摘要：本文分析了計算機技術(shù)在水土保持監(jiān)測管理的綜合應(yīng)用，探討基于“3s”技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)及軟件運用等綜合技術(shù)應(yīng)用下水土保持監(jiān)測系統(tǒng)的體系架構(gòu)、總體功能及其關(guān)鍵技術(shù)與特點。同時也為水土保持監(jiān)測管理的信息化建設(shè)提供示范與借鑒。

　　關(guān)健詞：水土保持,軟件,地理信息系統(tǒng),空間數(shù)據(jù)庫

　　引言

　　水土保持監(jiān)測是對水土流失及其治理動態(tài)實施監(jiān)測，監(jiān)測指標體系分為指標類、指標亞類和指標三級，并分析評價水土流失危害及其治理成效的過程。新技術(shù)的發(fā)展對水土保持監(jiān)測管理的信息化提出了更高的要求。綜合應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、管理信息系統(tǒng)等設(shè)計了水土保持監(jiān)測信息系統(tǒng)，對于掌握水土流失的動態(tài)變化具有十分重要。

　　一、概述

　　利用計算機對水土監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建需要基于“3s”技術(shù)、邏輯關(guān)系型空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)、組件式技術(shù)、三維仿真技術(shù)與多媒體技術(shù)等并實現(xiàn)多技術(shù)的有機集成。水土流失過程是水文氣象、下墊面土壤、土地利用、植被、地形地貌及人類活動的復(fù)雜函數(shù)集。遙感技術(shù)與GPs技術(shù)為水土保持監(jiān)測與信息采集提供了充分的信息支撐;GIS實現(xiàn)水土保持監(jiān)測屬性信息與反映地理位置的空間圖形信息有機地結(jié)合并具有強大的空間分析與處理能力，其中組件式GIs技術(shù)已成為新一代GIS技術(shù);仿真技術(shù)的三維虛擬場景的模擬極其復(fù)雜，要求具有靈活性、可移植性與實時交互等特性;數(shù)據(jù)庫技術(shù)、空間數(shù)據(jù)引擎技術(shù)的發(fā)展使屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的物理集成成為空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的技術(shù)保障。

　　二、水土保持監(jiān)測與管理信息系統(tǒng)

　　水土保持監(jiān)測與管理信息系統(tǒng)是國家863 計劃重大行業(yè)3S 應(yīng)用示范支持項目，并得到科技管理部門科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金以及中關(guān)村科技創(chuàng)新基金支持。系統(tǒng)面向水土保持各項業(yè)務(wù)包括：水土保持監(jiān)測預(yù)報信息系統(tǒng)、水土保持項目管理信息系統(tǒng)、水土保持預(yù)防監(jiān)督信息系統(tǒng)和基于WebGIS 的水土保持信息發(fā)布系統(tǒng)。通過自動化快速準確獲取水土流失生態(tài)環(huán)境、水土保持治理與預(yù)防保護等各項動態(tài)數(shù)據(jù)形成自監(jiān)測點到國內(nèi)5級監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通技術(shù)構(gòu)架，實現(xiàn)了全國水土保持數(shù)據(jù)共享，為水土流失規(guī)律研究和預(yù)測、預(yù)報、預(yù)防監(jiān)督管理和水土保持宏觀決策提供數(shù)字技術(shù)平臺。該系統(tǒng)已在全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)建設(shè)中全面應(yīng)用。

　　1.系統(tǒng)主要內(nèi)容及功能

　　信息管理系統(tǒng)主要圍繞水土流失監(jiān)測、治理項目管理、開發(fā)建設(shè)項目管理、監(jiān)督執(zhí)法、科學(xué)研究以及項目前期規(guī)劃、工程設(shè)計、水土保持信息發(fā)布等業(yè)務(wù)進行設(shè)計和開發(fā)，建設(shè)以小流域為單元的省、市、縣(區(qū))多層次分布式的計算機網(wǎng)絡(luò)管理模式，從而實現(xiàn)水土保持業(yè)務(wù)管理標準化和自動化。系統(tǒng)必須滿足省、市、縣(區(qū))不同層次的水土保持職能部門的業(yè)務(wù)需求，同時具有圖形數(shù)字化輸入(出)、數(shù)據(jù)庫管理、統(tǒng)計報表、小流域規(guī)劃設(shè)計等功能。

　　2.技術(shù)應(yīng)用

　　系統(tǒng)基于自主知識產(chǎn)權(quán)的DTGIS 和Oracle數(shù)據(jù)庫針對不同應(yīng)用人員特點將用戶分為業(yè)務(wù)用戶、決策用戶和公眾用戶。具有以下特點：

