CN111177300A - 一种能够展示黄河下游滩区淹没补偿信息的三维数字化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开能够展示黄河下游滩区淹没补偿信息的三维数字化系统，包括滩区社会经济信息管理子系统及滩区三维信息展示子系统，均按数据层、数据访问层、系统应用层和系统表现层的架构设计；滩区社会经济信息管理子系统的信息是滩区三维展示系统进行淹没统计的基础，滩区三维信息展示子系统计算出淹没的村庄后，根据社会经济信息管理数据库中存放的乡村信息，进行淹没损失统计用以及三维场景展示。本发明能对黄河下游滩区信息，开展相应决策活动，提供全面、动态、直观的技术手段，同时进行科学、快捷、可靠的社会经济影响分析、灾害损失评估及方案优化等支持，全面提高决策的科学性、准确性和合理性具有重要意义。

Description

一种能够展示黄河下游滩区淹没补偿信息的三维数字化系统

技术领域

本发明涉及防洪减灾技术领域，特别是涉及一种能够展示黄河下游滩区淹没补偿信息的三维数字化系统，更具体说，是融合地理信息系统、遥感、数据库、虚拟现实等高新技术开发的一套能够展示黄河下游滩区淹没补偿的三维数字化信息系统。

背景技术

近年来黄河下游主河槽淤积萎缩，使河槽宽度和过流面积减小、河床平均高程抬升。中小洪水就能造成黄河滩区洪水泛滥，洪灾频繁发生，防洪形势严峻。受洪水影响，下游滩区经济发展缓慢，严重影响了社会经济的总体发展。

目前，黄河流域已建的相关管理系统平台在水资源调度运用、防汛预警等方面发挥了较好作用。但是从水利信息化和高效决策的客观需求角度看，目前信息平台在精度、淹没补偿信息及动态三维展示等功能上都不能满足实际需求，不能对黄河下游滩区的地形地貌、水利设施及淹没补偿进行直观的反映。

因此，开展黄河下游滩区淹没补偿信息三维数字化系统的研究，对全面提升黄河滩区防汛减灾技术水平，保障滩区人们的防洪安全，促进滩区社会经济发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对目前黄河流域所建信息平台存在精度不高、信息含量不全、功能上有欠缺，不能充分满足实际需求的问题，而提供一种能够展示黄河下游滩区淹没补偿信息的三维数字化系统，具有精度高、信息含量大及功能全的特点。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种能够展示黄河下游滩区淹没补偿信息的三维数字化系统，包括：

滩区社会经济信息管理子系统,包括第一数据层、第一数据访问层、第一系统应用层和第一系统表现层；

其中，第一数据层采用Access数据库存储和管理社会经济数据信息，社经信息数据库放置在独立的应用服务器上，并建立合适的索引；

第一数据访问层提供社经信息数据库统计和查询接口，采用ADO的开放数据接口技术，实现系统的数据在各个模块的之间的传递都通过统一开放的接口来调用，接收第一系统应用层的查询请求，直接访问社经信息数据库，获取查询结果后返回给第一系统应用层；

该第一系统应用层包括有添加乡镇信息、乡镇信息管理、添加村庄信息、村庄信息管理四个功能模块；

所述的第一系统应用层，用于实现对黄河下游滩区社经信息的查询、系统数据维护、系统环境设置、权限管理；

滩区三维信息展示子系统，包括第二数据层、第二数据访问层、第二系统应用层和第二系统表现层；

其中，第二数据层，采用Geodatabase数据库存储和管理数据，并对数据建立金字塔和空间索引，以实现海量数据的管理；

第二数据访问层，提供数据访问接口，包括地理信息系统接口和社会经济数据库接口；用于接收第二系统应用层的查询请求，根据请求类型，决定以何种方式查询数据，若是空间数据请求，则通过空间数据引擎访问第二数据层；否则直接访问数据库，获取查询结果后返回给第二系统应用层；

