CN107562953A - 一种基于gis地理信息技术的河流信息系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统，用于对河流信息进行实时动态监测，包括用于在河流现场实时采集信息数据的前端信息采集单元、用于提取和录入已知的河流相关信息的数据库、用于接收前端信息采集单元采集数据和数据库信息并加以分析处理的服务器、用于实现信息无线传输的无线通讯模块；所述前端信息采集单元通过无线通讯模块通信连接服务器；所述数据库与服务器通信连接；所述服务器设置有GIS平台系统，能够在建立完善数据库的基础上结合河流现场信息，利用GIS地理信息技术在后台服务器直观详细地模拟出河流信息，从而实时掌握河流各方面信息情况。

Description

一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统

技术领域

本发明涉及河流信息系统领域，具体的说，是一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统。

背景技术

传统的河流信息管理包括水量水质信息管理、水工程信息管理以及与河流建设相关的信息管理，例如区域经济信息、生态环境信息、气候气象信息、地址灾害信息等，在各部门之间传递，其最大的问题就是工作效率低下。而且查询与分析功能脱节，已经不能适用于经济的迅速发展和人名群众不断高涨的用水需求。在管理河流信息数据时，主要以手工作业为主，信息都以图标或文件资料的形式保存，信息存储，流通方式和信息处理极不方便，造成周期长，容易出错，费工费时，在研究问题时，多以定性分析为主，不利于综合分析与信息提取。这些情况已经表明：现行业运作机制已经不能适应经济发展对河流管理部门提出更高要求。而河流信息化将提高河流管理的决策水平和管理水平，使合到管理为过敏经济和社会发展提供可靠保障。可以说加快河流管理信息化建设，既是国民经济信息化的重要组成部分，也是河流治理和管理自身发展的迫切需要。

虽然现在各种已经建立的河流信息系统有着不同的功能，并提升了一定效率，但是还存在以下问题：1、信息共享性不足；构建河流信息系统数据库所需要的数据来源有规划院数据、地理信息所数据和遥感所数据等，缺少一个共同的部门和平台进行领导。各单位的数据共享性不好，有的数据有重复，有的数据都有缺失，导致在手机整理源数据上做大量工作，严重降低了数据库构建效率。2、数据规范和标准不统一；目前，在全国或升、市范围内尚未制定统一的建设标准，城市水系统数据库的数据规划和标准不统一，如数据标准、代码标准和开发平台标准等，难以兼容和共享需要进行后续处理，直接利用率低。3、系统功能应用性单一；国内一些城市建立的基于GIS的河流信息系统应用型差，后期开发性弱。构建河流信息系统数据库只能用于其数据的编辑、查询以及简单的统计，存在很大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统，能够在建立完善数据库的基础上结合河流现场信息，利用GIS地理信息技术在后台服务器直观详细地模拟出河流信息，从而实时掌握河流各方面信息情况。

本发明通过下述技术方案实现：一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统，用于对河流信息进行实时动态监测，包括用于在河流现场实时采集信息数据的前端信息采集单元、用于提取和录入已知的河流相关信息的数据库、用于接收前端信息采集单元采集数据和数据库信息并加以分析处理的服务器、用于实现信息无线传输的无线通讯模块；所述前端信息采集单元通过无线通讯模块通信连接服务器；所述数据库与服务器通信连接；所述服务器设置有GIS平台系统。

其中，关键在于其数据库的设计和现场信息的实时采集，在数据库设计是时，需对河流域河道信息资源的手机和科学考察。信息资源的收集中主要包括河道自然属性、河道建筑工程、河道流域管理现状调查、分析；科学考察又包括国内外河道信息化管理的图库结构、管理模式。

现场信息的实时采集手段则采用如今非常热门的物联网信息采集技术，通过在现场河流周边设置各种信息检测模块，采集到的信息通过无线通信模块远程发送至后台的服务器进行记录和处理，实现信息的动态掌握。

而后台的服务器系统则充分考虑了计算机软、硬件技术的先进性、模型的科学性、信息的实时性、结构的合理性、操作的灵活性、系统的实用性、整体性、开放性和可推广性等原则，在建设中使用了大量不同结构和不同格式的数据，以及VB、Oracle等不同软件平台，所以为了达到统一的效果，系统采用了很多集成技术，主要包括数据集成技术和多软件应用集成技术。数据的集成是指系统建设涉及到的DEM数据、地理信息数据、水利工程数据等，这些数据结构、格式各不相同，系统依据各类数据空间上和属性上的联系，屏蔽了各类数据在格式结构方面的不同，把不同类型的数据集成到统一平台中，方便系统使用。

