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1、河南省白沙灌区信息化技术研究报告第一完成单位：河南省白沙水库灌溉工程管理局合作单位：郑州大学地理信息系统工程研究中心2008年1月III前 言随着计算机技术和网络技术的发展，水利行业对信息化的依赖程度越来越高，灌区作为水利行业的主要组成部分，信息化建设对其发展具有重要作用。要实现灌区的现代化，传统的管理方式存在很多局限性。必须借助现代化的手段，应用信息技术、计算机技术、人工智能、地理信息系统等技术，建立与灌区管理模式相配套的管理系统，才能提高灌区的管理水平。灌区现代化是社会现代化和水利现代化的综合体现，是一个复杂的长期过程。这一过程的实质，就是人们充分利用现代化的科学技术，不断适应国民经济和社
2、会发展的需要，从而达到水资源高效利用和灌区可持续发展的目标。灌区信息化建设是实现这一目标的重要手段。白沙灌区是建国后国家在淮河流域最早兴建的大型灌区之一，水源为白沙水库。南、北干渠于1951年开始勘测设计,1954年开工,1955年建成；东干渠于1958年开始兴建，1963年建成；新北干渠于1976年开始兴建，1990年建成。灌区有南、北、东、新北干4条干渠，总长99.25km；支渠8条，总长49.56km；斗渠143条，总长229km。灌区设计灌溉面积30.3万亩，有效灌溉面积20.415万亩，设计总引水流量40.25m3/s。随着续建配套节水改造工程的推进和灌区信息化的建设深入，需要对信息
3、进行及时分析和处理。传统的管理方式无法实现对各类信息的有效管理、维护，也无法做到信息共享，这不仅影响到灌区管理水平的提高，而且各级水利行业主管部门也难以做到及时、准确和全面了解掌握灌区及行业发展的状况。因此，白沙灌区需要进行信息化建设来提高管理水平，使今后的工作更加规范和高效。白沙灌区的信息化建设就是充分利用现代信息技术、计算机技术、地理信息技术，深入开发和充分利用灌区内的信息资源（信息的采集、传输、存储和处理等)，提高信息采集和处理的准确性，对信息做出处理和分析，为灌区管理部门提供科学的决策依据，提高管理效率和水平、降低管理成本，以促进灌区实现科学管理和高效管理，从而为整个行业的信息化建设奠
4、定基础。白沙灌区地理信息系统，利用GIS强大的分析功能管理灌区内的各类信息，为决策者的决策提供参考作用，对提高灌区水资源利用效率具有指导意义，也能为更大空间尺度上的“数字水利” 建设提供一个很好的借鉴作用。基于充分了解灌区实际工作需要的基础上，深入分析了国内外灌区用水管理的现状，确定了符合白沙灌区管理工作的方案，制定出白沙灌区信息管理系统的总体结构和功能，按照信息系统理论和软件工程方法，综合采用地理信息技术，数据库技术，开发出灌区管理信息系统，实现对灌区的基本情况、统计资料、空间信息、相关报表等数据进行查询和分析，为灌区管理人员进行科学决策与管理提供依据。白沙灌区管理信息系统由图层操作模块、基
5、本情况模块、信息查询模块、统计分析模块、系统管理模块、帮助文档模块等六大功能模块组成。系统的研发是以组件式COM GIS为基础，利用面向对象的编程语言（Visual Basic6.0）和地理信息系统组件（MapObjects 2.3）开发基于Windows平台的、适用于河南省白沙灌区管理局管理的地理信息系统，该信息系统的数据库采用Access数据库。整个系统响应速度快，操作方便实用，用户界面友好，数据处理功能齐全，具有较强的实用性、先进性和通用性。白沙灌区管理信息系统的创新点在于，它实现了白沙灌区管理局无纸化办公。系统不仅将数据以表格显示和输出，还将白沙灌区属性数据和空间数据连成一体，真正做到
6、属性数据和空间数据的双向查询。系统采用COMGIS组件，ADO技术以及报表打印技术等如今软件开发领域新技术，体现了系统的先进性。系统的作用主要体现在三个方面。第一，灌区信息化的管理方式实现了对各类信息的有效管理、维护，充分实现了信息共享，大大提高了灌区管理水平，也使得各级水利行业主管部门能够及时、准确和全面了解掌握灌区及行业发展的状况；第二，灌区信息化改变了灌区资料的管理模式，实现了灌区资料的无纸化管理，并充分发挥出计算机快速存储、检索信息的能力，并对存储信息进行各种查询、输出，向用户提供快捷、方便的信息查询服务，实现灌区信息的有效利用和现代化管理；第三，白沙灌区管理信息系统构建了一套通用的空
