劉　軍， 李建勛， 解建倉， 申靜靜

( 1.西安理工大學 水利水電學院，陜西 西安 710048；2.西安理工大學 經(jīng)濟與管理學院，陜西 西安 710054)

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基于3S環(huán)境的移民管理綜合集成體系架構(gòu)

劉軍1， 李建勛2， 解建倉1， 申靜靜2

( 1.西安理工大學 水利水電學院，陜西 西安 710048；2.西安理工大學 經(jīng)濟與管理學院，陜西 西安 710054)

針對傳統(tǒng)基于GIS的移民管理系統(tǒng)由于表現(xiàn)力和管控力不足，已經(jīng)難以輔助智能決策這一問題，基于綜合集成思想，采用3S集成支撐平臺，提出一個集水利工程移民數(shù)據(jù)處理、智能分析與集成應用等為一體的移民管理綜合集成體系架構(gòu)，該體系架構(gòu)由數(shù)據(jù)融合服務、綜合集成服務和信息發(fā)布服務三個服務體系組成，使水工程移民管理更為科學、高效。將此系統(tǒng)應用于陜西省引漢濟渭工程移民中，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有良好的分析力、表現(xiàn)力和掌控力。

3S技術; 移民管理; 綜合集成

我國水資源總量不足，南北分布不均，為了對有限的水資源進行合理的開發(fā)利用，先后建設了或在建一大批大中型水利水電工程，如，中國長江三峽工程，南水北調(diào)工程，萬家寨引黃工程，小浪底工程，丹江口水庫，百色水利樞紐，怒江六庫水庫站以及近日由國家發(fā)改委審批通過的陜西省引漢濟渭調(diào)水工程。大量水利水電工程的建設在福祉一方的同時產(chǎn)生大量的移民，其中，尤以水庫為甚，大壩的建設使得在大壩上游形成水庫，通過提高上游的水位達到蓄水和滯洪的目的。建國以來，我國興建了8.5萬多座水庫，其中大中型水庫3 800余座，截止2006年，已形成了2 200余萬庫區(qū)移民。水利工程移民是指因水利工程的建設而引起的較大數(shù)據(jù)、有組織的、以政府為主導的居民遷移及其生活產(chǎn)生場所重建的過程，屬于工程移民中的非自愿移民，它涉及到自然、經(jīng)濟、人口、社會、環(huán)境以及生態(tài)等多學科知識，是一項復雜的系統(tǒng)工程。移民安置工作能否取得成效直接事關工程能否順利開工進行以及生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)，也影響著移民安置區(qū)經(jīng)濟與社會的穩(wěn)定發(fā)展。

水利工程移民安置過程復雜，時間跨度長，涉及人員多，主要包括建設征地范圍確定，移民實物指標調(diào)查，移民安置大綱和移民安置規(guī)劃制定，淹沒區(qū)、影響區(qū)分析，移民安置及補償實施以及移民后期扶持政策實施等具體內(nèi)容。特別是近年來多項水利工程的開展以及行政部門的決策分析工作的具體化，則為水利工程移民管理工作帶來新的要求：水利工程中大型水庫的建設主要分布在水資源豐富區(qū)域，往往處于邊遠山區(qū)，庫區(qū)發(fā)展水平相對較慢，移民工程的規(guī)模又使得移民安置涉及到的區(qū)域大，各個地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平不一致，移民搬遷與安置情況參差不齊。此外，山區(qū)落后的交通以及惡劣的自然條件使得在進行移民實物指標調(diào)查時面臨諸多困難，傳統(tǒng)的基于GIS的移民管理系統(tǒng)已經(jīng)難以輔助智能決策問題。為此，需要在3S(融合GIS、GPS、RS的集成平臺)[1-2]所提供的地形、地貌及精確定位的環(huán)境下，以空間影像數(shù)據(jù)庫作為輔助來提高移民實物指標調(diào)查精度與管理效率，從而便于管理部門能夠迅速準確掌握水利工程變化情況以及移民動態(tài)，提供更加詳實的水利工程移民信息，為智能化分析提供數(shù)據(jù)資源。

