3 表示了一系列网络连线 )。 2 . 3. 3. 2 数据 ( DA TA ) Q 0 ( n, t) DATA M od elO bj , n N odes ( 表示 河流、 水 库、 渠 道等供水区 )。 表示水 的供给量 , 如降 水径流 排到河 流、 水 库或与地下水进行交换等。 WD ( n, t) 表示需水量。 W R ( n, t) DATA DA TA M od elO bj, n M od elO bj , n N od es (表示需水区 ), N od es (表示需水区 ),
形状和面积、 被包含或相交叉的 河流、 渠道、 水库等
和其他外部属性 , 而连线对象继承了节点对象之间的空间关系 , 例如相连、 相邻、 相交和包含等。
表 2 水资源配置系统网络节点类型及其生成方法 节点类型 河段 渠道 水库 需水区 原始地图数据类型 A rc A rc Po lygon Po lygon 网络节点生成方法 以弧段的中点为节点 以弧段的中点为节点 以多边形的中心点为节点 以多边形的中心点为节点
2 流域水资源优化配置模型
2 . 1 以面向对象的方法来连接 G IS 和应用模型
面向对象方法对于 G IS 和应用模型的紧密结合是一种非 常 有前景的方法。面向对象方法表达的现实世界包括空间对象 和 专题对象。空间对象表达 真实世 界为具 有地理 和物理 的、 环境 和社会经济属性的实体 ; 专题 对象表达 了与空 间对象 相关的 方 法和目标。方法是用来描 述和分 析空间 对象之 间关系 的函数 , 例如 , 水库的水量平衡函数。目标是系统要达到的任务 , 例如 水 库的水资源供应目标。 这样 , 应用模 型和 G IS 函 数被认 为是 应 用到目标的方法。 为简化模型 , 本研究中水资源系统包括如 下部件 : 河段 ; 渠道 ; 水库 ; 需 水区 , 包 括 农业、 工 业、 生 活用 水 区等。 部件在 G IS 地图中被表达成点、 线、 面层。定义每个部件为一 类 空间目标 , 在 G IS 中 存储 为矢 量格 式并 以地 图形 式进 行 显示。 这些空间实体的各种空间关系 , 例如 : 相邻、 相接、 交叉和包含 关 系 , 在 G IS 中能够通过 对这些 地图层进 行叠置 分析 来确定。 对 于每个空间目标 , 有两类属 性 : 地 理相 关特征 , 例 如坐 标、 线 的长度、 多边形 的面积和周长以及这些目标之间的空间关系 ; 与地理特 征相关的 外部信息 , 包括自 然、 社 会经济和 环境信息。 对于流域内的水资源配置 模型而 言 , 表 1 显示 了上述 对象的 主 要属性。
表 1 水资源配置系统空间对象及其属性
空间对象 河流 地理相关特征和空间关系属性 起始终止 节点、 形状 和长 度、 上 下游河流、 相 连接的 渠道、 相交 叉的需水区、 相联系的水电站等 水库 形状和面 积、 进出河 流、 进出 渠 道、 相交叉的 需水区、 相 联系 的 水电站等 正常蓄水 位、 死 水位、 防 洪限 制 水位、 设计洪水位、 校核洪水位, 死库容、 兴利库容、 防洪库容、 总 库容等, 蒸发率、 水质要求等 容量及水流损失量等 其它属性 为社会经 济、 生 态环 境、 航运 或 其它目的的流量、 水质要求等
渠道; 渠 道 道 河段 渠道
水 库; 河 段 需水 水库
需水 区; 渠 道 区; 渠道 水库 渠道
河 段; 水 库
2 . 3 专题对象的逻辑表达
对于流域水资源 配置模 型 , 定义 了 3 类 专题 对象 : 流域 水资源 系统 节 点 连 线 网络 对 象 ( N etwo rkO b j); 控制 对 象 ( ControlO bj), 即 流域水资源系统遵循的自然规律和社会管 理规 定; 模型对象 ( M ode l O bj) , 为流域 水资 源配置 分析 而建 立的 数学模型。
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化问题 , 一个流域水资源系统一般包括两部 分 :
人
民
长
江
2009 年
供水部分 , 例
G IS 网络中 , 空间对象 ( 自然实体 ) 被当作是节点 , 自然实体之 间 的空间关系被当作是 有方向 的连线。例 如 , 一 条河流 穿过一 个 需水区 , 这种关 系被表达为从河流到需水区的一条连线 , 这条 连 线表示河流将供水到需水区。图 1 为某流域水资源系统网络。
表 3 水资源配置系统网络连线及其派生方法
连线类型 河段 河 段; 河 段 河段; 渠 原始地图数据类型 A rc- A rc 网络连线生成方法 假如 A rc1 的终止节点 与 A rc2 的起始 节点 相同, 则作一条从 A rc1中点到 A rc2中点的 连线 A rc- P olygon 假如 A rc 和 Polygon 相交, A rc 的 终止 节点 在 Po lygon内 或省 与 Polygon 相邻, 则 作一 条从 A rc 中点到 P olygon中心点的连线 P olygon- A rc 假如 Po lygon 与 A rc 相交, A rc 的 起始 节点 在 Po lygon内 或与 P olygon相 邻, 则作 一条 从 Po lygon中 心点到 A rc 中点的连线 水库 需水区 Polygon- Po lygon 假如 Polygon 1与 Po lygon 2相邻或 相交, 则 作一条 从 P olygon 1 中心点 到 Polygon 2 中 心点的连线
