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1地理信息系統(tǒng)描述

地理信息系統(tǒng)（gis）既是一種特定的空間信息系統(tǒng)，又是一種決策服務(wù)系統(tǒng)，具有信息系統(tǒng)的各種特點。它結(jié)合地理信息科學(xué)，采用現(xiàn)代化的方法收集、存儲、分析、管理和顯示與地理空間分布有關(guān)的數(shù)據(jù)和圖形，為管理、模擬、規(guī)劃和決策提供服務(wù)。同時，它又是一種應(yīng)用性很強的技術(shù)系統(tǒng)，以空間信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用地圖模型分析方法，在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，處理各種專題地圖、遙感數(shù)據(jù)、觀測資料等。利用GIS可以高效管理各種空間地理信息和屬性信息，包括數(shù)據(jù)查詢、使用和數(shù)據(jù)庫更新，還可以對各類數(shù)據(jù)進行空間分析、統(tǒng)計分析以及綜合分析據(jù)、人員和方法五部分組成。硬件和軟件為地理信息系統(tǒng)建設(shè)提供環(huán)境；數(shù)據(jù)是GIS的重要內(nèi)容；方法為GIS建設(shè)提供解決方案；人員是系統(tǒng)建設(shè)中的關(guān)鍵和能動性因素，直接影響和協(xié)調(diào)其他幾個組成部分。GIS有多種概念模型，一是通過計算機系統(tǒng)實現(xiàn)用戶管理的軟件模型；二是使用某種公共結(jié)構(gòu)，用于描述數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間關(guān)系的數(shù)據(jù)模型；三是包含圖形運算、統(tǒng)計數(shù)據(jù)識別、空間信息檢索、網(wǎng)絡(luò)分析等的空間模型。GIS具有以下幾個特點：

1）地理信息再生性。通過處理所存儲的地理信息產(chǎn)生新的地理信息。

2）地理信息測量的還原性。在地理信息系統(tǒng)中，可以不受地圖投影影響，將地圖測量還原為地表的測量來提高地圖測量的精度。

3）空間圖形的分離性?？臻g屬性在地理信息系統(tǒng)中用基本圖形顯示，實現(xiàn)屬性與地圖的分離。

4）空間圖形的任意縮放性。由于地理信息分析應(yīng)用可以任意無比例縮放，能拼接不事先處理的各種比例尺圖形。隨著信息時代和計算機技術(shù)快速發(fā)展，憑借著強大的數(shù)據(jù)處理能力和結(jié)果顯示能力，GIS在海塘保護方面、環(huán)境保護方面，以及資源控制方面的應(yīng)用前景十分廣闊。同時，GIS將地圖數(shù)據(jù)圖形化，對空間信息數(shù)據(jù)進行有效管理，使用計算機程序模擬一般的或特定的地理分析方法，使現(xiàn)實世界對象的表達和分析更加豐富和有效，從而完成傳統(tǒng)方法難以完成的任務(wù)，所以必將是海塘工程信息管理的發(fā)展方向和必然趨勢。

2基于ArcGIS的栲門海塘信息系統(tǒng)設(shè)計

2．1系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)浙江栲門標準海塘位于舟山岱山縣本島北部東沙鎮(zhèn)（原泥峙鎮(zhèn)和東沙鎮(zhèn)）境內(nèi)，距高亭鎮(zhèn)15km，栲門海塘塘線東起燕窩山蟹鉗嘴，西至新道頭的東沙大閘，朝向西北、遙對杭州灣、瀕臨岱山衢洋漁場。栲門海塘全長3512m，同栲門大壩共同形成栲門閉合圍區(qū)。保護面積7853000m2，受益人口12500人。栲門大壩位于栲門海塘東北端，始建于1972年，完建于1974年，大壩全長450m，是深水堵港大壩，圍涂促淤面積3800000m2。因所處區(qū)域風高浪大，栲門大壩有“浙江抗臺第一壩”之稱，2007年7月底完成了大壩維修加固工程。栲門海塘工程信息通過ArcGIS建立一個地理信息系統(tǒng)，將海塘工程信息與其他信息集成在一起并實現(xiàn)共享，該系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)主要由四層組成，一是用戶管理界面層；二是數(shù)據(jù)采集層，依靠傳感器和監(jiān)測器獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息；三是信息處理層，該層是系統(tǒng)的主體層，用于建立滿足不同需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和特定數(shù)據(jù)庫；四是反饋查詢層，由幾個應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成，用于管理人員的安全監(jiān)控和應(yīng)急處理。系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2．2系統(tǒng)界面栲門海塘工程地理信息管理系統(tǒng)依據(jù)海塘線上綜合工程的結(jié)構(gòu)型號、地質(zhì)條件、塘頂沉降、塘前灘涂、海塘走向等因素選取五個斷面樁號，分別為200，1100，1800，2500和3200，作為用來檢測海塘的穩(wěn)定性和沉降偏移的樁號。在一個數(shù)據(jù)框架下建立了斷面分界處、各個斷面、地名、示廓線、內(nèi)陸、海域、建筑大壩7個圖層。圖2為基于ArcGIS建立的舟山栲門海塘地理信息系統(tǒng)界面。

