基于WebGIS搭建輸電線路勘測(cè)項(xiàng)目管理平臺(tái)

庫新勃，張 瑋，趙浩鵬

(中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷加快，輸電線路數(shù)量與日俱增，如何管理如此數(shù)量龐大且走向各異的輸電線路勘測(cè)項(xiàng)目成為亟待解決的難題。2013年9月，國務(wù)院正式出臺(tái)《關(guān)于加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》(國發(fā)〔2013〕36號(hào))[1]，這是改革開放以來國務(wù)院首次就城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)布文件。該文件第二條“加大城市管網(wǎng)建設(shè)和改造力度”中明確提出，要加強(qiáng)城市電力管線的建設(shè)和管理。電力勘測(cè)設(shè)計(jì)部門長期存在“重設(shè)計(jì)、輕管理”的意識(shí)，導(dǎo)致輸電線路工程勘測(cè)項(xiàng)目管理工作難以就位[2]。同時(shí)，輸電線路工程勘測(cè)項(xiàng)目管理大多依賴于從業(yè)人員的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)電力工程的熟悉程度，人員的專業(yè)素質(zhì)直接關(guān)系到勘測(cè)工程的管理水平[3]。

目前，輸電線路工程勘測(cè)設(shè)計(jì)部門80%以上的數(shù)據(jù)為地理信息或?yàn)榫邆涞乩碜鴺?biāo)的其他信息[4]。然而，這些信息僅通過文檔或者紙質(zhì)資料形式存在，單個(gè)項(xiàng)目多個(gè)數(shù)據(jù)之間存在的幾何或物理聯(lián)系難以表述清楚。由大數(shù)定律可知，在隨機(jī)事件的大量重復(fù)出現(xiàn)中，往往呈現(xiàn)幾乎必然的規(guī)律[5]。對(duì)于勘測(cè)工程公司，這些處于相同區(qū)域的不同工程的勘測(cè)數(shù)據(jù)理論上存在的某種關(guān)聯(lián)只能通過專業(yè)負(fù)責(zé)人瀏覽其他工程項(xiàng)目報(bào)告才能發(fā)掘，不夠直觀、全面。因此，輸電線路工程勘測(cè)數(shù)據(jù)的開放共享、可視化管理成為現(xiàn)實(shí)需求。

WebGIS是Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物，能夠?qū)崿F(xiàn)Internet環(huán)境下空間地理信息的管理和發(fā)布，讓地理信息系統(tǒng)的大眾化服務(wù)成為現(xiàn)實(shí)[6-8]。針對(duì)上述問題，本文基于WebGIS設(shè)計(jì)并開發(fā)了一套輸電線路勘測(cè)工程管理云平臺(tái)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立空間地理信息庫，實(shí)現(xiàn)輸電線路空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的可視化關(guān)聯(lián)、數(shù)字化統(tǒng)計(jì)，便于用戶通過瀏覽器實(shí)現(xiàn)輸電線路項(xiàng)目資料的在線查詢與多方共享，最大程度滿足輸電線路項(xiàng)目生產(chǎn)與成果管理需要，為城市基礎(chǔ)設(shè)施信息化管理提供有益探索。

1 需求分析

基于WebGIS的輸電線路勘測(cè)項(xiàng)目管理平臺(tái)需滿足輸電線路工程的存儲(chǔ)、顯示、管理和分析功能，具體需求如下：

1)提供便捷有效、穩(wěn)定可靠的地圖操作。支持高清衛(wèi)星影像(天地圖、Bing地圖等)與交通路網(wǎng)地圖(百度地圖、高德地圖等)作為底圖，用戶可以基于高清底圖進(jìn)行相關(guān)操作，包括地圖縮放、坐標(biāo)定位和線路量算等。

2)提供輸電線路項(xiàng)目管理功能。支持輸電線路項(xiàng)目的新建、刪除項(xiàng)目、編輯、查詢、批量導(dǎo)入、打開文檔、項(xiàng)目定位和關(guān)聯(lián)設(shè)備等功能，并支持基于底圖的可視化顯示。

