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黄河三角洲海岸带综合管理地学信息系统(GEO-YRDGIS)
Tags:    来源:本站整理    发布时间:2014-05-12 14:44:17        

  1 背景

  黄河三角洲以其丰富的自然资源,优越的地理位置, 以及良好的气候条件,充满着广阔的发展前景。自黄河三角洲得到开发以来,积累了大量的地质基础资料,包括大量的石油钻孔资料,水文地质钻孔资料,工程地质钻孔资料。另外,前人对黄河三角洲作了大量的地学研究与分析,但成果资料相对分散,没有形成一个系统成果。当今,人口、资源和环境问题日益成为社会关注的焦点,它迫切需要研究黄河三角洲的资源开发与由此带来的环境演变。为此,原地质矿产部与CCOP组织合作开展了“黄河三角洲海岸带综合管理-从地学角度展望21世纪”的项目研究,在项目的研究中,得到了荷兰王国政府的资助。黄河三角洲海岸带综合管理地学信息系统(GEO-YRDGIS)是整个项目研究成果的一部分。

  黄河三角洲海岸带综合管理地学信息系统(GEO-YRDGIS) 是利用Arcview GIS平台建立起来的。它主要侧重于地学角度,使用本系统,专业人员能很快地获取黄河三角洲地区的环境地质背景,分析水文地质工程地质特征和海岸线的演变规律;管理者和决策者可以利用本系统辅助决策,进行黄河三角洲地区合理开发利用规划。通过与外部数据库的连接,可以将外部数据库中的数据如:地下水动态监测数据、钻孔子料数据、地下水水化学数据、工程地质数据等,很快地在空间图形中生动、直观地反映出来。

  2 海岸带综合管理地学信息系统(GEO-YRDGIS)简介

  2. 1 系统的硬件环境

  该系统的硬件环境是由一台奔腾II台式计算机和一些外围设备组成。其中计算机是该系统的核心,它用作数据的处理、加工和分析,其它的外围设备主要用于数据的采集、存贮和输出。系统的硬件环境构成见图1。

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  图1  系统硬件构成图

  2. 2 系统的软件环境

  选用ArcView GIS和ArcInfo的PC版作为该GEO-YRDGIS的基础软件平台。另外,将我院自行开发的“地下水资源管理GIS”和“地下水资源数据库管理系统”作为黄河三角洲海岸带综合管理地学信息系统(GEO-YRDGIS)扩展的数据分析模块,利用Microsoft-Accrss97数据库管理系统作为外部数据库基本数据的录入和管理软件。

  2. 3 系统主要功能

  黄河三角洲海岸带综合管理地学信息系统(GEO-YRDGIS),是依托ArcView GIS的软件平台,利用ArcView GIS的基本功能和开发工具开发出来的专业系统。GEO-YRDGIS的基本功能见图2。

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  图2  GEO-YRDGIS的基本功能框图

  2. 4 系统的组织与管理

  2. 4. 1数据库设计

  数据库包括空间数据库和系统外部属性数据库。空间数据库是整个系统的核心,它主要存放研究区内的空间图形数据,空间数据库又根据所存放的数据格式不同,分为三个子库:一个是YRDshape子库,主要存放Shape格式文件;另一个是YRDcover子库,主要存放ArcInfo Coverage格式文件;还有一个是YRDmedia子库,主要存放图象文件(本研究中把图象文件归为空间数据类)和一些音频、视频数据。空间数据的特征属性是以表格的形式存放于系统内部的Table数据管理器中,也可以利用Table数据管理器创建一个新的关系数据表,通过主关键字段实现与特征属性表的连结。在Table数据管理器中,可以对内部各种属性表格进行编辑,添加、删除字段,插入、删除记录,更新数据等,此外,所有DBF格式的数据表又可以直接导入Table数据管理器中。当描述空间数据特征的属性数据量多而复杂时,可以利用其它外部数据库管理系统(RDBMS),建立外部属性数据库,在本案例中利用Microsoft Access97数据库管理系统创建了两个外部数据库,分别是:黄河三角洲地质资料数据库和黄河三角洲地下水动态监测数据库,数据格式是MDB。这些数据通过系统内部的SQL功能实现与Table数据管理器中的特征属性表连接。空间数据库的逻辑结构见图3。

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  图3  空间数据库逻辑结构图

  2.4.2 空间数据组织

  2.4.2.1空间数据分类

  根据空间数据所反映的专业内容,将空间数据划分为三大类即:基本地理地质类、水文地质、工程地质、环境地质类、海岸带类,每一大类又划分若干图层,图层由许多图元组成。具体分类结构图如下:

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  图4  空间数据分类结构图

  2.4.2.2 空间数据图层划分

  数据分层时,遵循以下原则:

  同一类数据放在同一层;

  相互关系密切的数据尽可能放到同一层;

  用户使用频率高的数据放到主要层,否则,放在次要层;

  某些为显示绘图或控制地名注记位置的辅助点、线、面数据,应放到  一个辅助层;