3栲門海塘信息系統(tǒng)功能

3．1系統(tǒng)基本功能組成栲門海塘工程信息系統(tǒng)的設(shè)計功能主要表現(xiàn)在專題地圖、數(shù)據(jù)輸入、信息查詢和顯示、數(shù)據(jù)處理、信息反饋輸出和安全預(yù)警上，如表1所示。該系統(tǒng)首先將海塘工程信息輸入地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，將計算機圖形和數(shù)據(jù)庫融為一體，建立快捷方便的信息數(shù)據(jù)庫，再在數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上進行信息的查詢，通過屬性查詢快速得到各組數(shù)據(jù)，然后采用空間模型分析方法實現(xiàn)準確、高效、綜合地對復(fù)雜的工程信息系統(tǒng)進行空間定位和數(shù)據(jù)動態(tài)分析。依據(jù)地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)分析和空間信息雙向查詢功能生成具有實用價值的專題地圖，在專題地圖上輸出所需信息。

3．2數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)建立了7個圖層，每個圖層有相應(yīng)的屬性表，例如“各個斷面”圖層有“Attributeof各個斷面”屬性表，在屬性表上根據(jù)具體的情況增添所需字段，并將數(shù)據(jù)錄入。栲門海塘的數(shù)據(jù)主要輸入在“各個斷面”屬性表中。除此之外，由于斷面的數(shù)據(jù)比較多，因而又增添了兩個DbaseTable屬性表，分別為“典型斷面情況表”和“橫斷面高程與尺寸檢測表”。

3．3屬性查詢

3．3．1屬性表ArcGIS中，每個空間數(shù)據(jù)有其相對應(yīng)的屬性表。屬性表是數(shù)據(jù)庫的組成部分，一般使用ArcMap的屬性表來查看地理要素的各個屬性［8－9］。屬性表可以儲存與要素有關(guān)的信息，可以將信息與空間數(shù)據(jù)連接起來。在表中可以識別具有特定屬性的要素，同時在地圖上選中這些要素，用來更新屬性，反映地理要素的變化。例如，栲門海塘地理信息系統(tǒng)的設(shè)計中，在“各個斷面”這一圖層中，對每個要素都增添了兩個字段，即名字和斷面圖片，打開屬性表即可見。3．3．2屬性表圖片顯示ArcGIS中，超鏈接是一個通道，用戶可以擴展到非表狀屬性數(shù)據(jù)來進行要素及其屬性的查詢。超鏈接的屬性一般存放在要素屬性表的字段里，在地圖上點擊相應(yīng)要素，就能顯示該超鏈接。通常利用超鏈接進行加載圖片和文檔，使外部的內(nèi)容能顯示在ArcMAP中，方便用戶查詢和使用。例如各個斷面圖層中，使用超鏈接在斷面圖片這一要素中加載斷面地基及塘身土層分區(qū)圖，當鼠標點擊任何一個斷面能夠顯示該斷面的圖片。

3．3．3屬性表字段顯示字段是數(shù)據(jù)庫中某個要素所特有的一個屬性，屬性表可以對一些特定的屬性進行控制。若需要其顯示時，可以將其顯示在地圖上，并且會隨地理要素一起移動，會隨地理要素的放大縮小進行相應(yīng)的放大縮小，相比之下，使用文本形式的字段不僅不能選擇顯示狀態(tài)，更不能隨之變化。因此，使用字段顯示功能給海塘工程管理帶來極大的便利，也使地圖文檔更加簡練直觀。

3．3．4屬性表的連接建立表與表之間的連接，可以使查詢的功能、內(nèi)容得到擴展。屬性表與屬性表之間可以通過兩種方法連接起來，分別是“Join”和“Relate”。使用“Join”法，將一組數(shù)據(jù)根據(jù)對應(yīng)字段加到另一組數(shù)據(jù)中；使用“Relate”法，這兩個屬性表在顯示外觀上不變，但在邏輯上實現(xiàn)了關(guān)聯(lián)。當要同時查詢兩個屬性表的數(shù)據(jù)時，可以在一個屬性表中選中相應(yīng)的要素，然后使用Relate使另一個表中相同的要素部分同時被顯示，這樣就方便地實現(xiàn)在不同屬性表中的查詢。例如在海塘各個斷面和典型斷面的查詢中，使用Relate可以輕松實現(xiàn)多個屬性表同時顯示的功能，利用該功能將“各個斷面”和“典型斷面情況表”聯(lián)動起來，如圖3所示。

3．3．5屬性表的雙向查詢GIS的空間查詢、統(tǒng)計分析功能可以幫助用戶實現(xiàn)屬性與地圖之間的雙向查詢和瀏覽，同時為用戶提供相應(yīng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。屬性表的查詢可以有兩個方法，一是直接通過選擇要素進行查詢，在圖上選擇一個或幾個要素，被選中的要素會在屬性表中變成不同的顏色；二是按特定字符串查詢，使用Find對話框來查找輸入的相應(yīng)內(nèi)容，系統(tǒng)提供了3種不同類型的字符串查詢，即按字段的任意部分、全字段和字段頭查詢。