7、间信息应用平台，将为白沙灌区后续的信息化建设奠定更加坚实的基础。白沙灌区管理信息系统的设计开发与应用，重点体现了灌区建设管理的低成本和高效率的管理理念，在国内灌区信息化建设管理领域尚属领先水平。虽然系统功能还需要有一个不断完善的过程，但我们相信，随着系统的实践应用，它的设计思想不但会在白沙灌区的建设管理方面展示出积极的作用，也将在国内灌区建设管理领域产生深远的影响。二八年一月目录1研究背景及意义11.1 问题的提出11.2 研究区概况及研究意义21.3 国外研究现状31.4 国内研究现状52系统分析92.1系统需求分析92.1.1 用户职责和业务92.1.2 系统目的92.1.3用户的需求分析
8、102.1.4委托方提供的数据122.2 系统可行性分析123 系统总体设计143.1 系统目标143.2 系统设计的基本原则143.3 总体结构设计153.4 技术方案设计163.4.1关键技术163.4.2 技术路线183.5系统安全性设计193.6 系统开发环境204 系统功能设计214.1 图层操作224.2基本情况224.3 信息查询244.4 统计分析254.5 报表打印264.6 注记和符号化314.6.1 文字注记314.6.2 地图符号化324.7 系统管理334.8 帮助文档345 数据库设计355.1设计依据355.2数据库设计原则365.3灌区基础信息的分类365.4
9、灌区属性数据库概念设计375.5 灌区空间数据概念设计385.6 属性数据与空间数据的关联395.7 数据库逻辑设计405.7.1 表结构数据类型415.7.2 库、表命名规范415.7.3编码方案426 总结467 项目进度安排48附 录49附录A：灌区基本数据库表结构49附录B：数据字典61附录C 全国402个大型灌区编码表75参考文献791研究背景及意义1.1 问题的提出随着计算机技术和网络技术的发展，水利行业对信息的依赖程度越来越高，灌区作为水利行业的一部分，决不可能独立于信息化浪潮之外。要实现灌区的现代化，用传统管理方式是难以完成的。它只能借助现代化的手段，应用信息技术、计算机技术、
10、人工智能、地理信息系统等技术，建立水资源实时监控管理系统、水资源优化调度系统、水资源决策支持等系统，才能从根本上解决复杂的水资源配置与高效利用问题。首先，灌区信息化是灌区经济社会发展的要求。灌区信息化将提高灌区的决策水平和管理水平，使灌区为国民经济和社会发展提供可靠保障。一方面，灌区管理部门要向政府和相关行业提供大量的水利信息，包括旱情信息、水量水质信息和水利工程信息等，为抗旱工作和水资源综合管理服务；另一方面，灌区建设本身也离不开相关行业的信息支持，包括区域经济信息、生态环境信息、气候气象信息、地质灾害信息等。因此，加快灌区信息化建设，既是国民经济信息化的重要组成部分，也是灌区自身发展的迫切
11、需要。其次，灌区信息化是灌区面临的新形势的要求。要建设现代化的灌区，必须要实现由传统水利向现代水利和可持续发展水利的重要转变（全国水利发展第十个五年计划和2010年规划），即要从过去对水资源的开发、利用和治理，转变为在开发、利用和治理的同时，更为注重对水资源的配置、节约和保护；要从过去重视水利工程建设，转变为在重视工程建设的同时，更为重视非工程措施的建设。要实现水利工作的这些转变，必须由信息化来提供重要的技术支撑。河南省白沙灌区管理信息系统的建设是顺应灌区信息化的潮流，是灌区管理现代化、网络化的体现，将有效地提高白沙灌区的管理水平和现代化水平，为灌区管理和决策提供及时准确的信息服务和技术支持，
12、增强灌区各管理部门的协调能力，同时可大大加快灌区水利经济的发展，提高灌区人民的生活水平。1.2 研究区概况及研究意义本次研究以河南省境内的白沙灌区为研究对象，白沙灌区的基本情况包括以下几个方面1：（1）自然条件白沙灌区位于河南省禹州市和许昌县，包括大部分平原和部分岗地。灌区属淮河水系中的颍河流域，颍河为常年性河流。白沙灌区属暖温带半干旱季风气候区，根据近50年以来的统计资料来看，灌区内年平均降雨量668.9mm，年最大降雨量为1078.7mm（1964），年最小降雨量429.1mm（1960），除年际变化大外，年内季节降雨也极不均匀1。由于降水量小且年内分配又不均匀，故灌区作物经常受干旱的威胁