第二系统应用层，用于实现滩区淹没动态分析处理和滩区三维场景展示；

其中，滩区淹没动态分析处理包括利用基于GIS的洪水淹没动态分析模块，实现黄河滩区洪水淹没分析计算；应用空间统计分析功能，根据洪水淹没动态分析的淹没范围和空间数据层统计淹没范围内的损失信息；利用淹没范围计算灾害损失情况和再现洪水场景；基于淹没损失信息计算每次淹没损失的补偿；

滩区三维场景展示包括多尺度场景建设、黄河下游滩区沿岸基础信息管理与分级展示、黄河下游滩区社经信息管理与分级展示、黄河下游滩区淹没相关信息的管理、查询和分级展示；

系统表现层，用于用户进行地形浏览与常规操作、空间数据与属性数据查询、系统数据维护、系统环境设置、权限管理的操作。

进一步的，所述多尺度场景建设中，对获取得到的DEM数据进行裁切、拼接处理，以满足不用精度DEM数据之间的无缝切换；对遥感影像进行图像坐标校正、图像精度融合、彩色合成、影像增强以及图像拼接、拉伸它处理；且根据不同的视野范围，不同比例尺的三维场景，展示的信息及内容不同；设置自动飞行功能，可沿设定路线以适合的角度和高度飞行，具备适时调整俯视角和飞行高度等功能。

进一步的，所述第二数据层的数据包括DEM数据、遥感影像、基础地理信息、水利工程信息、社会经济信息；

其中，所述DEM数据包括背景范围1:25万DEM数据、黄河流域1：5万DEM数据、黄河下游干流1：1万DEM数据；遥感影像即黄河下游滩区的最新时相2.5米分辨率SPOT单波段全色遥感影像、10米分辨率SPOT5多光谱彩色影像和15米分辨率的ETM多光谱彩色合成影像；基础地理信息数据包括地形、地貌、水系、行政区划和交通路网；水利专题信息括水库、堤防、水闸以及观测站和水利工程及相关信息。

进一步的，所述第二数据层在数据储存时，将地理空间数据分为两类，分别是基础地理数据和水利专题数据，对此建立两个不同比例尺的空间数据库；

其中，地理空间数据在数据库中存储时，根据数据的不同分级，建立不同的数据集，分别进行存储；将矢量数据分为五级，分别存储对应级别的数据；

其中，遥感影像数据、高程数据、防洪工程数据分别建立独立的数据库，通过物理链接与两个空间数据库建立访问关联；

其中，各数据库分别放置在不同的应用服务器上，且每个数据库均建立合适的索引；

其中，将频繁查询数据和不频繁查询数据放置在不同的分区中。

进一步的，第一系统表现层在执行社经信息查询功能中，用户可逐块查询滩区相关社经信息，当点击图层中具体多边形图形要素后，该图形要素对应的社经等详细信息将结合图、表、文字、照片等多种形式得以展示。

进一步的，所述第二系统应用层还包括系统操作以及场景管理模块；

其中，系统操作用于提供三维展示的视觉拔高设置、导航工具条的设置、保存场景环境和退出系统；

场景管理，用于提供用户进行三维场景的全景展示、平移、导航、中心定位、飞行控制、图层管理及导航图展示。

本发明通过建设黄河下游滩区淹没补偿信息管理三维数字化系统，对黄河下游滩区信息，开展相应决策活动，提供全面、动态、直观的技术手段，同时进行科学、快捷、可靠的社会经济影响分析、灾害损失评估及方案优化等支持，全面提高决策的科学性、准确性和合理性具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的系统的逻辑架构图；

图2是本发明的三维数字化展示子系统的逻辑结构图；

图3是本发明的社会经济信息管理子系统的逻辑架构图；

图4是本发明的社会经济信息管理子系统的操作主页面示意图；

图5是本发明的淹没分析功能图；

图6是本发明的淹没分析成果图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明能够展示黄河下游滩区淹没补偿信息的三维数字化系统，通过运用海量数据处理技术、三维场景展示技术、影像处理技术和系统集成技术，从而提供淹没动态分析及淹没补偿的计算。

