基于WebGIS技術(shù)的水庫(kù)安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳 曉，汪小珊

（1.江西省水利科學(xué)研究院，江西 南昌 330029；2.宜春水文局，江西 宜春 336028）

0 引言

中小型水庫(kù)是我國(guó)防洪安保工程體系和水利基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。截止2013年12月31日底，江西省水庫(kù)大壩注冊(cè)登記大型水庫(kù)25座，中型水庫(kù)238座，?。?）型水庫(kù) 1 443 座，?。?）型水庫(kù) 8 705 座，其中大部分水庫(kù)大壩工程建于20世紀(jì)六七十年代［1］。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，WebGIS技術(shù)也逐漸變得成熟，并且獲得了非常廣泛的應(yīng)用。在電子地圖上顯示水利工程等空間數(shù)據(jù)也成為一種趨勢(shì)。利用WebGIS技術(shù)，結(jié)合江西省水利普查數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全省中小型水庫(kù)水位、雨量、監(jiān)測(cè)、視頻等數(shù)據(jù)進(jìn)行在線(xiàn)綜合展示。

1 現(xiàn)狀及需求分析

1.1 水庫(kù)安全管理現(xiàn)狀

江西省大部分中小型水庫(kù)已經(jīng)安裝了水位、雨量、圖像、視頻采集等監(jiān)測(cè)設(shè)備，其中少部分中小型水庫(kù)還安裝了大壩滲壓、滲流等自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由各類(lèi)設(shè)備廠家收集管理，其成果一般直接存入數(shù)據(jù)庫(kù)或磁盤(pán)文件中。監(jiān)測(cè)成果缺乏統(tǒng)一、直觀的信息展示方式。此外，各類(lèi)監(jiān)測(cè)設(shè)備一般由各水庫(kù)管理所自行查看和管理。水行政主管部門(mén)難以對(duì)全省中小型水庫(kù)監(jiān)測(cè)信息有全面的掌握。

2.2 需求分析

系統(tǒng)建設(shè)的主要內(nèi)容從功能上可以劃分為4個(gè)子系統(tǒng)：地理信息子系統(tǒng)、水庫(kù)信息子系統(tǒng)、綜合查詢(xún)子系統(tǒng)、系統(tǒng)管理子系統(tǒng)。

地理信息子系統(tǒng)是在江西省水利基礎(chǔ)地圖的基礎(chǔ)上疊加顯示全省中小型水庫(kù)位置分布以及監(jiān)測(cè)信息。以不同顏色的點(diǎn)來(lái)標(biāo)識(shí)水庫(kù)的安全狀態(tài)（無(wú)數(shù)據(jù)、正常、超限、預(yù)警、告警）。輸入水庫(kù)名稱(chēng)或者在電子地圖上點(diǎn)擊水庫(kù)實(shí)現(xiàn)水庫(kù)的空間查詢(xún)和定位[2]。

水庫(kù)信息子系統(tǒng)可以查詢(xún)指定水庫(kù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，如實(shí)時(shí)庫(kù)水位、降雨信息、壩體滲流壓力、浸潤(rùn)線(xiàn)等。同時(shí)可以查詢(xún)指定水庫(kù)的考證表、巡檢表、調(diào)度方案、防洪預(yù)案等水庫(kù)安全相關(guān)信息。

綜合查詢(xún)子系統(tǒng)是省級(jí)用戶(hù)對(duì)全省中小型水庫(kù)的綜合統(tǒng)計(jì)查詢(xún)，并可以形成相關(guān)報(bào)表。

系統(tǒng)管理子系統(tǒng)主要是水庫(kù)相關(guān)的配置，如水庫(kù)基本信息管理，水庫(kù)斷面圖配置，水庫(kù)大壩測(cè)點(diǎn)配置、視頻監(jiān)控配置等。

2 技術(shù)方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

（1）采用SuperMap DeskPro制圖平臺(tái)，在江西省水利普查空間數(shù)據(jù)成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合江西省交通、行政區(qū)劃等圖層，制作出江西省水庫(kù)安全管理水利專(zhuān)題地圖并發(fā)布地圖服務(wù)。底圖的制作和發(fā)布遵循谷歌地圖的相關(guān)規(guī)范，使地圖可以和谷歌地圖進(jìn)行切換顯示。

（2）設(shè)計(jì)江西省中小型水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，利用設(shè)備廠商的傳輸軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。將各水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至省服務(wù)器，同時(shí)編寫(xiě)通用的視頻、圖像收集程序，用戶(hù)只需對(duì)IP和端口進(jìn)行配置，獲取不同水庫(kù)的圖像視頻信息。

（3）以WebGIS電子地圖為展示平臺(tái)，同時(shí)結(jié)合谷歌衛(wèi)星影像、街道、地形等底圖圖層，綜合顯示水庫(kù)的降水、水位、圖片、壩體滲流等安全監(jiān)測(cè)信息[3]。提供快速搜索引擎，用戶(hù)可以通過(guò)水庫(kù)名稱(chēng)、拼音及首字母快速查詢(xún)和定位到指定水庫(kù)。

（4）采用顏色預(yù)警方式，將水庫(kù)狀態(tài)分為無(wú)數(shù)據(jù)（灰色）、正常（綠色）、超限（黃色）、預(yù)警（紫色）、告警（紅色）。當(dāng)水庫(kù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警和告警值的時(shí)候，進(jìn)行閃爍提醒。

