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1地理信息系統描述

地理信息系統（gis）既是一種特定的空間信息系統，又是一種決策服務系統，具有信息系統的各種特點。它結合地理信息科學，采用現代化的方法收集、存儲、分析、管理和顯示與地理空間分布有關的數據和圖形，為管理、模擬、規劃和決策提供服務。同時，它又是一種應用性很強的技術系統，以空間信息數據庫為基礎，采用地圖模型分析方法，在計算機硬、軟件系統支持下，處理各種專題地圖、遙感數據、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，包括數據查詢、使用和數據庫更新，還可以對各類數據進行空間分析、統計分析以及綜合分析據、人員和方法五部分組成。硬件和軟件為地理信息系統建設提供環境；數據是GIS的重要內容；方法為GIS建設提供解決方案；人員是系統建設中的關鍵和能動性因素，直接影響和協調其他幾個組成部分。GIS有多種概念模型，一是通過計算機系統實現用戶管理的軟件模型；二是使用某種公共結構，用于描述數據與數據之間關系的數據模型；三是包含圖形運算、統計數據識別、空間信息檢索、網絡分析等的空間模型。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。空間屬性在地理信息系統中用基本圖形顯示，實現屬性與地圖的分離。

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快速發展，憑借著強大的數據處理能力和結果顯示能力，GIS在海塘保護方面、環境保護方面，以及資源控制方面的應用前景十分廣闊。同時，GIS將地圖數據圖形化，對空間信息數據進行有效管理，使用計算機程序模擬一般的或特定的地理分析方法，使現實世界對象的表達和分析更加豐富和有效，從而完成傳統方法難以完成的任務，所以必將是海塘工程信息管理的發展方向和必然趨勢。

2基于ArcGIS的栲門海塘信息系統設計

2．1系統邏輯結構浙江栲門標準海塘位于舟山岱山縣本島北部東沙鎮（原泥峙鎮和東沙鎮）境內，距高亭鎮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。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，將海塘工程信息與其他信息集成在一起并實現共享，該系統邏輯結構主要由四層組成，一是用戶管理界面層；二是數據采集層，依靠傳感器和監測器獲得相應的數據信息；三是信息處理層，該層是系統的主體層，用于建立滿足不同需要的基礎數據庫和特定數據庫；四是反饋查詢層，由幾個應用系統構成，用于管理人員的安全監控和應急處理。系統邏輯結構如圖1所示。

2．2系統界面栲門海塘工程地理信息管理系統依據海塘線上綜合工程的結構型號、地質條件、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定性和沉降偏移的樁號。在一個數據框架下建立了斷面分界處、各個斷面、地名、示廓線、內陸、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界面。

3栲門海塘信息系統功能

3．1系統基本功能組成栲門海塘工程信息系統的設計功能主要表現在專題地圖、數據輸入、信息查詢和顯示、數據處理、信息反饋輸出和安全預警上，如表1所示。該系統首先將海塘工程信息輸入地理信息系統的數據庫，將計算機圖形和數據庫融為一體，建立快捷方便的信息數據庫，再在數據庫基礎上進行信息的查詢，通過屬性查詢快速得到各組數據，然后采用空間模型分析方法實現準確、高效、綜合地對復雜的工程信息系統進行空間定位和數據動態分析。依據地理信息系統的空間數據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數據錄入系統建立了7個圖層，每個圖層有相應的屬性表，例如“各個斷面”圖層有“Attributeof各個斷面”屬性表，在屬性表上根據具體的情況增添所需字段，并將數據錄入。栲門海塘的數據主要輸入在“各個斷面”屬性表中。除此之外，由于斷面的數據比較多，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，每個空間數據有其相對應的屬性表。屬性表是數據庫的組成部分，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的信息，可以將信息與空間數據連接起來。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的設計中，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據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據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，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，將一組數據根據對應字段加到另一組數據中；使用“Relate”法，這兩個屬性表在顯示外觀上不變，但在邏輯上實現了關聯。當要同時查詢兩個屬性表的數據時，可以在一個屬性表中選中相應的要素，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、統計分析功能可以幫助用戶實現屬性與地圖之間的雙向查詢和瀏覽，同時為用戶提供相應的統計數據。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內容，系統提供了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斷面的一些數據，若是打開屬性表，也需要通過點擊相應的要素才能把數據和斷面聯系起來，顯然在便利性和直觀性上有欠缺。為快捷看到這些數據，可以將這些數據直接顯示在圖上，如圖4所示，將防浪墻實測高程數據顯示在圖上。這樣不僅便于查看，也便于比較，在不需要時也可以不顯示。由于這個數據還能隨圖例的變化發生變化，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斷面信息統計地理信息系統的圖表功能可以快速結合數據庫數據建立餅狀圖、柱狀圖、折線圖等，為用戶分析數據提供便利。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，選擇與高程有關的數據進入統計，然后記錄，得到一張反映指標對比的矩形統計圖，如圖5所示。利用ArcGIS，不僅可以對數據進行縱向對比，同時也能進行橫向對比。海塘各斷面竣工時與現在檢測的數據有防浪墻頂高程、堤頂路面高程、堤頂路面寬度、提防外側尺寸（擋墻坡度、消浪平臺高程、消浪平臺寬度、干砌石斜坡坡度、鎮壓層內外側高程、平臺高程、平臺寬度），為了將這些數據進行直觀比較，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據展示出來。例如“橫斷面高程與尺寸檢測”圖層上，將“防浪墻頂高程設計值”和“防浪墻頂高程實測值”、“堤頂路面設計高程”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，預防事故發生。

3．5．2栲門海塘工程安全預警栲門海塘地理信息系統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果表明，海塘的堤頂路面、平臺寬度等尺寸依然能滿足設計要求和現行規范要求，但是各個斷面出現不同程度的沉降。經過長期運行，海塘存在消浪設施損失比較嚴重，背海坡嚴重腐蝕和沉降，但是結構整體性較好，沒有出現滑動、傾斜、大裂縫等現象。

4結論

海塘工程地理信息管理系統應用ArcGIS實現信息查詢和處理的便捷性，改進了傳統手工管理的復雜和繁瑣。利用屬性表可以快速完成查詢與檢索，將所需原始數據快速呈現。通過信息的輸入，采用計算機網絡技術處理相應的數據，比較前后結果能夠實時監測海塘的安全性，減少海塘在未知情況下的事故，將在防潮減災，洪水管理中發揮重大作用，一方面節省大量的人力物力，同時也提高了管理的水平和效率，實現海塘管理的科學化。栲門海塘將地理信息系統結合用于工程管理中，解決了一些問題，但只是實現了部分功能，還有很多需要改進的地方，如實現三維的海塘ArcGIS和數據模擬，更加直觀顯示海塘的變化等等，這方面也是后續研究工作的重點。（本文來自于《浙江工業大學學報》雜志。《浙江工業大學學報》雜志簡介詳見）

作者：劉俊萍董飛龍邵佳偉單位：浙江工業大學建筑工程學院