13、，干旱是本区农作物的主要灾害。（2）社会经济与农业生产状况白沙灌区灌溉禹州市和许昌县的17个乡（镇、办），292个行政村，1591个村民组。灌区总人口41.8万人，其中农业人口35.5万人。白沙灌区是禹州市和许昌县的主要产粮区，农作物品种主要有小麦、玉米、烟叶、红薯、大豆、油菜等，复种指数1.7。灌区建成后农业增产十分显著，粮食作物平均每亩年产量由开灌前的1954年的155kg，逐年增加到近年来的671kg，2002年的灌区粮食总产量为1.76 亿公斤1。（3）水利工程与灌溉发展情况白沙灌区是建国后国家在淮河流域最早兴建的大型灌区之一，水源为白沙水库。南、北干渠于1951年开始勘测设计,195
14、4年开工,1955年建成；东干渠于1958年开始兴建，1963年建成；新北干渠于1976年开始兴建，1990年建成。灌区有南、北、东、新北干4条干渠，总长99.25km；支渠8条，总长49.56km；斗渠143条，总长229km。灌区设计灌溉面积30.3万亩，有效灌溉面积20.415万亩，设计总引水流量40.25m3/s。白沙灌区已运行五十多年，老化、损坏十分严重，尤其是斗、农渠工程，输水能力仅为设计的65%，灌溉水利用系数仅为0.25。虽然白沙灌区每年也拿出一部分资金用于工程维修，但工程老化失修十分严重，斗农渠恢复配套的速度远远落后于工程老化速度2-4。白沙灌区开灌五十多年来，不仅解决了灌区
15、用水问题，而且在抗御自然灾害，保障灌区农业连年稳产，促进禹州经济的发展中起到了非常重要的作用1。由于灌区修建年代已久，在灌溉使用上存在了一些问题，诸如建筑物老化，渠道渗漏，淤积严重，渠系水利用系数低等问题，增加了灌溉成本，严重影响了农民的灌溉积极性，造成管理费用增加，所以进行续建配套节水改造工程是当务之急。在续建配套节水改造工程中需要整理和上报很多历史资料，同时要进行信息分析和规划。目前还采用传统的人工方式，容易出错并且工作量大，重复劳动多。在灌区管理中就暴露出管理能力相对比较滞后的弱点。传统的管理方式无法实现对各类资料信息的有效管理、维护，也无法做到信息共享，这不仅影响到灌区管理水平的提高，
16、而且各级水利行业主管部门也难以做到及时、准确地掌握灌区及行业发展的状况和变化趋势。因此，白沙灌区需要进行信息化建设来提高管理水平，使今后的一系列工作变得规范和高效。系统为灌区工程设计管理单位提供一个功能强大的操作管理平台，通过对各类原始信息、设计信息进行存储管理和加工处理，满足对灌区管理的各项需求，将整个灌区传统的人工管理模式提升到信息化、智能化，直观地对各种信息进行显示和分析，为实现最优方案、最低成本和科学决策提供信息服务和成果依据。1.3 国外研究现状目前国外发达国家的灌区管理信息化、自动化、高效化程度比较高，在灌区中普遍采用了遥感遥测技术、网络技术、数据通信技术、计算机技术、系统工程技术
17、、地理信息系统技术、自动控制等技术，实现了集信息采集处理决策信息反馈监控为一体的优化调度，以实现水资源的合理配置和灌溉系统的优化管理；主要表现在以下几个方面611: (1)灌区基础数据的采集、处理和存储水平高 西方发达国家灌区管理部门对灌区基础数据的收集和处理比较重视，灌区渠系、闸门、水文站、用水户等的数据一般都由计算机管理，并存储在文件或数据库中。 (2)灌溉系统的自动化程度高国外灌溉系统的自动化程度总的来说比较高。美国垦务局将自动控制技术应用于灌区配水调度，将配水效率由80%提高到96%。以色列的灌溉农田都采用了喷、滴灌等现代灌溉技术和自动控制技术，灌溉水平均利用率达90%。日本灌区的水管
18、理普遍采用计算机及自动控制等现代技术，大大提高了灌区的管理水平；日本于20世纪80年代初新建或改建的灌区，大多从渠首到各分水点都安装有遥测、遥控装置；中央管理所集中监测并发布指令，遥控闸门、水泵的启闭，进行分水和配水。从20世纪90年代开始，澳大利亚的两个典型灌区古尔本-墨累灌区（Goulburn-Murray Water）和墨累灌区（Murray Irrigation Limited）在进行更新改造后，实现了现代化。其主要特点是：用水户通过电话进行用水申请，所有申请数据直接进入计算机调度中心，调度中心根据各水源的情况进行调度和配水；灌区的各种空间信息如作物种植情况、水源分布情况、工程情况、降
