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第1章 概述1

1.1 地理信息系统概况1

1.2 地理信息系统在水利中的应用1

1.2.1 防洪减灾中的应用1

1.2.2 水资源管理中的应用3

1.2.3 水资源与水土保持中的应用3

1.3 水利行业应用发展趋势4

1.4 金沙江流域概况4

1.5 金沙江下游水文泥沙概况5

1.6 金沙江下游梯级水电站概况8

1.7 系统研发目标10

第2章 需求分析11

2.1 数据分析11

2.1.1 基本信息数据11

2.1.2 监测信息数据12

2.1.3 空间地理信息数据13

2.1.4 档案信息数据13

2.1.5 系统信息数据13

2.2 用户分析13

2.2.1 内部用户14

2.2.2 外部用户15

2.2.3 用户角色分析15

2.2.4 用户具备的基本条件16

2.3 软件、硬件环境需求17

2.3.1 软件平台需求17

2.3.2 硬件平台需求18

2.4 系统功能需求18

2.4.1 水道地形自动成图与图形编辑18

2.4.2 水文泥沙数据库管理21

2.4.3 信息查询与输出28

2.4.4 水文泥沙分析与预测33

2.4.5 三维可视化45

2.5 系统非功能性需求47

2.5.1 用户界面需求47

2.5.2 产品质量需求48

2.5.3 性能需求48

2.5.4 其他需求49

第3章 总体设计52

3.1 总体设计过程与原则52

3.1.1 总体设计过程52

3.1.2 系统设计理念54

3.1.3 系统设计原则55

3.1.4 系统设计依据57

3.2 总体设计路线57

3.3 系统体系构架58

3.4 软件硬件平台设计61

3.4.1 软件平台设计61

3.4.2 硬件平台设计63

3.5 子系统划分与模块的功能组成64

3.5.1 水道地形自动成图与图形编辑子系统64

3.5.2 水文泥沙数据库管理子系统65

3.5.3 信息查询与输出子系统67

3.5.4 水文泥沙分析与预测子系统69

3.5.5 三维可视化子系统69

3.6 系统输入／输出72

3.6.1 系统输入72

3.6.2 系统输出72

3.7 系统接口设计73

3.7.1 系统外部接口73

3.7.2 系统内部接口77

3.8 系统数据处理流程78

第4章 数据库设计80

4.1 基本方法与步骤80

4.2 数据库设计思路83

4.3 空间数据库设计84

4.3.1 Geodatabase与ArcSDE84

4.3.2 矢量数据库85

4.3.3 DEM数据库86

4.3.4 栅格影像数据库87

4.4 业务属性数据库设计88

4.4.1 基础水文数据库89

4.4.2 扩充水文数据库89

4.4.3 河床组成勘探调查数据库89

4.4.4 系统扩展数据库89

4.5 用户数据库设计90

4.6 元数据库设计90

第5章 关键技术与算法92

5.1 3D GIS92

5.1.1 平台发展现状92

5.1.2 3DGIS平台GaeaExplorer94

5.2 Arc Hydro数据库模型101

5.2.1 水文数据模型101

5.2.2 ArcHydro水文模型103

5.3 元胞自动机槽蓄量计算模型107

5.3.1 河道槽蓄量计算107

5.3.2 地理元胞自动机107

5.3.3 元胞自动机槽蓄量计算模型109

5.4 河流建模与渲染关键技术114

5.4.1 河流建模114

5.4.2 河流渲染116

5.5 基于DEM数字河网提取120

5.5.1 数字高程模型120

5.5.2 DEM数字河网提取基本原理121

5.5.3 基于CI方法的河网提取流程121

5.6 大区域不规则河道的水流仿真125

5.6.1 LOD方案125

5.6.2 水面建模125

5.6.3 水体颜色126

5.6.4 水面反射126

5.6.5 波浪、风向和流向127

5.6.6 动态水面高光127

5.7 水文泥沙分析与预测关键算法128

5.7.1 断面要素计算128

5.7.2 水量计算130

5.7.3 输沙量计算131

5.7.4 河道槽蓄量计算131

5.7.5 冲淤量计算133

5.7.6 冲淤厚度计算133

5.7.7 实时预测预报模型133

5.8 三维可视化关键技术和算法136

5.8.1 地形场景数据的动态管理136

5.8.2 LOD技术137

5.8.3 开挖分析137

5.8.4 基本地形因子计算137

5.8.5 水淹分析139

5.8.6 三维建模141

5.9 DEM边界的使用143

第6章 功能设计与实现145

6.1 水文泥沙数据库管理子系统145

6.1.1 概述145

6.1.2 子系统功能146

6.2 水道地形自动成图与图形编辑子系统155

6.2.1 概述155

6.2.2 子系统功能156

6.3 信息查询与输出子系统161

6.3.1 概述161

6.3.2 子系统功能163

6.4 水文泥沙分析与预测子系统167

6.4.1 概述167

6.4.2 水文泥沙计算167

6.4.3 水文泥沙分析171

6.4.4 河道演变分析192

6.4.5 泥沙预测数学模型222

6.5 三维可视化子系统246

6.5.1 概述246

6.5.2 子系统功能248

第7章 数据整理与入库258

7.1 数据现状258

7.2 数据整理入库流程258

7.2.1 空间数据整理入库流程258

7.2.2 业务属性数据整理入库流程260

7.3 业务属性数据整理260

7.4 空间数据处理261

7.4.1 航拍影像处理261

7.4.2 影像、地形分块组织262

7.4.3 矢量数据处理266

7.4.4 DEM数据生成267

7.5 数据入库271

第8章 系统测试272

8.1 测试概要272

8.1.1 测试用例设计273

8.1.2 测试基本信息273

8.1.3 测试方法274

8.2 系统测试内容275

8.3 功能性缺陷的统计与分析276

8.3.1 缺陷引入的原因276

8.3.2 缺陷汇总与分布276

8.3.3 缺陷分析276

8.3.4 缺陷完善277

第9章 系统在工程管理中的应用278

9.1 在水文泥沙监测过程中的应用278

9.2 在金沙江下游项目研究中的应用282

9.2.1 在金沙江下段入库推移质研究中的应用282

9.2.2 在金沙江下段出口推移质研究中的应用283

9.2.3 在向家坝、溪洛渡围堰水库研究中的应用284

9.2.4 在向家坝、溪洛渡异重流研究中的应用285

9.2.5 在向家坝下游河道冲淤演变研究中的应用285

9.3 在金沙江梯级水电站建设过程中的应用288

9.4 在金沙江下游水库群联合调度研究中的应用290

附录1 项目编码要求292

附录2 业务属性数据表结构301

附录3 用户数据表结构363

附录4 元数据表结构366

附录5 水文数据GIS分类编码标准（摘要）374

附录6 数据提交要求398

参考文献405