黄河中游多沙粗沙区电子地图系统开发介绍

百花草

王新福黄委会设计院测绘总队

摘要：黄河中游多沙粗沙区在黄河治理中具有重要地位，黄河水土保持信息化建设加快了步伐，本文介绍了黄河中游多沙粗沙区电子地图系统开发和应用情况。
关键字：DLG、DEM、Web电子地图、数据库、GIS
一、项目背景
黄河中游多沙粗沙区位于河龙区间及泾河、洛河上游，地理位置介于东经106°57′～111°58′、北纬36°00′～40°15′之间，面积约7.86万平方公里。涉及陕西、山西、甘肃、内蒙古、宁夏五省（区），9个地（盟、市）的45个县（旗、区），拥有总人口595.3万人，农业人口507.45万人，区内流域面积1000平方公里左右以上的一级支流有黄甫川、窟野河、无定河等21条。
本区是我国乃至世界上水土流失最严重、生态环境最脆弱的地区。一是气候干旱，降雨量少而集中，干旱、风沙等自然灾害时有发生；二是沟深坡陡、地形破碎，地表组成物易遭侵蚀；三是植被稀少而人口稠密；四是水土流失十分严重。
图1.1黄河中游多沙粗沙区区域图

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已有研究表明：黄河中游多沙粗沙区面积为7.86万平方公里，占河口镇至桃花峪区间总面积的22.8%，可产生的泥沙量占中游输沙量的69.2%，下游河道多年平均每年淤积泥沙约4亿t，一半左右是粗沙，其中72.5%是来源于中游的多沙粗沙区。因此，多沙粗沙区无疑是黄河流域水土保持生态建设的重点地区，通过加大对该区的综合治理，可以改善生态环境，促进当地经济发展，减少入黄泥沙，减缓黄河下游河床淤积抬高速度，减轻黄河下游防洪压力。
黄河中游多沙粗沙区，在黄河治理中具有重要地位，是黄河流域水土保持生态建设的重中之重，一直受到各级领导的高度重视。为了配合“数字黄河”工程建设，加快“数字水保”工程建设步伐，充实黄河流域水土保持终端站建设内容，适应黄土高原淤地坝建设的新形势，为各级领导和管理部门提供信息服务和决策支持，在黄河水利委员会水土保持局的安排下，由黄河水利委员会勘测规划设计研究院和黄河水利委员会水文局实施该项目的设计建设工作。
二、建设目标
以地理信息系统、数据库、网络等技术为支撑，利用多沙粗沙区地理、社会经济、自然以及水土保持综合治理情况、最新水保研究成果等资料，建立黄河中游多沙粗沙区电子地图系统，以WEB方式向管理部门、规划部门、科研部门和监督部门提供方便、快捷、形象、全面的信息支持，并成为社会各界了解该区水土保持建设的窗口。
三、指导思想及设计原则
1、指导思想
（1）以“数字黄河”工程总体规划及水保专题规划为指导，做好需求分析，把握正确的系统建设方向和设计内容；
（2）以系统近期建设目标为重点，考虑系统远期发展；
（3）协调同“数字黄河”工程相关系统建设的关系。
2、设计原则
（1）先进性原则：利用高新技术保证系统的先进性，建设一个性能稳定、先进实用的电子地图。
（2）标准化、规范化原则：建设内容、数据分类与编码、数据精度、作业规程等应符合有关国家标准、行业标准和地方标准，并统一到“数字黄河”工程的有关标准。
（3）面向应用原则：电子地图的应用系统界面友好，操作方便、灵活。系统建设以应用为导向，尽量采用现势性强的数据资料，满足水土保持管理、规划、科研、监督等部门以及社会各界信息查询的需要。
四、系统框架设计
多沙粗沙区电子地图系统的设计基于网络分布环境，系统体系结构采用多层C/S和B/S混合模式，数据库在服务器端局域网内进行管理和维护，最终用户利用浏览器通过黄河网和互联网进行信息浏览和查询。
系统的实现逻辑上主要分为三层：
底层为数据层（Data Layer），实现数据库存取服务，通过XML提供Web数据服务。 中间层为应用层（Business Logic/Application Layer），利用ArcIMS应用服务器提供的功能和系统实现的特定功能提供Web服务。
上层为表现层（Presentation Layer），Web客户端利用标准浏览器访问服务器提供的Web服务，所有ArcInfo或基于其上的客户端可访问服务器提供的Web服务，并可嵌入本系统提供的Web服务到其应用中。
通过基于通用Web服务，利用XML描述数据的结构和内容，采用网页HTML显示样式提供数据的表现形式（Presentation），实现了数据和表现形式的分离，使电子地图发布内容和形式具有很强的可扩展适应能力。
图4.1 多沙粗沙区电子地图系统网络体系结构图