19、雨情况、土壤情况以及用水量等通过遥感影像等相应手段获取并通过地理信息系统平台进行管理；所有用水户的取水口门都有量水设施；水库及骨干渠道的水位流量通过SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统进行监控；实行动态水价，通过地理信息系统建立所有工程设施的数据库及其管理系统，根据各工程的老化状况随时进行水价的核算和调整。 (3)灌区灌溉管理应用软件系统的标准化和通用程度好 发达国家在灌区灌溉管理所需要软件的标准化和通用程度方面做的比较好，开发了一批用于灌区灌溉管理的通用软件。Tedorovic等（2000）应用ArcView软件，在用Avenue
20、语言进行二次开发的基础上，开发出了意大利南部Apulia灌区灌溉管理系统，该系统划分了灌溉需水和缺水区域，用不同作物种植方式、气候条件(丰枯年份)、灌溉方式、灌溉水量和水系分布等特征来估算灌溉需水，并考虑了GIS数据库的扩展和灌溉方案的改进。Heinemann等（2002）在巴西Tibagi河谷采用包含作物模型的空间应用系统的计算工具来确定该地区主要作物的灌溉需水、年径流和年溶氮量，并用计算结果对当地的环境影响做评价，同时证明了作物模拟模型与GIS结合应用是一项重要的决策手段。国际粮农组织(FAO)组织开发的CROPWAT系统可以帮助农业气象学家、农艺学家和灌溉工程师制定灌溉计划，提交灌区规划
21、。该软件有一个庞大的气象数据库CLIMWAT，CLIMWAT是国际粮农组织为配合CROPWAT使用而专门开发的数据库，它包含了由144个国家3262个气象站收集而来的气象资料。同时，国际粮农组织为了推进灌溉计划的管理开发了灌溉计划管理信息系统(SIMIS, Scheme Irrigation Management Information System)，该系统是一个通用的、模块化的系统，具有适用性好、多语言(英、法、西)和简单易用的特点。该系统除了处理有关水的问题以外，还覆盖了日常管理活动的所有主要方面，如控制维护、结算、水费和其他相关的任务。澳大利亚农业产量研究机构(APSRU)研究开发了A
22、PSIM系统，该系统通过一系列互相独立的模块(如生物模块、环境模块、管理模块等)来表现被模拟的灌溉系统，这些模块之间通过一个通讯框架(也称为引擎)进行连接。美国佛罗里达大学针对佛罗里达州的农业特点开发了AFSIRS系统，用户使用该系统，可以根据作物类型、土壤情况、灌溉系统、生长季节、气候条件和管理方式等诸多变量，估算出研究区域的灌溉需水量。该系统收集了佛罗里达州9个气象观测站的长期观测资料，比较全面的反映了佛罗里达州的气象条件，在佛罗里达州得到了广泛的应用。1.4 国内研究现状我国的灌区信息化建设起步较晚，但发展速度很快。特别是2002年以来，根据水利部农水司200209号关于开展大型灌区信息
23、化建设试点工作的通知，全国各省市自治区选定了少量灌区开展了信息化试点的规划设计工作，使灌区信息化建设走上了正规。灌区信息化建设的目标是建立一个以信息采集系统为基础，以高速安全可靠的计算机网络为手段，以3S技术和决策支持系统为核心的现代化灌区管理系统，其最终的目标是通过信息采集、传输、处理水平的提高，提高灌区管理水平，使灌区水资源得到优化配置，最终促进灌区“节水、增效、改善生态” 12。目前在全国大型灌区进行了一些试点，比较典型的例子有黑龙江灌溉信息网，广西龟石灌区和四川都江堰外江灌区等13，14。在河南省南阳市的鸭河口灌区也已经试点开展了灌区信息化建设，目前取得了一些成果。同时，我国的许多专家
24、和学者也在灌区的信息化建设方面做了很多工作。李亚卿等15 (2000)首先对GIS 技术在灌溉管理中的应用作了探讨研究，将GIS 软件应用在南阳市鸭河口灌区的灌溉管理，认为GIS 能够科学预测灌区用水需求、优化水资源配给，对于实现“适时”、“适量”灌溉,节约水资源有重要意义。黎晓等16 (2001)针对灌区用水管理技术水平落后及水利用率低等状况，提出了基于GIS 的灌区管理信息系统模型、功能组成、系统软硬件组成和系统设计流程，其中有3 类: 预测模型(供水总量预测、需水总量预测、供需平衡预测)；优化配置模型；规划与环境评价模型。卢麾等17 (2002)提出了基于遗传算法优化模型和GIS 技术的