本文采用3S集成支撐平臺，提出了一個集水利工程移民數(shù)據(jù)處理、智能分析與集成應用等為一體的移民管理綜合集成系統(tǒng)，內(nèi)置高程數(shù)據(jù)資源和遙感影像信息，具有淹沒分析、影響分析、移民安置分析、地形剖面分析、空間幾何屬性測量等輔助決策手段，融合移民實物指標采集、移民安置規(guī)劃、移民安置實施等內(nèi)容，為整個移民管理工作以及移民后扶持等管理工作的順利開展提供保障。

1　綜合集成體系結(jié)構(gòu)

基于3S集成環(huán)境的水利工程移民管理綜合集成服務體系，采用敏捷開發(fā)技術，融合業(yè)務組件設計、框架式開發(fā)、流程管理等技術，采用中間件開展移民實物指標數(shù)據(jù)采集、處理與數(shù)據(jù)集成服務，在WebGIS[3]的支持下實現(xiàn)影像數(shù)據(jù)和DEM高程數(shù)據(jù)的瓦片化，融合水利GIS數(shù)據(jù)，構(gòu)成移民信息資源庫和3S資源庫，構(gòu)建以淹沒分析、影響分析、安置分析、度量分析、虛擬視察、報警預警為主體的智能化分析環(huán)境，綜合財產(chǎn)統(tǒng)計、專項統(tǒng)計、商業(yè)統(tǒng)計、移民統(tǒng)計等業(yè)務服務以及移民工程與進展管理，形成一個匯集數(shù)據(jù)融合服務、綜合集成服務、信息發(fā)布服務的移民業(yè)務支撐系統(tǒng)，提供遙感影像瓦片服務和與移民后扶持系統(tǒng)的對接，輔助領導層開展移民安置規(guī)劃制定與移民安置決策，促進水利工程移民向著良性方向發(fā)展，圖1為基于3S集成環(huán)境的移民管理綜合集成體系架構(gòu)，其劃分為3個服務體系，分別為數(shù)據(jù)融合服務、綜合集成服務、信息發(fā)布服務。其中數(shù)據(jù)融合服務中建設一個瓦片影像服務器[4]、一個多媒體資源服務器和一個數(shù)據(jù)集成中間件；綜合集成服務則重點基于3S環(huán)境建設一個富客戶端系統(tǒng)，全面解決移民信息管理服務中的分析問題、決策問題和業(yè)務操作問題，為移民管理工作提供一個具有豐富表現(xiàn)力、智能分析力、輔助決策力、統(tǒng)計分析力的綜合集成環(huán)境；信息發(fā)布服務則采用SOA框架形成一個對公眾開放的信息發(fā)布平臺，并預留與后扶持系統(tǒng)的接口。各子系統(tǒng)的具體架構(gòu)如下：

1) 數(shù)據(jù)融合服務：匯集實物指標數(shù)據(jù)采集成果，獲取文本文檔、實景圖像、現(xiàn)場視頻等多媒體信息，實現(xiàn)有效融合，建立數(shù)據(jù)關聯(lián)，在移民工作規(guī)范與數(shù)據(jù)庫技術的支撐下，建立標準化移民信息資源庫，采用數(shù)據(jù)集中中間件，完成多種類、多樣式數(shù)據(jù)的一致性管理與訪問，并采用瓦片化技術實現(xiàn)遙感影像、DEM高程、水利GIS的金字塔式服務[5]，提高3S集成環(huán)境的訪問效率，避免傳統(tǒng)系統(tǒng)中的分布式存儲、結(jié)構(gòu)混亂、關聯(lián)程度不足等問題，為基于3S環(huán)境的移民管理綜合集成系統(tǒng)提供基礎的數(shù)據(jù)資源。

2) 綜合集成服務：面向水利工程移民管理服務，開發(fā)3S環(huán)境平臺接口，有效整合3S資源，實現(xiàn)瓦片影像的本地化服務，建立融合水利標準、空間信息規(guī)范的3S互操作服務環(huán)境[6-7]；在實現(xiàn)用戶角色管理、網(wǎng)絡地圖靈活配置服務的基礎上，建立具有智能分析、統(tǒng)計分析、工程管理能力的一體化服務環(huán)境，在敏捷開發(fā)方法的支撐下，采用框架模式和組件開發(fā)，綜合集成淹沒分析、影像分析、安置分析、移民統(tǒng)計、財產(chǎn)統(tǒng)計、工程進展等業(yè)務服務，形成以SOA、富客戶端為表征的綜合性移民應用服務體系，有效解決舊有業(yè)務系統(tǒng)分散、凌亂以及分析、輔助決策功能弱等問題。