3)提供地圖數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的“一張圖”管理。通過屬性資料可在地圖上定位該項(xiàng)目，顯示該項(xiàng)目的基本信息及關(guān)聯(lián)的矢量數(shù)據(jù)。同時(shí)，通過該項(xiàng)目標(biāo)注，可以進(jìn)入項(xiàng)目文檔管理，在線瀏覽或授權(quán)下載相關(guān)文檔。

4)提供用戶權(quán)限管理功能。為保證輸電線路勘測(cè)成果的一致性與安全性，“權(quán)限管理”模塊應(yīng)內(nèi)置系統(tǒng)的安全規(guī)則和安全策略，用戶只能通過賦予的角色訪問平臺(tái)而且只能訪問被授權(quán)的資源，對(duì)于未授權(quán)的資源則無法訪問。

為了滿足這些需求，該管理平臺(tái)應(yīng)具備以下特征和功能：1)網(wǎng)頁端GIS界面；2)支持衛(wèi)星影像的加載與顯示；3)支持常用矢量數(shù)據(jù)的讀取與編輯；4)通過WMS(web map service)、WFS(web feature service)訪問支持開放標(biāo)準(zhǔn)的地理空間信息資源；5)具備輸電線路一般空間分析功能。

2 可行性分析

該平臺(tái)采用開源OpenLayers進(jìn)行前端開發(fā)，服務(wù)器端采用GeoServer地圖服務(wù)器，系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)使用PostgreSQL數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)，空間數(shù)據(jù)則使用PostGIS工具，在技術(shù)層面是可行的。

利用開源GIS系統(tǒng)開發(fā)僅需遵循相關(guān)許可協(xié)議，無需承擔(dān)商業(yè)軟件昂貴的許可費(fèi)用(如ArcGIS)，同時(shí)，基于B/S(Brower/Server)模式開發(fā)的管理平臺(tái)，用戶無需安裝客戶端，直接使用瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的在線管理，即用戶端的維護(hù)費(fèi)用為零，在經(jīng)濟(jì)層面上是可行的。

該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)輸電線路勘測(cè)成果的開放共享與可視化顯示，有助于充分發(fā)揮勘測(cè)成果的價(jià)值，并為項(xiàng)目分析和決策提供數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)勘測(cè)項(xiàng)目管理的降本增效，在社會(huì)效益層面是可行的。

3 開發(fā)原則

為保證平臺(tái)建設(shè)順利進(jìn)行，該平臺(tái)開發(fā)應(yīng)遵循原則如下：

1)統(tǒng)一規(guī)劃。平臺(tái)應(yīng)從實(shí)際需求出發(fā)，統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)，統(tǒng)一部署，統(tǒng)籌各專業(yè)、各部門需求，建立通用、友好的應(yīng)用服務(wù)，提升平臺(tái)運(yùn)行效率與使用價(jià)值。

2)技術(shù)先進(jìn)。平臺(tái)應(yīng)采用主流的、先進(jìn)的技術(shù)構(gòu)建，滿足可視化管控需求，為公司數(shù)字化運(yùn)營、精細(xì)化管理等提供業(yè)務(wù)支撐。

3)穩(wěn)定可靠。平臺(tái)在上線運(yùn)行過程中應(yīng)盡量避免可能發(fā)生的故障，且一旦發(fā)生故障后，應(yīng)具有解脫和排除故障的能力，保障平臺(tái)持續(xù)有效運(yùn)行。

4)信息安全。平臺(tái)應(yīng)對(duì)登錄系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶進(jìn)行身份標(biāo)識(shí)和鑒別。依據(jù)安全策略控制主體對(duì)客體的訪問。同時(shí)，設(shè)定嚴(yán)格的權(quán)限分配與管理制度，保障數(shù)據(jù)成果的安全。

