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ArcSDE 84
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 GIS 92
5.1.1 平台发展现状 92
5.1.2 3DGIS平台GaeaExplorer 94
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