其工作时，服务器中的GIS平台系统对已经设计好的数据库进行数据提取，提取的数据作为所要建立河流信息模型的依据，例如通过河流的地理相关坐标数据可模拟生成河流的三维图像、通过河流周围的建筑信息，在平台系统中在河流模型基础上显示其位置信息等。

而前端信息采集单元则实时采集河流现场的相关信息，例如，通过水位检测模块监测当前河流水位、通过水质检测模块监测水中的污染物含量、通过GPS定位模块测量河流周围的地形沉降情况以及河流上运行船舶的位置情况等。

最终服务器系统通过前端信息采集单元采集的实时信息和数据库中所存储的信息，建立其河流的动态可视信息，以便于使用者能在服务器端远程监测河流情况，详细掌握到河流信息。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述前端信息采集单元包括水质检测模块、流速检测模块、水温采集模块、水质检测模块、GPS定位模块、气候气象检测模块；所述水质检测模块、流速检测模块、水温采集模块、水质检测模块、GPS定位模块、气候气象检测模块均连接有无线通讯模块。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述无线通讯模块为ZigBee模块。这里采用ZigBee模块作为无线通信模块，是因为它具有结构简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点，除此之外，每一个ZigBee网络节点还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点无线连接，非常适用与距离不是很远的路灯与控制总机的稳定信息传输。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述数据库包括河道基本信息数据库、桥梁工程数据库、拦建筑物数据库、水文站信息数据库、涉河建筑物数据库、取水泵站数据库、取排水口数据库、船舶航线数据库、水质污染物数据库。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述涉河建筑物数据库包括涉河建筑基本信息表、建筑物类型表、建设信息数据表、改造信息数据表、建筑物防洪信息表。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述水文站信息数据库包括水文站基本信息表、水文站类型表、洪水特征表、水位流量特征表。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述桥梁工程数据库包括桥梁基本信息表、桥梁类型表、桥梁建设信息数据表、桥梁改造信息数据表、桥梁防洪信息表。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述数据库的设计方法包括以下几个步骤：

a.需求分析；通过详细调查实际要处理的对象，明确各用户的需求，在此基础上确定新的功能；

b.概念设计；总结现有的数据资源，分析用户的数据需求，按照数据结构、数据内容、所在部门等特征对地理空间数据和非空间数据进行分类，然后提出相关数据模型、数据生产与使用政策、数据管理方式等。其中，概念模型的要求：第一，具有较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识；第二，应该简单、清晰、易于用户理解，是用户与数据库设计人员之间进行交流的语言。数据概念模型决定了空间信息的存储和组织方式，是数据库结构设计的基础，并决定了数据库机构设计的逻辑方向，直接影响了数据概念模型的表现效果和效率，在需求分析和逻辑设计之间增加概念设计步骤，可以使设计人员仅从用户的角度看待数据及处理要求和约束。

c.逻辑设计；分析、鉴别、抽样出各种地理实体，补充各种实体的属性，指定其关键字段。逻辑设计的合适与否直接影响到整个数据库的功能和效率。这里，关系型数据库汇中的逻辑设计主要任务是将E—R图转变为关系模式的过程，设计结果是一组关系模式的定义，逻辑结构中的关系模型映射到实际应用中就是数据库表的结构。

d.物理设计；确定数据的存储位置以及确定建立存取路径。物理结构是指数据库在实际的物理设备上的存储结构和存取方法。物理设计则主要包含了两个方面内容：一方面，从提高系统性能的角度考虑，可以将表和索引放在不同的磁盘里，在查询时，两个磁盘的驱动分别工作，互不影响，提高了查询速度；而且。为了改进系统的功能，同样，可以将日志文件和数据库对象分别放在不同的磁盘里，同时将较大的表分别放在两个磁盘里，这样可以提高数据的存取速度，特别是对多用户来说，这点尤为明显。