3) 信息發(fā)布服務：采用SOA模式和Freemarker+Struts+Spring+Hibernate框架，建立一個面向公眾的移民信息發(fā)布環(huán)境，公布移民工程進展以及移民工作進展情況，形成一個良好的交互式環(huán)境，為各移民戶提供訪問接口，以便查閱移民實物、移民指標、移民補償?shù)刃畔?，并建立一個后臺管理平臺，實現(xiàn)發(fā)布環(huán)境的個性化服務和靈活管理，同時為后扶持系統(tǒng)提供便捷接口，方便系統(tǒng)與行業(yè)內(nèi)其他系統(tǒng)對接和集成。

基于以上架構(gòu)，其實現(xiàn)關鍵技術主要依靠于3S集成技術、SOA模式和J2EE技術。其中3S集成技術融合GIS、RS和GPS，采用Web服務方式，使用WMS服務提供影像數(shù)據(jù)，并通過虛擬現(xiàn)實和三維建模搭建數(shù)字地球系統(tǒng)平臺，構(gòu)成系統(tǒng)的展示環(huán)境。信息管理等業(yè)務服務功能和淹沒區(qū)分析等智能服務功能則主要通過組件方式進行構(gòu)建，各組件遵循SOA模式下的WebService規(guī)范，組件之間通過散搭來構(gòu)建個性化、靈活性更強的業(yè)務服務流程，并通過WSDL進行描述，使用 SOAP協(xié)議完成數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)整體開發(fā)則依照J2EE規(guī)范，融合事務管理、連接池和Web容器，形成富客戶端結(jié)構(gòu)，最終經(jīng)由敏捷開發(fā)來完成系統(tǒng)實現(xiàn)。另外值得注意的是，在系統(tǒng)建立過程中，還需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)集中以及用于數(shù)字地球交互服務的視域模型、平移、縮放等功能，這可以借助于數(shù)據(jù)集成技術和地圖服務方面的技術方案來完成。

圖1　基于3S環(huán)境的移民管理綜合集成體系架構(gòu)Fig.1　The meta synthetic system frame for the migrant management based-on 3S

2　移民3S集成環(huán)境設計

在基于3S環(huán)境的移民管理綜合集成體系架構(gòu)中，為了對移民管理海量空間數(shù)據(jù)進行高效組織與管理，對多源移民數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析與應用，采用3S環(huán)境作為系統(tǒng)的基礎服務平臺，將3S良好的數(shù)據(jù)整合力和空間表現(xiàn)力引入到移民系統(tǒng)當中，依靠3S集成環(huán)境為數(shù)據(jù)融合服務、綜合集成服務、信息發(fā)布服務提供了空間數(shù)據(jù)資源、互操作環(huán)境、數(shù)字地球支撐模型和三維可視化服務環(huán)境[8]。3S集成環(huán)境在遙感技術的支持下，由一系列層次遞進的模型框架構(gòu)成，其底層為遙感影像數(shù)據(jù)和數(shù)字高程數(shù)據(jù)所構(gòu)造出空間區(qū)域內(nèi)的地形地貌模型，并建立基本的實體要素3D仿真和虛擬現(xiàn)實環(huán)境，通過WebGIS與遙感影像無縫對接[4]，實現(xiàn)GIS與具有地形、地貌的遙感影像的融合，增強GIS系統(tǒng)的服務效能，形成更為豐富、直觀的移民信息展示環(huán)境，而數(shù)字高程數(shù)據(jù)以及瓦片影像數(shù)據(jù)(包括高清晰遙感影像數(shù)據(jù))則可以通過影像金字塔方式進行接入，并在投影校準后與GPS數(shù)據(jù)配準，提供地標、追蹤服務。