5)良好擴(kuò)容。平臺(tái)設(shè)計(jì)完應(yīng)留有升級(jí)接口和升級(jí)空間，在后期的升級(jí)和功能擴(kuò)展方面具有較大的靈活性。

4 平臺(tái)搭建

4.1 平臺(tái)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

通過深入研究最新科研成果與調(diào)研結(jié)果，確定輸電線路勘測(cè)項(xiàng)目管理平臺(tái)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1所示，該平臺(tái)包括基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層以及應(yīng)用層。

圖1 輸電線路勘測(cè)項(xiàng)目云管理平臺(tái)總體架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)層包括空間庫、項(xiàng)目庫、文檔庫、人員庫和設(shè)備庫?？臻g庫集成了項(xiàng)目一張圖的空間地理信息資源，包括底圖、空間化的項(xiàng)目點(diǎn)位、項(xiàng)目控制點(diǎn)、項(xiàng)目作業(yè)區(qū)以及輸變電線路路徑等，其中，底圖包括世界行政區(qū)劃圖與全球衛(wèi)星影像圖。項(xiàng)目庫存儲(chǔ)了各種類型的項(xiàng)目屬性信息。文檔庫采用文件數(shù)據(jù)庫的形式歸檔了每個(gè)項(xiàng)目不同階段、不同時(shí)期的成果資料。人員庫存儲(chǔ)了勘測(cè)在職人員基本信息。設(shè)備庫存儲(chǔ)了勘測(cè)已有測(cè)繪儀器設(shè)備及相關(guān)的檢校證書。

平臺(tái)層為整個(gè)系統(tǒng)支持層，基于服務(wù)端、前端可視化框架、數(shù)據(jù)庫引擎，提供地理信息數(shù)據(jù)管理、空間可視化以及統(tǒng)計(jì)分析能力，并向上支持“項(xiàng)目一張圖”應(yīng)用。綜合共享平臺(tái)基于彈性架構(gòu)支持匯聚、管理系統(tǒng)中的項(xiàng)目、人員、設(shè)備以及成果文檔信息。權(quán)限管理平臺(tái)銜接了人與其他項(xiàng)目要素，按照管理機(jī)制強(qiáng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全管理。

應(yīng)用層基于“看、管、控”的思路將平臺(tái)分為項(xiàng)目一張圖、項(xiàng)目資源看板、項(xiàng)目資源管理、項(xiàng)目文檔管理和權(quán)限管理5個(gè)部分。其中，一張圖和資源看板服務(wù)于項(xiàng)目查看、資源管理和文檔管理服務(wù)于項(xiàng)目實(shí)時(shí)全要素管理，權(quán)限管理服務(wù)于平臺(tái)數(shù)據(jù)以及模塊的安全管控。

4.2 平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

輸電線路勘測(cè)項(xiàng)目云管理平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)見圖2。鑒于輸電線路勘測(cè)成果的多樣性，在數(shù)據(jù)層，采用PostgreSQL存儲(chǔ)關(guān)系型數(shù)據(jù)，時(shí)空數(shù)據(jù)則存儲(chǔ)與PostGIS數(shù)據(jù)庫中。在服務(wù)層，基于SpringBoot進(jìn)行前端框架開發(fā)；采用MyBatis-Plus操作數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增減與更新；基于Apache Shiro搭建強(qiáng)大且易用的Java安全框架，執(zhí)行ID的驗(yàn)證與授權(quán)管理；地圖服務(wù)則由開源的GeoServer實(shí)現(xiàn)，并對(duì)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行更新與增減操作，進(jìn)而對(duì)授權(quán)用戶完成空間地理信息的開放共享。在表現(xiàn)層，采用Vue構(gòu)建用戶界面，既可免除原生JavaScript中的DOM(Document Object Model)操作，又能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向綁定；作為專為WebGIS客戶端開發(fā)提供的JavaScript類庫包，OpenLayers可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)格式發(fā)布的地圖數(shù)據(jù)訪問(如Google Maps、Yahoo等)；Html5的canvas元素的使用，使得瀏覽器無需Flash或Silverlight等插件即可實(shí)現(xiàn)地理信息的可視化。由于用戶職務(wù)與工作范圍的不同，針對(duì)不同用戶，采用權(quán)限控制實(shí)現(xiàn)功能模塊的差異化顯示，方便不同用戶操作與使用該平臺(tái)。