另一方面，确定如何建立索引，即设计数据的存取路径。设计人员应该根据实际需要和实际物理环境来确定数据库的物理结构模型。这里需要注意，数据库物理设计的主要目的是：提高数据库的性能和节省存储空间，在这两个目标下，提高数据库的性能更为重要，在数据库物理设计中要解决的主要问题是：文件的组织方式和存取方法，索引项的选择，数据的簇集，数据的压缩，文件的分配等。

e.数据库的实施和维护；具体包括以下步骤：定义数据库结构、数据的载入、应用程序的编码与调试。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述GIS平台系统采用ArcGIS、Oracle、VB软件进行建立。该系统在建设中使用了大量不同结构和不同类型的数据，采用采用ArcGIS、Oracle、VB等多种软件平台和多种集成技术将DEM数据、地理信息数据、水利工程数据、优化配置方案和结果等集成到一个统一的平台中，实现了属性信息与空间信息的互通。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过合理的方法建立完善的数据库，能够快速准确地实现大量信息的存储、查询、处理和及时更新，避免人为的丢失很多可利用的信息；同时，能偶及时、直观、形象和全方位的展示复杂特征的信息，使研究者及其研究成果更好地与决策部门沟通，从而提高研究的使用价值，为科学地开发与管理提供了强有力的手段。

（2）本发明通过利用GIS地理信息系统，能够将复杂的模型和分析方法集成到模型库中随时调用，从而快速有效地处理各种数据和信息，掌握目前系统的状态，并可对未来的发展变化趋势进行预测，为管理对象合理规划和调配提供科学依据。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明实施例2中的模拟系统框图。

图3为本发明实施例3中的数据库设计流程图。

图4为本发明实施例4中的管理操作系统框图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统，如图1所示：主要由用于在河流现场实时采集信息数据的前端信息采集单元、用于提取和录入已知的河流相关信息的数据库、用于接收前端信息采集单元采集数据和数据库信息并加以分析处理的服务器、用于实现信息无线传输的无线通讯模块组成。前端信息采集单元通过无线通讯模块通信连接服务器；数据库与服务器通信连接；服务器设置有GIS平台系统。

前端信息采集单元包括水质检测模块、流速检测模块、水温采集模块、水质检测模块、GPS定位模块、气候气象检测模块；所述水质检测模块、流速检测模块、水温采集模块、水质检测模块、GPS定位模块、气候气象检测模块均连接有无线通讯模块。

无线通讯模块为ZigBee模块。这里采用ZigBee模块作为无线通信模块，是因为它具有结构简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点，除此之外，每一个ZigBee网络节点还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点无线连接，非常适用与距离不是很远的路灯与控制总机的稳定信息传输。

其工作时，服务器中的GIS平台系统对已经设计好的数据库进行数据提取，提取的数据作为所要建立河流信息模型的依据，例如通过河流的地理相关坐标数据可模拟生成河流的三维图像、通过河流周围的建筑信息，在平台系统中在河流模型基础上显示其位置信息等。

而前端信息采集单元则实时采集河流现场的相关信息，例如，通过水位检测模块监测当前河流水位、通过水质检测模块监测水中的污染物含量、通过GPS定位模块测量河流周围的地形沉降情况以及河流上运行船舶的位置情况等。

最终服务器系统通过前端信息采集单元采集的实时信息和数据库中所存储的信息，建立其河流的动态可视信息，以便于使用者能在服务器端远程监测河流情况，详细掌握到河流信息。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，如图2所示：其中，建立基于GIS技术的河流信息模拟系统，其关键在于其数据库的建立和河流现场信息的实时采集，在数据库设计是时，需对河流域河道信息资源的手机和科学考察。信息资源的收集中主要包括河道自然属性、河道建筑工程、河道流域管理现状调查、分析；科学考察又包括国内外河道信息化管理的图库结构、管理模式。

现场信息的实时采集手段则采用如今非常热门的物联网信息采集技术，通过在现场河流周边设置各种信息检测模块，采集到的信息通过无线通信模块远程发送至后台的服务器进行记录和处理，实现信息的动态掌握，其中，前端信息采集单元包括水质检测模块、流速检测模块、水温采集模块、水质检测模块、GPS定位模块、气候气象检测模块，用于对河流现场的气候气象信息进行检测、对水质情况水中的污染物含量进行检测、水流的流速情况进行检测、水的温度情况进行检测以及通过GPS定位模块对河流地形的沉降情况和船舶的通行进行检测。

而数据库则包括了河道基本信息数据库、桥梁工程数据库、拦建筑物数据库、水文站信息数据库、涉河建筑物数据库、取水泵站数据库、取排水口数据库、船舶航线数据库、水质污染物数据库。通过对多种数据信息进行录入建立完善的河流信息总数据库，以保证通过GIS平台能够建立完整详细的河流信息模型。

