水文水資源“一張圖”管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

馬曉云

(鄭州測繪學校，河南 鄭州 450015)

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水文水資源“一張圖”管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

馬曉云

(鄭州測繪學校，河南 鄭州 450015)

從水利部門水文水資源信息管理需求出發(fā)，以數(shù)字城市地理空間框架提供的地理信息服務、數(shù)據(jù)為基礎，利用Flex和Web Service技術并結合ArcGIS Server平臺，構建了水文水資源管理“一張圖”系統(tǒng)，使水務管理從“多龍管水”向“一龍管水”轉變，為水利管理工作提供了一個良好的規(guī)劃和決策支持的Web共享平臺，在城市水利基礎信息管理、數(shù)據(jù)共享和綜合服務等方面具有重要的現(xiàn)實意義和良好的示范作用。

ArcGIS Server；Flex；水文水資源；Web Service

我國水資源分布復雜，洪澇災害、干旱缺水、水土流失和水污染等面臨的問題日益嚴重，對水務監(jiān)管和治理提出了更高的要求。目前，水務管理部門雖然已在一定程度上實現(xiàn)了精細化、動態(tài)化管理，但存在數(shù)據(jù)采集、信息資源共享程度不高等現(xiàn)象，為水資源調配和監(jiān)管增加了難度。在水資源規(guī)劃和管理過程中，需要運用各種環(huán)境過程模型，如穩(wěn)態(tài)和動態(tài)水流模型、多維水質模型和污染擴散模型等。上述模型大都具有明顯的空間特性，但其對空間數(shù)據(jù)操作、結果顯示方面仍顯困難。因此，在數(shù)字城市地理信息公共平臺基礎上構建集信息化、集成化、智能化于一體的水文水資源“一張圖”管理系統(tǒng)是當務之急且勢在必行。

本文綜合利用地理空間信息技術及先進的信息技術手段，分析、整合水務系統(tǒng)運行的各項關鍵信息，實現(xiàn)水文水資源科學管理，對防洪、除澇、蓄水、供水、節(jié)水、排水、水資源保護和污水處理實行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調度、統(tǒng)一實施取水許可、統(tǒng)一征收水資源費和水質水量的一體化管理，并為水資源相關環(huán)境模型提供整體的基于GIS邏輯原理的空間操作規(guī)范，通過搭建水力模型和建立智能化響應知識庫，對突發(fā)事件進行預警和水力分析，從而實現(xiàn)水文水資源“一張圖”管理，為相關部門提供科學的決策依據(jù)，同時在城市水利基礎信息管理、數(shù)據(jù)共享和綜合服務等方面具有重要的現(xiàn)實意義和良好的示范作用。

一、系統(tǒng)構架

本文設計的水文水資源“一張圖”管理系統(tǒng)框架如圖1所示，整個框架分為信息采集層、網(wǎng)絡傳輸層、數(shù)據(jù)資源層、應用支持層、業(yè)務應用層及應用門戶層6個層次。

1. 應用門戶層和業(yè)務應用層

利用Flex編譯器將應用門戶層編譯為SWF文件并在客戶端運行，可為用戶呈現(xiàn)出交互性更強的用戶界面。業(yè)務應用層封裝了水資源實時監(jiān)控、水資源業(yè)務管理和決策支持3個功能模塊。應用門戶層負責向應用服務器端發(fā)送請求，并將應用服務器端響應信息反饋給當前用戶。

2. 應用支持層

應用支持層包括系統(tǒng)的應用服務器端。當服務器端接收到客戶端請求，可根據(jù)不同類型的請求分別進行處理，然后將處理信息返回客戶端。服務器端通過空間數(shù)據(jù)庫引擎連接的地圖數(shù)據(jù)，發(fā)布緩存地圖服務和Geo Processing服務。應用支持層通過ArcGIS API for Flex訪問地圖服務和Geo Processing服務，同時借助Web服務器的業(yè)務數(shù)據(jù)庫與客戶端進行交互。采用BPEL語言對水文水資源業(yè)務流程進行管理，通過工作流引擎來執(zhí)行已設計的業(yè)務流程，最后將既定業(yè)務流封裝成水資源業(yè)務管理模塊。

3. 數(shù)據(jù)資源層、網(wǎng)絡傳輸層和信息采集層

數(shù)據(jù)資源層包括水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、業(yè)務管理數(shù)據(jù)庫、輔助決策成果數(shù)據(jù)庫及元數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)字典，為系統(tǒng)主要功能模塊提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)服務器端包括空間數(shù)據(jù)庫和業(yè)務數(shù)據(jù)庫，負責空間數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)的組織和存取，為整個系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)保障；信息采集層主要獲取監(jiān)測站的各類傳感器信息及人工采集的水文水資源數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡傳輸層將采集的信息按照定義的數(shù)據(jù)模型存儲在數(shù)據(jù)庫中。

圖1 系統(tǒng)總體框架

二、系統(tǒng)功能設計

1. 數(shù)據(jù)模型設計

依據(jù)水文水資源數(shù)據(jù)特點，將其空間數(shù)據(jù)類型分為以下基本類型：①監(jiān)測點，代表水位、雨量、流量、水質測量地點及重要水利工程的點位信息。②水文結點，用來表示河段端點，或水系上重要位置。③水文邊線，用來表示河流水系和水體中心線。④流域，指分水線所包圍的河流集水區(qū)。⑤水體，代表湖泊、池塘、港灣等。此外，通過設計時間序列對象用來表征水文水資源對象隨時間變化的屬性，使其與空間屬性結合，反映水文對象隨時間變化的特征和規(guī)律，如河道站水位和流量的時間序列，以及雨量站的降水時間序列等。