  基础信息数据的分层根据实际需要可简可细,各种专题数据一般放到单独一层或较少的几层中。空间数据分层如下:

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  2.4.2.3 图层的图元分类编码

  图元分类通常采用线分类法,线分类法是一种层级分类法,它将数据逐次分成有层次的类目,类目间构成并列和隶属关系,形成串、并联结合的树形结构,这种结果是形成树形结构的分类目录。分类码直接利用信息分类结果,赋给5位数字,用以标识不同类别信息数据,分类码代码结构如下:

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  具体图元的分类编码表(略)

  2.4.3 数据输入

  (1)图形数据的输入;采用数字化仪将黄河三角洲地区基本图件,如:地形地貌图、地质构造图、行政区划图、水文地质图、工程地质图等图件进行数字化,形成含拓扑关系的coverage图形数据,存储到空间数据库的YRDcover子库中,由遥感影像图解译并矢量化得到的矢量数据,经转换形成coverage格式数据,也存储到空间数据库的YRDcover子库中,另外,其它矢量数据如:DXF格式等,也要经转换变成coverage格式,统一存放到YRDcover子库中。利用ArcView GIS中的View视图窗口,将空间数据库中的coverage数据加入到View窗口中,使用菜单中的Convert to Shape功能,将coverage数据转换成可在View窗口进行编辑的Shape格式数据,并存放到空间数据库的YRDshape子库中。

  (2)属性数据的输入:属性数据的输入分为两部分:一部分是直接对Table数据管理器中的特征属性表添加字段和数据记录,如:添加用户编码,修改记录和更新数据等。另一部分是外部数据库数据输入,利用Microsoft Access97数据库管理系统,输入数据。本系统建立的黄河三角洲地质资料数据库中,主要输入了分布在黄河三角洲地区大约200个钻孔的地质资料,其主要内容包括:钻孔的基本情况、钻孔的岩性描述、钻孔内地下水水质常规分析、钻孔不同深度内的标准贯入试验、钻孔内不同深度土体的物理、力学指标的室内测试;而在黄河三角洲地下水动态监测数据库中,主要输入了分布在黄河三角洲地区大约70监测孔的地下水动态监测资料。主要内容包括从1991年-1997年期间,每月6次测试的全部测试数据。

  (3)图像数据的采集:黄河三角洲地区海岸带TM和MSS遥感影像图,都属于图像数据,经过校正后,可以直接存放到空间数据库YRDMEDIA子库中。

  2.4.4 数据管理

  (1)属性数据管理:外部属性数据库:黄河三角洲地质资料数据库和黄河三角洲地下水动态监测数据库,直接利用Access97数据库管理系统进行管理;系统内部Table数据管理器中的特征属性表,应用系统内的Table数据库管理器进行管理。Table数据管理器的主要功能如下:

  a. 创建新的数据表格:先定义数据结构,如:定义数据字段的名称、类型、长度、取值范围、记录类型、安全性等。

  b. 数据编辑:对现有属性数据进行修改、删除、移动、拷贝、并能插入新数据。

  c. 数据检索:利用统一数据查询语言(SQL)查找并显示满足一定条件的数据。

  d. 数据安全保护:对采集的数据实行多重存贮或限制用户使用权限。

  e. 数据交换:通过Export将数据表转换成其它格式,进行数据交换。

  (2) 空间数据管理:Shape格式的数据直接调入项目视图(View)中进行校正、修改、调整;而ArcInfo Coverage格式数据虽然可以调入项目视图(View)中,但不能进行编辑、修改,要利用项目视图(View)用户界面中的Convert To Shape文件命令,先转换成Shape格式,再进行编辑、修改。可以在项目视图(View)中创建点、线、面Shape格式空间数据。

  2.4.5 空间分析与空间查询

  (1)空间数据运算分析:对空间数据库中的空间数据进行各种数值与图形运算。如:在图层中生成各种等值线、分区图、统计图、柱状图等。

  (2)空间数据查询:按指定的条件对目标的空间位置、属性及范围进行检索,形成新的数据子集,便于研究某一具体目标。

  2.4.6 图形生成与文本编辑

  (1)将空间数据库中的点、线、面图形数据,加入到系统的View视窗中,生成不同专题图形。

  (2)对生成的图形按一定的要求进一步加工、整理、赋以一定的符号、线条、颜色等,并在图形上加以标注,形成标准图面,将图面送入项目的Layout中去。

  (3)在Layout中对图面进行整饰,包括调整图面、图名、图例、比例尺、图注、文字说明等,形成标准图件。

  2.4.7 数据输出

  将Layout中的标准图件输出到打印机或绘图仪中,输出成果图。另外,利用ArcView GIS系统中提供的Crystal Report,输出报表和图、文并茂的文字报告,

  2. 5 系统与外部扩展模块的连接

  系统的外部扩展模块是“地下水资源GIS”,它是基于MapGIS和Microsoft Acces97下开发的。该模块能对两个外部数据库的数据进行分析、运算、处理,生成离子等值线、地下水位动态曲线。为了将该模块与系统的有效连接,我们利用Avenue开发工具,编写调用模块的执行程序,并利用ArcView的Customization功能向用户界面中添加一个按钮调用模块,当鼠标点中该按钮时,立刻打开该模块,显示各种等值线和动态曲线。

