS技术在水利工程中的应用展望论文

摘要： 近年来， GIS （地理信息系统） 技术在水利工程应用领域中发挥着技术先导的作用。文章通过分析目前GIS技术在水利规划、水资源管理等水利工程行业的具体应用形式， 结合地理信息学科的发展方向， 展望GIS在水利工程中的应用前景。

关键词： GIS； 水利工程；

1 GIS技术概述

20世纪60年代， 世界上第一个GIS （加拿大地理信息系统CGIS） 诞生， 其核心是用计算机来处理和分析具有空间属性地理信息。GIS技术能够有效地管理地理信息资源， 是其能够有效利用的核心技术。20世纪以来， 计算机和网络技术日的新月异极大地推进了GIS在我国的发展进程， 由于应用后能够明显地提高工作效率和经济效益， 因此， GIS技术已成为资源与环境各领域应用中不可或缺的前沿技术。

近20年， 我国经济水平持续增长， 人民生活质量稳步提高， 同时， 水资源需求与水资源利用率相对不足的矛盾逐渐加剧， 这促使水利工作者不断探索如何利用现代信息技术手段缓解这一矛盾。为有效地利用水资源， 在当前条件下最大限度地发挥水利工程的调节作用， 减少建设、管理人员的投入量， GIS技术作为信息化的体现之一， 在水利工程各环节中的应用范围不断扩大， 应用层次也逐渐深入。通过近年来的发展， GIS的应用形式已从最初单纯的可视化应用过渡为集合分析、模拟、预测等多位一体的复杂应用， 功能也提升为对多时期的地理信息变化进行动态监测和分析比较， 将数据收集、空间分析和决策过程统一打包的应用。实践表明， 通过使用GIS系统， 有利于设计人员对工程进行总体规划， 方便施工人员对实施过程进度和质量把控， 有效提高管理人员的工作效率， 从而提升水利行业整体信息化水平。

2 GIS技术在水利工程中的应用

水利工程为消除水害和开发利用水资源而修建， 重要性不言而喻， 而其本身具有一定的地理空间属性， 对工程的地理环境依赖较高。GIS的发展恰好为水利工程的空间属性提供了可行的表现途径和有效的模拟、分析方法。运用GIS技术， 矢量化地理信息数据， 搭建水利工程地理信息平台， 能够直观地展示工程环境， 结合水利资料， 实现环境分析模拟， 有利于管理人员决策[1]。

目前， GIS在水利工程方面的应用主要表现在以下几方面：

（1） 水利工程规划

GIS技术广泛应用于水库选址、复杂工程布局、工程测量[2]、库容量计算、开挖土石方量计算、工程建设监测[3]、工程变形监测等方面， 促使水利工程规划、管理科学发展。

（2） 水资源管理

运用GIS技术能够确定水资源分区， 建立科学有效的管理模式， 分析水资源量， 直观地展示水资源分布和数量的动态变化， 有助于实现水资源的合理利用。

（3） 防洪减灾

GIS应用主要表现在防汛决策支持系统[4]和洪灾损失评估， 它以GIS为基础， 实现了决策方案、防汛信息、损害范围的直观化和形象化表达， 为全国防汛决策提供有力的技术支撑。

（4） 水土保持

利用GIS技术能够进行水土流失预测和动态监测[4]， 查询、统计、分析土地分区和土地利用情况， 有利于重点区域水土流失综合治理措施的制定， 提升治理效果。

（5） 水质监测

建立GIS水质监测应用平台， 能够掌握水质的实时动态变化， 及时辨析污染源头， 有利于地表水、地下水储量分析， 模拟水量调度， 提高水资源利用水平。

（6） 水文预报

通过GIS技术， 整合水文基础数据， 实现基础背景数据管理， 对空间和属性数据的查询， 统计数据以及显示检索， 为水文预报提供基础数据支撑[5]。

3 GIS技术应用展望

随着计算机技术的发展， GIS技术在水利工程应用的内容已从结合地理要素的水利信息查询展示发展到利用GIS空间运算完成水利信息的分析、计算、模拟与统计。近年来， 结合遥感、GPS等前沿技术， 构建3D、4D地理信息系统平台， 实现多维度水工建筑仿真应用已成为水利信息化应用新趋势 （如三维可视化洪水淹没分析与灾情评估系统、4D水利施工管理系统等[6]） 。水利要素具有的空间地理属性促进了GIS在水利应用中的高速发展， 纵观发展历史， 水利GIS应用的发展趋势主要表现为应用内容的发散性扩展及应用技术的融合性集成。

