1 项目背景
南水北调工程是优化我国水资源时空配置的重大举措，是解决我国北方水资源严重短缺问题的特大型基础设施工程项目，对解决我国北方地区一系列因水资源短缺而产生的生态环境问题，对我国尤其是北方地区经济和社会的可持续发展起着十分关键的决定性作用。南水北调工程分东线、中线、西线三条调水线，从而形成与长江、黄河、淮河和海河相互联接的“四横三纵”水网格局。利用黄河贯穿我国从西到东的优势，通过对黄河水量的重新分配，协调东、中、西部经济社会发展对水资源的需求，达到我国水资源南北调配、东西互济的优化配置目标。这三条线工程最终建成后，到2050年调水总量规模为448亿立方米，接近于在黄淮海平原和西北部地区增加一条黄河的水量，可基本改变我国北方地区水资源严重短缺的状况。
东线工程从长江下游扬州江都抽引长江水，利用京杭大运河及与其平行的河道逐级提水北送，并连接起调蓄作用的洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖。出东平湖后分两路输水：一路向北，在位山附近经隧洞穿过黄河；另一路向东，通过胶东地区输水干线经济南输水到烟台、威海。规划分三期实施。
中线工程将从加坝扩容后的丹江口水库陶岔渠首闸引水，沿规划线路开挖渠道输水，沿唐白河流域西侧过长江流域与淮河流域的分水岭方城垭口后，经黄淮海平原西部边缘在郑州以西孤柏嘴处穿过黄河，继续沿京广铁路西侧北上，可基本自流到北京、天津。规划分两期实施。
西线工程位于青藏高原的东南部，是从长江上游干支流调水入黄河上游的跨流域调水重大工程，是解决我国西北地区干旱缺水问题、支撑我国西部大开发和西北地区经济社会可持续发展的重大基础设施，同时从根本上解决黄河干流的断流问题，缓解黄河流域资源性缺水现状，为黄河流域和邻近地区生态环境改善提供水资源保证的重要途径。规划分三期实施。
随着南水北调东、中一期工程建设全面展开，南水北调工程基础信息作为重要的战略性信息资源，建设开发南水北调工程基础信息系统，提高工程管理宏观决策能力和水平，是南水北调工程信息化的重要内容。
2 建设目标和任务
2.1 建设目标
项目建设总体目标是：综合运用数码航空摄影、遥感等各种空间科技手段，加工生产基础空间地理信息，获取工程区域的地表形态、植被覆盖、环境现状、道路交通、工程等基本信息，建立南水北调一期工程沿线基础地理信息资源数据库；基于GIS、RS、VR技术，建设以重点渠（河）段和重点工程建筑物为主题的南水北调工程沿线范围的三维可视化大场景，构建统一的南水北调工程基础信息管理与应用服务平台，系统、及时、动态、真实地反映工程建设和运行情况。通过技术领先的基础信息系统，探索南水北调工程现代化管理和应用模式，促进南水北调工程地理信息资源高效管理和广泛深层次共享与应用，为南水北调工程信息化提供重要支撑，推进南水北调工程建设与管理现代化。
2.2 建设任务和内容
项目建设的重点是南水北调一期工程沿线区域内基础信息资源数据的获取、生产、整编、建库、存储和管理，在此基础上完成应用系统开发。
（1）空间基础地理信息采集与整编
包括1∶8000数码航空摄影、Spot5遥感卫星影像获取处理、基础地理信息生产、现有工程数据资料收集整编。
（2）建立工程沿线基础地理信息资源数据库
包括基础地理数据库、影像数据库、工程数据库、工程专题数据库、三维模型库、元数据库。
（3）开发三个应用系统，包括数据管理与维护系统、综合信息查询系统、三维可视化系统。
（4）建立软硬件环境，包括数据共享存储平台、应用管理与服务平台、应用支撑服务建设。
（5）研究建立项目技术标准体系，建立南水北调一期工程信息采集、更新、维护、共享、应用机制。
3 系统框架与功能
项目建设三个应用系统，总体框架采用三层体系架构，即数据层、中间服务层和应用层，应用系统部分总体结构如图1所示：
图1 应用系统总体结构
（1）数据管理与维护系统
主要是实现南水北调一期工程基础信息资源的数据管理和维护功能，基于C/S应用架构。建立统一的数据管理平台，提供建立数据库、数据输入、检查、编辑、更新、数据转换，以及数据库维护等功能。包括基础地理管理模块、航测影像管理模块、卫星影像管理模块、工程数据管理模块、工程专题管理模块、三维实体管理模块、元数据管理模块和系统维护模块。
（2）综合信息查询系统