25、灌溉决策支持系统，该系统由灌区信息管理模块、田间灌溉模拟模块、优化配水模块和GIS 模块等组成，通过遗传算法对灌区作物种植比例、配水进行优化，具有一定的智能性、通用性和可扩展性，界面友好，易于操作。王玉宝18等(2003)结合工程实例，阐述了GIS 的具体应用方法，认为GIS 能够真正实现实时、适量的科学灌溉，同时GIS系统与通讯网络、数据采集系统、灌溉管理专家系统等的联合应用,可以促进灌区管理的信息化、自动化和智能化。杨国范等19 (2003)对灌区管理地理信息系统的数据采集输入、属性数据库建立及GIS 开发方式等进行了研究,用智能数据采集技术、Visual Basic 6. 0、Geome
26、dia professional 3. 0 和Geostar 提供的GIS 集成二次开发组件GeoMap ,实现灌区管理地理信息系统的建立。张汉松等20 (2003)将网格GIS 应用在大型灌区信息化建设中,提出灌区网格GIS 概念，建立灌区网格GIS 系统框架，包括灌区GIS 数据标准、规范与共享，空间数据库群和业务数据库群集成管理，系统功能有信息查询、统计、空间分析，以及制定灌区规划。陈兴等21 (2003)提出了基于MapX的灌区地理信息系统，并通过一大型自流灌区，论述其开发的设计思想、开发过程及关键技术。陈玲等22 (2003)研究了基于MapObjects 的地理信息系统二次开发及其
27、与灌区管理模型的集成，采用的集成方式在漳河灌区进行了初步应用，GIS 提供模型计算所需要的空间数据，在模型模拟过程中动态显示时空演化过程。王文川等23 (2004)根据GIS 的功能特点，结合优化配水调度模型,建立灌区灌溉水资源用水管理模型，并结合工程实例，阐述了GIS 的具体应用方法，认为GIS 能够预测灌区用水需求、优化水资源配置，提高灌区水资源利用效率,实现实时、适量的科学灌溉。崔琰24 (2004)认为利用GIS工具管理灌溉用水，是实现农业高效用水的重要措施之一，精确充足的空间数据是支撑GIS 的基础，以开发陕西省冯家山灌区灌溉信息空间数据库为例，介绍了基于MapX组件的空间数据库的建
28、立与关联技术，并对在灌区管理工作中运用GIS 技术进行了有益的探讨。陆桂明25 (2005)把地理信息系统引入到了石津灌区应用管理中，建立了系统的分层结构模型以及系统整体功能,其中,利用地理信息系统软件Map Info 6.5作为开发平台,以MapX 4.5、Delphi 6.0作为二次开发工具建立了一套完整的水情监控、渠道信息及配水管理系统,为灌区管理创造了良好的环境。段雪辉26 (2006)把WebGIS技术应用到了汾河的灌区管理中，提高了灌区自动化管理水平和水资源的利用率，使决策建立在及时、准确、可靠的信息基础之上，真正实现灌区水利信息资源共享，能够及时、准确地发布信息，为社会服务。孟爽
29、等27 (2006)在VC #. NET 环境下,基于ArcGIS Engine 组件开发的灌区管理信息系统,以灌区内的图形、图像数据为基础,在灌区平面图的基础上管理灌区内的各种信息,将空间数据与属性数据相结合,专业模型与GIS相结合，使系统操作更加方便，功能更加强大。王丽学等28 (2006)将GIS引入到东港灌区的信息化管理中，利用AO(Arc Objects)组件开发专业化的地理信息系统，用 GeoDatabse建立空间数据库，通过ArcSDE（空间数据引擎）对数据库的数据进行访问，实现了多用户对同一数据进行操作，较早地把GeoDatabse空间数据库技术引入到灌区的信息化管理中。周鹏等
30、29 (2007)在都江堰灌区初步建立了一个GIS 支持下的信息管理系统，该系统以 Windows 2000计算机操作系统为软件开发的基础, 采用SQLServer 2000作为后台数据库管理软件；以Arc/ Info8. 0 为其图形显示平台，图形操作（如矢量化、图层处理、显示等）均在该平台上进行；前台应用程序应用VB 语言和Arc/ Info8. 0 模块结合进行二次开发。实现了对各类基本信息的综合管理、查询与分析，并在此基础上结合闸门控制系统,完成了调水子系统初步模型。齐同军等30 (2007)设计了织女星灌区地理信息系统，该系统采用了业务实体表的元表来管理灌区所有的业务实体的属性信息，