3。1 应用内容扩展

利用GIS技术， 实现工程环境分析模拟的形象化， 并且在一定程度上提高了获取信息的时效性和准确性， 有利于管理和决策。因此， 今后GIS技术将逐渐覆盖水利行业的各个方面， 促使水利信息化进一步发展。

（1） 洪水模拟

利用洪水历史资料， 结合GIS平台， 建立合理的流域模型， 通过可视化模拟， 分析流域洪水成因、洪水特性及其规律；通过地理信息要素分类， 分析各主要河道的自然条件；运用GIS技术， 进行上下游洪水演进模拟分析， 促使建立一定洪水标准下合理的蓄、滞、泄关系及管理措施等。

（2） 供水预案

建立供水、需水、蓄水地理信息管理平台， 通过电子地图可视化展示水源地分布， 有助于研究可能的供水方案与主要工程措施及用水管理与供水水质保证措施。

（3） 水质分析

实现水质采集自动化， 分析地质、水质信息的地理属性， 应用GIS技术研究土壤侵蚀分区；分析各类可能污染源；利用历史资料， 模拟预测不同规划水平年的污染负荷量和水质变化， 以此为基础研究保护水资源应采取的措施。

（4） 工程测量

应用无人机搭载遥感、GPS设备， 采集、处理工程测量数据， 利用GIS技术实现测量数据可视化， 减少外勘人力成本， 提高工程测量的.精度与效率， 便于数据成果的合理应用。

3。2 应用技术深入

（1） GIS技术发掘

随着GIS技术的发展， 多种空间数据结构 （如“真三维”、“时空四维”） [7]应运而生， 面向对象的数据模型和实用的界面语言正处于高速发展阶段， 数据自动输入技术不断完善， 各行各业GIS应用模型开发力度不断加大， GIS的网络共享能力 （webGIS） 不断增强。在这样的大环境中， 水利与GIS的结合必将更加深入， 具体表现为水利数据信息的表达将趋于多维度、丰富性、立体性、共享性， 水利应用模型将趋于结构化、可扩展性， 形成整个水利行业的GIS综合管理平台， 逐渐打开GIS综合系统与水利专业系统共存共荣的局面。

（2） 相关技术集成

鉴于水利空间数据的时间性和复杂性， 单一的GIS技术很难满足水利要素的处理要求。因此， 在水利工程的应用中， “3S”技术 （全球定位系统GPS、遥感RS、地理信息系统GIS） 、无人机技术的集成已成为必然的发展趋势。GPS为GIS的快速定位和更新提供手段， 遥感技术的多谱段、多时相、多传感器和多分辨率的特点， 为GIS不断注入“燃料”， 反过来又可利用GIS支持从遥感影像数据中自动提取语义和非语义信息， 而无人机则可作为遥感设备提供载体[7]。利用无人机航拍， GPS和RS赋予了GIS实时、动态属性。3S技术整体结合所构成的水利地理信息系统是高度自动化、实时化的GIS系统。这种系统不仅具有自动、实时地采集、处理和更新数据的功能， 而且能够分析和运用数据， 为水利各学科应用提供科学的决策咨询。

多媒体地理信息系统 （MGIS） 将文字、图形 （图像） 、声音、色彩、动画等技术融为一体， 为GIS应用开拓了新的领域和广阔的前景[8]。它能够以最直观的方式表达和感知空间地理信息， 以形象化的、可触摸 （触屏） 的甚至声控对话的人机界面操纵空间地理信息处理的技术。应用MGIS的水利地理信息系统将对结构、功能及应用模式的设计产生极大的影响， 使得各类信息的表现形式更丰富， 更灵活， 更友好。