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图4.2 多沙粗沙区电子地图系统UML Deployment图

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五、运行环境配置
1、软件配置
数据库服务器软件配置
Oracle 9i
ArcSDE for Oracle 9i
应用服务器软件配置
ArcIMS4.01、ArcIMS Mapserver，Windows环境。
WEB服务器软件配置
WebLogic
Java 运行时环境：JRE 1.3.1以上；
2、硬件配置
一台硬件服务器配置为数据库服务器
应用服务器与Web服务器共用一台硬件服务器
六、数据库设计
数据库内容包括地理数据库、水土保持专题数据库以及有关多媒体、音像材料和图片等。
1、地理数据库
地理数据库来源为1:100万黄河流域地图、1:25万比例尺地形图数据库、1:25万数字高程模型和TM遥感影像。地理数据库基于ArcSDE的Geodatabase数据模型设计。 矢量地理要素分为点、线、面，既包括几何数据也包括属性数据，所有地理要素具有公共属性项，为“ObjectId”和“要素代码”。地理要素分类、分层、编码按“数字黄河”工程标准《基础地理要素分类与编码标准》、《基础地理要素分层标准》。地理数据按整个黄河流域范围、多沙粗沙区范围和多沙粗沙区中行政区或支流流域范围划分了多级尺度，不同尺度范围的数据详细程度不同，数据进行多级尺度存储，虽然增加了很大冗余空间，但换取了查询效率的提高，尤其当多个并发用户访问多沙粗沙区电子地图系统时，高效的查询速度表现地更为明显。
2、水土保持专题数据库
水土保持专题数据采用最新水土保持治理、研究、统计成果，基于通用关系数据库模型设计，所有表格具有公共属性项，为“ObjectId”。视频、图片、文档、电子表格等资料以FTP站点方式建立资料库，资料以树状方式组织，如图7.1，系统通过FTP协议对资料进行访问，资料的管理在后台维护子系统实现，数据库中有元数据表记录了资料的注册信息。 图6.1

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七、系统主要功能
1、Web网页电子地图功能
放大、缩小、移动、复位、图层控制、图例、鹰眼等；
五大专题地图切换；
属性查询和地图定位； 图元闪烁；
距离量算、面积量算； 地图注释（网上即时批阅）；
随光标移动地图属性信息提示； 地图保存、打印。
图7.1 Web地图主界面