31、提供了业务实体信息的注册机制，当系统需要扩充灌区业务时，只需要在表中添加更改业务实体对应的内容，就可以直接运行，不需要修改程序，在系统的通用性方面较早地进行了研究。“水利信息化是水利现代化的基础和重要标志”，灌区信息化也是灌区现代化的基础和重要标志。灌溉在为农业生产服务中发挥着重要的作用，要实现农业的现代化就必须实现灌区的现代化。“管理出效益”，要充分发挥灌区的作用，管理是关键。灌区现代化首先是灌区管理的现代化，而要实现灌区管理的现代化，就要十分注意利用具有先进意义的实现手段和途径，实现灌区管理所需的水情、农作物、工情等信息的采集、传输、存储、处理与分析的现代化和自动化。在这样的大形势下，白沙
32、灌区信息化面临着难得的发展机遇，我们一定要抓住机遇，加快白沙灌区信息化的发展步伐，提高灌区管理水平，使今后的一系列工作变得规范和充满效率。根据白沙灌区目前的实际情况，建立一个管理信息系统来对灌区的业务进行整合，提高工作效率是首要的任务。白沙灌区信息化建设目标是运用地理信息技术进行数据采集、分析和处理，通过技术分析、示范，初步建立起能提高白沙灌区管理水平、促进灌区技术优化升级的灌区地理信息系统，为以后白沙灌区水资源的优化配置、高效利用提供调度运行决策支持，从而为整个行业的信息化建设奠定基础。2系统分析2.1系统需求分析2.1.1 用户职责和业务一、主要职责贯彻执行国家水利政策、法律、法规，搞好灌
33、区工程规划建设和管理，编报用水计划，及时调水配水，为全区国民经济发展和人民生活服好务。二、内设机构及职责设有办公室、建管股、财务股等。（一）办公室及时准确地搞好文件收发和文件档案的立卷归档工作，搞好信息调研工作，完成年度计划、总结等文稿的起草、印发工作；搞好机关接待和环卫等日常工作；搞好机关劳动人事、党务及来信来访工作。（二）建管股搞好工程规划、设计、建设及质量控制；管好技术档案和仪器设备；搞好工程管护，适时维修，防洪抢险，做到工程完好，确保正常运行；搞好渠系的管理，做到渠系完好无损，畅通无阻；编制用水计划，及时联系调水，保证灌区满载满插；及时足额收缴水费。（三）财务股遵照会计法规管好、用好工
34、程基本建设资金和机关经费；搞好日常会计核算工作，建立健全统计台帐；按时报送会计和统计报表，管好会计档案和管理处财物。2.1.2 系统目的开发本系统的目的在于利用计算机信息系统在数据存储、处理、计算、修改、输出上的便利性，来提高河南省白沙灌区管理工作的效率和准确度。由于该系统处理的数据囊括图形、表格、文字等多种不同类型的数据，并且这些都是灌区管理的基础数据，因此本系统应开发成以地理信息系统（GIS）为基础的灌区管理信息系统，使之成为一套具有长期性、稳定性的应用系统。为今后在此基础上进一步增加空间分析、决策支持等更为高级的功能提供保障。2.1.3用户的需求分析一 、业务需求1、使用范围利用计算机信
35、息系统在数据存储、处理、计算、修改、输出上的便利性，来提高河南省白沙灌区管理局的工作效率和准确度。2、 功能要求根据对白沙灌区各项业务的详细调查，明确了白沙灌区管理局对待建系统主要有以下功能需求：（1）基础地理信息系统功能主要包括地图放大，缩小，漫游，全图显示，地图鹰眼等功能。（2）注记和符号化能够根据水利部颁布的规范灌区图例中定义的地物说明进行灌区内地物的注记和符号化的开发。（3）信息浏览查询在指定的浏览查询条件下系统应能对图形数据，属性数据进行浏览和查询，浏览查询的结果将同时显示在地图上和属性表中，即实现图形数据和属性数据的互动浏览查询。浏览查询方式应能具备以下三种即按照属性字段进行浏览查
36、询、按照空间位置关系进浏览查询和按照属性字段与空间位置关系进行组合浏览查询，同时系统应能以图形、表格等丰富的表现形式显示浏览查询的结果。（4）信息统计系统能够对各种白沙灌区地理信息进行统计汇总，并能对统计汇总的结果以专题地图、统计图表的形式显示。（5）数据维护系统应能根据管理局内部的系统管理人员的级别不同对用户权限进行管理，对提交的数据进行维护和备份。（6）表格打印系统应能打印各种表格包括各种调查表、统计表等。（7）帮助文档 附有白沙灌区地理信息系统详细使用说明的帮助文档。3、各部门的使用权限根据灌区管理局的具体要求，规定了各部门的使用权限，如表1所示：表1 系统权限设置灌区信息的编辑灌区地图