本文將水文水資源數(shù)據(jù)劃分為水文網(wǎng)絡、河道、流域水系和時間序列對象等要素數(shù)據(jù)集，其數(shù)據(jù)模型的抽象類定義為水文要素類、水文網(wǎng)絡類、河道要素類、流域要素類及其他水文地理信息要素類等。水文要素類繼承于時間序列對象類；序列類型ID用來確定時間序列對象的類型，如流量序列、水位序列、降水量序列等；其他要素類分別繼承于水文要素類。

水文網(wǎng)絡是由水文結點及水文邊線構成的拓撲網(wǎng)絡，用來描述河道和水體的上下游水流運動。水文邊線類和結點類繼承于水文網(wǎng)絡類，河道要素類是從水文要素類繼承得到的抽象類，河道要素包括河道的剖面線和斷面線，為三維的多邊形線幾何類型。流域要素對象包含集水面積、流域點和流域線3個對象類。其他水文地理信息要素包括點要素(排水點、取水點、測站點等)、線要素(溝渠、輸水管道等)和面要素(洪泛區(qū)、水文響應單元等)。

2. 功能模塊設計

根據(jù)水務管理部門的業(yè)務需求，本文將水文水資源“一張圖”管理系統(tǒng)劃分為在線地圖查詢模塊、業(yè)務管理模塊、水雨情實時監(jiān)控模塊和輔助決策支持模塊共4個功能模塊，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊結構

三、系統(tǒng)功能實現(xiàn)

系統(tǒng)除具備瀏覽、查詢與分析功能外，還實現(xiàn)了業(yè)務管理、水雨情實時監(jiān)控及輔助決策支持等功能，并將業(yè)務流程劃分成不同的模塊進行整體管理，從而實現(xiàn)水務信息辦公管理“一條龍”，充分發(fā)揮地理信息在水務應急管理和宏觀決策方面的作用。

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境配置：在服務器中配置Java JDK環(huán)境變量；界面展示前端利用插件Flex Builder 3 plugin；BlazeDS是基于服務器的Java遠程控制(remoting)和Web消息傳遞(messaging)技術，實現(xiàn)Java與Flex的無縫集成。BlazeDS在Flex客戶端訪問服務器端，并將客戶端Flex與服務器端J2EE整合到Dynamic Web Project項目工程下。系統(tǒng)主要模塊功能敘述如下。

1. 在線地圖查詢

當水文水資源專題數(shù)據(jù)更新時，首先在ArcMap中進行修改并存入空間數(shù)據(jù)庫，再發(fā)布地圖，然后重新調用地圖服務以獲得最新的水文信息數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了地圖在線編輯功能，即通過客戶端即可對水位觀測站、雨量站、提灌站取水口等水務設施屬性進行編輯。

2. 水雨情實時監(jiān)控

在地圖上以浮動標注形式顯示水位監(jiān)測站和雨量站最新的水雨情信息，當某水情站點水位超過警戒水位或某雨量站觀測雨量超過某一限值時，系統(tǒng)會自動閃爍報警，如單擊佛山市勒竹監(jiān)測站，系統(tǒng)立即顯示當前水位和站點監(jiān)測的水位過程線(如圖3所示)，并可通過鏈接方式查詢當?shù)氐奶鞖忸A報、衛(wèi)星云圖、雷達測雨、氣象數(shù)值預報和天氣圖等與防汛相關的氣象信息。

圖3 監(jiān)測站水情信息顯示

3. 水文水資源業(yè)務管理

水文水資源業(yè)務管理主要為業(yè)務人員日常管理工作服務，可實現(xiàn)業(yè)務處理過程的電子化、網(wǎng)絡化及水資源的一體化管理。本系統(tǒng)是一個集中管理、安全規(guī)范、充分共享、全面服務的水利共享服務平臺，通過工作流引擎可實現(xiàn)信息資源的安全有效共享和信息的綜合與主題化(產(chǎn)品化)服務，以及基于統(tǒng)一門戶的信息發(fā)布與用戶訪問控制，并預留與行業(yè)外部的互連互通接口，滿足信息公開與服務共享需要。

4. 輔助決策支持

系統(tǒng)具有強大的空間分析功能，可對水文水資源信息自動整理、統(tǒng)計、分析，并以各種圖表形式提供給管理層和決策層，為提高水資源優(yōu)化配置、洪水預報、抗旱調度等應急決策指揮提供技術支撐。

四、結束語

本文面向城市水務管理對信息化建設的迫切需求，采用Flex和Web Service技術并結合ArcGIS Server平臺，在數(shù)字城市地理信息公共服務平臺基礎上構建了水文水資源“一張圖”管理系統(tǒng)，為水雨情防御和應急指揮提供了實時的水文水資源空間信息共享平臺、空間分析手段及決策依據(jù)。

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Design and Implementation of Hydrology and Water Resources Management System

MA Xiaoyun

2016-01-21；

2016-03-29

河南省創(chuàng)新型科技創(chuàng)新團隊支持計劃

馬曉云(1984—)，女，碩士，講師，研究方向為測繪科學與技術。E-mail：328806093@qq.com

馬曉云.水文水資源“一張圖”管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].測繪通報，2016(11)：114-117.

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B

0494-0911(2016)11-0114-04