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

　　關健詞：水土保持,軟件,地理信息系統(tǒng),空間數(shù)據庫

　　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。綜合應用計算機網絡技術、數(shù)據庫技術、管理信息系統(tǒng)等設計了水土保持監(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)的構建需要基于“3s”技術、邏輯關系型空間數(shù)據庫技術、組件式技術、三維仿真技術與多媒體技術等并實現(xiàn)多技術的有機集成。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雜函數(shù)集。遙感技術與GPs技術為水土保持監(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合并具有強大的空間分析與處理能力，其中組件式GIs技術已成為新一代GIS技術;仿真技術的三維虛擬場景的模擬極其復雜，要求具有靈活性、可移植性與實時交互等特性;數(shù)據庫技術、空間數(shù)據引擎技術的發(fā)展使屬性數(shù)據與空間數(shù)據的物理集成成為空間數(shù)據庫構建的技術保障。

　　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)技術創(chuàng)新基金以及中關村科技創(chuàng)新基金支持。系統(tǒng)面向水土保持各項業(yè)務包括：水土保持監(jiān)測預報信息系統(tǒng)、水土保持項目管理信息系統(tǒng)、水土保持預防監(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、水土保持治理與預防保護等各項動態(tài)數(shù)據形成自監(jiān)測點到國內5級監(jiān)測網絡互聯(lián)互通技術構架，實現(xiàn)了全國水土保持數(shù)據共享，為水土流失規(guī)律研究和預測、預報、預防監(jiān)督管理和水土保持宏觀決策提供數(shù)字技術平臺。該系統(tǒng)已在全國水土保持監(jiān)測網絡和信息系統(tǒng)建設中全面應用。

　　1.系統(tǒng)主要內容及功能

　　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)建設項目管理、監(jiān)督執(zhí)法、科學研究以及項目前期規(guī)劃、工程設計、水土保持信息發(fā)布等業(yè)務進行設計和開發(fā)，建設以小流域為單元的省、市、縣(區(qū))多層次分布式的計算機網絡管理模式，從而實現(xiàn)水土保持業(yè)務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)務需求，同時具有圖形數(shù)字化輸入(出)、數(shù)據庫管理、統(tǒng)計報表、小流域規(guī)劃設計等功能。

　　2.技術應用

　　系統(tǒng)基于自主知識產權的DTGIS 和Oracle數(shù)據庫針對不同應用人員特點將用戶分為業(yè)務用戶、決策用戶和公眾用戶。具有以下特點：

　　(1)系統(tǒng)內各功能模塊均采用模塊化和插件技術以利于系統(tǒng)重構。分布式GIS實現(xiàn)水土保持空間數(shù)據分布式計算，統(tǒng)一管理。水土保持生態(tài)建設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)綜合應用3S技術、數(shù)據倉庫、時空動態(tài)數(shù)據庫、元數(shù)據、海量數(shù)據存儲等技術。

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

　　(4)統(tǒng)籌考慮國家流域機構各省自治區(qū)地市縣各級監(jiān)測站網關系，建立互聯(lián)互通的監(jiān)測網絡信息系統(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)據符合水土保持管理需要。按業(yè)務定制專題圖,用戶自由定制統(tǒng)計報表,各類統(tǒng)計結果均可保存為Excel 文件。

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

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

　　(8)應用系統(tǒng)平臺與各級水土保持數(shù)據庫集成，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，多媒體數(shù)據，空間數(shù)據進行編輯，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)務需求自動生成各種專題圖和各類報表等。

　　三、軟件技術運用

　　地理信息系統(tǒng)中有兩種數(shù)據，一是空間數(shù)據，二是屬性數(shù)據。空間數(shù)據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系的數(shù)據。屬性數(shù)據是描述空間目標的社會或自然屬性的數(shù)據。

　　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，經過多年的努力，現(xiàn)已成為世界上功能強大而且應用廣泛的GLS軟件之一。Arclnfo及其系列產品結合ERDAS,ARCGLS等GLS軟件，正在被成功地應用于水土保持本底數(shù)據庫建設、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查、植被覆蓋度調查、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，因而得到了廣泛應用。Arclnfo支持多種GLS軟件的數(shù)據格式，并且提供了與部分軟件數(shù)據之間相互轉換的功能。

　　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計平臺，被廣泛地應用于建筑設計、土木工程、交通運輸、地理信息、水土保持等領域。在水土保持方面，用來定制研究區(qū)域的地理坐標網、糾正各種光柵圖像以及制作正射影像圖等。Microstation設計文件以后綴為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)據庫的內容，也可以為全流域水土保持本底數(shù)據庫建設提供基礎資料。也可以獲取其他調查研究區(qū)域的DEM。DEM作為基礎資料，可以用于水土保持工作的很多方面，如水土保持工程規(guī)劃設計，植被覆蓋度、壩系、生態(tài)修復的調查與監(jiān)測等。

　　四、水土保持空間數(shù)據的多尺度性

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

　　1.多庫一版本

　　即根據GLS應用系統(tǒng)對比例尺的需求,分別建立與不同比例尺相對應的多個空間數(shù)據庫,各種比例尺數(shù)據庫之間相互獨立.通過GLS應用系統(tǒng)對比例尺的要求調入相應數(shù)據庫。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)據庫資源，缺點是數(shù)據重復采集，數(shù)據更新和維護困難，數(shù)據集成度差。

　　2.一庫多版本

　　即建立最大比例尺的主導數(shù)據庫版本�；�于這個主導數(shù)據庫版本，采用制圖綜合的方法派生出其他比例尺的數(shù)據庫版本。該方法的優(yōu)點是充分利用了現(xiàn)有數(shù)據，減少了數(shù)據建庫工作量和數(shù)據庫存儲空間。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)據結構存儲最大比例尺的空間數(shù)據。其他比例尺的數(shù)據隱含在數(shù)據結構中，根據使用需要從存儲結構中實時提取數(shù)據。該方法是一種最理想的方法，數(shù)據集成度高，但該方法依賴于GLS工具軟件，也只適用于某一類空間數(shù)據庫。

　　4.多庫多版本

　　即將空間數(shù)據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)據庫，其他比例尺數(shù)據庫從鄰近比例尺數(shù)據庫中派生。系統(tǒng)根據需要選擇要連接和調入的空間數(shù)據庫，該方法是最可行的方法，它結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)據采集工作量，又很好地滿足系統(tǒng)對不同空間數(shù)據源的需求。

　　結語

　　以“3S”技術和計算機為平臺，建立集水土保持動態(tài)監(jiān)測和信息管理為一體，涵蓋水土保持機構管理、監(jiān)督執(zhí)法、水土流失防治項目管理、監(jiān)測網絡、科學研究等內容的數(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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