  2.6 系统多媒体信息的表现

  多媒体是指多种信息如:图形、图象、文本、动画、视频、音频等在系统中的使用,它能增强系统的表现力,使系统的演示更加直观、生动。

  ArcView GIS提供了一个多媒体的表现工具-Hot link(热链接),热链接可以使用户直接从View视图中去访问与之相关的文本文件、图象文件、系统中其它项目文件、或本项目中的任何其它文档。除此之外,用户还可以用Avenue语言开发自己的链接对象,如链接一段录象文件或一段声音文件。

  在ArcView中,多媒体的实现方式是:确定所要链接的对象,在相关图层的属性表中加入一个热链接字段,在此字段下输入所链接对象的路径、名称。然后在View主题(Theme)特性对话框中进行相应的热链接定义,选择热链接字段,并选择热链接要执行的程序代码,按OK即可。定义热链接后,可以从View视图的用户界面工具条中选择热链接工具,当此工具点中图层中的热链接要素时,在View视图中,会自动打开所链接的对象。

  对于视频、动画、音频,ArcView没有现成的热链接执行程序代码,需要用户用Avenue结合其它编程语言编写热链接执行程序。比如:在黄河三角洲中有一段说明地貌特征的录象,要把它作为热链接对象链接到地貌图中,首先应用Visual Basic 或Visual C++编写播放这段录象的可执行文件,然后用Avenue编写调用这个可执行文件的程序,实现与这一段录象的热链接。

  3. 海岸带综合管理地学信息系统(GEO-YRDGIS)的应用

  3.1 生成图集

  在项目(Project)的视图(view)中,根据特定的专业要求,生成各种反映不同主题和专业内容的图层,对这些图层用统一的坐标系统--大地坐标系统进行相应的配准,给予统一坐标单位(米)和统一比例尺,形成同一坐标系统下的多种图形,例如:行政区划图、地表水系图、地貌图、地震烈度图、钻孔分布图、地层岩性图、水文地质图、地下水动态监测孔分布图、地热分布图等;通过对遥感影像资料的分析、解译,生成各种影像分析图件如:黄河三角洲海岸线演变图、钓口地区1985-1996年海岸线变迁图、黄河港地区1985-1996年海岸线变迁图、河口地区1985-1996年海岸线变迁图、黄河河口近代流路变化图等;利用空间分析模块,根据黄河三角洲地区地质资料数据库中的钻孔资料数据,分析生成地下水水化学图,地下水矿化度等值线图,阴、阳离子等值线图,工程地质分区图,砂土液化分区图等,所有这些图件组成了黄河三角洲图集。图集中各类专业图件如下:

  黄河三角洲行政区划图

  黄河三角洲地表水系图

  黄河三角洲地貌图

  黄河三角洲地形等高线图

  黄河三角洲基底构造及地震烈度图

  黄河三角洲地表土体类型图(20m)

  黄河三角洲钻孔分布图

  黄河三角洲水文地质图

  黄河三角洲水文地质剖面图(浅层)

  黄河三角洲水文地质剖面图(深层)

  黄河三角洲浅层地下水等水位线及理深图

  黄河三角洲浅层地下水水化学图

  黄河三角洲地下水动态监测孔分布图

  黄河三角洲潜在地热分布图

  黄河三角洲浅层地下淡水资源量及开采现状图

  黄河三角洲深层地下淡水资源量及开采现状图

  黄河三角洲浅层地下水潜在污染源分布图

  黄河三角洲工程地质图

  黄河三角洲工程地质剖面图

  黄河三角洲地基砂土液化等级分区图

  黄河三角洲地基承载力分区图

  黄河三角洲海岸线演变图

  钓口地区1985-1996年海岸侵蚀特征图

  河口地区1985-1996年海岸淤积变化图

  钓口地区1985-1996年海岸线变迁图

  河口地区1985-1996年海岸线变迁图

  黄河港地区1985-1996年海岸线变迁图

  河口地区1976-1984年海岸线变迁图

  黄河历史流路与地貌关系图

  海岸带变迁研究区位置图

  1986年地下水氯离子等值线图

  1986年地下水钠钾离子等值线图

  地下水总阳离子等值线图

  地下水总阴离子等值线图

  1991年1月浅层地下水等水位线图

  1997年1月浅层地下水等水位线图

  1986年与1997年枯水期地下水等水位线图

  38.1991年-1997年浅层地下水水位变蝠图

  3.2查询地质信息

  在项目视图(View)下,打开图集中的任何一幅图,能查询与图层有关的其它信息。如:在“黄河三角洲钻孔分布图”中,可以查询每一钻孔20-50米深度内的柱状图和相应的岩性描述;在“黄河三角洲监测孔分布图” 中,可以通过钻孔,查询在该位置处地下水多年动态变化曲线、按月统计动态曲线、按日统计动态曲线等。

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