主要是实现南水北调一期工程基础信息资源的综合信息浏览、查询和应用功能，基于B/S应用架构。建立基于服务的应用支撑平台，提供GIS地图操作、空间属性查询、GIS分析、工程专题查询、统计分析和数据下载等功能。包括地图操作与显示模块、空间属性查询模块、空间分析模块、工程专题服务模块、统计分析模块、专题制图和数据下载模块。
（3）三维可视化系统
主要是通过建立电子沙盘式的三维地理信息系统，基于B/S应用架构。通过高分辨率航空影像和精细三维模型再现南水北调一期工程沿线、重点渠（河）段和典型工程建筑物的“真实场景”，提供初步的三维分析和运用模拟功能，实现三维可视化系统下的交互式浏览和工程可视化，以及专题信息的获取、传输、查询、分析和显示。包括工程建筑物模型制作、三维大场景搭建、交互式控制平台、信息资料查询、三维GIS分析和工程运用展示模块。
4 数据库设计
南水北调工程规模宏大，基础信息资源初期采集数据量约为1 160G，后续阶段还将不断扩充。按资源内容划分为基础地理数据库、影像数据库、工程数据库、工程专题数据库、三维模型库和元数据库。
(1)基础地理数据库：包括工程沿线两侧各2.5 km（共5 km宽）范围内1∶2 000 DLG、DEM和DOM数据，以及沿线约20 km宽范围内1∶50 000 DEM。
(2)影像数据库：包括工程沿线两侧各2.5 km（共5 km宽）范围内1∶8 000数字航片、沿线约20 km宽范围内分辨率为2.5 m的全色波段影像。
(3)工程数据库：包括工程沿线1∶50 000比例尺输水线路分布、工程布置、沿线水利工程、输水建筑物等工程信息。
(4)工程专题数据库：包括工程沿线输水渠道、输水建筑物、影响工程、截污导流工程、征地移民实物指标、社会经济等专题调查信息。
(5)三维模型库：包括工程沿线输水工程、典型工程建筑物等三维模型及相关的实体特征信息。
(6)元数据库：包括基础信息资源的索引、定义、图幅索引、表示方式、空间参考系、管理方式、版本、质量等特征。
空间数据库信息资源见下表。
表1 空间数据库信息资源列表
5 技术路线
项目建设的总体技术路线是：运用先进的IMU/DGPS新型数字航空摄影、GPS测量等技术，以及基于ArcGIS平台的地理数据采集、编辑、制图、入库一体化数据生产新技术，完成空间地理信息采集与处理；运用Oracle数据库、ArcSDE空间数据引擎和Geodatabase数据模型相结合的大型空间数据库技术，完成信息资源数据库的建设与管理；运用基于空间元数据、ArcEngine与空间ETL模型等技术构建数据管理和维护系统；运用基于WebGIS的RIA与ArcGIS Server服务技术建立数据共享应用的综合信息查询系统；运用Web Service技术建立服务接口，在统一标准下以XML格式进行数据交换，实现南水北调工程沿线地理信息资源的数据交换和数据共享。
项目建设总体技术路线如图2示意：
图2 项目建设总体技术路线
6 项目建设的意义
随着南水北调工程的全面实施和地理空间信息技术的发展，传统的数据管理技术和成果已不能满足现代工程管理的需要。通过航摄、卫片、调查等技术采集工程区域的地表形态、植被覆盖、环境现状、道路交通、人口、水利工程等基本信息，将现代地理信息系统（GIS）技术、遥感（RS）技术、计算机技术、网络技术进行整合，建设南水北调工程基础信息资源数据库，将南水北调工程勘察、设计、建设、管理工作成果更好地进行记录、保存，实现信息资源的有效利用与充分共享，为工程建设管理、征地移民、环保水保、建设施工、工程运行管理、工程后评价提供有效支持，提高整体把握和决策控制能力，实现南水北调工程东、中线一期工程地理信息资源管理与共享。
南水北调工程建设与管理基础信息建设与应用的开发利用是南水北调工程信息化的重要内容之一，其应用涉及工程的设计、建设、运行管理各个阶段，覆盖各个不同层次的用户。近年来，信息网络技术、地理信息技术与空间技术迅速发展和加速融合，地理空间信息技术广泛应用于水利工程建设、水灾害和水环境监测等领域，取得了显著经济社会效益，并迅速向水利工程各项工作环节渗透，在水利工程建设、灾害防治、水资源配置和水环境保护等方面发挥着越来越重要的作用。基于地理空间位置的水利工程基础信息建设与应用是南水北调工程提高工程建设与运行管理科学决策水平的重要途径之一。
目前，南水北调东、中一期工程建设已全面展开，南水北调工程建设与管理基础信息建设与应用作为工程的重要战略性信息资源，其开发利用对于提高工程管理宏观决策能力和水平具有重要意义。