在3S數(shù)據(jù)進行融合時，遙感數(shù)據(jù)采用TM數(shù)據(jù)，且使用EPSG:4326地理坐標系完成投影轉(zhuǎn)換。在運行效率問題的解決上，一方面依靠于刀片服務器的高效能服務能力，另一方面則利用瓦片金字塔這種多分辨率服務方式，根據(jù)視域的層級和范圍提取對應遙感數(shù)據(jù)資源，而不將整幅遙感影像進行呈現(xiàn)，如此而來即可結(jié)合緩存機制來降低對遙感影像的請求，提高訪問時效。

與此同時，結(jié)合空間信息規(guī)范以及水利標準，采用瓦片金字塔和數(shù)據(jù)中間件方式對空間信息資源和業(yè)務數(shù)據(jù)資源進行有效整合[9]，提高數(shù)據(jù)的訪問能力，在互操作綜合服務環(huán)境的支撐下面向移民管理相關業(yè)務應用提供虛擬現(xiàn)實環(huán)境交互接口，進而支撐移民數(shù)據(jù)整合與數(shù)據(jù)集中、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析服務、網(wǎng)絡地圖服務、淹沒與影響區(qū)分析、移民安置分析、度量分析以及虛擬視察等服務。3S基礎平臺總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2　3S基礎平臺總體架構(gòu)Fig.2　The general framework of the 3S basic platform

3　典型應用分析

基于3S環(huán)境的移民管理綜合集成體系架構(gòu)，具有相比傳統(tǒng)方法更強的分析力、管控力和表現(xiàn)力，系統(tǒng)靈活性和適用性更強，能夠快速的實現(xiàn)，淹沒分析、影響分析、移民安置分析、地形剖面分析、空間幾何屬性測量等輔助決策手段，如圖3～6所示，限于文章篇幅，此處僅以虛擬視察服務和移民輔助決策支持服務為典型應用加以分析。

圖3　淹沒與影響分析Fig.3　The inundation and impact analysis

圖4　移民安置分析Fig.4　The resettlement analysis

圖5　虛擬視察服務Fig.5　The virtual inspection service

圖6　幾何度量分析Fig.6　The geometricmeasurement analysis

3.1虛擬視察服務

首先通過構(gòu)建定位接口，實現(xiàn)按照地名和按照指定經(jīng)度和緯度值兩種情況下的定位服務，為移民管理提供及時的區(qū)位信息。具體的實現(xiàn)流程如下：用戶可以根據(jù)自身需要，錄入關注的地名或者經(jīng)度、緯度值，富客戶端程序經(jīng)由XPath自動解析，形成不同分辨率模式下的地名參考值或者經(jīng)緯度參數(shù)值，并從內(nèi)置Map對象中直接找到與之相對應的地理位置，將所定制的影像圖層、高程圖層、GIS圖層、專題圖層進行疊加，在瀏覽時調(diào)用飛行接口goTo(LatLon, Elevation)，自動將視角定位所關注區(qū)域，并綜合展現(xiàn)該區(qū)域的環(huán)境特征和移民狀況，從而便于管理者個性化查看移民區(qū)和安置區(qū)的實體狀況，為決策分析提供全面宏觀的實景影像。

在Tracer的支持下，以可定制文件方式形成針對特定視察需求的路徑文件，該路徑文件可通過GPS得到移民骨干工程關鍵工段、安置區(qū)、移民區(qū)的范圍邊界，或者自主設定的一個不規(guī)則外邊界。系統(tǒng)首先實現(xiàn)對路徑的實時繪制、修改、保存及刪除功能，并在指定位置進行動態(tài)標注，進而結(jié)合視角、仰角、視角高程的控制按照該路徑進行自動游走，實現(xiàn)對某一路線流程下的動態(tài)飛行瀏覽，并可結(jié)合地形剖面功能，實現(xiàn)不同高程及不同飛行速度情況下路徑的動態(tài)剖面展示。此外，能實現(xiàn)對路徑的實時繪制、修改、保存及刪除功能，并在指定位置進行動態(tài)標注，如圖5所示。