所述涉河建筑物数据库包括涉河建筑基本信息表、建筑物类型表、建设信息数据表、改造信息数据表、建筑物防洪信息表。

所述水文站信息数据库包括水文站基本信息表、水文站类型表、洪水特征表、水位流量特征表。

所述桥梁工程数据库包括桥梁基本信息表、桥梁类型表、桥梁建设信息数据表、桥梁改造信息数据表、桥梁防洪信息表。

而后台的服务器系统则充分考虑了计算机软、硬件技术的先进性、模型的科学性、信息的实时性、结构的合理性、操作的灵活性、系统的实用性、整体性、开放性和可推广性等原则，在建设中使用了大量不同结构和不同格式的数据，以及VB、Oracle等不同软件平台，所以为了达到统一的效果，系统采用了很多集成技术，主要包括数据集成技术和多软件应用集成技术。数据的集成是指系统建设涉及到的DEM数据、地理信息数据、水利工程数据等，这些数据结构、格式各不相同，系统依据各类数据空间上和属性上的联系，屏蔽了各类数据在格式结构方面的不同，把不同类型的数据集成到统一平台中，方便系统使用。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上做进一步优化，所述数据库的设计方法包括以下几个步骤：

a.需求分析；通过详细调查实际要处理的对象，明确各用户的需求，在此基础上确定新的功能；

b.概念设计；总结现有的数据资源，分析用户的数据需求，按照数据结构、数据内容、所在部门等特征对地理空间数据和非空间数据进行分类，然后提出相关数据模型、数据生产与使用政策、数据管理方式等。其中，概念模型的要求：第一，具有较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识；第二，应该简单、清晰、易于用户理解，是用户与数据库设计人员之间进行交流的语言。数据概念模型决定了空间信息的存储和组织方式，是数据库结构设计的基础，并决定了数据库机构设计的逻辑方向，直接影响了数据概念模型的表现效果和效率，在需求分析和逻辑设计之间增加概念设计步骤，可以使设计人员仅从用户的角度看待数据及处理要求和约束。

c.逻辑设计；分析、鉴别、抽样出各种地理实体，补充各种实体的属性，指定其关键字段。逻辑设计的合适与否直接影响到整个数据库的功能和效率。这里，关系型数据库汇中的逻辑设计主要任务是将E—R图转变为关系模式的过程，设计结果是一组关系模式的定义，逻辑结构中的关系模型映射到实际应用中就是数据库表的结构。

d.物理设计；确定数据的存储位置以及确定建立存取路径。物理结构是指数据库在实际的物理设备上的存储结构和存取方法。物理设计则主要包含了两个方面内容：一方面，从提高系统性能的角度考虑，可以将表和索引放在不同的磁盘里，在查询时，两个磁盘的驱动分别工作，互不影响，提高了查询速度；而且。为了改进系统的功能，同样，可以将日志文件和数据库对象分别放在不同的磁盘里，同时将较大的表分别放在两个磁盘里，这样可以提高数据的存取速度，特别是对多用户来说，这点尤为明显。

另一方面，确定如何建立索引，即设计数据的存取路径。设计人员应该根据实际需要和实际物理环境来确定数据库的物理结构模型。这里需要注意，数据库物理设计的主要目的是：提高数据库的性能和节省存储空间，在这两个目标下，提高数据库的性能更为重要，在数据库物理设计中要解决的主要问题是：文件的组织方式和存取方法，索引项的选择，数据的簇集，数据的压缩，文件的分配等。

a.数据库的实施和维护；具体包括以下步骤：定义数据库结构、数据的载入、应用程序的编码与调试。

如图3所示：从数据库的设计层次、顺序上划分可将数据库分为概念设计、逻辑设计和物理设计，其中，概念设计先是需求收集与分析再是设计概念结构，在概念设计步骤完成后需注意其转换规则和DBMS；接下的逻辑设计又包括了设计逻辑结构和数据模型优化，在概念设计步骤完成后需注意应用要求、DBMS特征和限定；最后的物理设计具体步骤依次为设计物力结构、评价设计和性能预测、物理实现、实施以及维护。更为具体地，其数据的概念模型设计包括了建立数据需求、数据特征、数据组织和数据关系。数据逻辑模型设计包括地理实体与属性定义，确定主键和外部键，建立实体关系模型和数据字典。空间数据库物理设计包括地理实体、属性、图层、图像的数据结构设计，属性字段的设计和数据的生成。

