流域水土保持监测数据管理系统研究 Research on Data Management System of Soil and Water Conservation Monitoring in Watershed

doi:10.12677/CSA.2016.66046

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Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2016, 6(6), 376-383

Published Online June 2016 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/csa

http://dx.doi.org/10.12677/csa.2016.66046

文章引用: 朱翊, 李佩. 流域水土保持监测数据管理系统研究[J]. 计算机科学与应用, 2016, 6(6): 376-383.

http://dx.doi.org/10.12677/csa.2016.66046

Research on Data Management System

of Soil and Water Conservation

Monitoring in Watershed

Yi Zhu1, Pei Li2

1Chinese Academy of Surveying and Mapping, Beijing

2Liaoning Technical Univer sity, Fu xin Lia oning

Received: Jun. 15th, 2016; accepted: Jun. 24th, 2016; published: Jun. 28th, 2016

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://creativ ecommon s.org/l icens es/by/4.0/

Abstract

The data management system for soil and water conservation monitoring is based on the dynamic

monitoring data of soil and water conservation in Haihe river basin, which adopts the design idea

of the service oriented architectures (SOA), applies 3S technology, metadata, mass data storage

technology and method of secondary development to construct basin soil and water conservation

monitoring data management system. This system has realized the basic data management, dy-

namic monitoring, ET (evaporation and transpiration), census data management and monitoring

data comparison and other functions. The operation of the system provides information service

and analysis means for soil and water conservation work, realizes the information standardiza-

tion of soil and water conservation, improve the soil and water conservation organization man-

agement and service level comprehensively. At the same time, it provides a good information

platform and scientific basis for the management of soil and water conservation monitoring data.

Keywords

Soil and Water Conservation, Data Management, Statistics and Analysis

流域水土保持监测数据管理系统研究

朱翊1，李佩2

朱翊，李佩

377

1中国测绘科学研究院，北京

2辽宁工程技术大学，辽宁阜新

Email: 1083066125@qq.com

收稿日期：2016年6月15日；录用日期：2 016年6月24日；发布日期：2016年6月2 8日

摘要

以海河流域水土保持动态监测数据为基础，采用面向服务架构 (SOA)的设计思想，综合应用 3S技术、元

数据、海量数据存储等技术和二次开发方法，构建流域水土保持监测数据管理系统。该系统实现了基础

数据管理、动态监测、海河流域ET(蒸发蒸腾)、普查数据管理和监测数据对比等功能。其成功运行为水

土保持工作提供信息服务和分析手段，实现了水土保持信息规范化、现代化的管理和共享，全面提高了

水土保持机构管理和服务水平，同时为水土保持监测数据管理提供良好的信息平台和科学依据。

关键词

水土保持，数据管理，统计分析

1. 引言

水土资源是人类文明的根基[1]。水土保持是山区发展的生命线，是国土整治、江河治理的根本，是

国民经济和社会发展的基础，是我们必须长期坚持的一项基本国策(国务院国发[1993] 5号文件“关于加强

水土保持工作的通知”) 。

海河流域地处京畿要地，在我国政治、经济、文化等领域具有重要的战略地位[2] [3]。但是长期以来，

由于气候干旱、暴雨集中、地面坡度大、土质疏松、植被覆盖率低等自然原因，以及人口密度大、生产

方式落后、陡坡开荒等因素影响，已经成为我国水土流失较为严重的区域之一。近年来，水利部海河水

利委员会各部门组织实施了针对海河流域水土保持状况的动态监测和与业务相关其他部门专题数据的采

集、整合、建库工作。从 20 世纪 80 年代到现如今已经获取了大量的、各种类型的、各种尺度和不同时

态的流域数据，现急需建立一个水土保持监测数据管理系统，实现对水土保持监测数据管理信息化、现

代化。

我国的水土保持数据管理信息化工作已取得较大进展[4] [5]。如史明昌，牛崇桓等[6]建立一个结合

地理信息系统的水土保持方案管理信息系统从而实现方案管理的信息化、高效化。黄健熙,吴炳方等[7]