3.2移民輔助決策支持服務

結(jié)合系統(tǒng)良好的空間表現(xiàn)力，在移民數(shù)據(jù)融合的基礎上，為移民提供四種輔助決策支持服務：地形剖面圖繪制、幾何度量分析、應急輔助服務以及報警預警服務。其中地形剖面圖繪制，摒除傳統(tǒng)地形剖面的繪制以靜態(tài)為主的弊端，實施剖面線的動態(tài)定制，以剖面線為基準快速與DEM格網(wǎng)進行交點運算，使用光滑處理技術在不同剖面之間流暢過度，獲取剖面線下的數(shù)字高程信息，并實施插值處理提高精度，為指定區(qū)域內(nèi)的地形分析提供依據(jù)。幾何度量分析則依靠徒手繪制和地形跟隨，按照線段、多線段、多邊形、圓、橢圓、正方形及長方形等七種分析模式，得到所選定區(qū)域的周長、面積、長度、寬度以及中心位置等信息，并提供對度量的操作形式、色彩以及是否能夠查詢控制點信息的控制，輔助決策者對所關心區(qū)域進行幾何度量，如圖6所示。應急服務則集成相關的預案信息，將其數(shù)字化后存儲在標準庫中，實現(xiàn)根據(jù)事件主題的管理服務，便于決策者根據(jù)突發(fā)事件的狀況形成應對策略和處置方案。報警預警服務則將移民管理服務過程中報警信息和預警信息以圖標及預警框的形式在系統(tǒng)中進行形象的表示，加以閃爍特效，實時反應報警預警位置，使管理者及時掌握報警預警信息，以快速做出應斷和決策。

4　結(jié)　語

針對水工程移民管理的重要性，傳統(tǒng)基于GIS的移民管理系統(tǒng)表現(xiàn)力和管控力的不足，以及移民管理輔助決策的智能化需求。本文基于綜合集成思想，采用3S集成技術、SOA模式和JE22等關鍵技術，給出一個基于3S環(huán)境的移民管理綜合集成體系架構(gòu)，其涵蓋了水利工程移民數(shù)據(jù)處理、智能分析與集成應用等核心框架，以數(shù)據(jù)融合服務、綜合集成服務、信息發(fā)布服務為核心，內(nèi)置高程數(shù)據(jù)資源和遙感影像信息，支持淹沒分析、影響分析、移民安置分析、地形剖面分析、空間幾何屬性測量等輔助決策手段。最后將該系統(tǒng)在陜西省引漢濟渭工程移民中加以實施應用，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有良好的分析力、表現(xiàn)力和掌控力，有效的提高了水利工程移民管理輔助決策能力。

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(責任編輯楊小麗)

Meta synthetic system frame for migrant management based on 3S

LIU Jun1， LI Jianxun2， XIE Jiancang1， SHEN Jingjing2

(1.School of Water Resources and Hydro-electric Engineering, Xi’ an University of Technology, Xi’ an 710048, China; 2.School of Economics and Management, Xi’ an University of Technology, Xi’ an 710054, China)

For the assistant decision difficulties of the traditional migrant management systems based-on GIS , by adopting meta synthetic idea and 3S integration support platform, the meta synthetic system frame is proposed for migrant management integrating data processing, intelligent analysis and integration applications. The frame is comprised of data fusion service, integration service and information issuance service, making migrant management more scientific and efficient. This system is applied in the Hanjiang to Weihe River Project, thus indicating that the system has good analysis ability, expressive ability and controlling ability.

3S technology; migrant management; meta synthesis

10.19322/j.cnki.issn.1006-4710.2016.03.007

2016-01-08

國家自然科學基金資助項目(51109177); “十二五”國家水體污染控制與治理重大專項資助項目 (2012ZX07201-006);陜西省自然科學基礎研究計劃資助項目(2014JM9365，2015JM5198)；陜西省教育廳專項科研計劃資助項目(16JK1569)

劉軍，男，博士生，研究方向為區(qū)域經(jīng)濟與水資源管理。E-mail：603889717@qq.com

李建勛，男，副教授，研究方向為水利信息化與決策支持系統(tǒng)。E-mail：jxli@xaut.edu.cn

TP399

A

1006-4710(2016)03-0290-05