【摘要】水利“一张图”作为数据融合的重要手段，是水利信息化建设的重要内容。本文以福建省为例，从系统设计、功能描述以及关键技术等方面阐述了水利“一张图”的研发进展，介绍了系统在河道管理线汇集、防汛信息支持等业务方面的应用成效，为各地“一张图”建设提供参考。
【关键词】水利“一张图”；数据融合；水利信息化
1 前 言
在水利信息化基础设施与业务应用加快建设的同时，水利信息资源汇集、整合和共享建设未优先展开，许多业务应用系统产生的具有使用价值的数据资源处于独立专用状态，形成“信息孤岛”，难以为其他应用系统所共享，容易导致信息资源的重复开发建设。按照国家“大平台、大数据、大系统”的建设思路和水利部《水利信息资源整合共享顶层设计》的统一部署，水利一张图[1-2]作为数据整合共享的重要手段，势必会成为水利信息化建设的重要内容。
目前全国范围内的水利“一张图”建设工作正在陆续开展[3-6]，我院于2016年开展水利“一张图”通用系统研究，旨在建成多源数据融合、内容完整准确、表达标准统一、信息安全共享的水利一张图系统，为福建省岸线规划管理、防汛抗旱、水资源管理、水利信息服务等提供服务支持。
2 系统设计
2.1 总体架构
系统设计采用COM和SOA架构思想，以通用性、稳定性为主导，进行分层设计和开发，横向以功能类别为导向，纵向以服务内容为导向，逐级设计，实现平台的灵活性、开放性和可扩展性。平台由基础设施层、数据层、应用服务层和业务呈现层组成。
（1）基础设施层提供系统的网络设施、服务器、存储设施、安全设备等，也包括保障硬件正常运行的基础软件环境。
（2）数据层由数据库和数据服务组成，主要包括基础地理数据、水利专题数据、影像数据、三维倾斜摄影数据、照片文档等。
（3）应用服务层包括平台支撑、系统支撑和服务接口等三个部分。
（4）业务呈现层提供满足用户需求的应用服务功能，具体表现为水利一张图系统相关功能。
图 2-1 系统总体架构图
2.2 功能设计
根据一张图建设目标，结合水利业务具体需求，系统功能架构如下图所示：
图 2-2 系统功能架构图
2.2.1多源数据叠加展示
基于统一坐标系和数据标准，将不同比例尺工程布局图、高清影像图、水利基础设施、涉水生态空间、水利专题图等信息进行精准匹配和叠加，实现对区域内水利相关地图的查询查看，辅助支撑区域、流域涉水工程的规划、分析和管理，方便水利空间的管控和监督。
（1）多要素图层套合
实现多要素图层在统一坐标系的精确叠加，通过组合叠加实现多个图层的可视化。实现流域范围、工程类别或区域专题的搜索、加载和叠加操作。多图层叠加时，能够对图层的开启、关闭、跳转、顺序进行控制。
（2）二三维一体化
实现倾斜摄影成果、三维地表模型MPT等三维数据与工程布置、管理范围区等二维平面数据的在线叠加查看，实现二三维分屏查看，能够实现分屏同步操作，拓展水利可视化应用。
（3）图层列表操作
通过图层显示框以列表形式显示已加载各类图层，实现不同类型的图层顺序调整、置顶显示、跳转显示等操作。提供图层加载方案的保存，能够将不同用户的常用查看组合进行保存，方便用户实现一键加载。
2.2.2城区防洪态势分析
为了满足精准防汛的需要，按照“一城一图”原则，通过信息化手段对县级以上城区防洪体系布局、薄弱环节以及水面线信息进行展示,方便水利工作人员快速查询堤防、设计洪水信息，为防汛决策提供辅助工具。
（1）城区防洪体系分布
展示地级市主城区、县级城区的已建防洪堤分布和主要闸、泵站，显示防汛设施主要属性。显示未达标、未闭合的堤段等防洪体系薄弱环节。
（2）城区水文参证站
显示城区或县城防汛控制站或参证站位置，并标注基本信息。包括集水面积、警戒水位、保证水位、历史最大洪水等信息。
（3）城区水面线查看
显示主城区、县城区主河道水文断面分布，标注断面名称与里程。根据各城区主河道水面线成果，展示不同设计频率下的水面线折线。
2.2.3河流管控空间管理
实现对河道岸线蓝线、河道管理范围线等河流管控空间的统一汇总、查看，提供审核、驳回功能，满足数据管理、上报、对接、统计等需求。
（1）水系流域查询
查看50km2以上主要河流及对应流域范围分布情况，显示河流集水面积、河流编码、河流等级、流域面积、河流长度等属性信息。
（2）河流管控线管理
汇集河流的防洪岸线、河岸生态保护蓝线以及河道管理范围线等矢量设计成果，查看河流管控线图形，查询包括河流、规划长度、设计单位等基本属性。实现规划报告、政府批文的上传挂接，实现相关附件的在线查看和下载。
（3）校核审查操作