4 结语

毋庸置疑， 水利GIS应用的基础是地理空间数据和水利专题要素数据， 相关专业 （如测量专业） 的发展将对其产生明显的限制或促进作用。因此， GIS在水利工程中的应用水平应依据各专业的发展稳步提高， 防止闭门造车， 构建海市蜃楼。

复杂技术集成的GIS在水利工程上的应用将会成为今后一段时期内水利信息化的主要趋势。搭建集工程规划、建设、管理为一体的水利工程综合地理信息平台， 能够实时、有效地展示工程运行情况， 模拟防洪工况， 提高管理决策能力， 为水利信息化事业发展添砖加瓦。

参考文献

[1]刘林宁。地理信息系统在水利工程中的应用探讨[J]。农村经济与科技， 2016， 27 （18） ：65。

[2]鞠尊洲。3S技术在水利工程测量中的应用[J]。科技信息 （学术研究） ， 2008 （14） ：239—240。

[3]李蕾。浅谈在水利工程建设管理中信息技术的应用[J]。建设科技， 2016 （17） ：93。

[4]王芳， 卜倩倩。探析计算机地理信息系统在水利中的应用[J]。资源节约与环保， 2015 （03） ：154。

[5]赵晓敏， 李本怀。GIS技术在水文预报中的应用—以长春新立城水库为例[J]。水利技术监督， 2013， 21 （02） ：64—66。

[6]刘丹， 刘萍， 樊耔均。GIS在水利现代化中的应用和发展趋势[J]。硅谷， 2012， 5 （24） ：43+42。

[7]张会玲。GIS技术应用及未来发展趋势[J]。信息系统工程， 2012 （04） ：98—99。

[8]董凤服， 刘洋。GIS技术的发展趋势[J]。网络与信息， 2007 （08） ：65。

3d GIS虚拟现实数据存储系统设计数字校园数据库设计等等

1私有云GIS在国土资源档案管理中的应用

1.1应用模式的选择

GIS是管理国土资源档案数据的必需技术手段，就目前我国的GIS市场而言，基于私有云的应用会成为一个很重要的方向。由于国土资源档案多数数据都是涉密或敏感的，国土资源档案的利用也是比较专业的，且用户对象集中在国土资源行业和档案利用部门，这些因素就决定了国土资源档案不适合建立在公有云GIS平台上。基于国土资源档案数据的安全性和保密性，在云GIS的3种建设模式中，私有云GIS是国土资源档案管理应用的最佳选择。

1.2私有云GIS架构

Esri公司已推出支持云架构的GIS平台产品ArcGIS 10 o Esri云架构是首先建成并且比较成熟的产品架构，基于私有云GIS的国土资源档案管理平台采用Esri的云架构，将使用ArcGIS 。10平台来建设国土资源档案云GIS

本文所论述的国土资源档案私有云GIS平台以广东省国土资源档案馆的省级档案平台为例。该平台按照云计算的典型3层级服务形式搭建，包括了省级国土资源档案数据中心的各项基础设施，如存储设备、网络设备、服务器和客户端等，这就是IaaS层(基础设施即服务)的组成内容。而部署云GIS最关键的就是在基础设施层上架构GIS平台，将ArcGIS10部署到基础实施层上，搭建PaaS层(平台即服务)。在SaaS层(软件即服务)上，部署“云端”服务，满足国土资源档案管理在“云端”的应用需求。IaaS层的设施架构在省级国土资源档案数据中心，与公有云不一样的是，私有云CTIS的网络是政务专网，用户限定在国土资源档案管理部门以及其他档案应用部门。在架构好的省级国土资源档案云平台上，将预先配置好的ArcGIS Server以及企业级Geodatabase镜像架构在PaaS层，就实现了国土资源档案私有云CTIS平台。在该私有云平台上的用户(包括各级行政管理部门)，按照国土资源档案管理有关规定，申请使用该云CTIS平台上的资源，而不需像企业所建公有云一样，通过付费使用。这样，省级以下的市县级档案管理部门就可以节省构架平台的费用和时间，不需要遵循亚马逊提供服务的付费方式，便可以根据ArcGIS的“T ermLicense”选择不同的使用模式。在CTIS软件即服务层( SaaS)上，提供了基于云的客户端和应用程序，各级档案管理部门可以利用CTIS工具和数据解决复杂的国土资源档案业务问题。