如图1所示，本发明的能够展示黄河下游滩区淹没补偿信息的三维数字化系统，包括滩区社会经济信息管理子系统和滩区三维信息展示子系统，主要由B/S和C/S两个部分构成，其中B/S部分实现社经信息管理，C/S部分实现三维场景下的淹没信息展示；从系统架构角度，两个子系统的架构设计都包括系统表现层、系统应用层、数据访问层和数据层，逻辑架构图见图2和图3。

其中，滩区社会经济信息管理子系统的信息是三维展示系统进行淹没统计的基础，滩区三维信息展示子系统中的淹没计算功能计算出淹没的村庄后，根据社会经济信息管理数据库中存放的乡村信息，进行淹没损失统计。

一、滩区社会经济信息管理子系统

此子系统按照数据层、数据访问层、系统应用层和系统表现层的顺序依次建设，通过收集黄河下游滩区的社经信息、村庄居民区专题信息、农用地信息、黄河滩区其它信息建立社经信息数据库，通过数据信息的添加、管理、查询等功能，结合黄河滩区洪水淹没补偿需求，实现对黄河滩区社会经济有关信息的全面分析与管理。社会经济信息管理子系统操作主页面参见图4。

1.数据层

数据库主要包括社经信息、村庄居民区专题信息、农用地信息、黄河滩区其它信息。其中，社经信息主要包括行政区划、人口分布、工业产值、农业产值、人均收入等；村庄居民区专题信息主要包括村庄、乡镇、地市居民区等相关信息；黄河滩区其它信息则主要包括淹没补偿标准等相关信息。

进一步的，为实现数据的高效管理，本发明子系统采用Access数据库存储和管理社会经济数据信息，社经信息数据库放置在独立的应用服务器上，并建立合适的索引，实现社经信息的高效管理。

2.系统访问层——接口建设

数据访问层用于接收系统应用层的查询请求，直接访问数据库，获取查询结果后返回给应用层。

为实现社经信息数据库与三维系统进行无缝结合，本系统提供了社经信息数据库统计和查询接口，采用ADO的开放数据接口技术，实现系统的数据在各个模块的之间的传递都通过统一开放的接口来调用，并且为以后的其他开发提供支持。

3.系统应用层

包括社会经济信息管理子系统的添加乡镇信息、乡镇信息管理、添加村庄信息、村庄信息管理四大功能模块。

4.系统表现层

主要实现对黄河下游滩区社经信息的查询、系统数据维护、系统环境设置、权限管理等功能。其中，在社经信息查询功能中，用户可以逐块查询更为详细的滩区相关社经信息，当点击图层中具体多边形图形要素后，该图形要素对应的社经等详细信息将结合图、表、文字、照片等多种形式得以展示。

二、滩区三维信息展示子系统

此子系统采用分层设计方法，按照数据层、数据访问层、系统应用层和系统表现层的顺序依次建设。

1.数据层

本发明子系统采用Geodatabase数据库存储和管理数据，并对其建立金字塔和空间索引，以实现海量数据的高效管理。数据库主要包括DEM数据、遥感影像、基础地理信息、水利工程信息、社经信息(由社经信息管理子系统提供)五大模块。

进一步的，上述所述信息中，DEM数据包括背景范围1:25万DEM数据、黄河流域1：5万DEM数据、黄河下游干流1：1万DEM数据；遥感影像即黄河下游滩区的最新时相2.5米分辨率SPOT单波段全色遥感影像、10米分辨率SPOT5多光谱彩色影像和15米分辨率的ETM多光谱彩色合成影像；基础地理信息数据包括地形、地貌、水系、行政区划和交通路网；水利专题信息主要包括：水库、堤防、水闸以及观测站等水利工程及相关信息。