在对水土保持信息的数据库设计和数据组织、关键功能设计等的基础上建立了一个基于 Broswer/Server

的水土保持信息管理查询系统。史海静[8]运用数据库技术、嵌入式 GIS 控件 Map Objects 和面向对象的

高级程序设计语言 VC++相结合的地理信息系统二次开发方法，初步建立了陕西省水土保持信息管理系

统。但目前仍存在缺乏统一规划、自动化水平低、信息共享差等问题，还不能满足现代化工作的要求。

为了解决上述问题和有效的存储、管理、合理利用流域水土保持监测数据信息，通过本系统的建设，

实现对专业数据的分析挖掘，提供多要素、多层次、多功能、多时态的空间信息查询与分析功能，提升

业务信息化管理水平，丰富业务人员工作手段，辅助领导的决策支持过程。

2. 架构设计

流域水土保持监测数据管理系统维护工具主要针对海河流域水土保持监测的要求，采用面向服务架

朱翊，李佩

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构(SOA) 的设计思想，实现空间信息高效化管理、个性化灵活配置、智能化对比分析、流程化控制、便捷

的二次开发，为面向海河流域水土保持监测构建应用系统支撑平台。平台由应用系统基础数据库、基础

地理信息服务、平台支持工具、应用示范系统，以及应用服务标准规范与规程组成，总体架构如图 1所

示。

系统由基础数据库层、数据管理维护层、服务平台支撑工具层和用户应用层四部分构成。其中数据

库层除了常规的 GIS数据外，还有与水土保持业务相关的各专题图层。数据管理维护层是将基础数据库

的数据转化为符合标准接口规范的各种瓦片数据，供平台调用。服务平台支撑工具层是系统提供给用户

层的各种软件工具，实现用户层面进行的数据查询、浏览、对比分析、量算等业务。

3. 功能设计

通过对数据种类和应用需求进行梳理，从而设计系统功能。流域水土保持监测数据管理系统主要模

块构成如图 2所示。该系统基于 Eclipse IDE，Visual Studio 2012、JavaSDK 1.6、Tomcat 6.0 等软件开发

工具进行开发，空间数据的处理由 ArcGIS 实现，空间数据的管理调用信息和系统专题信息存储在大型

关系型数据库管理系统 SQL Server的关系表中。客户端免安装，在 IE 浏览器中实现系统的调用。

Figure 1 . Syste m overal l techni cal architecture

图1. 系统总体技术架构

朱翊，李佩

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Figure 2 . System core function module diagram

图2. 系统核心功能模块图

3.1. 基础数据功能设计

基础数据主要包括海河全流域遥感影像地图，海河全流域的行政区划地图，现场探勘调查照片，水

土保持监测站点分布情况，以及和监测站点相关的其它详细信息；功能包括：数据展示、查询、浏览、

量算、定位等功能，如图 3所示。

其中：遥感影像数据具有多种分辨率尺度数据；行政区划数据包括行政界线(省、地、县、水系、地

名、居民地等)。

3.2. 动态监测功能设计

动态监测功能涵盖海河流域水土监测重点治理区的动态监测成果，主要包括永定河重点治理区、太

行山重点治理区、滦河重点治理区以及黄泛平原风沙区，实现对各个重点治理区的监测、土地利用、植

被覆盖及土壤侵蚀、坡度等数据成果的展示、浏览、查询、量测、定位等，以及对相同区域不同时间段

内土壤、植被、土地利用等相关情况的对比分析，如图 4所示。

3.3. 海河流域 ET（蒸发蒸腾）功能设计

海河流域 ET(蒸发蒸腾)是对海河全流域以及水土流失重点治理区域的蒸发蒸腾数据成果的展示、浏

览、查看、量算、对比分析等，如图 5所示。

3.4. 普查数据功能设计

普查数据板块涵盖国家历年的水土保持普查成果、遥感调查成果。成果数据包括文字材料和空间数

据等。系统功能设计包括对指定时间的普查成果或调查结果进行展示、浏览、查询、量算、定位等；除

此之外，系统还提供对不同时段的水土保持普查结果或遥感调查结果进行对比查看、对比分析等功能，

如图 6所示。

3.5. 监测数据对比功能设计

监测数据对比主要是针对同一区域/流域不同年份的土壤侵蚀情况、土地利用情况、植被覆盖情况进

行，可以按照河系、省份、地区、县域为统计单位进行对比分析，对系统功能包括：数据展示、查询、

浏览、量算、定位、对别分析等功能，如图 7所示。

4.系统应用

系统运行主界面如下图 8，包括基础数据、动态监测、流域 ET数据、普查情况介绍和水土保持监测

流域水土保持监测数据管理系统

基

础

数

据

普

查

数

据

动

态

监

测

海

河

流

域

监

测

数

据

对

比

流

域

概

况

朱翊，李佩

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Figure 3. The basi c data plate fun ction chart