圖2 輸電線路勘測(cè)項(xiàng)目云管理平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)圖

4.3 平臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)

該平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 輸電線路勘測(cè)項(xiàng)目云管理平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)圖

由圖3可知，平臺(tái)主要包括4個(gè)功能模塊：項(xiàng)目一張圖、GIS功能模塊、信息管理模塊和權(quán)限管理模塊。“項(xiàng)目一張圖”通過將基礎(chǔ)地理信息、影像數(shù)據(jù)與輸電線路勘測(cè)項(xiàng)目矢量成果(KML、SHPFile等)、其他標(biāo)注數(shù)據(jù)的相互疊加，實(shí)現(xiàn)勘測(cè)項(xiàng)目成果“全圖看、一鍵搜、實(shí)時(shí)管”的目的。GIS功能模塊主要實(shí)現(xiàn)GIS的基本功能，包括地圖加載與實(shí)現(xiàn)、坐標(biāo)標(biāo)注、幾何量測(cè)與常用的統(tǒng)計(jì)分析功能?！靶畔⒐芾怼蹦K主要涉及資源管理，包括項(xiàng)目管理、設(shè)備管理、人員管理及知識(shí)產(chǎn)權(quán)的管理?！皺?quán)限管理”模塊則包括用戶管理、角色管理與部門管理，通過該模塊實(shí)現(xiàn)勘測(cè)項(xiàng)目成果的分級(jí)顯示與可控更新。

4.4 平臺(tái)運(yùn)行效果

登錄給定的IP地址，驗(yàn)證用戶和密碼后，授權(quán)用戶即可登錄該平臺(tái)，如圖4所示。

圖4 輸電線路勘測(cè)項(xiàng)目云管理平臺(tái)效果圖

出于安全考慮，單位名稱用星號(hào)代替。屏幕最左側(cè)為項(xiàng)目的基本功能模塊，基本按照前期模塊設(shè)計(jì)完成，為更好地實(shí)現(xiàn)人員的精細(xì)化管理，新增“出差管理”模塊，統(tǒng)計(jì)分析人員的出差情況與分布區(qū)域。屏幕中央加載開放的高清衛(wèi)星影像作為底圖，可疊加地理信息圖層與項(xiàng)目矢量圖層，實(shí)現(xiàn)輸電線路勘測(cè)成果的可視化。項(xiàng)目列表位于地圖顯示窗口的左側(cè)，便于用戶進(jìn)行項(xiàng)目查詢與成果瀏覽。地圖窗口的右上角為地圖工具，可實(shí)現(xiàn)地址查詢、坐標(biāo)顯示、幾何量測(cè)等GIS功能。

5 結(jié)語

本文基于WebGIS搭建了一套適用于輸電線路勘測(cè)項(xiàng)目管理的可視化平臺(tái)，其優(yōu)點(diǎn)在于：1)該平臺(tái)基于開源服務(wù)與框架搭建，無需額外的平臺(tái)支出，經(jīng)濟(jì)效益顯著；2)該平臺(tái)基于B/S模式搭建，用戶無需安裝插件，可以直接通過瀏覽器遠(yuǎn)程瀏覽，便于勘測(cè)成果的開放與共享；3)該平臺(tái)采用輕量級(jí)框架Vue.js進(jìn)行前端開發(fā)，開源GeoServer提供地圖服務(wù)，開放性強(qiáng)，便于擴(kuò)展，易于維護(hù)。該平臺(tái)的設(shè)計(jì)思想與實(shí)現(xiàn)過程對(duì)現(xiàn)有電力行業(yè)勘測(cè)項(xiàng)目管理平臺(tái)的搭建具有借鑒價(jià)值。