基于开源GIS的鄱阳湖水环境管理应用系统研究

论文摘要

随着开源GIS技术的迅猛发展,开源GIS软件凭借其日趋完善的系统功能以及完全开源和应用成本低等特点,受到了各领域专家的青睐,开始广泛应用于环境监测、环境评价、灾害评估、区域生态规划、国土管理等领域,成为相关部门有效的决策支持工具。本文以鄱阳湖为研究对象,在充分了解开源GIS技术的发展现状以及国内外GIS与水环境专业模型集成研究现状的基础上,提出了基于开源GIS的鄱阳湖水环境管理解决方案,旨在通过开源GIS的应用,降低系统的建设成本,加快水环境管理的信息化进程。论文首先介绍了GIS在水环境管理中应用的国内外研究现状,分析并总结了当前应用存在的不足以及未来的发展方向,明确了研究的目的与意义。通过开源GIS技术理论的阐述以及开源GIS软件的对比,确定了系统将使用的开源GIS软件平台,并以水环境管理业务需求为基础,对系统结构、系统功能模块展开分析,确定系统的最终实现目标。在系统分析的基础上,对系统的数据库、各子系统功能进行详细设计。其次,论文针对鄱阳湖这种水陆界面动态变化较为显著的特点,采用二维浅水方程和对流扩散方程组来构建水动力和水质耦合模拟模型,在1998年全年水情率定的基础上,计算了2008年鄱阳湖水动力和水质(高锰酸盐指数和氨氮两个指标)在时间和空间上的分布,利用实测水位、高锰酸盐指数和氨氮浓度数据,以及中巴资源卫星数据,验证了模型的可靠性。最后,本文在开源GIS平台的基础上,利用C#与fortran开发语言的混编技术,完成了水环境专业模型与开源GIS系统的集成,实现了数据检索、数据更新、统计分析、水动力与水质预测、成果输出、专题图制作、信息发布等诸多功能。本文对开源GIS技术在湖泊水环境管理中的应用进行了尝试和探讨,初步研究结果表明,本系统可以满足鄱阳湖水环境管理需求,具有较强的实用价值。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及研究目的和意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 当前存在问题及未来发展方向
• 1.3.1 当前存在的问题
• 1.3.2 未来发展方向
• 1.4 论文研究内容、技术方法与关键技术问题
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 研究方法与技术路线
• 1.4.3 本论文所要解决的关键技术难题
• 第二章 研究区概况及数据预处理
• 2.1 鄱阳湖地理位置及流域范围概况
• 2.2 鄱阳湖流域环境特点
• 2.2.1 鄱阳湖湖区地貌类型
• 2.2.2 鄱阳湖水流特点
• 2.2.3 鄱阳湖湖体水量
• 2.2.4 鄱阳湖流域水质变化
• 2.3 数据源及预处理
• 2.3.1 数据源
• 2.3.2 数据预处理
• 第三章 开源GIS理论、技术及软件平台
• 3.1 开源GIS技术的相关理论研究
• 3.1.1 OGC规范及GIS操作
• 3.1.2 OpenGIS框架组成部分
• 3.2 OGC网络服务模式
• 3.2.1 网络地图服务（Web Map Service）规范
• 3.2.2 网络要素服务（Web Feature Service）规范
• 3.2.3 网络栅格服务（Web Coverage Service）规范
• 3.3 开源GIS软件平台介绍
• 3.3.1 MapWindow组件简介
• 3.3.2 OpenLayers
• 3.3.3 Geoserver地图服务器
• 3.3.4 开源数据库PostgreSQL
• 3.3.5 空间数据库引擎PostGIS
• 第四章 鄱阳湖水动力和水质预测模型构建
• 4.1 水动力和水质预测模型理论
• 4.1.1 非结构网格有限体积法
• 4.1.2 控制方程
• 4.1.3 数值方法
• 4.1.4 法向通量求解
• 4.1.5 边界条件
• 4.1.6 动边界处理
• 4.2 鄱阳湖水动力与水质模型构建
• 4.2.1 研究区域网格计算
• 4.2.2 初始条件和边界条件
• 4.2.3 模型糙率计算
• 4.3 鄱阳湖水动力与水质模型验证
• 4.3.1 湖泊水位过程及其空间分布
• 4.3.2 湖泊水质过程及其分布
• 第五章 鄱阳湖水环境管理应用系统总体设计
• 5.1 系统设计原则
• 5.2 系统环境设计
• 5.3 系统结构设计
• 5.3.1 C/S模式
• 5.3.2 B/S模式
• 5.4 系统功能设计
• 5.5 系统数据库设计
• 5.5.1 数据类型
• 5.5.2 空间数据库的建立
• 5.5.3 属性数据库的建立
• 第六章 系统开发的关键技术及实现
• 6.1 基于PostgreSQL的数据入库及数据管理
• 6.1.1 属性数据入库
• 6.1.2 数据管理
• 6.2 基于ZedGraph组件的数据统计分析
• 6.3 基于Mapwindow组件的GIS功能开发
• 6.3.1 地图数据加载
• 6.3.2 地图操作
• 6.3.3 专题图制作
• 6.4 水动力与水质模型实现及系统集成
• 6.4.1 基于Fortran的水动力与水质模型的实现
• 6.4.2 基于.NET环境下的模型集成与应用
• 6.5 基于Ajax技术的网络地图服务
• 6.6 基于Asp.NET技术的专题信息通报
• 第七章 研究结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 详细摘要
• Abstract