图3. 基础数据板块功能图

Figure 4. Dynamic monitoring plate function chart

图4. 动态监测板块功能图

Figure 5. The Haihe river basin ET (evaporation and transpiration) plate function chart

图5. 海河流域ET(蒸发蒸腾)板块功能图

Figure 6. The census data block function chart

图6. 普查数据板块功能图

Figure 7. Comparison of the monitoring data plate function chart

图7. 监测数据对比板块功能图

遥感影像

基

础

数

据

行政区划

调查照片

监测站点

地图服务：漫游、缩

放、量测、查询、定位

永定河重点治理区

动

态

监

测

太行山重点治理区

滦河重点预防区

黄泛平原风沙区

地图服务：

漫游、缩放、查询、

量测、定位、对比

监测情况

土地利用

植被覆盖

土壤侵蚀

海河流域

海河流域ET

地图服务：漫游、缩

放、查询、定位、对比

重点区域

海河流域ET（多年）

大兴、密云、通州...

（16个重点县）

多次普查情况介绍

普

查

数

据

全国第一次水土流失遥感调查

全国第二次水土流失遥感调查

第一次全国水利普查水土保持普查

地图服务：

漫游、缩放、查询、

量测、定位、对比

监

测

数

据

对

比

不同年份：

土地利用

植被覆盖

土壤侵蚀

对比统计分析：其他功能：

按河系

按省份

按地区

按县域

平移

定位

量算

查询

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Figure 8. System main interface d esign chart

图8. 系统主界面设计图

数据四个功能区。基础数据功能区是对系统包含的基础数据库层的数据进行浏览，包括区域范围内的遥

感影像数据、行政区划数据和调查照片等。

系统提供给用户的时态对比分析功能展示界面如图9。用户按照自己的需求选择不同年份的同类型

的数据进行对比。例如不同年代的土壤侵蚀数据或 ET 数据等，这样可以清晰地反映出不同年代数据变

化情况。同时可以查询监测数据的属性对比情况，通过统计图表方式来表达，如图 10。

图11 是对站点数据查询界面。

通过系统建设，实现了流域数据的可视化查询、浏览、对比、应用、分析挖掘，从而提升业务信息

化管理水平和工作效率，也为后续流域数据的管理和应用打下坚实的基础。

5.总结

本研究针对海河流域水土保持决策实践需求，收集海河流域多年积累的水土保持监测数据资料，按

照一定的标准对海河流域多年积累的水土保持数据进行整理和规范，并运用数据库等技术和二次开发方

法，建立了流域水土保持监测数据管理系统。该系统可以满足各级水土保持部门的管理与分析需求，为

水土保持监测数据管理中的各类问题，提供多要素、多层次、多功能、多时态的空间信息查询与分析功

能。本文建立的流域水土保持监测数据管理系统实现了对海河流域水土保持数据的共享和统一管理，对

流域水土流失面积、分布状况和流失强度，水土流失造成的社会危害及发展趋势，水土流失防治情况及

其效益有一个全面的掌握，这对于海河流域水土保持整体规划部署和决策具有重要的现实意义。该系统

朱翊，李佩

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Figure 9. Temporal contrast

图9. 时态对比

Figure 10. Query statistics

图10. 查询统计

朱翊，李佩

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Figure 1 1. Site quer

图11. 站点查询

的成功应用不仅为海河流域水土流失监测、水土保持治理提供了成熟、先进的信息平台载体，同时也为

其他流域的水土保持管理的信息化建设提供示范与借鉴。

参考文献 (References)

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2005(6): 9-11.

[7] 黄健熙, 吴炳方. 基于B/S 的水土保持信息查询系统的设计和实现[J]. 计算机应用研究, 2006(7): 138 -140+144.

[8] 史海静. 陕西省水土保持信息管理系统研究[D] : [硕士学位论文]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2008.

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