（5）提供省、市、縣三級(jí)權(quán)限管理?？h級(jí)用戶(hù)（水庫(kù)管理單位）可以對(duì)自己管轄的水庫(kù)進(jìn)行配置等維護(hù)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)分為省、市、縣（管理所）三級(jí)用戶(hù)體系，省級(jí)、市級(jí)和縣級(jí)用戶(hù)都是通過(guò)廣域網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的權(quán)限訪(fǎng)問(wèn)不同的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)部署在兩臺(tái)服務(wù)器上，其中一臺(tái)用于GIS和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，另一臺(tái)用于WEB服務(wù)器（系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1）。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.3 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用B/S構(gòu)架部分提供數(shù)據(jù)服務(wù)，使得數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)形式簡(jiǎn)單化和可靠化，并且便于管理和發(fā)布。由C/S構(gòu)架部分提供表現(xiàn)形式，使得系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的控制和組織更加有效，對(duì)用戶(hù)的表現(xiàn)形式更加友好美觀。系統(tǒng)在邏輯上可以劃分為4層：應(yīng)用層（用戶(hù)層）、應(yīng)用支撐層（邏輯層）和數(shù)據(jù)層以及數(shù)據(jù)采集層（如圖2所示）。

圖2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

信息采集：通過(guò)水位監(jiān)測(cè)站、雨量監(jiān)測(cè)站、氣溫監(jiān)測(cè)站、大壩監(jiān)測(cè)點(diǎn)等將水庫(kù)相關(guān)的數(shù)據(jù)采集到服務(wù)器。本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集由各設(shè)備廠商完成。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建立業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、GIS空間庫(kù)等，存儲(chǔ)系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)，對(duì)于圖片、視頻等大數(shù)據(jù)則直接存儲(chǔ)在文件系統(tǒng)中。

應(yīng)用支撐：提供GIS平臺(tái)、JSON數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，完成定時(shí)刷新、視頻接收、預(yù)警分析、報(bào)表生成等邏輯。為各種應(yīng)用提供接口。

應(yīng)用系統(tǒng)：地理信息、水庫(kù)信息、綜合信息等各子系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)。

3 WebGIS設(shè)計(jì)

地理信息是省中小型水庫(kù)位置分布和大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的重要的展示平臺(tái)。通過(guò)電子地圖和水庫(kù)列表的方式，可以快速查詢(xún)定位到用戶(hù)指定的水庫(kù)位置、并快速的連接到水庫(kù)的視頻監(jiān)控、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等信息。

通過(guò)SuperMap DeskPro軟件，對(duì)全省水利數(shù)據(jù)以及行政區(qū)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及地圖制作。形成符合業(yè)務(wù)需求的水利專(zhuān)題地圖。利用SuperMap iServer軟件對(duì)制作好的地圖進(jìn)行發(fā)布。

瓦片技術(shù)（tile）是WebGIS中常用的一種技術(shù)[3]，利用金字塔瓦片技術(shù)在服務(wù)器端預(yù)先生成不同級(jí)別的瓦片地圖方法，提高地圖的生成、發(fā)布、顯示和瀏覽效率，減輕服務(wù)器負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)擔(dān)。采用地圖切片技術(shù)可以極大的提高地圖的響應(yīng)速度，增強(qiáng)了WebGIS的用戶(hù)體驗(yàn)（見(jiàn)圖3）。

為了使發(fā)布的水利專(zhuān)題圖能和谷歌地圖進(jìn)行無(wú)縫疊加，在制作水利專(zhuān)題地圖時(shí)采用和谷歌一樣的Web Mecator投影，同時(shí)在地圖瓦片制作時(shí)，采用和谷歌地圖一樣的切片方案。

地圖制作和發(fā)布后，采用SuperMapiClientforFlexAPI進(jìn)行開(kāi)發(fā)，形成目前運(yùn)行的江西省中小型水庫(kù)安全管理系統(tǒng)。

圖3 水庫(kù)WebGIS設(shè)計(jì)流程

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）綜合顯示。以電子一張圖的方式，綜合顯示全省中小型水庫(kù)的水位、雨量、壩體滲流壓力、視頻等信息。電子地圖支持地形圖、影像圖、水系圖的切換。

（2）快速檢索。以電子地圖為引擎，通過(guò)輸入水庫(kù)名稱(chēng)或者拼音首字母，或者在地圖上進(jìn)行點(diǎn)擊，可以實(shí)現(xiàn)水庫(kù)的快速查詢(xún)和定位。

（3）預(yù)警監(jiān)控。采用顏色預(yù)警方式，將水庫(kù)狀態(tài)分為無(wú)數(shù)據(jù)（灰色）、正常（綠色）、超限（黃色）、預(yù)警（紫色）、告警（紅色）等。直觀的在一張圖上顯示了全省中小型水庫(kù)的安全狀態(tài)。

（4）多維展示。支持地圖、圖片、視頻、斷面圖、浸潤(rùn)線(xiàn)、報(bào)表顯示，全方位展示水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)投入使用后，使水庫(kù)安全管理更加直觀和便捷，采用WebGIS技術(shù)使全省中小型水庫(kù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有了更全面、更直觀的展示，有效地提升了水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)的信息化水平，使水庫(kù)信息化更上一個(gè)臺(tái)階。

［1］江西省水利廳關(guān)于公布2013年全省水庫(kù)注冊(cè)登記成果的通知（贛水建管字［2014］67 號(hào)[Z].2014.

［2］昌大清科信息技術(shù)有限公司，江西省水庫(kù)安全管理系統(tǒng)建設(shè)方案[R]，2014.

［3］ 李治洪.WebGIS 原理與實(shí)踐[M].北京：高等教育出版社，2011，10-15.