进一步的，针对数据在数据库中的存储方式，本发明子系统将地理空间数据分为2类，分别是基础地理数据和水利专题数据，对此建立2个不同比例尺的空间数据库；空间数据在数据库中存储时，根据数据的不同分级，建立不同的dataset，分别进行存储。将矢量数据分为5级，分别存储对应级别的数据；遥感影像数据、高程数据、防洪工程数据等其他类数据也分别建立独立的数据库，通过物理链接与2个空间数据库建立访问关联；各数据库分别放置在不同的应用服务器上；每个数据库均建立合适的索引；将频繁查询数据和不频繁查询数据放置在不同的分区中。通过上述存储方式，进一步实现海量数据的高效管理。

2.数据访问层

数据访问层，用于接收系统应用层的查询请求，根据请求类型，决定以何种方式查询数据。若是空间数据请求，则通过空间数据引擎访问数据层；否则直接访问数据库，获取查询结果后返回给应用层。

数据访问层建设最关键的是接口建设、系统集成的关键所在。访问接口包括地理信息系统接口和社会经济数据库接口(在社经信息管理子系统模块进行介绍)。其中，地理信息系统为黄河下游滩区淹没补偿信息管理三维数字化系统提供两个接口，一个是空间数据访问接口；另一个是二次开发接口。

进一步的，空间数据访问接口通过Geodatabase来完成，用来保证黄河下游滩区淹没补偿信息管理三维数字化系统能够获得所需要的空间数据；GIS二次开发接口不仅为本系统的开发提供了必要的二次开发接口基础，同时也可为将来的应用提供二次开发接口，用来保证黄河下游滩区淹没补偿信息管理三维数字化系统能够根据需要进行扩展，或者构建新的基于GIS的水利应用。

进一步的，为保证该系统在设计时充分考虑到与其他系统的应用接口，支持与防洪指挥系统的各子系统的挂接，为此本发明中采用模块化设计，预留了灵活的接口。

进一步的，三维数字化系统建设应用到许多软件及不同结构和格式的数据，系统以这些软件为基础进行开发，并形成一个统一的应用平台；同时系统依据各类数据空间或属性上的联系，采用ADO的开放数据接口技术，把不同类型的数据集成到统一平台中，方便系统使用。除此之外，本系统还在总体功能安排、界面布局、色彩、硬件匹配及数据存储设备等方面进行了统一设计，最终形成统一的应用系统平台。

3.系统应用层

此应用层能够实现三维场景展示和滩区淹没统计功能，主要由系统操作、滩区三维场景、场景管理、淹没分析和淹没损失计算五大模块构成。其中最关键的是能够实现黄河下游滩区三维场景展示和滩区淹没统计功能。

(1)系统操作

主要提供三维展示的视觉拔高设置、导航工具条的设置、保存场景环境和退出系统等功能。

(2)滩区三维场景展示

滩区三维场景的主要功能是实现多尺度场景建设、黄河下游滩区沿岸基础信息管理与分级展示、黄河下游滩区社经信息管理与分级展示、黄河下游滩区淹没相关信息的管理、查询和分级展示。其中基础地理信息作为地图基本要素，水利专题、社经信息等作为专题图层，并制作各层专题信息的三维标注，分别采用不同的符号化方案进行显示，专题图层可由用户选择开关状态。

进一步的，上述所述多尺度场景建设中，需要对获取得到的DEM数据进行裁切、拼接等处理，以满足不用精度DEM之间的无缝切换；对遥感影像进行图像坐标校正、图像精度融合、彩色合成、影像增强以及图像拼接、拉伸等其它处理。

进一步的，上述所述多尺度场景建设中，根据不同的视野范围，不同比例尺的三维场景，展示的信息及内容不同，系统要求对不同场景功能之间能够快速切换。

进一步的，为了便于展示三维场景及水利工程分布，系统提供了自动飞行功能，可沿设定的路线以适合的角度和高度飞行，并具备适时调整俯视角和飞行高度等功能。

其中，在黄河下游滩区沿岸基础信息管理与展示中，在三维电子沙盘场景中分类、分级地展示行政区划、地形地貌特点、水系分布、防洪工程体系(大型和重要中型水库、重要蓄滞洪区)、县级以上行政区划与城市、乡镇、村庄、铁路、公路等信息；并制作各层专题信息的三维标注，分别采用不同的符号化方案进行显示。