　　(1)系統(tǒng)內(nèi)各功能模塊均采用模塊化和插件技術(shù)以利于系統(tǒng)重構(gòu)。分布式GIS實現(xiàn)水土保持空間數(shù)據(jù)分布式計算，統(tǒng)一管理。水土保持生態(tài)建設(shè)項目可隨時添加到系統(tǒng)中實現(xiàn)各類項目統(tǒng)一管理。

　　(2)綜合應(yīng)用3S技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫、時空動態(tài)數(shù)據(jù)庫、元數(shù)據(jù)、海量數(shù)據(jù)存儲等技術(shù)。

　　(3)規(guī)范水土保持各項業(yè)務(wù)信息建立了統(tǒng)一的水土保持空間和業(yè)務(wù)元數(shù)據(jù)庫。按業(yè)務(wù)動態(tài)加載各項功能可操作性強。

　　(4)統(tǒng)籌考慮國家流域機構(gòu)各省自治區(qū)地市縣各級監(jiān)測站網(wǎng)關(guān)系，建立互聯(lián)互通的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了多層次信息資源共享。

　　(5)按流域行政兩種邏輯組織和管理時空數(shù)據(jù)符合水土保持管理需要。按業(yè)務(wù)定制專題圖,用戶自由定制統(tǒng)計報表,各類統(tǒng)計結(jié)果均可保存為Excel 文件。

　　(6)GIS、 MIS 與水土保持業(yè)務(wù)有機集成,實現(xiàn)水土保持業(yè)務(wù)管理自動化。

　　(7)增量存儲空間動態(tài)數(shù)據(jù)，利用時空數(shù)據(jù)模型分析管理各類業(yè)務(wù)，降低系統(tǒng)建設(shè)和運行成本。

　　(8)應(yīng)用系統(tǒng)平臺與各級水土保持數(shù)據(jù)庫集成，方便定制個性化水土保持信息系統(tǒng)。

　　本系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)入庫，編輯，查詢顯示，專業(yè)分析統(tǒng)計報表，專題制圖，審核上報信息，發(fā)布三維虛擬等功能，可以對各專題的屬性數(shù)據(jù)，多媒體數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)進行編輯，可以用多種方式按照多種標準查詢各類不同的專題，并按照業(yè)務(wù)需求自動生成各種專題圖和各類報表等。

　　三、軟件技術(shù)運用

　　地理信息系統(tǒng)中有兩種數(shù)據(jù)，一是空間數(shù)據(jù)，二是屬性數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)是指描述空間目標的空間位置、幾何形態(tài)以及與其他空間目標相對關(guān)系的數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)是描述空間目標的社會或自然屬性的數(shù)據(jù)。

　　1.Arclnfo軟件運用

　　Arclnfo是美國ESRL公司于1982年推出的第一個地理信息系統(tǒng)軟件，經(jīng)過多年的努力，現(xiàn)已成為世界上功能強大而且應(yīng)用廣泛的GLS軟件之一。Arclnfo及其系列產(chǎn)品結(jié)合ERDAS,ARCGLS等GLS軟件，正在被成功地應(yīng)用于水土保持本底數(shù)據(jù)庫建設(shè)、遙感圖像處理、數(shù)字高程模型建立、土地利用現(xiàn)狀及水土保持措施調(diào)查、植被覆蓋度調(diào)查、水土保持專題圖制作、三維立體景觀建立等很多方面。在水土保持監(jiān)測方面，利用Arclnfo軟件勾繪水土保持措施和水土流失圖斑，提取水土保持信息，具有操作方便、精度高、編輯容易等優(yōu)點，因而得到了廣泛應(yīng)用。Arclnfo支持多種GLS軟件的數(shù)據(jù)格式，并且提供了與部分軟件數(shù)據(jù)之間相互轉(zhuǎn)換的功能。

　　2.Microstation軟件運用

　　Microstation是美國BENTLEY公司針對特定行業(yè)而開發(fā)的專業(yè)工程設(shè)計軟件，它具有AutoCAD的一切功能，支持多種光柵圖像(航拍照片、衛(wèi)星圖像、掃描圖等),在2D繪圖、3D模型制作上更是超過了其他很多設(shè)計平臺，被廣泛地應(yīng)用于建筑設(shè)計、土木工程、交通運輸、地理信息、水土保持等領(lǐng)域。在水土保持方面，用來定制研究區(qū)域的地理坐標網(wǎng)、糾正各種光柵圖像以及制作正射影像圖等。Microstation設(shè)計文件以后綴為DGN的文件存儲，它不僅支持DGN文件，還可以打開并保存其他文件格式，如DWG和DXF文件，并且提供了與這些文件間的輸入輸出功能。