37、显示的管理灌区信息查询管理员用户登录、查询、修改权登录、查询、修改权登录、查询、修改权一般用户登录、查询权登录、查询权登录、查询权二 性能需求1、数据的完整性、准确性录入数据采用表格方式，限制录入数据类型及取值范围以保证数据的完整性及准确性；又由于规定了各部门的使用权限，所以系统根据对应的访问权限具有对部分数据修改的功能。2、数据的安全性本系统采用二级安全保障：第一级：通过设置不同等级的用户许可权限，以保证系统数据的安全性。系统的数据尽量使用原始数据，以保证数据的精度和可靠性。第二级：对相关数据库设置密码，保障数据的安全性。3、系统的可扩展性、开放性系统具有良好的数据输入输出接口，能接收和输出
38、其他数据格式；本系统应能很好地满足将来软硬件系统的升级以及系统扩展的需要。三、 其他需求系统具有友好的用户界面，适当美观，良好的系统性能，系统健壮性好，通用性比较强，较高的处理效率，便于掌握、使用和维护。四、 用户平台要求开发出的软件要适用于白沙灌区管理局域网内的数据共享，支持windows系统及一些常用的办公软件如office等。2.1.4委托方提供的数据委托方提供以下资料：（1） 1：50000灌区工程图。（2） 灌区概况、工程设施、取水系统、输水系统、农作物情况和管理机构情况介绍方面的数据资料。（3） 灌区水费上缴统计、粮食产量统计、完成投资统计、供水成本统计和财务收支统计、衬砌干渠统计
39、方面的数据资料。（4） 灌区概览图片资料。（5） 灌区2000年至2005年工作总结资料。2.2 系统可行性分析地理信息系统（GIS）作为管理和处理空间特征的有力工具，可以同时实现对灌区空间数据和属性数据进行采集、存储、处理、管理和输出，其突出的特点是将图形和属性作为一体，以关联的方式来组织和处理数据，因此将灌区管理信息系统开发成以GIS为基础的空间信息系统是非常必要和可行的。河南省白沙灌区管理业务所涉及的对象都是地表空间实际存在的地理要素，这些地理要素有着鲜明的空间特征，其属性特征也与空间特征相关联的形式存在，在地图上这些地理要素都是以矢量形式加以符号化表达。但以往白沙灌区管理局所拥有的管理
40、信息忽略了干渠、支渠、斗渠、提灌站、渡槽、倒虹等地理要素的空间特征，而只把重点放在属性信息的管理上，显然这不能反映灌区管理的本质所在。系统采用组件GIS开发方法，即VB+MO进行二次开发。组件GIS开发是把GIS的功能模块划分成多个控件，每个控件完成不同的功能，各个GIS控件之间以及GIS控件与其他GIS控件之间，通过可视化的软件开发工具，根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来，实现地理信息系统的各种功能以及应用系统。空间数据不仅是地理信息系统的核心，也是所有地理信息系统赖以成功的基础。对于地理信息系统的大量的数据库操作，需要用到其他数据库和MO的属性数据库的转换。为完成这个功能，可构建一个
41、Access数据库，为了保持和属性数据库特征的一致，可以直接把dbf数据库导入到Access中。通过Access数据库就可以完成空间数据的查询、浏览、录入等功能。从白沙灌区管理信息系统所需的硬件设施来看，由于灌区管理所涉及的各类数据量较大，因此应尽量采用高档微机，此外，考虑到系统所涉及的业务种类不同、使用人员多，应将数据集中存储和管理，以提高数据的安全性和保密性。项目由白沙水库灌溉工程管理局和郑州大学地理信息系统工程研究中心联合研究。郑州大学地理信息系统工程中心有很强的地理信息系统应用软件开发能力，曾圆满完成多项国家和省级攻关项目的研究工作。为成功开发白沙灌区管理信息系统提供了可靠的智力支持。
42、白沙水库灌溉工程管理局是灌区的管理部门，对灌区管理有丰富的经验，二者联合必将为白沙灌区的信息化建设提供技术和管理等方面的保障。在硬件方面，该中心具有GIS专业机房，高档微机60余台、高性能服务器3台、图形工作站2台、大幅面彩色滚筒式扫描仪1台，大幅面彩色绘图仪1台、GPS接收仪3台套等设备，能实现大容量数据采集、存储、处理与传输；拥有ArcGIS9.2、MapObject2.3、SuperMap等地理信息系统软件。项目组将从灌区工作的实际情况出发，在充分考虑委托方的具体需求的前提下，制定技术方案，进行系统设计、开发和调试，从而为系统的顺利开发和建设提供了保证。3 系统总体设计3.1 系统目标系