3．4栲門海塘斷面信息管理在地圖文檔上，一般只顯示斷面的圖例，無法直接通過地圖了解相應(yīng)斷面的一些數(shù)據(jù)，若是打開屬性表，也需要通過點擊相應(yīng)的要素才能把數(shù)據(jù)和斷面聯(lián)系起來，顯然在便利性和直觀性上有欠缺。為快捷看到這些數(shù)據(jù)，可以將這些數(shù)據(jù)直接顯示在圖上，如圖4所示，將防浪墻實測高程數(shù)據(jù)顯示在圖上。這樣不僅便于查看，也便于比較，在不需要時也可以不顯示。由于這個數(shù)據(jù)還能隨圖例的變化發(fā)生變化，因此不用擔心對圖例的放大和縮小，便于管理。

3．5栲門海塘信息處理

3．5．1斷面信息統(tǒng)計地理信息系統(tǒng)的圖表功能可以快速結(jié)合數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)建立餅狀圖、柱狀圖、折線圖等，為用戶分析數(shù)據(jù)提供便利。斷面信息主要存放于圖層“各個斷面”、“典型斷面情況表”和“橫斷面高程與尺寸檢測”中，選中“橫斷面高程與尺寸檢測”，這個屬性表中記錄了每個斷面的主要信息，選擇與高程有關(guān)的數(shù)據(jù)進入統(tǒng)計，然后記錄，得到一張反映指標對比的矩形統(tǒng)計圖，如圖5所示。利用ArcGIS，不僅可以對數(shù)據(jù)進行縱向?qū)Ρ?，同時也能進行橫向?qū)Ρ取：Ｌ粮鲾嗝婵⒐r與現(xiàn)在檢測的數(shù)據(jù)有防浪墻頂高程、堤頂路面高程、堤頂路面寬度、提防外側(cè)尺寸（擋墻坡度、消浪平臺高程、消浪平臺寬度、干砌石斜坡坡度、鎮(zhèn)壓層內(nèi)外側(cè)高程、平臺高程、平臺寬度），為了將這些數(shù)據(jù)進行直觀比較，可以隨意選取其中一個或者多個指標進行繪制折線圖將數(shù)據(jù)展示出來。例如“橫斷面高程與尺寸檢測”圖層上，將“防浪墻頂高程設(shè)計值”和“防浪墻頂高程實測值”、“堤頂路面設(shè)計高程”和“堤頂路面實測高程”繪在折線圖上，如圖6所示。從圖6中能清楚地顯示斷面實測與設(shè)計的差值，各斷面危險性高低，同時幫助工作人員查清原因，預(yù)防事故發(fā)生。

3．5．2栲門海塘工程安全預(yù)警栲門海塘地理信息系統(tǒng)不僅可用于信息查詢和檢索，而且可通過處理信息來比較和鑒定海塘安全。海塘大壩安全鑒定中一項較為重要的指標是塘頂高程差值，即達到防潮標準要求的塘頂高程與每次所測塘頂高程的差值。表2為各典型斷面塘頂高程差值，從表2中可以看出：典型斷面一到典型斷面四均發(fā)生了不同程度的沉降，其中最大塘頂高程差為0．43m，典型斷面五不但沒有下降反而上升了0．2m．栲門海塘的5個典型橫斷面高程與尺寸檢測結(jié)果表明，海塘的堤頂路面、平臺寬度等尺寸依然能滿足設(shè)計要求和現(xiàn)行規(guī)范要求，但是各個斷面出現(xiàn)不同程度的沉降。經(jīng)過長期運行，海塘存在消浪設(shè)施損失比較嚴重，背海坡嚴重腐蝕和沉降，但是結(jié)構(gòu)整體性較好，沒有出現(xiàn)滑動、傾斜、大裂縫等現(xiàn)象。

4結(jié)論

海塘工程地理信息管理系統(tǒng)應(yīng)用ArcGIS實現(xiàn)信息查詢和處理的便捷性，改進了傳統(tǒng)手工管理的復(fù)雜和繁瑣。利用屬性表可以快速完成查詢與檢索，將所需原始數(shù)據(jù)快速呈現(xiàn)。通過信息的輸入，采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)，比較前后結(jié)果能夠?qū)崟r監(jiān)測海塘的安全性，減少海塘在未知情況下的事故，將在防潮減災(zāi)，洪水管理中發(fā)揮重大作用，一方面節(jié)省大量的人力物力，同時也提高了管理的水平和效率，實現(xiàn)海塘管理的科學(xué)化。栲門海塘將地理信息系統(tǒng)結(jié)合用于工程管理中，解決了一些問題，但只是實現(xiàn)了部分功能，還有很多需要改進的地方，如實現(xiàn)三維的海塘ArcGIS和數(shù)據(jù)模擬，更加直觀顯示海塘的變化等等，這方面也是后續(xù)研究工作的重點。（本文來自于《浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報》雜志?！墩憬I(yè)大學(xué)學(xué)報》雜志簡介詳見）

作者：劉俊萍董飛龍邵佳偉單位：浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院