用户能够通过详细信息查询，了解当前河流资料提交情况，并通过审核功能查看规划成果。若发现不合理或者存在错误，能够通过标绘图形或者文字描述等方式进行驳回操作。
（4）数据统计与导出
根据流域和行政区划进行管控线成果长度统计，并导出统计表格。根据用户权限和需要，按照行政区划、流域分区导出管控线矢量文件。
2.2.4矢量图形在线交互
为提高数据汇总、对接效率，打通不同数据格式的交互壁垒，开发后台数据转换支撑服务，支持用户通过前端浏览器提交CAD、shp等格式矢量文件，实现数据导入、展示，提供在线标绘工具，分享和导出标绘方案，方便用户与横向部门、设计单位对接。
（1）在线标绘编辑
用户能够通过网页端实现点、线、面以及注记的标绘，按照用户权限进行标绘方案存储。用户能够指定特定用户进行方案分享和推送，或对某一特定方案，实现标注内容的导出，并保存为CAD文件。
（2）矢量数据导入
通过网页端简单操作步骤，实现CAD数据或shp矢量数据在线提交入库，包括地理坐标和投影坐标。矢量提交功能对于水利工作人员和设计人员具有友好性，降低硬件配置和专业软件使用门槛，方便数据汇集。
图 2-3 系统界面
2.3 关键技术
系统以地理信息系统技术、数据库技术和组件技术为基础，采用以B/S结构面向信息浏览用户为主的模式，为用户提供一个直观、动感、交互性强、信息内容丰富的库区信管理系统，在了解和掌握有关需求的基础上，采用Restful、地图服务等技术和开放标准协议，建立系统接口，以实现系统管理、数据管理、数据查询浏览与统计。使用MySQL数据库存储系统的业务关系型数据。在系统部署时，应用服务器部分使用Docker容器化技术进行部署，在请求多时可以快速批量部署，并通过Nginx进行负载均衡，保证系统的稳定与快速响应。
（1）多源数据融合技术
系统中所管理的数据包含水利专题矢量数据、倾斜模型、正射影像、DEM数字高程模型等空间数据。系统将这些数据进行融合管理，相对于传统使用纸质文档或普通电子文档管理方式，有效的解决了空间数据叠加查看时存在的数据格式多样、坐标体系不一致的困难。本系统引入倾斜模型、正射影像和DEM数字高程模型结合ArcGIS Enterprise的二三维一体化技术，使空间数据都能够实现落图展示，为用户提供较为直观的二三维空间分析和数据浏览。
（2）Docker容器化部署技术
Docker是一个开源的应用容器引擎，开发者使用可移植容器进行应用打包，发布到 Linux 机器上，同时也可实现虚拟化。本系统基于Docker进行容器化部署，具有部署方便安全、隔离性好的优点。
（3）solr全文搜索引擎技术
Solr是一个基于Lucene的高性能全文搜索服务器，提供了比Lucene更为丰富的查询语言，实现可配置、可扩展，并对查询性能进行了优化。本系统使用Solr同步存储在MySQL中的业务数据以提供高效的搜索服务，使系统的查询速度有质的提升。
（4）基于Web服务的地理空间数据共享
基于Web Service方式，通过API调用实现异构系统协同运行。客户端和服务器通过HTTP进行通信，数据共享模式能够实现跨平台异构多源数据的访问和互操作。
3 应用成效
（1）推进全省河道管理范围线汇总、整理、成图及展示工作，为各县市水利局提供河道管理范围线规划成果上传途径，实现河道管理范围线矢量数据、批复文件、公告文件以及设计报告的汇集、校核、统计、导出功能。
（2）配合福建省取水工程（设施）空间核查工作，提供福建省1-7级流域分区底图服务，满足“福建省水资源动态监管平台”业务需求以及动态查询功能操作要求。
（3）提供水利工程、防汛设施工程相关信息查询，为防汛工作提供底图服务和辅助工程资料支撑。
4 总结与展望
本文从系统设计、功能描述以及关键技术等方面阐述了水利“一张图”的系统研发进展，介绍了系统在河道管理线汇集、取水核查、防汛信息支持等方面的应用成效，目前该系统已在水利业务实际应用中展现数据融合优势，发挥辅助支撑作用。随着水利业务与信息技术的进一步深度融合，水利信息化的加速推进建设，势必对水利“一张图”建设提出更高要求，我院将持续建设升级水利“一张图”系统，加强数据安全建设，继续开发拓展系统应用功能，提升完善数据融合能力。
参考文献
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[6]曹帅,司存友,丁玉鹏,胡文斌.江苏省水利“一张图”技术架构与标准解析[J].江苏水利,2019(03):65-68.
作者简介
陈继泉，1968年，男，福建浦城，高级工程师，从事水利水电设计与管理工作。