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2、资料查询功能
可查询多沙粗沙区域五大专题相关资料内容。
两种查询方式：地图点击查询或直接在右边功能区下拉组合框选择查询。
可查询显示资料类型包括：地图、表格、文档、图片、视频、音频等
3、系统后台维护功能
利用系统后台维护功能实现地图和其它数据的输入、管理、更新、维护；系统服务端的管理、系统安全权限管理。
4、权限管理、用户审计功能
提供用户资料及其权限、角色等的管理维护。记录用户访问日志，监视违规操作，对用户日志进行浏览维护。目前用户根据权限分为三类：高级用户、一般用户和游客。高级用户可以访问系统的所有功能和数据服务，并可通过其它客户端使用本系统提供的服务；一般用户可以访问电子地图和专题数据的查询功能，但不能下载和打印；游客身份不用严格的权限审批，可以访问部分演示和公共介绍网页内容。
八、电子地图内容
黄河中游多沙粗沙区电子地图内容由总体情况、主要支流、行政区划、水土保持类型区和重点治理项目五个部分组成。
1、总体情况：包括多沙粗沙区区域图和位置显示，多沙粗沙区内总体情况文本材料和表格内容。
2、重点支流：包括多沙粗沙区重点支流地图显示和相应的文字、表格、图片、音像资料内容。对每一条支流，都可查询相应的支流图、DEM和遥感影像叠加图、土壤侵蚀图、植被图等。
3、行政区划：内容包括多沙粗沙区45个县级行政区区域的显示和相应的文字、表格、图片、音像资料的介绍。
4、水保类型区：内容包括黄土高原九个类型区和多沙粗沙区四个类型区的显示和相应的文字、表格材料介绍。
5、水保生态工程重点治理项目区：内容包括分布于多沙粗沙区的9个水保生态工程重点治理项目区区域图显示和相应的项目概况、项目进展、图片和音像资料的介绍。
九、技术创新情况
黄河中游多沙粗沙区是黄河流域水土保持生态建设和水利部三大亮点工程之一——淤地坝工程建设的重点地区。黄河中游多沙粗沙区电子地图系统，适应目前黄河流域水土保持生态建设对信息化的要求开发而成，是“数字水保” 工程一个重要的组成部分。 主要有以下创新点：

[li]应用方式创新：系统采用B/S体系结构，通过Web方式向黄河网和Internet上用户提供电子地图服务，用户通过标准浏览器进行电子地图信息查询，操作简便，适应各种层次用户的需要。易用的Web电子地图，彻底改变了水保行业传统信息查询方式，在全国水利行业是第一家。
[/li][li]系统设计先进：系统设计坚持系统性、先进性、开放性、标准化，以流行商用地理信息系统、大型关系型数据库、标准网络技术为支撑，运行可靠；系统多层体系结构，便于扩展；技术体系和标准体系与“数字黄河”工程接轨。
[/li][li]系统功能先进：系统除具有一般电子地图功能外，还具有手机定位、短信服务、网上即时批阅、距离量算和面积量算等先进特色。
[/li][li]即时批阅满足高级用户交互办公的需要；手机定位使用户可以方便地通过手机查询其位置信息；这些特色服务获得了使用者的极大欢迎。 [/li][li]信息内容丰富：系统数据内容涵盖了黄河中游多沙粗沙区区域界定成果以及该区最新的水土保持、社会经济及基础地理资料，是目前关于黄河中游多沙粗沙区最权威、最新、最全面的资料数据库。这些治黄基础数据在国务院批复的《黄河近期重点治理规划》和《黄土高原淤地坝建设规划》中已得到了采用。
[/li][li]信息动态维护：通过后台维护子系统，管理用户可以随时方便地添加新的信息，保证了系统的时效性，使之成为一个活的、动态的系统。 [/li][li]系统运行安全：系统安全设计考虑了网络安全、数据安全、数据备份等内容，管理用户通过后台维护子系统可对系统审计和用户权限进行管理，保证了系统的安全运行。 [/li][li]数据管理先进：系统采用分级、分层、无缝衔接、地图服务、地图集服务等多种先进技术实施对电子地图的有效组织和查询，基础地理数据和各种专题数据分别管理，科学地实现了整合。[/li]

十、应用情况

[li]系统于2004年1月在黄委水保监控中心进行了网络发布； [/li][li]黄委会李国英主任等主要领导亲自到现场参观指导；
[/li][li]“亮相”2004年全国厅局长会议，向与会代表展示，受到了水利部领导和全国各地代表的好评；
[/li][li]湖北省水利厅、松辽委等多家流域机构和省区水利单位对系统进行了参观交流；
[/li][li]中国工程院院士山仑、中国科学院院士刘昌明等专家参观指导； [/li][li]目前，系统已经被水土保持管理部门应用于黄河中游多沙粗沙区内水土保持项目的动态管理，该系统将黄河中游多沙粗沙区最新的水保治理研究成果、基础地理信息以网络的形式进行了发布，为各级领导和水土保持管理部门了解和掌握该区的各种信息提供了一种全新、快捷的方式[/li]

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