43、统的研发目标是以先进的构件式GIS（COM GIS）为基础，利用面向对象的编程语言（Visual Basic6.0）和地理信息系统组件（MapObjects）开发基于Windows平台的、适合于河南省白沙灌区管理局日常管理的地理信息系统，该信息系统的数据库是Access数据库。开发本系统是要利用计算机信息系统在数据存储、处理、计算、修改、输出上的便利性，来提高白沙灌区管理工作的效率和准确度。由于该系统处理的数据囊括图形、表格、文字等多种不同类型的数据，并且这些都是白沙灌区管理局的基础数据，因此本系统应开发成以地理信息系统（GIS）为基础的白沙灌区地理信息系统。一旦开发完成，就能够成为一套具有长
44、期性、稳定性的应用系统，且可能在此基础上进一步增加空间分析、决策支持等更为高级的功能34。3.2 系统设计的基本原则本系统设计根据系统工程的思想，使建设的河南省白沙灌区管理信息系统满足科学化、合理化的总体要求。在设计和今后的开发中，遵循如下原则：（1）实用性原则系统具有友好的用户界面，良好的系统性能，成熟的技术，较高的处理效率，便于掌握、使用和维护。系统能根据委托方的实际情况，并按照我国灌区信息管理的相关规程、规范、标准、图例等，对资料进行录入、查询及统计分析。（2）安全可靠性原则系统运行稳定可靠，容错性强，避免了由于误操作而出现死机现象。同时，系统的操作通过设置不同等级的用户许可权限，以保证
45、系统数据的安全性。系统的数据尽量使用原始数据，以保证数据的精度和可靠性。（3）开放性和可扩展性原则系统具有良好的数据输入输出接口，能接收和输出其他主流数据库数据格式。同时，考虑到未来系统可能会扩展为网络地理信息系统，系统应预留功能模块接口，为将来处理图形图像数据打下基础。所确定的硬件系统和工具软件应能很好地适应本系统开发和使用的需要，同时本系统应能很好地适应将来软硬件系统的升级以及系统扩展的需要35。（4）完备性原则对于所有原始数据做到只要输入一次，就可自动存储到相应的数据库中，其他数据可以由原始数据生成，这样系统具备较好的完整性。此外，系统应具备必要的数据输入、管理、处理、查询、编辑、输出、
46、分析、显示等功能。（5）规范化原则系统必须严格遵循“软件工程”的思想和方法，系统信息编码、文档、开发平台以及所采用的开发方法和技术遵循现有的国际标准、国家标准和行业标准。（6）先进性原则系统采用当今最先进的面向对象和构件化技术，使系统具有较长的生命周期。3.3 总体结构设计系统总体结构设计是要根据系统分析的要求和组织的实际情况来对新系统的总体结构形式和可利用的资源进行大致设计,它是一种宏观、总体上的设计和规划。根据软件工程和地理信息系统工程的设计思想及对委托方需求情况的调研，河南省白沙灌区管理信息系统总体结构示意图，如图1所示。由图1可以看出，借助该系统，灌区管理人员将能够对图层进行放大、缩小
47、、漫游等基础地理信息操作；能够对灌区的基本情况、工程情况以及其它数据进行录入、维护、生成报表、打印、数据备份等操作；能实现信息的点击查询，模糊查询和组合查询等功能；能对所需的信息以统计图的形式直观的显示出来；能实现数据的备份和恢复，这都将大大促进灌区管理工作的科学化、规范化和合理化。基本情况图1 系统总体结构白沙灌区管理信息系统系统管理 信息查询图层管理空间数据库属性数据库统计分析3.4 技术方案设计3.4.1关键技术（1）COMGISCOMGIS是指组件化的地理信息系统。由于目前地理信息系统的用户越来越多，要求各不相同，而地理信息系统软件也层出不穷，为了满足不同用户对地理信息系统的不同功能要求以及各类地理信息系统能够有效融合，在地理信息系统基本软件的基础上，预留程序接口，不同用户可以根据需要与其他软件或硬件连接36。如与RS（遥感）、GPS（全球定位系统）、CAD(计算机辅助制图 )、OA（办公自动化）、MA(管理自动化)等的连接，如同搭积木一样，可以根据一定规程增加或减少功能。实现构件式地理信息系