实施例4

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，所述GIS平台系统采用ArcGIS、Oracle、VB软件进行建立。该系统在建设中使用了大量不同结构和不同类型的数据，采用采用ArcGIS、Oracle、VB等多种软件平台和多种集成技术将DEM数据、地理信息数据、水利工程数据、优化配置方案和结果等集成到一个统一的平台中，实现了属性信息与空间信息的互通。

如图4所示：其GIS平台管理操作系统包括地图操作、双向操作、图形交互、信息管理。本系统主要是对所运行河流信息进行管理操作，实现其空间信息和属性信息的查询、编辑、管理、输出等。

其双向查询功能，包括地图属性查询和属性地图查询，地图属性查询就是在操作界面点出需要查询工程的位置查询该工程的属性，例如用户可以通过电机显示地图的位置即可查询到此位置的经纬度、所属区县、所述地市等信息。相反也可以通过用户所知道的工程的相关属性来查找该工程在图上的具体位置。

地图操作功能有全局显示，适时放大，适时缩小，上一视图，下一视图，适时平移六大功能，以便用户能够通过以上操作更清楚便捷地看到河流信息。

信息管理则包括图标分析、浏览编辑、多媒体信息查询，多媒体信息查询可以查询文本信息、录像信息和图像信息；图标分析功能主要是根据其河流的信息类型分析生成各种类型的分析图表；浏览编辑是以实现现有的河流数据库信息实现数据信息可编辑，以能够实时更新、存贮新数据等。

图形交互则包括了图形输出和图形管理，图形输出是指以当前数据库数据和实时信息采集的数据输出为可视化图形，可为三维或者二维图形，并通过图像管理实现其颜色、线条、符号、统计图表的管理。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统，用于对河流信息进行实时动态监测，其特征在于：包括用于在河流现场实时采集信息数据的前端信息采集单元、用于提取和录入已知的河流相关信息的数据库、用于接收前端信息采集单元采集数据和数据库信息并加以分析处理的服务器、用于实现信息无线传输的无线通讯模块；所述前端信息采集单元通过无线通讯模块通信连接服务器；所述数据库与服务器通信连接；所述服务器设置有GIS平台系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统，其特征在于：所述前端信息采集单元包括水质检测模块、流速检测模块、水温采集模块、GPS定位模块、气候气象检测模块；所述水质检测模块、流速检测模块、水温采集模块、GPS定位模块、气候气象检测模块均连接有无线通讯模块。

3.根据权利要求2所述的一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统，其特征在于：所述无线通讯模块为ZigBee模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统，其特征在于：所述数据库包括河道基本信息数据库、桥梁工程数据库、拦建筑物数据库、水文站信息数据库、涉河建筑物数据库、取水泵站数据库、取排水口数据库、船舶航线数据库、水质污染物数据库。

5.根据权利要求4所述的一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统，其特征在于：所述涉河建筑物数据库包括涉河建筑基本信息表、建筑物类型表、建设信息数据表、改造信息数据表、建筑物防洪信息表。

6.根据权利要求4所述的一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统，其特征在于：所述水文站信息数据库包括水文站基本信息表、水文站类型表、洪水特征表、水位流量特征表。

7.根据权利要求4所述的一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统，其特征在于：所述桥梁工程数据库包括桥梁基本信息表、桥梁类型表、桥梁建设信息数据表、桥梁改造信息数据表、桥梁防洪信息表。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统，其特征在于：所述数据库的设计方法包括以下几个步骤：

a.需求分析；通过详细调查实际要处理的对象，明确各用户的需求，在此基础上确定新的功能；

b.概念设计；总结现有的数据资源，分析用户的数据需求，按照数据结构、数据内容、所在部门等特征对地理空间数据和非空间数据进行分类，然后提出相关数据模型、数据生产与使用政策、数据管理方式；

c.逻辑设计；分析、鉴别、抽样出地理实体，补充实体的属性，指定其关键字段；

d.物理设计；确定数据的存储位置以及确定建立存取路径。

e.数据库的实施和维护；具体包括以下步骤：定义数据库结构、数据的载入、应用程序的编码与调试。

9.根据权利要求8所述的一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统，其特征在于：所述数据的载入包括以下步骤：筛选数据、输入数据、检验数据。

10.根据权利要求1所述的一种基于GIS地理信息技术的河流信息系统，其特征在于：所述GIS平台系统采用ArcGIS、Oracle、VB软件进行建立。