　　運用這些軟件不但可以豐富流域水土保持本底數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，也可以為全流域水土保持本底數(shù)據(jù)庫建設(shè)提供基礎(chǔ)資料。也可以獲取其他調(diào)查研究區(qū)域的DEM。DEM作為基礎(chǔ)資料，可以用于水土保持工作的很多方面，如水土保持工程規(guī)劃設(shè)計，植被覆蓋度、壩系、生態(tài)修復(fù)的調(diào)查與監(jiān)測等。

　　四、水土保持空間數(shù)據(jù)的多尺度性

　　多尺度數(shù)據(jù)集成是依據(jù)多尺度數(shù)據(jù)表達地學(xué)過程對尺度的要求，用戶數(shù)據(jù)尺度要求等對數(shù)據(jù)空間和屬性特征的處理。空間多尺度數(shù)據(jù)集成中可把數(shù)據(jù)的時間特征作為靜態(tài)變量或常量處理。空間多尺度是對連續(xù)地球表面空間的無縫分解。關(guān)于空間數(shù)據(jù)集成的尺度問題，目前在理論上還沒有形成統(tǒng)一的技術(shù)體系。在實踐上還沒有一個支持多尺度空間數(shù)據(jù)集成的GLS工具軟件.從多尺度空間數(shù)據(jù)集成的實現(xiàn)方法看，主要有以下幾種方案：

　　1.多庫一版本

　　即根據(jù)GLS應(yīng)用系統(tǒng)對比例尺的需求,分別建立與不同比例尺相對應(yīng)的多個空間數(shù)據(jù)庫,各種比例尺數(shù)據(jù)庫之間相互獨立.通過GLS應(yīng)用系統(tǒng)對比例尺的要求調(diào)入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫。該方法是一種最普通的方法，其優(yōu)點是可以充分利用現(xiàn)有空間數(shù)據(jù)庫資源，缺點是數(shù)據(jù)重復(fù)采集，數(shù)據(jù)更新和維護困難，數(shù)據(jù)集成度差。

　　2.一庫多版本

　　即建立最大比例尺的主導(dǎo)數(shù)據(jù)庫版本。基于這個主導(dǎo)數(shù)據(jù)庫版本，采用制圖綜合的方法派生出其他比例尺的數(shù)據(jù)庫版本。該方法的優(yōu)點是充分利用了現(xiàn)有數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)建庫工作量和數(shù)據(jù)庫存儲空間。該方法是一種局部的方法，只適合于某一類數(shù)據(jù)庫，該方法可以作為其他方法的有益補充。

　　3.一庫一版本

　　即采用一種特殊的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲最大比例尺的空間數(shù)據(jù)。其他比例尺的數(shù)據(jù)隱含在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，根據(jù)使用需要從存儲結(jié)構(gòu)中實時提取數(shù)據(jù)。該方法是一種最理想的方法，數(shù)據(jù)集成度高，但該方法依賴于GLS工具軟件，也只適用于某一類空間數(shù)據(jù)庫。

　　4.多庫多版本

　　即將空間數(shù)據(jù)庫劃分為幾種主要的比例尺，系統(tǒng)存儲主要比例尺的空間數(shù)據(jù)庫，其他比例尺數(shù)據(jù)庫從鄰近比例尺數(shù)據(jù)庫中派生。系統(tǒng)根據(jù)需要選擇要連接和調(diào)入的空間數(shù)據(jù)庫，該方法是最可行的方法，它結(jié)合了多庫一版本和一庫多版本的優(yōu)點，既合理地減少了數(shù)據(jù)采集工作量，又很好地滿足系統(tǒng)對不同空間數(shù)據(jù)源的需求。

　　結(jié)語

　　以“3S”技術(shù)和計算機為平臺，建立集水土保持動態(tài)監(jiān)測和信息管理為一體，涵蓋水土保持機構(gòu)管理、監(jiān)督執(zhí)法、水土流失防治項目管理、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、科學(xué)研究等內(nèi)容的數(shù)字化管理系統(tǒng)，對改變以往簡單、粗放的管理形式，提高水土保持工作管理水平，逐步實現(xiàn)“數(shù)字水保”有重要意義。

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