1
万俊杰
2
( 1. 武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室 , 湖北 武汉 430079 ; 430010)
2. 长 江水利委 员会 设计 院 , 湖 北 武汉
摘要 : 采用面向对象 的方法 , 把流域水资源配置问 题当作 空间对 象和专 题对象的 一个集 合 , 建立一 个概念 G IS 数据结构 , 将流域水资源配置 模型的物理表达和逻辑表达整合到一个可操作的框架中 。 基于这样一个框架 , 扩 展 G IS 的功能来实现 G IS 和流域 水资源配置模型的紧密结合 。 这样 , 流域水资源配置的数据 、 模型和用 户的交 互被整合到了 G IS 中 , 能够很方便灵活的建立模 型并进行分析 。 关 键 词 : G IS; 面向对象方法 ; 水资源配置 ; 流域 中图分类号 : TV 21; TP3 文献标识码 : A
2 . 2 空间目标的物理表达
流域的水资源配置问 题是在 流域尺 度上进行 考虑的 , 它 是 在流域范围内基于自 然、 社 会经济 条件下 的决策 问题。为了 简
基金项目 : 长江勘测规划设计研究院科研基金项目 汉江中下游水资源管理决策支持系统 ( CX 200713) 作者简介 : 黄少华 , 男 , 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室 , 博士研究生 ; 长江水利委员会 设计院工程数字仿真中心 , 工 程师 。
如 : 河流、 渠道、 水库等 ; 需水部分 , 例如 : 农业灌 溉、 工业 和市 政需水、 生态需水、 水电站发电 需水等。为了分析一个流域水资 源系统 , 将它定义为一 个节点 连 线网络 模型。节点 代表 所有 的供水、 需水和中间部分 , 表 2 是水资源配置系统网络节点 类型 及其生成方法。连线代表节点 之间的空间关系 , 连线有两种 : 自然连线 , 例如两个相连河流节点的连线 ; 工程 连线 , 它 表示 水的供需关系 , 例如水库和需 水区之间 的连线。 表 3 是流 域水 资源配置系统网络连线及其派 生方法。对于流域水资源配置数 学模型 , 能够基于这样一个网络表示进行构造。
1 概述
地理信 息 系统 ( G eog raph ica l Infor m ation Syste m, 简 称 G IS ) 是一种处理数字形式地理相关 数据的通用技 术。 G IS 不仅 提供 了水资源系统的空间 表达和系 统对象 的空间关 系 , 融合空 间尺 度到传统的水资源数 据集合中 , 包括 联合各 种与水 资源管 理问 题相联系的社会、 经济和环境因素 , 使它 们能够在一个决策支持 系统中被使用 , 而且相关的 空间分析 能力对 于解决 复杂的 水资 源 规划和管 理问题 是非常 有用和 必要的 [ 1] 。另 外 , G IS 的 可视 化表达能力能够完成 水资源模 型用户 界面 , 允许用 户对数 据的 输入和操作进行控制 , 以及构造规则来控制模型的处理过程。 目前 , 在流域水资源配置领域 , 大多数 G IS 应用仍侧重 于数 据获 取、 存储、 管 理和查 询检 索的初 级阶 段 , 空间分 析、 预测 预 报、 决策支 持功 能 很 低 [ 2] 。 主要 原 因 在于 对 于流 域 水资 源 配 置 , G IS 本身的空间分析是 远远不够的 , 必须和流 域水资源 配置 模型结 合 起 来 , 一 起 进 行 决 策 分 析。陈 华、郭 生 练 等 在 A rc H ydro数据模型基础之上 , 采用面向对 象技术 , 设计 和实现 了基 于 G IS 的水文水资源数据模 型 [ 3] 。 Xu Z X. 等采用 面向对 象方 法实现了 水文 模 型和 G IS 的紧 密 结 合 , 对 流域 水 资 源进 行 管 理 [ 4] 。 D aene C. M cK inney等在 K ashkadary流 域水资源管理中 , 也同样采用面向对象 方法在 A rcV iew 和 GAM S 软件 环境中 , 来 连接 G IS 和流域水资源配置模型 [ 5] 。 本文主要针对流 域内各用 水区之 间的水资 源分配 , 采 用面 向对象方法建立了一个概念模 型来整合 G IS 环境中流域水 资源 配置系统的数 据、 模型 和用 户操 作 , 形成 一个 原型 系统 来连 接 G IS 和流域水资源配置模型 , 以期达到流域水资源的优化配置。 收稿日期 : 2009- 01- 12
2 . 3. 2 控制对象
水资源系统自然规律和管理规定
自然条件和规律及管理规定控制和决定流域 水资源系统的 运转和流域内的水资源分配。本研究主要考虑的自然条件和 规 律包括 : 水量平衡 ; 水库的地形特征 ; 水库、 河流的最 大 容量等。管理规定包括 : 水库管理制 度规定 ; 生 态环境 和 航运必须的水 流 量 ; 等。 需水 区供 水 的先 后 次序 ; 水质 要 求