其中，在黄河下游滩区社经信息管理与展示中，滩区社经信息包括滩区的土地利用规划、建设规划、社会经济发展规划、土地利用现状等方面的信息。将这些数据分专题图层及其属性经录入、处理后，加载到三维电子沙盘，并制作各层专题信息的三维标注，分别采用不同的符号化方案显示，实现滩区社经信息管理、查询和分类、分级展示。

其中，黄河下游滩区淹没相关信息的管理、查询和展示中，系统可以对淹没相关信息以及损失补偿调度等进行有效的管理与查询和展示，包括气象信息、水情、雨情等。

(3)场景管理

主要用于提供用户进行三维场景的全景展示、平移、导航、中心定位、飞行控制、图层管理及导航图展示等功能

(4)淹没分析

该模块用于提供洪水淹没GIS分析和洪水淹没实况分析，即利用GIS技术开发洪水淹没动态分析模块，实现黄河滩区洪水淹没快速分析计算。淹没分析成果参见图5。针对黄河下游滩区的洪水灾害风险，淹没动态分析主要有实时遥感影像监测分析、基于DEM的淹没模拟动态分析、水文测站的人工监测分析三种方法。

(5)淹没损失统计

用于应用空间统计分析功能，根据洪水淹没动态分析的淹没范围和其他空间数据层统计淹没范围内人口、财产、耕地及重要设施等的损失信息，在三维场景中进行管理和展示，并且可以查询相关淹没信息。在空间分析支持下，利用本系统提供的淹没范围等来计算灾害损失情况和再现洪水场景。根据淹没损失信息结合淹没补偿标准和国家相关政策，计算每次淹没损失的补偿。

4.系统表现层

用户通过此界面完成诸如：地形浏览与常规操作、空间数据与属性数据查询、系统数据维护、系统环境设置、权限管理等功能。

与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：

(1)对黄河下游的地形地貌数据采用Geodatabase数据库管理系统对海量数据进行存储和管理，通过建立金字塔和空间数据索引，实现海量空间数据的高效存取和检索。

(2)在三维场景中实现了洪水淹没情况的动态变化过程，同时根据社会经济分布信息，及时获得淹没损失和补偿信息，为进行防汛预警和决策提供快捷、科学、可靠的技术支持。

(3)开放式的三维空间数字平台能够与其他系统无缝衔接，具有灵活的扩展功能，实现了以人为本的人性化操作模式。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.能够展示黄河下游滩区淹没补偿信息的三维数字化系统，其特征在于，包括：

滩区社会经济信息管理子系统,包括第一数据层、第一数据访问层、第一系统应用层和第一系统表现层；

其中，第一数据层采用Access数据库存储和管理社会经济数据信息，社经信息数据库放置在独立的应用服务器上，并建立合适的索引；

第一数据访问层提供社经信息数据库统计和查询接口，采用ADO的开放数据接口技术，实现系统的数据在各个模块的之间的传递都通过统一开放的接口来调用，接收第一系统应用层的查询请求，直接访问社经信息数据库，获取查询结果后返回给第一系统应用层；

该第一系统应用层包括有添加乡镇信息、乡镇信息管理、添加村庄信息、村庄信息管理四个功能模块；

所述的第一系统应用层，用于实现对黄河下游滩区社经信息的查询、系统数据维护、系统环境设置、权限管理；

滩区三维信息展示子系统，包括第二数据层、第二数据访问层、第二系统应用层和第二系统表现层；

其中，第二数据层，采用Geodatabase数据库存储和管理数据，并对数据建立金字塔和空间索引，以实现海量数据的管理；

第二数据访问层，提供数据访问接口，包括地理信息系统接口和社会经济数据库接口；用于接收第二系统应用层的查询请求，根据请求类型，决定以何种方式查询数据，若是空间数据请求，则通过空间数据引擎访问第二数据层；否则直接访问数据库，获取查询结果后返回给第二系统应用层；