2“云端”的国土资源档案服务

2.1档案资源服务

在省级国土资源档案私有云平台上，档案资源的服务包含了档案平台中的基础设施(数据中心)服务、国土资源档案数据资源和档案管理的应用功能服务。

广东省国土资源档案云平台由数据中心和档案管理与应用平台组成，采用虚拟化技术整合成为一个虚拟资源池，在省级和市级网络中通过hub来协调工作。虚拟数据中心的hub建在广东省国土资源档案馆，由省级国土资源档案馆的数据中心管理机构提供网站门户技术和服务器资源。为了支撑全省国土资源档案管理部门(1个省级馆和21个市级馆)和其他用户对网站和注册表的访问，数据中心需投入至少22个虚拟服务器，以满足全省各市级馆使用档案云平台的需求。对这些参与进来的市级国土资源档案部门，其空间数据档案资源的.服务都可以通过这个云平台的站进行访问。这样，无论哪一个单位的档案基础设施是否具备网络地图档案服务，它都可与在云平台上的任何具有这项服务的单位进行合作，并发布基础地图档案数据。正因为如此，加入云平台网络的用户，都应将其档案资源迁移到云端，依托于广东省国土资源档案云平台的基础设施和应用程序对国土资源档案进行管理。

国土资源档案数据资源以空间数据库的形式进行管理，在应用界面上表现为不同的图层数据，这种空间数据档案的管理服务通过云CTIS来实现。用户在国土资源档案私有云平台的网络中，使用注册表中的网络服务地址，每个国土资源档案数据集能够被显示在不同的CTIS软件包或者网络站点上。基于Esri公司的ArcGIS Server和ArcGIS Desktop，广东省国土资源档案云平台可以提供地图档案服务和空间定位搜索等服务，并显示来自每个单位档案资源提供者的多源空间数据层。

2.2基于GIS的档案应用服务

在设计基于私有云CTIS技术的国土资源档案云平台时，重点考虑的就是针对国土资源档案空间地理特征，对国土资源档案提供全面的CTIS方法服务，即对国土资源数据档案的管理实现各类地图服务。ArcGISServer可以通过模仿亚马逊弹性计算云(amazon elasticcompute cloud，简称Amazon EC2)部署到省级国土资源档案私有云的云端。

在云端除了能将国土资源档案空间数据集组合存储到云平台专用网络的地图环境下，以便与各级档案管理部门用户进行共享外，还能提供各种常用的地图可视化操作工具，如地图缩放、平移、定位、空间搜索和图层透明度控制等GIS方法服务。在这些分布式服务器上生产的国土资源档案数据，可以直接发送到各个用户的网络客户端上。每一个参与者都通过一个标准的地图服务(WMS, WFS或WCS来提供它的国土资源档案数据。通过云平台站，可以实现国土资源档案所有的应用服务。这样，各级用户就可以通过ArcGIS Online的方法访问云端来获得各种地图档案应用服务，包括即拿即用的地图档案资源服务和GIS操作方法服务。

3结语

目前，我国对地图数据的安全有着很高的政策要求，云GIS尚难全面推广。但是，国土资源档案管理部门建立私有云GIS平台，使云端的架构和应用服务都在政务专网的局域内进行，既保障了国土资源档案数据的安全，又充分发挥了云GIS技术的优势，避免各部门重复投资，为国土资源档案信息化发展提供了新的思路。