第二系统应用层，用于实现滩区淹没动态分析处理和滩区三维场景展示；

其中，滩区淹没动态分析处理包括利用基于GIS的洪水淹没动态分析模块，实现黄河滩区洪水淹没分析计算；应用空间统计分析功能，根据洪水淹没动态分析的淹没范围和空间数据层统计淹没范围内的损失信息；利用淹没范围计算灾害损失情况和再现洪水场景；基于淹没损失信息计算每次淹没损失的补偿；

滩区三维场景展示包括多尺度场景建设、黄河下游滩区沿岸基础信息管理与分级展示、黄河下游滩区社经信息管理与分级展示、黄河下游滩区淹没相关信息的管理、查询和分级展示；

系统表现层，用于用户进行地形浏览与常规操作、空间数据与属性数据查询、系统数据维护、系统环境设置、权限管理的操作。

2.根据权利要求1所述能够展示黄河下游滩区淹没补偿信息的三维数字化系统，其特征在于，所述多尺度场景建设中，对获取得到的DEM数据进行裁切、拼接处理，以满足不用精度DEM数据之间的无缝切换；对遥感影像进行图像坐标校正、图像精度融合、彩色合成、影像增强以及图像拼接、拉伸它处理；且根据不同的视野范围，不同比例尺的三维场景，展示的信息及内容不同；设置自动飞行功能，可沿设定路线以适合的角度和高度飞行，具备适时调整俯视角和飞行高度等功能。

3.根据权利要求1所述能够展示黄河下游滩区淹没补偿信息的三维数字化系统，其特征在于，所述第二数据层的数据包括DEM数据、遥感影像、基础地理信息、水利工程信息、社会经济信息；

其中，所述DEM数据包括背景范围1:25万DEM数据、黄河流域1：5万DEM数据、黄河下游干流1：1万DEM数据；遥感影像即黄河下游滩区的最新时相2.5米分辨率SPOT单波段全色遥感影像、10米分辨率SPOT5多光谱彩色影像和15米分辨率的ETM多光谱彩色合成影像；基础地理信息数据包括地形、地貌、水系、行政区划和交通路网；水利专题信息括水库、堤防、水闸以及观测站和水利工程及相关信息。

4.根据权利要求3所述能够展示黄河下游滩区淹没补偿信息的三维数字化系统，其特征在于，所述第二数据层在数据储存时，将地理空间数据分为两类，分别是基础地理数据和水利专题数据，对此建立两个不同比例尺的空间数据库；

其中，地理空间数据在数据库中存储时，根据数据的不同分级，建立不同的数据集，分别进行存储；将矢量数据分为五级，分别存储对应级别的数据；

其中，遥感影像数据、高程数据、防洪工程数据分别建立独立的数据库，通过物理链接与两个空间数据库建立访问关联；

其中，各数据库分别放置在不同的应用服务器上，且每个数据库均建立合适的索引；

其中，将频繁查询数据和不频繁查询数据放置在不同的分区中。

5.根据权利要求1所述能够展示黄河下游滩区淹没补偿信息的三维数字化系统，其特征在于，其中，第一系统表现层在执行社经信息查询功能中，用户可逐块查询滩区相关社经信息，当点击图层中具体多边形图形要素后，该图形要素对应的社经等详细信息将结合图、表、文字、照片等多种形式得以展示。

6.根据权利要求1所述能够展示黄河下游滩区淹没补偿信息的三维数字化系统，其特征在于，所述第二系统应用层还包括系统操作以及场景管理模块；

其中，系统操作用于提供三维展示的视觉拔高设置、导航工具条的设置、保存场景环境和退出系统；

场景管理，用于提供用户进行三维场景的全景展示、平移、导航、中心定位、飞行控制、图层管理及导航图展示。

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